Следует отметить весьма содержательные обзорные работы по исследованию роли рабочей памяти в процессе решения мыслительных задач Д.Хэмбрика и Р.Энгла (Hambrick, Engle, 2003; Владимиров, Коровкин, 2013) а также А.Яроша и Дж.Уайли (Wiley, Jarosz,2012; Владимиров, Коровкин, 2013). В этих работах можно проследить пересекающиеся типологии и систематизации множества исследований процесса решения задач в парадигме рабочей памяти. Обозначаются две линии исследований, которые Д.Хэмбрик и Р.Энгл обозначают как европейскую и североамериканскую традиции. Европейские работы, посвященные изучению рабочей памяти в процессе решения задач, акцентируют внимание на подчиненных системах модели Бэддели и Хитча, в частности, на исследовании роли фонологической петли и зрительно-пространственного блокнота рабочей памяти. В противоположность этому, исследования рабочей памяти в Северной Америке были сосредоточены в первую очередь на центральном компоненте рабочей памяти - исполнительском контроле. В частности, исследовалось, какова природа индивидуальных различий в функционировании центрального исполнителя, и как она соотносится с индивидуальными различиями в успешности выполнения когнитивных заданий. Исследователи, работающие в русле традиции изучения рабочей памяти Европы или Северной Америки, также имеют тенденцию применять различные методологические подходы. Для европейской парадигмы исследования характерен экспериментальный подход, для североамериканской - работа в традициях дифференциальной психологии. Так экспериментальный подход в исследовании рабочей памяти в основном использует парадигму дистракции, в которой предлагается одновременно выполнять несколько заданий, и выполнение одного задания (например, проговаривание артикля «the») приводит к сбою выполнения основного задания (решение вербальной мыслительной задачи). Из чего делается вывод об участии определенного блока рабочей памяти в мыслительном процессе. Дифференциальный подход для анализа индивидуальных различий в объеме рабочей памяти и ее связи с процессами чтения и понимания прочитанного, применяет методику «Span test», разработанную М.Данеман и А.Карпентер (Daneman, Carpenter, 1980; Владимиров, Коровкин, 2013). Эта методика получила широкое распространение при исследовании рабочей памяти, и стала альтернативой простому изолированному запоминанию отдельных объектов (слов, цифр). При таком подходе, объем рабочей памяти, как правило, рассматривается как черта личности, проявляющаяся в способности привлекать и использовать свои системы рабочей памяти. Авторы исходят из того, что ресурс памяти распределяется на обработку информации и собственно ее хранение. Соответственно разработанная ими методика для чтения (reading span), тестировала обе этих составляющих - в ходе эксперимента испытуемый должен был читать отдельные предложения (processing, обработка поступающей информации) и одновременно удерживать в памяти последние слова каждого ранее прочитанного предложения (storage, хранение информации). Объем рабочей памяти определяется как максимальное количество предложений, последнее слово которых испытуемый способен запомнить (Daneman, Carpenter, 1980; Фёдорова, 2010).

Кроме того, А.Ярош и Дж.Уайли выделяют три содержательных направления в исследовании влияния рабочей памяти на процесс решения задач. Это исследование математической продуктивности, выполнение прогрессивных матриц Равена (предназначены для определения уровня интеллекта) и решения инсайтных задач. Подробнее методологические аспекты исследования процесса мышления рассмотрены во второй главе данной работы.

Итак, рассмотрим подробнее имеющиеся эмпирические данные, иллюстрирующие содержательную роль подчиненных систем рабочей памяти (фонологической петли, оптико-пространственного блокнота) и блока центрального исполнителя в процессе решения инсайтных и неинсайтных задач.

