Животные с мозгами
Экспериментальная копипаста
Еще в начале нашего века немецкий исследователь Вольфганг Ке-лер провел считающиеся теперь классическими опыты с шимпанзе. Перед обезьянами ставилась конкретная задача - достать лакомство, находящееся в труднодоступном месте. В распоряжении животных было множество самых разных вспомогательных предметов. Комбинируя их, например скрепляя звенья и наращивая длину палки, можно было достичь успеха. Оказалось, что после долгих бесплодных попыток обезьяна находила ответ внезапно и уже после этого уверенно проделывала необходимые действия. Ученые назвали это «озарением» и стали четко отграничивать его от обычного, более распространенного (кстати, и среди людей) метода проб и ошибок, или, как говорят физиологи, научения.
Так что же такое «озарение» Уникальное свойство, присущее среди животных лишь человекообразным обезьянам Долгое время именно так и считали. И в экспериментах Келера приматы показали способность к сложной оценке ситуации - достаточно точно определили расстояние, размеры орудий, возможности их использования и т. д.
В середине 50-х годов Л. В. Крушинский с небольшой группой сотрудников поставил первые опыты по выявлению способности животных к так называемой экстраполяции направления движения. То есть способности определять, куда может переместиться предмет, который, начав движение, исчез из поля зрения. Так зародилось учение об элементарной рассудочной деятельности. Определение ее было впервые сформулировано в 1967 году как «способность улавливать простейшие эмпирические законы, связывающие предметы и явления окружающей среды, и возможность оперировать этими законами при построении программ поведения в новых ситуациях».
Условные рефлексы, как известно, можно выработать у любых зверей и птиц, причем существенных, принципиальных различий в скорости приобретения навыков у таких разных животных, как голубь и обезьяна, обнаружить не удалось. В то же время оценка элементарной рассудочной деятельности показывает, что эта способность тем выше, чем выше уровень эволюционного развития данного вида и чем сложнее устроен мозг.
Вспомним только что приведенное определение рассудочной деятельности. В нем говорится об «улавливании» законов, действующих в окружающем мире, и об учете их при «программировании» поведения. В чем заключалась новизна опытов Крушинского Вот схема ключевого эксперимента, очень важного для понимания его идеи.
В лаборатории устанавливаются непрозрачные экраны, между которыми оставлена вертикальная щель. Позади экранов, вправо и влево от щели, может перемещаться кормушка с пищей. Голодное подопытное животное (собака, кошка, ворона, утка, волк, лисица и др.) подходило к щели и, обнаружив за ней приманку, тянулось к кормушке. В этот момент она начинала двигаться в сторону, отъезжая все дальше и дальше и затем полностью исчезая из поля зрения зверя или птицы. Пища «убежала», и голод остался неутоленным. Но в памяти подопытного осталась информация о направлении движения кормушки. Если животное сможет построить дальнейший поиск на основе этой информации, понимая, что еду можно найти за экраном, что, скрывшись, она не исчезла совсем, то оно обойдет препятствие с той стороны, куда корм отодвинулся, и найдет пищу. Иными словами, полученной информации может оказаться достаточно, чтобы экстраполировать направление движения корма на невидимый отрезок пути.
Решение этой задачи с первого раза коренным образом отличается от более знакомого и понятного для нас процесса обучения. Ведь для того чтобы научиться, необходимо повторное, нередко многократное воспроизведение одной и той же ситуации. Вспомним, как подолгу надо дрессировать собак или кошек. Даже если условный рефлекс формируется быстро, все равно необходимо сначала создать человеку или животному какую-то ситуацию, где нужно определенным образом действовать, а уж затем провести тестирование - например, проверить, образовался ли навык при повторном испытании. В тесте на элементарную рассудочную деятельность (в нашем опыте- на способность к экстраполяции направления движения) решение задачи приходит с первого раза, без предварительного накопления опыта. Можно сказать, что в ходе обучения подопытное животное получает информацию о предметах, их свойствах, а затем уже об их взаимосвязи в пространстве и во времени. На основе же элементарной рассудочной деятельности «озарение» приходит сразу.
