Каков объем кратковременной памяти нормального человека
В работе Р. Шепарда и М.Тетцуняна рассматривалась способность испытуемых узнать повторяющееся число в ряду из предъявленных 200 чисел как функцию количества чисел между первым и вторым появлением числа в ряду. Было показано, что испытуемые легко справляются с заданием, пока это количество не превышает шести чисел, затем кривая эффективности узнавания монотонно снижается, приближаясь к нулевой отметке примерно при 40 промежуточных числах. Казалось бы, объем кратковременной памяти на числа измерен. Мы способны безошибочно воспроизводить ряд цифр, не превышающий 6 — 7 элементов.
Полученные данные согласуются с обыденным опытом. Действительно, человек без труда запоминает обычные шестизначные почтовые индексы и семизначные телефонные номера, но часто путается, когда длина цифрового ряда выходит за эти границы (должно быть поэтому компании сотовой связи устанавливают высокие расценки на так называемые «прямые» номера и снижают цены на «федеральные», т.е. включающие дополнительные комбинации цифр). Однако эти результаты показались неполными Д. Норману и Н. Во. По их мнению, проведенное исследование не показывало, от чего именно зависит найденная закономерность: от количества поступивших в кратковременное хранилище цифр или от времени, которое прошло между предъявлениями. Другими словами, почему испытуемые не могут заметить, что целевая цифра уже встречалась им в ряду? Потому ли, что «новые» шесть цифр «вытесняют» находящиеся в кратковременном хранилище элементы, или потому, что, пока заучиваются «новые» элементы, «старые» исчезают под влиянием времени. Первый вариант связан с действием механизма интерференции, а второй — угасания (рис. 30).
Д. Норман и Н. Во в своем исследовании контролировали действие обеих переменных: и количество цифр между целевыми элементами, и время между первым и вторым предъявлением цифры в ряду. Они показали, что основным механизмом потери информации из кратковременной памяти является интерференция. Другими словами, «старая» информации, находящаяся в кратковременном хранилище, вытесняется вновь поступающей.
Использованная ими экспериментальная процедура была практически аналогична методике Р. Шепарда и М.Тетцуняна. Испытуемым предъявляли ряд из 16 цифр. Одна из цифр была «зондом». Она появлялась в списке дважды. Задача испытуемого заключалась в том, чтобы, услышав второй раз одну и ту же цифру, вспомнить цифру, которая предшествовала ей при первом предъявлении. Например, испытуемому давали ряд: 1, 2, 5, 7, 6, 3, 4, 5. Так как в данном случае зондом была цифра «5», правильный ответ — «2».
Если гипотеза о преобладании механизма интерференции в кратковременной памяти верна, то успех решения задачи должен зависеть от количества цифр, которые включены в ряд между цифрами-зондами, и не зависеть от скорости предъявления цифр. Действительно, в том случае, когда за равный промежуток времени испытуемому «успевали» прочесть различное количество цифр между цифрами-зондами (например, четыре или шесть цифр), он лучше справлялся с задачей при четырех «интерферирующих единицах», чем при шести. Однако эффект исчезал, когда интервал между предъявлениями приближался к 30 с. Таким образом, авторы пришли к выводу, что кратковременное хранилище структурно приспособлено к удержанию около шести элементов, которые, с одной стороны, подвержены интерферирующему воздействию вновь поступающей информации, а с другой — угасают в течение 30 с.
Что означает формула «шесть элементов»? Можно ли данные, полученные для цифрового и буквенного материала, распространить на слова, многозначные числа, осмысленные фразы и т.д.? Нам действительно трудно удержать в памяти цифровой ряд, превосходящий 6 —7 элементов, но мы легко можем запоминать многобуквенные слова (например, слово «достопримечательность» — 21 буква). Другими словами, на какой параметр поступающей стимуляции «настроено» кратковременное хранилище: на ее физические или какие-либо иные свойства? Очевидно, что перед нами встает вопрос об измерении «размера» элемента, который входит в кратковременную память.
Первая попытка подсчитать, сколько элементов способна вместить кратковременная память, восходит к классическим исследованиям объема сознания В. Вундта. В своих опытах по изучению объема сознания он установил, что объем сознания составляет около шести ассоциативно связанных объектов.
Способность человеческого сознания одновременно удерживать не более шести изолированных элементов, по мнению В. Вундта, была эмпирически обнаружена задолго до его исследований. Так, разработанный французским учителем XVIII в. Л.Брайлем алфавит для слепых кодирует каждую букву при помощи комбинации выпуклых точек. Каждый из символов в этом алфавите включал в себя не более шести точек (рис. 31). Таким образом, слепой мог одномоментно распознать букву, прикасаясь к конфигурации выпуклых точек.
Количественной мерой объема сознания для В. Вундта служил мелодический ряд, включающий различное количество тактов. Объем сознания определялся такой длиной ряда, что при последовательном прослушивании двух рядов испытуемый мог непосредственно установить их равенство. Он давал испытуемым прослушивать ряд, состоящий из одного, двух, трех, четырех и т.д. тактов. Такты могли быть различной степени сложности: двухдольные (тик-так), трехдольные (ритм вальса раз — два — три) и т.д. Испытуемым было запрещено специально сосчитывать количество тактов. Сразу после завершения одного ряда предъявлялся второй. Испытуемый должен был сказать, возникает ли у него ощущение равенства рядов или нет. Для этого нужно было сравнить удерживаемый в памяти ряд звуков с непосредственно воспринятым. Пользуясь современной терминологией, можно сказать, что процедура эксперимента предполагала сопоставление материала, находящегося в сенсорном регистре, с содержанием кратковременной памяти. Испытуемые давали верные ответы для восьми двухдольных, шести трехдольных и пяти четырехдольных тактов. Очевидно, что «количество информации», содержавшейся в этих тактах, было различным как по физическим параметрам (16, 18, 20 ударов соответственно), так и в отношении содержания (изолированный звук либо более или менее сложная мелодическая конфигурация). Таким образом, был зафиксирован факт, что человек способен удерживать в памяти единицы различной емкости. Но как сопоставить «информационную нагруженность» разнородных объектов? Что, например, окажется более нагруженным: геометрическая фигура или число; всегда ли информационно равны одинаковые по длине слова (например, «перекресток» и «университет»)?
