V. 2. МОДЕЛЬ ПАРЦИАЛЬНОГО ХРАНИЛИЩА ПАМЯТИ ЧЕЛОВЕКА - Системные описания психологии - Ганзен

V. 2. 1. Теоретические предпосылки модели. Проблема построения

полноценных описаний хранилища памяти человека как в терминах макро

(объемных) характеристик, так и в терминах расположения, упорядочивания

информации в нем является одной из традиционных. Существуют десятки

моделей, описывающих организацию следов в долговременой памяти (ДП), и ни

одна из них не отображает универсальных закономерностей образования в

хранилище памяти систем следов независимо от их модально-специфических

свойств. Количественные модели потенциального запаса следов в хранилище

памяти до сих пор, по-видимому, не построены, хотя экспериментирование над

различными объемными характеристиками ведется уже не одно десятилетие.

Исследование этих характеристик в ходе заучивания разнообразных видов

материала при различных внешних и внутренних условиях получили широкое

развитие во второй половине 50-х годов в связи с формированием

представлений о двухкомпонентной теории  памяти и накоплением

количественных знаний о кратковременной памяти (КП). Большая часть

экспериментально-психических исследований, предметом которых являлось

изучение различных объемных характеристик ДП, выполнена с использованием

относительно коротких списков заучиваемого материала: в экспериментах

"на воспроизведение" в такие списки включаются обычно от нескольких

десятков до нескольких сотен элементов. В то же время в опытах "на

узнавание" списки охватывают от десятков сотен до многих тысяч

элементов. Варьирование в столь широких пределах объемными переменными

позволило получить некоторые количественные зависимости между временными и

объемными параметрами процессов заучивания, хранения и воспроизведения.

Несмотря на это, как показывает анализ литературы, накопленных данных еще

недостаточно для индуктивного подхода к разработке количественных моделей

объема памяти.

Немного прибавляют к сделанному выводу и содержащиеся в психологической

литературе знания о предельных возможностях человеческой памяти, которые

ограничиваются, как правило, представлением впечатляющих результатов

наблюдения за мнемонистами или опытов над ней в специальных условиях,

например, гипноза.  Для построения количественных моделей эти данные

обладают относительной ценностью, так как создают впечатление о практически

неограниченных, регламентированных лишь естественными биологическими

запретами, потенциях памяти.

Казалось, что новые возможности для исследования предельных объемных

характеристик хранилища были связаны с развитием теории информации и

проникновением в психологию и в смежные науки теоретико-информационного

подхода. В соответствии с гипотетическими оценками, сделанными на его

основе, емкость хранилища памяти исчислялась в диапазоне 10"6" - 10"21"

двоичных единиц. Однако эти оценки не пригодны для описания емкости

хранилища памяти на собственно психологическом языке, т. е. языке

содержащихся в памяти образов и других единиц опыта - элементов того

алфавита, который формируется, накапливается и консолидируется человеком в

процессе жизни и деятельности.

Следовательно, изучение объемных показателей памяти, оценка ее предельных

возможностей и теоретико-информационный подход оказываются

малопродуктивными для установления психологически содержательных

характеристик объема хранилища памяти.

В связи с этим необходимо разработать новые подходы к моделированию памяти

и создать модели, отображающие важнейшие законы организации хранилища. В

работе [30] рассмотрен один из таких подходов и на его основе построена

объемная структурная модель хранилища памяти, позволяющая на

психологическом языке одновременно производить количественные оценки его

емкости и описывать организацию систем следов некотором гипотетическом

функциональном пространстве памяти.

V. 2. 2. Описание модели. Под объемом (емкостью) хранилища понимается

число размещенных в нем единиц хранения (дискретных следов), а понятие

структуры, характеризующее распределение следов в хранилище,

интерпретируется как структура порядка. Наложим ограничения на область

дальнейшего исследования:  будем рассматривать лишь те разделы хранилища,

которые ответственны за фиксацию следов разных видов символического

материала, например бессмысленных слогов, слов, графических знаков

письменности и т. п.

