Dołącz do czytelników
Brak wyników

Nowości w psychologii

2 kwietnia 2019

NR 14 (Marzec 2019)

Roszady w mózgu. Funkcjonalna reorganizacja mózgu u... graczy szachowych

0 291

64 pola, 32 figury i 2 do potęgi 143 możliwych ustawień. Mogą stanowić przedmiot badań lub narzędzie badawcze. Pomogły rozwijać sztuczną inteligencję, zrozumieć procesy decyzyjne w ekonomii. Muszka owocowa dla psychologii poznawczej, przede wszystkim jednak intelektualna rozrywka dla wielu, a dla nielicznych – styl życia. Podróż, której kres jest ruchomy, a przez to nieuchwytny. Cel wędrówki wyznaczany jest przez tych najznakomitszych – to oni są drogowskazem, to ich właśnie chcą zdetronizować adepci. Rywalizacja ta jest paliwem do wyznaczania nowych granic ludzkich możliwości, dla nauki natomiast jest wdzięcznym modelem pozwalającym zgłębiać mechanizmy będące podstawą eksperctwa (ang. expert performance).

Szachy jako narzędzie badawcze

O mocy graczy wnioskować można bezpośrednio na podstawie wyników z rozegranych pomiędzy nimi partiami szachowymi – lepszym jest ten, który wygra. Organizacja turnieju, w którym mogliby zmierzyć się szachiści z całego świata, jest z góry skazana na porażkę, nawet w dobie internetu. Dlatego też o potencjale szachistów można wnioskować na podstawie ich pozycji w rankingu szachowym ELO – zwanego tak na cześć jego twórcy Árpáda Emricka Élő. Ranking ELO, ze względu na swą konstrukcję, przyjmuje cechy rozkładu normalnego o M = 1500 oraz SD = 200.

Każdy aktywny gracz jest notowany w rankingu. Ponadto rezultaty wszystkich partii turniejowych są rejestrowane przez FIDE. Posunięcia bierek są skrupulatnie notowane. Z tej ogromnej, a co ważne, zobiektywizowanej bazy można wylosować graczy o różnym poziomie biegłości oraz reprezentatywne zadania o różnym poziomie trudności. Dlatego zaaranżowanie szachów jako narzędzia umożliwia wywołanie (ang. elicit) zachowań będących podstawą eksperctwa. Innymi słowy, w warunkach laboratoryjnych można badać rzeczywiste (ang. real-life) zdarzenia będące istotą eksperctwa (ang. expert-performance approach) (Ericsson, 
Smith, 1991).

Cztery kroki do mistrzostwa

Przypadek (I). Najczęściej on wyjaśnia okoliczności, w których dzieci po raz pierwszy zasiadają przed szachownicą. Część z nich szybko odkrywa reguły i zasady szachowe, toteż prędko uzyskują one przewagę nad swoimi rówieśnikami. Wygranej towarzyszy radość, ta znów niczym grawitacja przyciąga znów przed szachownicę (de Bruin, Kok, Leppink, Camp, 2014). Częstości i liczebności rozgrywanych partii nie musi towarzyszyć przyrost biegłości szachowej. Gdy osiągnięta zostanie pewna wprawa, wykonywana czynność staje się automatyczna i nie jest kontrolowana świadomie (Ackerman, 1987). Dalszy rozwój tej biegłości zostaje zatrzymany (ang. arrested) (Ericsson, Krampe, Tesch-Römer, 1993).

Dalsze doskonalenie zdolności szachowych wymaga (II) implementacji metodycznego treningu (ang. deliberate practice) – najczęściej pod okiem trenera. W metodycznym treningu tworzy się zadania problemowe tak, by poziomem trudności wykraczały poza aktualne możliwości podopiecznego. Zadania ukierunkowane są na podnoszenie ściśle określonej zdolności, dlatego też są one wielokrotnie powtarzane, a po każdej kolejnej próbie udzielane są informacje zwrotne o poziomie wykonania.

