Когнитивная гибкость [примечание 1] — это внутреннее свойство когнитивной системы, часто связанное с умственной способностью корректировать свою деятельность и содержание, переключаться между различными правилами задач и соответствующими поведенческими реакциями, поддерживать несколько концепций одновременно и переключать внутреннее внимание между ними. [1] Термин «когнитивная гибкость» традиционно используется для обозначения одной из исполнительных функций . [2] В этом смысле его можно рассматривать как нейронную основу адаптивного и гибкого поведения. Большинство тестов на гибкость были разработаны с учетом этого предположения несколько десятилетий назад. Сегодня когнитивную гибкость можно также назвать набором свойств мозга, которые способствуют гибкому, но актуальному переключению между функциональными состояниями мозга.
Когнитивная гибкость меняется в течение жизни человека. [3] Кроме того, некоторые состояния, такие как обсессивно-компульсивное расстройство , связаны со снижением когнитивной гибкости. Поскольку когнитивная гибкость является жизненно важным компонентом обучения, [4] дефицит в этой области может иметь и другие последствия.
Два распространенных подхода к изучению когнитивной гибкости сосредоточены на бессознательной способности переключать задачи и сознательной способности когнитивного переключения . Методы измерения когнитивной гибкости включают задачу A-not-B , задачу сортировки карточек с изменением размеров , задачу сортировки карточек множественной классификации , задачу сортировки карточек штата Висконсин и тест Струпа . Исследования функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) показали, что определенные области мозга активируются, когда человек выполняет задачи по когнитивной гибкости. Эти области включают префронтальную кору (PFC), базальные ганглии , переднюю поясную извилину (ACC) и заднюю теменную кору (PPC). [5] Исследования, проведенные с людьми разного возраста и с определенными нарушениями, дали дополнительную информацию о том, как развивается и изменяется когнитивная гибкость в мозге.
Американская психологическая ассоциация (APA) определяет когнитивную гибкость как:
Способность к объективной оценке и достаточно гибким действиям. Когнитивная гибкость также подразумевает адаптивность и беспристрастность.
- Психологический словарь APA, «Когнитивная гибкость» [6]
Когнитивная гибкость меняется в течение жизни человека. [1] Исследователи более конкретно описывают когнитивную гибкость как способность переключать мышление и внимание между различными задачами или операциями, обычно в ответ на изменение правил или требований. [7] Например, при сортировке карточек на основе определенных правил дети считаются когнитивно гибкими, если они способны успешно переключаться с сортировки карточек по цвету объекта на сортировку по типу объекта на карточке.
Когнитивная гибкость в более широком смысле описывается как способность адаптировать свое мышление от старых ситуаций к новым ситуациям, а также способность преодолевать реакции или мышление, которые стали привычными, и адаптироваться к новым ситуациям. [8] [9] Таким образом, если человек способен преодолеть ранее существовавшие убеждения или привычки (когда это требуется для новых ситуаций), то они будут считаться когнитивно гибкими. Наконец, способность одновременно рассматривать два аспекта объекта, идеи или ситуации в один момент времени относится к когнитивной гибкости. [10] Согласно этому определению, при сортировке карточек на основе определенных правил дети считаются когнитивно гибкими, если они могут сортировать карточки по цвету объектов и типу объектов на карточке одновременно. Аналогичным образом, когнитивная гибкость определяется как понимание и осознание всех возможных вариантов и альтернатив одновременно в любой конкретной ситуации. [11]
Независимо от специфики определения, исследователи в целом согласны с тем, что когнитивная гибкость является компонентом исполнительного функционирования, познания высшего порядка, включающего способность контролировать свое мышление. [12] Исполнительное функционирование включает в себя другие аспекты познания, включая торможение, память, эмоциональную стабильность, планирование и организацию. Когнитивная гибкость тесно связана с рядом этих способностей, включая торможение, планирование и рабочую память . [7] Таким образом, когда человек лучше способен подавлять аспекты стимула, чтобы сосредоточиться на более важных аспектах (т. е. подавлять цвет объекта, чтобы сосредоточиться на типе объекта), он также становится более когнитивно гибким. В этом смысле они лучше планируют, организуют и используют определенные стратегии запоминания.