Во-первых, рассмотрим участие блока центрального исполнителя в процессе решения неинсайтных задач. Так было показано, что испытуемые с высоким объемом рабочей памяти вспоминают больше информации, релевантной для решения математических задач и меньше нерелевантной информации. Испытуемые с низким объемом рабочей памяти демонстрируют обратную картину и склонны к совершению ошибок. Обнаружена корреляция между математическими способностями и объемом рабочей памяти (Passolunghi, Siegel, 2004; Holmes, Adams, 2006). Кроме того, установлено, что объем рабочей памяти оказывает сильное воздействие на успешность совершения арифметических операций на ранних этапах решения математических задач, и требования к характеристикам объема имеют тенденцию снижаться по мере того, как обработка информации становится все более автоматизированной. Сущность индивидуальных различий в объеме рабочей памяти заключается в превосходстве процессов кодирования, поиска и извлечения математических фактов из структуры знаний в долговременном хранилище, способности не отвлекаться на конкурирующие стимулы и помехи, а также способности манипулировать ментальной репрезентацией задачи. Помимо исследования процесса решения математических задач, распространено исследование роли объема рабочей памяти в продуктивности выполнения прогрессивных матриц Равена. Они представляют собой тестовые задания, включающие блоки закономерно расположенных фигур. В каждом блоке отсутствует часть или последняя фигура. От решателя требуется установить эту закономерность и найти фигуру, которой нужно правильно дополнить матрицу согласно выявленной закономерности. Варианты ответов при этом предлагаются, необходимо выбрать единственно правильный. Сложность заданий постепенно увеличивается. Установлено, так же, как и на примере математических задач, что испытуемые с большим объемом рабочей памяти лучше фокусируются на релевантных деталях решения, отвлекая внимание от дистрактора. Показана важная роль объема рабочей памяти в решении тех задач, которые требуют новой комбинации правил, а также тех задач, которые решаются не столько перцептивно, сколько требуют более глубокой системной последовательной аналитической переработки информации.

Рассмотрим роль центрального исполнителя при решении инсайтных задач в сравнении с неинсайтными.

Для исследования творческого мышления, как правило, применяется тест удаленных ассоциаций С.Медника (RAT). Разработанный тест предназначен для диагностики вербальной креативности, которая определяется как процесс перекомбинирования элементов ситуации. В данном случае испытуемым предлагаются тройки слов, элементы которых принадлежат к взаимно отдаленным ассоциативным областям. Необходимо установить между ними ассоциативную связь путем нахождения четвертого слова, которое объединяло бы элементы таким образом, чтобы с каждым из них оно образовывало некоторое словосочетание (Mednick, Mednick, Jung, 1964). Помимо этого, применяются специально разработанные мыслительные задачи (например, задача К.Дункера со свечой). Одно из первых таких исследований изучения объема рабочей памяти в решении инсайтных и неинсайтных - аналитических задач проведено А.Лавриком и коллегами (Lavric, Forstmeier, Ripon, 2000). В этом исследовании, фиксировались записи вызванных потенциалов с помощью ЭЭГ. Испытуемые выполняли задание на подсчет аудиальных сигналов, которые предъявлялись самостоятельно, или же одновременно с мыслительной задачей инсайтного, либо аналитического типа. Сравнивалась продуктивность выполнения задания подсчета при одновременном решении инсайтной задачи (задача Дункера со свечой, и задача Майера «две веревки») и модифицированной версией задачи Уэйзона. Поскольку условия задачи не классические, подробней опишем инструкцию и процедуру. В этой задаче участников просят представить, что они представители иммиграционной службы и их задача состоит в том, чтобы проверить медицинские бланки каждого пассажира. Одна сторона бланка указывает, въезжает ли пассажир в страну или же его пребывание транзитно, в то время как с другой стороны бланка перечислены названия тропических болезней, на которые пассажир прошел медицинское обследование. Задача испытуемого убедиться, что пассажиры, которые въезжают в страну, прошли медицинское обследование на холеру. Затем испытуемым показывается только одна сторона бланка четырех различных пассажиров. Спрашивается, какие бланки им необходимо перевернуть, прежде чем они смогут пропустить пассажира. Эта задача требует логического, основанного на правилах рассуждения и поэтому является аналитической - неинсайтной задачей.

Результаты эксперимента показали снижение продуктивности выполнения задания на подсчет сигналов при одновременном решении аналитической задачи, в то время как решение инсайтной задачи существенного влияния не оказало. Авторы предположили, что это различное влияние нагрузки задачи на эффективность выполнения задания с аудиальными стимулами обусловлено требованиями планирования к аналитической задачи и отсутствием такого требования к инсайтной задаче. Физиологические данные показали большую амплитуду сигнала P300 над префронтальной областью при решении аналитической задачи по сравнению с инсайтной. Предположительно увеличение амплитуды Р300 связано с большей загрузкой рабочей памяти при решении логической неинсайтной задачи. Эти результаты также позволяют предположить, что решение аналитических задач в большей степени зависит от работы центрального исполнителя рабочей памяти.