Дж. Миллер в работе «Магическое число семь плюс или минус два. О некоторых пределах нашей способности перерабатывать информацию» предложил способ количественного измерения информации вне зависимости от того, в какой форме она представлена. В качестве меры информации им была введена так называемая двоичная единица информации, т.е. количество информации, необходимое для принятия решения о выборе из двух равновероятных альтернатив, в качестве условной меры информационной нагруженности. Что такое двоичная единица? Например, вам нужно догадаться, какого пола человек по фамилии Короленко. Человек, носящий такую фамилию, может с одинаковой вероятностью оказаться как мужчиной, так и женщиной. Для решения этой задачи вам понадобится одна двоичная единица (дв. ед.) информации, две дв. ед позволяют произвести выбор из четырех возможностей (например: на какую лапу прихрамывает собака?); три дв. ед. — из восьми возможностей (в каком направлении от Москвы находится Париж — на севере, юге, западе, востоке, юго-западе, северо-западе, юго-востоке или северо-востоке?); четыре дв. ед — из 16 возможностей (где выйдет пассажир, если он сел на станции «Университет» Московского метрополитена на поезд в направлении центра?); пять дв. ед. — из 32 возможностей (какой зуб может заболеть?) и т.д.
Сначала Дж. Миллер рассматривал гипотезу, согласно которой кратковременная память вмещает только определенное количество двоичных единиц информации. При этом абсолютное количество элементов может быть различным, важно только, чтобы сумма их информационных нагрузок не превышала предельной емкости системы. Например, каждая десятичная цифра несет 3,3 дв. ед. (так как существует выбор из десяти альтернатив от 0 до 9). Известно, что мы можем удержать в среднем 7 цифр, т.е. 23 дв. ед. Каждая буква русского языка несет около 5 дв. ед (выбор из 32 альтернатив). Исходя из логики, изложенной выше, следовало бы предположить, что мы можем удержать не более 4,6 букв. Однако, как видно из рис. 32, гипотеза Миллера о стабильной информационной емкости подсистемы кратковременной памяти, проверенная в эксперименте Дж. Хайеса, не подтвердилась. Несмотря на то что объем запоминания снижается с девяти элементов для двоичных чисел (одна дв. ед. информации на элемент) до пяти элементов для односложных слов (десять дв. ед. информации на элемент), результаты далеки от предсказанных исходной гипотезой. Количество воспроизведенной информации не является постоянной величиной и почти линейно возрастает с увеличением поступающей информации, приходящейся на один элемент. Причем абсолютное число воспроизведенных элементов постоянно находится в диапазоне «магического числа 7 ± 2».
С учетом полученных данных Дж. Миллер приходит к выводу, что кратковременная память ограничена числом запоминаемых единиц, а не их информационной нагруженностью. Он вводит различение между количеством информации и «чанком» информации (от англ. chunk — ломоть, кусок). «Чанк» представляет собой своеобразную ячейку памяти, в которую можно поместить как «мало», так и «много» информации. «Поскольку объем памяти равен ограниченному числу ячеек, мы можем увеличить число двоичных единиц, приходящихся на одну ячейку информации, путем построения все больших и больших ячеек, причем так, чтобы каждая ячейка содержала больше информации, чем раньше» (Миллер Дж. — 1965. — С. 575). Очевидно, что в реальной жизни нам выгоднее оперировать с информационно богатыми, чем с информационно бедными элементами.
Процесс укрупнения ячеек Дж. Миллер называл перекодированием. Перекодирование — это процесс, в ходе которого ранее изолированные элементы объединяются в группы. Одним из наиболее экологически валидных примеров укрупнения ячеек кратковременной памяти является создание осмысленных слов из потока буквенной стимуляции.
Дж. Боуэр предъявлял на слух испытуемым ряды букв. Буквы произносились либо в постоянном темпе, либо с различными интервалами. Например, при монотонном предъявлении ряд мог иметь такой вид:
В случае с варьируемыми паузами, ряд принимал следующую форму:
Хотя число букв во всех трех рядах идентично, результаты воспроизведения в третьей серии были значимо лучше, чем в двух предшествующих. Дж. Боуэр связывал полученные результаты с тем, что совпадение со знакомыми акронимами (буквенными сокращениями) позволяло сформировать более богатые ячейки памяти.
Сходные данные были получены в исследовании А. Бэддели, Р.Конрада и У.Томсона по методике последовательных приближений буквенных комбинаций к естественным словам английского языка. С помощью компьютера было подсчитано, с какой частотой в нормальном тексте встречаются отдельные буквы и их сочетания. На основании выявленных частот были созданы десятибуквенные ряды, изменяющиеся от случайного набора к приближению первого порядка (буквы встречаются с характерной для языка частотой), потом к приближению второго порядка (пары букв встречаются с типичной частотой), потом к приближению третьего порядка (типичная частота троек букв) и, наконец, реальные слова языка. Так, примером комбинации букв случайного набора может служить ряд RCIFODWVIL, примером приближения первого порядка — TNEOOESHH, примером приближения второго порядка — HIRTOCLTNO, примером приближения третьего порядка — BETEREASYS, примером реального слова — PLANTATION (плантация). Было установлено, что вероятность безошибочного воспроизведения буквенного ряда возрастает с приближением к словам естественного языка (рис. 33). Данный феномен получил название эффект лексичности (lexicality effect).
