Mentální manipulace s představami

Mentální manipulace s představami

Podle hypotézy funkční ekvivalence, jejímž zastáncem je řada kognitivních psychologů (např. Farah, 1988b; Finke, 1989; Jolicoeur a Kosslyn, 1985a, 1985b; Rumelhart a Norman, 1988; Shepard a Metzler, 1971), vizuální představivost sice se zrakovou percepcí identická není, je s ní však funkčně ekvivalentní. To znamená - jak Paivio tvrdil před desítkami let -, že sice nevytváříme představy, které by byly přesně identické s vjemy, nicméně tvoříme představy, které jsou s nimi funkčně ekvivalentní. Tyto funkčně ekvivalentní představy jsou analogiemi fyzikálním vjemům, jež reprezentují. Některé principy, na jejichž základě může zraková představivost být ekvivalentem zrakového vnímání, popsal Finke (1989). Jeho principy lze užít jako rámec pro uspořádání a hodnocení výzkumu představivosti. V tabulce 7.2 jsou uvedeny příklady některých výzkumných otázek založených na Finkeho principech.

Tab. 7.2: Principy zrakové představivosti: otázky

#Mentální rotace

#Základní jevy

Základním pokusem zkoumajícím hypotézu funkční ekvivalence je experiment Rogera Sheparda a Jacqueline Metzlerové (1971) týkající se mentálních rotací. Pokusné osoby byly požádány, aby pozorovaly páry dvourozměrných obrázků, na nichž byly znázorněny trojrozměrné geometrické tvary (obr. 7.6). Jak plyne z obrázku, rotovaly tyto tvary od 0 do 180 stupňů, a to buď v rovině zobrazení (tj. v dvourozměrném prostoru, obr. 7.6a), nebo i v hloubce (tj. v trojrozměrném prostoru, obr. 7.6b). Testované osoby byly kromě toho vystaveny distraktorům, jež nebyly rotacemi originálních podnětů (obr. 7.6c). Pak byly požádány, aby rozhodly, zda dané vyobrazení je, nebo není pootočený původní podnět.

@Obr. 7.6 (Obr. 7.6): Demonstrace mentálních rotací

Ve které dvojici obrázků přesně odpovídá rotace předmětu vpravo levému předmětu?@@

Obrázek 7.7 ukazuje, že doba, za kterou probandi odpovídali, je lineární funkcí míry rotace obrázku. To znamená, že růstu míry rotace obrázku odpovídá prodlužování doby, za niž pokusné osoby odpovědí. Kromě toho nebyly rozdíly mezi rotacemi v rovině obrázku a rotacemi ve třetím rozměru statisticky významné. Tato zjištění jsou funkčně ekvivalentní k tomu, co bychom mohli očekávat v případě, že by vyšetřované osoby otáčely fyzikálním objektem v prostoru. Otáčení předmětem o větší úhel stojí víc času - bez zásadnějšího ohledu na to, jestli se předmětem otáčí ve směru pohybu hodinových ručiček, proti němu, případně ve třech rozměrech. Vztah mezi stupněm úhlové rotace a dobou, za kterou se objeví odpověď, byl zjištěn ve velkém počtu dalších pokusů s rozmanitými podněty (např. Jordan a Huntsman, 1990; Van Selst a Jolicoeur, 1994).

@Obr. 7.7 (Obr. 7.7): Mentální rotace – výsledky

Doba mezi podnětem a odpovědí při mentálních rotacích obrázků je přímo úměrná velikosti úhlu rotace. Tento vztah se uchovává bez ohledu nato, zda je rotace plošná, nebo probíhá i ve třetím rozměru.@@

Chcete-li si sami vyzkoušet mentální rotace, podívejte se na následující rámeček (podle Hintona, 1979).

Představte si, že v prostoru před vámi pluje krychle. Ve své představě uchopte její levý přední dolní roh (vrchol) levou rukou, pravý zadní horní roh rukou pravou. Představte si, že rohy držíte a přitom krychlí otočíte tak, aby se roh ve vaší levé ruce ocitl přímo pod rohem ve vaší pravé ruce (jako byste vytvořili vertikální osu, kolem níž se krychle otočí). Kolik rohů této imaginární krychle zůstane mezi (tj. právě je svýma rukama nedržíte)? Popište jejich polohu.

