Рабочая память и язык: от речепонимания к речепорождению

ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕР. 9. ФИЛОЛОГИЯ. 2013. № 1

0.В. Федорова, Ю.Д. Потанина

РАБОЧАЯ ПАМЯТЬ И ЯЗЫК: ОТ РЕЧЕПОНИМАНИЯ К РЕЧЕПОРОЖДЕНИЮ1

В статье показано, как использование понятия вербальной рабочей памяти помогает объяснить индивидуальные различия в механизмах понимания и порождения речи. Используя адаптированные к русскому языку тесты по определению объема рабочей памяти, авторы продемонстрировали, что объем рабочей памяти как значимо коррелирует со многими синтаксическими и референциальными процессами понимания речи, так и является хорошим предиктором беглости речи при порождении.

Ключевые слова: рабочая память, психолингвистика, понимание речи, порождение речи.

The present study shows how the use of the notion of working verbal memory contributes to our understanding of individual differences in language comprehension and language production mechanisms. Using Russian adaptations of the working memory reading span and speaking span tests we demonstrated that the working memory capacity is really correlated with some referential and syntactic processes, as well as being a predictor of verbal fluency.

Key words: working memory, psycholinguistics, language comprehension, language production.

1. Исследования памяти в когнитивной психологии. Начало современного этапа изучения памяти в области психологии традиционно датируется концом XIX в. и связывается с именем Г. Эббингауза, разработавшего первые экспериментальные методики, с помощью которых ему удалось определить важные закономерности функционирования памяти, в частности, так называемую кривую забывания [Ebbinghaus, 1885]. Примерно в то же время У. Джеймс предложил разделить память на первичную и вторичную [James, 1890]. В начале второй половины XX в. в работах Дж. Миллера [Miller, 1956], Н. Во и Д. Нормана [Waugh, Norman, 1965] и Р. Аткинсона и Р. Шиффрина [Atkinson, Shiffrin, 1968] был сформулирован многокомпонентный подход к памяти. Согласно наиболее известной трехкомпонентной модели Аткинсона и Шиффрина (1968), входящая информация сначала попадает в сенсорные регистры, затем переводится в кратковременное хранилище, после чего передается в долговременную

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, проект № 1206-00268.

память. Термин 'рабочая память' (англ. working memory, далее РП) был впервые использован в книге [Miller et al., 1960]. В то время как в модели Аткинсона и Шиффрина термином РП обозначался атомарный блок трехкомпонентной модели памяти, А. Бэддели и Дж. Хитч (1974) использовали его уже для обозначения некоторой сущности, которая сама состоит из трех отдельных компонентов [Baddeley, Hitch, 1974]. Употребление термина РП вместо более традиционного термина 'кратковременная память' подчеркивает функциональную важность системы, т. е. авторы, использующие этот термин, в первую очередь ищут ответ на вопрос, для каких целей служит РП.

Трехкомпонентная модель РП Бэддели и Хитча (1974) состоит из центрального исполнителя (англ. central executive), фонологической петли (англ. phonological loop) и визуально-пространственной матрицы (англ. visuospatial sketchpad). Центральный исполнитель является ядром системы, отвечающим за координацию работы подсистем, а два других модуля выполняют вспомогательные функции. Вербальная информация, поступающая из первичного сенсорного хранилища, попадает в фонологическую петлю, которая в свою очередь состоит из пассивного фонологического хранилища и подсистемы, обеспечивающей субвокальное повторение, без поддержки которого информация в фонологическом хранилище угасает примерно через 1,5 с. [Baddeley et al., 1975]. Зрительная информация попадает из сенсорного хранилища в визуально-пространственную матрицу, которая состоит из зрительной и пространственной подсистем.