Явление укрупнения элементов, помещаемых в ячейки кратковременной памяти, было продемонстрировано и на материале целостного текста. Э.Тульвинг и Дж. Пэтко использовали списки из 24 слов, которые также различались по своей близости к осмысленному тексту. Число припоминаемых слов находилось в прямой зависимости от порядка приближения к литературному тексту. Испытуемые воспроизводили пять-шесть структурных элементов, объем которых увеличивался от одного до трех слов по мере нарастания совпадения с устойчивыми синтаксическими конфигурациями языка. Они ввели понятие заимствованная структурная единица, которая отражает наличие в долговременной памяти, стабильной группы стимулов. Эти стимулы опознаются как целое, безошибочно воспроизводятся в правильном порядке, и, соответственно, имеется возможность их заимствования для обеспечения процесса структурирования содержаний в кратковременной памяти. Например, для запоминания текста вида: «Она вышла из дома ровно в пять» — требуется четыре заимствованные единицы («она», «вышла», «из дома», «ровно в пять»), а для запоминания текста вида: «Из пять в вышла она дома» — уже шесть единиц, так как каждое слово в данном случае должно будет распознаваться изолированно.
Правило, согласно которому объем кратковременной памяти не зависит от количества информации в отдельном элементе, а определяется постоянным числом ячеек памяти, которые могут быть как богаты, так и бедны информацией, действует в достаточно широких пределах. Однако, как и всякое правило, оно имеет ограничения. Нельзя увеличивать информационную нагрузку ячейки памяти до бесконечности. Математическая зависимость, связывающая объем кратковременной памяти и абсолютное количество содержащейся в запоминаемом материале информации, была описана П. Б. Невельским. Он установил, что данная зависимость носит линейный характер, причем при обогащении элементов информацией в 40 раз (с 0,5 до 20 дв. ед.), количество структурных единиц, с которым могла оперировать кратковременная память, сокращался только в четыре раза (с 12 до 3) (рис. 34).
Теория эмоциональных роботов главным образом занимается построением модели коммуникации и взаимодействия между роботами. Это является ее основной целью. Она предполагает дальнейшее развитие понятийного аппарата, в т.ч. для описания характеристик памяти робота.
Проведение параллелей между характеристиками памяти человека и робота может дать новые идеи для построения модели коммуникации между роботами. Так, например, применение гипотезы советского психолога Д.Н. Узнадзе помогло решить проблему пресыщения воспитания робота [4]. С другой стороны, использование некоторых характеристик человека для вычисления показателей робота, сопоставимых с человеческими, может обосновать или опровергнуть применимость теории эмоциональных роботов для описания некоторых сторон психической деятельности человека.
Цель исследования
Цель данного исследования состоит в том, чтобы найти психологический метод для определения объема кратковременной памяти человека, адаптировать его для нахождения коэффициента кратковременной памяти человека таким образом, чтобы его можно было использовать в качестве эквивалента коэффициента кратковременной памяти робота.
Материал и методы исследования
Один из психологических методов определения объема кратковременной памяти человека является метод Джекобса [6], основанный на законе Миллера [2], который говорит о том, что емкость кратковременной памяти составляет 7±2 объекта. Метод Джекобса заключается в следующем. Для определения объема кратковременной памяти человека проводятся n серий испытаний. В каждой серии испытуемому предъявляются r последовательностей цифр, начиная с минимальной длины l и увеличивая длину последовательности на k. В каждой последовательности не должно быть повторяющихся цифр. Пример последовательностей цифр одной серии испытаний при r = 7, l = 4, k = 1 - 5840; 46023; 254061; 7842369; 34086125; 598623174; 4520761938.
На практике последовательности предъявляются испытуемому с интервалом 1 секунда. После просмотра каждой последовательности через 2-3 секунды испытуемые воспроизводят элементы ряда в том же порядке, в каком они предъявлялись. Объем кратковременной памяти человека определяется по формуле [6]:
, (1)
где A - наименьшая длина последовательности, которую испытуемый во всех сериях воспроизвел правильно, C - количество правильно воспроизведенных последовательностей, длина которых больше, чем A.
В таблице 1 можно найти оценку уровней объема кратковременного запоминания для анализа результатов по методу Джекобса [1].
Таблица 1 - Шкала оценки уровня кратковременного запоминания
Объем памяти V
Уровень кратковременного запоминания
Запоминание, равное 10, как правило, является следствием использования испытуемым логических средств или специальных приемов мнемотехники. Если получен очень низкий уровень запоминания, то исследование памяти испытуемого обычно повторяют через несколько дней. В норме объем памяти 3-4 вызывается непринятием инструкции.
Использование коэффициента для оценки кратковременной памяти человека
В человеческую кратковременную память попадают разные объекты: цифры, буквы, геометрические фигуры, объекты реального мира и т.д. Перед психологами «встает вопрос об измерении "размера" элемента, который входит в кратковременную память» [3], т.е. вопрос о единице изменения или базовой единице памяти.
Существует «правило, согласно которому объем кратковременной памяти не зависит от количества информации в отдельном элементе, а определяется постоянным числом ячеек памяти, которые могут быть как богаты, так и бедны информацией» [3]. Следовательно, для исследования кратковременной памяти можно использовать относительные или безразмерные величины, которые будут сравнимы при запоминании различных объектов. Таким образом, целесообразно перейти к измерению коэффициента кратковременной памяти θ, определяющего часть запоминаемой информации от общего поступившего количества информации. Для этого воспользуемся аналитической формулой объема кратковременной памяти по методу Джекобса (1).
Из формулы (1) следует, что величина V не подходит в качестве коэффициента кратковременной памяти человека, т.к. значения коэффициента θ должны принадлежать отрезку [0; 1], в то время как в общем случае справедливо неравенство .
Для получения коэффициента кратковременной памяти человека θ необходимо выполнить нормировку значения объема кратковременной памяти человека V:
. (2)
V достигает минимума в том случае, если тестируемый человек не запомнил ни одной последовательности цифр, т.е. A = 0, C = 0. Тогда .
Для нахождения максимума функции преобразуем ее к функции, зависящей только от параметра A. Количество последовательностей цифр, предложенных испытуемому во всех сериях, обозначим . Максимальная длина последовательности в каждой серии испытания равна m, где . Минимальное количество последовательностей h, которые испытуемый воспроизвел правильно среди всех серий испытания, имеет вид . Количество последовательностей, которые испытуемый воспроизвел точно не правильно, .
Максимальное количество правильно воспроизведенных последовательностей, длина которых больше, чем A, во всех сериях будет вычисляться по формуле . После преобразований получаем .
Для нахождения подставим в функцию V(A,C). Обозначая , получим соотношение .
Очевидно, что является линейной функцией относительно A, где , , . Исследуем функцию на максимум.
Отметим, что согласно практическому смыслу задачи . Отсюда Q > 0 и P > 0. Это означает, что достигает максимума в точке m (рис. 1).
Рис. 1. Максимум функции .
Отметим, что согласно построению справедлива цепочка равенств .
Основываясь на проведенном исследовании, подставив Vmin и Vmax в формулу (2), получаем коэффициент кратковременной памяти человека, который примет вид:
. (3)
Таким образом, коэффициент кратковременной памяти человека показывает, какую долю информации человек способен точно воспроизвести после ее однократного предъявления.
В теории эмоциональных роботов [5] приведено математическое определение коэффициента кратковременной памяти робота, который является относительной величиной и лежит в интервале [0; 1]. Поэтому коэффициент (3) по формальным математическим свойствам может быть использован в качестве коэффициента кратковременной памяти робота.
Программная реализация
Для практического определения коэффициента кратковременной памяти человека разработан демонстрационный прототип программы, использующий метод Джекобса.
При запуске программы пользователю предлагается заполнить анкетные данные (рис. 2), где он может, в т.ч. на свое усмотрение, оценить свою память до начала тестирования.
Рис. 2. Заполнение анкеты в программе.
После изучения небольшой инструкции испытуемый начинает тестирование, в процессе которого на экране монитора появляются цифры (рис. 3), которые испытуемому необходимо запомнить.
Рис. 3. Тестирование. Вывод изображения цифр.
Для получения репрезентативной последовательности цифр для тестирования используется генератор псевдослучайных чисел из диапазона от 0 до 9. Последовательности цифр выводятся на экран. Каждая последовательность не содержит повторяющихся цифр. После того как система выведет на экран все цифры последовательности, пользователю предлагается ввести те цифры, которые он запомнил (рис. 4).
Рис. 4. Тестирование. Ввод цифр пользователем.
В файле psysettings.xml находятся настройки, предназначенные для адекватного использования метода Джекобса. Эти настройки определяют количество серий испытаний, величину удлинения цифрового ряда, время между предъявлениями рядов, название шрифта, жирность, курсив, подчеркнутость и др.
Фразы для мультиязычного интерфейса пользователя задаются в файле settings.xml. Есть возможность расширять количество языков интерфейса программы без перекомпиляции программы. В данной версии есть возможность переключения на английский вариант интерфейса.
Исследователь имеет возможность указать в программе электронный адрес, на который он хотел бы получать файлы с результатами экспериментов. После проведения тестирования программный продукт создает сериализованный файл с результатами, который может быть отправлен на электронный ящик экспериментатора. Для передачи электронной почты используется низкоуровневый протокол SMTP (рис. 5). Предложенное решение на уровне психолога-исследователя может быть использовано для получения и агрегации результатов.
Рис. 5. Архитектура программного продукта.
Результаты исследования
Результатом исследования является введение коэффициента кратковременной памяти человека, который является относительной и безразмерной характеристикой, решающей проблему единиц измерения памяти. Также результатом работы является демонстрационный прототип программы, реализующий метод Джекобса и определяющий коэффициент кратковременной памяти человека.
Заключение
В перспективе программа должна перерасти в программный продукт, который будет использоваться для верификации положений теории эмоциональных роботов, возможностей ее применения для описания взаимосвязей характеристик памяти человека.
Расширение функциональности программы и увеличение количества настроек позволит автоматизировать создание новых методик исследования памяти и проведение их верификации. Программа представляет собой не просто воплощение определенных методов, но также оставляет место для творчества психолога-исследователя, позволяя ему адаптировать тест под необходимую выборочную совокупность.
Автоматизация психологических тестов избавляет от рутинной обработки, исключает субъективный фактор тестирующего во время проведения эксперимента, снижает риск ошибки при подсчетах результатов. Появляется возможность использовать старые, проверенные годами тесты, настраивая их параметры, и в то же время создавать новые методики и автоматизировать их верификацию.
