Havaitsenta (Tiedonkäsittelyteoria)

Havaitseminen (hahmontunnistus) viittaa merkityksen liittämiseen aistien kautta vastaanotettuihin ympäristön ärsykkeisiin. Jotta ärsyke voidaan havaita, sen täytyy olla tallennettuna yhteen tai useampaan aistirekisteriin ja sitä täytyy verrata pitkäkestoisen muistin (LTM) tietoon.

Gestalt-teoria oli varhainen kognitiivinen näkemys, joka haastoi monia behaviorismin oletuksia. Vaikka Gestalt-teoria ei enää olekaan elinkelpoinen, se tarjosi tärkeitä periaatteita, jotka ovat löydettävissä nykyisistä havainnon ja oppimisen käsityksistä. Tätä teoriaa selitetään seuraavaksi, minkä jälkeen seuraa havainnon tarkastelu tiedonkäsittelyn näkökulmasta.

Gestalt-liike sai alkunsa pienestä psykologiryhmästä 1900-luvun alun Saksassa. Vuonna 1912 Max Wertheimer kirjoitti artikkelin näennäisliikkeestä. Artikkelilla oli merkitystä saksalaisille psykologeille, mutta sillä ei ollut vaikutusta Yhdysvalloissa, jossa Gestalt-liike ei ollut vielä alkanut. Kurt Koffkan The Growth of the Mind (1924) ja Wolfgang Köhlerin The Mentality of Apes (1925) julkaisut englanniksi auttoivat Gestalt-liikkeen leviämistä Yhdysvaltoihin. Monet Gestalt-psykologit, kuten Wertheimer, Koffka ja Köhler, muuttivat lopulta Yhdysvaltoihin, missä he sovelsivat ideoitaan psykologisiin ilmiöihin.

Tyypillisessä näennäisliikkeen havaintodemonstraatiossa kaksi lähellä toisiaan olevaa viivaa paljastetaan peräkkäin murto-osan sekunnin ajan lyhyellä aikavälillä kunkin paljastuksen välillä. Tarkkailija ei näe kahta viivaa, vaan pikemminkin yhden viivan, joka liikkuu ensin paljastetusta viivasta kohti toisena paljastettua viivaa. Demonstraation ajoitus on kriittinen. Jos kahden viivan paljastuksen välinen aika on liian pitkä, tarkkailija näkee ensin ensimmäisen viivan ja sitten toisen, mutta ei liikettä. Jos väli on liian lyhyt, tarkkailija näkee kaksi vierekkäistä viivaa, mutta ei liikettä.

Tämä näennäisliike tunnetaan fii-ilmiönä ja se osoittaa, että subjektiivisia kokemuksia ei voida selittää viittaamalla objektiivisiin elementteihin. Tarkkailijat havaitsevat liikettä, vaikka sitä ei esiinny. Fenomenologinen kokemus (näennäisliike) eroaa aistikokemuksesta (viivojen paljastaminen). Yritys selittää tätä ja siihen liittyviä ilmiöitä johti Wertheimerin kyseenalaistamaan psykologiset selitykset havainnosta yhden aistikokemuksen summana, koska nämä selitykset eivät ottaneet huomioon havainnon ainutlaatuista kokonaisuutta.

Havainnon mielekkyys

Kuvittele nainen nimeltä Betty, joka on 152 cm pitkä. Kun katsomme Bettyä kaukaa, verkkokalvon kuva on paljon pienempi kuin silloin, kun katsomme Bettyä läheltä. Silti Betty on 152 cm pitkä ja tiedämme sen riippumatta siitä, kuinka kaukana hän on. Vaikka havainto (verkkokalvon kuva) vaihtelee, kuvan merkitys pysyy vakiona.

Saksankielinen sana Gestalt kääntyy muotoon “form,” “figure,” “shape” tai “configuration.” Gestalt-psykologian ydin on, että esineitä tai tapahtumia tarkastellaan järjestäytyneinä kokonaisuuksina (Köhler, 1947/1959). Perusorganisaatio sisältää hahmon (mihin keskitytään) suhteessa taustaan (tausta). Merkityksellistä on kokoonpano, ei yksittäiset osat (Koffka, 1922). Puu ei ole satunnainen kokoelma lehtiä, oksia, juuria ja runkoa; se on mielekäs kokoonpano näistä elementeistä. Kun katsotaan puuta, ihmiset eivät tyypillisesti keskity yksittäisiin elementteihin, vaan pikemminkin kokonaisuuteen. Ihmisen aivot muuttavat objektiivisen todellisuuden henkisiksi tapahtumiksi, jotka on järjestetty mielekkäiksi kokonaisuuksiksi. Tämä kyky nähdä asioita kokonaisuuksina on synnynnäinen ominaisuus, vaikka kokemus ja koulutus muokkaavat havaintoa (Köhler, 1947/1959; Leeper, 1935).

Gestalt-teoriaa sovellettiin alun perin havaintoon, mutta kun sen eurooppalaiset kannattajat tulivat Yhdysvaltoihin, he löysivät painotuksen oppimiseen. Gestalt-ideoiden soveltaminen oppimiseen ei ollut vaikeaa. Gestalt-näkemyksen mukaan oppiminen on kognitiivinen ilmiö, joka sisältää kokemusten uudelleenjärjestämisen eri havaintoihin asioista, ihmisistä tai tapahtumista (Koffka, 1922, 1926). Suuri osa ihmisen oppimisesta on oivaltavaa, mikä tarkoittaa, että muutos tietämättömyydestä tietoon tapahtuu nopeasti. Kun yksilöt kohtaavat ongelman, he selvittävät, mikä tiedetään ja mikä on selvitettävä. Sitten he ajattelevat mahdollisia ratkaisuja. Oivallus tapahtuu, kun ihmiset yhtäkkiä “näkevät”, miten ongelma ratkaistaan.

Gestalt-teoreetikot olivat eri mieltä Watsonin ja muiden behavioristien kanssa tietoisuuden roolista. Gestalt-teoriassa mielekäs havainto ja oivallus tapahtuvat vain tietoisen tietoisuuden kautta. Gestalt-psykologit kiistivät myös ajatuksen, että monimutkaiset ilmiöt voidaan jakaa alkeisosiin. Behavioristit korostivat assosiaatioita: kokonaisuus on yhtä suuri kuin osien summa. Gestalt-psykologit katsoivat, että kokonaisuus on mielekäs ja menettää merkityksensä, kun se on redusoitu yksittäisiksi komponenteiksi. (Avausskenaariossa “x” menettää merkityksensä, ellei sitä voida liittää laajempiin luokkiin.) Sen sijaan kokonaisuus on suurempi kuin osiensa summa. On mielenkiintoista, että Gestalt-psykologit olivat behavioristien kanssa samaa mieltä introspektion vastustamisesta, mutta eri syystä. Behavioristit pitivät sitä yrityksenä tutkia tietoisuutta; Gestalt-teoreetikot katsoivat, että on sopimatonta muuttaa havaintoja vastaamaan objektiivista todellisuutta. Ihmiset, jotka käyttivät introspektiota, yrittivät erottaa merkityksen havainnosta, kun taas Gestalt-psykologit uskoivat, että havainto oli mielekäs.

Organisaation periaatteet

Gestalt-teoria olettaa, että ihmiset käyttävät periaatteita havaintojensa järjestämiseen. Tärkeimpiä periaatteita ovat hahmo-tausta-suhde, läheisyys, samankaltaisuus, yhteinen suunta, yksinkertaisuus ja sulkeutuminen (Koffka, 1922; Köhler, 1926, 1947/1959).

Hahmo-tausta-suhteen periaate olettaa, että mikä tahansa havaintokenttä voidaan jakaa hahmoksi taustaa vasten. Sellaiset silmiinpistävät piirteet kuin koko, muoto, väri ja korkeus erottavat hahmon taustastaan. Kun hahmo ja tausta ovat epäselviä, havaitsijat voivat vuorotellen järjestää aistikokemuksen yhdellä tavalla ja sitten toisella.