Разные виды животных с таким тестом справляются по-разному. Дельфины или, скажем, представители семейства псовых (собаки, лисицы, волки) решают задачу наиболее успешно - в 90 процентах случаев. Они почти не ошибаются, даже если их сбивать с толку дополнительными трудностями. Достаточно сообразительна и серая крыса-пасюк. А вот лабораторные (то есть уже сильно одомашненные) крысы и мыши решают тесты плохо. Количество правильных действий лишь ненамного превышает число ошибок, то есть случаев обхода экрана с той стороны, куда корм не перемещался. Таким образом, есть все основания считать, что эти животные выбирают направление случайно и такие задачи им не по силам. Экзаменовка птиц показала, что грачи, вороны, сороки не только способны решать задачу, но справляются с ней и при ее усложнении, подобно собакам и лисицам. Так что ворона недаром считается мудрой птицей.
Есть и другие, более сложные тесты на способность к элементарной рассудочной деятельности. Один из них - определение эмпирической размерности фигур.
Что же нового дали полученные Крушинским факты по сравнению с уже известными опытами В. Келе-ра, ведь способ действия его обезьян - это как раз и есть проявление элементарной рассудочной деятельности
Эксперименты советских биологов позволили провести количественную оценку умственных способностей разных животных, причем как внутри одного вида, так и между видами. Можно варьировать условия опыта, оценивая затем их относительное влияние на правильность выполнения теста, можно исследовать влияние возраста, жизненного опыта, фармакологических веществ, генетических особенностей. Словом, элементарная рассудочная деятельность стала предметом серьезнейших научных исследований, новым направлением в физиологии.
До недавнего времени научные и научно-популярные работы, посвященные «разуму животных», касались в основном способностей к усвоению навыков разной сложности, то есть форм научения. В лучшем случае их сопоставляли все с теми же опытами Келера. Более сложные эксперименты начали ставить на человекообразных обезьянах - оказалось, их даже можно научить общаться на языке глухонемых. Но это уже не просто навык. Способность к усвоению языка жестов, по мнению исследователей, и есть рассудочная деятельность. Такие опыты, однако, долгое время были возможны лишь на высших приматах.
Положение изменилось примерно с конца 70-х годов, с тех пор поток исследований познавательных способностей животных разных видов растет. Чаще всего анализируются их возможности ориентироваться в сложной среде, то есть их представления о пространстве. (Кстати, работы выдающегося , советского физиолога академика И. С. Бериташвили, проведенные еще в 30-х годах, также были посвящены этим вопросам.) Предмет исследований современных зарубежных физиологов соприкасается с тематикой работ Крушинского, хотя они, к сожалению, пока мало известны за пределами нашей страны. Начатые значительно раньше, научные поиски советского ученого дали метод количественной оценки рассудочной деятельности, обосновали возможность сопоставления этих способностей у животных разных видов, позволили раскрыть мозговые механизмы этой формы поведения. Таким образом, «озарение», описанное лишь как феномен в опытах Келера, оказалось присущим представителям нескольких классов позвоночных: рептилиям, птицам, млекопитающим.
Нельзя забывать также, что первая публикация Крушинского по этому вопросу появилась не 10 лет назад, а еще в 1958 году. Тогда ее оказалось возможным напечатать лишь в непрофильном для биологов сборнике «Проблемы кибернетики», выходившем под редакцией математика А. А. Ляпунова. Теперь можно смело сказать: в сравнении даже с современными зарубежными работами исследования Крушинского - это мощный рывок научной мысли, опередившей время.
