Познание — это «умственное действие или процесс приобретения знаний и понимания посредством мысли, опыта и чувств». [2] Он охватывает все аспекты интеллектуальных функций и процессов, таких как: восприятие , внимание , мышление , воображение , интеллект , формирование знаний , память и рабочая память , суждение и оценка , рассуждения и вычисления , решение проблем и принятие решений. , понимание и производство языка . Когнитивные процессы используют существующие знания и открывают новые знания.
Когнитивные процессы анализируются с разных точек зрения в разных контекстах, особенно в области лингвистики , музыковедения , анестезии , нейробиологии , психиатрии , психологии , образования , философии , антропологии , биологии , системологии , логики и информатики . [3] Эти и другие подходы к анализу познания (например, воплощенное познание ) синтезируются в развивающейся области когнитивной науки , постепенно автономной академической дисциплины .
Слово «познание» появилось в 15 веке и означало « мышление и осознание». [4] Этот термин происходит от латинского существительного cognitio («обследование», «обучение» или «знание»), происходящего от глагола cognosco , соединения con («с») и gnōscō («знать»). Вторая половина, gnōscō , сама по себе является родственным греческому глаголу gi(g)nósko ( γι(γ)νώσκω , « я знаю» или «воспринимать»). [5] [6]
Несмотря на то, что само слово «когнитивный» появилось в 15 веке, [4] внимание к когнитивным процессам возникло более чем восемнадцатью веками раньше, начиная с Аристотеля (384–322 до н.э.) и его интереса к внутренней работе разума и тому, как они влияют на человеческий опыт. Аристотель сосредоточил внимание на когнитивных областях, связанных с памятью, восприятием и мысленными образами. Он придавал большое значение тому, чтобы его исследования основывались на эмпирических данных, то есть научной информации, собранной посредством наблюдений и добросовестных экспериментов. [7] Два тысячелетия спустя основа современных концепций познания была заложена в эпоху Просвещения такими мыслителями, как Джон Локк и Дугалд Стюарт , которые стремились разработать модель разума, в которой идеи приобретались, запоминались и манипулировались ими. [8]
В начале девятнадцатого века когнитивные модели разрабатывались как в философии , особенно авторами, писавшими о философии сознания , так и в медицине , особенно врачами, стремившимися понять, как вылечить безумие. В Британии эти модели изучались в академии такими учеными, как Джеймс Салли в Университетском колледже Лондона , и они даже использовались политиками при рассмотрении национального Закона о начальном образовании 1870 года .[9]
Поскольку психология стала растущей областью исследований в Европе , а также приобрела последователей в Америке , такие ученые, как Вильгельм Вундт , Герман Эббингауз , Мэри Уитон Калкинс и Уильям Джеймс, предложили свой вклад в изучение человеческого познания.
Вильгельм Вундт (1832–1920) подчеркивал идею того, что он называл самоанализом : изучение внутренних чувств человека. При самоанализе испытуемый должен был быть осторожен и описывать свои чувства максимально объективным образом, чтобы Вундт нашел информацию научной. [10] [11] Хотя вклад Вундта отнюдь не минимален, современные психологи считают его методы слишком субъективными и предпочитают полагаться на более объективные процедуры экспериментирования, чтобы сделать выводы о когнитивном процессе человека.
Герман Эббингауз (1850–1909) проводил когнитивные исследования, в которых главным образом изучались функции и возможности человеческой памяти. Эббингауз разработал свой собственный эксперимент, в котором он составил более 2000 слогов из несуществующих слов (например, «EAS»). Затем он исследовал свою личную способность запоминать эти не-слова. Он намеренно выбрал не слова, а не настоящие слова, чтобы контролировать влияние ранее существовавшего опыта на то, что слова могут символизировать, тем самым облегчая их припоминание. [10] [12] Эббингауз наблюдал и выдвинул гипотезу о ряде переменных, которые могли повлиять на его способность запоминать и запоминать созданные им не-слова. Он пришел к выводу, что одной из причин было количество времени между предъявлением списка стимулов и его повторением или припоминанием. Эббингауз был первым, кто записал и построил « кривую обучения » и « кривую забывания ». [13] Его работа сильно повлияла на изучение серийной позиции и ее влияния на память (подробнее обсуждается ниже).
