Три мощные области научного развития — вычислительная техника, нейронаука и когнитивная психология — сошлись, чтобы создать новую науку, названную когнитивной наукой. Границы между этими дисциплинами иногда трудно различить: некоторые когнитивные психологи могут быть ближе к нейронауке, другие — к вычислительной технике. Однако ясно одно: наука о человеческом познании переживает глубокие перемены в результате значительных изменений в компьютерной технологии и науке о мозге. Наша тема — когнитивная психология, но мы будем широко использовать недавние открытия в нейронауке и вычислительной технике, проливающие свет на когнитивные особенности человека.
Большинство молодых наук часто создают новые модели. Одни из них выдерживают испытание эмпирическими исследованиями, другие — нет. Одна модель привлекла к себе всеобщее внимание. Эта модель известна под несколькими взаимозаменяемыми названиями, включая параллельно распределенную обработку {parallel distributed processing — PDP), коннекционизм и системы нейронных сетей. Главные особенности этой модели описаны далее в этой главе, а также в главе 2.
Нейронаука и когнитивная психологияВ начале развития когнитивной психологии физиологической психологии, или нейроанатомии, уделялось мало внимания. Достаточно было установить новый способ понимания разума, а модель обработки информации и компьютерная метафора казались вполне достаточными и адекватными. Кроме того, изучающие нейрофизиологию и смежные с ней области ученые, казалось, были поглощены микроскопическими структурами, мало связанными с такими общими когнитивным темами, как мышление, восприятие и память.
Большая часть первоначальной информации о мозге и его функциях была получена при исследовании последствий травм головы, полученных в ходе войн и в результате несчастных случаев. Например, во время Первой мировой войны нейрохирурги, занимавшиеся лечением солдат, раненых в голову шрапнелью, многое узнали о специфических функциях мозга (например, какие отделы связаны со зрением, речью, слухом и т. д.), а также о его общих функциях. Основной вопрос для невропатологов заключался в том, был ли мозг целостным органом и распределялись, ли операции по его инфраструктуре или же действия были локализованы и привязаны к определенным областям. Например, имеет ли место научение специфическому действию в ограниченной области мозга или оно распределено по многим частям мозга? Среди наиболее видных ученых, которые пытались дать ответы на эти вопросы, был Карл Лешли (Lashley, 1929). В своих экспериментах он разрушал определенные части мозга крыс, которые учились проходить лабиринт. Он показал, что эффективность поведения крыс снижалась пропорционально общему количеству разрушенного мозга, но не была связана с местоположением повреждений (см. главу 2 для дополнительной информации о работе Лешли).
Значительных успехов достигла в последнее время нейронаука, в частности в области изучения структурных аспектов мозга и его периферийных компонентов, а также функциональных аспектов. В 1960-е годы исследователи обнаружили структурные элементы, которые позже оказали прямое влияние на когнитивную психологию. Некоторые из этих открытий были сделаны в Медицинской школе Джонса Хопкинса Верноном Маунткаслом, работа которого была связана с корой мозга — верхним слоем мозга, как предполагалось, ответственным за высшие психические функции. Маунткасл (Mountcastle, 1979) обнаружил, что связи между клетками коры, или нейронами, более многочисленны, чем считалось ранее. (Нейроны — основные клетки нервной системы, которые проводят нервную информацию.) Возможно, наиболее интересным было открытие параллельного распределения нервных связей в дополнение к последовательным путям. Сеть параллельных нервных связей охватывает большую территорию, а отдельные функции одновременно локализованы в нескольких местах. Этот тип обработки отличается от последовательной обработки, при которой нервный импульс передается другому нерву и затем следующему. Маунткасл пишет: «Эти наборы соединений являются распределенными системами, каждая из которых состоит из модульных элементов в нескольких или многих областях мозга, связанных как параллельно, так и последовательно. Они формируют нейронные пути для распределенной и параллельной обработки информации в мозге» (цит. по: Restak, 1988). Согласно этому представлению, сети обработки распределены по коре, а не локализованы. Таким образом, нет никакого главного гомункулуса, управляющего нервной обработкой, или нейрона, скрытого на заднем плане и наблюдающего за действием. Части мозга, связанные со зрением, речью, моторными действиями и т. д., специализированы только в том смысле, что в них поступает и из них исходит информация, связанная с данными функциями.
Кроме того, в ходе некоторых экспериментов исследователи обнаружили, что многие функции фактически распределены по всему мозгу.
Таким образом, психологическая функция, например извлечение информации из памяти, распределена по всему мозгу и выполняется через параллельные операции на нескольких участках.
Эти открытия, казалось, предлагали решение одной из самых сложных проблем, с которыми сталкивается молодая наука о познании: как относительно медленная передача сигнала между нейронами может обеспечивать такое разнообразие форм познания и его высокую скорость. Рассмотрим пример: опытной пианистке дают сыграть сложную музыкальную пьесу, и она делает это с поразительной легкостью. Если бы «нейромашина» действовала последовательным способом — импульс от одного нейрона передавался другому и затем следующему, — к моменту, когда пианистка могла бы отреагировать на одну ноту, истекало бы время, когда она должна была реагировать на другую. Когнитивные психологи изучали именно такие явления и обнаружили, что интервал между ударами (время между воспроизведением двух соседних нот) приблизительно равен 50 мс. Эта медлительность нервной системы компенсируется тем, что мы обрабатываем информацию (такую, как ноты на бумаге, которые должны быть переведены в движения пальцев) в нескольких различных подсистемах, работающих более или менее одновременно. Одновременная обработка информации в нескольких подсистемах предполагает параллельную обработку информации: и когнитивные психологи, и неврологи признали это и включили понятие параллельной обработки в психологические и нервные модели — тема, которая будет рассмотрена в следующем разделе.
С началом XXI века когнитивная психология, по-видимому, готова к еще одному изменению парадигмы. Хотя традиционные темы восприятия, памяти, языка, решения задач и мышления, а также метод экспериментального анализа все еще играют центральную роль в когнитивной психологии, использование нейрокогнитивных представлений обещает стать главным средством исследования когнитивных функций в этом столетии. Легко увидеть причины возможного смещения акцентов. Нейрокогнитивные методики, быстро развившиеся за прошлые несколько десятилетий, позволяют нам глубже и подробнее изучать мозг, являющийся орудием познания. Из этого следует, что найти источник познания и понять его работу — значит найти ответы на старые вопросы о том, как люди воспринимают и хранят в памяти информацию, используют ее в принятии решений в повседневной практике, а также планируют действия, совместимые с нашими мыслями. Как мы увидим далее, фактически каждая область познания была исследована нейрокогнитивными методикам. Эти методики — ОМР, ПЭТ, ЭЭГ и т. п. (см. главу 2) -отражают не только структуры, ответственные за познание, но и соответствующие процессы. И во многих случаях были получены замечательные результаты. Хотя эта тенденция, вероятно, продолжается и усиливается, важно выделять упомянутые выше центральные темы в познании.
