Статистика в психологии. Применение статистических методов в когнитологии

      память рассматривается как сложно устроенное хранилище знаний  и сенсорной информации. Важнейший вопрос, который пытаются решить исследователи памяти – это исследование механизма представления знаний в памяти и функций, выполняемых памятью в различных когнитивных процессах.

      репрезентации, где осуществляется синтез восприятия, концептуального знания и образного кода. Репрезентация строится в процессе формирования поведения «здесь» и «сейчас». Они строятся автоматически, бессознательно.  В процессе построения используются фреймы содержащихся в памяти или систем знаний. Конструирование репрезентации, основанной на фрейме, состоит из поиска подходящей репрезентации и модернизации ее согласно воспринятой информации. Способность генерировать репрезентации является врожденной и может усовершенствоваться в процессе жизни.

Когнитивные исследования изучают реальные психические механизмы рассуждений. В когнитивных исследованиях различают два типа выводов: нормативный и эвристический.

Под нормативным выводом понимают вывод, при котором испытуемый может обосновать выбор модели релевантной исходной информации и обосновать каждый шаг рассуждения.

Эвристический вывод – это рассуждения, которые могут не иметь строгого обоснования, но следуя им индивидуум часто добивается успеха в своей деятельности.

Исследования  по когнитологии изучают процессы восприятия. Восприятие исследуется инструментальными методами, как природный феномен, а интроспекции отводится роль эвристического приема.

В последнее время важным приемом когнитивного исследования  становится компьютерное моделирование. Например, Голдстоун  рассматривал возможность моделирования нейронными сетями способности человека к классификации. Был сделан вывод о том, что нейронные сети не в полной мере моделируют процессы классификации человека.

Общей тенденции современных исследований соответствует инженерный подход, цель которого увязать ряд известных моделей отдельных аспектов восприятия в единую систему:

-формирование кода (образа) воспринимаемого объекта

-сопоставление информации, полученной от органов чувств, с кодами

-формирование репрезентации, в которой представлены как знания концептуального характера, так и информация воспринятая «здесь» и «сейчас».

Все эти функции обладают высокой степенью автоматичности, не зависят от волевого посыла и не поддаются интроспективным наблюдениям.

Сейчас доказано, что восприятие человека  обладает творческой силой, действия которой подчиняются определенным объективным законам.

Система восприятия делится на подсистемы: зрительную, обонятельную, слуховую, кожно – кинестетическую и вкусовую. Они представляют собой адаптивные системы, способные к обучению и предвосхищению ситуаций. Цель этих систем – обеспечить высокую точность и скорость восприятия.

Общая модель восприятия такова:

1.      рецепторы осуществляют первичное кодирование внешней информации и анализ ее по физическим качествам (интенсивность, длительность).

2.      далее, информация по нервным волокнам поступает в отделы мозга, расположенные в задней части большого полушария. Эти отделы ответственны за глубокую многоступенчатую переработку информации. Там же формируется план перцептивных действий и формируются образы.

Процесс управляется врожденными и приобретенными навыками, а так же при помощи внимания, которое в свою очередь зависит от решаемых индивидуумом задач и его волевых усилий. Изучая врожденные и приобретенные навыки, можно реконструировать алгоритм их работы.

В когнитивной психологии сформулировано большое количество гипотез относительно автоматически сформированных в процессе восприятия  когнитивных структур.

Внимательного рассмотрения требует гипотеза о том, что образные схемы связаны с визуальными кодами.  В кодах информация представлена в сжатом и обобщенном виде. Механизмы формирования кода выработаны в процессе эволюции и зависят от биологического вида  воспринимающего и его генетически обусловленных способностей.

Для понимания визуального кода психологи различают код части объекта и общий код объекта.

Код части объекта возникает, если это часть стимула:

важна для решения задачи

обладает некоторой независимостью от других частей стимула

встречается достаточно часто при тренинге на подобных стимулах. Код части не может существовать изолированно, не будучи частью чего – либо.

Общий код объекта – это композиция двух частей. Общие коды представляют собой систему кодов. Они имеют структуру и могут включать в себя новые коды.