Treningi szachowe odbywają się najczęściej w formie zajęć dodatkowych. Z czasem jednak przestaje to wystarczać – konieczne staje się (III) całkowite poświęcenie trenowanej dyscyplinie w pełnym wymiarze czasu. „Trenerem” stają się również czasopisma szachowe, inni gracze oraz programy komputerowe – zapis posunięć bierek szachowych wzbogaca repertuar ruchów adepta szachowego.

Droga do arcymistrzowstwa jest niezwykle trudna i pełna wyrzeczeń a większość adeptów odpada po drodze (ang. drop-out) (Sternberg, 1996). Dlatego tylko nieliczni są w stanie zrobić IV krok na drodze do mistrzostwa i wytaczać zupełnie nowe, innowacyjne sposoby rozgrywania partii szachowych (Ericsson i in., 1993).

„Chunk” – jednostka percepcyjna

„Nie liczę godzin i lat…”, a jednak – osiągnięcie arcymistrzostwa wymaga nawet 10 tys. godzin metodycznego treningu – około czterech godzin dziennie przez okres dziesięciu lat (Ericsson i in., 1993). Spostrzeżenie to – wbrew intencjom i woli autorów publikacji  (zob. m.in. Ericsson; 2012)– zostało spopularyzowane przez dziennikarza Malcolma Gladwella i funkcjonuje obecnie jako tzw. reguła 10 lat. W rzeczywistości metodyczny trening „choć konieczny jest niewystarczający” (Campitelli, Gobet, 2011; Hambrick i in., 2014) i nie jest gwarantem sukcesu.

 

Rys. 1. Etapy rozwoju zdolności szachowych



Podczas wieloletniego treningu przyswoić należy około 100 tys. ułożeń szachowych (Simon, Chase, 1973; Simon, Gilmartin, 1973) lub bardziej precyzyjnie jednostek percepcyjnych (ang. Chunk) (Miller, 1956). Jednostki te zawierają w sobie dane („kilka bitów informacji, którym nadane jest wspólne znaczenie”) (Simon, 1974) pozwalające na przywołanie z pamięci długotrwałej (ang. Long-Term Memory – LTM) informacji, dzięki czemu możliwe staje się udzielenie odpowiedzi, np. dla danego ułożenia bierek na szachownicy na dwa pytania: „Co jest? ” (wiedza semantyczna) i „Co można zrobić? ” (wiedza proceduralna) (Campitelli, Gobet, Bilalić, 2014).

To właśnie zbrylowanie bitów informaji w chunki, a tych z kolei w większe templatki (Gobet, Simon, 1996) pozwala na niejako wykroczenie poza magiczną liczbę 7 ± 2, tj. informacji, które są jednocześnie przechowywane (ang. maintaining) i przetwarzane (ang. processing) w pamięci roboczej (Ericsson, Kintsch, 1995; Shipstead, Harrison, Engle, 2016). Dokładniej, każda liczba z „magicznej siódemki” zawiera w sobie więcej bitów informacji (Simon, 1974).

Większa wartość informacyjna jednostek percepcyjnych skraca czas potrzebny na detekcję i rozpoznanie obiektów na szachownicy. W badaniu z wykorzystaniem Eye Tracker wykazano, że już „krótki rzut oka” wystarczy na odkodowanie obiektów i wzorców ułożeń, które są kluczowe dla danej sytuacji problemowej (Bilalić, Kiesel, Pohl, Erb, Grodd, 2011; Bilalić, Langner, Erb, Grodd, 2010; Bilalić, Langner, Ulrich, Grodd, 2011). Ogromna liczba przyswojonych w trakcie treningu jednostek percepcyjnych prowadzi do „…nabycia złożonej struktury, która wykracza poza zwykłą automatyzację przetwarzania poznawczego” (Ericsson i in., 1993), a funkcjonalnie pewien fragment LTM zostaje sprzężony z pamięcią roboczą (ang. Long-Term Working Memory – LT-WM) (Ericsson, Kintsch, 1995). Innymi słowy, przewaga arcymistrzów wynika z „logarytmicznie” większej liczby zapamiętanych chunków (Wan i in., 2011) niż pogłębionych analiz i kalkulacji (does not […] calculate deeper) (de Groot, 1978). Intensywność treningów oraz ilość przyswajanych informacji prowadzi do zmian funkcjonalnych i strukturalnych mózgu.

