Natura zdolności poznawczych według Nielsa Taatgena

Uczenie się stanowi elementarną cechę systemów poznawczych – zarówno tych naturalnych (ludzie i inne zwierzęta), jak i sztucznych (sieci neuronowe). Aby potomstwo osiągnęło niezależność od swoich rodziców (lub program komputerowy działał autonomicznie), musi nabyć lub rozwinąć szereg różnych zdolności i umiejętności (algorytmów), dzięki którym zwiększają się szanse na efektywną adaptację do środowiska i osiąganie konkretnych celów. Mimo wieloletnich praktyk i prób zrozumienia procesów uczenia się, prowadzonych nie tylko przez psychologów czy pedagogów, ale również przez inne osoby zajmujące się różnego rodzaju dydaktyką i terapeutyką oraz sztuczną inteligencją, wciąż nie została przyjęta teoria, która funkcjonowałby jednolicie w wielu dziedzinach. Kognitywistyka jako projekt interdyscyplinarny, będący pod silnym wpływem paradygmatu obliczeniowego, poszukuje rozwiązań, które znalazłyby zastosowanie w obu systemach poznawczych. Dzięki wsparciu pojęciem neuroplastyczności mózgu, zakłada się również, że rozwijanie zdolności poznawczych może przebiegać niekoniecznie w pierwotnie wyspecjalizowanych obszarach kory nowej – inne obszary mogą przejąć funkcje. Prowadzi to do stwierdzenia, że natura zdolności poznawczych stanowi fundamentalne i jednocześnie wciąż niepoznane zagadnienie dotyczące umysłu, które jest warte dalszych badań.

Jedną z osób, którą szczególnie pochłonął ten temat, jest Niels Taatgen. W projekcie badawczym dotyczącym wielozadaniowości (ang. multitasking) chciał uzyskać odpowiedzi pomocne w zrozumieniu przyczyn podejmowania wielozadaniowości przez ludzi oraz ustalić problemy, jakie wynikają z tej strategii. W ramach realizacji projektu opublikował artykuł pt. „Natura i transfer zdolności poznawczych”, który jest podstawą niniejszego eseju.

Fundamentem stanowiska Taatgena jest przedstawiona przez niego analogia komputerowa, z której wynika jego teoria elementów pierwotnych. Stanowi ona propozycję wyjaśnienia tego, czym jest i jak przebiega poznanie ludzkie, które można porównać do programu komputerowego. Jego podstawą jest kod maszynowy, który, mając na wstępie zbiór ograniczonych instrukcji, wykonuje proste operacje obliczeniowe. W ten sposób przetwarzane informacje przemieszczają się między komponentami komputera: urządzeniami peryferyjnymi, pamięcią, procesorem. Posiadany zbiór podstawowych (i odpowiednio efektywnych) instrukcji pozwala zastosować każdy algorytm, który komputer ma wykonać. Wyspecjalizowane elementy, takie jak percepcja, pamięć i funkcje wykonawcze, współpracują ze sobą dzięki wstępnego zbioru ograniczonych reguł. W odróżnieniu od komputera, przy procesie uczenia się poznanie ludzkie ma wykorzystywać te instrukcje do rozwijania podstawowych umiejętności, które mogą być jednocześnie elementem stosowanym przy wykonywaniu różnych zadań. Transfer zdolności ma nastąpić wtedy, gdy te elementy (operatory), rozwijane przy wykonywaniu danego zadania, będą mogły być zastosowane przy innej czynności.

Dotychczasowe modele nabywania umiejętności, przywoływane przez autora, ograniczały się do podziału na strategie ogólne (przypuszczalnie wrodzone) i wyuczone na potrzeby konkretnego zadania. Wpłynęło to na sposób, w jaki rozumiało się transfer poznawczy. Thorndike był krytykiem podejścia, że uczenie się języka i matematyki jest dla mózgu jak trening mięśni, dzięki czemu można efektywniej wykonywać inne zadania niezwiązane bezpośrednio z poprzednimi. Twierdził, że transfer może wystąpić jedynie wtedy, gdy elementy w dwóch różnych zadaniach są identyczne. Podał przykład nauki języka francuskiego zaraz po poznaniu łaciny – oba języki zawierają wiele podobnych do siebie słów. Singley i Anderson skrytykowali i rozwinęli myśl Thorndike, argumentując, że istnieje oczywista trudność we wskazaniu, z jakich elementów składa się dana wiedza i kiedy te elementy są identyczne. Zaproponowali, że transferowi mogą podlegać reguły działania. Swoje stanowisko dowodzili eksperymentem, w którym uczestnicy mieli nauczyć się korzystania z jednego z trzech edytorów tekstu, a następnie skorzystać z następnego. Wykorzystany przez nich model okazał się jednak nieefektywny i nie wykazał oczekiwanych rezultatów transferu. Inne modele miały pokazywać odmienne podejście, według którego wiedza dotycząca wykonywania danego zadania zostaje analogicznie dopasowana do nowego celu. Badania Rickarda i współpracowników ujawniły skłonność ludzi do stosowania strategii wykorzystywania wiedzy z pamięci w taki sposób, w jaki została zapamiętana. Zmiana kolejności elementów wpłynęła na zaangażowanie innych śladów pamięci (przykład: dodawanie liczb i naprzemienność działań). Taatgen zauważa jednak, że tego typu transfer ma na celu rozwiązanie problemów, jednak nie wyjaśnia wpływu posiadania pewnych umiejętności na nabywanie nowych. Proponuje zatem koncepcję elementów przetwarzania informacji pierwotnych (ang. primitive information processing elements; PRIMs), opartą na pracy Stocco i współpracowników. Sugerują oni, że podstawowe elementy zdolności poznawczych w danej przestrzeni roboczej (ang. workspace) mogą być zarówno porównywane do siebie, jak i przenoszone (kopiowane).

Za przykład posłuży nam zadanie reakcyjne wyboru (ang. choice reaction task), polegające na spostrzeżeniu stymulantu przez uczestnika, który następnie, dzięki wyłonieniu z pamięci odpowiedniej zasady reakcji ustalonej przed rozpoczęciem badania, działa w określony sposób. Zachodzące procesy przedstawia poniższy wykres autora (s. 6) oparty na regule użycia odpowiedniego palca dla danej litery (w przypadku litery C był to palec serdeczny).

Między percepcją a reakcją zachodzą kluczowe procesy pamięciowe, a sama pamięć stanowi most dla odpowiedniej reakcji. Taatgen zwraca uwagę, że tłumaczenie tego jako przenoszenie informacji jest niewystarczające, gdyż dzieje się tu znacznie więcej. Moduł pamięci pobudzany jest w kontekście zadania – szuka związku między stymulantem a odpowiednim palcem, jakiego musi użyć wedle reguły. Inne fakty i skojarzenia dotyczące stymulantu przestają mieć znaczenie. Gdy związek zostaje odnaleziony, dostosowuje się reakcję motoryczną. Autor identyfikuje w pierwszym etapie cztery podstawowe elementy (PRIMs), będące najmniejszymi częściami tej zdolności: 1) sprawdzenie, czy dane zadanie jest zadaniem reakcyjnym wyboru, 2) sprawdzenie obecności bodźca zmysłowego, 3) przenoszenie informacji na temat związku stymulantu i reguły działania (mappingu) do pamięci, 4) przenoszenie bodźca zmysłowego do pamięci. W trakcie uczenia się niezbędne jest wykorzystanie pamięci deklaratywnej, dzięki której można kontrolować kolejność poszczególnych elementów. Taatgen pisze o operatorach deklaratywnych, które pełnią taką funkcję. Stosowanie ich powoduje, że na początku osoba wykonuje zadania powoli, upewniając się w instrukcjach. Wraz z dłuższą praktyką niepotrzebne operatory zostają pomijane przy jednoczesnym wykształcaniu się pamięci proceduralnej.

Teoria Taatgena przypomina o tym, że procesy poznawcze są szczególnie skomplikowane. Poprzez zredukowanie ich do małych jednostek daje jednak nadzieję na zrozumienie działania umysłu. Dzięki temu stanowi użyteczne narzędzie w kognitywistyce.

Bibliografia:
Taatgen, N. A. (2013). The Nature and Transfer of Cognitive Skills. Psychological Review 120:3, 439-471. doi: 10.1037/a0033138