Аш и Уайли также исследовали роль объема рабочей памяти в решении инсайтных задач (Ash, Wiley,2006). Чтобы дифференцировать вовлеченность рабочей памяти на начальном этапе поиска решения и последующих этапах, ведущих к тупику, было разработано два варианта набора инсайтных задач, которые различались количеством доступных ходов. Задачи первого типа (FMA - few moves available) были созданы путем ограничения количества возможных ходов, которые решатель мог бы рассмотреть на начальном этапе поиска решения, уменьшая обработку, необходимую для достижения тупика. Задачи второго типа (ММА - many moves available) включали большее количество возможных ходов решения. Важно отметить, что кроме количества неверных шагов, которые были доступны, лежащая в основе решения обеих вариантов задача были одна и та же. Обе версии задачи требовали перестройки первичной репрезентации задачи для обнаружения решения. По результатам исследования, применяя анализ индивидуальных различий, авторы отметили, что объем рабочей памяти является предиктором успешности решения задачи только во втором типе задач с множественными возможными ходами. Вероятно, это может объясняться тем, что в задаче с малым количеством ходов элемент, требующий переструктурирования, уже выделен. Контроль внимания как таковой здесь не нужен, в то время как в задачах с множеством возможных ходов контроль внимания тратится на поиск в первичном пространстве задачи именно этого критического элемента (Ash, Wiley,2006).

Дж.Флек также использовала анализ индивидуальных различий для изучения относительного вклада объема рабочей памяти в процесс решения аналитических и инсайтных задач (Fleck, 2008). В результате было установлено, что часть рабочей памяти, ответственная за контроль внимания в решении связана только с решением аналитических задач. Таким образом, результаты Флек предполагают, что процессы реструктуризации, существующие в инсайтных задачах, не требуют управления вниманием. Похожие данные получены в исследованиях К.Гилхули, обнаружившего, что способность управления и сосредоточения внимания, замеряемая в данном исследовании задачей переключения подсчетов, является предиктором продуктивности только для решения неинсайтных задач (Gilhooly, Fioratou, 2009).

Так же было показано, что после 0.08 ‰ алкоголя в крови объем рабочей памяти значительно снижался, однако производительность в тесте удаленных ассоциаций повышалась по сравнению с контрольной группой (Jarosz, Colflesh, Wiley,2010). Похожие данные получены при изучении состояний сна. Показано, что быстрая фаза сна (REM) связана с творческими процессами и абстрактным мышлением с повышением прочности слабых ассоциаций когнитивных сетей. В данном исследовании испытуемым давались решаться головоломки в виде анаграмм после фазы быстрого и медленного сна ночью, а также в состоянии бодрствования днем. Продуктивность после фазы быстрого сна имела значимое преимущество в 32% по сравнению с количеством анаграмм, решенных в состоянии после фазы медленного сна, и фактически не отличалось от продуктивности в состоянии бодрствования (Walker et al., 2002). Ярош и Уайли в своем обзоре указывают также на то, что многие исследования установили, что диффузное внимание способствует креативности (Wiley, Jarosz, 2012).

Рабочая память, а именно блок центрального исполнителя, может играть существенную роль в таких феноменах как функциональная фиксированность и установка (Einstellung). Первый проявляется в неспособности использовать привычный предмет по-новому (использовать его латентные свойства) ввиду фиксации субъекта на одной или нескольких основных функциях этого предмета. Похожим является и второй феномен, проявляющийся в том, что человек продолжает использовать одно и тоже ранее найденное решение в ситуациях, когда возможно другое - более простое и эффективное решение. Известным примером является эффект Лачинсов (Luchins,1942). В его задачах испытуемым предлагается три кувшина с водой различной емкости, и требуется, манипулируя этими сосудами, получить определенное количество жидкости. Первые пять задач являются установочными, они решаются однозначно определенным способом и формируют некий стереотип решения. Далее предлагаются задачи, которые имеют два способа решения, и второй, «неустановочный» способ является более простым и экономным. Однако подавляющее большинство испытуемых продолжает решать задачи первым - стереотипным способом (Luchins,1942).

