Когнитивные карты и методы их изучения

Использование ориентиров нередко  сочетается со "счислением пути". Этот тип ориентации в большой  степени близок формированию связей типа "стимул-реакция". Особенность "работы по ориентирам" состоит  в том, что животное использует их строго поочередно, "по одному". Путь, который запоминает животное, представляет собой цепь ассоциативных связей.

При ориентации по местности ("навигации по карте") животное использует встречающиеся ему предметы и знаки как точки отсчета  для определения дальнейшего  пути, включая их в интегральную картину представлений о местности.

Многочисленные наблюдения за животными в среде их естественного  обитания показывают, что они прекрасно  ориентируются на местности, используя  те же способы. Каждое животное хранит в своей памяти мысленный план своего участка обитания.

          Так, эксперименты, проведенные на  мышах, показали, что грызуны,  обитавшие в большом вольере,  представившем собой участок  леса, прекрасно знали расположение  всех возможных убежищ, источников  корма, воды и т.д. Сова, выпущенная  в этот вольер, оказывалась способной  поймать лишь отдельных молодых  зверьков. В то же время, когда  мышей и сов в вольер выпускали  одновременно, совы вылавливали  практически всех грызунов в  течение первой же ночи. Мыши, не успевшие сформировать когнитивный  план местности, не способны  были найти нужных укрытий.

          Огромное значение имеют мысленные  карты и в жизни высокоорганизованных  животных. Так, по утверждениям Дж. Гудолл, "карта", хранящаяся в памяти шимпанзе, позволяет им легко находить пищевые ресурсы, разбросанные на площади 24 кв. км в пределах заповедника Гомбе, и сотен кв. км у популяций, обитающих в других частях Африки.

          Пространственная память обезьян  хранит не только расположение  крупных источников пищи, например  больших групп обильно плодоносящих  деревьев, но и местонахождение  отдельных таких деревьев и  даже одиночных термитников. В  течение, по крайней мере нескольких  недель, они помнят о том, где  происходили те или иные важные  события, например конфликты между  сообществами. Многолетние наблюдения  В. С. Пажетнова за бурыми  медведями в Тверской области  позволили объективно охарактеризовать, какую роль играет мысленный  план местности в организации  их поведения. По следам животного  натуралист может воспроизвести  детали его охоты на крупную  добычу, перемещения медведя весной  после выхода из берлоги и  в других ситуациях. Оказалось,  что медведи часто используют  такие приемы, как "срезание  пути" при одиночной охоте,  обход жертвы за многие сотни  метров и др. Это возможно лишь  при наличии у взрослого медведя  четкой мысленной карты района  своего обитания. [1]

 

          Латентное обучение. По определению У. Торпа, латентное обучение - это "...образование связи между индифферентными стимулами или ситуациями в отсутствие явного подкрепления".

          Элементы латентного обучения  присутствуют практически в любом  процессе обучения, но могут быть  выявлены только в специальных  опытах.

          В естественных условиях латентное  обучение возможно благодаря  исследовательской активности животного  в новой ситуации. Оно обнаружено  не только у позвоночных. Эту  или сходную способность для  ориентации на местности используют, например, многие насекомые. Так,  пчела или оса, прежде чем  улететь от гнезда, совершает  "рекогносцировочный" полет над  ним, что позволяет ей фиксировать в памяти "мысленный план" данного участка местности.

          Наличие такого "латентного знания" выражается в том, что животное, которому предварительно дали  ознакомиться с обстановкой опыта,  обучается быстрее, чем контрольное,  не имевшее такой возможности.

          Обучение "выбору по образцу". "Выбор по образцу" - один  из видов когнитивной деятельности, также основанный на формировании  у животного внутренних представлений  о среде. Однако в отличие  от обучения в лабиринтах, этот  экспериментальный подход связан  с обработкой информации не  о пространственных признаках,  а о соотношениях между стимулами  - наличии сходства или отличия  между ними.

 

          Метод "выбора по образцу" был введен в начале XX в. Н.Н. Ладыгиной-Котс и с тех пор широко используется в психологии и физиологии. Он состоит в том, что животному демонстрируют стимул-образец и два или несколько стимулов для сопоставления с ним, подкрепляя выбор того, который соответствует образцу. [15]

Существует несколько  вариантов "выбора по образцу":

• выбор из двух стимулов - альтернативный;
• выбор из нескольких стимулов - множественный;
• отставленный выбор - подбор "пары" предъявленному стимулу животное производит в отсутствие образца, ориентируясь не на реальный стимул, а на его мысленный образ, на представление о нем.

