200‑летие со дня рождения Франциска Дондерса
В этом году Институт Дондерса отмечает 200‑й юбилей Франциска Дондерса, основателя когнитивных исследований мозга. В честь этой даты языковой психолог Арди Роелофс повторил знаменитый эксперимент, проведённый Дондерсом более полувека назад, и показал, что мыслительные процессы требуют измеримого времени. Для эксперимента он использовал оригинальные списки стимулов из архива Музея Университета Утрехта.
«Наконец‑то у меня появилась хорошая причина погрузиться в историю Дондерса в рабочее время», – рассказывает Роелофс, профессор языка и внимания в Радбоу Университете, а также сотрудник Института Дондерса. Институт в Неймегене, названный в честь врача‑физиолога, родившегося в Тилбурге в 1818 г., известен исследованиями зрения, но Дондерс также стоял у истоков тогда ещё неразвитой области — когнитивной нейронауки.
«Тогда считалось, что скорость нервного импульса превышает скорость света и её невозможно измерить, как и скорость мышления», – объясняет Роелофс. «Но друг Дондерса, Герман фон Гельмгольц, в 1850 г. опроверг эту догму». Гельмгольц отрубил лягушачью лапу, подключил её к электрической цепи и измерял, как быстро мышца сокращается при стимуляции нерва на разных расстояниях, получив скорость нервного сигнала около 30 м/с.
В то время отрезать лапу для эксперимента в человеке было этически недопустимо, поэтому Гельмгольц применил менее инвазивный метод: электрический импульс подавался в разных точках ноги, а испытуемые должны были как можно быстрее нажать кнопку. По разнице во времени реакции можно было оценить скорость нервного импульса. По словам Роелофса, «Гельмгольц обнаружил большую вариативность между людьми, что, по его мнению, объяснялось «трудным мозгом». Дондерс заметил, что сигнал проходит через мозг, и провёл серию экспериментов со своей дочерью Марией, после чего придумал более точный метод, имя которого ныне украшает фасад института».
Эксперимент «Размышление занимает время»
В оригинальном эксперименте испытуемый выполнял три почти одинаковых задания.
- Задание A: звучит слог «ки», испытуемый должен немедленно его повторить.
- Задание B: звучит один из пяти слогов «ка, ке, ки, ко, ку», и требуется их все повторять без различия.
- Задание C: звучит тот же набор слогов, но повторять нужно только «ки». Здесь мозг уже готов к артикуляции, но испытуемый должен внимательно различать, какой слог произнести.
Дондерс измерил времена реакций и вычел их друг из друга, чтобы оценить длительность «дополнительного мыслительного шага». Различение звуков (A → C) заняло около 36 мс, а выбор правильной артикуляционной программы (B → C) — примерно 47 мс. Как отметил Роелофс, «это первое доказательство того, что умственные процессы требуют измеримого времени».
Как фиксировались времена реакций
Для измерений Дондерс использовал фонограф Леона Скотта де Мартинвиля — устройство, записывающее звуковые волны на смоляной бумаге, вращающейся на цилиндре. Датой измерения служила чистая нота, создаваемая звуковым генератором, что позволяло фиксировать интервалы с точностью до миллисекунд.
Позже такой «ноематахограф», как его назвали, попал в Музей Университета Утрехта и был выставлен в Анатомическом музее Радбоудского медицинского центра в рамках юбилея.
Новые находки в архивах
В архиве музея хранятся оригинальные рукописные листы‑стимулы Дондерса. На них указаны слоги, использованные в разных задачах, и результаты измерений. По словам Роелофса, «например, 21 августа 1865 г. Дондерс совместно со студентами Хамером и Старком завершил девять списков, меняя роли в эксперименте, но публиковал только свои собственные времена реакций».
Исторический параллелизм
Анализируя листы студентов, Роелофс обнаружил, что у них разница между заданиями B и C была почти незначительна, в отличие от Дондерса. Это напомнило ему замечание Вильгельма Вундта о задаче «Go/Don’t Go»: помимо различения звука, требуется решить, произносить его или нет, что тоже занимает время.
Чтобы проверить гипотезу, Роелофс вместе с дочерью Стерре воспроизвел листы, измерил свои реакции и обнаружил тот же паттерн, лишь с небольшими отклонениями в пользу более медленного выполнения «Go/Don’t Go».
Моделирование дополнительного шага
С помощью вычислительной модели производства речи, разрабатываемой совместно с Макс‑Планковским институтом, он включил в процесс этап «решить, говорить или нет». Модель воспроизводила как классический паттерн Дондерса, так и паттерн его студентов, подтверждая идею Вундта о дополнительном мыслительном шаге.
Значение имени Дондерса
Питер Хагоорт, директор Института Дондерса, отмечает, что название института должно ассоциироваться с нейронаукой во всём мире. Повторный эксперимент Роелофса замкнул исторический круг, показав, что методы Дондерса до сих пор актуальны.