Однако вернемся еще раз к опытам. Как уже говорилось, дикие крысы-пасюки решают задачу на экстраполяцию весьма успешно. Представители того же вида, белые лабораторные крысы, явно не справляются с заданием, и причина не в их очень слабом зрении, а именно в несообразительности - в нашем случае неспособности к улавливанию закономерности перемещения корма, уже невидимого животному. Точно так же лесные рыжие лисицы (как пойманные лисятами, так и родившиеся в неволе и прирученные с детства) справляются с самыми сложными вариантами задачи на экстраполяцию, в то время как почти одомашненные черно-серебристые лисицы, которых человек разводит в неволе уже столетия, оказались тугодумами. В условиях жизни в клетках законы естественного отбора на животных не действуют, звери ведут себя по-иному, и выживают потомки большинства особей, а не самых приспособленных, как это происходит в дикой природе. В обстановке, когда условия существования постоянно меняются, надо уметь своевременно и быстро реагировать на многочисленные опасности. Как оказалось, однако, чрезмерная «интеллектуальная нагрузка», возникающая при решении таких сложных для животных задач, может вызвать у них типичный невроз, столь распространенный среди людей. (Любопытно, что нервное перенапряжение снимается и у животных - скажем, простыми транквилизаторами, например, мепрабоматом.)
Степень развития рассудочной деятельности связана с общим уровнем эволюционного развития животного. Собака, естественно, оказывается сообразительнее кролика (хотя обучаются они одинаково быстро), а ворона превосходит курицу и голубя. Для млекопитающих данное явление можно объяснить достаточно просто.
Кора больших полушарий мозга - это средоточие высших его функций - у собак развита лучше, чем у тех же крыс и кроликов, отсюда понятны их разные интеллектуальные показатели. Как и следовало ожидать, хирургическое удаление передних отделов коры снижает сообразительность собак, что убедительно продемонстрировано опытами по экстраполяции.
Но вот вопрос: у птиц коры мозга, по сути дела, нет. Почему же тогда врановые птицы решают интеллектуальные задачи почти не хуже собак, а по некоторым тестам даже приближаются к обезьянам Причина - в структурах полушарий мозга: у ворон она намного сложнее, а сами полушария больше по объему, чем у голубя; нервные же клетки имеют более разветвленные отростки и соответственно число контактов. Таким образом, наличие слоистой коры - необязательное условие для проявления элементарной рассудочной деятельности у птиц. Важное значение имеет количество и многообразие контактов нервных клеток.
Морфологические, физиологические, генетические аспекты открытого Крушинским универсального явления (способности разных животных к решению элементарных логических задач) заставили задуматься и над более фундаментальной проблемой - о том, как осуществляется сам процесс правильного решения задач с первого их предъявления. В 1974 году в майском номере журнала «Природа» он опубликовал статью «О механизме рассудка», в которой первым изложил физиолого-генетическую гипотезу рассудочной деятельности. Это было еще одно смелое, даже дерзкое научное предположение. Скажем только, что первый ее пункт звучал для большинства физиологов просто непонятно. Речь шла о том, что решение логических задач обеспечивается согласованной работой целых ансамблей специализированных нейронов, отличающихся между собой разными активными группами генов. В наши дни, когда молекулярная биология уже подбирается к тайнам мозга, выделяет, клонирует и пересаживает гены, определяющие функции мозга, это предложение Крушинского, в общем-то, уже никого не удивляет. Но ведь идея была высказана почти 15 лет назад, когда генная инженерия делала первые шаги!
Монография Л. В. Крушинского, удостоенная в 1988 году Ленинской премии, подытожила многолетний огромный труд. В книге не только описание опытов, в которых,, по выражению автора, «экспериментатор общается с животными на языке здравого смысла». Это новый богатейший материал для ученых-естествоиспытателей самых разных направлений. Рассказать о научной монографии в небольшой статье трудно, почти невозможно, ведь в ней излагаются глубинные концепции об эволюции систем сообществ у животных, раскрывается, как понимание тонкостей взаимоотношений между членами групп животных с развитой рассудочной деятельностью может быть ключевым для их выживания. Эти вопросы крайне важны и для познания биологических закономерностей социального поведения человека.