Läheisyyden periaate toteaa, että havaintokentän elementit nähdään kuuluviksi yhteen niiden läheisyyden mukaan avaruudessa tai ajassa. Useimmat ihmiset näkevät kuvan 5.3b viivat kolmena kolmen viivan ryhmänä, vaikka muita tapoja havaita tämä kokoonpano on mahdollista. Tämä läheisyyden periaate on mukana myös puheen havaitsemisessa. Ihmiset kuulevat (järjestävät) puheen sarjana sanoja tai lauseita, jotka on erotettu taukoilla. Kun ihmiset kuulevat outoja puheääniä (esim. vieraita kieliä), heillä on vaikeuksia erottaa taukoja.

Samankaltaisuuden periaate tarkoittaa, että elementit, jotka ovat samankaltaisia esimerkiksi koon tai värin suhteen, havaitaan kuuluviksi yhteen. Katsellessa kuvaa c, ihmiset näkevät yleensä kolmen lyhyen viivan ryhmän, jota seuraa kolmen pitkän viivan ryhmä ja niin edelleen. Läheisyys voi painaa enemmän kuin samankaltaisuus; kun erilaiset ärsykkeet ovat lähempänä toisiaan kuin samankaltaiset (kuva d.), havaintokenttä järjestetään yleensä neljäksi kahden viivan ryhmäksi.

Yhteisen suunnan periaate tarkoittaa, että elementit, jotka näyttävät muodostavan kuvion tai virtaavan samaan suuntaan, havaitaan hahmoksi. Kuvan e. viivat havaitaan todennäköisimmin muodostavan selkeän kuvion. Yhteisen suunnan periaatetta sovelletaan myös aakkoselliseen tai numeeriseen sarjaan, jossa yksi tai useampi sääntö määrittää kohteiden järjestyksen. Siten seuraava kirjain sarjassa abdeghjk on m, kuten säännöllä määritetään: Aloittaen kirjaimesta a ja liikkumalla aakkosten läpi järjestyksessä, luetteloi kaksi kirjainta ja jätä yksi pois.

Yksinkertaisuuden periaate toteaa, että ihmiset järjestävät havaintokenttänsä yksinkertaisiksi, säännöllisiksi piirteiksi ja pyrkivät muodostamaan hyviä Gestalteja, jotka sisältävät symmetrian ja säännöllisyyden. Tämä ajatus on vangittu saksalaisella sanalla Pragnanz, joka karkeasti käännettynä tarkoittaa “mielekkyyttä” tai “tarkkuutta.” Yksilöt näkevät todennäköisimmin kuvan f. visuaaliset kuviot yhtenä geometrisena kuviona, joka on päällekkäin toisen kanssa, pikemminkin kuin useina epäsäännöllisen muotoisina geometrisina kuvioina. Sulkeutumisen periaate tarkoittaa, että ihmiset täyttävät epätäydellisiä kuvioita tai kokemuksia. Kuvassa g. esitetystä kuviosta puuttuvista viivoista huolimatta ihmiset pyrkivät täydentämään kuvion ja näkemään mielekkään kuvan.

Monet Gestalt-teoriaan sisältyvät käsitteet ovat merkityksellisiä havaintojemme kannalta; Gestalt-periaatteet ovat kuitenkin melko yleisiä eivätkä käsittele havainnon todellisia mekanismeja. Sanonta, että yksilöt havaitsevat samankaltaisia kohteita kuuluviksi yhteen, ei selitä, miten he havaitsevat kohteet samankaltaisiksi alun perin. Gestalt-periaatteet ovat valaisevia, mutta epämääräisiä eivätkä selittäviä. Tutkimus ei tue joitain Gestalt-ennusteita. Kubovy ja van den Berg (2008) havaitsivat, että läheisyyden ja samankaltaisuuden yhteisvaikutus oli yhtä suuri kuin niiden erillisten vaikutusten summa, ei suurempi kuin mitä Gestalt-teoria ennustaa. Seuraavaksi käsiteltävät tiedonkäsittelyperiaatteet ovat selkeämpiä ja tarjoavat paremman selityksen havainnolle.

