Mielikuvat: Tietojenkäsittelyteoria & Sovellukset

Mielikuvitus on keskeistä pitkäkestoisen muistin (LTM) tutkimuksessa (Matlin, 2009). Tämä oppitunti käsittelee, kuinka informaatio esitetään mielikuvissa ja yksilöllisiä eroja kyvyssä käyttää mielikuvitusta.

Mielikuvituksella tarkoitetaan visuaalisen/spitaalisen tiedon mielen sisäisiä esityksiä, mukaan lukien esitettyjen objektien tai tapahtumien fyysiset ominaisuudet. Visuaaliset virikkeet, joihin kiinnitetään huomiota, säilytetään lyhyesti todenmukaisessa (oikeassa) muodossa aistirekisterissä ja siirretään sitten työmuistiin. Työmuistin esitys näyttää säilyttävän joitakin edustamansa virikkeen fyysisiä ominaisuuksia (Gagné, Yekovich & Yekovich, 1993). Kuvat ovat analogisia esityksiä, jotka ovat samankaltaisia, mutta eivät identtisiä viittauskohteidensa kanssa (Shepard, 1978).

Mielikuvitusta on arvostettu muinaisista kreikkalaisista lähtien. Platon katsoi, että ajatukset ja havainnot painuvat mieleen kuin vahakappaleeseen ja muistetaan niin kauan kuin kuvat kestävät (Paivio, 1970). Simonides, kreikkalainen runoilija, uskoi, että kuvat ovat assosiatiivisia välittäjiä. Hän kehitti paikkamenetelmän muistin apuvälineenä. Tässä menetelmässä muistettava tieto yhdistetään tuttujen paikkojen kanssa.

Mielikuvituksella on ollut vaikutusta myös löytöihin. Shepard (1978) kuvaili Einsteinin Gedanken-kokeen, joka merkitsi sähkömagneettisen teorian relativistisen uudelleenmuotoilun alkua. Einstein kuvitteli matkustavansa valonsäteen mukana (186 000 mailia sekunnissa), eikä näkemänsä vastannut valoa eikä mitään, mitä Maxwellin yhtälöt kuvasivat klassisessa sähkömagneettisessa teoriassa. Einstein kertoi, että hän tyypillisesti ajatteli kuvien avulla ja toisti ajatuksensa sanoin ja matemaattisin yhtälöin vasta visualisoituaan tilanteen. Saksalainen kemisti Kekulé näki unessaan bentseenin rakenteen, ja Watson ja Crick käyttivät ilmeisesti mentaalista rotaatiota murtaakseen geneettisen koodin.

Toisin kuin kuvat, propositiot ovat diskreettejä merkityksen esityksiä, jotka eivät muistuta viittauskohteitaan rakenteeltaan. Ilmaisu “New York City” ei muistuta todellista kaupunkia enempää kuin mitkä tahansa kolme satunnaisesti sanakirjasta valittua sanaa. New York Cityn kuva, joka sisältää pilvenpiirtäjiä, kauppoja, ihmisiä ja liikennettä, on rakenteeltaan samankaltaisempi viittauskohteeseensa nähden. Sama kontrasti näkyy tapahtumissa. Vertaile lausetta “Musta koira juoksi nurmikon poikki” tämän kohtauksen kuvaan.

Mielikuvitus on kiistanalainen aihe (Matlin, 2009). Keskeinen kysymys on, kuinka tarkasti mielikuvat muistuttavat todellisia kuvia: Sisältävätkö ne samat yksityiskohdat kuin kuvat vai ovatko ne vain sumeita kuvia, jotka kuvaavat vain kohokohtia? Virikkeen visuaalinen malli havaitaan, kun sen piirteet on yhdistetty pitkäkestoiseen muistiin. Tämä tarkoittaa, että kuvat voivat olla vain yhtä selkeitä kuin pitkäkestoisen muistin esitykset (Pylyshyn, 1973). Siltä osin kuin mielikuvat ovat ihmisten havaintojen tuotteita, kuvat ovat todennäköisesti epätäydellisiä virikkeiden esityksiä.

Tuki ajatukselle, että ihmiset käyttävät mielikuvitusta esittäessään spitaalista tietoa, tulee tutkimuksista, joissa osallistujille näytettiin pareja kaksiulotteisia kuvia, joista jokainen kuvasi kolmiulotteista objektia (Cooper & Shepard, 1973; Shepard & Cooper, 1983). Tehtävänä oli selvittää, kuvasivatko kaksi kuvaa kussakin parissa samaa objektia. Ratkaisustrategia sisälsi yhden objektin mentaalisen pyörittämisen kussakin parissa, kunnes se vastasi toista objektia tai kunnes yksilö päätti, että mikään määrä pyöritystä ei tuottaisi identtistä objektia. Reaktioajat olivat suora funktio tarvittavien mentaalisten pyöritysten määrästä. Vaikka nämä ja muut tiedot viittaavat siihen, että ihmiset käyttävät kuvia esittäessään tietoa, ne eivät suoraan käsittele sitä, kuinka tarkasti kuvat vastaavat todellisia objekteja.

Siltä osin kuin opiskelijat käyttävät mielikuvitusta esittäessään spitaalista ja visuaalista tietoa, mielikuvitus on olennaista koulutussisällölle, joka koskee konkreettisia objekteja. Opettaja voisi näyttää kuvia erilaisista kalliomuodostelmista (vuorista, ylängöistä, harjanteista) ja pyytää opiskelijoita kuvittelemaan ne. Geometriassa mielikuvitusta voitaisiin käyttää mentaalisten pyöritysten yhteydessä. Kuvalliset kuvitukset parantavat opiskelijoiden oppimista teksteistä (Carney & Levin, 2002; katso Sovellus 'Mielikuvituksen käyttäminen luokkahuoneessa' saadaksesi lisää esimerkkejä).

Todisteet osoittavat, että ihmiset käyttävät mielikuvitusta myös abstraktien ulottuvuuksien ajatteluun. Kerst ja Howard (1977) pyysivät opiskelijoita vertaamaan autopareja, maita ja eläimiä konkreettiseen kokoon ja asianmukaiseen abstraktiin ulottuvuuteen (esim. kustannukset, sotilaallinen voima, raivokkuus). Abstraktit ja konkreettiset ulottuvuudet tuottivat samankaltaisia tuloksia: Kun kohteet muuttuivat samankaltaisemmiksi, reaktioajat kasvoivat. Esimerkiksi kokoa verrattaessa ilveksen ja elefantin vertailu on helpompaa kuin sarvikuonon ja virtahevon vertailu. Ei ole selvää, miten osallistujat kuvittelivat abstrakteja ulottuvuuksia tai käyttivätkö he edes mielikuvitusta. Ehkä he esittivät abstrakteja ulottuvuuksia propositioiden avulla, kuten vertaamalla Yhdysvaltoja ja Jamaikaa sotilaalliseen voimaan käyttämällä propositiota “Yhdysvalloilla (on) enemmän sotilaallista voimaa (kuin) Jamaikalla”. Tietokartat, jotka ovat linkitettyjen ideoiden kuvallisia esityksiä, auttavat opiskelijoiden oppimista (O’Donnell, Dansereau & Hall, 2002).

Monet tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että mielikuvia käytetään työmuistissa (WM), mutta ovat eri mieltä siitä, säilytetäänkö niitä pitkäkestoisessa muistissa (LTM) (Kosslyn & Pomerantz, 1977; Pylyshyn, 1973). Kaksoiskooditeoria käsittelee tätä kysymystä suoraan (Clark & Paivio, 1991; Paivio, 1971, 1978, 1986). Pitkäkestoisella muistilla (LTM) on kaksi tapaa esittää tietoa: Verbaalinen järjestelmä, joka sisältää kielellä ilmaistua tietoa, ja kuvallinen järjestelmä, joka tallentaa visuaalista ja spatiaalista tietoa. Nämä järjestelmät ovat yhteydessä toisiinsa – verbaalinen koodi voidaan muuntaa kuvalliseksi koodiksi ja päinvastoin – mutta niiden välillä on merkittäviä eroja. Verbaalinen järjestelmä soveltuu abstraktille tiedolle, kun taas kuvallista järjestelmää käytetään konkreettisten esineiden tai tapahtumien esittämiseen.

Shepardin kokeet tukevat mielikuvien hyödyllisyyttä ja tarjoavat epäsuoraa tukea kaksoiskooditeorialle. Muuta tukea saadaan tutkimuksista, jotka osoittavat, että kun muistetaan luetteloita konkreettisista ja abstrakteista sanoista, ihmiset muistavat konkreettiset sanat paremmin kuin abstraktit (Terry, 2009). Kaksoiskooditeorian selitys tälle havainnolle on, että konkreettiset sanat voidaan koodata verbaalisesti ja visuaalisesti, kun taas abstraktit sanat koodataan yleensä vain verbaalisesti. Muistamisen aikana ihmiset hyödyntävät molempia muistijärjestelmiä konkreettisten sanojen kohdalla, mutta vain verbaalista järjestelmää abstraktien sanojen kohdalla. Muu tutkimus kuvallisista muistivihjeistä tukee kaksoiskooditeoriaa.

Sitä vastoin yhtenäisteoria olettaa, että kaikki tieto on esitetty pitkäkestoisessa muistissa (LTM) verbaalisina koodeina (propositioina). Työmuistin (WM) mielikuvat rekonstruoidaan verbaalisista pitkäkestoisen muistin (LTM) koodeista. Epäsuoraa tukea tälle käsitykselle saadaan Mandlerilta ja Johnsonilta (1976) sekä Mandlerilta ja Ritcheyltä (1977). Kuten verbaalisen materiaalin kohdalla, ihmiset käyttävät skeemoja hankkiessaan visuaalista tietoa. He muistavat kohtaukset paremmin, kun elementit ovat tyypillisessä kuviossa; muisti on heikompi, kun elementit ovat epäjärjestyksessä. Merkityksellinen organisointi ja tiedon jäsentäminen skeemoiksi parantavat muistia kohtauksista, aivan kuten ne parantavat muistia verbaalisesta materiaalista. Tämä havainto viittaa yhteisen prosessin toimintaan riippumatta esitetyn tiedon muodosta.