В настоящее время существует много подтверждений психологической обоснованности выделения фонологической петли и визуально-пространственной матрицы в отдельные блоки. Например, в эксперименте, описанном в [Baddeley et al., 1975], испытуемых просили прочитать и запомнить ряд названий различных государств, причем в одной группе названия были короткими (Чад, Кения, Чили), а в другой — длинными (Чехословакия, Швейцария, Австралия). Оказалось, что испытуемые из первой группы лучше справляются с заданием, чем испытуемые из второй. Авторы объясняют этот эффект тем, что в процессе запоминания человек обычно проговаривает слова про себя. Чем длиннее слово в последовательности, тем меньше раз испытуемые успевают проговорить эту последовательность за отведенное время, и тем дольше длится время угасания следа от предыдущих проговоренных слов.

Однако от описанного эффекта длины слова можно избавиться, не давая испытуемым возможности проговаривать слова про себя. Действительно, если дать им дополнительное задание во время чтения постоянно повторять какое-нибудь нерелевантное слово (например, слово труба), то различие между двумя группами испытуемых пропадает. Данный метод получил название метода артикуляторного торможения.

В 2000 г. в трехкомпонентную модель РП был добавлен еще один компонент — эпизодический буфер (англ. episodic buffer), который используется для синтеза и интеграции информации из фонологической петли и визуально-пространственной матрицы, а также для связи с долговременной памятью [Baddeley, 2000]. Приведем один из аргументов, побудивший Бэддели добавить в свою модель этот компонент. Давно известно, что человек может удерживать в памяти последовательность из пяти-семи слов, не связанных между собой. Однако если эти слова объединить в предложения, то количество слов, которые человек может запомнить, возрастает в несколько раз. Этот пример является хорошей иллюстрацией явления, которое Миллер (1956) назвал структурированием (англ. chunking). Однако где хранятся эти структурированные группы слов? Бэддели предполагает, что такая собранная из разных источников информация хранится как раз в эпизодическом буфере. Таким образом, модель РП выглядит к настоящему моменту следующим образом:

Рис. 1. Модель рабочей памяти из [Baddeley, 2000]

Итак, в отличие от прежних моделей кратковременной памяти, в модели Бэддели утверждается, что поступающая в РП информация не только пассивно хранится, но и активно обрабатывается. Подобная идея проходит лейтмотивом по всем исследованиям РП последних десятилетий. В данной работе нас в первую очередь будет интересовать вопрос взаимодействия РП и языка, т. е. вербальный компонент РП, а также проблема определения объема РП. В разделе 2 мы остановимся на изучении взаимодействия РП и механизмов понимания речи, которое интенсивно изучается с момента выхода пионерской работы [Daneman, Carpenter, 1980]. Раздел 3 будет посвящен описанию взаимодействия РП и механизмов порождения речи, несмотря на то что основополагающие работы вышли уже относительно давно [Daneman, Green, 1986; Daneman, 1991], исследования в этой области только начинаются. В каждом из двух последующих разделов сначала мы опишем методику определения объема РП, а потом приведем примеры русскоязычных исследований, показывающих корреляцию между языковым поведением человека и объемом его РП.

2. Исследования рабочей памяти в психолингвистике: понимание речи. Вскоре после выхода работы Бэддели и Хича (1974) термин РП был впервые использован уже в психолингвистической статье [Daneman, Carpenter, 1980]. В конце 70-х годов ХХ в. среди исследователей процессов понимания речи сложилась парадоксальная ситуация, когда интуитивно они были уверены, что индивидуальные различия в объеме РП должны оказывать влияние на механизмы понимания речи, однако проводимые ими эксперименты этого не подтверждали. Данеман и Карпентер (1980) предположили, что все дело в отсутствии адекватных методик определения объема кратковременной памяти и предложили новый тест, которому суждено было совершить переворот в современной психолингвистике.