Ympäristön ärsykkeet havaitaan ja vastaanotetaan aistien kautta: näkö, kuulo, tunto, haju ja maku. Tiedonkäsittelyteorioiden mukaan jokaisella aistilla on oma rekisterinsä, joka pitää tiedon lyhyesti samassa muodossa kuin se vastaanotettiin (esim. visuaalinen tieto säilytetään visuaalisessa muodossa, auditiivinen tieto auditiivisessa muodossa). Tieto pysyy sensorisessa rekisterissä vain murto-osan sekunnista. Osa sensorisesta syötteestä siirretään työmuistiin (WM) jatkokäsittelyä varten. Muu syöte pyyhitään pois ja korvataan uudella syötteellä. Sensoriset rekisterit toimivat rinnakkain, koska useita aisteja voidaan käyttää samanaikaisesti ja toisistaan riippumatta. Kaksi sensorista muistia, joita on tutkittu eniten, ovat ikoninen (näkö) ja kaikumuisti (kuulo) (Neisser, 1967).

Tyypillisessä ikoonisen muistin tutkimuskokeessa tutkija esittää oppijoille rivejä kirjaimia lyhyesti (esim. 50 millisekuntia) ja pyytää heitä muistamaan mahdollisimman monta. He muistavat yleensä vain neljä tai viisi kirjainta taulukosta. Sperlingin (1960) varhainen työ antoi oivalluksia ikoniseen varastointiin. Sperling esitti oppijoille rivejä kirjaimia ja kehotti heitä sitten muistamaan kirjaimia tietyltä riviltä. Sperling arvioi, että taulukolle altistumisen jälkeen he pystyivät muistamaan noin yhdeksän kirjainta. Sensorinen muisti pystyi pitämään enemmän tietoa kuin aiemmin uskottiin, mutta kun osallistujat muistivat kirjaimia, muiden kirjainten jäljet haalistuivat nopeasti. Sperling havaitsi myös, että mitä enemmän aikaa kului taulukon esittämisen päättymisen ja muistamisen alkamisen välillä, sitä heikompaa muistaminen oli. Tämä havainto tukee ajatusta, että unohtaminen liittyy jälkien häviämiseen eli ärsykkeen menettämiseen sensorisesta rekisteristä ajan myötä.

Tutkijat väittelevät siitä, onko ikoni todella muistivarasto vai pysyvä kuva. Sakitt väitti, että ikoni sijaitsee silmän verkkokalvon sauvasoluissa (Sakitt, 1976; Sakitt & Long, 1979). Ikonin aktiivinen rooli havainnossa heikkenee (mutta ei poistu), jos ikoni on fyysinen rakenne, vaikka kaikki tutkijat eivät olekaan samaa mieltä Sakittin kanssa.

On olemassa todisteita kaikumuistista, joka toimii samalla tavalla kuin ikoninen muisti. Darwinin, Turveyn ja Crowderin (1972) sekä Morayn, Batesin ja Barnettin (1965) tutkimukset tuottivat Sperlingin (1960) tuloksia vastaavia tuloksia. Tutkimuksen osallistujat kuulivat kolme tai neljä sarjaa äänitteitä samanaikaisesti, ja heitä pyydettiin sitten muistamaan yksi. Tulokset osoittivat, että kaikumuisti pystyy pitämään enemmän tietoa kuin mitä voidaan muistaa. Samoin kuin ikoninen tieto, kaikumuistin jäljet haalistuvat nopeasti ärsykkeiden poistamisen jälkeen. Kaikumuistin häviäminen ei ole aivan yhtä nopeaa kuin ikonisen, mutta yli 2 sekunnin jaksot ärsykkeen esittämisen lopettamisen ja muistamisen alkamisen välillä tuottavat heikomman muistamisen.

