Ученье свет, а неученье тьма народная мудрость

Вид материала

Документы

Содержание Ground Collision Avoidance System) Время реакции выбора — Психологический рефрактерный период —

Подобный материал:

• Ученье свет, а неученье тьма народная мудрость, 3885.89kb.
• Каер Жанна Алексеевна моу вознесенская сош 10 класс сочинение, 63.71kb.
• «Ученье – свет, а неученье – тьма», 41.62kb.
• Внеклассное мероприятие по литературному чтению Долмашкина А. В.,Моу сош №44, 60.21kb.
• Задание Придумайте название для своей команды. Составьте небольшой рассказ о своей, 338.38kb.
• Ученье свет, а неученье жди проверки, 103.98kb.
• City of ember официальный дистрибьютор в России кинокомпания «Вест», 1964.97kb.
• Анхель де Куатьэ Тайна печатей (книги 1-6), 6473.48kb.
• Лекция 1-2, 1001.75kb.
• Говорят, нет дыма без огня, а, как известно, народная мудрость редко ошибается., 100.75kb.

96

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

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

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

2.1.2 Инженерная психология и ее эволюция

В силу их значительного и продолжающегося влияния на когнитивный подход, нам следует хотя бы кратко остановиться здесь на особенностях и эволюции исследований «человеческого фактора» {human factor engineering), получивших в Западной Европе и СССР название инженер­ной психологии. Появление этой области исследований было вызвано це­лым рядом случаев отказа человеко-машинных систем, произошедших по вине человека. Один из наиболее драматических, хотя и малоизвест­ных эпизодов случился в декабре 1941 года на американской военно-морской базе Перл-Харбор, когда инженеры, обслуживавшие один из первых образцов только что поступивших на вооружение радиолокато­ров, отчетливо увидели на экране отраженные от приближающихся японских самолетов сигналы, но просто не поверили, что такое количе­ство сигналов возможно, и решили отправить аппаратуру на ремонт вме­сто того, чтобы сообщить в штаб флота о возможном нападении.

Потребовалось целое десятилетие, чтобы научиться аккуратно опи­сывать подобные ситуации. Для этого инженерными психологами наря­ду с теорией информации стала использоваться заимствованная из ра­диотехники и психофизики теория обнаружения сигнала (Wald, 1950). Благодаря ряду допущений, эта теория позволила описать работу опера­тора в задачах на обнаружение с помощью всего лишь двух параметров: чувствительности (а") и критерия (β). Если первый параметр описывает сенсорные возможности различения сигнала на фоне шума, то второй, как мы сказали бы сегодня, связан именно с когнитивными переменны­ми: представлением о вероятности появления сигнала, а также оценкой относительной «цены» последствий двух возможных и неизбежных в си­туации обнаружения ошибок — пропуска сигнала и ложных тревог. На ос­новании этих когнитивных переменных формируется готовность опера­тора при прочих равных условиях подтверждать наличие сигнала (низкий, или либеральный критерий) либо воздерживаться от такого под­тверждения (высокий, или консервативный критерий). С формальной точки зрения, именно завышенное положение критерия помешало опе­раторам в Перл-Харборе подтвердить приближение воздушных целей.

На рис. 2.1 показаны два идеализированных примера ситуации обна­
ружения сигнала для простейшего случая, при котором появление сигна­
ла не меняет разброса значений распределения шума, а просто сдвигает
это распределение вправо по оси величин регистрируемой в сенсорных
каналах активности. Распределение шума (аналог спонтанной сенсорной
активности) предполагается нормальным и стандартным, так что его сред­
нее равно нулю, а стандартное отклонение — единице. Верхний график
описывает ситуацию обнаружения слабого сигнала, сдвигающего рас­
пределение шума лишь на 0,5 его стандартного отклонения. Величина 0,5
и есть значение параметра чувствительности, обычно обозначаемого как
d' (произносится «дэ штрих»). Нижний график иллюстрирует обнаруже- „_


Ρ =2,0

сигнал и шум


шум

β = 0,0 нет да

98

ние более мощного сигнала. Расстояние между распределениями и, сле­довательно, чувствительность здесь больше: d' = 1,5. На обоих графиках также приведены по два возможных значения параметра критерия выбо­ра ответа, β («бета»). Оператор, принимающий более низкий из этих двух критериев (β = 0,0), будет сообщать о появлении сигнала всякий раз, когда величина сенсорной активности превышает среднее для рас­пределения шума значение. Критерий β = 2,0 означает, что о присут­ствии сигнала будет сообщаться, если величина сенсорной активности превысит два стандартных отклонения распределения шума.