I jiní badatelé v průběhu dalšího zkoumání mentální rotace doložili původní objev Sheparda a Metzlerové - např. při rotaci dvourozměrných obrázků, jako jsou písmena abecedy (Jordan a Huntsman, 1990), a kostek (Just a Carpenter, 1985). Doba, za niž se objeví odpověď, je delší v případě degradovaných podnětů (tj. podnětů s neostrými hranicemi, neúplných nebo jinak méně informativních; E. Duncan a Bourg, 1983) než v případě nedotčených podnětů. Doba, za kterou se objeví odpověď, je rovněž delší v případě neznámých podnětů než v případě podnětů známých (Jolicoeur, Snow a Murray, 1987).

Čím lépe znají pokusné osoby danou úlohu, tím snáze se může projevit efekt praxe - zlepšení výkonu spjaté s jeho opakováním. Výkon pokusných osob se zlepšuje úměrně praxi, kterou s mentální rotací obrázků mají (úkol znají lépe). Zlepšení se však neprojevuje v řešení úloh vyžadujících rotaci nových obrázků (Jolicoeur, 1985). Jen málo lidí má kupř. rozsáhlejší zkušenosti s rotací skutečných geometrických krychlí. V průběhu pokusu s mentální krychlí si tudíž většina lidí představuje, že v rukou drží dva rohy krychle a čtyři rohy zbývají, přičemž se tyto čtyři rohy seřadí v horizontální rovině, paralelně s podložkou. Ve skutečnosti zbývá šest rohů, pouze dva z nich jsou v každém okamžiku seřazeny v dané horizontální rovině (souběžně s podložkou). (Vyzkoušejte si to sami s využitím reálné krychle, kterou podržíte v rukou.)

Práce Sheparda a dalších zabývající se mentální rotací představuje přímou vazbu kognitivní psychologie s výzkumem inteligence. Problémy studované Shepardem a jeho kolegy se značně podobají problémům, které jsou součástí konvenčních psychometrických testů schopnosti řešit prostorové úkoly. Test primárních mentálních schopností vypracovaný Louisem a Thelmou Thurstonovými (1962) např. vyžaduje mentální rotaci dvourozměrně nakreslených předmětů v rovině obrázku. Podobné problémy se objevují i v dalších testech. Ze Shepardovy práce plyne základní přínos výzkumu kognice pro pochopení inteligence - jmenovitě nalezení mentálních reprezentací a kognitivních procesů, které jsou podkladem adaptace na prostředí, a tím i lidské inteligence.

#Neuropsychologické doklady

Existují pro mentální rotace fyziologické doklady? Vědci často nejsou schopni přímo zkoumat mozkovou aktivitu spjatou s mnohými kognitivními procesy na živém lidském mozku. Někdy se z těchto procesů dá něco pochopit zkoumáním mozku primátů, zvířat, jejichž mozkové procesy, jak se zdá, jsou nám nejbližší. Apostolos Georgopoulos a jeho kolegové (Georgopoulos, Lurito, Petrides, Schwartz a kol., 1989) užili záznamy činnosti většího počtu jednotlivých neuronů motorické kůry opic. Zjistili, že mentální rotace jistý fyziologický podklad mají. Opice byly trénovány k tomu, aby pohnuly rukojetí ve směru, jenž byl kolmý a proti směru pohybu hodinových ručiček ve vztahu k cílovému světélku, které bylo užito jako referenční bod.[1] Jakmile se světélko rozsvítilo, opice užily tento bod coby referenční ke kolmé a zároveň proti směru pohybu hodinových ručiček směřující fyzické rotaci rukojeti. V průběhu těchto fyzických rotací byla snímána aktivita korových neuronů. Později - to rukojeť, s níž by zvíře pohybovalo, chyběla - se cílové světélko rozsvěcovalo v různých místech a znovu se zaznamenávala aktivita korových neuronů. V průběhu těchto prezentací cílového světélka se identické neurony motorické kůry chovaly, jako by opice předvídaly rotační pohyby rukojetí ve směru k jednotlivým místům, kde se rozsvítilo cílové světélko.

