МЫШЛЕНИЕ. Основные подходы к формулированию понятия

Глава 1

Основные подходы к формулированию понятия

мышления

В качестве отправной точки для формулирования сущности мышления можно принять определение, данное в XVIII в. философами-сенсуалистами (от лат. sensus — чувство): «Nihil est in intellects, quod non prius fuerit in sens» («Нет ничего в разуме, чего не было бы раньше в ощущениях»). Сегодня ясно, что в число компонент мышления кроме ощущений входят такие сложные функции, как восприятие, внимание, узнавание и интерпретация, формирование понятий, целеполагание и планирование, принятие решений, способности к дедукции, индукции, проведению сравнений, аналогий и многое другое.

Дать достаточно полное определение мышления не легко. Степень этой трудности в каком-то смысле отражает известная фраза американского психолога Э. Торндайка, высказанная им еще в 20—30-е гг. нашего века: «Интеллект — это то, чем Платон, Аристотель и Фукидид отличались от афинских идиотов своего времени».

Граница между мышлением и восприятием весьма размыта, или, другими словами, мышление действительно вырастает из процессов восприятия и узнавания (рис. 14). Недаром Герман фон Гельмгольц, немецкий физик, физиолог и психолог середины XIX века, говорил о восприятии как о «бессознательном умозаключении». В чем же заключаются различия процессов восприятия и мышления (если рассматривать эти процессы в «чистом» виде вне зоны размытой границы)? В качестве примера рассмотрим разницу в сущности зрительных и мыслительных понятий.

Рис. 14. Граница между восприятием и мышлением весьма размыта

В обоих случаях под понятием мы подразумеваем некоторую упорядоченную иерархическую систему признаков (характеристик, атрибутов, элементов или других понятий) и правил, связывающих эти признаки. Разница же заключается в типах признаков и правил связи. В восприятии, в частности, в зрительном восприятии, признаками являются параметры фрагментов изображений, а правилами — характеристики взаимных отношений этих фрагментов.

В мышлении типичными являются более абстрактные признаки. Например, в процессе мышления при анализе средств передвижения мы используем такие признаки, как надежность, комфортность, устойчивость, скорость, приемистость, далеко уходя от признаков формы отдельных средств передвижения.

Можно считать, что, как правило, мыслительные понятия представляют собой сложные производные от более простых понятий, используемых в процессах сенсорного анализа. Другими словами, мы определяем некоторое мыслительное понятие через длинную последовательность других понятий, приводящую рано или поздно либо к сенсорным, либо к моторным (двигательным) признакам. Для иллюстрации можно привести простейший случай определения понятия «ускорение» через такие понятия, как «скорость» и «время», причем во втором цикле процедуры формулирования определения понятия скорости, естественно, выводятся через понятия пути и времени (a=f(f(f(s,t)))), которые и являются в наших рассуждениях измеряемыми, сенсорными параметрами.

Заметим, что в случае отсутствия на конечных этапах определения каких-либо сенсорных или моторных признаков мы рискуем очутиться в замкнутом цикле, когда одни понятия многократно определяются через другие, но при этом отсутствует возможность предъявления реальных объектов, соответствующих хотя бы некоторым из используемых понятий.

В качестве примера и пояснения можно привести горестные рассуждения знаменитого Иона Тихого — героя фантастического цикла произведений С. Лема. Попав в ходе своих путешествий на некую планету, Ион Тихий так и не смог понять, что означает часто употребляемое слово «сепулька». В разговорах он постоянно слышал, как местные жители уточняли, давали дополнительные характеристики и определяли понятия этого семейства, используя различные производные понятия, определяя понятие «сепульки» через понятие «сепулькария», понятие «сепулькария» через понятие «сепуление», а понятие «сепу-ление» через способности «сепулек» (27).

Глава 2

Зачаточные формы обучения и интеллектуально-приспособительной деятельности животных

2.1. Условно-рефлекторное поведение

Рассмотрим коротко некоторые элементы примитивной интеллектуальной деятельности, характерные для животных, стоящих на относительно низких ступенях эволюционной лестницы.

