Введение

Когнитивная карта – это тип ментального представления, который позволяет человеку воспринимать, кодировать, хранить, воспроизводить и интерпретировать информацию об относительных местоположениях и характеристиках явлений в его повседневной или метафорической пространственной среде. Эта концепция была предложена Эдвардом Толманом в 1948 году. Он пытался объяснить поведение крыс, которые, казалось, усваивали пространственную структуру лабиринта, и впоследствии эта концепция была применена к другим животным, включая человека. Позднее некоторые исследователи, особенно в области операционных исследований, расширили значение этого термина, используя его для обозначения семантической сети, отражающей личные знания или схемы индивида.

Обзор

Когнитивные карты изучались в различных областях, таких как психология, образование, археология, планирование, география, картография, архитектура, ландшафтная архитектура, городское планирование, менеджмент и история. Благодаря широкому использованию и изучению когнитивных карт, этот термин стал общеупотребимым для обозначения практически любого ментального представления или модели. Они содержат информацию о пространственных взаимосвязях между объектами в окружающей среде и помогают нам ориентироваться и перемещаться в конкретной обстановке и в пространстве. Это внутренние представления, не являющиеся статичными образами, а скорее схемы – динамичные и гибкие, обладающие определенной степенью индивидуальности. Для формирования пространственной карты необходимо наличие системы отсчета. Поскольку она не зависит от точки зрения наблюдателя, она основана на аллоцентрической системе отсчета, определяющей отношения между объектами. Она кодирует конфигурационную информацию, используя систему кодирования, ориентированную на внешний мир. Нейронными коррелятами когнитивной карты предположительно являются клетки места в гиппокампе и недавно открытые клетки сетки в энторинальной коре.

История

Идея когнитивной карты была впервые разработана Эдвардом С. Толманом. Толман, один из первых когнитивных психологов, представил эту идею, проводя эксперимент с крысами и лабиринтами. В эксперименте Толмана крысу поместили в лабиринт в форме креста и позволили его исследовать. После этого первоначального ознакомления крысу поместили в один из рукавов креста, а еду – в следующий рукав справа. Крыса усвоила эту схему и научилась поворачивать направо на перекрестке, чтобы добраться до еды. Однако, когда крысу помещали в разные рукава лабиринта, она все равно двигалась в правильном направлении к пище, благодаря когнитивной карте лабиринта, которую она создала на начальном этапе. Вместо того чтобы просто поворачивать направо на перекрестке, независимо от местоположения, крыса могла определить правильный путь к еде, где бы она ни находилась в лабиринте. К сожалению, дальнейшие исследования замедлились из-за доминирования бихевиористского подхода в психологии того времени. Позднее О’Киф и Надел связали исследования Толмана с гиппокампом, утверждая, что он является ключом к ментальному представлению крысой окружающей среды. Это наблюдение стимулировало дальнейшие исследования в этой области, и в результате большая часть активности гиппокампа объясняется построением когнитивных карт. Со временем когнитивные карты стали изучаться в других областях, где они оказались полезными, что привело к более широким и дифференцированным определениям и применениям. Известный исследователь Колин Иден конкретно определил применение когнитивной картировки как любое представление моделей мышления.

Различие ментальной карты

Когнитивная карта – это пространственное представление внешнего мира, хранящееся в сознании, пока не возникает его фактическое выражение (обычно в виде рисунка) – ментальная карта. Когнитивное картирование является неявным, в то время как ментальное картирование – явной частью одного и того же процесса. В большинстве случаев когнитивная карта существует независимо от ментальной карты, и статья, посвященная исключительно когнитивным картам, останется в рамках теоретических рассуждений. Ментальное картирование обычно связано с ориентирами, местоположениями и географией при визуализации. Создание ментальных карт зависит от индивидуального восприятия человека, которое может формироваться под влиянием СМИ, реального опыта или других источников. Благодаря фактическому хранению информации, ментальные карты могут быть полезны при ориентировании и прокладке маршрутов. Как отмечалось ранее, это различие сложно определить из-за почти идентичных определений, однако оно существует. В некоторых случаях под ментальной картой понимается практика, используемая городскими теоретиками, когда жители города рисуют карту своего города или места проживания по памяти. Это позволяет теоретику понять, какие части города или жилого пространства воспринимаются как более значимые или важные. Это, в свою очередь, позволяет оценить эффективность городского планирования.

Приобретение когнитивных карт

Когнитивная карта формируется из множества источников, как из зрительной системы, так и из других. Большая часть когнитивной карты создается посредством сигналов, генерируемых собственным движением. Информация от органов чувств, таких как зрение, проприоцепция, обоняние и слух, используется для определения местоположения человека в окружающей среде по мере его перемещения. Это позволяет осуществлять интеграцию пройденного пути, создавать вектор, представляющий положение и направление в окружающей среде, особенно в сравнении с предыдущей точкой отсчета. Полученный вектор может передаваться в гиппокампальные клетки места, где он интерпретируется для получения дополнительной информации об окружающей среде и о местоположении человека в контексте когнитивной карты. Для создания когнитивной карты также используются направленные сигналы и позиционные ориентиры. Среди направленных сигналов используются как явные сигналы, такие как метки на компасе, так и градиенты, такие как затенение или магнитные поля, в качестве входных данных. Направленные сигналы могут использоваться как статически, когда человек не двигается в окружающей среде, интерпретируя ее, так и динамически, когда движение вдоль градиента используется для получения информации о характере окружающей среды. Позиционные ориентиры предоставляют информацию об окружающей среде путем сравнения относительного положения конкретных объектов, в то время как направленные сигналы дают информацию о форме самой окружающей среды. Эти ориентиры обрабатываются гиппокампом совместно, формируя граф окружающей среды на основе относительных местоположений. В целом, формирование когнитивных карт – это постепенный процесс. Эти знания носят мультимодальный характер и строятся из различных фрагментов информации, поступающих из разных источников и интегрируемых поэтапно.

Неврологическая основа

Считается, что когнитивное картирование в значительной степени является функцией гиппокампа. Гиппокамп связан с остальным мозгом таким образом, что он идеально подходит для интеграции как пространственной, так и непространственной информации. Связи от постринной коры и медиальной энторинальной коры предоставляют гиппокампу пространственную информацию. Соединения от периринной коры и латеральной энторинальной коры предоставляют непространственную информацию. Интеграция этой информации в гиппокампе делает его оптимальным местом для когнитивного картирования, которое по необходимости включает в себя объединение информации о местоположении объекта и его других характеристиках. О’Киф и Надел первыми описали взаимосвязь между гиппокампом и когнитивным картированием. В частности, пирамидальные клетки (клетки места, клетки границ и клетки сетки) были идентифицированы как нейронный субстрат когнитивных карт в системе гиппокампа. Многочисленные исследования О’Кифа указывают на участие клеток места. Отдельные клетки места в гиппокампе соответствуют конкретным местам в окружающей среде, а совокупность всех клеток формирует единую карту всей среды. Сила связей между клетками отражает расстояния между ними в реальной среде. Одни и те же клетки могут использоваться для построения нескольких сред, хотя отношения между отдельными клетками могут различаться в зависимости от конкретной карты. Хотя клетки сетки не расположены в гиппокампе, клетки сетки из медиальной энторинальной коры также участвуют в процессе интеграции пути, фактически выполняя роль интегратора пути, в то время как клетки места отображают результат информации, полученной в результате интеграции пути. Результаты интеграции пути затем используются гиппокампом для генерации когнитивной карты.