У меня есть компьютер. Думаю, у вас тоже. Общий перечень наших с вами задач, решаемых с помощью компьютера, можно свести к двум основополагающим вещам: хранение и преобразование информации. Головной мозг выполняет схожие функции. Например, фоторецепторные клетки в глазах принимают электромагнитное излучение и преобразуют его в нервный импульс. Мозг обрабатывает эту информацию и на основе нее строит изображение. Помимо функционального сходства, мозг и компьютер имеют и общие структурные черты: у нас тоже есть некоторое подобие процессора и памяти. Причем наша память, как и память компьютера, бывает разных видов. В этой статье пойдет речь о нашем аналоге оперативной памяти и о том, как он работает.
Когнитивность
Как работает наш мозг? На столь обширный вопрос есть несколько философский ответ — недостаточно хорошо. Действительно, вы наверняка хотели бы не вспоминать перед сном все свои неудачи и просчеты или не забывать, куда положили ключи. Переформулируем и сузим вопрос: как человеческий мозг воспринимает и использует информацию?
Получение информации
Информация попадает в наш мозг посредством нервных импульсов, источником которых являются органы чувств. Именно они первыми получают информацию, а также и преобразовывают её в соответствующий импульс. Зрение преобразовывает электромагнитное излучение видимого спектра, осязание — физическое взаимодействие (температура, вибрации, прикосновения и т. п.), слух — механические колебания в среде, обоняние и вкус — воздействие различных веществ на рецепторы. Помимо основных пяти видов чувств, не стоит забывать о вестибулярном аппарате, который отвечает за положение тела в пространстве и направления движения.
Что дальше?
Попадая в мозг, нервные импульсы преобразуются в соответствующие образы и чувства. Но на данный момент эти образы всего лишь образы. Если человек не умеет читать, то для его мозга текст будет лишь набором закорючек. В психологии есть термин когнитивность. Он отражает способность человека к умственному восприятию и переработке внешней информацию сквозь собственную систему взглядов, зависящую от мышления, памяти, обучения и т. д. Коротко говоря, мозг в течение жизни обучается, получает новую информацию и, в зависимости от текущего типа мышления, багажа знаний и умений, обрабатывает получаемую информацию соответствующим образом.
Память мозга
Память можно определить как способность мозга сохранять и восстанавливать информацию. Очевидно, что работа мозга очень сильно зависит от памяти и ее роль сложно переоценить. Классифицировать память можно по разным критериям. Но нас будет интересовать конкретно разделение по времени хранения информации. Итак, память мозга условно можно разделить на следующие виды:
- Долговременная память;
- Кратковременная память;
- Рабочая память.
Кратковременная память
Изначально, информация от органов чувств попадает в кратковременную память. Как понятно из названия, она хранится там небольшой промежуток времени. При этом информация от органов чувств фильтруется. В кратковременную память попадает та информация, на которую мы обратили своё внимание. Причем как произвольно, так и под действием каких-либо факторов. Например, обычно мы не обращаем внимание на ощущения от надетой на нас одежды, но если она вызовет дискомфорт, то мы обратим внимание, и эта информация попадет к нам в кратковременную память. Помимо органов чувств, источником информации может являться и долговременная память как итог процесса вспоминания, как целенаправленного, так и спонтанного.
Модель Аткинсона-Шиффрина
В целом идеи о том, что человеческая память не является единой сущностью, возникли ещё в 19 веке. Более конкретная теория взаимодействия между кратковременной и долговременной памятью появилась в середине 20-го века в множественной модели Аткинсона-Шиффрина.
Согласно данной модели, наша память состоит из трех структур:
- Сенсорная память. Это структура, в которой хранится память от органов чувств на протяжении малого количества времени (для визуальной — 0,5 секунд, а для звуковой — 2 секунды);
- Кратковременная память. Как упоминалось выше, в эту структуру попадает информация из сенсорной памяти путем обращения внимания.
- Долгосрочная память. Это структура практически неограниченного объема, которая может хранить информацию вплоть до смерти.
Механизм перехода из кратковременной памяти в долговременную точно не ясен. При этом, способность вспоминать события из прошлого зависят от гиппокампа. К этому выводу пришли Бренда Милнер и Уильям Сковилл, изучая пациента, которому для лечения эпилепсии был удален гиппокамп. Пациент не мог вспомнить, что с ним происходило в прошлом, но при этом другие структуры памяти сохранились. Он помнил факты об устройстве мира, но новые ему выучить было сложно. Также у него отлично работала кратковременная память.
Объем кратковременной памяти
Информация без повторения хранится в кратковременной памяти на протяжении примерно 20 секунд. При этом ее объем однозначно определить очень сложно. Американский психолог Джордж Миллер в своей работе «Магическое число семь плюс-минус два« определил, что человек, как правило, не может запомнить и воспроизвести больше 7±2 объектов (данная характеристика является усредненной и не отрицает существование уникумов, способных запоминать большое количество информации)
Но что такое объект? На основе своих исследований (проверка, сколько человек может запомнить), Миллер приводит следующую характеристику — человек в среднем способен запомнить девять двоичных чисел, восемь десятичных, семь букв алфавита и пять односложных слов. Информационная содержательность этих объектов не столь большая. В этом кроется и следующее различие между кратковременной и долговременной памятью — объем информации. Объектом может являться как слово, так и изображение — например, пейзаж. Но степень его детализации будет определяться объемом кратковременной памяти и вряд ли вы запомните его в деталях без повторения.
Рабочая память
Рабочая память (РП) — это тип памяти, с помощью которого человек способен сохранять в уме информацию, с которой работает. РП также позволяет комбинировать информацию, полученную от органов восприятия, с долговременной и кратковременной памятью.
