«Когнитивная и прикладная психология»

Раздел 2
ОПОЗНАНИЕ И ПОЗНАНИЕ

Объем кратковременной памяти и количество информации

Проблемы памяти являются традиционным объектом психологического исследования со времен Г. Эббингауза до наших дней. Пожалуй, наибольший интерес к исследованию памяти отмечается в последние два десятилетия, что связано прежде всего с потребностями практики - появлением АСУ и широким распространением операторской деятельности во всех отраслях народного хозяйства. Именно развитие прикладных исследований позволило выделить в памяти стадии кратковременного и долговременного хранения. Исследованию закономерностей кратковременной памяти (КП) уделяется в последние годы наиболее пристальное внимание. Однако, несмотря на пристальный интерес к изучению КП, у исследователей нет согласия по многим вопросам, касающимся ее характеристик и закономерностей. В частности, дискуссионными являются вопросы об объеме кратковременного хранения, о функциональной структуре КП и оперативных единицах памяти.

Одной из важнейших характеристик кратковременной памяти является стабильность ее объема: в соответствии с данными Дж. Миллера [1] и результатами исследования П.Б. Невельского [2], объем КП является величиной относительно постоянной и не зависит от количества информации на стимул. Мы полагаем, что данное утверждение нуждается в экспериментальной проверке в связи с проблемой многомерного кодирования информации. Использование принципа многомерного кодирования позволяет при одной и той же длине сообщения существенно варьировать количество передаваемой информации путем изменения мерности стимулов и способствует увеличению пропускной способности человека. Однако проблема многомерного кодирования разработана достаточно широко лишь в отношении перцептивных процессов [3]. Закономерности процессов памяти при приеме и переработке многомерных сигналов практически не изучены. В связи с этим возникает важный в теоретическом и практическом отношении вопрос: изменяется ли объем КП с изменением мерности сигналов.

Цель данного исследования состояла в выявлении некоторых закономерностей обработки алфавитов многомерных сигналов и КП.

В исследовании решались следующие задачи:

1. Проверить гипотезу о зависимости объема КП в символах от мерности алфавитов, т.е. от количества информации на стимул.
2. Исследовать влияние избыточности сообщений на эффективность удержания материала в КП.
3. Выявить характер оперативных единиц памяти при запоминании многомерных зрительных стимулов.

В качестве основного методологического принципа исследования использовался подход, сложившийся в рамках советской психологической школы, исходным принципом которого является понимание памяти как деятельности. Сочетание этого подхода с информационным подходом и использованием методов микроструктурного анализа кратковременных процессов, на наш взгляд, весьма плодотворно для решения многих проблем психологии памяти, в частности, вопросов о функциональной структуре памяти, об оперативных единицах памяти на разных уровнях обработки информации, об объеме КП.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В эксперименте использовался классический метод измерения объема кратковременной памяти [4]. В качестве материала исследования были использованы девять алфавитов стимулов, составленных путем сочетания трех перцептивных категорий: формы, цвета и пространственной ориентации стимулов. Длина трех одномерных алфавитов была одинаковой и равнялась четырем. Кроме того, использовались четыре алфавита двумерных стимулов, полученных объединением параметров цвета и формы, а также формы и ориентации. Сочетания этих параметров в стимулах в двух алфавитах были скоррелированными (т.е. параметр одной категории сочетался со строго определенным параметром другой категории), а в двух других - некоррелированными (параметры обеих категорий сочетались случайным образом). Длина двумерных скоррелированных алфавитов равнялась четырем стимулам, длине нескоррелированных - 16. И, наконец, использовались два алфавита трехмерных стимулов, в которых сочетались три параметра: форма, цвет и пространственная ориентация. Длина трехмерного скоррелированного алфавита равнялась четырем, а нескоррелированного - 64 стимулам.