Лейтмотивом множества исследований, проведенных с использо­ванием аппарата теории обнаружения сигнала, стало представление о субоптимальности решений человека в ситуациях обнаружения. Особен­но проблематичным оказалось постепенное ухудшение результатов об­наружения с увеличением времени наблюдения. Это ухудшение обычно состоит в ужесточении критерия принятия решений, что ведет к умень­шению числа ложных тревог, но чревато также и все более вероятными ошибками пропуска сигнала. Особенно яркими примерами этого яви­лись сбои в обнаружении воздушных целей при охране наиболее важных государственных объектов системами противовоздушной обороны (ПВО) СССР и США в 1980-е годы. Так, в 1987 году немецкий летчик-любитель Маттиас Руст пересек со стороны Финляндии советскую гра­ницу, незамеченным долетел до Москвы и приземлился на Красной пло­щади. Некоторое время спустя похожий инцидент произошел и в США, где недовольный налоговой политикой правительства фермер, захватив охотничье ружье, беспрепятственно долетел до центра Вашингтона, но разбился при попытке посадить свой самолет в саду Белого Дома. В обо­их случаях операторы ПВО были «обезоружены» многолетним ожидани­ем вражеского нападения: стремясь избежать ложных тревог, они посте­пенно ужесточали критерии и в конце концов практически перестали замечать потенциально опасные цели.

О субоптимальности работы человека-оператора также говорили данные, собранные на основе экспертных оценок и представляемые в инженерной психологии в виде так называемых «МАВА—МAВА таблиц». Эти таблицы сравнивают между собой области деятельности и отдельные задачи, в которых человек оказывается лучше машины (Men-are-better-at) или, напротив, машина лучше человека (Machines-are-better-at). Так, зада­чи по обнаружению сигнала в силу колебаний внимания и отмеченной тенденции к завышению критерия принятия решений человеком лучше было бы доверить машине. С другой стороны, запоминание больших мас­сивов информации и узнавание изображений первоначально считалось одной из областей, в которых человек был эффективнее машины. Разуме­ется, по мере развития компьютерных технологий количество таких обла­стей стало постепенно сокращаться. Лишь наиболее сложные задачи, тре­бующие глобальной оценки ситуации и выработки новых решений, причем часто на основании неполной информации, пока что прочно ос­таются в компетентности человека².

² Качество принимаемых человеком решений резко снижается в условиях стресса,
вызываемого в первую очередь недостатком времени. Поэтому, например, в современной
ядерной энергетике предпринимаются специальные меры для того, чтобы в течение 10—
20 минут фиксировать развитие событий, не давая человеку возможности реализовать
слишком поспешные решения. Подобные задержки «на обдумывание», к сожалению,
невозможны в работе летчика или водителя, где действовать часто приходится в интерва­
лах времени порядка долей секунды (за 1 секунду автомобиль, движущийся со скоростью
60 км/час, проезжает около 17м). 99

К компетенции человека продолжают и, безусловно, будут продолжать относиться задачи по принятию решения в условиях многокатегориально­го выбора. В отличие от рассмотренной задачи обнаружения сигнала, где основания для решения могут быть представлены в виде одной-един-ственной переменной, в подобных задачах существует несколько каче­ственно различных систем критериев и несколько (обычно более двух) альтернативных решений. Специфически человеческим звеном здесь яв­ляется прежде всего оценка относительной важности (весовых коэффици­ентов) различных критериев. Такая оценка всегда довольно субъективна и не может быть сведена к одному критерию, даже такому существенно­му, как критерий стоимости. Например, если речь идет о выборе проекта нового предприятия, то наряду с критерием стоимости строительства (возможно, в сочетании с ожидаемыми доходами — критерий cost/ benefit) важную роль в том или ином контексте могут играть также и другие кри­терии, такие как критерии престижности или экологической безопаснос­ти. Сравнительную оценку важности критериев в каждом конкретном случае может дать только лицо (группа лиц), принимающее решение.