Мэри Уитон Калкинс (1863–1930) была влиятельным американским пионером в области психологии. Ее работа также была сосредоточена на объеме человеческой памяти. К исследованиям, которые она проводила, можно отнести общую теорию, называемую эффектом новизны . [14] Эффект новизны, также обсуждаемый в последующем разделе экспериментов, представляет собой тенденцию людей быть в состоянии точно вспомнить конечные элементы, представленные в последовательности стимулов. Теория Калкина тесно связана с вышеупомянутым исследованием и выводами экспериментов с памятью, проведенных Германом Эббингаузом. [15]
Уильям Джеймс (1842–1910) — еще одна ключевая фигура в истории когнитивной науки. Джеймс был весьма недоволен упором Вундта на самоанализ и использованием Эббингаузом бессмысленных стимулов. Вместо этого он решил сосредоточиться на опыте человеческого обучения в повседневной жизни и его важности для изучения познания. Наиболее значительным вкладом Джеймса в изучение и теорию познания стал его учебник «Принципы психологии» , в котором предварительно рассматриваются такие аспекты познания, как восприятие, память, рассуждение и внимание. [15]
Рене Декарт (1596–1650) был философом семнадцатого века, который придумал фразу «Cogito, ergo sum», что означает «Я мыслю, следовательно, существую». Он применил философский подход к изучению познания и разума, в своих «Размышлениях» он хотел, чтобы люди медитировали вместе с ним и пришли к тем же выводам, что и он, но в своем собственном свободном познании. [16]
В психологии термин «познание» обычно используется в контексте обработки информации о психологических функциях человека [17] , и то же самое происходит и в когнитивной инженерии . [18] В исследовании социального познания , раздела социальной психологии , этот термин используется для объяснения отношений , атрибуции и групповой динамики . [17] Однако психологические исследования в области когнитивной науки также предложили воплощенный подход к пониманию познания. В отличие от традиционного вычислительного подхода, воплощенное познание подчеркивает важную роль тела в приобретении и развитии когнитивных способностей. [19] [20]
Человеческое познание бывает сознательным и бессознательным , конкретным или абстрактным , а также интуитивным (например, знание языка) и концептуальным (например, модель языка). Он охватывает такие процессы, как память , ассоциации , формирование понятий , распознавание образов , язык , внимание , восприятие , действие , решение проблем и мысленные образы . [21] [22] Традиционно эмоции не считались когнитивным процессом, но сейчас проводится много исследований по изучению когнитивной психологии эмоций; исследования также ориентированы на осознание собственных стратегий и методов познания, что называется метапознанием . Концепция познания претерпела несколько изменений в ходе развития дисциплин психологии.
Психологи первоначально понимали познание, управляющее человеческими действиями, как обработку информации. Это было движение, известное как когнитивизм, возникшее в 1950-х годах после того, как бихевиористское движение рассматривало познание как форму поведения. [23] Когнитивизм рассматривал познание как форму вычислений, рассматривая разум как машину, а сознание как исполнительную функцию. [19] Однако; Посткогнитивизм начал возникать в 1990-х годах, когда развитие когнитивной науки представило теории, которые подчеркивали необходимость когнитивного действия как воплощенного, расширенного и производящего динамические процессы в сознании. [24] Развитие когнитивной психологии возникло как психология из различных теорий, и поэтому началось изучение этой динамики, касающейся разума и окружающей среды, начав движение от этих предшествующих дуалистических парадигм, которые отдавали приоритет познанию как систематическим вычислениям или исключительно поведению. [19]
В течение многих лет социологи и психологи проводили исследования когнитивного развития , то есть построения человеческого мышления или психических процессов.