Когнитивные карты у животных

Согласно О’Кифу и Надел (1978), пространственные способности необходимы не только людям. Животные также нуждаются в них для поиска пищи, укрытий и других особей – будь то партнеры для размножения или хищники. Для этого некоторые животные устанавливают связи между ориентирами, что позволяет им делать пространственные умозаключения и определять местоположение. Первые эксперименты с крысами в лабиринте, проведенные Толманом, Ричи и Калишем (1946), показали, что крысы способны формировать ментальные карты пространственных локаций и хорошо их понимать. Однако последующие эксперименты, проведенные другими исследователями (например, Эйхенбаумом, Стюартом и Моррисом в 1990 году и Сингером с соавторами в 2006 году), не дали столь однозначных результатов. Некоторые авторы пытались выяснить, каким образом крысы могут находить кратчайшие пути. Результаты показали, что в большинстве случаев крысы не используют сокращения при поиске пищи, если не были предварительно ознакомлены с этим маршрутом. В этом случае крысы используют этот путь значительно быстрее и чаще, чем те, кто не проходил предварительное ознакомление. Кроме того, им сложно делать пространственные умозаключения, например, выбирать новый, незнакомый маршрут. В 1987 году Шапуи и Варле провели эксперимент с собаками, чтобы определить, способны ли они находить кратчайшие пути. Результаты подтвердили их гипотезу: собаки могли пройти от начальной точки до точки А, где находилась пища, а затем сразу к точке В, не возвращаясь к начальной точке. Однако, по мнению Эндрю Т. Д. Беннетта (1996), это может означать лишь то, что собаки видели какие-то ориентиры вблизи точки В, например, деревья или здания, и направлялись к ним, ассоциируя их с пищей. Позднее, в 1998 году, Ченг и Спеч провели эксперимент на песчанках. При поиске спрятанной пищи (цели) песчанки использовали связь между целью и одним ориентиром за раз. Вместо того чтобы сделать вывод о том, что пища находится на одинаковом расстоянии от двух ориентиров, песчанки искали ее, ориентируясь на положение относительно двух независимых ориентиров. Это означает, что, хотя животные и используют ориентиры для определения местоположения, они делают это определенным образом. В одном из неврологических исследований с использованием беспроводных систем регистрации нейронной активности была измерена нейронная активность золотых рыбок, что позволило обнаружить свидетельства формирования ими сложных когнитивных карт окружающей среды.

Критика

В обзоре Эндрю Т. Д. Беннетт отметил два основных определения термина "когнитивная карта". Первый, по мнению Толмана, О’Кифа и Надела, подразумевает способность создавать новые, более короткие пути благодаря активному запоминанию ориентиров. Второй, согласно Галлистелю, рассматривает когнитивную карту как "любое представление пространства, которым обладает животное". Эти внутренние представления используются нашей памятью как ориентир во внешней среде. Было обнаружено, что при опросе о представлении карт, оценке расстояний и т.п., люди часто вносят искажения в изображения. Эти искажения проявляются в регуляризации изображений (то есть изображения представляются как более близкие к чистым абстрактным геометрическим формам, хотя на самом деле они имеют неправильную форму). Существует несколько способов формирования и использования когнитивных карт, при этом визуальное восприятие играет особенно важную роль в картографировании: первый – использование ориентиров, когда человек использует ментальный образ для оценки взаимосвязи, обычно расстояния, между двумя объектами. Второй – знание маршрута, которое обычно развивается после выполнения задачи и последующего пересказа информации о ней другому человеку. Третий – обзорная ориентация, когда человек оценивает расстояние, основываясь на мысленном образе, который может восприниматься как настоящая карта. Этот образ обычно формируется, когда мозг начинает вносить коррективы в изображение. Эти коррективы проявляются в пяти формах:

Предпочтение прямых углов: когда человек упрощает изображение, например, при картографировании перекрестка, придавая всему углы в 90 градусов, хотя в реальности это может быть не так. Эвристика симметрии: когда люди склонны считать формы или здания более симметричными, чем они есть на самом деле. Эвристика вращения: когда человек берет естественно (реалистично) искаженное изображение и выпрямляет его в своем ментальном образе. Эвристика выравнивания: аналогична предыдущей, когда люди мысленно выравнивают объекты, чтобы они казались более прямыми, чем есть на самом деле. Эвристика относительного положения: люди неточно оценивают расстояние между ориентирами в своем ментальном образе, исходя из того, насколько хорошо они их помнят. Другой способ создания когнитивных карт – это восприятие информации на слух, основанное на словесных описаниях. Используя картографические данные, полученные на основе визуального восприятия, другой человек может создать ментальный образ, например, маршрут к определенному месту.