Obrazy mentalne: Teoria przetwarzania informacji i wyobraźnia

Wyobraźnia umysłowa ma zasadnicze znaczenie dla badań nad pamięcią długotrwałą (LTM) (Matlin, 2009). W niniejszej lekcji omówiono, w jaki sposób informacje są reprezentowane w obrazach oraz indywidualne różnice w zdolności do wykorzystywania wyobraźni.

Wyobraźnia mentalna odnosi się do umysłowych reprezentacji wiedzy wizualno-przestrzennej, w tym fizycznych właściwości reprezentowanych obiektów lub zdarzeń. Bodźce wizualne, na które zwraca się uwagę, są krótko przechowywane w rejestrze sensorycznym w formie wiernej (prawdziwej), a następnie przenoszone do pamięci roboczej. Reprezentacja w pamięci roboczej wydaje się zachowywać niektóre z fizycznych atrybutów bodźca, który reprezentuje (Gagné, Yekovich i Yekovich, 1993). Obrazy są reprezentacjami analogowymi, które są podobne, ale nie identyczne z ich desygnatami (Shepard, 1978).

Wyobraźnia jest ceniona od czasów starożytnych Greków. Platon uważał, że myśli i percepcje są odciśnięte w umyśle jak blok wosku i są zapamiętywane tak długo, jak trwają obrazy (Paivio, 1970). Simonides, grecki poeta, wierzył, że obrazy są asocjacyjnymi mediatorami. Opracował metodę loci jako pomoc pamięciową. W tej metodzie informacje do zapamiętania są łączone z lokalizacjami w znanym otoczeniu.

Wyobraźnia mentalna miała również wpływ na odkrycia. Shepard (1978) opisał eksperyment myślowy Einsteina, który zapoczątkował relatywistyczną redefinicję teorii elektromagnetycznej. Einstein wyobrażał sobie podróżowanie z wiązką światła (186 000 mil na sekundę), a to, co widział, nie odpowiadało ani światłu, ani niczemu opisanemu przez równania Maxwella w klasycznej teorii elektromagnetycznej. Einstein donosił, że zazwyczaj myślał w kategoriach obrazów i dopiero po wizualnym konceptualizowaniu sytuacji odtwarzał swoje myśli w słowach i równaniach matematycznych. Niemiecki chemik Kekulé podobno miał sen, w którym wizualizował strukturę benzenu, a Watson i Crick najwyraźniej użyli rotacji mentalnej do złamania kodu genetycznego.

W przeciwieństwie do obrazów, propozycje są dyskretnymi reprezentacjami znaczenia, które nie przypominają swoich desygnatów w strukturze. Wyrażenie “Nowy Jork” nie przypomina rzeczywistego miasta bardziej niż praktycznie każde trzy słowa wybrane losowo ze słownika. Obraz Nowego Jorku zawierający drapacze chmur, sklepy, ludzi i ruch uliczny jest bardziej podobny w strukturze do swojego desygnatu. Ten sam kontrast jest widoczny w przypadku zdarzeń. Porównaj zdanie “Czarny pies przebiegł przez trawnik” z obrazem tej sceny.

Wyobraźnia mentalna jest kontrowersyjnym tematem (Matlin, 2009). Centralną kwestią jest to, jak bardzo obrazy mentalne przypominają rzeczywiste zdjęcia: Czy zawierają te same szczegóły co zdjęcia, czy też są to niewyraźne zdjęcia przedstawiające tylko najważniejsze elementy? Wizualny wzór bodźca jest postrzegany, gdy jego cechy są powiązane z reprezentacją w długotrwałej pamięci. Oznacza to, że obrazy mogą być tylko tak wyraźne, jak reprezentacje w długotrwałej pamięci (Pylyshyn, 1973). W zakresie, w jakim obrazy mentalne są produktami percepcji ludzi, obrazy są prawdopodobnie niekompletnymi reprezentacjami bodźców.

Dowody potwierdzające tezę, że ludzie używają wyobraźni do reprezentowania wiedzy przestrzennej, pochodzą z badań, w których uczestnikom pokazywano pary dwuwymiarowych obrazów, z których każdy przedstawiał trójwymiarowy obiekt (Cooper i Shepard, 1973; Shepard i Cooper, 1983). Zadaniem było określenie, czy dwa obrazy w każdej parze przedstawiają ten sam obiekt. Strategia rozwiązania polegała na mentalnym obracaniu jednego obiektu w każdej parze, aż pasował do drugiego obiektu lub aż osoba uznała, że żadna ilość obrotu nie da identycznego obiektu. Czasy reakcji były bezpośrednią funkcją liczby potrzebnych obrotów mentalnych. Chociaż te i inne dane sugerują, że ludzie wykorzystują obrazy do reprezentowania wiedzy, nie odnoszą się one bezpośrednio do kwestii, jak bardzo obrazy odpowiadają rzeczywistym obiektom.