Funkcjonalna reorganizacja mózgu

Kelly i Garavan (2005) wyróżnili dwa kryteria pomocne w różnicowaniu typów funkcjonalnej reorganizacji mózgu. Z pierwszym typem mamy do czynienia, gdy obserwuje się lokalnie wzmożoną aktywność dodatkowych rejonów mózgu. Najczęściej ma to miejsce na początkowych etapach treningu lub w sytuacjach nowych. Wraz z nabywaniem wprawy znaczenie tych dodatkowych rejonów zmniejsza się. Drugim kryterium jest niezmienność procesów poznawczych angażowanych w danym zadaniu, tj. specyficznych dla tego zadania. Gdy oba warunki są spełnione, to w istocie zachodzi pomostowanie (ang. scaffolding), dlatego by mówić o prawdziwej funkcjonalnej reorganizacji, trzeba wykazać, że podczas wykonywania zadania zaangażowane są nowe, inne niż dotychczas procesy poznawcze.

Na przykład, u nowicjuszów w liczeniu na abacusie wykonywanych zadanie polecające na zapamiętaniu ciągu cyfr zaobserwowano aktywność rejonów mózgu utożsamianych z pamięcią werbalną, tj. ośrodek Broki. Z kolei mistrzowie przechowują liczby w pamięci w obszarze mózgu, który jest związany z pamięcią przestrzenną, tj. obustronnie w zakręcie czołowym górnym oraz górnym płaciku ciemieniowym. Wydaje się zatem, że początkujący gracze, powtarzając w myślach cyfry, wykorzystują informacje werbalne, podczas gdy dla mistrzów te same informacje reprezentowane są w umyśle w postaci wyobrażeń przestrzennych (Tanaka, Michimata, Kaminaga, Honda, Sadato, 2002).

Tworzenie jednostek percepcyjnych (ang. chunk creation) wymaga skoordynowanej pracy dodatkowych rejonów mózgu. Wśród nich najczęściej wymienia się płaty przedczołowe (koordynujące pracę m.in. funkcji wykonawczych, tj. pamięci roboczej, przerzutność uwagi, hamowania) oraz płaty ciemieniowe (integrujące informacje o różnej modalności, np. bodźców wzrokowych z werbalnymi). Wydobywanie z LTW informacji na podstawie utworzonych już jednostek percepcyjnych (ang. chunk retrievel) angażuje natomiast płaty skroniowe, a szczególnie zakręt przyhipokampowy (Guida i in., 2013; Guida, Gobet, Tardieu, Nicolas, 2012). Innymi słowy, na początkowych etapach przyswajania nowych zdolności duże znaczenie odgrywają płaty przedczołowe oraz płaty ciemieniowe. Wraz z nabywaniem wprawy większą rolę zaczynają odgrywać rejony mózgu związane z pracą LTM.

Reorganizacja mózgu arcymistrzów

Funkcjonalna
Opisane powyżej etapy funkcjonalnej reorganizacji mózgu są typowe dla procesu nabywania nowych umiejętności. W przypadku arcymistrzów dostrzeżono również szereg niespecyficznych zmian, w tym strukturalnych. W jednym z badań nad decyzjami intuicyjnymi zaproszono graczy o różnym poziomie biegłości w japońskiej odmianie szachów – shogi. Prezentowano im przez jedną sekundę szachownicę, a następnie proszono o wskazanie najlepszego możliwego ruchu. Pomimo tak krótkiej ekspozycji arcymistrzowie oraz mistrzowie – w porównaniu do nowicjuszy – zdecydowanie lepiej rozpoznali znaczenie ułożeń bierek na szachownicy charakterystycznych dla początkowych etapów gry. Zarazem arcymistrzowie osiągali zdecydowanie lepsze rezultaty dla ułożeń kończących partię. Innymi słowy: arcymistrzowie i mistrzowie wygrywają z adeptami dlatego, że znana jest im większa liczba możliwych i korzystnych tzw. debiutów. Ci pierwsi wygrywają częściej, gdyż przyswoili jakościowo i ilościowo więcej strategii kończących partię. Rejonem mózgu, który „rozstrzyga”, czy układ bierek jest znany czy nieznany, jest przedklinek.

 

Rys. 2. Dwa etapy funkcjonalnej reorganizacji mózgu
PFC – kora przedczołowa, PL – płat ciemieniowy, MTL – przyśrodkowy płat skroniowy, ST – próg istotności statystycznej


Z kolei mechanizm tej błyskawicznej detekcji można utożsamiać z utworzeniem się obwodu przedklinka z głową jądra ogoniastego (ang. precuneus-caudate circuit). Głowa jądra ogoniastego wchodzi w skład struktur podkorowych oraz stanowi część pętli korowo-podstawnych (Alexander, DeLong, Strick, 1986). Po otrzymaniu informacji z przedklinka (tj. „ułożenie na szachownicy jest znane”) głowa jądra ogoniastego odhamowuje (ang. disinhibition) reakcję poznawczą. Autorzy badania przekonują, że głowa jądra ogoniastego może odhamować reakcję poznawczą wraz z tożsamym jej programem działania już w pierwszych sekundach po ekspozycji. Dlatego wskazują to miejsce jako siedlisko intuicji (Wan i in., 2011).

Zdają się to potwierdzać wyniki badania, w którym za cel postawiono sobie ustalenie wzorca aktywności nie tyle pojedynczych struktur, ale funkcjonalnie współpracujących ze sobą rejonów mózgu w ramach sieci neuronowych (ang. large scale brain networks), zob. (Żukiel, Nowak, Jankowski, Chlebek, 2011). Wynika z nich, że arcymistrzowie, podobnie jak mniej biegli gracze, angażują Centralną Sieć Wykonawczą, Grzbietową Sieć Uwagową oraz Sieć Istotności. Różnica pomiędzy graczami polegała na silniejszym wygaszaniu aktywności Sieci Wzbudzeń Podstawowych (ang. default mode network – DMN) przez arcymistrzów (Duan, Liao, i in., 2012b). Jest ona utożsamiana m.in. ze swobodnym myśleniem (and. daydreaming) oraz teorią umysłu, a jej rdzeniem jest właśnie przedklinek (Utevsky, Smith, Huettel, 2014). Dlatego autorzy przekonują, że arcymistrzowie jakościowo lepiej relokują zasoby poznawcze (Duan, Liao, i in., 2012b). Warto podkreślić, że pobudzeniu struktur w ramach DMN towarzyszy aktywność głowy jądra ogoniastego (Duan, He, i in., 2012).

Do ciekawych spostrzeżeń doprowadził Merim Bilalić wraz z zespołem, ponownie przetwarzając dotychczas zgromadzone wyniki badań z wykorzystaniem Eye Tracker’a oraz fMRI. Badania wykazały, że obszarem odpowiedzialnym za detekcję wzorców szachowych (ang. pattern recognition) jest leżąca w okolicy hipokampa bruzda poboczna. Skrzyżowanie skroniowo-ciemieniowe jest z kolei odpowiedzialne za wydobywanie figury z tła (Gestalt). Rejon ten znajduje się w sąsiedztwie skrzyżowania skroniow...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Psychologia w praktyce"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Możliwość pobrania materiałów dodatkowych
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy