Виды мышления и гипотезы о некоторых механизмах мышления и творчества

Когнитивное (познавательное) мышление

Когнитивное мышление - это формирование в мозге модели среды. Исторически, как в эволюционном плане, так и в онтогенезе, построение в нервной системе отображения проблемной среды начинается с формирования в ней простых конкретных чувственных образов объектов, ситуаций и действий. В нейронной модели смысловым элементам, т. е. конкретным объектам, ситуациям или действиям, должны соответствовать нейронные ансамбли нижних уровней иерархии. Далее в модели строятся причинно-следственные связи между образами на основе непосредственных парных сочетаний во времени - временных ассоциаций. Эти связи могут строиться примерно так же, как и рассматриваемые в "лекции 13" связи между последовательно возбуждающимися нейронными ансамблями -сети. Там же рассмотрена и более сложная и более логически емкая схема формирования временных ассоциаций с использованием задержек при передаче сигналов между нейронами.

Конкретные чувственные образы и простые связи между ними формируются при отображении проблемной среды в нервной системе животных. У человека образное отображение среды формируется в правом полушарии головного мозга. Понятийное словесно-логическое отображение формируется в левом полушарии. Образная и понятийная модели функционально и структурно разделены, но работают как единое целое, взаимно дополняя друг друга. С этим связаны структурно-логические особенности модели проблемной среды.

Как уже отмечалось выше, отображение среды в мозге человека должно быть многоуровневым и иерархическим. Построение иерархической многоуровневой системы представления объектов, ситуаций, действий и процессов происходит одновременно как по линии формирования укрупнений (часть-целое), так и по линии формирования обобщений (частное-общее). Входами на нейроны каждого уровня иерархии являются выходы с информационных объектов - нейронных ансамблей более конкретного (более низкого) уровня.

В такой схеме естественно реализуется связь между целым и входящими в него частями на основе функции объединения И. Эти конструкции легко реализуют упрощенные ассоциации по сходству. Возможны также парные ассоциации по смежности во времени. Реализация в нейронной сети более сложных отношений между входящими в целое частями представляет собой важную принципиальную проблему. Формирование в модели отображения среды, включающего понятия высокого уровня укрупнения, обобщения и абстракции, невозможно без вербализации, т. е. языка.

В гипотетической многоуровневой нейронной модели должна происходить активация смысловых элементов (нейронных ансамблей) по вертикали - снизу вверх, т. е. от частного к общему, или индукция, и от частей к целому, или синтез. Должны происходить и встречные возбуждения сверху вниз, т. е. от общего к частному, или дедукция, и от целого к частям, или анализ.

Построение в мозге модели проблемной среды происходит при взаимодействии процессов, которые называются перцептивным мышлением, состоящим в восприятии и воображении, и когнитивным (познавательным) мышлением, состоящим в исследовании общих и частных свойств воспринимаемых объектов разных уровней обобщения и укрупнения.

Когнитивное мышление во многом опирается на наглядно-образное конструирование (воображение), а также и на наглядно-действенное конструирование. При наглядно-образном конструировании в воображении представляются объекты, в том числе могут устанавливаться непривычные или невероятные сочетания предметов и их свойств. Эти представления играют роль гипотез, требующих проверки. При наглядно-действенном конструировании происходит реальное физическое преобразование ситуации и опробование свойств объектов. Все сказанное может относиться не только к реальной воспринимаемой или отображаемой среде, но и к формальным и абстрактным, например, математическим, объектам.

Для того чтобы модель "жила" по законам среды, кроме общего свойства активности необходимо представление в модели действий и процессов, определяющих варианты возможных переходов от одной ситуации к другой. Иерархия действий и процессов необходима для того, чтобы на любом уровне укрупнения ситуаций между ними были представлены одношаговые переходы, т. е. укрупненные действия, а не цепочки, состоящие из последовательности действий и ситуаций. Обобщенные действия при их конкретизации порождают варианты, сравниваемые в процессе решения задач поведения и мышления.

Как уже говорилось, основная часть модели среды строится на основе личного опыта индивида. Что заставляет животное или человека получать из среды информацию, т. е. проводить эксперимент, выявлять причинно-следственные связи, и структурировать эту информацию, т. е. обобщать, укрупнять и привязывать к уже существующей? Последнее в каком-то смысле эквивалентно построению теории.

