Борис Сергеев - От амёбы до гориллы, или Как мозг учился думать
Для пернатых артистов существуют специальные приемы тренировки. Сначала дрессировщик садится рядом с голубем, берет в зубы свисток и четыре-пять раз в минуту подает сигнал, каждый раз давая после него ученику пшеничное зернышко. Процедура не сложная, голубь быстро запомнит, что вслед за свистком немедленно появляется корм. Однако тренер не торопится и повторяет уроки, пока голубь не научится по свистку бросать все дела и спешить за угощением. Теперь можно приступать к тренировке на арене. Дрессировщик усаживается внизу, а ассистент несет голубя наверх. Когда ученик, немного полетав, спускается вниз, его каждый раз возвращают под купол, пока он в конце концов не перевернется. Тогда немедленно раздается знакомый свисток, и проголодавшаяся птица сломя голову летит за вознаграждением. Тренировка продолжается до тех пор, пока голубь не заметит, что свисток звучит, только когда он перекувыркивается в воздухе, и теперь при каждом полете выполняет эту фигуру. Однако на следующих уроках свисток звучит, только когда птица кувыркается над ареной или недалеко от нее, затем только в том случае, если фигура выполнена над центром арены. В следующий раз дрессировщик садится в дверях, и голубь летит за кормом туда. Еще несколько подобных уроков, и воздушный акробат готов для выступления — у него образовался условный рефлекс второго порядка. При прохождении курса «среднего образования» родители и другие учителя молодых несмышленых животных широко используют метод образования у учеников условных рефлексов второго порядка. Этот «педагогический» прием обеспечивает усвоение молодыми животными обязательных программ обучения. Умение образовывать условный рефлекс второго порядка — важное приобретение мозга. Позволяя животным обучаться «заочно», оно значительно упростило педагогический процесс и обеспечивает значительное увеличение объема приобретаемых животными знаний.
Клевать или нет?Мы уже имели возможность убедиться, что низшие животные прекрасно осведомлены, какой пищей им следует питаться. Детеныши высших животных такими талантами не наделены. Им приходится учиться по внешнему виду отличать вкусную и полезную пищу от вещей несъедобных или ядовитых. А теперь попробуем разобраться, нужно ли учиться узнавать предметы, отличать шарик от кубика, длинную палочку от короткой, красный цвет от зеленого. И как животные учатся на глаз определять расстояние до заинтересовавших их предметов. Для выяснения этого вопроса лучше всего подходят только что вылупившиеся из яйца цыплята. С одной стороны, эти желторотики — вполне самостоятельные существа, а значит, годятся для серьезного исследования. С другой стороны — ученые могут быть уверены, что, находясь в яйце, за стенкой из непрозрачной скорлупы, они не могли тренировать свое зрение. Значит, цыплята или должны появляться на свет с умением «узнавать» предметы, или можно будет понаблюдать, как они этому учатся. Только что выклюнувшийся в инкубаторе цыпленок, едва успев обсохнуть и согреться, начинает клевать мелко нарубленный яичный желток. Если за малышом понаблюдать внимательно, можно заметить, что новорожденный делает это далеко не идеально. Иногда он промахивается, а в тех случаях, когда попадает в желток, ему не всегда удается подхватить порцию пищи. В общем, цыплята справляются со своей работой не лучшим образом. Но, если вспомнить, как трудно и долго учатся пользоваться ложкой человеческие детеныши, становится совершенно очевидно, что способность клевать у цыплят врожденная. Ну хорошо, клевать цыплята умеют от рождения; но могут ли по внешнему виду отличить кусочек желтка, крошки хлеба от песчинок и других несъедобных предметов? Ученые решили выяснить, как птенцы решают, что годится в пищу, а что клевать не стоит. Сотню инкубаторных цыплят выпустили на манеж, на стенках которого были нарисованы четыре картинки: кружок, овал, пирамидка и звездочка. В стенки манежа были встроены специальные чувствительные датчики. Когда цыпленок клевал картинку, датчик посылал электрический сигнал, а счетчик, спрятанный за стенкой, подсчитывал число клевков. Голодные цыплята не заставили себя просить, они действительно клевали картинки, однако относились к ним избирательно. Некоторые картинки их привлекали особенно сильно, а другие они клевали лишь изредка. Каждый желторотик клюнул овал и кружочек по двести — триста раз, в то время как пирамидку и звездочку — всего двадцать — двадцать пять раз! Значит, малыши действительно знают заранее, какую форму должна иметь пища. Еще отчетливее способность различать форму предметов выявилась, когда картинки заменили маленькими фигурками: шариком, эллипсоидом, пирамидкой и звездочкой. Эту колючку малыши предпочитали вообще не трогать!
