Решение задач экспертами

С 80-х гг. XX в. одним из важных направлений когнитивных исследований стало сравнение особенностей знаний и познавательных процессов экспертов и новичков. В это время, как мы видели (см. 2.3.1), была установлена несостоятельность первых попыток создания глобальных моделей мышления и систем искусственного интеллекта. Поэтому внимание когнитивного сообщества переключилось на анализ знаний и умений в специальных, относительно узких областях. Конечной целью этих усилий является создание экспертных систем — компьютерных программ, которые могут оперировать со знаниями в определенной проблемной области, обеспечивая выработку рекомендаций и решение задач (см. 9.2.1). За последние четверть века было создано значительное число прототипов экспертных систем особенно в области медицины (Джексон. 2001). Их практическое использование наталкивается на ряд проблем, в частности, юридического характера. Серьезной проблемой продолжает оставаться также психологический этап выявления знаний экспертов — для решения возникающих при этом задач на границе с когнитивной психологией была создана специальная прикладная дисциплина, инженерия знаний (Ларичев и др. 1989).

Изучение природы экспертных знаний и оценок в когнитивной психологии отличается от технически ориентированных работ по инженерии знаний своей академической направленностью. По предложению Герберта Саймона, в качестве общего определения обычно принимается, что «эксперт» — это человек, успешно работающий в некото;

рой области не менее десяти лет. Конечно такое определение очень условно. За это время в профессиях с выраженной социальной составляющей, таких как медицина и педагогика, может — вследствие монотонии и стресса — произойти эмоционально-мотивационное «выгорание» (burn-out syndrom), снижающее качество решений и даже ведущее к личностным изменениям. Теоретически эти различия иногда пытаются описать в терминах «рутинной» versus «гибкой» (то есть «настоящей») экспертизы (Robertson. 2001). Что касается эмпирических работ, то в них предпочтение отдается областям, в которых существует возможность для относительно объективных оценок уровня экспертизы. Своеобразной дрозофилой исследования решения задач экспертами стали шахматы, с их общепризнанной системой международного рейтинга.

Самые первые работы по анализу особенностей мышления и памяти шахматистов мастерского класса были проведены еще в конце XIX в. Рибо. Согласно его мнению, эффективность мышления хороших шахматистов связана с формированием более абстрактных, схематических представлений, отличающихся от конкретных зрительных образов начинающих игроков. В этом же направлении можно интерпретировать результаты работ известного голландского шахматиста (и психолога — ученика Зельца) Адриана Де-Гроота, которые были выполнены уже после Второй мировой войны.

Де-Гроот использовал методику «рассуждения вслух», чтобы сравнить между собой особенности планирования следующего хода шахматистами высшей квалификации — в его исследованиях приняли участие пять гроссмейстеров — и игроками среднего уровня. Хотя, как можно было ожидать, качество предлагаемых ходов явно различалось в случае этих двух групп, гроссмейстеры, похоже, не рассматривали большее количество вариантов и не проводили расчет ходов на большую глубину. Де-Гроот предположил поэтому, что природа экспертизы связана не столько с мышлением, сколько с обширными и лучше организованными знаниями. Действительно, эксперименты показали, что гроссмейстеры лучше запоминают предъявляемые им на короткое время позиции, но только для осмысленного расположения фигур. При случайном расположении фигур разницы в запоминании первоначально установлено не было. Последующие проведенные в 1980;е гг. работы показали также, что запоминание позиций шахматистами-экспертами в отличие от памяти новичков не зависит от блокирования процессов проговаривания, то есть, по-видимому, представление знаний имеет у них невербальный характер.