Havaitseminen tapahtuu alhaalta ylös- ja ylhäältä alas -prosessoinnin kautta (Matlin, 2009). Alhaalta ylös -prosessoinnissa ärsykkeiden fyysiset ominaisuudet vastaanotetaan aistirekistereissä, ja kyseinen informaatio välitetään työmuistiin (WM) vertailtavaksi pitkäkestoisen muistin (LTM) tiedon kanssa merkitysten määrittämiseksi. Ympäristön syötteillä on konkreettisia fyysisiä ominaisuuksia. Olettaen normaalin värinäön, jokainen, joka katsoo keltaista tennispalloa, tunnistaa sen keltaiseksi esineeksi, mutta vain tenniksen tuntevat tunnistavat sen tennispalloksi. Ihmisten hankkimat tiedot selittävät esineille annettavat erilaiset merkitykset.

Mutta havaitsemiseen vaikuttavat paitsi objektiiviset ominaisuudet myös aiemmat kokemukset ja odotukset. Ylhäältä alas -prosessointi viittaa tietojemme ja uskomustemme vaikutukseen havaitsemiseen (Matlin, 2009). Myös motivaatiotilat ovat tärkeitä. Havaitsemiseen vaikuttaa se, mitä haluamme ja toivomme havaitsevamme. Usein havaitsemme sen, mitä odotamme, emmekä havaitse sitä, mitä emme odota. Oletko koskaan luullut kuulleesi nimesi sanottavan, mutta oletkin tajunnut, että toista nimeä huudettiin? Odottaessasi ystävää julkisella paikalla tai noutaessasi tilausta ravintolassa, saatat kuulla nimesi, koska odotat kuulevasi sen. Ihmiset eivät myöskään välttämättä havaitse asioita, joiden ulkonäkö on muuttunut tai jotka tapahtuvat asiayhteydestään irrallaan. Et ehkä tunnista työtovereitasi, joita tapaat rannalla, koska et odota näkeväsi heitä rantavaatteissa. Ylhäältä alas -prosessointi tapahtuu usein monitulkintaisten ärsykkeiden kanssa tai niiden, jotka rekisteröidään vain lyhyesti (esim. ärsyke, joka havaitaan “silmänurkasta”).

Informaation prosessointiteoria havaitsemisesta on mallin sovitus, jonka mukaan ihmiset tallentavat malleja eli pienoiskopioita ärsykkeistä pitkäkestoiseen muistiin (LTM). Kohdatessaan ärsykkeen he vertaavat sitä olemassa oleviin malleihin ja tunnistavat ärsykkeen, jos vastaavuus löytyy. Tämä näkemys on houkutteleva, mutta ongelmallinen. Ihmisillä pitäisi olla miljoonia malleja päässään voidakseen tunnistaa kaikki ja kaiken ympäristössään. Niin suuri määrä ylittäisi aivojen kapasiteetin. Malliteoria ei myöskään selitä hyvin ärsykkeiden vaihteluita. Esimerkiksi tuoleja on kaiken kokoisia, muotoisia, värisiä ja mallisia; satoja malleja tarvittaisiin vain tuolin havaitsemiseen.

Mallien ongelmat voidaan ratkaista olettamalla, että niissä voi olla jonkin verran vaihtelua. Prototyyppiteoria käsittelee tätä. Prototyypit ovat abstrakteja muotoja, jotka sisältävät ärsykkeiden perusainesosat (Matlin, 2009; Rosch, 1973). Prototyypit tallennetaan pitkäkestoiseen muistiin (LTM), ja niitä verrataan kohdattuihin ärsykkeisiin, jotka tunnistetaan myöhemmin sen prototyypin perusteella, jota ne vastaavat tai muistuttavat muodoltaan, hajultaan, ääneltään ja niin edelleen. Osa tutkimuksesta tukee prototyyppien olemassaoloa (Franks & Bransford, 1971; Posner & Keele, 1968; Rosch, 1973).

Prototyyppien suuri etu malleihin verrattuna on, että jokaisella ärsykkeellä on vain yksi prototyyppi lukemattomien variaatioiden sijaan; siten ärsykkeen tunnistamisen pitäisi olla helpompaa, koska sitä ei tarvitse verrata useisiin malleihin. Yksi huolenaihe prototyyppien kohdalla on ärsykkeiden hyväksyttävän vaihtelun määrä eli kuinka tarkasti ärsykkeen on vastattava prototyyppiä, jotta se voidaan tunnistaa kyseisen prototyypin ilmentymäksi.

Prototyyppimallin muunnelma on piirteiden analyysi (Matlin, 2009). Tässä näkemyksessä opitaan ärsykkeiden kriittiset piirteet ja tallennetaan ne pitkäkestoiseen muistiin (LTM) kuvina tai sanallisina koodeina (Markman, 1999). Kun ärsyke tulee aistirekisteriin, sen piirteitä verrataan muistissa oleviin esityksiin. Jos tarpeeksi moni piirre täsmää, ärsyke tunnistetaan. Tuolille kriittiset piirteet voivat olla jalat, istuin ja selkänoja. Monet muut piirteet (esim. väri, koko) ovat epäolennaisia. Kaikki peruspiirteiden poikkeukset on opittava (esim. katsomo- ja säkkituolit, joissa ei ole jalkoja). Toisin kuin prototyyppianalyysissä, muistiin tallennettu tieto ei ole abstrakti esitys tuolista, vaan se sisältää sen kriittiset piirteet. Yksi piirteiden analyysin etu on, että jokaisella ärsykkeellä ei ole vain yhtä prototyyppiä, mikä osittain vastaa huoleen hyväksyttävän vaihtelun määrästä. Piirteiden analyysille on empiiristä tutkimustukea (Matlin, 2009).

Treisman (1992) ehdotti, että kohteen havaitseminen luo väliaikaisen esityksen kohdetiedostoon, joka kerää, yhdistää ja tarkistaa tietoja sen nykyisistä ominaisuuksista. Tiedoston sisältö voidaan tallentaa kohdemerkkinä. Uusien havaittujen kohteiden osalta yritämme sovittaa merkin kohdetyyppien muistoesitykseen (sanakirjaan), mikä voi onnistua tai olla onnistumatta. Seuraavan kerran kohteen ilmestyessä noudamme kohdemerkin, joka määrittelee sen piirteet ja rakenteen. Merkki helpottaa havaitsemista, jos kaikki piirteet täsmäävät, mutta voi haitata sitä, jos monet eivät täsmää.

Riippumatta siitä, miten pitkäkestoisen muistin (LTM) vertailut tehdään, tutkimus tukee ajatusta, että havaitseminen riippuu alhaalta ylös- ja ylhäältä alas -prosessoinnista (Anderson, 1980; Matlin, 2009; Resnick, 1985). Esimerkiksi lukemisessa alhaalta ylös -prosessointi analysoi piirteitä ja rakentaa mielekkään esityksen ärsykkeiden tunnistamiseksi. Aloittelevat lukijat käyttävät tyypillisesti alhaalta ylös -prosessointia kohdatessaan kirjaimia ja uusia sanoja ja yrittäessään lukea ne ääneen. Ihmiset käyttävät myös alhaalta ylös -prosessointia kokiessaan tuntemattomia ärsykkeitä (esim. käsialaa).

Lukeminen etenisi hitaasti, jos kaikki havaitseminen vaatisi piirteiden analysointia yksityiskohtaisesti. Ylhäältä alas -prosessoinnissa yksilöt kehittävät odotuksia havaitsemisen suhteen kontekstin perusteella. Taitavat lukijat rakentavat kontekstin mielikuvan lukemisen aikana ja odottavat tiettyjä sanoja ja lauseita tekstissä (Resnick, 1985). Tehokas ylhäältä alas -prosessointi riippuu laajasta ennakkotiedosta.