Когда животное выбирает нужный стимул, оно получает подкрепление. После упрочения реакции стимулы  начинают варьировать, проверяя, насколько  прочно животное усвоило правила  выбора. Следует подчеркнуть, что  речь идет не о простой выработке  связи между определенным стимулом и реакцией, а о процессе формирования правила выбора, основанного на представлении  о соотношении образца и одного из стимулов.

          Успешное решение задачи при  отставленном выборе также заставляет  рассматривать данный тест как  способ оценки когнитивных функций  мозга и использовать его для  изучения свойств и механизмов  памяти.

Используются в основном две разновидности этого метода:

• выбор по признаку сходства с образцом;
• выбор по признаку отличия от образца.

 

Отдельно надо отметить так  называемый символьный, или знаковый, выбор по образцу. В этом случае животное обучают выбирать стимул А при  предъявлении стимула X и стимул В - при предъявлении Y в качестве образца. При этом стимулы А и X, В и Y не должны иметь ничего общего между  собой. В обучении по этой методике на первых порах существенную роль играют чисто ассоциативные процессы - заучивание правила "если..., то...".

          Первоначально опыт ставился  так: экспериментатор показывал  обезьяне какой-либо предмет - образец, а она должна была  выбрать такой же из других  предлагаемых ей двух или более  предметов. Затем на смену прямому  контакту с животным, когда экспериментатор  держал в руках стимул-образец  и забирал из рук обезьяны  выбранный ею стимул, пришли современные  экспериментальные установки, в  том числе и автоматизированные, полностью разделившие животное  и экспериментатора. В последние  годы для этой цели используют  компьютеры с монитором, чувствительным  к прикосновению, а правильно  выбранный стимул автоматически  перемещается по экрану и останавливается  рядом с образцом.

          Иногда ошибочно считают, что  обучение "выбору по образцу" - это то же самое, что выработка  дифференцировочных УР. Однако это  не так: при дифференцировке  происходит только образование  реакции на присутствующие в  момент обучения стимулы.

          При "выборе по образцу"  основную роль играет мысленное  представление об отсутствующем  в момент выбора образце и  выявление на его основе соотношения между образцом и одним из стимулов. Метод обучения выбору по образцу наряду с выработкой дифференцировок используется для выявления способности животных к обобщению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Анализ экспериментальных  исследований когнитивных карт

 

2.1 Эксперименты  на латентное научение 

В основном эксперименты на латентное научение это эксперименты с крысами. Большинство исследований на крысах, о которых пойдет речь ниже, было выполнено в лаборатории в Беркли.

В типичном эксперименте голодная крыса помещается у входа в  лабиринт (одного из этих типов), она  блуждает по различным его участкам, заходит в тупики, пока, наконец, не придет к кормушке и будет есть. Один опыт повторяется через каждые 24 ч., животное имеет тенденцию делать все меньше и меньше ошибок (ими  являются заходы в тупик) и тратить  все меньше и меньше времени от старта до цели до тех нор, пока, наконец, оно совсем не заходит в тупики и пробегает весь путь от старта до цели за несколько секунд. Результаты обычно представляются в виде кривой с изображением заходов в тупики или времени от старта до финиша для группы крыс.

Все исследователи соглашаются  с фактами. Они расходятся, однако, в теории и в объяснении этих фактов.