Для упорядочения важнейших характеристик памяти обратимся к методу

систематизации понятий на основе базисов. Поскольку память можно определить

как хранение информации во времени, то в качестве опорного базиса используем

следующие понятия: "пространство", "время",

"информация", "энергия". Диада "информация -

время" является ведущей в определении памяти, но память обладает также

эмпирическими и пространственными характеристиками. Однако анализ

последних в целях получения соответствующих описаний памяти может

производиться только на информационно-временной основе.

Выделение информационно-временных свойств памяти как опорных для ее

моделирования побуждает к поиску экспериментальных данных, указывающих

прежде всего на общий класс функций, связывающих количество содержащейся в

хранилище информации с временем ее накопления, сохранения и извлечения.

Наиболее важными из информационных характеристик памяти являются ее

объемные показатели.  Собственно информационная природа этих показателей

выражается в том, что они представляют собой меру разнообразия

удерживаемого в памяти материала. Укажем на некоторые из известных в

психологии зависимостей между объемными и временными параметрами мнемических

процессов.

1. Исследование процессов научения позволили обнаружить, что результаты

многих экспериментов, проверяющими связь между информационными и временными

переменными в ходе обучения, удовлетворительно аппроксимируются

экспоненциальной функцией y=y/max/[1-exp(-kt)], где y

- сила навыка ( в частности, объем заученного материала); y/max/ -

верхний предел силы навыка; t - число проб (временной показатель);

k - константа, выражающая скорость научения.

2. Г. Эббингауз, а позднее и его последователи определили забывание как

логарифмическую функцию времени y=k(clogt), где

y - объем сохраняемого материала; k и c -

экспериментальные константы.

В законе Хика время латентного периода дизъюнктивной реакции Т/p/

описывается выражением Т/p/=a+blog/c/y, где a и

b - константы (a характеризует несократимую долю величины

времени реакции); y - длина алфавита сигналов, из которого

производится выбор при опознании сигнала (объем следов в памяти). Если

пренебречь величиной a, то указанное выражение можно записать так:

Т/p/=blod/c/y, откуда y=c/Т/p//b.

Таким образом, во всех рассмотренных случаях информация и время, выступающие

атрибутами математических процессов, связаны элементарными взаимо-обратными

функциями: показательной и логарифмической.

В каком классе функций следует искать в явном виде зависимость между

объемными и временными переменными? Приведенные выше примеры указывают на

класс элементарных показательных функций. Учитывая специфику

рассматриваемого феномена (памяти) и ее свойство аддитивности для

вербального материала, естественно сделать некоторое обобщение и перейти от

показательных функций к сумме показательных функций, а классе этих

математических объектов попытаться найти интересующую нас зависимость. В

общем виде сумму показательных функций можно записать так:

============Формула 1 стр. 110==========

y(n)=A/n/a"n"+A/n-1/a"n-1"+...+A/1/a"1"+A/0/a"0".

Положив для простоты коэффициенты A/0/, A/1/, ... равными

единице, получим выражение:

============Формула 2 стр. 110==========

y(n)=a"n"+a"n-1"+...+a+1,

Которое можно представить в виде возрастающей геометрической прогрессии с

членом b/1/=1 и q=a.

Д. А. Игонин предложил использовать эту функцию для построения

информационно-временной модели памяти, сформулировав гипотезу о слоистой

организации хранилища, базирующуюся на следующих положениях: 1) слоистость

хранилища памяти понимается прежде всего как функциональная слоистость,

обнаруживаемая при информационно-веременным признака, слои в памяти

упорядочены и могут быть пронумерованы; 2) объемы совокупностей следов,

локализованных в каждом из слоев, ограничены и возрастают с увеличением

номера слоя; 3) число n слоев ограничено (1†n†8);4) кроме

того, допускается, что временные характеристики мнемонических процессов

запоминания, хранения, забывания и извлечения с увеличением номера слоя

монотонно возрастают; 5) хранилище может заполняться следами,

функционирующими на репродуктивном, "узнающем" и облегчающем

уровнях памяти [50]. На репродуктивном уровне памяти слои хранилища

заполняются последовательно с ростом номера n; на "узнающем"

и облегчающем уровнях памяти така очередность необязательна.