Předběžná zjištění založená na výzkumu primátů naznačují, že jednotlivé oblasti mozkové kůry jsou nositeli dvourozměrných map, které se podobají dvourozměrnému prostorovému uspořádání zrakových receptorů oční sítnice (viz Kosslyn, 1994). Činnost těchto map lze popsat jako relativně zobrazující (Kosslyn, Thompson, Kim a Alpert, 1995). Jestliže by u lidí byly v průběhu mentálních představ aktivní tytéž korové oblasti, pak by bylo možné uvažovat o tom, že by mentální představy mohly mít podobný charakter. Současný rozvoj funkčních zobrazovacích metod mozku poskytuje badatelům při řešení těchto otázek možnost zobrazit činnost lidského mozku neinvazivně (viz kap. 2, Kognitivní neurověda). Kupříkladu Cohen, Kosslyn a jejich kolegové (Cohen, Kosslyn, Breiter, Di Girolamo a kol., 1996; viz též Kosslyn a Sussman, 1995) ve studii, která užila fMR, zjistili, že se při mentálních rotacích namáhají tytéž korové oblasti jako v průběhu percepce.

Nejen že tedy představivost a percepce byly shledány funkčně ekvivalentními v psychologických studiích, ale i neuropsychologické práce dokazují jejich ekvivalenci zjištěním podobné aktivity mozku. Avšak - jsou součástí mentální představivosti tytéž mechanismy, jako jsou paměťové procesy? Pokud by tomu tak bylo, funkčně ekvivalentní hypotéza představivosti a percepce by ztratila část půdy pod nohama. Pokud by byla představivost „funkčně ekvivalentní“ s čímkoli, pak by ve skutečnosti nebyla ekvivalentní s ničím. Georgopoulův a Pellizzerův přehled z roku 1995 cituje řadu psychologických prací, které našly rozdíly mezi lidskou představivostí a paměťovými úlohami. Za účelem ověření rozdílu mezi představivostí a pamětí Georgopoulos a Pellizzer zkoumali aktivitu jednotlivých neuronů u primátů řešících analogové úlohy. Souhrnně řečeno - jak tradiční, tak neuropsychologické studie poskytují konvergující doklady, jež podporují hypotézu funkční ekvivalence mezi percepcí a mentální představivostí. Další neuropsychologické studie probereme v této kapitole později.

#Vzájemné porovnávání představ

Podobně jako byl Roger Shepard klíčovým badatelem, jenž začal se zkoumáním mentální rotace, začal Stephen Kosslyn zkoumat vzájemné porovnávání velikosti představ (image scaling), jakož i prohlížení (orig. skenování) představ coby prostředek sloužící porozumění tomu, jak vytváříme mentální reprezentace představ a jak s nimi manipulujeme. Klíčová myšlenka, která je podkladem výzkumu vzájemného porovnávání představ a jejich rozměrů, říká, že mentální obrazy reprezentujeme a užíváme způsobem, jenž je funkčně ekvivalentní reprezentaci a užívání vjemů. Zrakové vnímání např. omezuje rozlišovací schopnost (tj. schopnost rozlišit jednotlivé prvky, např. části objektu nebo fyzikálně sousedící objekty) nebo jasnost, s níž vnímáme podrobnosti právě pozorovaného jevu. Obecně platí, že je snadnější pozorovat detaily na velkých objektech než je rozlišovat na objektech malých. Na otázky cílené na velké předměty, které právě pozorujeme, odpovídáme za stejných okolností rychleji než na otázky zaměřené na objekty malé. Jestliže je tedy reprezentace představ funkčně ekvivalentní vnímání, měly by pokusné osoby odpovídat rychleji na otázky týkající se znaků velkých objektů, které si představují, než na otázky týkající se znaků malých objektů, které si představují.

Na druhé straně - přiblížíme-li se k objektu proto, abychom vnímali jeho podrobnosti, dříve nebo později se dostaneme do bodu, v němž již nevidíme celý objekt. Pokud jej chceme vidět opět celý, musíme se od něj vzdálit. Vyzkoušejte si percepční přibližování a vzdalování (zooming) sami.

Vyhledejte velkou knihovnu (pokud možno dosahující do stropu, není-li to možné, pozorujte obsah velké ledničky s otevřenými dveřmi). Postavte se ke knihovně co nejblíže tak, abyste ji měli v zorném poli ještě celou. Nyní přečtěte nejmenší písmena na hřbetu nejmenší knížky. Aniž byste změnili směr pohledu, vidíte celou knihovnu? Přečtete titul knížky, která je od té, na niž jste právě soustředili vnímání, nejvzdálenější?

Při výzkumu vnímání vědci dokážou poměrně snadno ovlivňovat velikost vjemů. Při zkoumání velikosti představ je však kontrola velikosti představ jednotlivých lidí obtížnější. Jak mohu vědět, zda je představa slona v mé hlavě stejně velká jako představa slona v hlavě vaší? Kosslyn (1975) vymyslel několik způsobů, jak tento problém obejít.