Одной из возможных функций рабочей памяти является не только поддержание информации в активированном состоянии, но и ингибирование (подавление) неактуальной информации. Так, например, функциональная фиксированность может являться следствием неспособности подавить извлечение некоторых типичных свойств объекта, а эффект установки может являться следствием неспособности подавить активацию решений, полученных в прошлом опыте, особенно при многократном их повторении (Wiley, Jarosz, 2012). В более общем плане, ингибирующие функции рабочей памяти могут иметь решающее значение для того, что Фрэнч и Штернберг называют гибкостью мышления - "возможность изменить свой режим или направление мышления в зависимости от изменения задачи или ситуационных ограничений ... " (Wiley, Jarosz, 2012, p. 163) - и может лежать в основе различий, при которых люди испытывают трудности в решении задач. Миллер обнаружил отрицательную корреляцию между показателями общего интеллекта и успешностью решения задач Лачинса. C.Бейлок и коллеги также показали, что испытуемые с низким объемом рабочей памяти лучше справляются с творческими задачами, нежели испытуемые с высоким объемом рабочей памяти на примере решения задач Лачинсов. Результаты показали, что иногда испытуемые с более высоким объемом рабочей памяти пытаются использовать более сложные стратегии, в то время как доступны более простые и прямые ходы.

Также в исследовании Т.Роббинса и коллег (подробнее о котором будет изложено ниже) было обнаружено, что блокирование работы блока центрального исполнителя является сильным дистрактором при решении шахматных задач (Robbins et al., 1996).

Резюмируя выше изложенное, получается, что в процессе решения инсайтных задач работа блока центрального исполнителя тоже важна. Однако этот блок играет иную роль, нежели в процессе решения аналитических, алгоритмизированных, неинсайтных задач. Если для решения неинсайтной аналитической задачи главным является удержание программы и правил и следование ей, то для решения инсайтных задач необходима гибкость, способность к быстрому переключению между программами.

Это было показано в исследовании А.Мюррея и Р.Бирна, которые исследовали роль внимания и рабочей памяти в инсайтном решении (Murray, Byrne, 2005). Они предположили, что в основе индивидуальных различий в успешности решения инсайтных задач лежат различия в навыках переключаемости внимания и функционирования рабочей памяти. Экспериментально показана связь высокой продуктивности решения ряда инсайтных задач и показателей по пробам на переключаемость внимания, а также процессов рабочей памяти, однако не установлено связи с избирательностью и устойчивостью внимания. Таким образом, цель авторов - изучить некоторые навыки как необходимые компоненты инсайтного решения. Авторы исходят из того, что людям необходимо иметь в виду несколько альтернативных вариантов для решения инсайтной задачи (Мюррей и Бирн, 2005a). Однако удержание всех возможных вариантов может вызывать трудность, потому что множество возможностей может превышать объем рабочей памяти. Решатель также должен быть в состоянии переключить свое внимание между альтернативными возможностями для достижения решения. Соответственно, ключевые навыки, необходимые для решения инсайтных задач - это переключение внимания и рабочая память, которые необходимы, например, для планирования количества ходов вперед или принятия решения о том на каких элементах задачи сосредоточиться.

Таким образом, рассмотренные выше данные, позволяют сделать вывод о существенной роли рабочей памяти, в частности процессов контроля, управления и концентрации внимания в решении неинсайтных аналитических задач, а вот процессы переструктурирования, важные для нахождения инсайтного решения имеют, вероятно, связь с таким процессом как переключение внимания. Однако в целом, общая картина результатов такова, что, по всей видимости, наибольшую роль блок центрального исполнителя с его многочисленными функциями играет при решении алгоритмизированных, математических, рутинных, многоходовых, постепенных, аналитических, неинсайтных задач.

Рассмотрим теперь данные относительно роли подчиненных систем рабочей памяти при решении инсайтных и неинсайтных задач. Как уже говорилось выше, работа подчиненных систем рабочей памяти модально-специфична, следовательно, здесь нас будет интересовать преимущественно роль формата репрезентации при решении мыслительных задач.

В работе Дж.Чейна и коллег была показана связь объема зрительной рабочей памяти и успешностью решения классической инсайтной задачи «9 точек». Испытуемым предлагалось решать задачу «9 точек», после чего требовалось выполнить вербальный и пространственный Спэн-тесты (на измерение ёмкости рабочей памяти), процедура которых в целом описана выше, для оценки объема различных компонентов рабочей памяти (Chein et al., 2010). Была обнаружена связь между мерой опережающего просмотра ходов в задаче (Lookahead) и тем, что решатель будет рисовать линии вне заданного угловыми точками квадрата (функциональное решение этой задачи), что соотносится с теорией Дж.МакГрегора и коллег (MacGregor, Ormerod, Chronicle, 2001).

Во втором эксперименте Дж.Чейна и коллег давались 4 тренировочные серии и 10 минут на решение задачи, остальная процедура же была той же.

После прорешивания тренировочной серии всем испытуемым показывалось верное решение и связь между ними. Далее вводились подсказка о том, что данная задача связана с предыдущими тренировочными. После введения тренировочной серии, количество решивших задачу составило 46% (25 из 54). Следует отметить, что подсказки были представлены в зрительном формате репрезентации. Это возможно и оказало решающее влияние на их эффективность, поскольку в схожем исследовании процесса решения задачи «9 точек» Р.Вайсберга и Дж.Альбы подсказка: «Выйдите за пределы квадрата», предоставленная в неконгруэнтном, вербальном коде при решении задачи не оказала значимого влияния (Weisberg, Alba, 1981). На наш взгляд, это может оказаться существенным и косвенно показать роль модально-специфических механизмов решения, по крайней мере, этой задачи.

Существенное различие в успешности решения было найдено для испытуемых с различным объемом пространственной рабочей памяти: решатели с более высокими показателями по заданиям на пространственную рабочую память достигли решения быстрее. Эти результаты указывают на важность домен-специфичных (модальных) механизмов в решении данной задачи, которые поддерживают возможность кодировать и поддерживать информацию в зрительно-пространственной репрезентации рабочей памяти.

М.Бимэн предположил, что два стиля обработки информации дифференцированы в зависимости от работы двух полушарий головного мозга. Так сфокусированное внимание на доминирующих или типичных реакциях, которые могут быть важны для аналитических задач, скорее базируется в левом полушарии. В то время как в правом полушарии обработка более диффузна и включает активацию удаленных или новых связей, необходимых для нахождения творческих решений (Weisberg, Alba, 1981).

Т.Роббинс и коллеги исследовали роль рабочей памяти в процессе игры в шахматы. Испытуемым предлагалось воспроизводить шахматные позиции (или решать шахматные задачи, например, поставить шах и мат за несколько ходов) при выполнении вторичного задания, блокирующего работу различных компонентов рабочей памяти. Было установлено, что подавление работы фонологической петли не оказывает значимого влияния на ответ, в то время как блокировка оптико-пространственного блокнота и блока центрального исполнителя оказывалась значимым дистрактором (Robbins,1996). В целом, эти результаты сходятся с предположением о наличии модульности в когнитивных процессах, лежащих в основе игры в шахматы. Также обнаружено снижение продуктивности выполнения основного задания при загрузке блока центрального исполнителя. По всей видимости, этот блок оказывает сильное влияние, поскольку ответственен за предоставление доступа к структурам долговременной памяти. Это согласуется с выше изложенными соображениями относительно специфической роли центрального исполнителя в решении инсайтных задач, в частности в важности такой его функции как переключение внимание. И, в то же время, открытым остается вопрос относительно статуса «инсайтности» шахматных задач,: в какой степени решение шахматных партий следует относить к типу инсайтных, либо алгоритмизированных мыслительных задач.