Данеман и Карпентер (1980) исходили из того, что в процессе интерпретации некоторого текста в РП человека происходят процессы, связанные как с пассивным хранением поступающей информации, так и с ее обработкой. Существовавшие же в то время методики по определению объема кратковременной памяти (состоявшие в запоминании отдельных цифр и/или слов) тестировали только первую из этих двух составляющих, нивелируя тем самым индивидуальные различия испытуемых; между тем эти различия и возникают, по мнению авторов, вследствие лучшей или худшей способности испытуемых эффективно распределять имеющиеся ресурсы РП, отводя какую-то часть для хранения поступающей информации, а другую — для ее обработки. Другими словами, чем меньше ресурсов затрачивается на обработку поступающей информации, тем больше их остается для ее хранения. Тест, получивший название Reading span, тестировал обе эти составляющие — в ходе эксперимента испытуемый должен был читать отдельные предложения и одновременно удерживать в РП последние слова ранее прочитанных предложений. Таким образом, по словам Данеман, «теория кратковременной памяти была заменена теорией РП [Baddeley, Hitch, 1974], а методика измерения кратковременной памяти — методикой измерения РП [Daneman, Carpenter, 1980]» ([Daneman, 1994: 443], перевод мой. — О.Ф.).

Ниже мы опишем современную версию данного теста, которая, впрочем, совсем немного отличается от оригинальной. Тест состоит из 70 предложений, взятых из литературных источников. Каждое предложение напечатано в центре небольшой карточки, которые распределены на группы по 2, 3, 4 и 5 предложений, по пять попыток на каждом уровне. В ходе эксперимента экспериментатор выкладывает перед испытуемым по одной карточке и просит его прочитать написанное на ней предложение вслух. Как только испытуемый заканчивает чтение предложения, экспериментатор накрывает эту карточку следующей. После того как экспериментатор кладет перед испытуемым пустую карточку, тот должен повторить последние

слова каждого предложения этой группы в том порядке, в котором они были им прочитаны, с точностью до словоформы. Эксперимент продолжается до тех пор, пока испытуемый может воспроизвести не меньше трех из пяти групп на данном уровне. В противном случае эксперимент заканчивается, и объем РП испытуемого считается равным последнему уровню, на котором он смог воспроизвести последние слова трех из пяти предложенных ему предложений.

Русскоязычная версия данного теста была разработана в 2001 г., см. [Федорова, 2003; Fedorova, Pechenkova, 2007; Федорова, 2010]. За прошедшее в тех пор время было проведено около тысячи подобных экспериментов, по результатам которых примерно 65% русскоязычных испытуемых имеют небольшой объем РП, что значимо отличается от англоязычных исследований, в которых эта цифра закрепилась на уровне 50%. Основной причиной такого положения дел, на наш взгляд, является богатое русское словоизменение, которое сильно увеличивает количество ошибок при повторении словоформ.

Для иллюстрации зависимости речевого поведения человека от объема его РП при понимании речи приведем пример из области исследования дискурса. В пионерской работе [Daneman, Carpenter, 1980] испытуемые читали небольшие дискурсивные фрагменты и должны были правильно установить антецедент местоимения he, которое было использовано в последнем предложении. При этом первое упоминание целевого референта встречалось в дискурсивных отрывках на разном линейном расстоянии от местоимения, их разделяло от 2 до 7 предложений. Авторы убедительно показали, что испытуемые с большим объемом РП выполняют это задание значительно лучше, чем испытуемые с небольшим объемом. В [Fedorova et al., 2010] описан аналогичный эксперимент, в котором варьируется риторическое расстояние до антецедента местоимения, традиционно вычисляемое по иерархической структуре, разработанной в рамках Теории риторической структуры [Mann, Thompson, 1988], см. рис. 2.

RhD=l RhD=2 RhD=3

1-4 1-4 1-4

1-3'

К >2-4

U > 2-4

Л 2-3

2^3 2Г\Ъ 3Г\4

Рис. 2. Риторические деревья дискурсивных фрагментов

Испытуемые читали текст (см. пример), а затем отвечали на три вопроса, из которых первые два были фактографические, а третий — референциальный вопрос к референту:

Был конец рабочего дня. Пятая бригада скорой помощи ехала на базу после ложного вызова. На носилках в кабине, набегавшись за смену, прикорнул медбрат. Усталый доктор, слушавший музыку в плеере, игнорировал заискивающие взгляды молодого ассистента, горящего рабочим энтузиазмом после первого дня в бригаде. В наушниках звучал «Белый альбом» битлов. Безупречная мелодия качала и убаюкивала: а) РитР=1 Он испытывал легкие угрызения совести за свою невнимательность к коллеге, но усталость превозмогала всё; б) РитР=2 Он любил слушать эту пластинку после тяжелого трудового дня; в) РитР=3 Он почувствовал, что медленно проваливается в сон.

