52. Категориальная и межкатегориальная организация индивидуального знания. Репрезентация и моделирование знаний.

Категориальная организация знаний

Семантические сети и пространства

Субъективное семантическое пространство — это операциональная модель представления категориальной структуры индивидуального сознания в виде математического пространства, координатные оси которого соответствуют имплицитно присущим индивиду основаниям категоризации, а значения некоторой содержательной области задаются как координатные точки или вектора, размещенные в этом пространстве.

Наиболее детальные исследования организации семантической памяти были проведены с понятиями, строящимися по принципу иерархических родовидовых отношений. Основой для многих психологических работ по изучению родовидовых отношений понятий послужили ранние исследования А. Коллинса и М. Ку-иллиана (Collins & Quillian, 1972). Эти авторы просили своих испытуемых в хронометрических экспериментах определять истинность предложений типа «Канарейка имеет крылья» или «Молоко — синее». В качестве модели семантической памяти они использовали иерархическую сеть, предположив, что главным принципом организации знания является принцип когнитивной экономии. Так, например, свойства (атрибуты, предикаты) канареек могут быть приписаны либо узлу семантической сети, который репрезентирует понятие КАНАРЕЙКА, либо другим иерархически более высоким узлам — ПТИЦА, ЖИВОЕ СУЩЕСТВО и т.д., если речь идет о свойствах, общих для целой группы понятий. Поскольку все птицы имеют крылья, то экономично было бы зафиксировать свойство ИМЕЕТ КРЫЛЬЯ только один раз — против узла ПТИЦА.

Понятия базового уровня

Видное место в современных исследованиях категориальной организации до сих пор занимают работы Элеоноры Рош¹³, обратившейся к анализу естественных семантических категорий и их связи с восприятием и действием. Опираясь на более ранние этнографические исследования, Рош выступила в 1970-е годы с критикой доминировавшего тогда

В когнитивной психологии понимания семантических категорий как объединения дискретных признаков, якобы необходимых и достаточных для идентификации понятий: «Ни модель формирования понятий в терминах заучивания "правильной" комбинации дискретных атрибутов, ни модель процесса абстракции в терминах абстрагирования центральной тенденции... некоторого произвольного сочетания признаков не являются адекватными объяснениями природы и развития естественных категорий... Предлагается... следующая альтернатива: существуют... формы, которые перцептивно более заметны, чем все другие стимулы в данной области... эти наиболее заметные формы являются "хорошими формами" гештальтпсихологии» (Rosen, 1973, р. 113—114).

Наряду с гештальтпеихологией, теоретической основой работ Рош служат идеи Людвига Витгенштейна. На примере категории «игра» он описал так называемые категории семейного сходства, отдельные представители которых не имеют единого набора семантических признаков. В самом деле, что общего может быть между играми животных, игрой в карты и Олимпийскими играми? Члены одной большой семьи могут быть в целом похожи друг на друга, но по различным признакам в разных ответвлениях семейства, Точчно так же в случае многих семантических категорий не существует единого характеристического набора признаков. Некоторые понятия, входящие в подобные категории, являются более типичными их представителями, чем другие. Одновременно с Витгенштейном такие разветвленные цепочки объектов, построенные вокруг одного или нескольких прототипов на основании меняющихся признаков, были описаны Л.С. Выготским при изучении формирования искусственных понятий у детей. Выготский считал эти «комплексы» промежуточной формой на пути от псевдопонятий к подлинным понятиям, построенным на основе достаточных и необходимых признаков, но оказалось, что они представляют собой общий случай организации знания и у взрослых.

Роль примеров и ситуативных факторов

Основной альтернативой рассмотренным представлениям об иерархической организации семантических категорий стал так называемый эк-земплярный подход. В принципе, он призван объяснить примерно тот же круг феноменов, что и теория Рош. При этом, однако, отрицается существование или, по крайней мере, эффективность абстрактных прототипов вроде понятий базового уровня. Предполагается, что эпизодическая память в комбинации с восприятием способны сохранять конкретные примеры категорий, по отношению к которым и определяется возможная категориальная принадлежность других объектов. О целесообразности такой стратегии говорят некоторые общие соображения — прежде всего то, что у нас обычно нет ни времени, ни особого желания заниматься абстрактными классификациями. Например, хотя можно представить себе, что кто-то специально занимается классификацией профессий как таковых, обычно нас интересуют конкретные примеры: «мой доктор», «друг-программист», «сосед-бизнесмен», «знакомый издатель». Сохранение конкретных примеров означает также сохранение максимальной информации, которая может гибко использоваться в зависимости от возникающих задач.