Рассмотрим следующие переменные: n - число заполненных в хранилище

слоев; a - объемный параметр, характеризующий скорость КП на

данный вид материала, либо, возможно, емкость кратковременного буфера

повторения [11]; y(nn) - максимальное число следов в

хранилище (емкость хранилища) при условии, что слой n заполнен

целиком; z - величина в диапазоне n-1<я†n,

характеризующая степень заполнения следами слоя n; y(z)

- наличный объем следов в хранилище при данной величине z, причем

из всего множества значений аргумента z рассматриваются лишь те, при

которых функция y(n-1<y(z)†y(n).

Согласно гипотезе

=============Формула 1 стр. 111===========

y(n)=a"n"+a"n-1"+...+a"2"+a. (1)

Если учесть случай, когда слой n может быть заполнен частично, то

можно записать обобщающее уравнение:

=============Формула 2 стр. 111===========

y(z)=a"z"+a"n-1"+...+a"2"+a, (2)

из которого легко получить выражение (1), положим z=n. Выражения (1)

и (2), которые можно переписать в виде геометрической прогрессии,

отличаются величиной первых членов b/1/. В последним из низ

b/1/-a.  Это соответствует допущению, что совокупности следов,

не превосходящие по величине объем КП, располагаются в один слой.

Для психологически содержательной интерпретации уравнение (1) и его

обоснования был предпринят анализ данных, содержащихся в психологический и

лексикографической литературе, публикациях по прикладной лингвистике. Это

позволило выделить и систематизировать некие "константы"

лексических запасов, характеризующие как емкость вербальной памяти

субъектов, так и словарные фонды некоторых видов лингвистических словарей

(табл. 3).

-----------Картинка стр. 112------

Таблица 3. Словарные фонды индивидуальных и лингвистических словарей (в

ранжированном виде, тыс. слов)

* По разным подсчетам словарь языка произведений Шекспира, который

полагается наиболее богатым, оценивается в 15 - 24 тыс. слов (см.: Левик

В. Нужны ли новые произведения Шекспира. - В кн.: Мастерство перевода. М.,

1968, с. 116).

** В таблицу включены лишь те классы словарей, данные об объеме лексических

запасов которых могли бы косвенно отражать минимальные, "средние" и

максимальные возможности вербальной памяти человека, с точки зрения

требований, предъявляемых к ней различными сторонами языковой прагматики.

Кроме того, нельзя не признать, что учитываемые авторами словарей реальные

масштабы употребления лексики в устной и письменной речи в немалой мере

обусловлены объемными ограничениями, свойственными памяти носителей языка,

речевая продукция которых принимается во внимание при выявлении корпуса

лексики словарей.

*** "Большой академический словарь русского литературного языка",

новое издание которого готовится Институтом русского языка АН СССР, будет

включать 150 тыс. слов (см,: Современный русский язык, ч. I / Под ред. П.

П. Шубы.  Минск, 1979, с. 270).

-------------------------

В результате приближенного усреднения  представленных в табл. : данных был

получен ряд эмпирических величин словарных запасов, который удалось

аппроксимировать показательной функцией вида (1) при значении a=5,

что согласуется с экспериментальными данными [72], и 1†n†8.

Оказалось возможным выявить и некоторые не вошедшие в табл. 3 величины

словарных фондов.

Необходимо сделать оговорку, касающуюся числа членов ряда, записанного в

правой части уравнения (1). Если оставить два первых (слева) члена этого

ряда, отбросив все остальные, то ошибка оценки объема y(n) не

превысит 4,5% для какого угодно числа n. Найденная величина явно не

превосходит величину ошибки усреднения данных табл. 3. Поэтому далее

следует писать и уравнение

==============Формула стр. 113==========

y(n)=a"n"+a"n-1", (3)

Позволяющее определить с известным уровнем достоверности минимальные

теоретические оценки лексических констант, имеющих мнемоническую

обусловленность.

Вычислим на основании уравнений (1) и (3) объемы y(n) и

прокомментируем их как психологические реальности, проистекающие из

закономерности функционально-слоистой организации хранилища человеческой

памяти (табл. 4). Представленные а табл. 4 данные хорошо согласуются с

оценками, систематизированными в табл. 3.