Жан Пиаже был одним из самых важных и влиятельных людей в области психологии развития . Он считал, что люди уникальны по сравнению с животными, потому что у нас есть способность к «абстрактному символическому рассуждению». Его работу можно сравнить с работами Льва Выготского , Зигмунда Фрейда и Эрика Эриксона , которые также внесли большой вклад в область психологии развития. Пиаже известен тем, что изучал когнитивное развитие детей, изучив троих своих детей и их интеллектуальное развитие, на основе чего он пришел к теории когнитивного развития , описывающей стадии развития в детстве. [25]
Исследования когнитивного развития также проводились у детей, начиная с эмбрионального периода, чтобы понять, когда появляется познание и какие атрибуты окружающей среды стимулируют построение человеческого мышления или психических процессов. Исследования показывают намеренное взаимодействие плода с окружающей средой, демонстрируя когнитивные достижения. [27] Однако организмы с простыми рефлексами не могут познавать окружающую среду в одиночку, поскольку окружающая среда представляет собой какофонию раздражителей (электромагнитных волн, химических взаимодействий, колебаний давления). [28] Их ощущения слишком ограничены шумом, чтобы решить проблему с сигналом: соответствующий стимул не может преодолеть величину шума, если он проходит через органы чувств (см. проблему привязки ). Плоду необходима внешняя помощь, чтобы стимулировать его нервную систему при выборе соответствующего сенсорного стимула для восприятия объектов. [29] Подход общей интенциональности предлагает правдоподобное объяснение развития восприятия на этой ранней стадии. Первоначально Майкл Томаселло представил психологический конструкт « Общая интенциональность» , подчеркнув его вклад в когнитивное развитие с рождения. [30] Это первичное взаимодействие обеспечивает неосознанное сотрудничество в диадах мать-ребенок для экологического обучения. Позднее Игорь Вал Данилов развил это представление, расширив его на внутриутробный период и уточнив нейрофизиологические процессы, лежащие в основе Разделенной интенциональности . [31] Согласно подходу общей интенциональности , мать разделяет с ребенком основные сенсорные стимулы реальной когнитивной проблемы. [32] Делясь этим стимулом, мать обеспечивает шаблон для развития нервной системы молодого организма. [33]
Недавние результаты исследований когнитивного развития детей [29] [31] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] и достижения в межмозговых нейробиологических экспериментах [41] [42] [ 43] [44] [45] сделали это предложение правдоподобным. На их основе гипотеза общей интенциональности ввела понятие преперцептивной коммуникации в модели общения матери и плода вследствие нелокальной связи нейронов. [27] [31] [33] Эта модель нелокального взаимодействия относится к общению между двумя организмами посредством копирования адекватной экологической динамики биологическими системами, обитающими в одном контексте окружающей среды, где наивный актер (Плод) копирует информацию от опытного актера (Мать). ) за счет внутренних процессов этих динамических систем ( воплощенной информации ), но без взаимодействия через сенсорные сигналы. [27] [31] [33] Сердцебиение матери (низкочастотный генератор) модулирует соответствующие локальные нейронные сети в определенных подсистемах как ее самой, так и нервной системы плода за счет эффекта интерференции низкочастотного генератора. (Материнское сердцебиение) и уже проявляющая гамма-активность в этих нейронных сетях (интерференция в физике — это комбинация двух или более электромагнитных волн с образованием результирующей волны). [27] [31] [33] Таким образом, подсознательное восприятие у плода возникает благодаря общей с матерью интенциональности , которая стимулирует познание в этом организме еще до рождения. [27] [31] [33]
Еще одним важным вопросом в понимании начала познания является сохранение памяти о соответствующей экологической динамике наивной нервной системой (т. е. запоминание экологического состояния соответствующего сенсорного стимула) на молекулярном уровне – инграмме . Данные, полученные с использованием оптической визуализации , молекулярно-генетических и оптогенетических методов в сочетании с соответствующим поведенческим анализом, продолжают поддерживать идею о том, что изменение силы связей между нейронами является одним из основных механизмов, с помощью которых инграммы сохраняются в мозгу. [46] Огромное количество исследований проводится в попытках понять невероятные химические процессы формирования мысли, ее хранения, консолидации памяти и формирования логических мыслительных процессов, ведущих к познанию. Атта-ур-Рахман FRS впервые предположил в 2001 году, что это может происходить за счет сворачивания гликопротеинов посредством межмолекулярных или внутримолекулярных водородных связей между гидроксильными группами, присутствующими на фрагментах сахара. Это приведет к образованию частично сложенных узоров для хранения в памяти. [47] Гипотеза структуры белков с водородными связями (HBPPH) предполагает образование водородных связей между гидроксильными группами сахарных фрагментов, присутствующих в гликопротеинах, с гидроксильными (или NH) группами других сахарных фрагментов и/или биомолекул, что приводит к образованию определенных частично складчатые белковые узоры. Это открыло жизнеспособный механизм, с помощью которого мозг сможет хранить краткосрочные и долгосрочные воспоминания путем построения межмолекулярных и внутримолекулярных сетей свернутых гликопротеинов и служить химической основой познания. [48] [49] [50] Недавно в результате исследований в этой области были получены доказательства того, что частично свернутые белки участвуют в процессах познания. [51] Познание может быть результатом корреляции таких закономерностей. [ нужна ссылка ] Два возможных механизма, посредством которых такие частично свернутые белковые структуры могут перекрываться и взаимодействовать, приводя к логическому мышлению и познанию, могут включать либо квантовые эффекты [52] [53 ] [54] [ нужен лучший источник ] или перекрытие молекулярных вибрации, возникающие в результате взаимодействия этих паттернов [55] [ нужен лучший источник ] . Лауреат Нобелевской премии Роджер Пенроуз и другие также поддержали идею о том, что квантовые колебания могут быть вовлечены в процесс познания и сознания [56] [57] [58] [59] [ нужен лучший источник ] .