Еще в начале нашего века немецкий исследователь Вольфганг Ке-лер провел считающиеся теперь классическими опыты с шимпанзе. Перед обезьянами ставилась конкретная задача - достать лакомство, находящееся в труднодоступном месте. В распоряжении животных было множество самых разных вспомогательных предметов. Комбинируя их, например скрепляя звенья и наращивая длину палки, можно было достичь успеха. Оказалось, что после долгих бесплодных попыток обезьяна находила ответ внезапно и уже после этого уверенно проделывала необходимые действия. Ученые назвали это «озарением» и стали четко отграничивать его от обычного, более распространенного (кстати, и среди людей) метода проб и ошибок, или, как говорят физиологи, научения.
Так что же такое «озарение» Уникальное свойство, присущее среди животных лишь человекообразным обезьянам Долгое время именно так и считали. И в экспериментах Келера приматы показали способность к сложной оценке ситуации - достаточно точно определили расстояние, размеры орудий, возможности их использования и т. д.
В середине 50-х годов Л. В. Крушинский с небольшой группой сотрудников поставил первые опыты по выявлению способности животных к так называемой экстраполяции направления движения. То есть способности определять, куда может переместиться предмет, который, начав движение, исчез из поля зрения. Так зародилось учение об элементарной рассудочной деятельности. Определение ее было впервые сформулировано в 1967 году как «способность улавливать простейшие эмпирические законы, связывающие предметы и явления окружающей среды, и возможность оперировать этими законами при построении программ поведения в новых ситуациях».
Условные рефлексы, как известно, можно выработать у любых зверей и птиц, причем существенных, принципиальных различий в скорости приобретения навыков у таких разных животных, как голубь и обезьяна, обнаружить не удалось. В то же время оценка элементарной рассудочной деятельности показывает, что эта способность тем выше, чем выше уровень эволюционного развития данного вида и чем сложнее устроен мозг.
Вспомним только что приведенное определение рассудочной деятельности. В нем говорится об «улавливании» законов, действующих в окружающем мире, и об учете их при «программировании» поведения. В чем заключалась новизна опытов Крушинского Вот схема ключевого эксперимента, очень важного для понимания его идеи.
В лаборатории устанавливаются непрозрачные экраны, между которыми оставлена вертикальная щель. Позади экранов, вправо и влево от щели, может перемещаться кормушка с пищей. Голодное подопытное животное (собака, кошка, ворона, утка, волк, лисица и др.) подходило к щели и, обнаружив за ней приманку, тянулось к кормушке. В этот момент она начинала двигаться в сторону, отъезжая все дальше и дальше и затем полностью исчезая из поля зрения зверя или птицы. Пища «убежала», и голод остался неутоленным. Но в памяти подопытного осталась информация о направлении движения кормушки. Если животное сможет построить дальнейший поиск на основе этой информации, понимая, что еду можно найти за экраном, что, скрывшись, она не исчезла совсем, то оно обойдет препятствие с той стороны, куда корм отодвинулся, и найдет пищу. Иными словами, полученной информации может оказаться достаточно, чтобы экстраполировать направление движения корма на невидимый отрезок пути.
Решение этой задачи с первого раза коренным образом отличается от более знакомого и понятного для нас процесса обучения. Ведь для того чтобы научиться, необходимо повторное, нередко многократное воспроизведение одной и той же ситуации. Вспомним, как подолгу надо дрессировать собак или кошек. Даже если условный рефлекс формируется быстро, все равно необходимо сначала создать человеку или животному какую-то ситуацию, где нужно определенным образом действовать, а уж затем провести тестирование - например, проверить, образовался ли навык при повторном испытании. В тесте на элементарную рассудочную деятельность (в нашем опыте- на способность к экстраполяции направления движения) решение задачи приходит с первого раза, без предварительного накопления опыта. Можно сказать, что в ходе обучения подопытное животное получает информацию о предметах, их свойствах, а затем уже об их взаимосвязи в пространстве и во времени. На основе же элементарной рассудочной деятельности «озарение» приходит сразу.