Эмпирические данные в пользу экземплярного подхода могут быть найдены в результатах многих лабораторных и прикладных исследований. То, что отдельные примеры из памяти действительно могут существенно влиять на категориальные оценки, наиболее последовательно демонстрирует в своих работах канадский психолог Ли Брукс. В некоторых из них испытуемым показывались примеры двух классов существ, отличавшихся по целому ряду видимых признаков (размеры, форма, окраска, количество конечностей и т.д.). Лишь часть этих признаков была релевантна и явно упоминалась в одновременно предъявлявшемся формальном правиле классификации. На стадии тестирования показывались новые картинки, причем иррелевантные признаки существ одного класса могли теперь быть столь же иррелевантными признаками существ другого класса. Результаты классификации обнаружили сильное влияние иррелевантных перцептивных признаков тех примеров, которые были показаны ранее — формальные правила классификации объектов применяются с трудом и сопровождаются ошибками, если эти правила противоречат простому перцептивному сходству.

Межкатегориальная организация

6.3.1 Онтологии, схемы и образы

Из предыдущего обсуждения видно, что наряду с категориальной организацией, фиксирующей принадлежность понятия к некоторому семантическому классу и его отношения к другим представителям этого класса, исключительно существенна и межкатегориальная организация знаний, связывающая между собой понятия из различных, подчас довольно далеких семантических областей'⁷. Интерес к межкатегориальной организации заставляет прежде всего поставить очень общий вопрос — какие семантические области и категории вообще существуют в нашем знании? Данный вопрос давно обсуждается в философии (от Лейбница и Канта до Карнапа), а в последние годы также и в работах по искусственному интеллекту и роботике, так как мобильные роботы будущего должны быть оснащены если и не полным знанием о мире, то хотя бы первыми элементами знаний о наиболее существенных его категориях. Изучение основных категорий обыденного сознания («здравого смысла»), позволяющих нам справляться с повседневными жизненными задачами, выдвигается поэтому на передний план когнитивных исследований.

Опись «всего, что существует» относится к компетенции раздела философии, называющегося онтологией. К сожалению, речь идет об одном из наиболее нечетких терминов обширной философской, а в последнее время и научно-технической литературы. Мы будем понимать под «онтологией» описание того, что истинно и существует в данном мире. Соответственно, «онтологическими переменными» будут называться истинностные переменные, а «онтологическими категориями» — наиболее общие таксономические классы существующих в мире объектов. В философии онтологии обычно противопоставляют гносеологию — теорию познания сущего. (В этом смысле когнитивная психология могла бы называться «экспериментальной гносеологией».) Подчеркнем, что психологическая онтология занимается спецификацией результатов процесса познания как они репрезентированы в индивидуальных концептуальных структурах. При этом, конечно, нельзя ожидать упорядоченности и полноты «Британской энциклопедии».

Самыми общими, возможно, априорными категориями являются категории пространства и времени. Хотя параметры времени и места действия более явно выступают в нашем автобиографическом опыте (эпизодическая память, автоноэтическое сознание — см. 5.3.2), они также присутствуют и в безличностном, энциклопедическом знании концептуальных структур (семантическая память, или ноэтическое сознание по Тулвингу), так как практически любое описание некоторой сцены, а равно события предполагает спецификацию пространственных и временных параметров.

Более внимательный взгляд на содержание этих онтологических категорий обнаруживает их отличие от пространства и времени восприятия (см. 3.1.1 и 3.1.2). Прежде всего представляемое пространство не является гомогенным и строго метрическим, оно явно расчленено на дискретные области в соответствии с организацией нашей среды обитания. Далее, пространство обыденного сознания опирается на множество находящихся в иерархических отношениях систем отсчета (здесь наблюдаются сильные межъязыковые и межкультурные различия — см. 8.1.2). Одновременно мы способны легко представить себе пустое, метрическое и изотропное пространство галилеевско-ньютоновской механики. Пространство-время неклассической физики не стало или, может быть, еще не стало компонентом нашей наивной модели мира (см. 6.4.3). В силу высокой сложности и абстрактности категории ВРЕМЯ мы представляем его по образу и подобию более понятной нам категории ПРОСТРАНСТВО, а именно как пространство одного измерения — горизонтальную ось или вектор, обычно лежащий перед нами. При этом мы можем в зависимости от обстоятельств чувствовать себя в потоке событий или же пассивно наблюдать его (см. 7.4.2). Но это представление не является всеобщим. Для носителей китайского языка (мандарин) время может двигаться и в вертикальном направлении, причем, подобно частицам воды в водопаде, сверху (более раннее) вниз (более позднее). Это движение абсолютно и не включает наблюдателя. Несомненно, что существует множество других культурных моделей времени, например, имеющих разную «зернистость».