Jednou ze strategií bylo užití relativní velikosti coby nástroje manipulace s velikostí představy (Kosslyn, 1975). Kosslyn např. pokusné osoby požádal, aby si představily čtyři odlišné páry zvířat: slona a králíka, králíka a mouchu, králíka a mouchu velikou jako slon, králíka a slona velkého jako moucha. Pak se jich zeptal na jednotlivé znaky králíka a zaznamenal dobu, za kterou odpověděly. Jak předpokládal, popis podrobností malých předmětů (např. králíků v párech se slony nebo králíků v párech s mouchami, jež byly velké jako slon) vyžadoval delší dobu než popis podrobností velkých předmětů (např. králíků v páru s mouchami nebo se slony velkými jako moucha). K vysvětlení tohoto jevu Kosslyn užil metaforu (1983) - rozlišovací schopnost naší „mentální obrazovky pro zrakové představy“ je větší a zachycuje větší podrobnosti těch objektů, jež zabírají větší plochu obrazovky, než objektů, které zabírají její menší plochu.

Kosslyn (Kosslyn a Koenig, 1992) při užívání metafory s obrazovkou objevil jisté zajímavé efekty velikosti představ, což dokládá následující výzkum.

V další studii Kosslyn (1976) zkoumal odpovědi dětí z prvního a čtvrtého ročníku, jakož i dospělých univerzitních studentů, jichž se ptal, zda mají určitá zvířata určité fyzické znaky (např. „Má kočka drápky?“ - „Má kočka hlavu?“). V průběhu pokusu byly testované osoby požádány, aby si každé zvíře zrakově představily a k odpovědi užily tento mentální obrázek. V kontrolní části pokusu byly požádány, aby si zvíře nepředstavovaly - předpokládalo se, že k odpovědi na slovní otázku užijí výrokovou znalost.

V případě, že si pokusné osoby zvířata představovaly, odpovídaly rychleji na otázky týkající se větších fyzikálních atributů (např. kočičí hlavy) než na otázky týkající se menších atributů (např. kočičích drápků). Když si zvířata nepředstavovaly, byly zjištěny odlišné výsledky. Za těchto podmínek děti ze čtvrtého ročníku a univerzitní studenti odpovídali rychleji na otázky zaměřené na znaky odlišující jednotlivé druhy zvířat. Například odpovídali rychleji na otázku, zda má kočka drápky (což je její charakteristický znak), než na otázku, zda má kočka hlavu (což je znak, který necharakterizuje jen kočky). Fyzikální velikost znaků neměla vliv na výkon v případě, že si testované osoby zvířata nepředstavovaly, a to ani u žáků čtvrtého ročníku, ani u dospělých lidí.

Prvňáčci naproti tomu konstantně odpovídali rychleji na otázky týkající se větších atributů - a to jak v případě, že si zvířata představovali, tak v případě opačném. Na přímý dotaz mnoho prvňáčků řeklo, že si zvířata představovali i tehdy, když byli požádáni, aby si je nepředstavovali. V obou případech dospělí odpovídali rychleji než děti, rozdíl však byl podstatně větší, když si zvířata nepředstavovali, než tehdy, když si je představovali. Tato zjištění jsou podporou hypotézy funkční ekvivalence, neboť fyzikální velikost ovlivňuje schopnost percepčního rozlišování. Jsou rovněž dokladem pro dvojí kódování, a to dvojím způsobem: a) odpovědi dětí i dospělých lidí založené na užití představ (kód pro představy) se odlišují od jejich odpovědí založených na výrocích (symbolickém kódu); b) vývoj výrokových znalostí a schopností není stejně rychlý jako vývoj znalostí a schopností založených na představách. Rozdíly v rychlosti vývoje těchto dvou druhů reprezentace se rovněž zdají dokladem pro Paiviovu představu dvou různých druhů kódování.

@Obr. 7.8 (Obr. 7.8): Demonstrace velikosti představ

Stephen Kosslyn (1983) požádal pokusné osoby, aby si představovaly buď králíka, nebo mouchu (a pozorovali zaostření při snaze „vidět“ podrobnosti), nebo králíka a slona (a zjistily, že toto přeostřování může způsobit zakrytí mentální projekční plochy).@@

Podívejte se na králíka a mouchu na obr. 7.8. Zavřete oči a oba tvory si představte. Nyní se ve své představě dívejte jen na mouchu a přesně určete tvar její hlavy. Všimli jste si, že vám chvíli trvalo, než jste si ji „opticky příblížili“ (zoom) tak, abyste „uviděli“ podrobnosti její hlavy?