Предполагается, что в памяти сохраняются визуальные коды (образы) «реальных» объектов и коды (когнитивные карты) сложно устроенных сцен физического мира.

Визуальный код объекта содержит информацию о его геометрических характеристиках, его качестве, детализированную информацию возможных действий над ним.

Предложено две модели возникновения кодов: это модель экземпляров и модель реализаций. В модели реализаций каждая экспозиция стимула вызывает соответствующую внутреннюю трассировку. Адекватность модели реализации подтверждается экспериментальными результатами.

Статистически достоверной является следующая закономерность: чем больше было предложено тренировочных стимулов, тем точнее и быстрее будет опознание, т. е. тем качественней  будет построенный код.

Существуют принципы функционирования восприятия при решении следующих задач:

- выделение объекта из фона

- формирование кода объекта

- установление тождества и различий объектов

- классификация объектов по категориям

- формирование когнитивной схемы для пространственных сцен

- формирование репрезентации

Восприятие можно представить как процесс, который работает по двум противоположным стратегиям: декомпозиции и интеграции. Обе стратегии используются в процессе визуального кода объектов или сцен (системы объектов, расположенных в пространстве). Выбор стратегии определяется как волевым посылом индивидуума, так и природой стимульного материала. Знания – как вербального характера, так и моторные навыки – влияют на процесс восприятия.

Точность и быстрота восприятия всех типов стимулов совершенствуется в результате тренировок. Это объясняется тем, что при многократном повторении стимула формируется и запоминается его обобщенный код, что делает процесс распознавания более эффективным.

В процессе восприятия часто используется операция установления подобия. Объекты сравниваются путем сравнения частей объектов. Этот метод называется структурным сравниванием.

В проблеме фона и объекта, деление на значимое и незначимое объект представляется как сосредоточение внимания «здесь» и «сейчас», а фон – это контекст ситуации. Деление на фон и объект относительно и динамично, т. е. фон «здесь» и «сейчас» может стать объектом где – нибудь и когда – нибудь. [15, c. 208-219]

Исследования психологов доказывают существование врожденных принципов разложения чувственного восприятия на объекты, приобретаемых в течение жизни критериев а  так же присутствие элементов обучения.

Важный момент, на который указывает современная психология – это тесная связь восприятия с навыками субъекта (представить целое, как совокупность частей).

Тип восприятия, направленный на разложение стимула на систему подстимулов, обладающих определенной самостоятельностью, называется декомпозиция. Декомпозиция происходит автоматически, независимо от нашего сознания. Способности к дифференциации повышаются с возрастом т. е. с накоплением опыта.

Интеграция объединяет части в целое. При помощи интеграции достигается единство многообразия.

Основные закономерности процесса интеграции:

- способность к объединению вырабатывается с опытом

- части объединяются в целое, если они часто появляются вместе. Возникает обобщенный код.

- стимулы, представляющие собой расположенные в пространстве предметы, могут восприниматься как единый образ, т. е. как сцена. Код такой сцены называется топологическим.

Для точного распознания объекта необходимо перцептивные действия. Была разработана модель перцептивного цикла.  Алгоритм его работы заключается в следующем:

- инициализируется определенное множество предвосхищений (гипотез) относительно воспринимаемого объекта.

- эти предвосхищения определяют план дальнейшего обследования

- в результате обследования происходит уточнение: часть гипотез отбрасывается, другая – уточняется.

Репрезентация – это когнитивная структура, обеспечивающая  решение задач в состоянии «брошенности», когда индивидууму необходимо действовать, а интеллектуальные механизмы (логический анализ) слишком медленные и не отвечают временным ограничениям, которые накладывает ситуация.