Исследователи утверждают, что когнитивная гибкость также является компонентом множественной классификации, первоначально описанной психологом Жаном Пиаже . В заданиях на множественную классификацию участники (в первую очередь дети, у которых уже развит или находится в процессе развития этот навык) должны классифицировать объекты сразу несколькими разными способами, тем самым гибко думая о них. [13] Точно так же, чтобы быть когнитивно гибкими, они должны преодолеть центрацию, которая представляет собой тенденцию маленьких детей сосредотачиваться исключительно на одном аспекте объекта или ситуации. [14] Например, когда дети маленькие, они могут быть способны сосредоточиться только на одном аспекте объекта (т. е. цвете объекта) и неспособны сосредоточиться на обоих аспектах (т. е. как на цвете, так и на типе объекта). Таким образом, исследования показывают, что если человек сосредоточен в своем мышлении, то он будет более когнитивно негибким.
Исследования показали, что когнитивная гибкость связана с другими когнитивными способностями, такими как подвижный интеллект , беглость чтения и понимание прочитанного . [13] [15] Гибкий интеллект, описываемый как способность решать проблемы в новых ситуациях, обеспечивает способность к гибкому мышлению. Когда человек способен рассуждать плавно, он, в свою очередь, с большей вероятностью будет когнитивно гибким. Кроме того, было показано, что те, кто обладает когнитивной гибкостью, обладают способностью переключаться между звуками и значениями и/или одновременно думать о них, что повышает их беглость чтения и понимание. Также было показано, что когнитивная гибкость связана со способностью человека справляться с конкретными ситуациями. Например, когда люди лучше способны переключать свое мышление от ситуации к ситуации, они меньше сосредотачиваются на факторах стресса в этих ситуациях. [16]
В целом исследователи в этой области сосредоточены на развитии когнитивной гибкости в возрасте от трех до пяти лет. [17] Однако было показано, что когнитивная гибкость — это широкое понятие, которое можно изучать в любом возрасте и в разных ситуациях. [3] Таким образом, исследования показывают, что задачи варьируются от простых до более сложных, и существует континуум развития, простирающийся от младенчества до взрослой жизни.
Для различения разных уровней когнитивной гибкости в разном возрасте подходят различные оценки. Ниже приведены общие тесты, используемые для оценки когнитивной гибкости, в порядке возраста, соответствующего развитию.
В задании «А-не-Б» детям показывают объект, спрятанный в локации А, в пределах их досягаемости, а затем им предлагается найти объект в локации А, где они его находят. Это упражнение повторяется несколько раз со спрятанным объектом в месте А. Затем, в ходе критического испытания, пока ребенок наблюдает, объект прячется в месте Б, втором месте, находящемся в пределах легкой досягаемости ребенка. Исследователи пришли к выводу, что задача «А-не-Б» — это простая задача, которая эффективно измеряет когнитивную гибкость в младенчестве. [17] [18]
В задании по сортировке карточек с изменением размеров (DCCS) детей сначала просят отсортировать карточки по одному измерению (например, по цвету), а затем им необходимо изменить свою стратегию для сортировки карточек на основе второго измерения (например, формы). [19] Обычно трехлетние дети могут сортировать карточки по одному измерению, но не могут переключиться на сортировку карточек по второму измерению. Однако пятилетние дети могут сортировать карточки по одному измерению, а затем переключиться на сортировку карточек по второму измерению. [18] [20]
В задании по сортировке множественных классификационных карточек детям показывают карточки и просят сортировать их по двум разным параметрам (например, по цвету, например, желтому и синему, и типу объекта, например, животные и продукты питания) одновременно в четыре стопки в матрице. (например, желтые животные, желтые продукты, синие животные и синие продукты). Эта задача кажется более сложной, поскольку исследования показали, что семилетние дети не способны сортировать карточки по двум измерениям одновременно. Эти дети сосредоточились на двух измерениях по отдельности, тогда как в возрасте одиннадцати лет дети были способны сортировать карточки по этим двум измерениям одновременно. Это демонстрирует увеличение когнитивной гибкости в возрасте от семи до одиннадцати лет. [10] [13]