Ученые называют зрение дистантным видом органов чувств. Чтобы определить с помощью осязания, что за предмет находится у нас в кармане, его необходимо взять в руку, ощупать, то есть вступить с ним в непосредственный контакт. Чтобы почувствовать вкус, пищу нужно положить себе на язык. А зрение позволяет нам узнавать предметы, находясь от них иногда на значительном расстоянии. Преимущества зрения этим не исчерпываются. Оно позволяет нам тем же бесконтактным способом определять местоположение в пространстве любого интересующего нас предмета и оценивать расстояние до него. Еще недавно считали, что умению определять расстояние на глаз нужно учиться. Предполагали, что, когда ребенок тянет руку к заинтересовавшему его предмету или бежит через комнату, чтобы им завладеть, зрительные впечатления сравниваются с мышечными ощущениями в протянутой руке или в мышцах ног, отмеряющих шагами ширину комнаты. Ученые были уверены, что только постоянные упражнения приводят к тому, что маленький человек в конце концов научится точно определять на глаз любое расстояние. Долго не удавалось придумать эксперимент, чтобы проверить это предположение. Помогли крысы. Новорожденных крысят сто дней выращивали без света. Им разрешали бегать, лазать, резвиться, но в полной темноте. Детеныши других животных темноту переносят с трудом. Без света рецепторы глаз и зрительные системы мозга развиваются плохо. Выращенные в темноте животные на всю жизнь остаются подслеповатыми. Но для крысят отсутствие света не опасно. Они и в естественных условиях первые месяцы жизни проводят в глубоких норах, в подземельях, в других укрытиях, куда свет не проникает. Крысенка, как и любое другое животное, не спросишь, что он видит. Об этом можно судить только по его поведению. Как и другие грызуны, крысята появляются на свет слепыми и совсем беспомощными. К тому времени, когда у них откроются глаза, они еще и ползать толком не способны. По поведению такого беспомощного существа невозможно понять, правильно он оценивает расстояние или делать это еще не умеет. Вот почему опыт решено было провести на вполне развитых стодневных животных. А чтобы они не могли за это время научиться зрительной оценке расстояний, их с рождения выдерживали в темноте. Эксперименты преследовали цель — выяснить, способны ли животные совершать прицельные прыжки. Молодых крыс, впервые оказавшихся в освещенном помещении, сажали на небольшую платформу. На расстоянии двух-трех сантиметров от нее находилась другая платформа, где крысу ждала вкусно пахнувшая пища. Животные без труда перепрыгивали с платформы на платформу и каждый раз получали за это вознаграждение. Убедившись, что крысы поняли задание, ученые раздвинули платформы на значительное расстояние и снимали на кинопленку поведение животных. Кинокадры подтвердили, что прыжки крысят оставались точными. Ни одно животное не промахнулось, не свалилось на пол, не шлепнулось в центре платформы, где лежало угощение, и не повисло на ее краю. Это означало, что крысы точно оценивали расстояние между платформами и правильно соизмеряли свои усилия, чтобы осуществить прицельный прыжок. И все это они сумели сделать с первого раза без предварительной тренировки. Один эксперимент не делает погоды. Обычно в процессе исследования используют разные методы и разных животных. Очень интересные результаты были получены в опытах с цыплятами. Их не приходится неделями выдерживать в темноте, дожидаясь, пока они подрастут и возмужают, что очень удобно. Схватить с пола зернышко можно, лишь подойдя к нему на определенное расстояние, а затем точно соразмерив движение головы и шеи, иначе неизбежен промах. Наблюдения говорили о том, что и у цыплят способность определять расстояние — врожденная. Правда, оставались некоторые сомнения, а вдруг цыплята невероятно способные ученики, схватывающие все на лету и уже через несколько минут овладевающие умением определять расстояние на глаз, а нам кажется, будто эта способность у них врожденная. Чтобы разобраться в этом вопросе, большой партии цыплят надели очки, в которых все предметы должны были казаться ближе. Зернышко, лежащее в пяти — семи сантиметрах от цыпленка, они должны были видеть на полтора-два сантиметра ближе. Другой партии надели очки, удаляющие изображение. В них зерно, лежащее у ног, должно было казаться на полтора-два сантиметра дальше. Выпущенные на манеж, где был рассыпан корм, цыплята принялись клевать. Однако усилия пропадали даром. Никому из них не удалось схватить ни хлебной крошки, ни просяного зерна. Клювики цыплят первой партии стукали перед лежащими на полу зернами, а малышей второй группы — позади них. Ничего неожиданного здесь не было. Удивительным было другое: и через день, и через три, и через неделю «очкарики» не научились правильно определять расстояние и склевывать норм. Если бы цыплят