Репрезентация физиологически обусловлена, в процессе ее формирования преобладают такие автоматические механизмы, как сравнение, автоматическая концептуализация, формирование топологического и метрического кода физического пространства. Репрезентация зависит от воспринятой информации, формируется «здесь» и «сейчас» для решения задач, стоящих перед индивидуумом в данный момент. В репрезентации происходит синтез знания и сенсорной информации. [19, c.384-388]

1.3. Применение статистических методов в когнитологии

Специфика статистической обработки результатов психолого - педагогических исследований заключается в том, что анализируемая база данных характеризуется большим количеством показателей различных типов, их высокой вариативностью под влиянием неконтролируемых случайных факторов, сложностью корреляционных связей между переменными выборки , необходимостью учета объективных и субъективных факторов, влияющих на результаты диагностики, особенно при решении вопроса о репрезентативности выборки и оценке гипотез, касающихся генеральной совокупности. Данные исследований по их типу можно разбить на 3 группы. Первая - это номинальные переменные (пол, анкетные данные и т. д.). Арифметические операции над такими величинами лишены смысла, так что результаты описательной статистики (среднее, дисперсия) к таким величинам неприменимы. Классический способ их анализа - разбиение на классы сопряженности относительно тех или иных номинальных признаков и проверка значимых различий по классам. Вторая группа данных имеет количественную шкалу измерения, но эта шкала является порядковой (ординальной). При анализе ординальных переменных используется как разбиение на подвыборки, так и ранговые технологии. С некоторыми ограничениями применимы и параметрические методы. Третья группа - количественные переменные, отражающие степень выраженности замеряемого показателя, - это тесты Амтхауэра, Кеттелла, успеваемость и другие оценочные тесты. При работе с переменными этой группы применимы все стандартные виды анализа, и при достаточном объеме выборки их распределение обычно близко к нормальному. Таким образом, разнообразие типов переменных требует применения широкого спектра используемых математических методов. [4, c. 63-64]

Одной из главных целей исследования является анализ изменений, происходяших в процессе обучения, оценка значимости и направленности этих изменений и выявление основных факторов, влияющих на процесс. При этом возможны два подхода. Можно рассматривать длительность обучения как случайный параметр и вычислять его корреляцию (линейную или ранговую) с интересующими нас индивидуальными характеристиками испытуемого. Однако проводимые исследования показывают, что в процессе профессионализации изменяются зачастую не сами показатели, а структура взаимосвязей и взаимозависимостей между ними (что, например, при корреляционном анализе проявляется через изменение корреляционных матриц, а при факторном анализе - через изменение факторных нагрузок явных и латентных факторов). Поэтому более предпочтительным методом является разбиение данных на группы (подвыборки), их самостоятельный, а затем сравнительный анализ и проверка значимости различий в группах.

Процедуру анализа можно разбить на следующие этапы:

      Подготовка базы данных к анализу. Этот этап включает в себя конвертацию данных в электронный формат, их проверка на наличие выбросов, выбор метода работы с пропущенными значениями.

      Описательная статистика (вычисление средних, дисперсий, ассиметрии и эксцесса, центральных моментов, при необходимости моды, медианы, квартилей распределения и разброса, матриц ковариации и корреляции и т.д.). Результаты описательной статистики определяют характеристики параметров анализируемой выборки либо подвыборок, задаваемых тем или иным разбиением.

      Разведочный анализ. Задачей данного этапа является содержательное исследование различных групп показателей выборки, их взаимосвязей, выявление основных явных и скрытых (латентных) факторов, влияющих на данные, отслеживание изменений показателей, их взаимосвязей и значимости факторов при разбиении базы данных по курсам, факультетам, учебным заведениям и т. д. Инструментом исследования являются различные методы и технологии корреляционного, факторного и кластерного анализа. Целью анализа является формулировка гипотез, касающихся как данной выборки, так и генеральной совокупности.

      Детальный анализ полученных результатов и статистическая проверка выдвинутых гипотез. На этом этапе проверяются гипотезы относительно видов функции распределения случайных переменных, значимости различий средних и дисперсий в подвыборках, т.е. их однородности, значимости различий корреляционных матриц и факторных нагрузок в факторном представлении в подвыборках, интерпретация латентных факторов и т.д. Строятся доверительные интервалы для средних, дисперсий и коэффициентов корреляции, применяются подходящие критерии согласия. Используются методы дисперсионного, факторного и регрессионного анализа. При обобщении результатов исследования решается вопрос о репрезентативности выборки.