Калькулятор когнитивной науки
Закон Хика (время реакции), закон Фиттса (наведение на цель), рабочая память Миллера (7±2), кривая забывания Эббингауза, когнитивная нагрузка NASA-TLX и модель внимания Бродбента.
Когнитивная наука: междисциплинарное изучение разума
Когнитивная наука (cognitive science) — междисциплинарная область, объединяющая когнитивную психологию, нейронауку, лингвистику, философию сознания, искусственный интеллект и антропологию. Она изучает механизмы восприятия, внимания, памяти, мышления, принятия решений и языка.
Количественные модели когнитивной науки позволяют предсказывать поведение человека в различных задачах. Закон Хика описывает скорость выбора, закон Фиттса — точность моторных движений, модель Миллера — ограничения памяти, а кривая Эббингауза — динамику забывания. Эти модели лежат в основе проектирования интерфейсов, обучающих систем и эргономики.
Когнитивная наука в России
Российская когнитивная наука опирается на богатую традицию отечественной психологии: культурно-историческую теорию Л.С. Выготского, деятельностный подход А.Н. Леонтьева и нейропсихологию А.Р. Лурия. Современные когнитивные исследования ведутся в Институте психологии РАН (ИП РАН), Центре когнитивных исследований МГУ и Институте когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ.
Департамент психологии НИУ ВШЭ развивает направления когнитивной психологии, нейроэкономики и принятия решений. В.М. Аллахвердов (СПбГУ) разработал психологику — оригинальную теорию когнитивных процессов. Б.М. Величковский предложил модель уровневой организации когнитивных процессов, связывающую когнитивную психологию с нейронаукой.
⏱️Закон Хика: скорость выбора
Уильям Хик (1952) и Рэй Хайман (1953) показали, что время реакции выбора растёт логарифмически с числом альтернатив. Каждое удвоение вариантов добавляет одинаковое приращение времени (~150 мс). Фундамент теории информации в психологии.
🎯Закон Фиттса: точность наведения
Пол Фиттс (1954) установил компромисс скорости и точности при наведении на цель. Индекс сложности ID = log₂(2A/W) определяет минимальное время движения. Стандарт ISO 9241-9 для оценки устройств ввода основан на этом законе.
🧠Рабочая память: 7±2
Джордж Миллер (1956) определил объём кратковременной памяти в 7±2 чанка. Бэддели и Хитч (1974) разработали модель рабочей памяти с фонологической петлёй, зрительно-пространственным блокнотом и центральным исполнителем.
📉Кривая забывания Эббингауза
Герман Эббингауз (1885) экспериментально доказал экспоненциальное забывание. Метод интервального повторения (spaced repetition) — практическое применение кривой Эббингауза в системах обучения (Anki, SuperMemo, Лейтнер).
6 инструментов когнитивной науки
Фундаментальные модели восприятия, памяти, внимания и принятия решений
Закон Хика — время реакции
RT = a + b × log₂(n). Расчёт времени выбора из n равновероятных альтернатив.
Закон Фиттса — наведение
MT = a + b × log₂(2A/W). Время движения к цели, индекс сложности, пропускная способность.
Рабочая память (7±2)
Объём Миллера, chunking, тест Memory Span. Оценка нагрузки на рабочую память.
Кривая Эббингауза
R = e^(-t/S). Забывание, интервалы повторения (spaced repetition), стабильность памяти.
NASA-TLX — нагрузка
6 шкал когнитивной нагрузки: умственная, физическая, временнáя, производительность, усилия, фрустрация.
Модель внимания
Пропускная способность канала (Бродбент), двузадачное снижение, вигилантность.
Системы памяти: от сенсорной до долговременной
Многоуровневая модель памяти
Аткинсон и Шиффрин (1968) предложили трёхкомпонентную модель: сенсорный регистр (иконическая/эхоическая память, 250–2000 мс), кратковременная память (15–30 секунд, 7±2 элемента) и долговременная память (неограниченный объём и длительность).
- • Сенсорный регистр: иконическая (Сперлинг, 1960) и эхоическая память
- • Кратковременная память: 7±2 элемента (Миллер, 1956)
- • Рабочая память: 4 компонента (Бэддели, 2000)
- • Долговременная память: декларативная и процедурная (Сквайр, 1987)
Забывание и интервальное повторение
Кривая Эббингауза (1885) показывает экспоненциальное угасание следа памяти. Метод интервального повторения (spaced repetition) противодействует забыванию, увеличивая интервалы между повторениями по мере укрепления следа.