Крупные таксономические единицы можно описать как древовидные объекты. Одним из самых больших и разветвленных тогда было бы дерево ФИЗИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ, подразделяющиеся далее на естественные (в том числе столь популярные в исследованиях категориальной организации ЖИВЫЕ СУЩЕСТВА) и искусственные (АРТЕФАКТЫ). Очень близко, возможно, из того же корня, растет категория СУБСТАНЦИИ, которая включает очень важные для обыденного сознания природные стихии. Точно так же из одного корня и в тесном соседстве произрастают категории ПРОЦЕССЫ и СОБЫТИЯ. На примере этих двух пар онтологических категорий можно показать, как в концептуальных структурах возникают возможности для совершенно естественных межкатегориальных переходов. Так, объекты и со-

бытия по сути своей имеют, в отличие от субстанций, относительно четко очерченные границы. Поэтому мы можем сказать «конец лекции» и «конец стола» («сидеть в конце стола»), хотя никакого непосредственного перцептивного сходства между лекцией и столом, конечно, нет. Абстрактная общность онтологических категорий позволяет использовать одинаковые речевые конструкции.

Интенсивнее других в последние десятилетия изучалась та часть концептуальных структур, которая имеет отношение к речи и коммуникации. Ее называют «внутренним лексиконом», хотя в ее состав входят не только собственно слова, но и другие, как более мелкие (корневые морфемы, приставки, суффиксы), так и более крупные (вплоть до устойчивых идиоматических выражений и фрагментов известных стихотворений) единицы речи. В состав лексикона в последнее время часто включают и знание синтаксиса, причем в связи с хранением предикатов, в роли которых выступают глаголы¹⁸. Эти вопросы интенсивно обсуждаются в последнее время в рамках когнитивной лингвистики и лингвистической семантики, где предприняты многочисленные попытки дать возможно более полную спецификацию лексико-семантичес-ких категорий Так, польская исследовательница Анна Вежбицка (Wierzbicka, 1999) выделяет примерно 60 элементарных семантических единиц языка, такие как семантические подлежащие (Я, ТЫ, КТО-ТО...), квантификаторы (ОДИН, ДВА, НЕКОТОРЫЕ...), атрибуты (ХОРОШИЙ, ПЛОХОЙ, БОЛЬШОЙ...), ментальные предикаты (ДУМАТЬ, ЗНАТЬ, ХОТЕТЬ...), действия/события/движения (ДЕЛАТЬ, СЛУЧАТЬСЯ, ДВИГАТЬСЯ...), логические операторы (НЕТ, ЕСЛИ, ПОТОМУ ЧТО...), время (КОГДА, ТЕПЕРЬ, ПОСЛЕ...), место (ГДЕ, ЗДЕСЬ, НАД...) и т.д. В других известных попытках описания онтологических категорий «ментального языка» и даже «языка мысли» (Fodor, 1978) число выделяемых примитивных единиц иногда отличается на порядок: от нескольких сот до всего лишь семи, как в теории концептуальной зависимости Роджера Шенка (1980), которая будет рассмотрена нами в следующей главе. Там же мы подробно остановимся на взаимоотношениях между преимущественно семантическими подходами к описанию функционирования языка в современной когнитивной лингвистике и более синтаксическими концепциями, восходящими к работам Хомского и его школы .Еще одна форма знания, существенная для успешности социального взаимодействия, связана со знанием основных жанров коммуникации. (Сам выбор оптимального для некоторой ситуации жанра и стиля общения является, по-видимому, функцией более высокого уровняцептуальные структуры содержат множество других знаний, таких как процедурные знания о приемах решения типичных задач, а также разнообразные правила поведения и умения (с фоновыми автоматизмами в нижележащих уровнях — от предметных действий D до синергии В). Наконец, они включают знания психологии и ментальных состояний человека, прежде всего в их нерефлексивной, «наивной» форме, которые имплицитно содержатся в каждом языке и социокультурной среде (см. 6.4.3 и 9.4.2).