Выше уже говорилось о том, что у живого организма имеется потребность не в получении информации вообще, а в построении модели проблемной среды, при этом строятся информационные срезы, определяемые его первичными и вторичными потребностями. Говорилось, что живой организм направленно и активно входит во взаимодействие со средой для удовлетворения всех своих потребностей, в том числе и для удовлетворения потребности в построении и дополнении модели среды.

Итак, познание среды активно и целенаправленно. Состоит оно в определении причинно-следственных связей, формировании гипотез о свойствах исследуемых объектов и получении информации, необходимой для их проверки. Как уже говорилось, познание активно еще и потому, что оно непосредственно направлено на гашение очагов возбуждения и оптимизацию функционального состояния нейронной сети. В конечном счете этот процесс должен приводить к формированию в мозге целостной модели среды.

Интересно в связи с этим привести цитату из Словаря практического психолога (1998 г.): "Непрерывное генерирование взаимосвязанной системы познавательных гипотез, идущих навстречу внешним стимулам, есть выражение активной природы образа мира - в противоположность традиционным представлениям о познавательных образах, как возникающих в результате рефлекторных процессов - реактивных, развертывающихся в ответ на внешние воздействия". Это очень созвучно излагаемым представлениям. Можно добавить еще, что активный целенаправленный процесс познания имеет много общих черт с рассмотренным в "лекции 7" процессом активного целенаправленного восприятия.

Практическое (поведенческое) мышление

Мозг возник и развивался для решения задач поведения и восприятия. В начале курса высказывалось мнение, что для того чтобы понять суть интеллекта (временно отвлекаясь от механизмов реализации), его нужно рассматривать как средство, необходимое для решения особых "человеческих" задач, и что в качестве таких задач в первую очередь полезно рассматривать задачу целенаправленного поведения и задачу восприятия.

Рассматривая задачу поведения, можно выделить ее особенности. Главная особенность состоит в накапливающейся внутренней неустойчивости организма, т. е. в непрерывном росте потребностей, определяемом в конечном счете принципом устойчивого неравновесия Э.С. Бауэра. Из этого следует принцип управления внешним поведением, формулируемый как принцип оптимальности maxT.

Вторая важная особенность - это постоянная необходимость взаимодействия со средой в определенных целевых ситуациях удовлетворения потребностей. Из этого следует необходимость постоянной активности и целенаправленности.

Третья особенность - это динамичность, изменчивость среды. Из этого следует необходимость выявления и фиксации причинно-следственных связей типа "если--то".

Четвертая принципиальная особенность состоит в многоэкстремаль-ности большинства задач поведения. Из этого следует необходимость сведения многопереборных многоэкстремальных задач к малопереборным одноэкстремальным, дающая возможность пользоваться локальным градиентным правилом принятия решения в ситуации выбора.

Мозг решает многоэкстремальные задачи поведения за счет построения многоуровневой иерархической модели проблемной среды. С использованием этой модели в процессе мышления отыскиваются, оцениваются и сравниваются укрупненные варианты одношаговых переходов между текущей и целевой ситуациями. Для этого необходимы умозрительное моделирование и предвидение (эти вопросы еще будут рассматриваться).

Пятая особенность - это многообразие и практически неповторяемость среды на конкретном уровне. Из этого следует необходимость формирования обобщенных знаний о среде в виде иерархии, выстраиваемой по линии частное-общее.

Шестая особенность задачи поведения - необходимость выбора и фиксации цели поведения (доминанты), а также необходимость оценки и сравнения вариантов достижения цели.

Ранее для случая упрощенной одноэкстремальной задачи было получено локальное правило выбора варианта поведения:

а также сводящиеся при определенных допущениях к этому же правилу формальные критерии "эмоциональной" оценки вариантов выбора, определяемые формулами:

Из этих формул видно, что механизм принятия решения в ситуации выбора работает на переборе и сравнительной оценке вариантов даже в случае одноэкстремальной задачи.

Отмеченные особенности задачи поведения в первую очередь определяют структуру, функции и работу строящейся в мозге модели проблемной среды.

Нужно отметить, что модель проблемной среды должна обеспечивать и более простое поведение. В некоторых случаях эмоциональный механизм сравнения и выбора вариантов поведения может отключаться. Во-первых, это случаи экстремальных эмоциональных состояний, таких как страх, горе, гнев, ярость и т. п. Как уже отмечалось, при ситуациях, соответствующих таким эмоциональным состояниям, обычный эмоциональный механизм принятия решения чаще всего бесполезен и должен быть заблокирован. Экстремальные эмоциональные состояния выполняют функцию прерывания. Совершающиеся при этом действия, как правило, просты, рефлекторны и безальтернативны, например, замереть, бежать, кричать, плакать и т. п.