- • Система Лейтнера (1972): карточки с возрастающими интервалами
- • SuperMemo (Wozniak, 1985): алгоритмический подбор интервалов
- • Эффект тестирования: извлечение укрепляет память (Roediger, 2006)
- • Эффект распределения: distributed practice > massed practice
Внимание и принятие решений
Селективное внимание
Модель раннего отбора Бродбента (1958): фильтрация по физическим признакам. Модель аттенюатора Трейсман (1964): ослабление нерелевантного канала. Эффект коктейльной вечеринки (Cherry, 1953): обработка собственного имени даже в игнорируемом канале.
Принятие решений
Теория перспектив (Канеман и Тверски, 1979): люди оценивают потери сильнее, чем выигрыши равной величины. Ограниченная рациональность (Саймон, 1955): решения принимаются не оптимально, а «достаточно хорошо» (satisficing). Эвристики и когнитивные искажения.
Когнитивная нагрузка
Теория когнитивной нагрузки (Sweller, 1988) различает: внутреннюю нагрузку (сложность материала), внешнюю нагрузку (дизайн подачи) и сопутствующую нагрузку (полезное усилие). NASA-TLX — стандарт субъективной оценки нагрузки оператора.
Когнитивные модели в HCI и эргономике
Модели пользовательского поведения
Когнитивные модели — основа проектирования интерфейсов «человек–компьютер» (HCI). Модели GOMS (Card, Moran, Newell, 1983), KLM (Keystroke-Level Model) и ACT-R (Anderson, 1993) позволяют предсказывать время выполнения задач в интерфейсе.
- • Закон Хика: оптимальное число пунктов меню
- • Закон Фиттса: размер и расположение кнопок
- • Миллер: группировка контента (3–5 блоков)
- • KLM: оценка времени выполнения задачи
- • NASA-TLX: оценка перегрузки оператора
Когнитивная эргономика
Когнитивная эргономика применяет знания о восприятии, памяти и внимании для проектирования рабочих мест и систем. В авиации, медицине и диспетчерских когнитивная нагрузка критична для безопасности.
- • Авиация: перегрузка пилота — причина катастроф
- • Медицина: вигилантность хирурга, ошибки анестезиолога
- • Диспетчерские: контроль перегрузки (авиадиспетчер)
- • Вождение: двузадачность (телефон за рулём)
- • Образование: теория когнитивной нагрузки (Sweller)
Как использовать калькулятор когнитивной науки
Выберите нужную модель
Калькулятор содержит 6 вкладок: «Закон Хика» для расчёта времени реакции выбора, «Закон Фиттса» для оценки времени наведения на цель, «Память 7±2» для анализа рабочей памяти и чанкинга, «Забывание» для кривой Эббингауза и интервалов повторения, «NASA-TLX» для оценки когнитивной нагрузки и «Внимание» для расчёта пропускной способности и вигилантности.
Введите параметры задачи
Для закона Хика: введите число альтернатив (n) и параметры a, b. Для закона Фиттса: укажите расстояние до цели (A) и ширину цели (W). Для рабочей памяти: число элементов и размер чанка. Для кривой забывания: время после заучивания и стабильность памяти. Для NASA-TLX: оцените 6 шкал нагрузки. Для внимания: частоту стимулов и точность.
Проанализируйте результаты
Результаты отображаются с цветовой индикацией: зелёный — норма / оптимально, жёлтый — пограничное значение, красный — перегрузка или отклонение. Дополнительно выводятся таблицы сравнения, визуальные шкалы и практические рекомендации. Для Эббингауза — рекомендуемые интервалы повторения.
Применяйте в практике
Используйте результаты для оптимизации интерфейсов (Хик, Фиттс), планирования обучения (Эббингауз, Миллер), оценки нагрузки операторов (NASA-TLX) или анализа условий работы (модели внимания). Калькулятор полезен студентам когнитивной психологии, UX-дизайнерам, эргономистам и разработчикам обучающих систем.
Часто задаваемые вопросы
Лиана Арифметова
Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».