Когнитивная карта

Когнитивные карты исследуются в различных областях знаний, включая психологию, педагогику, археологию, проектирование, географию, картографию, архитектуру, ландшафтную архитектуру, урбанистику, менеджмент и историю^[4]. В связи с широтой применения понятия, оно стало синонимом почти любого ментального представления или модели^[4]. В результате такие модели называют когнитивными картами, ментальными картами, сценариями, схемами и системами отсчёта.

Когнитивные карты являются функцией работающего мозга, используемой животными и человеком для перемещений в новой обстановке. Они помогают нам узнавать места, вычислять направления и расстояния, принимать решения о путях, оптимизировать маршруты и выступают в качестве основы для создания новых технологий.

Когнитивные карты способствуют формированию и накоплению пространственных знаний, позволяя «мысленному взору» визуализировать образы для снижения когнитивной нагрузки, улучшения запоминания и усвоения информации. Подобное пространственное мышление может использоваться и в метафорических задачах, когда лица, решающие не-пространственные задачи, задействуют пространственные знания для обработки информации^[5]. В когнитивных картах содержится информация об относительном расположении объектов среды, что помогает ориентироваться и перемещаться в пространстве.

Такие карты являются внутренним представлением, не фиксированной картинкой, а скорее динамической и гибкой схемой, зависящей от личного опыта. Пространственная карта формируется в соответствии с системой отсчёта, обычно независимой от точки зрения наблюдателя (аллоцентрическая система) — то есть через отношения «объект — объект». Карта кодирует конфигурационную информацию, используя мирово-центрированную систему координат.

Нейронные корреляты когнитивной карты связывают с системой клеток местоположения в гиппокампе^[6], и недавно открытыми сеточными клетками в энтеральной коре^[7].

Понятие когнитивной карты впервые появилось у Эдварда Толмена. В своём эксперименте с крысами и лабиринтами Толмен помещал крысу в крестообразный лабиринт, позволял ей исследовать пространство, затем размещал пищу в соседней камере, вызывая у крысы выработку определённого направления движения. Впоследствии крыса, помещённая в другой угол лабиринта, всё равно могла найти путь к пище благодаря сформированной когнитивной карте. Таким образом, крыса определяла нужное направление вне зависимости от исходного положения^[8].

Дальнейшие исследования были на время приостановлены из-за поведенческих взглядов, господствовавших в психологии середины XX века^[9]. Позднее О'Киф и Нейдел объяснили результаты Толмена активностью гиппокампа как носителя ментального представления среды, что привело к значительному расширению исследований когнитивных карт^[10].

Со временем понятие когнитивной карты стало использоваться во всё большем числе дисциплин, где оно приобрело более широкое и различающееся наполнение.

Когнитивная карта — это пространственное представление внешнего мира, хранимое в сознании, до её фактического выражения (обычно в виде рисунка), называемого ментальной картой. Когнитивное картирование — это имплицитный процесс, ментальное картирование — его явное проявление. Как правило, когнитивная карта существует независимо от ментальной; анализ только когнитивных карт ограничивается теоретическим рассмотрением.

Ментальные карты обычно связаны с ориентирами, местоположениями и географией. Их создание индивидуально и зависит от личных восприятий, получаемых из различных источников. Благодаря фактическому содержанию, ментальные карты полезны при описании маршрутов и навигации^[11]. Несмотря на схожесть определений, различие между когнитивными и ментальными картами существует^[12].

В некоторых случаях ментальная карта означает практику, при которой городским жителям предлагают воспроизвести карту своего города по памяти. Это помогает выявить, какие части города наиболее значимы для участников, а также оценить эффективность городской среды^[13].

Когнитивная карта формируется на основе множества источников — как визуальных, так и других сенсорных данных. Главную роль играет движение и самообеспеченные сенсорные сигналы: зрение, проприорецепция, обоняние, слух — все они участвуют в определении положения в среде при перемещении. Это позволяет выполнять интеграцию пути — создание вектора, отражающего собственное положение и направление относительно исходной точки. Полученный вектор поступает в гиппокамп к клеткам местоположения для дальнейшего анализа^[14].

Дирекционные сигналы (ориентиры) также используются при построении карты. В их числе как явные признаки (компас), так и градиенты (освещённость, магнитное поле и др.). Такие сигналы могут быть статическими или динамическими, когда движение по градиенту позволяет судить о свойствах окружающего мира. Ориентиры дают возможность соотнести относительное положение объектов и сформировать граф среды, который анализируется гиппокампом^[14].

Алекс Сигел и Шелдон Уайт в 1975 году предложили модель поэтапного усвоения пространственных знаний: на первом этапе используются только ориентиры, на втором — формируется информация о маршрутах между ориентирами (сначала неметрические данные, затем дополняющиеся метрическими характеристиками: расстояния, продолжительность, углы). На третьем этапе наблюдатель способен применять обзорное представление среды, используя аллоцентрическую точку отсчёта^[15].

Таким образом, формирование когнитивных карт — процесс постепенный, многоисточниковый, интегрирующий различные типы информации на каждом этапе.

Когнитивное картирование связывают, в первую очередь, с гиппокампом — областью головного мозга, объединяющей пространственную и не пространственную информацию. Переработка пространственных данных обеспечивается связями с постринальной и медиальной энторинальной корой, а не пространственных — с периринальной и латеральной энторинальной корой. Это делает гиппокамп оптимальной структурой для когнитивного картирования^[16].