Podobáte-li se většině lidí, jste schopni ke své optické představě přiblížit ohnisko své niterné „optiky“ (jako byste zaostřovali dalekohled, mikroskop nebo pracovali s transfokátorem), čímž věnujete znakům nebo předmětům větší plochu své mentální projekční plochy - podobně, jako kdybyste se k objektu, který si chcete podrobněji prohlédnout, blížili skutečně.

Poté se podívejte na králíka a na slona, oba si představte. Zavřete oči a dívejte se na svou představu slona. Představte si, že k němu kráčíte jak se blížíte, prohlížíte si ho. Existuje bod, v němž už králíka nebo celého slona nevidíte?

Jste-li jako většina lidí, zjistíte, že obraz slona zakryje celou vaši mentální projekční plochu. Abyste „viděli“ slona celého, musíte své imaginární vidění znovu „přeostřit“.

#Prohlížení představ

@Obr. 7.9 (Obr. 7.9): Prohlížení představ

Stephen Kosslyn a jeho kolegové užívali mapu imaginárního ostrova, na které byly vyznačeny různé význačné body. Zajímalo je, zda prohlížení představy této mapy je ekvivalentní prohlížení mapy při zrakovém vnímání.@@

Další doklady pro užívání reprezentace ve formě představ zjistil Kosslyn v průběhu studia jejich prohlížení (skenování). Základní myšlenka, na níž je prohlížení založeno, má za to, že se představy, např. prostorové reprezentace, dají prohlížet neboli skenovat, stejně jako si můžeme prohlížet vjemy. Očekává se, že naše strategie a odpovědi na prohlížení představ jsou funkčně ekvivalentní těm, které užíváme při skenování vjemů. Prostředkem pro testování funkční ekvivalence skenování představ je pozorování některých aspektů výkonu v průběhu skenování vjemů a porovnání tohoto výkonu s výkonem při skenování představ.

Například v průběhu vnímání trvá prohlížení delšího úseku déle než prohlížení kratší vzdálenosti. V jednom z Kosslynových experimentů (Kosslyn, Ball a Reiser, 1978) byla pokusným osobám předložena mapa imaginárního ostrova (obr. 7.9). Mapa zobrazuje rozličné objekty na ostrově, např. chatu, strom a jezero. Pokusné osoby studovaly mapu tak dlouho, dokud ji nebyly schopny reprodukovat zpaměti natolik přesně, že umísťovaly každý ze šesti objektů, které na mapě jsou, do vzdálenosti maximálně šesti milimetrů od jejich správné polohy. Po této fázi učení zpaměti nastala kritická fáze experimentu.

Testované osoby byly instruovány, aby si ve chvíli, kdy uslyší jméno objektu, jenž je na mapě, mapu představily, poté si ji mentálně prohlížely až k místu jmenovaného objektu a stiskly tlačítko, jakmile dospějí do míst, kde je jmenovaný objekt umístěn. Experimentátor jim potom přečetl jméno prvního objektu. O pět sekund později přečetl jméno druhého objektu. Úkolem vyšetřovaných osob poté bylo mentálně skenovat mapu až do správného místa, a jakmile objekt našly, stisknout tlačítko. Pokus se mnohokrát opakoval. Pokusné osoby se v průběhu následujících pokusů mentálně pohybovaly mezi různými dvojicemi objektů. Experimentátor zaznamenával dobu, kterou potřebovaly, než tlačítko stiskly. Tato doba odpovídala době, kterou pokusné osoby potřebovaly při mentálním přesunu od jednoho objektu k druhému. Klíčovým objevem byl téměř dokonale lineární vztah mezi vzdálenostmi oddělujícími následné dvojice objektů v mentální mapě a délkou doby, která uběhla, než pokusné osoby tlačítko stiskly. Jinak řečeno - testované osoby si zřejmě zakódovaly mapu v podobě zrakové představy, kterou pak prohlížely podle potřeby.

Doklady pro kódování představ byly nalezeny i v několika dalších doménách. Například Steven Pinker (1980) došel k totožným výsledkům při prohlížení trojrozměrných objektů. Jeho pokusné osoby nejprve pozorovaly, pak si mentálně reprezentovaly trojrozměrně uspořádané objekty (hračky v otevřené krabici) a nakonec si je mentálně prohlížely jeden po druhém.