Термин «Рабочая память» был введен Джорджем Миллером, Евгением Галантером и Карлом Прибрамом в контексте теории, в которой человеческий ум сравнивался с компьютером. Изначально понятие рабочей памяти не было конкретизировано, поэтому его использовали Ричард Аткинсон и Ричард Шиффрин в своей модели кратковременной памяти. Однако они не сделали акцента на ее функциональной части, поэтому Алан Бэддели и Грэм Хитч переработали их модель. Главное отличие нового взгляда на РП заключалось в том, что кратковременная память может быть разделена на субкомпоненты и что такая система способна на сложные когнитивные действия. На данный момент многие ученые используют концепцию РП в качестве замены или расширения концепции краткосрочной памяти, делая акцент на манипулировании информацией, а не на ее простом хранении.
Модель рабочей памяти
В 1974 году Алан Бэддели и Грэм Хитч предложили многокомпонентную модель РП, переработав модель кратковременной памяти Аткинсона-Шиффрина. Изначально модель содержала три компонента. Первый компонент — это система контроля над вниманием, называемая центральным исполнителем (ЦИ). ЦИ направляет внимание на информацию, подавляя отвлечение (на нерелевантную информацию и неподходящие действия) и координируя когнитивные процессы при одновременном выполнении множества задач. У ЦИ «в подчинении» находятся две системы временного хранения: фонологическая петля и визуально-пространственный блокнот.
Фонологическая петля — это когнитивная система временного хранения, которая может хранить информацию, представленную в речевой и звуковой форме, с помощью проговаривания про себя (субвокальные повторения). Одним из доказательств этого служит эффект фонологического сходства: слова, со сходным звучанием, запоминаются труднее, чем слова, звучащие по-разному. Представим, что вы хотите запомнить набор терминов. Если слова схожи по звучанию, то это приведет к путанице и плохому результату. Попробуйте запомнить два ряда слов: «код», «год», «кот», «рот» и «солнце», «горячий», «корова», «день». Скорее всего, «производительность» запоминания в первом случае будет хуже. Фонологической петле совсем не важны значения, поэтому человек запоминает ряд из нескольких слов, обозначающих одно и тоже, так же, как и разные слова. В этом заключается отличие рабочей памяти от долговременной. Если увеличить количество слов в последовательности, например до 10, и дать людям запомнить их, то звучание уйдет на второй план, а значение станет намного важней. Таким образом у человека имеется система, которая может хранить информацию путем проговаривания про себя. Она не важна для понимания речи (если вы способны нормально говорить и слышать), однако играет существенную роль в пополнении словарного запаса на раннем этапе обучения чтению, когда нужно удержать в памяти последовательность звуков в точном порядке.
Визуально-пространственный блокнот — это когнитивная система, одновременно хранящая пространственную и визуальную информацию. Визуальная информация включает в себя такие вещи, как цвет и форма, а пространственная — данные о местоположении. Например, использование карты или проектирование здания включает пространственную информацию. Изучение иероглифов, запоминание цвета — это больше визуальное задание. Системы вербальной, пространственной и визуальной информации могут поддерживаться потоками информации, не охватываемыми подчиненными системами (например, тактильные ощущения, семантическая информация, музыкальная информация, эмоциональная составляющая и т. п.).
Так как речь идет о серии потоков восприятия, в 2000 году Бэддели расширил модель, добавив четвертую систему — эпизодический буфер, в котором потоки информации объединяются. У буфера есть несколько измерений: визуальное, пространственное семантическое и перцептивное. Он объединяет их вместе и делает доступными сознанию, связывая всю информацию РП в единое эпизодическое представление. Таким образом эпизодический буфер — это связующие звено между рабочей и долговременной памятью. Если проводить аналогии, то эпизодический буфер чем-то напоминает экран, на который проецируются события.
Где и как мозг хранит информацию
РП располагается в нескольких частях мозга. С появлением методов визуализации мозга (ПЭТ и фМРТ) определение локализации функций в головном мозге людей значительно упростилось. Обзор многочисленных исследований показывает, что области активации во время задач рабочей памяти, разбросаны по большой части коры. Определение Фонологическая петля расположена главным образом в области между височной и теменной долями левого полушария. Процесс повторения информации по большей части включает лобную область, известную как центр Брока.
Визуально-пространственная система вовлекает в основном правое полушарие, однако она может простираться и до затылочных долей, в направлении к задней части мозга. Эта область задействуется в визуальных изображениях. Более центральные теменные области ответственны за пространственную информацию.
Сам факт активации каких-то областей мозга вовсе не означает, что именно там хранится информация. В этом заключается одна из проблем использования функциональной визуализации для понимания работы памяти. При изучении какой-либо когнитивной задачи ученые наблюдают активность области, но не знают, действительно ли она необходима для нее. Представьте, что вы обращается к информации в памяти компьютера и получаете её на экране. Вы узнаете, что было в хранилище и какие подсистемы были задействованы для отображения информации. Но где конкретно хранилась информация и как она была извлечена вам не известно. Пока что в научном сообществе нет консенсуса о том, как точно устроена и функционирует память.
Что влияет на рабочую память
РП страдает от интенсивного стресса. Это было обнаружено в исследованиях Арнстена и его коллег на разных видах животных. Например, в одном из исследований Арнстен исследует влияние стресса, вызванного шумом, на когнитивные функции префронтальной коры у резус-макак. Экспериментаторы заполняли едой одну из лунок, а затем накрывали их непрозрачным экраном. Через определенные промежутки времени экран убирали, и макаки выбирали одну из лунок (задача с отложенным ответом). После некоторой серии экспериментов подопытных подвергали воздействию непрерывным громким шумом (100-110 Дб) в течении 30 минут перед тестированием. Испытав стресс, животные хуже справлялись с заданием: чаще забывали, в какой лунке находятся лакомства. В ходе исследований выяснилось, что высвобождение физиологически активных веществ, катехоламинов, в префронтальную кору, вызванное стрессом, снижает срабатывание нейронов и емкость памяти. Воздействие хронического стресса может привести к глубоким нарушениями РП. Чем больше стресса в жизни, тем ниже эффективность РП при выполнении простых познавательных задач. Злоупотребление алкоголем также может вызывать нарушения РП из-за повреждения мозга.