На этом месте может возникнуть вопрос: зачем все-таки анализ онтологических категорий нужен психологам? Ответ состоит в том, что наше понимание прямо определяется имеющимися у нас концептуальными структурами (см. 5.4.2 и 7.3.1). Если обучение, несмотря на усилия учащихся и преподавателей, не приводит к пониманию предмета, то причиной этого может быть отсутствие понятийной базы или же неправильная категоризация (Chi & Roscoe, 2002). Серьезность проблемы определяется тем, насколько сильно «промахивается» учащийся, пытаясь найти подходящую семантическую «систему отсчета». Если он считает дельфинов разновидностью рыб, то для коррекции понимания нужна лишь «смена ветки» — переход к узлу МЛЕКОПИТАЮЩИЕ внутри той же категории ЖИЦЫЕ СУЩЕСТВА. Набор предикатов (признаков) понятия при таком сдвиге существенно не меняется. Сложнее обстоит дело, когда требуется полная «смена онтологического дерева». Например, изучение физики часто осложняется тем, что электричество ошибочно трактуется как субстанция (оно якобы «хранится внутри батареи», «течет в проводах» и т.д. — см. 7.4.2). Совсем серьезная ситуация складывается, когда необходимые категории вообще отсутствуют. Так обычно обстоит дело в отношении процессов множественных нелинейных взаимодействий. Их понимание существенно при изучении целого ряда дисциплин — термодинамики, нейрофизиологии, экологии, эпидемиологии, макро- и микроэкономики (см. 8.2.1).

Еще одним обстоятельством, препятствующим пониманию и обучению, является определенная самодостаточность ошибочных представлений. В этом смысле иногда лучше иметь дело с явно фрагментарными знаниями, чем с ошибочной онтологией, поскольку последняя позволяет на каждый вопрос дать некоторым образом обоснованный ответ и, тем самым, препятствует осознанию необходимости концептуальных изменений. В качестве иллюстрации рассмотрим две модели сердечно-сосудистой системы: распространенную, но ошибочную, основанную на представлении о множестве одинаковых петель между сердцем и другими внутренними органами (рис. 6.8А), и правильную, включающую две качественно различные петли — малый (сердце и легкие) и большой (сердце и остальные органы) круги кровообращения (рис. 6.8Б). Ошибочные представления обнаруживают особую сопротивляемость, если они связаны с другими ошибочными убеждениями, например, что функция

сердца состоит в обогащении крови кислородом. Легкие рассматриваются тогда в качестве органа-получателя кислорода, подобного печени или мышцам. Подобная замкнутость характерна для повседневных представлений в различных областях нашего обыденного сознания — наивных физике, физиологии и психологии (см. 6.4.3).

Выдающуюся роль в функционировании концептуальных структур играют относительно устойчивые, обобщенные структуры опыта, которые позволяют предвосхищать порядок развития событий, их содержание и внутреннюю связь, а также предвидеть изменения вида объектов и окружения при собственных действиях и локомоциях. Чаще всего в качестве родового имени этих глобальных структур знания выступает термин схема, уже использовавшийся ранее в философии Кантом, в неврологии Хэдом, в психологии Бартлеттом и Пиаже (см. 1.1.3 и 1.4.3). С известной долей условности схемы можно разделить далее по принципу преимущественного доминирования пространственной и временной информации на схемы сцен, или фреймы, и схемы событий, или сценарии {скрипты). Иногда термин «фрейм» используется в более общем значении «схема» — это характерно скорее для работ в области искусственного интеллекта, машинного зрения и теоретической лингвистики (см. 6.4.2 и 7.3.2).

Влияние схем полезно показать на паре примеров. В качестве первого можно взять понятие ХОЛОСТЯК, для определения которого, согласно традиционным подходам (см. 2.2.1 и 6.1.1), необходимо и достаточно трех атомарных признаков — взрослый (+), женатый (—), мужчина (+). Однако, как отметил лингвист Лакофф, всем понятно, что папу римского нельзя назвать холостяком, хотя в его случае эти требования полностью выполняются. Иными словами, мы рассматриваем это понятие в контексте социокультурного фрейма женитьбы/замужества, который несовместим с обязательным для католических священников целибатом. Второй пример относится к восприятию и движениям.