Познание может включать в себя различные механизмы взаимодействия нейронов, даже задействуя все эти механизмы одновременно. Хотя все отмеченные выше гипотезы (относительно процесса познания и сознания, обусловленного квантовыми эффектами, молекулярными вибрациями и т. д.) правдоподобны, этот раздел о начале познания концентрируется только на гипотезах, которые объясняют две существенные проблемы для начинающего. в познании: выбор соответствующего сигнала и запоминание соответствующей экологической динамики. Таким образом, в этом разделе в настоящее время объясняются гипотеза общей интенциональности [27] [31] [33] (профессора Игоря Вала Данилова) и гипотеза структуры белков водородных связей [47] (профессора Атта-ур-Рахмана ).
Серийное положение
Эксперимент с последовательными позициями предназначен для проверки теории памяти, которая утверждает, что, когда информация дается последовательным образом, мы склонны запоминать информацию в начале последовательности, называемую эффектом первичности , и информацию в конце последовательности. называется эффектом новизны . Следовательно, информация, данная в середине последовательности, обычно забывается или не так легко вспоминается. Это исследование предсказывает, что эффект новизны сильнее, чем эффект первичности, поскольку информация, которая была изучена совсем недавно, все еще находится в рабочей памяти, когда ее просят вспомнить. Информация, которая изучается первой, все равно должна пройти процесс поиска. Этот эксперимент фокусируется на процессах человеческой памяти. [60]
Слово превосходство
В эксперименте по словесному превосходству испытуемому предоставляется слово или отдельная буква на короткий период времени, т. е. 40 мс, а затем его просят вспомнить букву, которая находилась в определенном месте слова. Теоретически испытуемый должен лучше запомнить букву, когда она представлена в слове, чем когда она представлена изолированно. Этот эксперимент фокусируется на человеческой речи и языке. [61]
Браун-Петерсон
В эксперименте Брауна-Петерсона участникам кратко предъявляют триграмму , а в одной конкретной версии эксперимента им затем дается отвлекающее задание, в котором их просят определить, является ли последовательность слов на самом деле словами или не словами ( из-за ошибки в написании и т. д.). После задания на отвлекающий фактор их просят вспомнить триграмму, которая была до задания на отвлекающий фактор. Теоретически, чем дольше задача с отвлекающим фактором, тем сложнее участникам будет правильно вспомнить триграмму. Этот эксперимент фокусируется на кратковременной памяти человека . [62]
Объем памяти
Во время эксперимента по объему памяти каждому испытуемому предъявляется последовательность однотипных стимулов ; слова, обозначающие предметы, цифры, буквы, которые звучат одинаково, и буквы, которые звучат по-разному. После предъявления стимулов испытуемого просят вспомнить последовательность стимулов, которые они давали, в том же порядке, в котором они были даны. В одной конкретной версии эксперимента, если испытуемый правильно вспоминал список, длина списка увеличивалась на единицу для этого типа материала, и наоборот, если он вспоминался неправильно. Теория состоит в том, что у людей есть около семи единиц памяти для чисел, столько же для букв, которые звучат по-разному, и коротких слов. Предполагается, что объем памяти будет короче при использовании букв, которые звучат одинаково, и при использовании более длинных слов. [63]
Визуальный поиск
В одном из вариантов эксперимента по визуальному поиску участнику предоставляется окно, в котором отображаются разбросанные по нему круги и квадраты. Участник должен определить, есть ли на окне зеленый кружок. В избранном поиске субъекту представлено несколько пробных окон с синими квадратами или кружками и одним зеленым кружком или вообще без зеленого кружка. При конъюнктивном поиске испытуемому предлагаются пробные окна с синими кружками или зелеными квадратами, а также присутствующий или отсутствующий зеленый кружок, присутствие которого участнику предлагается определить. Ожидается, что при поиске признаков время реакции, то есть время, которое требуется участнику, чтобы определить, присутствует ли зеленый кружок или нет, не должно меняться по мере увеличения количества отвлекающих факторов. Конъюнктивные поиски, при которых цель отсутствует, должны иметь более длительное время реакции, чем конъюнктивные поиски, когда цель присутствует. Теория состоит в том, что при поиске признаков легко обнаружить цель или, если она отсутствует, из-за разницы в цвете цели и отвлекающих факторов. При конъюнктивном поиске, когда цель отсутствует, время реакции увеличивается, поскольку испытуемому приходится смотреть на каждую фигуру, чтобы определить, является ли она целью или нет, поскольку некоторые из отвлекающих факторов, если не все, имеют тот же цвет, что и целевые стимулы. Совместный поиск там, где присутствует цель, занимает меньше времени, поскольку, если цель найдена, поиск между каждой фигурой прекращается. [64]