Чем вызваны наблюдаемые различия в уровне функционирования следов,

размещенных в различных слоях? В соответствии с выдвинутой гипотезой в

основе функционального расслоения, структурирования хранилища памяти лежат

его информационно-временные свойства. Рассмотрим некоторые гипотетические

характеристики, которые могут детерминировать процесс такого расслоения. В

качестве одной из них назовем специфичное для слоя  средне время

закрепления в нем единицы хранения, которое может быть различным для каждого

из трех уровней памяти. Другой характеристикой является время хранения

следа в памяти без подкрепления, т. е. повторной актуализации. ИЗ

сформулированной ранее гипотезы вытекает, что в обоих случаях время

возрастает пропорционально номеру слоя.  Учитывая это, выскажем ряд

утверждений.

1. В первых слоях хранилища памяти следы фиксируется с наименьшими

временными тратами, "затухают" быстрее. Следы, повторная

актуализация которых происходит через интервал, превосходящий присущее слою

время сохранения, перемещаются последовательно в слои с более высокими

номерами и используются в них на более низких уровнях памяти. Лишь особенно

часто актуализируемые следы могут постоянно удерживаться в слоях с

начальными номерами. Это означает, что в лексическом хранилище памяти

существует упорядочение следов по слоям в соответствии с частотой их

использования. Представление о подобной иерархии хорошо согласуется с

многими данными [116].

--------Картинка стр. 114------

Таблица 4. Теоретические оценки вербальных запасов памяти в зависимости

от величины n(a=5) (слова)

* Климова Г. А. О лексико-статистической теории М. Сводеша. - в кн.:

Вопросы теории современной зарубежной лингвистики. М., 1961, с. 239-253.

** Мэкки В. Отбор. - В кн.: Проблема отбора учебного материала. М., 1971,

с.  35, 36.

*** Алексеев П. М. Частотные словари английского языка и их практическое

применение. - В кн.: Статистика речи и автоматический анализ теста. Л.,

1971, с. 166.

-------------------

2. Первые три слоя являются оперативными и преимущественно репродуктивными,

информация в них быстро фиксируется и утрачивается. Четвертый - восьмой

слои, в которых возрастает как время сохранения информации, так и время ее

фиксации (особенно для репродуктивного уровня памяти), обслуживают

собственно ПД.  По-видимому, ресурсы организма могут обеспечить

репродуктивное функционирование лишь первых пяти - пяти с половиной слоев

хранилища вербальной памяти.

Экстенсивное развитие объемно-структурной модели предполагает расширение

класса случаев, для которых она остается правдоподобной. Эта модель была

построена для хранилища памяти, фиксирующего следы несвязного вербального

материала.  Своеобразие такого материала заключается в том, что его

единицы "нагружены" семантически, однако смысловые отношения

между ними отсутствуют. В связи с этим степень семантической

"загруженности" единиц и наличие смысловых отношений между ними

будем рассматривать как пару координат для классификации видов вербального

материала. Предположим, что каждый вид материала может принимать по каждой

координате одно из двух фиксированных значений 0; 1. Такой способ

систематизации материала позволяет выделить четыре его вида: а) 0; 1 -

бессмысленные вербальные последовательности, построенные с учетом

грамматики и синтаксиса естественного языка; б) 0; 0 - бессмысленные слоги

(БС); в) 1; 0 - несвязные слова; г) 1; 1 - связные тексты (СТ).

V. 2. 3. Апробация модели. Одним из постулатов гипотезы в слоистой

организации памяти является положение о временной иерархии слоев в

хранилище, согласно которому упорядочение слоев осуществляется вдоль оси

времени с разными масштабами. В одном из таких масштабов протекает время,

необходимое в среднем для закрепления в слое единицы хранения. В

соответствии с постулатом ожидается, что это время возрастает в соответствии

с номером слоя. Экспериментальные данные, которые находятся в нашем

распоряжении, создают принципиальную возможность для проверки этого

следствия из гипотезы в отношении репродуктивности уровня памяти. Такая

проверка потребует адаптации модели к той экспериментальной реальности, для

обоснования которой она привлекается.