Хорошей иллюстрацией происходящих с ростом экспертизы изменений восприятия могут служить современные экспериментальные исследования. Канадский психолог Йел Рейнголд и его коллеги (Reingold et al. 2001) подробно проанализировали особенности движений глаз шахматистов высшей квалификации при показе различных позиций в миттельшпиле. Вводя маскировку периферических фигур в зависимости от положения точки фиксации, а также подменяя фигуры во время саккадических скачков глаз (этот методический прием используется при изучении упоминавшейся нами выше «слепоты к изменениям» — см. 4.4.1), они установили, что развитие экспертизы в этой специфической области связано с расширением полезного поля зрения, внутри которого может симультанно проводиться анализ ситуации. Они также обнаружили, что эксперты в отличие от новичков чаще смотрят не на сами фигуры, а на интервалы между ними, очевидно, работая с отношениями фигур и с целыми конфигурациями^[1]. Кроме того, в этой работе авторы вводили изменения типичного зрительного формата предъявления позиций, показывая вместо привычно узнаваемых фигур соответствующие заглавные буквы. Эти сугубо поверхностные изменения вида объектов вели к снижению эффективности решений. Более того, это снижение было сильно выражено у экспертов, что вновь свидетельствует о зрительном характере лежащих в основе экспертных знаний шахматистов репрезентаций.

Наиболее известное теоретическое обобщение подобных данных было дано Саймоном и его учениками. В ряде исследований, выполненных, в частности, с помощью регистрации движений глаз, они выдвинули предположение, что основу компетентности шахматистов составляет знание тысяч, возможно десятков тысяч типичных конфигураций типа миллеровских «кусков» (см. 2.1.2), объединенных в более крупные схемы. В уточнение этих идей Ф. Гобе и Г. Саймон (Gobet & Simon. 1996) предложили теорию шаблонов, согласно которой экспертное знание хранится в памяти в более абстрактной форме, чем актуальное расположение фигур на доске. Каждый такой шаблон состоит из постоянного ядра (объемом до 12 фигур) и некоторого набора свободных «посадочных мест», которые могут заполняться почти случайным образом. Преимущество выдающихся шахматистов связано с более широким ассортиментом шаблонов, так как в случае их извлечения из памяти они непосредственно подсказывают следующий ход.

Этот подход, однако, вызывает ряд критических замечаний. Так, К. Эриксон и У. Кинч (Ericsson & Kintsch. 1995) усомнились в том, что схематические единицы организации экспертных знаний могут «монтироваться» из «кусков» (chunks) информации, фиксированных в кратковременной памяти. Они приводят множество фактов, свидетельствующих о том, что развитие экспертизы в определенной предметной области прежде всего ведет к ослаблению и даже исчезновению влияния ограниченной по своему объему кратковременной памяти на процессы переработки информации. Поэтому они считают процессы кодирования и извлечения экспертных знаний непосредственно связанными с долговременной памятью. Соответствующий формирующийся в ходе накопления опыта «интерфейс» восприятия и долговременной памяти называется ими долговременной рабочей памятью (см. 5.2.2).

Значительная часть возражений других авторов направлена на критику сведения природы экспертизы к функциям и содержанию памяти.

Американский психолог Дэнис Холдинг первым установил факты, противоречащие одностороннему акценту на знания (память) в исследованиях экспертизы. В задаче на запоминание шахматных позиций он показал, что и случайные конфигурации могут воспроизводиться экспертами лучше, если дать на их решение несколько больше времени, чем это делалось обычно. По мнению этого автора, умение экспертов находить лучшие решения связано не столько с готовыми шаблонами, используемыми для быстрого опознания конфигураций, сколько с процессами активного поиска, изменения и более успешной интерпретации материала.

Тестом для проверки различных подходов может быть анализ возможной зависимости успешности принимаемых решений от имеющегося для этого времени. С этой точки зрения можно; например, проанализировать игру одного из выдающихся современных шахматистов Гарри Каспарова с несколькими противниками или с же компьютером при варьировании времени, отводимого на игру. Если основу компетентности образуют перцептивные шаблоны, то можно ожидать отсутствия влияния фактора времени на уровень игры многолетнего чемпиона мира. Имеющиеся данные не подтверждают это ожидание — рейтинг его ходов оказывается примерно на 100 пунктов ниже при симультанной игре, чем при игре с единственным противником. Кроме того, анализ игр Каспарова с компьютером Deep Blue фирмы IBM, равно как и последующих игр Крамника и вновь Каспарова с немецкой программой Deep Fritz, показывает, что с уменьшением времени на отдельные ходы эксперт-человек явно начинает играть хуже, так что относительный рейтинг ходов компьютера возрастает. Иными словами, эмпирические данные содержат указание на определенную развернутость обработки информации человеком во времени. Следовательно, природа экспертизы в этой специфической области не может быть сведена к «симультанному узнаванию».

