Информационный подход. 
Когнитивная наука. 
Основы психологии познания

Кибернетика и статистическая тория связи

Решающее значение для появления когнитивной психологии имела кибернетическая революция в науке и технике, истоки которой, в свою очередь, связаны с развитием формальной и математической логики. В середине XIX в. Дж.С. Милль и Дж. Буль были убеждены, что их системы логики описывают законы мышления (именно так называлась вышедшая в 1858 г. книга Буля, содержавшая описание двоичной алгебры). Отличительной чертой психологических теорий, которые ориентировались на эти достижения, уже тогда был более или менее отчетливый отказ от рассмотрения физиологических механизмов, которые, правда, в то время были еще практически неизвестны.

В 1900 г. немецкий математик Давид Гильберт сформулировал ряд нерешенных в 19-м столетии проблем, часть из которых была связана с формальным обоснованием таких аксиоматических систем, как арифметика, геометрия, пропозициональная логика. Речь шла о полноте, непротиворечивости и вычислимости выражений, записанных в терминах «языка» этих систем. Несмотря на усилия выдающихся авторов и полученные ими принципиальные результаты, заметное продвижение в решении этих проблем произошло только в 1930;е гг., благодаря работам Гёделя, Колмогорова, Поста, Чёрча и Тьюринга (см. 9.2.2). Английский логик Алан Тьюринг проанализировал проблему эффективности процедур вычисления. Идея эффективности близка лейбницевской идее алгоритма — последовательности операций, ведущих через определенное (конечное) число шагов к решению. Тьюринг показал, что любая эффективная процедура может быть реализована с помощью простого абстрактного автомата, получившего название «машины Тьюринга». Состояния и изменения состояний этой «машины» могут быть описаны с помощью четырех или пяти элементарных логических операций, считывающих и записывающих двоичные числа в ячейки передвигаемой вперед и назад бесконечной ленты. Эта работа сделала возможной очень наглядное теоретическое обоснование функционирования вычислительной техники, так как с формальной точки зрения всякое цифровое вычислительное устройство является ничем иным, как физическим воплощением «машины Тьюринга».

«Кибернетика» американского математика и физика Норберта Винера, вышедшая в свет в 1948 г. и переведенная потом на многие языки (например, Винер. 1958), зафиксировала начало новой научнотехнической революции, основанной на теории управления и сервомеханизмов, статистической теории связи и применении программируемых вычислительных устройств. Как пишут А. И. Берг и Б. В. Бирюков, «Кибернетика осуществляет формализованный подход к объектам различной природы — техническим, биологическим, социальным. Смысл этого подхода состоит в том, чтобы выделить в них стороны, связанные с управлением и переработкой информации… Кибернетика влечет за собой изменение привычных взглядов на некоторые философские категории. Например, концепция управления как перевода управляемого объекта из одного состояния в другое в соответствии с целью (задачей) управления влечет за собой определенное переосмысление телеологического… подхода. Если до кибернетики представление о цели обычно считалось неотделимым от идеализма, то теперь становится очевидным, что это понятие органически входит в число наиболее общих понятий, используемых для описания реальности» (Берг, Бирюков. 1975. С. 503).

Так была реабилитирована одна из характерных особенностей того, что Курт Левин и неопозитивисты называли «аристотелевским способом образования понятий» (см. 1.3.2). Кибернетика стала первым опытом широкого синтеза научных дисциплин в XX в., прообразом современной когнитивной науки. Многое в кибернетике было подготовлено работами не только математиков и физиков, но и философов, физиологов, психологов^[1]. Уже у Аристотеля можно найти прекрасный образ управления кораблем, который может вестись к цели различными способами: капитаном по звездам, местным лоцманом по береговым ориентирам и т. д. Карл Бюлер в своей книге о причинах первого кризиса психологии (Buehler. 1927) прямо называл изучение процессов управления поведением на основе психического отображения (нем. Darstellung) окружения — центральной задачей этой научной, дисциплины.

В более узком исследовательском контексте Кёлер (см. Metzger. 1975) дал анализ фиксационных движений глаз в терминах работы механизма с отрицательной обратной связью (англ, feedback). Примерно та же самая задача удержания прицела на движущемся объекте интересовала и Винера, который занимался созданием вычислительной машины для управления зенитным огнем. Важно отметить, что в случае систем с обратной связью, особенно если эти системы включают несколько уровней организации, теряет свою объяснительную силу столь важное в механике и в науках о неживой природе понятие линейных причинно-следственных связей. На место этого понятия выдвигается представление о круговой причинности. Например, в физиологических исследованиях картезианское понятие рефлекторной дуги было еще в 1930;е гг., то есть в период доминирования основанных на схемах «стимулреакция» бихевиористских концепций и до официального появления кибернетики, заменено представлением о рефлекторном кольце, причем произошло это практически одновременно на Востоке (Н. А. Бернштейн) и на Западе (Виктор фон Вайцекер). Так яблоки, по словам Гёте, одновременно падают осенью в разных садах.