Индивидуальные различия в объеме РП в некоторой степени наследуемы. Пока что мало известно о том, какие гены связаны с функционированием РП. В рамках многокомпонентной модели был предложен один ген-кандидат, ROBO1 для гипотетической фонологической петли рабочей памяти. Генетический компонент РП в значительной степени разделяется с таковым для подвижного интеллекта, поэтому исследования связи памяти и генетики возможно поможет также лучше понять работу интеллекта.
Существует несколько гипотез о том, что РП может быть натренирована, например при помощи специальных компьютерных программ или таких задач, как n-назад. Но при этом люди не демонстрируют значительных улучшений в таких активностях, как обучение математике, чтение или выполнение тестов на уровень интеллекта. Если тренировка рабочей памятью интеллекта работает, то скорее всего эффект будет незначительным.
Компьютер как мозг
Текущие развитие процессоров во многом основывается на уменьшении техпроцесса. Время идет и эффективность такого подхода снижается. Возможно ли замена нынешней архитектуры на архитектуру, схожую с мозгом человека? Конечно, в реалиях недостатка знаний о мозге данное сравнение некорректно, но давайте пофантазируем. В чем преимущества мозга перед компьютером? Первое, что приходит на ум — это наличие сознания и способность к творческой деятельности. Но не совсем понятно, в чем разница между ними и их компьютерной симуляцией? Проблему квалиа и подобные вопросы лучше оставить философам и сконцентрироваться на более практических аспектах. Понятно, что в некоторых задачах, зависящих от скорости обработки информации мы проигрываем. Но при этом у мозга множество преимуществ перед современными компьютерами:
- мозг более энергоэффективный: в среднем он потребляет 20–30 Вт;
- мозг лучше справляется с распознаванием образов, речи, потоками сложноустроенной информации;
- мозг пластичен, в отличии от модульной архитектуры компьютера: один отдел может выполнять функции другого (при необходимости);
- работу мозга можно охарактеризовать как параллельную, нет необходимости в тактовом генераторе;
- на основе имеющегося опыта мозг способен к прогнозированию будущих событий;
- мозг невероятно обучаем и адаптивен.
- Абсолютное заимствование у природы не всегда оптимально:
Практика показывает, что лучше заимствовать лучшее, но, как упоминалось выше, недостаток знаний о мозге не позволяет сделать этого.
Облачные серверы от Маклауд быстрые и безопасные.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
«Жизнь проходит, и она проходит очень быстро. А нам необходимо пережить беспорядочный поток впечатлений и каким-то образом извлечь из них смысл». В своей забавной, поучительной речи педагог-психолог Питер Дулиттл подчеркивает важность и ограниченность нашей кратковременной памяти, располагающейся в той части головного мозга, которая отвечает за осмысление происходящего
Питер Дулиттл Саморазвитие
Вчера я шел по улице мимо этого здания. Я шел по тротуару с компанией в несколько человек, и мы все соблюдали правила движения. Мы не разговаривали, шли, смотря вперед. Мы двигались. Вдруг человек, идущий передо мной, замедлил шаг. Я наблюдал за ним, а он все замедлялся и, наконец, остановился. Мне же нужно было идти дальше, поэтому я включил поворотник и обошел его. Обходя, я посмотрел, что он делал. А делал он вот что. Он писал смс, он не мог писать и идти одновременно. Теперь мы можем рассмотреть это с точки зрения кратковременной памяти или многозадачности. Сегодня мы займемся кратковременной памятью.
Данный вид памяти отвечает за наше сознание в любое время дня и ночи. Она работает прямо сейчас. Вы не можете просто выключить ее. Если вы ее выключите, то впадете в кому, понимаете? Поэтому сейчас вы функционируете нормально.
Кратковременная память состоит из четырех основных компонентов. Она позволяет нам хранить мгновенные воспоминания и небольшое количество знаний. Она позволяет нам залезть в долговременную память, взять то, что нам сейчас нужно, соединить и обработать это в зависимости от текущей цели. Текущая цель — это не что-то типа: я хочу быть президентом или лучшим серфером в мире. Она прозаичнее. Мне бы хотелось съесть печенье, или мне нужно понять, как попасть в свой номер в отеле. От объема кратковременной памяти зависит возможность достигнуть желаемого, способность взять наши знания, то, что мы можем запомнить, и использовать таким образом, чтобы удовлетворить нашу текущую цель.
У кратковременной памяти достаточно долгая история, ассоциированная со множеством позитивных эффектов. Люди с большим объемом кратковременной памяти, как правило, — хорошие рассказчики. Они отлично справляются со стандартными тестами, как бы важны они не были. Они могут обладать неплохими писательскими способностями. Они в состоянии рассуждать здраво.
Сегодня мы немного поиграем. Я попрошу вас выполнить несколько заданий, так мы сможем испытать вашу кратковременную память. Вы готовы? Хорошо.