Основой такого наиболее известного и изученного феномена как условный рефлекс, является процесс обучения установлению ассоциативных отношений во времени. Под условным рефлексом понимается следующая логическая схема, состоящая из двух блоков: блока безусловных рефлексов и блока условных сигналов (рис. 15). Блок безусловных рефлексов представляет собой систему автоматического, обязательного, генетически запрограммированного реагирования организма на некоторые типы особо важных для организма сигналов. Классические примеры безусловного рефлекса — выделение слюны при виде пищи, моргание на вспышку света, отдергивание руки при прикосновении к горячему, учащение сердцебиения при опасности и т.д.

Другими словами, блок безусловного реагирования реализует сформировавшуюся в ходе физиологического развития организма нейронную схему типа «стимул — реакция», а точнее «вполне определенный стимул — вполне определенная реакция». Вся схема условного реагирования включает в себя, кроме блока безусловного рефлекса механизм формирования ассоциативной связи между появлением безусловного сигнала и некоторого, вообще говоря, любого условного сигнала. В качестве такового могут быть использованы свет, звук, изображение или любой другой индифферентный стимул, т. е. любой стимул, ранее никак не связанный с точки зрения животного с данной безусловной реакцией. Важным условием формирования такого ассоциативного обучения является непосредственное предъявление условного (ранее индифферентного) стимула перед безусловным. Увеличение временного интервала между условным и безусловным сигналами резко увеличивает сложность выработки условного рефлекса. Скорость и устойчивость условной ассоциативной связи зависит также от числа сочетаний во времени условного и безусловного сигналов.

Рис. 15. Схема действия условного рефлекса — одного из базовых процессов ассоциативного обучения у животных и человека. А. Блок безусловного (врожденного, генетически запрограммированного) реагирования. Нейронные связи устроены так, что в ответ на некоторые, существенные для выживания, сигналы появляется немедленная автоматическая реакция; пример 1: вспышка света — зажмуривание, пример 2: всем известный коленный рефлекс. Б. Блок условного рефлекса. Формирование временной связи после нескольких сочетаний ранее индифферентного (не вызывающего ответ) сигнала и сигнала, вызывающего безусловный ответ; пример: зажмуривание глаз в ответ на звонок, t,, t₂, t₃ — моменты предъявления сигналов, t, < t₂ < U. Двойная стрелка — образование временной связи, что соответствует «проторению» связи между нейронами

Таким образом, в результате формирования условного рефлекса безусловная реакция следует сразу после предъявления условного раздражителя. Например, животное направляется к месту кормления сразу же после появления условного раздражителя, например вспышки света, не дожидаясь появления пищи.

Очень важно отметить, что условный рефлекс представляет собой наиболее универсальную форму зачаточной интеллектуальной деятельности и обучения. В той или иной форме он присутствует практически у всех известных животных, включая беспозвоночных, насекомых и рыб. Например, выработка условного рефлекса у пчел может быть легко достигнута при нескольких повторных предъявлениях сладкого сиропа на бумажке определенного цвета. После недолгого периода обучения пчелы выбирают данный цвет из набора всех остальных.

У более сложно организованных животных, таких, как птицы и позвоночные, легко удается формировать цепи условных рефлексов, что, в частности, лежит в основе процессов дрессировки. Цепи условных рефлексов бывают двух типов: а) цепи с использованием последовательно применяемого ряда условных сигналов (например, вспышка света, звук, мелькающий свет) и б) цепи, сформированные путем объединения нескольких простых условных рефлексов (например, прыжок на полку № 1 в ответ на вспышку света, затем прыжок на полку № 2 в ответ на звук и т.д.).

Цепи второго типа представляют собой то, что часто называется инструментальным поведением животного, т. е. поведением аналогичным нормальной поисковой или игровой деятельности, которая, как известно, бывает весьма сложной. Особенностью формирования условно-рефлекторной деятельности является ее гибкость, без чего было бы невозможно любое сложное поведение. Под гибкостью имеется в виду способность к угашению неподкрепляемых условных сигналов: если какие-то условные раздражители несколько раз не будут подкрепляться появлением безусловных сигналов (например, вид пищи), то эти сигналы утратят свое положительное значение. При этом угашение может быть полным или неполным, когда по прошествии времени условный рефлекс самовосстанавливается.