Разные виды животных с таким тестом справляются по-разному. Дельфины или, скажем, представители семейства псовых (собаки, лисицы, волки) решают задачу наиболее успешно - в 90 процентах случаев. Они почти не ошибаются, даже если их сбивать с толку дополнительными трудностями. Достаточно сообразительна и серая крыса-пасюк. А вот лабораторные (то есть уже сильно одомашненные) крысы и мыши решают тесты плохо. Количество правильных действий лишь ненамного превышает число ошибок, то есть случаев обхода экрана с той стороны, куда корм не перемещался. Таким образом, есть все основания считать, что эти животные выбирают направление случайно и такие задачи им не по силам. Экзаменовка птиц показала, что грачи, вороны, сороки не только способны решать задачу, но справляются с ней и при ее усложнении, подобно собакам и лисицам. Так что ворона недаром считается мудрой птицей.
Есть и другие, более сложные тесты на способность к элементарной рассудочной деятельности. Один из них - определение эмпирической размерности фигур.
Что же нового дали полученные Крушинским факты по сравнению с уже известными опытами В. Келе-ра, ведь способ действия его обезьян - это как раз и есть проявление элементарной рассудочной деятельности
Эксперименты советских биологов позволили провести количественную оценку умственных способностей разных животных, причем как внутри одного вида, так и между видами. Можно варьировать условия опыта, оценивая затем их относительное влияние на правильность выполнения теста, можно исследовать влияние возраста, жизненного опыта, фармакологических веществ, генетических особенностей. Словом, элементарная рассудочная деятельность стала предметом серьезнейших научных исследований, новым направлением в физиологии.
До недавнего времени научные и научно-популярные работы, посвященные «разуму животных», касались в основном способностей к усвоению навыков разной сложности, то есть форм научения. В лучшем случае их сопоставляли все с теми же опытами Келера. Более сложные эксперименты начали ставить на человекообразных обезьянах - оказалось, их даже можно научить общаться на языке глухонемых. Но это уже не просто навык. Способность к усвоению языка жестов, по мнению исследователей, и есть рассудочная деятельность. Такие опыты, однако, долгое время были возможны лишь на высших приматах.
Положение изменилось примерно с конца 70-х годов, с тех пор поток исследований познавательных способностей животных разных видов растет. Чаще всего анализируются их возможности ориентироваться в сложной среде, то есть их представления о пространстве. (Кстати, работы выдающегося , советского физиолога академика И. С. Бериташвили, проведенные еще в 30-х годах, также были посвящены этим вопросам.) Предмет исследований современных зарубежных физиологов соприкасается с тематикой работ Крушинского, хотя они, к сожалению, пока мало известны за пределами нашей страны. Начатые значительно раньше, научные поиски советского ученого дали метод количественной оценки рассудочной деятельности, обосновали возможность сопоставления этих способностей у животных разных видов, позволили раскрыть мозговые механизмы этой формы поведения. Таким образом, «озарение», описанное лишь как феномен в опытах Келера, оказалось присущим представителям нескольких классов позвоночных: рептилиям, птицам, млекопитающим.
Нельзя забывать также, что первая публикация Крушинского по этому вопросу появилась не 10 лет назад, а еще в 1958 году. Тогда ее оказалось возможным напечатать лишь в непрофильном для биологов сборнике «Проблемы кибернетики», выходившем под редакцией математика А. А. Ляпунова. Теперь можно смело сказать: в сравнении даже с современными зарубежными работами исследования Крушинского - это мощный рывок научной мысли, опередившей время.