Во-вторых, в часто повторяющихся стандартных ситуациях также можно действовать без перебора и сравнения вариантов - по шаблону. Если ситуации повторяются не точно, появляется риск ошибиться. Риск оправдывается выигрышем времени. Элементарное стандартное поведение, т. е. поведение по схеме стимул-реакция, - это в первую очередь безусловные и условные рефлексы, а также динамические стереотипы.

В схему стимул-реакция вписывается и более сложное, чем рефлексы и простые динамические стереотипы, стандартное поведение, например, иногда очень сложное инстинктивное поведение птиц, рыб и особенно насекомых. Как рефлекторное, так и инстинктивное стандартное поведение часто включает не только восприятие простых сигнальных стимулов, но и восприятие сложных ситуаций, задаваемых (описываемых) на уровнях обобщения и укрупнения модели проблемной среды.

Однако, как уже отмечалось выше, используемая во многих работах по описанию или моделированию поведения схема стимул-реакция не пригодна для решения задачи сложного поведения. Поведение не ограничивается ответными реакциями на внешние стимулы и не преследует традиционно рассматриваемой цели "уравновешивания со средой". Главная и постоянная задача поведения - это удовлетворение первичных и вторичных потребностей, для которого необходимо достижение целевых ситуаций в среде. Эта задача становится особенно сложной, если среда динамична и многоэкстремальна.

В свете сказанного рассмотрим гипотетический процесс практического (поведенческого) мышления на типичном примере планирования и управления поведением в многоэкстремальной среде.

В психологии термин "практическое мышление" чаще всего относят к процессу постановки целей поведения и выработки планов действий. Для определенной привязки к гипотетическим механизмам мышления будем считать практическим (поведенческим) мышлением поиск и выбор лучшего по эмоциональной оценке пути, который соединяет в модели проблемной среды смысловые элементы, соответствующие текущей и целевой ситуациям. Эта же схема подходит для описания, постановки и умозрительного решения формальной задачи, не связанной с реальным поведением в среде. Для конкретности в дальнейшем будем рассматривать задачу управления поведением. Ниже рассматривается приближенная гипотетическая схема решения многоэкстремальных задач поведения с использованием многоуровнего иерархического отображения (модели) проблемной среды.

Итак, ввиду многоэкстремальности задач поведения и сходных задач управления в активных динамических системах их глобальное решение может быть практически невозможно. Однако когда задача одноэкстре-мальна, она может быть решена с применением локального алгоритма, при котором не нужен просчет вариантов до конечной целевой ситуации, а ограниченным перебором определяется лишь наилучший одношаговый переход в каждом узле дерева траекторий, то есть движение осуществляется по градиенту целевой функции.

Каким же образом применить локальный алгоритм к многоэкстремальным задачам? Естественно, прямое применение локального алгоритма в этом случае не дает решения, то есть может приводить к ошибке. Так, человек, начинающий учиться играть в шахматы, рассматривая возможности очередного хода, выбирает тот ход, который непосредственно приводит к локальной максимизации функции ценности, что, очевидно, не может привести к успеху ввиду многоэкстремальности шахматной задачи.

Применять локальный алгоритм можно только после сведения многоэкстремальной задачи к одноэкстремальной. Многоэкстремальность может проявиться только тогда, когда система, двигаясь от текущей ситуации к целевой, последовательно проходит промежуточные ситуации, в которых оценивается целевая функция. При переходе от текущей ситуации к целевой в один шаг многоэкстремальности возникнуть не может.

Таким образом, свести многоэкстремальную задачу к одноэкстремальной можно, перейдя на новый информационный уровень модели проблемной среды. Этот новый информационный уровень всегда должен быть уровнем обобщения и укрупнения. Однако просто перейти на более высокий уровень укрупнения недостаточно. Нужно перейти на такой уровень, где возможны одношаговые переходы между текущей и целевой ситуациями.