Я назову пять слов, и я хочу, чтобы вы запомнили их. Не записывайте. Просто запомните. Пять слов. И пока они у вас будут в голове, я хочу услышать ответы на три вопроса. Я хочу узнать, что произойдет со словами. Вот эти слова: дерево, автострада, зеркало, Сатурн и электрод. Пока все нормально? Отлично. Теперь я хочу, чтобы вы сказали мне, сколько будет 23 умноженное на 8. Просто скажите вслух. Хорошо. Теперь протяните свою левую руку вперед и посчитайте: «Один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять». Это просто неврологический тест, если вам любопытно. Хорошо. Теперь я хочу, чтобы вы назвали пять букв английского алфавита с конца. Вам следует начать с Z.
Неплохо. Кто все еще уверен, что помнит все пять слов? Обычно, мы вспоминаем чуть меньше половины, что нормально. Но есть варианты. Кто-то может запомнить все пять. Кто-то запоминает до 10. Кто-то всего два или три.
Наши знания крайне важны для нашего функционирования, не так ли? Еще более важно это здесь, на TED-конференции, потому что вы впитываете так много различных идей.
Проблема в том, что жизнь проходит, и она проходит очень быстро. А нам необходимо пережить беспорядочный поток впечатлений и каким-то образом извлечь из них смысл с помощью кратковременной памяти, которая размером с горошину. Не поймите меня неправильно, кратковременная память невероятна. Эта память позволяет нам исследовать впечатление в реальном времени на ходу. Она позволяет нам понимать мир вокруг нас. Но и у нее есть свои пределы.
Кратковременная память помогает нам общаться. Мы можем общаться, я могу построить повествование вокруг того, где мы были, куда мы направляемся и как можем внести свой вклад в беседу. Она позволяет нам решать проблемы и мыслить критически. Мы можем сидеть на встрече, слушать чье-либо выступление, оценивать его, решать, нравится оно нам или нет, и задавать уточняющие вопросы. Все это происходит во время работы кратковременной памяти. Она же позволяет нам пойти в магазин, покупать молоко, яйца и сыр, хотя на самом деле мы ищем глазами Red Bull и бекон. Мы должны убедиться, что нашли то, что искали. Центральный вопрос кратковременной памяти – ее ограниченность. Она ограничена в объеме, ограничена по продолжительности, ограничена в фокусе. В целом, мы запоминаем четыре вещи. Неплохо? Вообще-то, их должно быть семь. Но согласно МРТ исследованиям, их всего четыре, и мы достигли неплохих результатов. Мы можем помнить эти четыре вещи в течение 10-20 секунд, если мы ничего не делаем, если мы не обрабатываем их, если не применяем как-то, если ни с кем их не обсуждаем.
Когда мы говорим о кратковременной памяти, мы должны понимать, что ограниченный объем по-разному воздействует на нас. Вы когда-нибудь шли из одной комнату в другую, а потом не могли вспомнить зачем? Вы знаете, как это решить, так? Вы идете назад в первую комнату. Вы когда-нибудь забывали ключи? Вы забывали про машину? Вы забывали забрать детей? Вы когда-нибудь беседовали и вдруг понимали, что разговор слева намного интереснее? Вы киваете и улыбаетесь. Но на самом деле вы не обращаете на меня внимание до тех пор, пока не услышите, что интонация на последнем слове пошла вверх. Тогда вы вдруг понимаете, что вам задали вопрос. И вы очень надеетесь, что ответ «нет», потому что это первое, что пришло вам в голову. Все разговоры про кратковременную память лишь о том, что мы можем сделать и чего не можем. Мы должны понять, что у нее ограниченный объем, объем зависит от того, как мы усваиваем вещи.
Мы усваиваем их с помощью стратегий. И мне бы хотелось поговорить о некоторых из них, и это будет очень важно, потому что вы находитесь в обстановке повышенной информативности в течение нескольких дней. Первое, что нам необходимо знать, — нам следует анализировать наше существование, нашу жизнь, немедленно и систематически. Нам надо анализировать, что происходит, немедленно, а не через десять минут. Не через неделю, а прямо сейчас. Нам надо думать, согласен ли я с ним? Что я пропустил? Что бы мне хотелось узнать? Согласен ли я с этими предположениями? Как я могу применить это в жизни? Так происходит анализирование происходящего, чтобы мы смогли воспользоваться им в будущем. Нам необходимо повторять это. Нам нужна практика. Мы должны задуматься об этом сейчас. Мы также хотим обсудить это с другими. Мы можем записать это, а когда придем домой, то возьмем свои записи и поразмыслим над ними, и так мы практикуемся долгое время. По каким-то причинам к повторению относятся негативно. Но оно очень полезно.
Следующий момент — нам следует думать в деталях, нам следует думать образно. Часто мы думаем, что должны соотносить новые знания с уже приобретенными. Мы хотим вращать все вокруг. Мы хотим взять все наше существование и обернуть его вокруг новых знаний, чтобы установить связи и сделать их более понятными. Мы хотим использовать воображение. Мы созданы для этого. Нам необходимо извлечь из этого пользу. Думайте образами, записывайте все таким образом. Если вы читаете книгу, мысленно представляйте все себе. Я только закончил читать «Великого Гэтсби», и в моей голове сложился идеальный образ героя, моя собственная версия.
И последнее — организация и поддержка. Мы ищем смысл. Это то, чем мы заняты. Мы стараемся найти смысл во всем, что с нами происходит. Организация помогает нам структурировать все, что мы делаем, чтобы найти смысл. Когда мы получаем знания и впечатления, нам необходимо систематизировать их.
И, наконец, последнее — поддержка. Мы все когда-то были новичками. Мы делаем все, чтобы приблизиться к совершенству. Нам следует ожидать, что со временем это изменится. Мы вынуждены поддерживать это. Поддержка проявляется, когда мы задаем людям вопросы, раздавая им бумагу с нарисованной на ней таблицей или вспомогательными рисунками, мы должны поддерживать их.
Читайте также: