Долговременное запоминание

Если запоминаемая информация превышает объем кратковременной памяти, то эта информация может быть воспроизведена полностью и безошибочно только после неоднократного ее повторения и воспроизведения.

Объем долговременной памяти в отличие от объема кратковременной памяти в большей мере зависит от количества информации в запоминаемом материале и более близок к инварианту, если его измерять не числом символов, а в двоичных единицах. В случае долговременной памяти, когда запоминание происходит в результате неоднократного предъявления и повторения материала, объем памяти зависит прежде всего от количества запоминаемой информации [61, 62].

Объем долговременной памяти, т. е. та информация, которая вновь усвоена в среднем при одном повторении запоминаемого материала при каждом считывании той же информации, составляет от 5 до 20 дв. ед.: от 10 символов по 0,5 дв. ед. на символ до 1 символа, если он отобран из очень длинного алфавита и содержит 20 дв. ед. информации. Это значит, что повторное восприятие, каждое новое повторение, считывание того же самого материала в среднем может добавить к той информации, которая уже хранится в памяти, не более 20 дв. ед. в среднем и лишь в случае, когда информация закодирована самыми емкими символами. Объем памяти наиболее высок при первом повторении и с каждым последующим повторением уменьшается. Поэтому объем памяти при неполном запоминании выше, чем при полном и безошибочном запоминании всей предъявленной информации.

Отмеченное различие в инвариантах объема памяти при кратковременном и долговременном запоминании нужно учитывать при работе оператора в различных режимах обслуживания: немедленного или отставленного, когда основная нагрузка падает или на кратковременную, или на долговременную память, когда может иметь место одноразовое запоминание или многократное накопление запоминаемой информации.

Следует отметить, что разные меры объема памяти по-разному зависят от количества информации и что для человека за понятием количества информации скрываются, по крайней мере, три параметра: неопределенность, вероятность и разнообразие, которые являются для человека агентами действительности, по-разному влияющими на запоминание.

Относительный объем памяти (объем памяти в процентах воспроизведенного к предъявленному) показал обратную зависимость от общей неопределенности всего запоминаемого материала, т. е. от суммарного количества всей информации, которую нужно запомнить. Чем больше общее количество информации, тем меньшую часть этой информации человек в состоянии воспроизвести.

Объем памяти в символах показал обратную зависимость от энтропии запоминаемых символов. Чем больше различаются вероятности появления разных символов одного и того же алфавита, тем меньше средняя информация на один символ, и тем больше число символов, которое человек в состоянии воспроизвести при одном повторении.

Объем памяти в двоичных единицах показал прямую зависимость от разнообразия запоминаемых символов, от номинальной информации на символ, которая соответствует логарифму длины алфавита (от него отбирались символы) и не изменяется с изменением вероятностей появления этих символов. Объем памяти в двоичных единицах тем больше, чем длиннее алфавит символов. Это общая зависимость для объема кратковременной и долговременной памяти. Различие заключается в том, что в. кратковременной памяти эта зависимость проявляется больше.

Зависимость объема памяти от количества информации проявляется в большей мере в том случае, если количество информации в запоминаемом материале уменьшается самим субъектом (оператором) в процессе активной мыслительной и мнемической деятельности. Влияние на объем памяти оказывает не столько само уменьшение количества информации, сколько деятельность субъекта, направленная на уменьшение количества информации. Так, детальная информационная модель сообщает оператору подробные сведения об управляемых объектах и их параметрах. На основе анализа многих данных оператор принимает решения относительно этих управляемых объектов. Эти выводы, сами по себе не несущие много информации, являются, однако, результатом переработки большого количества информации. Логическая обработка материала, обобщение данных приводят к уменьшению количества информации. При этом общая оценка ситуации, запоминается гораздо лучше, чем все те данные, на основании которых она была получена. В случае применения интегральной, информационной модели оператору сообщается меньше информации, так как эта модель представляет ему сразу обобщенную качественную оценку ситуации. Интегральная модель уменьшает поток информации, поступающей к оператору, уменьшает нагрузку на память оператора. Ему легче запомнить информацию, полученную от интегральной модели, чем всю ту точную количественную информацию, которую ему может представить детальная информационная модель. Однако общую качественную оценку, которую оператор может вывести сам на основе переработки данных детальной модели, он запомнит лучше, чем ту же оценку, полученную в готовом виде при помощи интегральной модели.

Исследования также показали, что объем памяти зависит, главным образом, от релевантной информации, т. е. от информации, которая имеет отношение к цели деятельности человека [61].

Иррелевантная информация, которой запоминать не нужно, становится помехой для запоминания релевантной информации. Это значит, что, выдавая информацию на средства индикации, ее нужно кодировать так, чтобы было как можно меньше иррелевантной информации, чтобы все получаемые оператором сигналы и их аспекты по возможности несли полезную информацию.

Избыточность в отличие от иррелевантной информации помогает лучшему запоминанию, так как запоминанию полезной информации мешает излишняя, но не избыточная информация. Излишняя информация является дополнительной нагрузкой на память оператора, в то время как избыточная информация, не создавая дополнительной нагрузки на память, наоборот, облегчает долговременное запоминание. Однако это не относится к памяти кратковременной, объем которой определяется, главным образом, числом символов и где даже символы полностью избыточные, не несущие никакой информации, также представляют нагрузку на память.

Оперативная память

Под оперативной памятью понимают процессы запоминания, сохранения и воспроизведения информации, которая поступает и перерабатывается по ходу выполнения действия и которая необходима только для достижения цели данного конкретного действия.

При оценке качества работы оперативной памяти измеряют ее объем, точность, скорость запоминания и длительность сохранения, анализируют характер ее оперативных единиц. Объем оперативной памяти есть показатель количества запоминаемого и сохраняемого в памяти материала. Точность является показателем идентичности воспроизводимого и предъявлявшегося материала. Скорость запоминания характеризует то время или число повторений, которое требуется для запоминания всей необходимой для решения задачи информации, а длительность сохранения характеризует то максимальное время, в течение которого предъявленный материал сохраняется без появления искажений, препятствующих решению оперативной задачи. Оперативные единицы памяти — это образы более или менее сложных сочетаний элементов материала, которые конструируются при выполнении действия в результате активных преобразований информации в соответствии со стоящими перед оператором задачами.

Объем оперативной памяти измеряется оперативными единицами. В качестве мер объема используются минимально возможные в данной деятельности единицы и реально используемые. Первые выделяются аналитически — методом последовательного расчленения предъявляемого материала на элементы, при сохранении в памяти которых еще возможно достижение цели данного действия, в то время как при расчленении материала на более дробные элементы действие теряет свой смысл. В реальных условиях человек, как правило, оперирует более крупными единицами, объединяя несколько элементов в новые символы. Ступеньки такого усложнения можно предвидеть, но определить, какими именно единицами реально оперирует человек, можно только экспериментальным путем.

При оценке объема оперативной памяти человека в конкретных системах необходимо применение оперативных единиц памяти обоих типов. Измерение минимально возможными единицами как инвариантной величиной позволяет зафиксировать все изменения объема, а анализ реально используемых единиц позволяет определить, каким путем достигается это изменение, и выявить условия, облегчающие их образование, а вместе с тем — и увеличение объема памяти.

Точность оперативного запоминания измеряется по воспроизведению в процессе решения задачи тех элементов, которые необходимы для достижения цели действия. При оценке длительности сохранения, в отличие от кратковременной памяти, где наибольший интерес представляют абсолютные показатели времени, в оперативной памяти важно соответствие длительности сохранения материала общей продолжительности действия. Поэтому при изучении временных характеристик оперативной памяти основная проблема заключается в поиске условий, при которых возможно обеспечение длительности сохранения информации от ее предъявления до осуществления цели действия без увеличения времени оперативного запоминания. Оптимальным же вариантом длительности оперативного запоминания считаются случаи, когда последнее совмещено с перцептивными и мыслительными операциями.

Качество работы оперативной памяти непостоянно. Все ее характеристики изменяются под влиянием различных условий выполнения деятельности.

Прежде всего имеет значение применяемая система кодирования информации: при решении одинаковых задач использование различных кодовых символов может изменять продуктивность работы оперативной памяти. Так, сравнение функционирования оперативной памяти при кодировании объектов цифрами, буквами, цветом, геометрическими фигурами и конфигурациями (квадраты с различным числом заштрихованных четвертей) говорит о преимуществе цифрового и буквенного кодирования в задачах с заметной нагрузкой оперативной памяти [84]. При оперировании указанными символами достигается наиболее высокий объем и максимальная точность запоминания: разница в объеме при изменении системы кодирования может изменяться более чем в два раза, а в точности — в несколько раз. Если индикационное поле по составу элементов неоднородно, это заметно затрудняет работу памяти, причем функционирование оперативной памяти менее затруднено при разнице в цвете объектов, чем при различии их размеров.

Качество работы оперативной памяти в большой степени зависит от множественности индикационного объекта. При постоянном времени экспозиции цифровых показателей, если не требуется сложная переработка этих данных, количество правильно воспроизводимых цифр линейно зависит от логарифма их числа. В случае решения сложных задач (если в момент решения нет изменения в предъявляемых данных) оптимальные условия для работы оперативной памяти создаются при одновременном предъявлении 10—15 показателей [3]. Примерно таково же оптимальное число объектов, сведения о которых выводятся по нескольким параметрам. Дальнейшее увеличение числа индицируемых объектов приводит к уменьшению объема оперативной памяти и снижению ее точности [85].

Зависимость работы оперативной памяти от количества предъявляемых сведений обнаруживается и в условиях речевого общения. Для того чтобы в условиях звуковых помех слушатель мог последовательно воспроизвести ряд передаваемых действий, желательно, чтобы фразы программы не выходили за пределы 12—13 слов. При этом более существенное значение имеет глубина фразы, под которой имеется в виду то количество сведений, которое должно находиться в памяти оператора: оптимальной является глубина фразы в пределах 4 ветвей, максимальная глубина фразы не должна превышать 6—7 ветвей (расчет ветвей фразы ведется путем выделения смысловых словосочетаний).

Таким образом, для обеспечения благоприятных условий работы оперативной памяти необходимо по возможности ограничивать количество сведений. При невозможности существенно уменьшить объем выводимой информации имеются различные пути снижения влияния множественности индикационного объекта на функционирование оперативной памяти.

Один из путей организации предъявляемых сведений — группировка символов, выделение наиболее важных сообщений и т. п. Например, в лабораторных экспериментах при выстраивании объектов в очередь для обслуживания на основе учета нескольких параметров этих объектов внесение определенной закономерности в организацию сведений (объединение их по одному из наиболее важных параметров) по сравнению с предъявлением их на экране в случайном порядке позволило увеличить объем оперативной памяти почти в 1,5 раза: с 9,6 до 16,0 минимальных единиц.

В условиях работы с рядами сведений, где чередуются цифры и буквы, наилучшие результаты запоминания шестизначного буквенно-цифрового кода обеспечиваются в том случае, если цифры стоят на 4 и 5 месте. Эти особенности важны при определении структуры формуляров: во всех тех местах формуляров, которые наиболее подвержены влиянию помех, следует ставить цифры, а не буквы, ибо последние помехоустойчивы.

Наконец, говоря об организации предъявляемого материала, следует подчеркнуть, что во всех задачах, где требования к оперативному запоминанию достаточно велики, лучшие условия для работы оперативной памяти обеспечиваются при одновременном предъявлении сведений, чем при последовательном их предъявлении.

При расчете оптимального числа предъявляемых сведений необходимо учитывать и вероятность их появления. В условиях слежения за изменениями состояния объектов при случайном появлении изменений уже наличие 3—4 переменных представляет собой значительную нагрузку оперативной памяти [33]. При постоянной вероятности изменения состояний переменных их число в достаточно широких пределах (до 20) не оказывает существенного влияния на точность оперативного запоминания. Однако имеет значение величина постоянной вероятности: наибольшее количество ошибок запоминания наблюдается при вероятности, равной 1.

Еще большее значение, чем вероятность изменения, имеет характер текущих состояний и связь их между собой [36]. Слежение за изменениями состояний переменных при любой вероятности их изменений значительно эффективнее, когда каждая переменная имеет только ей свойственный ряд состояний. Еще выше эффект, когда при этом текущие состояния разных переменных связаны между собой.

В основе этих зависимостей качества оперативной памяти от разных условий выполнения деятельности лежит изменение способов преобразования материала при его оперативном запоминании. Результатом этих преобразований выступают оперативные единицы памяти, которые в зависимости от качества лежащих в их основе способов отражают объект и условия действия с разной полнотой и глубиной, т. е. являются в разной степени адекватными содержанию задачи. Это позволяет говорить о разном уровне оперативных единиц.

Единицы низшего уровня отражают внешние, эмпирически выделяемые свойства материала, учет которых едва обеспечивает достижение цели действия. На основе учета наиболее существенных, закономерных внутренних свойств материала образуются оптимальные оперативные единицы памяти; они в наибольшей степени адекватны задачам деятельности, обеспечивают их достижение в самых различных условиях. Между этими крайними полюсами располагается гамма единиц промежуточного уровня, в основе которых лежит все более полное отражение существенных свойств материала.

Уровень единиц памяти является центральной характеристикой оперативной памяти, определяющей все ее другие показатели: объем, точность, скорость запоминания и длительность сохранения [85]. Единицы низшего уровня по объему — это минимально возможные в данной деятельности единицы; они обладают очень низкой помехоустойчивостью, основой их запоминания является непосредственная память с малой длительностью сохранения. При любом усложнении действия, повышении требований к оперативной памяти возникает специальная задача запоминания, решаемая средствами многократного повторения необходимых сведений. Объем единиц промежуточного уровня выше за счет применения перекодирования элементов материала в более емкие символы. Точность запоминания невысока, любое усложнение задачи вызывает резкое падение качества оперативного запоминания, хотя и менее значительное, чем при единицах низшего уровня. И лишь оперативные единицы памяти оптимального уровня обеспечивают устойчиво высокое качество оперативного запоминания: большой объем, высокую точность и помехоустойчивость.

Так, при экспериментальном изучении работы оперативной памяти в условиях решения задач на выстраивание объектов в очередь для обслуживания оказалось, что одни операторы при запоминании оперировали изолированными характеристиками упорядочиваемых объектов (низший уровень оперативных единиц памяти), другие объединяют некоторые параметры объекта в новую целостную характеристику (промежуточный уровень), третьи в едином символе объединяют не только характеристики изолированного объекта, но и связанные общими признаками совокупности объектов (оптимальный уровень). При этом оперативные единицы памяти низшего уровня имеют средний объем 3,0 минимальных единиц, единицы промежуточного уровня — 6,6 минимальной единицы, а единицы оптимального уровня — 11,7 единицы. Число ошибок на каждую единицу решения (совокупность объектов, очередность которых называется без пауз) составило соответственно: 0,052, 0,093 и 0,001. Все отмеченные различия значимы по критерию Фишера на 99%-ном уровне.

Указанные различия в качестве оперативного запоминания отражаются и в общей продуктивности решения задач: при оптимальных единицах точность решения выше в несколько десятков раз, ошибки появляются чисто случайно, причем разница в точности особенно заметна в затрудненных условиях. По-разному проявляется и зависимость от условий выполнения деятельности. В частности, при оперативных единицах памяти низшего уровня обнаруживается заметная зависимость времени решения от двух переменных — длины выстраиваемого в очередь ряда и числа характеристик у каждого из объектов. Для исследовавшихся условий эта зависимость [84] была описана формулой

t (х, у) = 0,174ху + 0,056x — 0,28y + 1,

где t — время, затрачиваемое при решении задач на каждый объект упорядочиваемого ряда;

х — число упорядочиваемых объектов;

y — число характеристик у каждого из них. При оптимальных оперативных единицах зависимость от числа параметров упорядочиваемых объектов практически снималась, а зависимость от длины ряда становилась менее выраженной:

t(x) = 0,0074x² + 1,8.

Уровень оперативных единиц памяти не является постоянным свойством человека, он складывается в процессе обучения выполнению данного вида деятельности. Решающую роль в процессе формирования единиц того или иного уровня играет не столько объем тренировки, сколько метод обучения. Единицы оперативной памяти оптимального уровня формируются при специальной направленности деятельности оператора на самостоятельное выделение в процессе решения проблемно-теоретических задач наиболее существенных свойств объекта действия и нахождения соответствующего этим свойствам алгоритма решения. Тогда с самого начала находятся и приемы укрупнения элементов запоминаемого материала. Только на такой основе важным фактором расширения возможностей оперативной памяти становится тренировка, автоматизация операций.

При обычных, наиболее распространенных методах обучения операторов, основанных на объяснении, демонстрации и заучивании правил решения (инструкции), происходит лишь выделение эмпирических свойств объектов и алгоритм решения строится на основе учета и анализа частных свойств отдельной ситуации. В таких условиях в основном формируются оперативные единицы памяти низшего и промежуточного уровня: формирование единиц оптимального уровня возможно, но лишь у части операторов, даже после очень длительной тренировки. Для этого необходимым условием является изменение качества отражения свойств управляемого объекта [84].