Помимо самой оценки специфическая сложность задач многокрите­риального выбора состоит в том, что «при их рассмотрении все доводы "за" и "против" не присутствуют в уме одновременно; иногда присут­ствует одна часть, в другое время — иная, причем первая исчезает из вида. Следовательно, различные цели или склонности по очереди берут "верх" и появляется неопределенность, которая озадачивает и мучает нас»³. В качестве простейшей исчерпывающей процедуры получения ве­совых коэффициентов отдельных критериев и их агрегации в общую оценку альтернатив в литературе по методам поддержки принятия реше­ний (Ларичев, 2002) рекомендуется следующая последовательность шагов:

1. Упорядочить критерии по важности.
   
2. Присвоить наиболее важному критерию оценку 100 баллов и, ис­
   ходя из попарного отношения критериев по важности, дать в бал­
   лах оценку каждому из них.
   
3. Сложить полученные баллы, а затем произвести нормировку кри­
   териев (вычислить их весовые коэффициенты), разделив присво­
   енные баллы на сумму весов.
   
4. Оценить значение каждой альтернативы по каждому из критери­
   ев в отдельности по шкале от 0 до 100 баллов.
   
5. Определить общую оценку каждой альтернативы, используя фор­
   мулу взвешенной суммы баллов (то есть просуммировать оценки
   данной альтернативы по всем критерием с учетом весовых коэф­
   фициентов последних).
   

³ Эта цитата взята из письма Бенджамина Франклина, датированного сентябрем 1772 года. Франклин рекомендует далее записывать аргументы «за» и «против» на левой и пра­вой стороне листа: «Когда я имею все это в поле зрения, я пытаюсь оценить их веса; если я найду два, каждый на другой стороне, которые кажутся мне равными, я их вычеркну... Если я считаю, что некоторые два довода "за" равны трем доводам "против", я вычеркиваю все пять; продолжая таким образом, я нахожу со временем, где находится баланс». Эти сообра­жения можно считать эскизом современных компьютерных программ, поддерживающих процессы принятия решений (см. 8.4.2). Проблемы данной области связаны с нетранзи­тивным и нелинейным характером человеческих предпочтений, накладывающим ограни-100 чения на математические операции с балльными оценками (см. Ларичев, 2002).

6. Выбрать в качестве лучшей альтернативу, получившую наиболь­шую общую оценку.

Развернувшиеся во второй половине 20-го века работы по автома­тизации отдельных функций и областей деятельности человека в целом проходили под лозунгом его освобождения от тяжелых и несвойствен­ных ему сенсомоторных задач. Предполагалось, что за человеком-опе­ратором постепенно останутся только функции когнитивного контроля за работой технических систем. С развитием информатики, электрони­ки и когнитивных исследований стали создаваться системы относитель­но полного технического контроля и исполнения действий (такие как Flight Management Systems, используемые в военной и гражданской авиа­ции для автоматического управления основными режимами полета). Постоянное увеличение степени сложности техники требовало от чело­века-пользователя сопоставимых, все более серьезных усилий по обуче­нию и пониманию работы систем. Одновременно, из-за технических и финансовых ограничений автоматизации часто подвергались относи­тельно изолированные фрагменты деятельности.

Результаты подобной фрагментарной замены человека компьютер­ными системами часто оказывались неудовлетворительными. В этих по­луавтоматизированных системах скорее сам человек оказался под конт­ролем автоматов, чем наоборот. Известный отечественный инженерный психолог Б.Ф. Ломов (например, Ломов, 1966) еще в начале 1960-х годов предупреждал об опасности такого развития, выдвинув вместе со своими коллегами принцип «активного оператора». Главным недостатком, или, по словам современной английской исследовательницы Лизанн Бэйнб-ридж, иронией автоматизации стало сегодня то, что оператору или, на­пример, летчику временами приходится действовать в еще более экстре­мальном диапазоне нагрузок, чем прежде. Относительно легкие задачи упростились за счет их автоматизации, тогда как трудные задачи стали более сложными в силу усложнения самих человеко-машинных систем, а также из-за того, что решать их приходится внезапно и из состояния недонагрузки. При внезапных повышенных нагрузках в условиях жестких временных ограничений возникает состояние острого стресса, меняющее протекание практически всех познавательных процессов. Стресс, в част­ности, ведет к эффекту так называемого туннельного зрения — резкому ог­раничению размеров функционального поля зрения и фиксации внима­ния на отдельных деталях, а не на сцене в целом (см. 4.2.2 и 9.4.3).

Центральной проблемой сегодня становится выравнивание этого дисбаланса, то есть избирательная поддержка (вплоть до полной замены⁴)

⁴ Речь идет о временной передаче управления автоматам. Примером могут служить
современные системы предотвращения столкновения с земной поверхностью (GCAS —
Ground Collision Avoidance System), используемые в военной авиации. Эти системы оцени­
вают параметры движения самолета и с учетом рельефа местности, а также времени реак­
ции пилота автоматически уводят самолет в случае необходимости из опасной зоны. 101

человека в тех случаях, когда он находится на пределе своих возможно­стей, и, напротив, эпизодическая передача ему дополнительных функ­ций (например, ручного управления самолетом) в периоды потенциаль­но опасной недонагрузки. В результате возникает новая задача адаптивной автоматизации. Она предполагает психологический мони­торинг функционального состояния человека с текущей оценкой степе­ни и характера его внимания, содержаний восприятия, понимания ак­туальной ситуации (или «осознания ситуации» — situation awareness) и, насколько возможно, также непосредственных намерений. Хотя в об­щем виде эта задача еще очень долго не будет иметь решения, ее част­ные решения, похоже, возможны; они опираются на результаты при­кладных когнитивных исследований и также обсуждаются на страницах этой книги (см. 3.4.2 и 7.4.3).

Инженерную психологию всегда интересовала задача нахождения некоторого единого языка для описания работы человека и функциони­рования технических систем. Наиболее подходящим языком такого описания вначале считалась теория информации. С накоплением опро­вергающих это мнение данных (см. 2.1.3), а затем и с возникновением задачи адаптивной автоматизации стали меняться акценты, так что иногда сами машины стали описываться в антропоморфных терминах как продукты (артефакты) деятельности человека. Так, датчанин Йене Расмуссен (Rasmussen, 1986) предложил рассматривать все компоненты человеко-машинных систем в контексте трех, известных из теории дея­тельности вопросов: «для чего?», «что?» и «как?» (см. 1.4.3). Им же была предложена трехуровневая модель операторской деятельности, в кото­рой на самом низком уровне поведение находится под контролем авто­матизированных навыков, на втором — хранящихся в памяти правил и на третьем — знаний о ситуации. Данная модель используется прежде всего для классификации ошибок оператора. В зависимости от уровня воз­никновения такие ошибки влекут за собой разную степень ответствен­ности. Например, авиадиспетчер может просто перепутать похожие ко­манды (неудачно расположенные рядом кнопки) или же, подумав, сознательно направить два самолета на одну и ту же посадочную полосу (см. 9.1.3).

Недостатком этой и аналогичных ранних моделей является то, что они были совершенно недостаточно обоснованы с точки зрения фунда­ментальных исследований. В частности, их авторы полностью игнориро­вали нейрофизиологические и нейропсихологические данные, столь важные, как становится очевидно в последние годы, для создания более реалистических представлений о специфических особенностях и огра­ничениях возможностей человека в его взаимодействии с техническими системами (см. 7.4.3 и 8.4.3). Эти данные впервые заложили теоретико-экспериментальную основу для прикладных исследований на границе психологии и новых технологий, подтверждая старое правило «Нет ни-102 чего практичнее хорошей теории». Кроме того, классическая для этой

области проблематика стресса и утомления обусловила постоянный диа­лог исследований когнитивной организации с анализом функциональ­ных состояний (см. 9.4.3). Таким образом, развитие инженерной психо­логии и такого нового ее раздела, как когнитивная эргономика (дисциплина, занимающаяся оптимизацией взаимодействия человека и компьютерных систем), сегодня находится под прямым влиянием иссле­дований в широкой области когнитивных и аффективных нейронаук.

2.1.3 Поиски ограничений пропускной способности

Вернемся к ситуации, в которой оказались исследования познаватель­ных процессов в 1950-е годы. Основные экспериментальные работы этого периода имели прикладной характер и были направлены на воз­можно более точное описание ограничений информационной пропуск­ной способности человека. К числу основных феноменов, иллюстриру­ющих такие ограничения, обычно относят следующие:

1. Время реакции выбора — замедление времени реакции с увеличени­
   ем числа альтернатив.
   
2. Избирательность (селективность) внимания — невозможность од­
   новременно и в равной степени следить за содержанием двух раз­
   личных сообщений.
   
3. Колебание внимания — невозможность в течение сколько-нибудь
   продолжительного времени с одинаковой «бдительностью» (vigi­
   lance) следить, скажем, за экраном радиолокатора.
   