не кормили искусственно, они умерли бы с голоду, так ничему и не научившись. Этот эксперимент показал, что умение точно оценивать расстояние у цыплят врожденное, не требует усовершенствования и не поддается никакой коррекции. В отличие от цыплят человек легко привыкает к таким искажающим очкам и уже через полчаса перестает ошибаться. Аналогичные результаты были получены еще в одном эксперименте. Давно известно, что молодые животные боятся высоты, а раз боятся, значит, умеют, хотя бы приблизительно, оценить расстояние до земли. Реакцию новорожденных животных изучали в специальном манеже. Он представляет собою большой лист толстого стекла, легко выдерживающий тяжесть животного, укрепленный в горизонтальном положении на высоте одного-полутора метров от пола. Поперек стекла стелится узкий коврик, образующий дорожку, на которую помещают подопытных животных. С одной стороны от дорожки снизу на стекло рисунком вверх наклеиваются обои. Со стороны кажется, что эта половина стекла лежит на чем-то твердом. С другой стороны дорожки обои наклеивали прямо на пол. Взрослому человеку совершенно ясно, что здесь стекло нависает над небольшой пропастью глубиною в один-полтора метра. С помощью стеклянного манежа изучили поведение молодых птиц, зверят и даже детей, еще не научившихся ходить. Оказалось, что цыплята, крысята, котята, ягнята, львята, тигрята, детеныши ягуара, снежного барса, различных обезьян, щенки гиен, слонята, а также младенцы сходят (или сползают) с дорожки только в «мелкую» сторону, а на «глубокую» забредать избегают. Значит, они верно оценивают расстояние до пола, а инстинкт им подсказывает, что падение с такой высоты приятных ощущений не доставит. Даже трехдневные детеныши обезьян явно испытывали волнение, когда экспериментаторы их помещали прямо на стекло с «глубокой» стороны манежа. Только водяные черепахи и утки не боялись высоты, да это и неудивительно. Иначе они не решались бы с берега войти в прозрачную воду. Многочисленные эксперименты, выполненные на самых различных животных, убедили ученых, что основные зрительные реакции, из которых складывается умение видеть окружающий мир таким, каков он есть, в действительности врожденны как для животных, так и для человека. Причем низшие животные, как и цыплята, не могут путем обучения внести изменение в свои зрительные ощущения. Головастики наших северных лягушек — вегетарианцы. Однако расставшись с хвостом и выйдя на берег маленькими лягушатами, они без всякой подготовки становятся хищниками. Способы охоты и охотничье «оружие» у всех одинаково. Это язык. Снаряд не слишком дальнобойный, но зато весьма удобный. Лягушки, увидев подходящую дичь, выстреливают в нее своим языком. Он вылетает изо рта с такой скоростью, что увидеть это человеческим глазом невозможно, приклеивается к добыче и почти так же быстро втягивается обратно в рот. Чтобы стрелять из «лягушачьего ружья», как и из любого другого, нужно обладать хорошим глазомером. Юные лягушата нигде не учатся охотничьим приемам. С первых дней жизни на берегу они успешно добывают дичь и от голода, как правило, не страдают. Глаз у лягушки, как и у других позвоночных животных, устроен так, что изображение летящей над головой мухи попадает на зрительные рецепторы его нижней части. Мозг, анализируя полученную информацию, «понимает», что предмет, чье изображение оказалось на этом участке сетчатки, может находиться только над головой, и дает команду выстрелить туда языком. Напротив, изображение червяка, ползущего по земле перед животным, попадет на рецепторы верхней части глаза. Мозг, анализируя эту информацию, знает, что предмет должен находиться внизу, и язык выстреливает именно туда. Ученым захотелось узнать, может ли мозг лягушки перестроиться, будет ли способен научиться по-новому оценивать информацию, поступающую от глаз. Лягушку трудно научить пользоваться очками. Поэтому вместо того чтобы оснастить ее глаза призмами, переворачивающими изображение, лягушек прооперировали. Каждый глаз повернули в орбите на 180° и в таком положении подшили. Вполне понятно, что лягушки теперь неправильно оценивали информацию и при виде летящей над головой мухи упорно стреляли языком вниз, а при виде ползущего по земле червяка — вверх. Удивительным было то, что и через год и через пять лет лягушки так и не смогли научиться пользоваться своими перевернутыми глазами. Для человека внесение подобных искажений в процесс зрительного восприятия не опасно. Человеку можно надеть такие очки, что весь мир он увидит вверх ногами. Впервые их рискнул испытать на себе английский психолог Д. Стрэттон. В течение всего эксперимента он носил очки, не снимая. Сначала Стрэттон видел все в перевернутом виде, и жизнь была невыносимой. Ученый шагу не мог ступить, пройти по комнате, не наткнувшись на мебель, не опрокинув что-нибудь по дороге. Но