W zakresie, w jakim uczniowie używają wyobraźni do reprezentowania wiedzy przestrzennej i wizualnej, wyobraźnia jest istotna dla treści edukacyjnych dotyczących konkretnych obiektów. Podczas nauczania o różnych rodzajach formacji skalnych (górach, płaskowyżach, grzbietach), instruktor może pokazywać zdjęcia różnych formacji i prosić uczniów o wyobrażenie ich sobie. W geometrii wyobraźnię można wykorzystać podczas pracy z rotacjami mentalnymi. Ilustracje obrazkowe poprawiają uczenie się uczniów z tekstów (Carney i Levin, 2002; zobacz Zastosowanie 'Wykorzystanie wyobraźni w klasie' dla więcej przykładów).

Dowody pokazują, że ludzie używają również wyobraźni do myślenia o abstrakcyjnych wymiarach. Kerst i Howard (1977) poprosili uczniów o porównanie par samochodów, krajów i zwierząt pod względem konkretnego wymiaru wielkości i odpowiedniego wymiaru abstrakcyjnego (np. koszt, siła militarna, dzikość). Wymiary abstrakcyjne i konkretne dały podobne wyniki: Wraz ze wzrostem podobieństwa elementów, czasy reakcji wzrastały. Na przykład, porównując wielkość, łatwiej jest porównać rysia i słonia niż nosorożca i hipopotama. Nie jest jasne, jak uczestnicy wyobrażali sobie abstrakcyjne wymiary lub czy w ogóle używali wyobraźni. Być może reprezentowali abstrakcyjne wymiary w kategoriach propozycji, na przykład porównując Stany Zjednoczone i Jamajkę pod względem siły militarnej za pomocą propozycji: “(Stany) Zjednoczone (mają) większą siłę militarną (niż) Jamajka.” Mapy wiedzy, które są obrazkowymi reprezentacjami powiązanych idei, pomagają uczniom w nauce (O’Donnell, Dansereau i Hall, 2002).

Wielu badaczy zgadza się, że obrazy są wykorzystywane w pamięci roboczej (WM), ale nie zgadzają się, czy są one zachowywane w LTM (Kosslyn & Pomerantz, 1977; Pylyshyn, 1973). Teoria podwójnego kodowania bezpośrednio odnosi się do tej kwestii (Clark & Paivio, 1991; Paivio, 1971, 1978, 1986). LTM posiada dwa sposoby reprezentowania wiedzy: system werbalny, obejmujący wiedzę wyrażoną w języku, oraz system obrazowy, przechowujący informacje wizualne i przestrzenne. Systemy te są powiązane—kod werbalny może być przekształcony w kod obrazowy i odwrotnie—ale istnieją istotne różnice. System werbalny jest przystosowany do informacji abstrakcyjnych, podczas gdy system obrazowy jest używany do reprezentowania konkretnych obiektów lub zdarzeń.

Eksperymenty Sheparda potwierdzają użyteczność obrazowania i oferują pośrednie wsparcie dla teorii podwójnego kodowania. Inne dowody wspierające pochodzą z badań pokazujących, że podczas przypominania sobie list konkretnych i abstrakcyjnych słów, ludzie lepiej przypominają sobie słowa konkretne niż abstrakcyjne (Terry, 2009). Wyjaśnienie tego odkrycia w teorii podwójnego kodowania jest takie, że słowa konkretne mogą być kodowane werbalnie i wizualnie, podczas gdy słowa abstrakcyjne zazwyczaj są kodowane tylko werbalnie. Podczas przypominania, ludzie korzystają z obu systemów pamięci dla słów konkretnych, ale tylko z systemu werbalnego dla słów abstrakcyjnych. Inne badania nad obrazowymi mediatorami mnemonicznymi wspierają teorię podwójnego kodowania.