О'Киф и Нейдел первыми указали на связь гиппокампа и когнитивных карт^[6] Последующие исследования подтвердили это, в частности, участие пирамидных клеток: клеток местоположения, приграничных и сеточных клеток.^[17].

Эксперименты О'Кифа показали, что отдельные клетки местоположения соотносятся с разными точками в пространстве, а связь между ними отражает реальные расстояния. Одни и те же клетки могут задействоваться при создании нескольких карт, однако их отношения могут различаться между различными когнитивными картами^[6] Аналогичный паттерн обнаружен у различных млекопитающих, включая крыс и макаков.^[17]. Кроме того, пирамидные клетки гиппокампа участвуют в представлении как положения, так и свойств объектов, что также связано с формированием когнитивных карт^[16]. Однако остаётся дискуссионным вопрос, относятся ли такие наблюдения именно к когнитивной карте, а не к более простым способам пространственной ориентации^[18].

Особую роль играют сеточные клетки медиальной энторинальной коры, которые реализуют процесс интеграции пути, а клетки местоположения показывают конечный результат^[19]. Когнитивная карта, вероятнее всего, формируется в цепях, включающих не только гиппокамп: также участвуют медиальная энторинальная кора, пресубикулюм и париетальная кора^[17].

Некоторые данные свидетельствуют, что когнитивная карта в гиппокампе представлена двумя независимыми картами. Карта ориентирования строится на движении и градиентах окружающей среды; карта эскизов — на ориентировочных сигналах (конкретные объекты, их относительное положение). Итоговая когнитивная карта получается в результате объединения этих двух образов^[14]. Ряд вопросов этой теории продолжает разрабатываться^[20].

По мнению О'Кифа и Нейдела (1978), пространственные способности необходимы не только человеку, но и животным: для поиска пищи, убежищ, партнёров или уклонения от хищников^[21]. Некоторые животные устанавливают отношения между ориентирами, позволяющие делать пространственные выводы^[22].

Первые эксперименты Толмена, Ричи и Калиша (1946) на крысах в лабиринте показали, что животные способны формировать ментальные карты. Однако результаты последующих экспериментов (Эйхенбаум с соавт., 1990; Зингер с соавт., 2006) неоднозначны. Было выявлено, что крысы не используют сокращённый путь, если не были ему предварительно обучены. Без предподготовки они редко прибегают к новому маршруту, и не могут делать пространственные выводы без дополнительных подсказок^[23].

Эксперименты на собаках (Шапюи и Варле, 1987) подтвердили, что собаки способны строить сокращённые маршруты, но возможно действуют по ориентирам^[18]. Исследования на песчанках (Ченг и Спетч, 1998) показали, что животные используют местонахождение относительно отдельных ориентиров, а не на основе расстояния от двух одновременно^[22]. Похожие результаты получены для голубей^[21].

Имеются свидетельства, что и рыбы (например, золотые рыбки) способны формировать навигационные когнитивные карты^[24].

В обзоре Эндрю Т. Д. Беннетт выделяет два принципиальных подхода к определению «когнитивной карты»: по Толмену, О'Кифу и Нейделу — как способности к построению новых сокращённых путей на основе усвоения среды; по Галлистелу — как «любое представление пространства у животного»^[18]. Неясность и размытость понятия отмечает также Тиню-Блан (1996), что затрудняет экспериментальную проверку.

Беннетт указывает на отсутствие убедительных доказательств существования когнитивных карт у животных (в строгом определении Толмена); простейшие альтернативные объяснения зачастую подходят к экспериментальным результатам лучше. К ним относятся: пользование не новым, а известным путём; использование «интеграции пути»; либо распознавание знакомых ориентиров с новой точки зрения^[18]. Аналогичную точку зрения высказывают Гривс и Дудченко, показавшие на примере крыс неспособность к пространственным выводам на основе когнитивных карт.^[23].

Эвристики участвуют в манипулировании и формировании когнитивных карт^[25]. Наше восприятие карты окружающего мира подвержено искажениям: регуляризация (округление) образов, приведение их к более правильным геометрическим формам.

Выделяют несколько способов формирования и использования когнитивных карт у человека; визуальное восприятие играет ключевую роль. Стратегии:

• Использование ориентиров: человек соотносит внутренний образ с известными предметами для оценки расстояний между объектами.
• Знание маршрута: формируется с опытом и передаётся другим лицам.
• Обзорная карта: человек оценивает расстояния, мысленно создавая примерную «карту» местности с поправкой на свой опыт и память.

Искажения проявляются в пяти типах:

1. Смещение к прямому углу: мысленное выравнивание пересечений до 90°, хотя в реальности так бывает редко.
2. Симметричная эвристика: склонность считать объекты более симметричными.
3. Ротационная эвристика: мысленное «выпрямление» и поворот иррегулярных форм.
4. Эвристика выравнивания: выравнивание объектов относительно друг друга.
5. Эвристика относительного положения: неточная оценка расстояний между ориентирами.

Когнитивные карты могут также формироваться на слух — по устным описаниям и инструкциям^[26].

• Когнитивная география отличается акцентом на восприятие пространства и среды^[27].
• Нечёткая когнитивная карта устанавливает связь между понятиями и событиями^[28].
• Восприятие движения связано с обработкой скорости и направления^[29].
• Реперторная решётка — метод выявления смыслов^[30].
• Ментальная карта — разновидность экспликации знаний с использованием графических схем^[11].