В какой степени полученные при изучении шахмат представления о природе экспертизы переносимы на другие области? В ряде исследований анализировались различия экспертов и новичков в таких областях, как чтение, жонглирование, медицинская диагностика, педагогика, программирование, физика и инженерные профессии (Glaser & Chi. 1988). «Ключевые характеристики», отличающие экспертов, состоят в следующем:

• 1) эксперты выделяются знаниями и умениями, главным образом, в своей специфической области;
• 2) эксперты способны воспринимать обширные осмысленные конфигурации, релевантные их области экспертизы;
• 3) эксперты обладают более быстрыми навыками и в целом быстрее решают задачи, делая меньшее число ошибок;
• 4) по отношению к релевантному материалу эксперты демонстрируют лучшую память;
• 5) эксперты рассматривают задачи с точки зрения глубоких семантических связей, тогда как новички обращают внимание прежде всего на поверхностные перцептивные признаки;
• 6) эксперты уделяют относительно много времени качественному анализу задачи;
• 7) эксперты демонстрируют лучшее знание собственных знаний и более совершенные стратегии метакогнитивного контроля.

Эксперты в разных областях не просто больше знают, но в полном смысле слова более чувствительны к релевантным характеристикам ситуации. По-видимому, это отражает приобретение соответствующими процессами статуса автоматизмов и их перевод с уровня концептуальных структур Е на уровень перцептивного узнавания D. В результате опытный шахматист сразу видит при мимолетном показе, что позиция белых предпочтительнее, врач отмечает, что у входящего в кабинет пациента больна печень, инженер-строитель чувствует скрытое от других напряжение металлоконструкций и т. д. Вместе с тем, речь явно идет не только об автоматизации, поскольку решение задач экспертами, как правило, обнаруживает значительную гибкость, умение рассматривать несколько альтернативных интерпретаций^[2]. Хотя эту гибкость можно объяснить происходящим при автоматизации освобождением внимания, важно, что освобождающиеся ресурсы позволяют иметь дело с новыми задачами, решение которых невозможно в автоматическом режиме, путем извлечения готовых схем из памяти. Таким образом, развитие экспертизы происходит сразу на нескольких уровнях организации: от перцептивных автоматизмов до метакогнитивных стратегий уровня F.

В литературе по психологии экспертизы (Zeitz. 1997) интенсивно обсуждается роль изменений концептуальных структур, которые ведут к появлению так называемых умеренно абстрактных концептуальных репрезентаций (MACRs, moderately abstract conceptual representations). По сути дела, подобные схемы увязывают между собой слой чрезвычайно абстрактных, в частности научных, понятий со специализированными, зависящими от контекста применения житейскими понятиями (см. 6.2.3). Результатом этой интеграции является, с одной стороны, «деконтекстуализация» практического знания и, с другой, «заземление» теоретического. Таким схематическим знанием оказывается проще манипулировать — концептуальные схемы средней абстрактности облегчают вывод по аналогии и перенос решения из одной предметной области в другую. Роль репрезентаций среднего уровня абстрактности, как мы видели, выявляется также в исследованиях категоризации (см. 6.2.2) и управления большими системами (см. 8.3.2). Для выдающихся индивидуальных достижений в области практического интеллекта характерно гибкое сочетание глобальной и локальной перспектив. Так, Наполеон, по замечанию Тарле, был способен «одновременно видеть и деревья, и лес, и чуть ли не каждый сук на каждом дереве».