Начиная с 1942 г. в США стали практически регулярно происходить встречи, в которых участвовали ведущие кибернетики, лингвисты, физиологи и психологи. Междисциплинарные конференции и семинары, на которых закладывалась основа для совместных исследований, в духе последующей когнитивной науки, участились с окончанием войны и в других странах, в частности, в Советском Союзе. В 1950;е гг. появились возможности и для прямых международных контактов разрозненных до того времени национальных групп. Из многочисленных достижений и нововведений кибернетики в психологию проникли первоначально, пожалуй, только положения статистической теории связи, изложенной в доступной для психологов форме Шенноном и Уивером (Shannon & Weaver. 1949). Эта теория — она стала известна потом как теория информации — предлагала простой формальный аппарат для оценки количества информации, содержащейся в том или ином сообщении.

Количество информации Н, передаваемое сообщением о реализации одного из, А равновероятных событии, определяется по формуле:

Количество информации измеряется, таким образом, в двоичных логарифмических единицах, или битах. Передача количества информации, равного одному биту, позволяет уменьшить неопределенность ситуации вдвое, двух битов — вчетверо и т. д. Множество всех возможных событий, естественно, заранее должно быть известно на принимающей стороне. Приведенная выше формула описывает максимально возможное количество информации, достигаемое в случае, когда система событий совершенно случайна. Если система событий структурирована, так что разные события возникают с различной вероятностью р_Р то среднее количество информации для множества из N событий определяется несколько более сложной формулой:

Именно эта информация Н при продолжительном предъявлении сигналов определяет нагрузку на канал связи. Разница между максимально возможным и фактическим количеством информации определяет далее так называемую избыточность системы событий. Избыточность является ничем иным, как мерой организации такой системы, степени ее отличия от совершенно случайного, хаотичного состояния. Важным источником избыточности в канале связи являются, наряду с абсолютной вероятностью возникновения событий, условные вероятности следования события друг за другом. Так, поскольку появление, а главное, следование отдельных фонем друг за другом в звуках человеческой речи далеко не равновероятны, общая избыточность системы фонем (или же букв при письме и чтении) естественных языков оказывается довольно большой, примерно равной 70%.

С инженерной точки зрения, можно говорить далее о различной степени оптимальности процессов кодирования информации. Оптимальным является такое кодирование событий, например в виде последовательностей двоичных символов «0» и «1», при котором более вероятные события будут представлены более короткими цепочками символов. Интересно, что соответствующая эмпирическая зависимость — чем частотнее слово в языке, тем оно короче—действительно известна в лингвистике, где она называется «вторым законом Ципфа». При оптимальном кодировании канал связи, имеющий пропускную способность С бит/с, будет передавать С/Н двоичных символов в секунду. Если кодирование не оптимально, то фактическая скорость передачи информации уменьшится. Она в принципе никогда не может превзойти пропускную способность канала С, а тем более стать бесконечной (Яглом, Яглом. 1973).

Первой претеоретической метафорой будущей когнитивной психологии стало, таким образом, понимание человека как канала связи с ограниченной пропускной способностью. Это понимание буквально совпадало с тем спёцифическим аспектом рассмотрения возможностей человека, который был характерен для проводившихся еще в годы Второй мировой войны инженерно-психологических исследований. Поскольку экстремальные условия войны и начавшегося сразу после нее военно-индустриального соревнования Востока и Запада вновь и вновь обнаруживали специфические слабости человеческого звена в системе человек—машина, необходим был единый язык описания ограничений как техники, так и самого человека-оператора. Теория информации была воспринята многими психологами и инженерами как своего рода лапласовская «мировая формула» (см. 1.1.2), позволяющая единообразно описать возможности не только технических звеньев человеко-машинных систем, но и большое количество собственно психологических феноменов.

• [1] Ближайшим сотрудником Винера и его соавтором по статье «Поведение, целенаправленность и телеология» (Винер, 1958) был физиолог Розенблют. Разработка идеицеленаправленности была дана ранее такими физиологами, как П. К. Анохин, Н. А. Бернштейн, В.ф. Вайцекер и Э.ф. Хольст. В последнее время нейрофизиология вновь становится источником идей для всего комплекса когнитивных исследований (см. 2.4.3и 9.1.1). При этом происходит поиск понятий, которые могли бы лучше выразить сложность изучаемых систем, чем ставшие привычными понятия кибернетики. Так, по предложению американского биолога Дж. Эдельмана (Нобелевская премия 1972 г. за работыпо иммунологии) в когнитивной науке начинает использоваться понятие «повторноговвода» (англ, re-entry), близкое понятию «обратная связь», но подчеркивающее значение самоорганизации нейронных систем живого, частично осознающего себя организма (например, Edelman, 1985).