Висконсинский тест сортировки карточек (WCST) используется для определения компетентности человека в абстрактном мышлении и способности при необходимости менять стратегии решения проблем. [21]
В этом тесте участникам предъявляется несколько карточек. Фигурки на карточках различаются по цвету, количеству и форме. Затем участникам предлагается сопоставить карты, но не говорят, как их сопоставить; однако им сообщают, является ли конкретное совпадение правильным или неправильным. Измеряется возможность переключения правил сопоставления. Обычно дети в возрасте от девяти до одиннадцати лет демонстрируют когнитивную гибкость, необходимую для этого теста. [3] [18]
Тест Струпа также известен как тест на наименование цветового слова. В этой мере в колоде есть три типа карт. На «цветной карте» отображаются пятна разных цветов, которые участникам предлагается как можно быстрее идентифицировать. На «карточке слов» отображаются названия цветов, напечатанные черно-белыми чернилами, и участникам снова предлагается назвать их как можно быстрее. Последний тип карточек — это «карточка цвета-слова», на которой отображаются названия цветов, напечатанные чернилами конфликтующего цвета (например, слово RED будет напечатано желтым цветом), и требуется, чтобы участники называли цвета чернил, игнорируя противоречивые названия цветов. Базовый балл на каждой карточке — это общее время (в секундах), которое участник тратит на устный ответ. [22] Обычно наименование цвета слова занимает больше времени и приводит к большему количеству ошибок, если цвет чернил не соответствует названию цвета. В этой ситуации взрослым, как правило, требуется больше времени для ответа, чем детям, потому что взрослые более чувствительны к фактическому цвету слова и, следовательно, с большей вероятностью подпадут под его влияние при названии напечатанного слова конфликтующего цвета.
Понимание механизмов, лежащих в основе когнитивной гибкости, является предметом текущих исследований. Это остается неуловимым свойством распределенной функции мозга, которое реализуется разными способами. Исследования на людях с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) и исследования на животных с использованием оптогенетики показали, что когнитивная гибкость зависит от множества различных областей мозга, которые работают согласованно, включая префронтальную кору (ПФК), переднюю поясную извилину (ACC), задняя теменная кора (PPC), базальные ганглии и таламус . [5] [23] [24]
Области, активные при задействовании когнитивной гибкости, зависят от задачи и различных факторов, участвующих в гибкости, которые используются для оценки поведения, поскольку гибкое мышление требует аспектов торможения, внимания, рабочей памяти, выбора реакции и поддержания цели. [7] Несколько исследований с использованием парадигм переключения задач продемонстрировали сложность сети, участвующей в когнитивной гибкости. Активация дорсолатеральной ПФК была показана во время разрешения помех нерелевантных наборов задач. [25] Другое исследование еще больше расширило эти результаты, продемонстрировав, что уровень абстрактности типа переключения влияет на рекрутирование различных областей в ПФК в зависимости от того, просили ли участника переключить когнитивный набор, переключить реакцию или стимул или переключатель восприятия. Переключение набора потребует переключения между правилами задач, как и в случае с WCST, и считается наиболее абстрактным. Для переключения ответа потребуется другое отображение ответа, например, круглая правая кнопка и квадратная левая кнопка, и наоборот. Наконец, для переключения стимула или набора восприятия потребуется простое переключение между кругом и квадратом. Активация опосредована уровнем абстрактности переключения установок в передне-заднем направлении внутри ПФК, при этом большая часть передних активаций вызывается переключателями установок, а наиболее задние активации возникают в результате переключения стимулов или перцепции. [23] Базальные ганглии активны во время выбора ответа, а PPC вместе с нижним лобным соединением активны во время представления и обновления наборов задач, называемых общим переключением домена. [26]