4. Объем непосредственной памяти — невозможность запомнить после
   однократного предъявления более чем 5—7 не связанных между со­
   бой объектов или символов.
   
5. Психологический рефрактерный период — задержка реакции на вто­
   ром из двух следующих друг за другом с достаточно малым интер­
   валом (менее 150 мс) стимулов.
   

В последующих главах эти феномены будут рассмотрены нами в контексте современных представлений о возможных ограничениях по­знавательных процессов. Мы остановимся здесь подробно на самом первом в списке этих феноменов. Еще в 1885 году один из учеников Вундта Меркель установил, что время реакции выбора («В-реакция» Дондерса: η стимулов и « реакций) линейно зависит от логарифма чис­ла стимулов. Этот же результат был получен почти 70 лет спустя амери­канцами Хиком и Хэйменом, которые объяснили его как следствие за­висимости времени реакции от количества средней информации:

ВР = а+ в*Н,

где а — параметр, задаваемый временем передачи информации на входе и выходе канала; в — величина, обратная пропускной способности ка­нала, и Η — среднее количество информации, определяемое по форму­лам, приведенным в начале этой главы. Это соотношение, получившее ЮЗ

название закона Хика, сохраняется при различных способах варьирова­ния средней информации: изменении числа альтернатив, изменении абсолютных вероятностей при постоянном числе альтернатив и, нако­нец, введении различных вероятностей следования одних сигналов за другими (рис. 2.2А).

В рамках инженерно-психологических исследований ограничений избирательного внимания и непосредственной памяти Дональд Брод-бент (ученик Бартлетта и бывший военный летчик, участвовавший в воздушной битве за Англию) опубликовал в 1954 году статью под назва­нием «Механическая модель внимания и непосредственной памяти че­ловека», где впервые описал внимание как фильтр, осуществляющий отбор релевантной с точки зрения задачи сенсорной информации. Этот фильтр расположен на входе в непосредственную память — «централь­ный информационный канал с ограниченной пропускной способнос­тью» — и осуществляет отбор релевантной информации по принципу «все или ничего» (рис. 2.3). Близкие идеи легли в основу монографии Бродбента «Восприятие и коммуникация», вышедшей в свет в 1958 году. В этой работе был обобщен гигантский объем данных, полученный в рамках информационного подхода. Это развитие целиком соответство­вало неопозитивистским канонам — как и в необихевиоризме автором проводился формальный анализ наблюдаемых переменных, а человек трактовался как относительно закрытый «черный ящик». Очерки пси­хологии с точки зрения статистической теории связи появились в конце 1950 — начале 1960-х годов. Однако это было время, когда информаци­онный подход стал подвергаться серьезной критике.







Рис. 2.3. Одна из первых информационных моделей памяти и внимания, предложенная Бродбентом (Broadbent, 1958).

Прежде всего, установленные законы стали обрастать дополнения­ми и оговорками, учитывающими субъективную значимость и есте­ственность различных ситуаций. Так, едва ли не центральной пробле­мой инженерной психологии в эти годы стала проблема естественного соответствия сигналов и ответов испытуемого: время реакции ускоря­ется, если, например, на акустический сигнал, подаваемый справа, нуж­но отвечать правой рукой. Разумеется, этот эффект можно попытаться объяснить строго физикалистски, проследив движение информации по нейрофизиологическим путям — от правого уха в контрлатеральное ле­вое полушарие, которое, в свою очередь, иннервирует преимуществен­но правую часть тела. Однако такое объяснение может быть легко по­ставлено под сомнение. Если попросить испытуемого скрестить руки, то на сигналы, поступающие справа, он начинает быстрее отвечать ле­вой рукой. Существенной, таким образом, оказывается близость сигна­лов и ответов в феноменальном, а не физическом пространстве⁵. Встает типичный для собственно когнитивной психологии вопрос о форме реп­резентации — о том, каким образом могут быть внутренне представлены внешнее окружение, сигналы и схема тела.

Исследования времени реакции выбора постепенно выявили чрез­вычайно пеструю картину, совершенно не укладывающуюся в прокрус-

⁵ Надо сказать, что подчеркивание роли таких переменных, как значимость и есте­ственность, типично как раз для «аристотелевского», а не «галилеевского» способа обра­зования понятия (см. 1.3.1).

105