Стимулы каждого из алфавитов объединялись в случайном порядке в ряды различного объема. Объем рядов варьировался от 4 до 10 стимулов для одномерных алфавитов и от 2 до 10 - для многомерных. Стимульные ряды в экспериментах предъявлялись на экране симультанно при постоянном времени экспозиции, равном 5с. После окончания экспозиции испытуемый должен был вСЛУХ воспроизвести удержанный материал. При воспроизведении необходимо было называть стимулы в порядке их расположения в рядах.

При обработке полученных данных определялись количество правильно воспроизведенных элементов и объем КП.

С целью проведения информационного анализа данных рассчитывалась информационная нагрузка для рядов различного объема, составленных из алфавитов разной мерности и структуры.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

С увеличением мерности алфавита объем КП в символах для нескоррелированных алфавитов снижается. Для скоррелированных многомерных алфавитов значения объема КП по существу не отличаются от соответствующих значений, полученных для одномерных алфавитов. С увеличением мерности алфавитов уменьшается и предельная длина ряда, при которой ряд не воспроизводится вообще. Таким пределом одномерных и многомерных скоррелированных алфавитов является ряд из 10 стимулов, для двумерных - ряд из 7 и для трехмерного алфавита - ряд из 5 стимулов.

Для ответа на вопрос о том, какими кодами оперируют испытуемые в процессе запоминания - зрительными или вербальными, - мы обратились к анализу словесных отчетов испытуемых. Проведенный анализ показал большое разнообразие приемов, применяемых испытуемыми при запоминании рядов многомерных стимулов. Более того, практически на протяжении всех четырех опытов испытуемые продолжают активный поиск новых приемов, которые позволили бы активизировать процесс переработки поступающей информации. Конкретные приемы, применяемые испытуемыми в процессе запоминания, разнообразны и индивидуально специфичны, однако отмечаются и общие тенденции. Так, для всех девяти алфавитов в качестве одного из средств запоминания ряда используется вербализация. Однако при большой длине ряда и с увеличением мерности алфавита вербализация становится малоэффективным средством, и испытуемые переходят к оперированию зрительным кодом. При этом преобладающей деятельностью испытуемых является перцептивная организация материала с целью более эффективного его запоминания.

Поскольку анализ словесных отчетов позволил установить, что испытуемые оперируют в процессе запоминания преимущественно зрительным кодом, предстояло установить, являются ли оперативные единицы памяти целостными многомерными эталонами, или же осуществляется вычленение в структуре многомерных стимулов отдельных перцептивных категорий. Для ответа на этот вопрос мы обратились к анализу ошибок, допущенных испытуемыми в процессе воспроизведения ряда многомерных стимулов. При проведении такого анализа мы дифференцировали четыре типа ошибок: пропуск отдельных элементов ряда, пропуск отдельных перцептивных категорий в структуре многомерного стимула, транспозицию (перестановку) расположенных рядом стимулов, транспозицию отдельных перцептивных категорий в структуре расположенных рядом стимулов (частичная транспозиция).

Проведенный анализ показал, что для нескоррелированных алфавитов общее число ошибочно воспроизведенных элементов (включая ошибки полного невоспроизведения) примерно в три раза больше, чем для скоррелированных (табл.1). При этом третью часть ошибок для нескоррелированных алфавитов составляют ошибки частичного невоспроизведения, в то время как для скоррелированных алфавитов таких ошибок практически не выявлено. Количественный анализ ошибок последних двух типов показал, что при воспроизведении многомерных скоррелированных алфавитов ошибки полной транспозиции являются преобладающими, при этом не зарегистрировано ни одной ошибки частичной транспозиции. Этот результат можно объяснить тем, что при запоминании рядов, составленных из избыточных (скоррелированных) алфавитов, испытуемые оперируют целостными зрительными эталонами. Для нескоррелированных алфавитов удельный вес ошибок полной транспозиции очень невелик - в среднем 4,8% от общего числа ошибок воспроизведения, зато существенно возрастает число ошибок частичной транспозиции - в среднем 20,2%. Большой процент ошибок частичной перестановки параметров многомерных нескоррелированных стимулов свидетельствует о том, что в процессе запоминания этих рядов осуществляется их перцептивная организация в соответствии с динамикой отдельных параметров, и испытуемые прибегают к раздельному запоминанию параметров стимулов, удерживая одни из них в вербальной, а другие - в зрительной форме.