уже к вечеру второго дня он начал лучше ориентироваться. На четвертый день зрение стало переучиваться, хотя временами он еще видел окружающее неправильно. На пятый день ученый уже мог гулять в саду, а на седьмой любоваться красивыми пейзажами. После нескольких дней ношения очков эффект переворачивания исчез и мир стал выглядеть как прежде. Эффект переучивания оказался настолько полным, что очки не мешали пользоваться автомобилем, ездить на велосипеде, играть в теннис. Видимо, никто из животных привыкнуть к переворачивающим очкам не в состоянии. Цыплята не научились правильно воспринимать расположение окружающих предметов даже после месячного ношения очков. А они всего на 7° сдвигали изображение в сторону. Только обезьяны приспосабливались к жизни в перевернутых очках, но при этом теряли свою обычную жизнерадостность. Видимо, переучивание у них никогда не бывает полным. Значит, учиться видеть не нужно. И для животных, и для человека эта способность является врожденной. Но только человек путем тренировки может научиться правильно воспринимать мир, если глаза начнут посылать в мозг искаженную информацию. Зрение для человека является ведущей системой сбора информации. С его помощью мозг учится правильно понимать информацию других органов чувств. О ведущей роли зрения поведал оригинальный эксперимент. В маленькой камере, стоящей на столе, дно затянуто непрозрачной материей. В центре на материю помещают металлический диск диаметром три сантиметра. В камеру можно заглянуть только через уменьшающую линзу, и благодаря этому диск кажется значительно меньше, чем на самом деле. Испытуемому позволяют оценить размер диска на ощупь, исследуя его рукой снизу через ткань дна камеры. И вот что странно: ни у кого из испытуемых величина диска не вызвала недоумения. При ощупывании рукой все воспринимали его таким же маленьким, каким он казался через уменьшающую линзу. В другом эксперименте в камеру помещали металлический квадрат, а уменьшающую линзу заменили цилиндрическим оптическим устройством, благодаря чему квадрат казался испытуемому длинным прямоугольником. И в этом случае ощупывание квадрата рукой не изменило оценки: он воспринимался как продолговатый прямоугольник. Оказывается, когда различные органы чувств снабжают нас противоречивой информацией, мы верим показаниям зрения. Не это ли свойство нашего мозга мы невольно подчеркиваем, когда говорим, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Зрение настолько доминирует над остальными органами чувств, что с его помощью нетрудно переучить осязание. Для этого испытуемому дают возможность в течение тридцати минут смотреть через уменьшающую линзу на квадраты различной величины и ощупывать их рукой через ткань. За полчаса рука и мозг привыкают воспринимать металлические фигурки значительно более мелкими, чем они есть на самом деле. Затем испытуемому показывают образец и просят на ощупь, не глядя на них, найти квадраты такой же величины. Обычно отобранными оказываются более крупные фигуры, чем использованный эталон. Даже у человека зрение с первых дней нашей жизни является главным поставщиком информации об окружающем мире, и мозгу не приходится учиться ее понимать. Новорожденным детям от семи дней и старше с помощью специального проектора так показывали различные картины, что изображение предметов повисало в пространстве между ребенком и экраном, где в действительности ничего не было. Обычно малыши тянулись к предмету, пытались его схватить и обнаруживали явные признаки неудовольствия, когда им это не удавалось. В других случаях вместо изображения предмета малышу показывали изображение чего-то текучего, неопределенного, какой-то цветной водопад. В этих случаях дети хотя и тянулись к изображению, но попытки схватить его не проявляли. Они демонстрировали ученым разное отношение к увиденным предметам, способность на глаз, без предварительного обучения, отличать телесно весомые, осязаемые вещи от чего-то такого, что в руки взять нельзя. Головастики, цыплята, крысы, а затем и дети убедили ученых, что мозгу нет необходимости учиться воспринимать зрительную информацию. Эти способности и животным, и людям передаются по наследству. Напротив, пользоваться осязанием без предварительного обучения невозможно. Почему такая разница? Очень просто! Глаз — древнее приобретение. Способность воспринимать свет возникла еще у одноклеточных животных. За миллионы лет эволюции умение анализировать зрительную информацию прочно закрепилось за мозгом и теперь передается от родителей к детям по наследству. А рука возникла совсем недавно. До человека ею владели лишь обезьяны. Лошадиным копытом и даже собачьей лапой предмет не ощупаешь. Строгие правила обработки осязательной информации еще окончательно не сложились, и мозгу каждого индивидуума этому приходится обучаться персонально.