Рис. 16. Схема изучения неврозов и стрессовых состояний в экспериментах с животными. На предъявление круга (1) у животного вырабатывается положительный условный рефлекс, например, круг — кормление. На предъявление эллипса (6) — отрицательный, например, эллипс — удар током небольшой силы. Если в дальнейшем от животного требуют тонкого различения положительных и отрицательных стимулов (в данном случае эллипсов, отличающихся на 15—25%), то такая сложная задача вызывает экспериментальный невроз, срыв обучения, переход к агрессии, тоске и другим проявлениям стрессового поведения

Другой элемент гибкости — способность к выработке достаточно тонких различений сигналов: после обучения животное может, например, различать значимый и незначимые (для достижения цели) звуковые сигналы, отличающиеся по частоте на 10—15%.

Показатели гибкости обучения, сложности и длины условно-рефлекторных цепей характеризуют рассудочные, интеллектуальные способности животных, стоящих на разных уровнях развития. Это касается как отдельных особей, так и животных разного филогенетического уровня (рыб, земноводных, насекомых, позвоночных). В частности, разные типы животных, так же как и разные особи одного типа, обладают различными ограничениями при образовании сложных цепей рефлексов. Эти ограничения касаются таких параметров, как количество звеньев рефлекторного или инструментального поведения, время и число попыток, необходимых для обучения, способность к более или менее тонкому различению положительных и отрицательных сигналов и т.д.

В этом смысле стоит отметить существование определенных личностных характеристик отдельных животных. Многочисленные эксперименты показали, что даже такие относительно простые животные, как крысы, отличаются друг от друга по перечисленным способностям к обучению, по доступной сложности поведения, по личностным качествам. Например, легко выявляются животные, склонные к исследовательской деятельности, животные со стабильной или слабой нервной системой, животные лидеры и животные аутсайдеры, склонные к неврозам, депрессии, нервным срывам, вплоть до инфарктов и инсультов. Такие критические реакции проявляются у животных со слабой нервной системой как следствие трудности решения задач. Например, задачи тонкого различения положительных и отрицательных сигналов, когда в ответ на положительный сигнал следует, скажем, нажимать лапой на рычаг, а в ответ на отрицательный нельзя. Если животное нажимает на рычаг и на такой сигнал, оно получает удар током (рис. 16).

2.2. Механизмы образования ассоциативных связей

Способность к формированию ассоциативных условно-рефлекторных реакций выявляется у живых организмов на уровне механизмов функционирования участков нейронных сетей. Процесс образования ассоциативных связей наглядно продемонстрирован в опытах на беспозвоночных животных, в частности, на морском брюхоногом моллюске аплизии (Aplysia punctata). Большие по размеру нейроны беспозвоночных (порядка 100 мкм) позволяют проводить эксперименты по их индивидуальному раздражению под визуальным контролем.

Схема ассоциативного обучения в этих экспериментах имела следующий вид. В ходе своего нормального поведения аплизия отвечает слабым втягиванием жабры в ответ на слабое прикосновение к сифону. (Такое воздействие может рассматриваться как аналог условного сигнала, если исходить из предположения, что околопороговая сила раздражения связана с практическим отсутствием ответа.) С другой стороны, в ответ на сильный удар током по «голове» аплизия реагирует сильным втягиванием жабры (что можно рассматривать как аналог безусловного рефлекса). После ряда совместных воздействий животное реагирует на слабое прикосновение к сифону таким же активным втягиванием жабры, как и в ответ на удар током по «голове».