Вопросы: 1. Какой номер был у бригады скорой? 2. Какая запись звучала в плеере? 3. а) Кому было стыдно за невнимательность к коллеге? б) Кто любил слушать пластинку после тяжелого трудового дня? в) Кто почувствовал, что засыпает?

Проведя эксперимент с 120 испытуемыми, мы обнаружили, что чем выше объем РП испытуемых, тем меньше ошибок они совершают в ответах на референциальные вопросы (cor = -0.56, p-value < 0.01). Таким образом, мы показали, что успешность интерпретации референциального выражения напрямую зависит от объема РП испытуемых. Эффект зависимости механизмов речепонимания от объема РП был обнаружен нами и при анализе сложноподчиненных предложений с относительными придаточными [Fedorova, Yanovich, 2006; Федорова, 2008], а также с придаточными времени [Федорова, 2005; Fedorova, 2010]. Подытоживая вышеизложенное, можно заключить, что в области изучения понимания речи зависимость языкового поведения человека от объема его РП является неоспоримым фактом, многократно подтвержденным в исследованиях. Иначе обстоит дело в области порождения речи, где данный факт еще только предстоит строго доказать.

3. Исследования рабочей памяти в психолингвистике: порождение речи. В конце 80-х годов ХХ в. один из авторов статьи [Daneman, Carpenter, 1980] М. Данеман разработала новый тест на определение объема РП, связанный уже с порождением речи. Данный тест получил название Speaking span [Daneman, Green, 1986; Daneman, 1991]. Для эксперимента было отобрано 100 слов, которые были распределены в группы по 2, 3, 4, 5 и 6 слов. Каждое слово появлялось на экране на 1 с.; испытуемый получал инструкцию читать слова и, увидев пустой экран, придумывать с каждым прочитанным словом по одному предложению, причем целевое слово в этом предло-

жении должно было стоять в той же словоформе. Например, прочитав слова shelter, muscles и dangers, англоязычный испытуемый произносит предложения: Trees provide poor shelter during a thunderstorm; Mr. Universe has very big muscles; There are dangers associated with every occupation. Испытуемым разрешалось придумывать предложения в любом порядке, но было запрещено использовать последнее прочитанное слово первым.

В результате объем РП равнялся количеству слов, с которыми испытуемый мог придумать предложения. Это количество подсчи-тывалось двумя способами: при строгом подсчете ответ признавался правильным только в случае, если испытуемый использовал в предложении именно ту форму слова, которая была ему предъявлена; при нестрогом подсчете форма могла быть любой. В работе [Daneman, 1991] автор продемонстрировала, что объем РП коррелирует с беглостью речи при порождении. Данеман предположила, что два подсчета по-разному чувствительны к разным аспектам беглости речи: строгий подсчет связан со способностью четко и быстро произносить слова (при чтении текста вслух), в то время как нестрогий подсчет является предсказывающим фактором для успешного заполнения пауз.

Настоящий раздел посвящен проверке гипотезы о зависимости беглости речи от объема РП на материале русского языка. Эксперимент, проведенный с 32 испытуемыми, состоял из четырех этапов: 1) определение объема РП с помощью теста Speaking span; 2) тест на порождение речи; 3) тест на чтение вслух; 4) тест на оговорки.

При создании русскоязычной версии теста были использованы следующие ограничения: все слова были семибуквенными, высокочастотными, сбалансированными по частеречной принадлежности, а также равномерно распределенными по грамматическим признакам в соответствии с частотностью употребления грамматической формы; кроме того, между словами в группе нельзя было установить ассоциативные связи. Объем РП подсчитывался обоими способами.

Для теста на порождение речи была выбрана фотография семьи за обедом. Испытуемых просили описывать картинку в течение одной минуты. Мерой беглости речи считалось общее количество произнесенных слов.

В ходе теста на чтение вслух испытуемых просили прочитать отрывок длиной в 328 слов («Подросток», Ф.М. Достоевский), как можно быстрее и четче произнося слова. При обработке результатов для каждого испытуемого было посчитано число ошибок и время, за которое он прочитывал весь текст. Ошибками считались повторы, фальстарты, оговорки, добавления, пропуски и замены.

Наиболее трудоемким оказалась разработка теста на оговорки. Процедура эксперимента повторяла эксперимент [Daneman, 1991] и

состояла в следующем: на экране компьютера предъявлялись 309 пар слов, по 1 с. на каждую пару. Испытуемые читали все пары слов про себя за исключением определенных пар (маркированных звуковым сигналом), которые они читали вслух. 30 экспериментальных пар были подобраны таким образом, чтобы вызвать оговорку; кроме того, в эксперименте было 39 филлерных пар, необходимых для того, чтобы скрыть от испытуемого реальную цель эксперимента. Оговорка провоцировалась тремя парами фонологически похожих слов, например: суетные мысли, сушит мышцы, сунул мыло, мушки сыты. Первые три пары слов похожи на ожидаемую оговорку сушки мыты — они имеют аналогичную ритмическую структуру и одинаковые начальные звуки. Кроме того, ожидаемая оговорка представляла собой реально возможное словосочетание.

В результате мы получили значимые корреляции между объемом РП и (1) тестом на порождение речи (для нестрогого подсчета cor = 0.522, p-value < 0.05, для строгого cor = 0.543, p-value < 0.05); (2) временем чтения вслух (для нестрогого подсчета cor = -0.704, p-value < 0.01, для строгого cor = -0.679, p-value < 0.01); (3) тестом на оговорки (для нестрогого подсчета cor = -0.706, p-value < 0.01, для строгого cor = -0.723. p-value < 0.01); однако, в отличие от результатов Данеман, значимой корреляции между объемом РП и количеством ошибок при чтении вслух обнаружить не удалось. Тем не менее результаты в целом показывают, что объем РП является значимым фактором, влияющим на беглость речи русскоязычных испытуемых.

4. Заключение. В настоящей работе мы показали, что поиск корреляции между объемом РП и индивидуальными различиями людей в способности понимать обращенную к ним речь является общепризнанной практикой. Более того, в работах классиков данного направления была выдвинута идея о делении всех людей на «хороших» читателей, умеющих эффективно распределять ресурсы РП между хранением и обработкой поступающей информации, и «плохих» читателей, которые делают это хуже [Daneman, Carpenter, 1980]. Хотя этот последний тезис не находит подтверждения во многих современных работах (см., например, [Otten, van Berkum, 2009; Федорова, 2010]), большая роль РП при речепонимании несомненна. В то же время, несмотря на то, что еще в 1980 г. А. Эллис заметил, что ошибки, которые совершаются в процессе прохождения теста по определению объема РП, аналогичны ошибкам, совершаемым людьми при порождении в обычной повседневной жизни [Ellis, 1980], корреляции между объемом РП и порождением речи исследованы еще недостаточно хорошо. Данная тенденция повторяет общий тренд психолингвистической науки уделять значительно больше

внимания изучению процессов понимания речи. Однако в последние годы ситуация начинает меняться, что проявляется, в частности, и в привлечении к исследованиям речепорождения более широкого, когнитивно ориентированного контекста, лежащего в пограничной области между «чистой» психолингвистикой и когнитивной психологией. Кроме того, отдельной составляющей дальнейшего изучения данной проблематики является вопрос о корреляции между двумя описанными выше тестами: если испытуемый хорошо справился с тестом по определению объема его РП при понимании, можем ли мы что-то предсказать относительно его результатов в тесте на порождение, и наоборот?

Список литературы

Федорова О.В. Тест по определению объема оперативной памяти: история и современное состояние // Компьютерная лингвистика и интеллектуальные технологии. Труды Международной конференции «Диалог 2003». М., 2003.

Федорова О.В. Перед или после: что проще? (понимание сложноподчиненных предложений с придаточными времени) // Вопросы языкознания. 2005. № 6.

Федорова О.В. К вопросу о валидности и надежности психолингвистических экспериментов // Когнитивные исследования 2 / Ред.: В.Д. Соловьев, Т.В. Черниговская. М., 2008. Федорова О.В. Основы экспериментальной психолингвистики: рабочая

память и понимание речи. М., 2010. Atkinson R.C., Shiffrin R.M. Human memory: A proposed system and its control processes // The psychology of learning and motivation: Advances in research and theory / K.W. Spence, J.T. Spence (eds.). N. Y., 1968. Baddeley A.D. The episodic buffer: A new component of working memory? //

Trends in Cognitive Sciences. 2000. 4. Baddeley А.D., Hitch G.H. Working memory // Recent advances in learning and

motivation / G.A. Bower (ed.). N. Y., 1974. Baddeley A.D., Thomson N., Buchanan M. Word length and the structure of short-

term memory // Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior. 1975. 14. Daneman M. Working memory as a predictor of verbal fluency // Journal of

Psycholinguistic Research. 1991. 20. Daneman M. Working memory and language // Language and Speech. 1994. 37.

Daneman M., Carpenter P.A. Individual differences in working memory and

reading // Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior. 1980. 19. Daneman M., Green I. Individual differences in comprehending and producing

words in context // Journal of Memory and Language. 1986. 25. Ebbinghaus H. Über das Gedächtnis. 1885.

Ellis A.W. Errors in speech and short-term memory: The effects of phonemic similarity and syllable position // Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior. 1980. 19.

Fedorova O.V. Why the English easiest type became the hardest in Russian, or Russian adults' comprehension of before and after sentences // Proceedings of the Pacific Asia Conference on Language, Information and Computation. Sendai, 2010.

Fedorova O.V., Delikishkina E.A., Uspenskaya A.M. Experimental approach to reference in discourse: Working memory capacity and language comprehension in Russian // Proceedings of the Pacific Asia Conference on Language, Information and Computation. Sendai, 2010. Fedorova O.V., PechenkovaE.V. When "Colorless green ideas..." meet working memory span // Proceedings of the 9th International conference "Cognitive modeling in linguistics" / V.D. Solovyev, E.V. Pechenkova, V.N. Polyakov (eds.). Kazan', 2007. Fedorova O.V., Yanovich I.S. Early preferences in relative clause attachment in russian: The effect of working memory differences // Formal Approaches to Slavic Linguistics / J.E. Lavine et al. (eds.). Ann Arbor, 2006. James W. The principles of psychology. N. Y., 1890.

Mann W., Thompson S.A. Rhetorical structure theory: Toward a functional theory

of text organization // Text. 1988. 8. Miller G.A. The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our

capacity for processing information // Psychological Review. 1956. 63. Miller G.A., Galanter E., Pribram K.H. Plans and the structure of behavior. N.Y., 1960.

Otten M., van Berkum J. Does working memory capacity affect the ability to

predict upcoming words in discourse? // Brain research. 2009. 1291. Waugh N.C., Norman D.A. Primary memory // Psychological Review. 1965. 72.

Сведения об авторах: Федорова Ольга Викторовна, канд. филол. наук, доцент кафедры теоретической и прикладной лингвистики (ОТиПЛ) филол. ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова. E-mail: olga.fedorova@msu.ru; Потанина Юлия Дмитриевна, студентка 4-го курса отделения теоретической и прикладной лингвистики (ОТиПЛ) филол. ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова. E-mail: binechka-paveletskaja@mail.ru