Во-первых, существует школа  зоопсихологов, которые считают, что  поведение крыс в лабиринте сводится к образованию простых связей между стимулом и реакцией. Научение, согласно этой школе, состоит в упрочении  одних связей и в ослаблении других. В соответствии со схемой "стимул-реакция" крыса в процессе обучения в лабиринте  беспомощно отвечает на ряд внешних  стимулов: свет, звук, запах, прикосновение  и т. п., оставляющих следы в  ее органах чувств, плюс ряд внутренних стимулов, приходящих от висцеральной системы и от скелетных мускулов. Эти внешние и внутренние стимулы  вызывают реакции – ходьбу, бег, повороты, возвращения, принюхивания и  т. п. Согласно этой точке зрения, центральную  нервную систему крысы можно  сравнить с работой телефонной станции. Сюда попадают сигналы от органов  чувств и отсюда исходят команды  к мускулам. До того как произойдет научение в каком-то определенном лабиринте, с помощью соединяющих переключателей (т. е. синапсов на языке физиолога) цепь замыкается различными путями, и в результате появляются исследовательские ответы на реакции, характерные для первоначальных проб. Научение, по этой теории, состоит в относительном усилении одних и ослаблении других связей; те связи, которые приводят животное к верному результату, становятся относительно более открытыми для прохождения нервных импульсов, и, наоборот, те, которые ведут его в тупики, постепенно блокируются.

В дополнение нужно отметить, однако, что эта школа, объясняющая  поведение по схеме "стимул-реакция", подразделяется, в свою очередь, на две подгруппы исследователей. Первая подгруппа утверждает, что простая  механика, имеющая место при пробежке по лабиринту, состоит в том, что  решающим стимулом от лабиринта становится стимул, наиболее часто совпадающий  с правильным ответом, по сравнению  со стимулом, который связан с неправильным ответом. Следовательно, именно вследствие этой большей частоты нервные  связи между решающим стимулом и  правильным ответом будут иметь  тенденцию, как считают, упрочиваться за счет ослабления неправильных связей.

 
Рис. 1. Кривая ошибок для группы из 36 крыс (по Гонзику, 1930)

Вторая подгруппа исследователей внутри этой школы утверждает, что  причина, почему соответствующие связи  упрочиваются по сравнению с другими, состоит в том, что вслед за ответами, которые являются результатом  правильных связей, следует редукция потребности. Таким образом, голодная крыса в лабиринте имеет тенденцию  стремиться к получению пищи, и  ее голод ослабляется скорее в  результате верных ответов, а не в  результате заходов в тупики. И  такая непосредственно следующая  редукция потребности или, пользуясь  другим термином, такое "положительное  подкрепление" имеет тенденцию  к упрочению связей, которые непосредственно  ему предшествовали (рис. 1). Таким  образом, складывается впечатление, будто  бы в организме есть какая-то часть, воспринимающая состояние удовлетворения и сообщающая крысе обратно в  мозг; "Поддерживай эту связь, она хорошая; вникни в нее, чтобы  снова использовать ее в последующем, когда появится тот же самый стимул". Если за реакцией следует "неприятное раздражение", "отрицательное  подкрепление", тогда та же самая  часть крысы, воспринимающая в свое время состояние удовлетворения, теперь в ответ на неприятное раздражение  будет сообщать в мозг: "Разрушь эту связь и не смей использовать ее в последующем". [7]

Это кратко все, что касается существа двух вариантов школы "стимул – реакция".

 Давайте вернемся теперь  ко второй из упомянутых школ. Эта группа исследователей  может быть названа теоретиками поля. Их позиция сводится к следующему. В процессе научения в мозгу крысы образуется нечто, подобное карте поля окружающей обстановки. Многие согласны с другими школами в том, что крыса в процессе пробежки по лабиринту подвергается воздействию стимулов и в конце концов, в результате этого воздействия появляются ее ответные реакции. Однако вмешивающиеся мозговые процессы являются более сложными, более структурными и часто, говоря прагматическим языком, более независимыми, чем об этом говорят психологи, придерживающиеся теории "стимул – реакция". Признавая, что крыса бомбардируется стимулом, они утверждают, что ее нервная система удивительно избирательна по отношению к каждому из этих стимулов.

Во-вторых, они  утверждают, что сама центральная инстанция гораздо более похожа на пульт управления, чем на устаревшую телефонную станцию. Поступающие стимулы не связываются с ответными реакциями с помощью простого переключателя по принципу "один к одному". Скорее, поступающие стимулы перерабатываются в центральной управляющей инстанции в особую структуру, которую можно было бы назвать когнитивной картой окружающей обстановки. И именно эта примерная карта, указывающая пути (маршруты) и линии поведения и взаимосвязи элементов окружающей среды, окончательно определяет, какие именно ответные реакции, если вообще они имеются, будет, в конечном счете, осуществлять животное.