Однако вернемся еще раз к опытам. Как уже говорилось, дикие крысы-пасюки решают задачу на экстраполяцию весьма успешно. Представители того же вида, белые лабораторные крысы, явно не справляются с заданием, и причина не в их очень слабом зрении, а именно в несообразительности - в нашем случае неспособности к улавливанию закономерности перемещения корма, уже невидимого животному. Точно так же лесные рыжие лисицы (как пойманные лисятами, так и родившиеся в неволе и прирученные с детства) справляются с самыми сложными вариантами задачи на экстраполяцию, в то время как почти одомашненные черно-серебристые лисицы, которых человек разводит в неволе уже столетия, оказались тугодумами. В условиях жизни в клетках законы естественного отбора на животных не действуют, звери ведут себя по-иному, и выживают потомки большинства особей, а не самых приспособленных, как это происходит в дикой природе. В обстановке, когда условия существования постоянно меняются, надо уметь своевременно и быстро реагировать на многочисленные опасности. Как оказалось, однако, чрезмерная «интеллектуальная нагрузка», возникающая при решении таких сложных для животных задач, может вызвать у них типичный невроз, столь распространенный среди людей. (Любопытно, что нервное перенапряжение снимается и у животных - скажем, простыми транквилизаторами, например, мепрабоматом.)
Степень развития рассудочной деятельности связана с общим уровнем эволюционного развития животного. Собака, естественно, оказывается сообразительнее кролика (хотя обучаются они одинаково быстро), а ворона превосходит курицу и голубя. Для млекопитающих данное явление можно объяснить достаточно просто.
Кора больших полушарий мозга - это средоточие высших его функций - у собак развита лучше, чем у тех же крыс и кроликов, отсюда понятны их разные интеллектуальные показатели. Как и следовало ожидать, хирургическое удаление передних отделов коры снижает сообразительность собак, что убедительно продемонстрировано опытами по экстраполяции.
Но вот вопрос: у птиц коры мозга, по сути дела, нет. Почему же тогда врановые птицы решают интеллектуальные задачи почти не хуже собак, а по некоторым тестам даже приближаются к обезьянам Причина - в структурах полушарий мозга: у ворон она намного сложнее, а сами полушария больше по объему, чем у голубя; нервные же клетки имеют более разветвленные отростки и соответственно число контактов. Таким образом, наличие слоистой коры - необязательное условие для проявления элементарной рассудочной деятельности у птиц. Важное значение имеет количество и многообразие контактов нервных клеток.
Морфологические, физиологические, генетические аспекты открытого Крушинским универсального явления (способности разных животных к решению элементарных логических задач) заставили задуматься и над более фундаментальной проблемой - о том, как осуществляется сам процесс правильного решения задач с первого их предъявления. В 1974 году в майском номере журнала «Природа» он опубликовал статью «О механизме рассудка», в которой первым изложил физиолого-генетическую гипотезу рассудочной деятельности. Это было еще одно смелое, даже дерзкое научное предположение. Скажем только, что первый ее пункт звучал для большинства физиологов просто непонятно. Речь шла о том, что решение логических задач обеспечивается согласованной работой целых ансамблей специализированных нейронов, отличающихся между собой разными активными группами генов. В наши дни, когда молекулярная биология уже подбирается к тайнам мозга, выделяет, клонирует и пересаживает гены, определяющие функции мозга, это предложение Крушинского, в общем-то, уже никого не удивляет. Но ведь идея была высказана почти 15 лет назад, когда генная инженерия делала первые шаги!
Монография Л. В. Крушинского, удостоенная в 1988 году Ленинской премии, подытожила многолетний огромный труд. В книге не только описание опытов, в которых,, по выражению автора, «экспериментатор общается с животными на языке здравого смысла». Это новый богатейший материал для ученых-естествоиспытателей самых разных направлений. Рассказать о научной монографии в небольшой статье трудно, почти невозможно, ведь в ней излагаются глубинные концепции об эволюции систем сообществ у животных, раскрывается, как понимание тонкостей взаимоотношений между членами групп животных с развитой рассудочной деятельностью может быть ключевым для их выживания. Эти вопросы крайне важны и для познания биологических закономерностей социального поведения человека.