Рис. 17. Схема двух вариантов образования условного рефлекса (ассоциативной связи) в участке нейронной сети морской улитки аплизии (Aplisia punctata). В обоих вариантах цепь безусловного рефлекса: раздражение датчика боли (нейрон 3) — сжатие мышцы (нейрон 2). А. Упрощенный вариант. Б. Вариант с использованием вставочных нейронов (интернейронов). На вставке показана схема синаптического соединения, где (а) пре-, а (б) постсинаптические окончания нейронов, кружки — молекулы нейромедиатора, стрелка указывает направление прохождения сигнала

Упрощенная схема участка нейронной сети, реализующей такое поведение, приведена на рис. 17. На рис. 17, А представлен вариант, при котором ассоциативное обучение реализуется на уровне контактов нейронов трех типов: нейрона — датчика касаний сифона (1), нейрона — датчика болевого воздействия (3) и нейрона, запускающего двигательный акт сжатия мышцы мантии (2). На рис. 17, Б рассмотрен более сложный вариант, при котором в схему включен дополнительный элемент — интернейрон (4), играющий роль прообраза участка нейронной сети, обладающего некоторой интеллектуальной функцией. Группы интернейронов или вставочных нейронов, т. е. нейронов, вставленных между сенсорными и двигательными нейронами, действительно становятся все более и более сильно развитыми по мере продвижения животных по филогенетической лестнице.

Схема первого упрощенного варианта формирования цепи условного рефлекса такова. Вначале касание сифона не ведет к реакции втягивания жабры, но после нескольких десятков сочетаний касания сифона и последующего удара током по голове появляется условный рефлекс. Механизм рефлекса заключается в том, что активация нейрона 3 облегчает проведение сигнала через синапсы между нейронами 1 и 2.

Во втором варианте механизм рефлекса заключается в активации интернейрона (4), окончания которого увеличивают локальный электрический потенциал в определенном районе «командного» нейрона (2). В итоге этого достаточно сложного процесса происходит изменение геометрии в области синаптических соединений отростков интернейрона (4), командного нейрона (2) и нейрона-датчика касаний (1). Это изменение связано с увеличением размеров так называемых «шипиков», что и представляет собой материальную реализацию процесса обучения.

Места соединения нейронов — синапсы, или синаптические щели — играют важную роль в механизмах обучения. Структуру этих щелей образуют пре- и постсинаптические нейронные мембраны, разделенные межнейронным пространством. Нервный импульс (или, как его часто называют, потенциал действия) передается от пресинаптической мембраны одного нейрона к постсинаптической мембране другого.

При этом сам процесс передачи представляет собой сложное, многоэтапное событие, реализуемое посредством работы электрических и молекулярных механизмов. В результате прохождения нервных импульсов по «входному», пресинаптическому нейрону в районе синаптической щели из специализированных структур пресинаптических окончаний выделяются молекулы нейромедиатора, которые пересекают синаптическую щель, активируют рецепторы постсинаптической мембраны и вызывают появление постсинаптических потенциалов, рост «шипиков», изменение геометрии участков сети и в конечном счете запоминание и ассоциативное обучение.

На основании экспериментальных данных последних десятилетий становится ясно, что материальным субстратом закрепления ассоциативных связей, в частности и запоминания вообще, являются именно синаптические структуры. В результате образования ассоциации, запоминания или фиксации любой информации происходит формирование новой конфигурации нейронных связей участков нейронных сетей. Сетевые структуры формируются за счет того, что от тела каждого нейрона (нервной клетки) отходит множество веточек дендритов, получающих входные сигналы от других клеток, и один тонкий ветвящийся аксон, по которому сигнал после обработки передается к другим нервным клеткам. При таком строении за счет своего ветвящегося дендритного дерева каждый нейрон может получать сигналы от множества других нервных клеток. Обработанный сигнал также может быть передан многим нейронам за счет ветвящихся концевых окончаний аксона.