Рассмотрим теперь роль подчиненных систем при решении неинсайтных задач. Несмотря на то, что как было показано выше, ведущая роль в решении алгоритмизированных задач отводится блоку центрального исполнителя, существуют данные и об участии модально-специфических систем рабочей памяти. Так исследовалась роль рабочей памяти при решении задачи «Лондонская башня», вариант Ханойской башни, которую также используют в целях нейропсихологической диагностики. В этой задаче даны три стержня и 5 цветных дисков. Необходимо переместить диски один за другим из начального состояния в заданное - целевое. Исследовалась роль вербального и зрительно-пространственного блоков рабочей памяти при решении данной задачи в парадигме двойной задачи. Таким образом, испытуемые решали либо только задачу с башней - контрольное условие, либо же совместно с вторичной задачей (вербальной, либо пространственной). Было показано, что условие двойной задачи вызывало ухудшение решения задачи с башней, по сравнению с контрольным условием, наблюдалась интерференция. Это говорит о важной роли блока центрального исполнителя, поскольку здесь оказываются задействованными такие процессы, как распределение, переключение внимания, а также планирование, что согласуется с общей эмпирической картиной, описанной выше. Однако, что интереснее, авторы получили данные, согласно которым именно пространственные компоненты играют более важную роль в решении этой задачи, нежели вербальные (Philips, 2004).

П.Трбович и Дж.Лефевр исследовали роль фонологической и визуальной рабочей памяти в процессе выполнения заданий на сложение в уме (Trbovich, Lefevre, 2003). Задачи предъявлялись либо вертикально, либо горизонтально. Кроме того, загружался либо блок фонологической петли, либо оптико-пространственный блокнот. Первое число могло быть однозначным или двузначным. По результатам экспериментов было установлено, что задачи, представленные в вертикальном формате (столбиком), требовали больше визуальных ресурсов, чем задачи, представленные в горизонтальном формате. Во-вторых, задачи, представленные в горизонтальном формате, требуют больше фонологических ресурсов, чем те же задачи, представленные в вертикальном формате. Испытуемые определяли горизонтально представленные задачи как более сложные (независимо от загрузки рабочей памяти), нежели вертикально представленные. Таким образом, вероятно, арифметические задачи сложения в уме, представленные в горизонтальном виде, активизируют фонологические коды, в то время как вертикально представленные задачи активизируют визуальные коды (Trbovich, Lefevre, 2003).

Выводы

Таким образом, в данной главе нами предложен новый подход к сопоставлению специфического и неспецифического подходов к инсайтному решению через сопоставление процессов инсайтного и неинсайтного решения с работой различных блоков рабочей памяти. Изучена роль рабочей памяти в мыслительных процессах. Был рассмотрен сам конструкт рабочей памяти и его структурные элементы. Установлена роль рабочей памяти в процессах мышления. Кроме того, установлена различная роль подсистем рабочей памяти при решении инсайтных и неинсайтных задач. Показано, что для решения неинсайтных алгоритмических задач важным оказывается объем рабочей памяти, а также участие центрального исполнителя. В процессе решения инсайтных задач работа блока центрального исполнителя тоже важна. Однако этот блок играет иную роль, нежели в процессе решения аналитических, алгоритмизированных, неинсайтных задач. Если для решения рутинной задачи главным является удержание программы и правил и следование ей, то для решения инсайтных задач необходима гибкость, способность к быстрому переключению между программами. Приведенные эксперименты позволяют заключить существенную роль рабочей памяти, в частности, процессов контроля, управления и концентрации внимания в решении неинсайтных аналитических задач, а вот процессы переструктурирования, важные для нахождения инсайтного решения имеют, вероятно, связь с таким процессом как переключение внимания. В целом, общая эмпирическая картина результатов такова, что, по всей видимости, наибольшую роль блок центрального исполнителя с его многочисленными функциями играет при решении алгоритмизированных, математических, рутинных, многоходовых неинсайтных задач. Относительно роли модально-специфичных блоков рабочей памяти в решении инсайтных и неинсайтных задач сделать однозначных выводов на основании приведенных экспериментов не представляется возможным, однако, все же прослеживается тенденция более важного участия подчиненных систем рабочей памяти при решении инсайтных задач. Однако этот вопрос требует специального экспериментального исследования.

Глава 2. Методические аспекты исследования роли подчиненных систем рабочей памяти в поиске инсайтного решения

2.1 Решение задач как способ моделирования процесса инсайтного мышления