Дети могут оказаться поразительно негибкими при оценке с помощью традиционных тестов когнитивной гибкости, но это неудивительно, учитывая множество когнитивных процессов, связанных с умственной гибкостью, и различные траектории развития таких способностей. С возрастом у детей обычно наблюдается увеличение когнитивной гибкости, что, вероятно, является результатом длительного развития лобно-теменной сети , наблюдаемого у взрослых, с созреванием синаптических связей , увеличением миелинизации и увеличением объема регионального серого вещества , происходящего с рождения до середины двадцати пяти лет. [27]
Снижение когнитивной гибкости было отмечено при различных нервно-психических расстройствах, таких как нервная анорексия , обсессивно-компульсивное расстройство , шизофрения , аутизм , а также у части людей с СДВГ . [28] [29] Каждое из этих расстройств демонстрирует различные аспекты когнитивной негибкости. Например, люди с обсессивно-компульсивным расстройством испытывают трудности с переключением фокуса внимания, а также с торможением двигательных реакций. [30] Дети с аутизмом демонстрируют несколько иной профиль: им трудно приспосабливаться к меняющимся непредвиденным обстоятельствам выполнения задач, но при этом они часто сохраняют способность реагировать перед лицом конкурирующих ответов. [31] Потенциальные методы лечения могут заключаться в нейрохимической модуляции. У подростков с нервной анорексией наблюдается заметное снижение способности переключать установки, что, возможно, связано с неполным созреванием префронтальной коры головного мозга, связанным с недоеданием. [32] Можно также считать людей с зависимостями ограниченными в когнитивной гибкости, поскольку они неспособны гибко реагировать на стимулы, ранее связанные с наркотиком. [33]
Пожилые люди часто испытывают дефицит когнитивной гибкости. Стареющий мозг претерпевает физические и функциональные изменения, включая снижение скорости обработки информации, центрального сенсорного функционирования, целостности белого вещества и объема мозга. Области, связанные с когнитивной гибкостью, такие как ПФК и ПК, атрофируются или уменьшаются с возрастом, но также демонстрируют большую активацию, связанную с выполнением задач, у пожилых людей по сравнению с более молодыми людьми. [34] Это увеличение кровотока потенциально связано с доказательствами того, что атрофия усиливает кровоток и метаболизм, что измеряется как ЖИРНЫЙ ответ или зависимость уровня кислорода в крови с помощью фМРТ. Исследования показывают, что аэробные упражнения и тренировки могут оказывать воздействие на пластичность , что потенциально может служить вмешательством в пожилом возрасте для борьбы со снижением управляющих функций. [35]
Когнитивная гибкость и другие навыки исполнительных функций имеют решающее значение для успеха как в учебе, так и в жизни. Исследование, изучающее влияние когнитивного вмешательства на детей из группы риска в дошкольных классах, показало, что дети, получавшие такое вмешательство в течение одного-двух лет, значительно превосходили своих сверстников. По сравнению с детьми того же возраста, которые были случайным образом распределены в контрольную группу (блок грамотности, разработанный школьным округом), дошкольники, получившие вмешательство, достигли точности 85% в тестах на тормозящий контроль (самодисциплина), когнитивную гибкость и рабочая память . [36] Их сверстники в контрольном состоянии (без вмешательства), с другой стороны, продемонстрировали только 65% точности. Педагоги, участвовавшие в этом исследовании, в конечном итоге решили внедрить методы тренировки когнитивных навыков вместо учебной программы, разработанной округом.