По мере увеличения нагрузки на входе активно включаются различные способы кодирования и сохранения информации: зрительное, иногда даже двигательное кодирование, вербализация, являющиеся в данном случае как бы «резервами» кратковременной памяти. Факты, подтверждающие это предположение, можно найти и при анализе данных запоминания одномерных и скоррелированных алфавитов. Испытуемые при предъявлении рядов большой длины, составленных из этих алфавитов, утверждали, что несколько первых элементов ряда (3-5) обычно вербализуются, а следующие несколько элементов удерживаются в виде зрительного образа.

Таблица 1. Абсолютные и относительные показатели ошибок воспроизведения для многомерных алфавитов

Очевидно, порядок использования различных кодов при удерживании материала в кратковременной памяти является не строго регламентированным, а определяется как объективными условиями, в которых протекает мнемическая деятельность (особенности стимульного материала, время предъявления материала, количество информации, содержащейся в стимулах), так и индивидуальными особенностями испытуемых.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

В контексте нашего исследования была поставлена задача установить, зависит ли объем КП, исчисляемый в информационных мерах, от количества информации в предъявленном материале и каковы предельные возможности хранения информации в КП при оперировании кодами различной мерности.

При сопоставлении для алфавитов различной мерности объема КП, выраженного в символах и двоичных единицах, отчетливо выявляется разнонаправленность в динамике этих показателей с изменением мерности алфавитов: объем КП в символах падает, а объем КП в двоичных единицах, напротив, возрастает (табл.2).

Таблица 2. Зависимость объема КП, измеренного в символах, числом параметров и в двоичных единицах от мерности и вида алфавита

С изменением мерности алфавита от одномерного до трехмерного объем КП в символах колеблется в пределах 5±2. Объем КП в двоичных единицах при этом изменяется от 11 до 17 дв. ед.

В соответствии с данными Дж. Миллера [1] и П.Б. Невельского [2], при изменении количества информации на символ объем КП близок к инварианту, если измерять его в символах, а не в информационных мерах. В нашем исследовании, при работе с одномерными и многомерными алфавитами зрительных стимулов, это положение не подтвердилось. С увеличением алфавита от одно- до трехмерного объем КП в символах уменьшается на 100% (от 7 до 3,5 символа), а объем КП в информационных мерах возрастает на 40% (в среднем от 11,4 до 15,8 дв. ед.). Таким образом, при изменении мерности алфавитов объем КП более близок к инварианту, если измерять его не числом символов, а в двоичных единицах. Количество переданной информации для двумерных и трехмерного скоррелированных алфавитов по существу не отличается от соответствующих показателей, полученных для одномерных алфавитов.

Анализ зависимости количества переданной информации от длины ряда показал, что наибольшее количество информации для одномерных алфавитов передается при длине ряда стимулов, равной 5-6 элементам, и составляет 7 дв. ед. При запоминании рядов двумерных нескоррелированных стимулов количество переданной информации резко падает с увеличением длины ряда свыше четырех стимулов. Для двумерных алфавитов это критическая длина ряда, при которой достигается максимальный объем переданной информации, составляющий 10,5 дв. ед. Наконец, при работе с трехмерным нескоррелированным алфавитом критической длиной стимульного ряда является ряд из трех стимулов, при котором обеспечивается максимальный объем переданной информации - 13,7 дв. ед.