Важным направлением междисциплинарной работы в когнитивной науке является создание формальных моделей обучения экспертным знаниям и основанных на них экспертных обучающих систем. Наиболее известная современная психологическая модель такого рода, ACT-R Дж. Р. Андерсона, трактует обучение односторонне; как преобразование (компиляцию) декларативных (утвердительных) констатаций в эксплицитные правила с их последующей процедурализацией и автоматизацией (см. 6.4.1 и 8.1.1). Как мы видели, обучение и формирование экспертизы одновременно происходят на нескольких уровнях, причем частично с самого начала вне сферы сознательного контроля (см .5.4.1). Кроме того, данная модель применима только по отношению к четко описываемым областям, таким как математика и навыки программирования.

Примером успешного симбиоза психологии и искусственного интеллекта служат работы О. И. Ларичева и его коллег (Ларичев, Нарыжный. 1999) .Так, им удалось значительно ускорить обучение студентов-медиков дифференциальной диагностике двух похожих по проявлениям заболеваний: тромбоэмболии легочной артерии и острого инфаркта миокарда. Практикующий врач обычно сталкивается лишь с несколькими такими случаями в год. Их дифференциация основана на учете примерно десяти сложных признаков (таких как параметры ЭКГ и клинический состав крови), причем диагностические навыки вырабатываются годами и не имеют четких правил. Проранжировав признаки по характерности, авторы прежде всего аппроксимировали систему решающих правил, остающихся в явном виде неизвестными даже экспертам. Затем они в течение двух дней (по четыре часа ежедневно) тренировали студентов-медиков в различении обоих заболеваний на материале 500 инсценированных ситуаций. Эта тренировка привела к 95% уровню правильных диагностических решений. Хотя через неделю эффективность решений снизилась до 85%, ее удалось вновь поднять до прежнего уровня всего лишь после часового тренинга. Система решающих правил при этом в целом осталась для испытуемых неявной, что, по мнению авторов, имеет и положительную сторону, связанную с особой прочностью имплицитной памяти (см. 5.1.3).

Традиционно высшие достижения в определенной области интерпретируются как проявление особой личностной диспозиции в форме одаренности, таланта или гениальности. Хотя когнитологи пока не осмеливаются объяснять творчество Моцарта, военные успехи Наполеона или открытия Эйнштейна в терминах приобретения и применения экспертных знаний, открытая дискуссия развернулась в последнее десятилетие вокруг понятия «талант». Несмотря на расшифровку генома человека и быстрое развитие психогенетики, имеющиеся данные о врожденных способностях чрезвычайно противоречивы (см. 9.4.2). Вполне возможно, что в случае таланта речь идет о псевдопонятии, за которым кроется длительное, продолжающееся десятилетиями обучение (Howe, Davidson & Sloboda. 1998). Ряд исследований формирования экспертизы показывает, что оно может вести к выдающимся результатам, при отсутствии каких-либо особых общих предпосылок столь высоких достижений. Лица, являющиеся экспертами в очень специфических областях, таких как футбол, рыбная ловля или лошадиные скачки, могут обладать сложными когнитивными репрезентациями в этих областях знания при среднем или даже низком уровне общего интеллекта.

• [1] Надо сказать, что эти особенности обследования осмысленных конфигурацийшахматистами высшей квалификации впервые были описаны еще в начале 1970;х гг.О. К. Тихомировым и его коллегами из Московского университета. Они считали данныйрезультат доказательством укрупнения так называемых «оперативных единиц опознания» (нечто похожее на «шаблоны» Саймона и Гобе) в процессе обучения.
• [2] Иногда, впрочем, эксперты оказываются склонны к ошибкам, которые могутизбежать новички. Так, в медицинской радиологии эксперты демонстрируют болееконсервативные стратегии принятия решений, чем начинающие врачи, что обуславливает относительно большее количество ошибок типа «пропуск сигнала» у первых и типа"ложная тревога" у вторых. В терминах теории обнаружения сигнала (см. 2.1.2) эксперты в этой области демонстрируют более высокую чувствительностью (сР) и одновременно высокое положение критерия ((3). Неизвестно, какую роль в этом случаеможет играть характерный для медицинских профессий и развивающийся с задержкойпорядка десяти лет синдром выгорания.