Рассмотрим пример. Пусть я нахожусь в Москве и должен по каким-то причинам быть завтра в Санкт- Петербурге. Спланировать и оценить перемещение из Москвы в Санкт-Петербург на уровне элементарных действий невозможно. Поэтому я сначала по имеющейся у меня модели среды выделяю и сравниваю наиболее укрупненные одношаговые переходы. При этом происходит взаимодействие словесно-логической и образной части модели.

Приближенно и грубо это можно представить себе следующим образом. В словесно-логической модели отражены одношаговые переходы, например, лететь самолетом, ехать на поезде, ехать на автомашине, идти пешком. При выборе между ними идет обращение к образной модели и в сознании возникают образы, соответствующие сравниваемым вариантам, и их эмоциональная оценка.

Вариант "ехать на поезде" связан с возникающей из памяти одной последовательностью образов, вариант "лететь на самолете" - с другой. Эти образы и их эмоциональная оценка зависят от конкретного опыта человека и у разных людей могут быть разными. Например, могут возникнуть такие конкретные образы: ночной поезд, сервис в вагоне, соседи в купе, световые мелькания за окном, плохой сон и т. д. Все это в совокупности дает общую эмоциональную оценку. Таким образом, варианты одношаговых переходов порождает словесно-логическая модель, а их сравнение основывается на эмоциональных оценках образной модели.

Выбрав вариант одношагового перехода - ехать в Санкт-Петербург на поезде, я намечаю достижимые в один шаг последовательные подцели укрупненного, но более низкого уровня: собрать необходимые вещи, ехать на вокзал, взять билет, сесть в поезд, ехать в поезде. Эти последовательности подцелей определяются выбранным одношаговым переходом верхнего уровня и сами являются одношаговыми переходами.

На каждом из этих одношаговых переходов я могу сравнивать и выбирать варианты, выделять подцели и одношаговые переходы более конкретного уровня вплоть до конкретных действий, например, "встать со стула". В рамках каждого одношагового перехода возможна цепочка действий и ситуаций более конкретного уровня, на которых происходит изменение, в том числе может происходить и ухудшение эмоциональной оценки рассматриваемой ситуации. Однако это уже не имеет решающего значения - за все "отвечает" более высокий и в первую очередь самый высокий уровень укрупнения модели среды.

На каждом уровне модели выбирается просто лучший из возможных одношаговых переходов, даже если все они имеют отрицательную эмоциональную оценку. На самом высоком уровне - уровне удовлетворения потребностей (в рассматриваемом случае потребность - быть завтра в Санкт-Петербурге) - выбираемый лучший одношаговый переход должен иметь положительную общую эмоциональную оценку, являющуюся совокупной оценкой пути и цели. В противном случае человек (животное, система) в данной ситуации не справляется или плохо справляется с задачей удержания регулируемых переменных внутри области допустимых значений.

Итак, целевая функция максимизируется на наиболее высоком одноэкстремальном уровне модели проблемной среды. Таким образом реализуется локальный алгоритм принятия решения. При выборе вариантов с необходимостью делаются лишь предварительные приблизительные оценки изменения целевой функции, основанные на умозрительном моделировании и предвидении с использованием многоуровневой модели проблемной среды.

Описанная схема планирования и реализации поведения в многоэкстремальной среде использует одношаговые переходы в многоуровневой иерархической модели проблемной среды. На основе сравнения одно-шаговых переходов и выбора лучшего из них по эмоциональной оценке в соответствии с принципом доминанты А.А. Ухтомского формируется и фиксируется главная поведенческая доминанта и тормозятся остальные. Доминанта, по А. Ухтомскому, - это стабильно сохраняющийся очаг возбуждения. От главной доминанты, т. е. очага возбуждения самого верхнего уровня обобщения и укрупнения модели проблемной среды, на более низкие уровни распространяется конус, или "дерево", возбуждений и формируется ассоциативно-смысловая зона предактивации. Одновременно передается торможение на нейронные ансамбли, соответствующие альтернативным одношаговым переходам. На каждом уровне иерархической модели среды выбирается и фиксируется своя временная доминанта, соответствующая выбранному на этом уровне одношаговому переходу. Доминанта (очаг возбуждения) гасится при реальном выполнении соответствующего перехода.

Таким образом, за счет оцениваемых одношаговых переходов достигается сведение многоэкстремальных задач поведения к одноэкстремаль-ным, что лежит в основе процесса поведенческого мышления. К этой же схеме может сводиться и процесс мышления при решении многих умозрительных конкретных и абстрактных задач.