Сопоставляя полученные для алфавитов различной мерности критические значения длины ряда, при которых достигается максимальный уровень переданной информации, следует учитывать, что с увеличением мерности алфавита соответственно, растет и число параметров стимула, которыми оперируют в процессе запоминания испытуемые. Критический объем запоминаемого материала, при котором достигается максимальный уровень переданной информации, измеряемый числом правильно воспроизведенных параметров стимулов, составляет:

• для одномерных алфавитов — 5-6,
• для двумерных алфавитов — 4Ч2=8,
• для трехмерного алфавита — 3Ч3=9.

Таким образом, анализ способов перцептивной и мнемической организации запоминаемого материала позволяет установить установить, что при работе с одномерными и многомерными алфавитами зрительных стимулов объем КП, измеряемый числом параметров, которыми оперирует испытуемый, колеблется в установленных Дж. Миллером пределах 7(2.

ВЫВОДЫ.

1. Объем КП для использованных в исследовании одномерных алфавитов варьирует несущественно. Несколько более низкие показатели объема КП для алфавита «пространственная ориентация» могут быть объяснены трудностью усвоения искусственной системы кодирования, выбранной для этого признака.
2. С увеличением мерности алфавита от одномерного до трехмерного объем КП, выраженный в символах, уменьшается вдвое, объем КП, выраженный в двоичных единицах, напротив, возрастает.
3. При изменении мерности алфавитов объем КП более близок к инварианту, если измерять его не числом символов (в соответствии с данными Дж. Миллера и П.Б. Невельского), а в двоичных единицах.
4. Избыточность признаков кодового алфавита (т.е. наличие в нем скоррелированных параметров) нецелесообразно, т.к. не способствует увеличению продуктивности запоминания и приводит к незначительному снижению объема КП (в символах и двоичных единицах) по сравнению с одномерными алфавитами.
5. Критическая длина ряда, при которой достигается максимальный уровень переданной информации, составляет для одномерных алфавитов 5-6 символов, для двумерных - 4 и трехмерных - 3 символа. Но при этом количество переданной информации гораздо выше для многомерных алфавитов.
6. При оперировании многомерными алфавитами в КП вербальное описание играет вспомогательную роль. Основным средством запоминания является перцептивная организация материала и оперирование зрительными кодами.
7. В процессе кратковременного запоминания многомерных визуальных стимулов испытуемые не оперируют целостными образами, а вычленяют в структуре многомерных сигналов отдельные параметры. При этом объем КП, измеряемый числом параметров стимулов, подлежащих запоминанию, измеряется числом 7±2, а объем КП, измеряемый числом целостных стимулов, колеблется в пределах 5±2.

Результаты исследования позволяют предположить, что кратковременная память обладает подвижной системой различных кодов: вербальных, зрительных, двигательных, семантических. Преимущественное использование одного из этих кодов при запоминании и сохранении того или иного материала определяется объективными условиями деятельности и индивидуальными особенностями субъектов деятельности. Возможно, что в экстремальных условиях деятельности (жесткий временной режим, большое количество информации на входе) процесс переработки информации осуществляется с использованием различных кодов. Таким образом, различные коды кратковременной памяти могут служить своеобразным «стратегическим резервом» в сложных условиях деятельности. Можно предположить также, что сформированность, гибкость системы кодов кратковременной памяти, возможность быстрого перехода от одного кода к другому (или другим) определяют уровень эффективности функционирования кратковременной памяти и индивидуальные различия в ее характеристиках.

ЛИТЕРАТУРА

1. Миллер Дж. Магическое число семь, плюс или минус два. О некоторых пределах нашей способности перерабатывать информацию // В кн.: Инженерная психология. — М.: Прогресс, 1964.
2. Невельский П.Б. Объем памяти и количество информации // В кн.: Проблемы инженерной психологии. — Л.: Изд. — ЛГУ, 1965. — Вып.3.
3. Зинченко Т.П. Опознание и кодирование. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1981.
4. Зинченко Т.П. Методы исследования и практические занятия по психологии памяти. — Душанбе, 1974.