Представление знаний
Семантическая сеть систем представления знаний изучалась в различных парадигмах. Одна из старейших парадигм — нивелирование и заострение историй по мере их повторения по памяти, изученной Бартлеттом . Семантический дифференциал использовал факторный анализ для определения основных значений слов, обнаруживая, что ценность или «доброта» слов является первым фактором. Более контролируемые эксперименты исследуют категориальные отношения слов при свободном припоминании . Иерархическая структура слов была четко отображена в Wordnet Джорджа Миллера . Более динамичные модели семантических сетей были созданы и протестированы с помощью экспериментов с нейронными сетями на основе таких вычислительных систем, как скрытый семантический анализ (LSA), байесовский анализ и многомерный факторный анализ . Семантика (значение) слов изучается всеми дисциплинами когнитивной науки . [65]
Метапознание — это осознание своих мыслительных процессов и понимание закономерностей, стоящих за ними. Термин происходит от корня слова « мета» , означающего «за пределами» или «на вершине». [66] Метапознание может принимать разные формы, например, размышление о способе мышления и знание того, когда и как использовать определенные стратегии для решения проблем . [66] Обычно метапознание состоит из двух компонентов: (1) знание о познании и (2) регуляция познания. [67] Метакогнитивная модель отличается от других научных моделей тем, что создатель модели по определению также заключен в ней. [68] Научные модели часто склонны дистанцировать наблюдателя от объекта или области исследования, тогда как метакогнитивная модель в целом пытается включить наблюдателя в модель.
Метапамять , определяемая как знание памяти и мнемонических стратегий, является особенно важной формой метапознания. [69]
Работы по метапознанию датируются, по крайней мере, двумя работами греческого философа Аристотеля (384–322 до н. э.): «О душе» и « Parva Naturalia» . [70]Аэробные и анаэробные упражнения изучались в отношении улучшения когнитивных функций. [71] В некоторых исследованиях наблюдается кратковременное увеличение концентрации внимания, вербальной и зрительной памяти. Однако эффекты преходящи и уменьшаются со временем после прекращения физической активности. [72] Люди с болезнью Паркинсона также наблюдали улучшение когнитивных функций во время езды на велосипеде, сочетая ее с другими когнитивными задачами. [73]
Исследования по оценке фитоэстрогенов , добавок черники и антиоксидантов показали незначительное улучшение когнитивных функций после приема добавок, но никаких существенных эффектов по сравнению с плацебо . [74] [75] [76] Другое исследование влияния травяных и пищевых добавок на когнитивные функции в период менопаузы показывает, что добавки сои и гинкго двулопастного могут улучшить когнитивные функции женщин. [77]
Воздействие на людей с когнитивными нарушениями (т. е. деменцией ) повседневной деятельности, направленной на стимулирование мышления и памяти в социальной среде, по-видимому, улучшает познавательные способности. Хотя материалы исследования невелики, и более масштабные исследования должны подтвердить результаты, эффект социальной когнитивной стимуляции, по-видимому, больше, чем эффекты некоторых медикаментозных методов лечения. [78]
Было показано, что транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) улучшает когнитивные функции у людей без деменции через 1 месяц после сеанса лечения по сравнению с до лечения. Эффект не был значительно больше по сравнению с плацебо. [79] Компьютеризированная когнитивная тренировка с использованием компьютерного режима тренировки для различных когнитивных функций была исследована в клинических условиях, но никаких длительных эффектов не было выявлено. [80]
Сочинения о метапознании можно проследить, по крайней мере, до De Anima и Parva Naturalia греческого философа Аристотеля (384–322 до н.э.) [...].