W przeciwieństwie do tego, teoria unitarna zakłada, że wszystkie informacje są reprezentowane w LTM w kodach werbalnych (propozycjach). Obrazy w WM są rekonstruowane z werbalnych kodów LTM. Pośrednie wsparcie dla tego poglądu pochodzi od Mandlera i Johnsona (1976) oraz Mandlera i Ritcheya (1977). Podobnie jak w przypadku materiału werbalnego, ludzie stosują schematy podczas przyswajania informacji wizualnych. Lepiej zapamiętują sceny, gdy elementy są w typowym układzie; pamięć jest gorsza, gdy elementy są niezorganizowane. Sensowna organizacja i opracowanie informacji w schematy poprawiają pamięć scen, tak jak w przypadku materiału werbalnego. To odkrycie sugeruje działanie wspólnego procesu, niezależnie od formy prezentowanych informacji.

Niezależnie od tej debaty, używanie konkretnych materiałów i obrazów poprawia pamięć (Terry, 2009). Takie narzędzia instruktażowe, jak pomoce manipulacyjne, audiowizualne i grafika komputerowa, ułatwiają uczenie się. Chociaż konkretne urządzenia są niewątpliwie ważniejsze dla małych dzieci, ponieważ brakuje im zdolności poznawczych do myślenia w kategoriach abstrakcyjnych, uczniowie w każdym wieku korzystają z informacji prezentowanych w wielu trybach.

Zakres, w jakim ludzie faktycznie używają wyobraźni do zapamiętywania informacji, różni się w zależności od rozwoju poznawczego. Kosslyn (1980) zaproponował, że dzieci częściej używają wyobraźni do zapamiętywania i przypominania sobie informacji niż dorośli, którzy polegają bardziej na reprezentacji propozycyjnej. Kosslyn przedstawił dzieciom i dorosłym stwierdzenia takie jak: „Kot ma pazury” i „Szczur ma futro”. Zadaniem było określenie dokładności tych stwierdzeń. Kosslyn argumentował, że dorośli mogą odpowiadać szybciej, ponieważ mogą uzyskać dostęp do informacji propozycyjnych z Długotrwałej Pamięci (LTM), podczas gdy dzieci musiałyby przywołać obraz zwierzęcia i go zeskanować. Aby kontrolować lepsze przetwarzanie informacji przez dorosłych w ogóle, poproszono niektórych dorosłych o przeskanowanie obrazu zwierzęcia, podczas gdy inni mogli swobodnie stosować dowolną strategię.

Dorośli reagowali wolniej, gdy otrzymywali instrukcje dotyczące wyobraźni, niż gdy mogli swobodnie wybrać strategię, ale nie stwierdzono różnicy u dzieci. Wyniki te sugerują, że dzieci używają wyobraźni, nawet gdy mogą robić inaczej, ale nie odnoszą się do tego, czy dzieci nie mogą używać informacji propozycyjnych (z powodu ograniczeń poznawczych), czy też mogą, ale nie chcą, ponieważ uważają wyobraźnię za bardziej efektywną.

Użycie wyobraźni zależy również od skuteczności wykonywania procesów składowych. Najwyraźniej zaangażowane są dwa typy. Jeden zestaw procesów pomaga aktywować zapisane wspomnienia części obrazów. Inny zestaw służy do układania części we właściwej konfiguracji. Procesy te mogą być zlokalizowane w różnych częściach mózgu. Różnice indywidualne w wyobraźni mogą wynikać z tego, że ludzie różnią się skutecznością zachodzenia tego podwójnego przetwarzania (Kosslyn, 1988).

Użycie wyobraźni przez osoby w każdym wieku zależy od tego, co ma być wyobrażone. Konkretne obiekty są łatwiejsze do wyobrażenia niż abstrakcje. Innym czynnikiem wpływającym na użycie wyobraźni jest umiejętność jej zastosowania. Pamięć ejdetyczna, czyli pamięć fotograficzna (Leask, Haber i Haber, 1969), w rzeczywistości nie przypomina fotografii; ta ostatnia jest postrzegana jako całość, podczas gdy pamięć ejdetyczna występuje fragmentarycznie. Ludzie zgłaszają, że obraz pojawia się i znika w segmentach, a nie od razu.

Pamięć ejdetyczna występuje częściej u dzieci niż u dorosłych (Gray i Gummerman, 1975), jednak nawet wśród dzieci jest ona rzadka (około 5%). Pamięć ejdetyczna może zanikać wraz z rozwojem, być może dlatego, że reprezentacja propozycyjna zastępuje myślenie obrazowe. Możliwe jest również, że dorośli zachowują zdolność do tworzenia wyraźnych obrazów, ale nie robią tego rutynowo, ponieważ ich systemy propozycyjne mogą reprezentować więcej informacji. Tak jak pamięć można poprawić, tak samo zdolność do tworzenia obrazów można rozwijać, ale większość dorosłych nie pracuje wyraźnie nad wyostrzeniem swojej wyobraźni.