Репрезентация и моделирование знаний.

mental representation) - ключевое понятие когнитивной науки, относящееся как к процессу представления (репрезентации) мира в голове человека, так и к единице подобного представления, стоящей вместо чего-то в реальном или вымышленном мире и потому замещающей это что-то в мыслительных процессах. Последнее определение указывает на знаковый или символический характер репрезентации и связывает ее исследование с семиотикой. Первый период в истории когнитивной науки был особенно тесно связан с полемикой о том, в какой форме «существуют» репрезентации в памяти человека и о каких типах репрезентации может идти речь при их описании. Первоначально ментальная репрезентация описывалась в психологии как имеющая дело только с языковыми структурами. Признание репрезентаций другого типа - образных - связано с именем А.Пейвио, в многочисленных работах которого была выдвинута теория двойного кодирования мира. Согласно Пейвио, все репрезентации могут быть расклассифицированы на картиноподобные и языкоподобные. В настоящее время говорят поэтому либо об аналоговых репрезентациях (тех, которые сохраняют свое подобие оригиналу) и репрезентациях пропозициональных (имеющих аргументно-предикативную структуру). Некоторые считают, что именно вторая форма хранения знаний является главной, но это мнение разделяется далеко не всеми. Иногда различают также просто аналоговые репрезентации, в большей или меньшей степени редуцированно изображающие фрагменты мира, и символические, условные, поскольку считается, что репрезентации - это особые когнитивные модели объектов и событий, воспроизводящие лишь часть сведений о них, иногда сведенную до конвенционального минимума. Совокупность репрезентаций образует то, что называется памятью, а поэтому и в ней различают словесную и образную память; совокупность вербальных репрезентаций называют ментальным лексиконом, и, наконец, совокупность всех репрезентаций именуется концептуальной системой, или же концептуальной моделью (картиной) мира. Особое значение в анализе репрезентаций придается их генезису и происхождению у отдельного человека. Когнитологи до сих пор спорят о том, с чего начинается формирование репрезентаций и каково то исходное состояние психики, которое характеризует родившегося и вступающего в мир человека - tabula rasa или же некие врожденные предпосылки для их образования, или, наконец, уже сложившаяся врожденная система таких репрезентаций. Ярким представителем своеобразной компромиссной точки зрения по этому вопросу был Ж.Пиаже, выдвинувший идею о постепенном складывании разных типов репрезентаций по стадиям - сперва сенсомоторной, затем образной и позднее всего - языковой. Несмотря на множество исследований по когнитивному развитию ребенка вопрос о том, как возникают «первые» репрезентации и как из более простых репрезентаций рождаются более сложные (ведь не могут быть у младенца и школьника одинаковые представления даже достаточно простых объектов и событий), до сих пор не вполне ясен, и адекватная теория репрезентаций пока отсутствует. Исследование репрезентаций послужило поводом для сближения разных наук (психологии, философии, моделирования искусственного интеллекта, нейронаук и формальной семантики) в рамках единой когнитивной парадигмы знания.

Моделирование — метод научного исследования явлений, процессов, объектов, устройств или систем, основанный на построении и изучении моделей с целью получения новых знаний, совершенствования характеристик объектов исследований или управления ими.

Нельзя сказать, что моделирование — это новое слово в изучении информатики в школе. Нельзя сказать, что никто и никогда до некоторых пор им не занимался. Нельзя сказать, что моделирование — это настолько сложно, что вовсе не поддаётся изучению и освоению. Если подумать, то вся школьная программа, как, впрочем, и жизненная, построена именно на моделировании — моделировании социальных ситуаций, отношений, моделировании решений физических, математических и прочих задач. Ведь, по сути, с раннего детства человек моделирует практически всё: играя с детской железной дорогой — моделирует реальное движение поездов по рельсам, рисуя — создаёт собственную модель окружающей действительности, находя частное решение уравнения по некоторому алгоритму — создаёт модель решения подобных уравнений. А уж если человек придумывает новую формулу, описывающую какой-либо процесс, подтверждает её в ходе экспериментов, то моделирование становится и творчеством, и исследованием, и поиском истины при обходе тупиков.