Еще одним показателем роли когнитивной гибкости в образовании является аргумент о том, что то, как обучаются студенты, во многом влияет на характер и формирование их когнитивных структур, которые, в свою очередь, влияют на способность учащихся хранить информацию и легко получать к ней доступ. [4] Важнейшая цель образования – помочь учащимся учиться, а также надлежащим образом применять и адаптировать то, чему они научились, к новым ситуациям. Это отражается на интеграции когнитивной гибкости в образовательную политику в отношении академических принципов и ожиданий. Например, как указано в Инициативе по стандартизации общего ядра штата (Common Core State Standards Initiative) , основанной на стандартах реформе образования, разработанной для увеличения количества выпускников средней школы, преподаватели должны предъявлять в классе «когнитивные требования высокого уровня, прося учащихся продемонстрировать глубокое концептуальное понимание через применение содержательных знаний и навыков в новых ситуациях». [37] Это руководство является сутью когнитивной гибкости, и стиль преподавания, ориентированный на ее продвижение, способствует пониманию, особенно в дисциплинах, где информация сложна и нелинейна. [38] Контрпример очевиден в тех случаях, когда такой материал представлен слишком упрощенно и учащимся не удается перенести свои знания в новую область.
Альтернативным образовательным подходом, основанным на когнитивной гибкости, является гипертекст , который часто представляет собой обучение, поддерживаемое компьютером. Компьютеры позволяют представлять сложные данные в многомерном и связном формате, позволяя пользователям получать доступ к этим данным по мере необходимости. Наиболее широко используемым примером гипертекста является Интернет, который динамически представляет информацию в виде взаимосвязей (например, гиперссылок). Таким образом, гипертекстовые документы включают узлы – биты информации – и ссылки – пути между этими узлами. Заявки на получение педагогического образования включали занятия по подготовке учителей на основе видеоинструкций, в ходе которых начинающие учителя просматривали кадры, на которых лучшие учителя проводят семинары по обучению грамоте. В этом примере начинающие преподаватели получили лазерный диск с содержанием курса — гипертекстовый документ, который позволял учащимся самостоятельно получать доступ к контенту. Эти гипертексты когнитивной гибкости (CFH) обеспечивают «трехмерное» и «открытое» представление материала для учащихся, позволяя им включать новую информацию и формировать связи с уже существующими знаниями. [39] Хотя необходимы дальнейшие исследования для определения эффективности CFH как учебного инструмента, предполагается, что классы, в которых теория когнитивной гибкости применяется таким образом, приводят к тому, что учащиеся становятся более способными передавать знания из разных областей.
Исследователи в этой области выступают за стиль преподавания, который включает групповое решение проблем и требует мышления более высокого уровня. [40] Согласно этому процессу, учитель первоначально задает один вопрос несколькими способами. Далее учащиеся обсуждают проблему с учителем и между собой, задавая вопросы. Формируя эти вопросы, учащиеся активно проводят мозговой штурм и вспоминают предыдущие знания. На этом этапе учитель предоставляет конкретные условия обсуждаемого вопроса, и учащиеся должны адаптировать свои предварительные знания вместе со знаниями своих сверстников, чтобы найти решение.
Совершенно иное применение можно увидеть в изучении когнитивной гибкости и видеоигр . Исследуя эту черту под видом «умственной гибкости», голландские исследователи заметили, что игроки в шутеры от первого лица (например, Call of Duty , Battlefield ) демонстрировали большую «умственную гибкость» по ряду показателей, чем неигровые игроки. [41] Исследователи утверждают, что, хотя игра в видеоигры может быть спорной из-за частого графического контента, использование эффекта таких игр может привести к одинаковым результатам в различных группах населения (например, пожилых людях, которые сталкиваются со снижением когнитивных функций) и, следовательно, является социально значимым. .
Несколько онлайн-программ, предназначенных для тех, кто хочет улучшить когнитивные способности, были созданы для улучшения « тренированности мозга », включая когнитивную гибкость. [42] [43] [44]