Tästä keskustelusta huolimatta konkreettisten materiaalien ja kuvien käyttäminen parantaa muistia (Terry, 2009). Sellaiset opetusvälineet kuin manipulaatiovälineet, audiovisuaaliset apuvälineet ja tietokonegrafiikka helpottavat oppimista. Vaikka konkreettiset välineet ovat epäilemättä tärkeämpiä pienille lapsille, koska heiltä puuttuu kognitiivinen kyky ajatella abstraktein termein, kaikenikäiset opiskelijat hyötyvät useissa muodoissa esitetystä tiedosta.

Se, missä määrin ihmiset todella käyttävät mielikuvitusta muistaakseen tietoa, vaihtelee kognitiivisen kehityksen funktiona. Kosslyn (1980) esitti, että lapset käyttävät todennäköisemmin mielikuvitusta muistaakseen ja palauttaakseen tietoa kuin aikuiset, jotka luottavat enemmän propositionaaliseen esitykseen. Kosslyn antoi lapsille ja aikuisille lauseita, kuten “Kissalla on kynnet” ja “Rotalla on turkki”. Tehtävänä oli määrittää lauseiden paikkansapitävyys. Kosslyn päätteli, että aikuiset voisivat vastata nopeammin, koska he voisivat käyttää propositionaalista tietoa pitkäkestoisesta muistista (LTM), kun taas lasten pitäisi palauttaa eläimen kuva ja skannata se. Kontrolloidakseen aikuisten parempaa tiedonkäsittelyä yleensä, joitakin aikuisia pyydettiin skannaamaan eläimen kuva, kun taas toiset saivat vapaasti käyttää mitä tahansa strategiaa.

Aikuiset vastasivat hitaammin, kun heille annettiin mielikuvitusohjeet, kuin silloin, kun he saivat vapaasti valita strategian, mutta lapsilla ei havaittu eroa. Nämä tulokset viittaavat siihen, että lapset käyttävät mielikuvitusta, vaikka he olisivat vapaita tekemään toisin, mutta ne eivät käsittele sitä, etteivätkö lapset voisi käyttää propositionaalista tietoa (kognitiivisten rajoitusten vuoksi) tai voivatko he, mutta päättävät olla käyttämättä sitä, koska he pitävät mielikuvitusta tehokkaampana.

Mielikuvituksen käyttö riippuu myös komponenttiprosessien suorittamisen tehokkuudesta. Ilmeisesti mukana on kaksi tyyppiä. Yksi prosessiryhmä auttaa aktivoimaan tallennettuja muistoja kuvien osista. Toinen ryhmä palvelee osien järjestämistä oikeaan kokoonpanoon. Nämä prosessit voivat sijaita aivojen eri osissa. Yksilölliset erot mielikuvituksessa voivat johtua siitä, että ihmiset eroavat siinä, kuinka tehokkaasti tämä kaksoiskäsittely tapahtuu (Kosslyn, 1988).

Mielikuvituksen käyttö ihmisillä missä tahansa iässä riippuu siitä, mitä on tarkoitus kuvitella. Konkreettiset esineet on helpompi kuvitella kuin abstraktiot. Toinen tekijä, joka vaikuttaa mielikuvituksen käyttöön, on oma kyky käyttää sitä. Eideettinen mielikuvitus tai valokuvamuisti (Leask, Haber & Haber, 1969) ei itse asiassa ole valokuvan kaltainen; jälkimmäinen nähdään kokonaisuutena, kun taas eideettinen mielikuvitus esiintyy paloissa. Ihmiset kertovat, että kuva ilmestyy ja katoaa segmenteissä eikä kerralla.

Eideettistä mielikuvitusta esiintyy useammin lapsilla kuin aikuisilla (Gray & Gummerman, 1975), mutta jopa lapsilla se on harvinaista (noin 5 %). Eideettinen mielikuvitus voi kadota kehityksen myötä, ehkä siksi, että propositionaalinen esitys korvaa mielikuvitusajattelun. On myös mahdollista, että aikuiset säilyttävät kyvyn muodostaa selkeitä kuvia, mutta eivät rutiininomaisesti tee niin, koska heidän propositionaaliset järjestelmänsä voivat esittää enemmän tietoa. Aivan kuten muistia voidaan parantaa, kykyä muodostaa kuvia voidaan kehittää, mutta useimmat aikuiset eivät nimenomaisesti pyri terävöittämään mielikuvitustaan.