Введем ряд обозначений и выскажем на основе сформулированной гипотезы

следующие допущения: 1) пусть независимо от величины объема в памяти следов

y(z) они всегда располагаются так, чтобы занимать не более

n достаточных по емкости слоев и заполняют целиком n-1

предшествующих слоя и частично или полностью слой n; 2) пусть для

записи в сой n требуется время t/n/, в слой n-1 -

время t/n-1/ и т. д.; 3) в соответствии с рассматриваемым следствием

t/n/>t/n-1/> ... >t/2/>t/1/.

Используя указанные допущения и выражение (2), получим уравнение для

среднего времени заучивания единицы материала T(z) в

зависимости от объема y(z). Очевидно,

=============Формула стр. 115===========

Исследуем качественный характер T(z) в зависимости от объема

заучиваемого материала y(z). Из уравнения (4) в силу третьего

допущения, вытекает, что по мере заполнения следами слоя n будет

наблюдаться резкое увеличение функции T(z), сменяющееся или

более плавным ее повышением, или некоторым снижением с ростом

y(z).  Снижение возможно, если заполнение слоя начинается с

фиксации единиц, требующих максимального (в пределах этого слоя) расхода

времени на "запись".  Последующие единицы благодаря свойству

инвариантности средних величин будут запоминаться с меньшими временными

затратами, что и вызовет понижение функции.  Таким образом, функция

T(z) является скачкообразной, ступенчатой, макромонотонно

возрастающей. Скачки этой функции должны наблюдаться с ростом величины

y(z), начиная с точек

y(z)=n(n-1)+1, а степень их выраженности будет

зависеть от величины различий между каждой парой t/n/ и

t/n-1/>.

V. 2. 4. Границы адекватности модели. Большой теоретический интерес

представляет решение вопроса об универсальности объемно-структурной модели

и положенной в ее основе гипотезы. Описывается ли этой моделью организация

хранилища вербального материала, или же речь идет о более общей

закономерности, проявляющейся в устройстве хранилищ других видов

человеческого опыта?

Проанализируем количественные аспекты иероглифического запаса и строения

китайской письменности. Многочисленные реформы этого вида письменности

явились не только реакцией на прагматические требования совершенствования ее

графики, но и на те значительные трудности, с которыми связано усвоение

тысяч иероглифических знаков. Поэтому есть основания полагать, что одной

из тенденций в эволюции иероглифической письменности  явилось все более

эмпирическое приближение  (в количественном отношении) особенностей ее

построения к естественным законам организации человеческой памяти.

Допустим, что в перцептивной КП может удерживаться шесть графических

объектов [71]. Рассчитаем по формуле (1) возможные объемы в памяти следов,

отображающие графические объекты, и сопоставим их с количественными

характеристиками иероглифического фонда китайской письменности [122]

(табл. 5). Представленные в табл. 5 данные достаточно убедительно

свидетельствуют о том, что объемно-структурная модель правдоподобно

описывает и организацию хранилищ сложных графических форм.

V. 2. 5. Структура парциального хранилища памяти. По временным и

объемным характеристикам память делится на кратковременную, оперативную и

долговременную. Последняя, в свою очередь, делится по объемным

характеристикам и условиям воспроизведения на активную, репродуктивную,

узнающую и облегчающую. На основании гипотезы о функциональной слоистости

памяти можно представить структуру ее вербального хранилища (табл. 6).

--------Картинка 1 стр. 117------

Таблица 2. Теоретические и эмпирические оценки иероглифических фондов

человека (иероглифические знаки)

-----------------------

--------Картинка 2 стр. 117------

Таблица 6. Характеристика парциального хранилища вербальной памяти

(слова)

-----------------------

Слоистая структура является структурой порядка. Каждый слой

характеризуется своими объемными и временными параметрами. Для словарной

памяти объем буфера повторения оказался равным памяти единицам

(a=5). Объем каждого слоя и суммарные объемы k слоев для

данного случая приведены в табл. 6. Все эти числа имеют смысл верхних

пределов. Так, объем активной вербальной памяти не превосходит 4000 слов

(количество различных слов, используемых человеком в устной речи). Объем

словаря письменной речи не превышает 20 000 слов, число узнаваемых слов не

превосходит 10/5/. Объем национального словаря развитых языков охватывает

около полумиллиона слов.

Для объектов других видов (графических знаков, лиц, мелодий, предложений и

т. д.) объем буфера повторения, а следовательно, и объемы слоев будут

другими.