Интересно отметить, что структура нейронных сетей впервые стала доступна для наблюдения только в конце XIX века, когда анатом из Милана Камилло Гольджи почти что неожиданно для себя открыл метод серебрения. Метод позволял окрашивать небольшие участки нервной ткани, причем отдельные элементы выделялись настолько четко, что были видны мелкие детали клеточного тела, дендритов и аксонных окончаний. Не менее интересно, что сам Гольджи, будучи уже нобелевским лауреатом, не верил в существование отдельных нейронов и представлял нервную ткань как непрерывную сеть. Взгляд на нейронную сеть как на структуру, состоящую из отдельных нервных клеток и разделяющих их синаптических образований, по-видимому, впервые высказал современник Гольджи, тоже нобелевский лауреат нейроанатом Рамон-и-Кахал. Как пишут, Гольджи не верил доводам Кахала и отказывался даже разговаривать с ним (37). Воистину, смотрят все, но видят немногие, хотя, с другой стороны, немногим же дано воспользоваться случайностью и использовать предоставленную им возможность.

Структурные изменения при формировании нейронных сетей, реализующих ассоциативные связи, происходят на уровне мембран ветвящихся пресинаптических окончаний (аксонов) одного нейрона (выходных элементов нервной клетки) и ветвящихся постсинаптических окончаний (дендритов) другого нейрона (входных элементов нервной клетки). В итоге этого процесса происходит изменение геометрии в областях дендритных и аксонных окончаний. Эти изменения связаны, в частности, с увеличением количества особых выростов дендритов, так называемых «шипиков», а также с изменением размеров этих «шипиков». В свою очередь, изменения геометрии ведут к изменениям электрических свойств межнейронных контактов, т. е. к изменению проводимости и возбудимости определенных нервных связей. По-видимому, именно таким путем реализуется механизм «проторения» нового пути на участке нейронной сети.

В настоящее время накоплено определенное количество данных о молекулярных механизмах этих процессов. Начальные этапы этих процессов связаны с тем, что высвобождающиеся из пресинаптического окончания молекулы неиромедиатора воздействуют на рецептор постсинаптической мембраны. В результате происходит целый каскад процессов, связанных с открытием или закрытием ионных каналов, что приводит к кратковременным эффектам изменения электрической активности и, следовательно, являет собой молекулярную основу кратковременной памяти (2; III, 333).

С другой стороны, получен ряд данных, позволяющих рассматривать гипотезы о молекулярных основах долговременной памяти, обеспечивающей изменение геометрии синаптических структур и проторение новых путей в нейронных сетях. Полагают, что нейромедиатор в процессе взаимодействия с рецепторами постсинаптической мембраны запускает особый цикл молекулярных процессов, что приводит в конечном счете к экспрессии различных групп генов, расположенных в ядрах активированных в данном процессе нервных клеток. Некоторые из этих генов известны и характерны тем, что становятся активными в клетках, проводящих синтез белковых молекул, которые транпортируются к соответствующим местам мембраны, включаются в нее и изменяют в конечном счете ее форму и размеры (2; III, 333—334; 37; 245—352).

Роль структурных генов в механизмах ассоциативного запоминания активно изучается на классических объектах генетики — плодовых мушках Drosophila. Например, дрозофил можно научить избегать любой запах, если этот запах будет неоднократно сопровождаться ударом тока. При этом можно выделить тех «бестолковых» мушек, которые либо неспособны к образованию такой ассоциации, либо очень быстро забывают ее. Оказывается, что такие мушки являются мутантами, у которых повреждены или отсутствуют разные группы генов.

2.3. Инстинктивное поведение и обучение

а) Обучение у одноклеточных организмов. Во-первых, следует сказать о таком наиболее общем явлении, как способность к различным по сложности формам обучения.

Рис. 18. Обучение у одноклеточных животных. Инфузория «туфелька» изменяет маршрут своего плавания (показан пунктиром) в зависимости от формы сосуда, в который ее помещают; а) — тгрямоугольный сосуд; б) — круглый сосуд. 1 — фаза сразу после помещения, 2 — фаза через 4 — 5 минут (по (14))

Естественно, что механизмы обучения у одноклеточных существ существенно отличаются от соответствующих механизмов у более сложных многоклеточных животных, обладающих нервной системой, специализированными органами восприятия и мышления, индивидуальностью поведения и, что крайне важно, принципиально большим объемом вариантов обучения.

В качестве примера рассмотрим эффекты обучения у одноклеточной инфузории «туфельки», учитывая при этом, что рассматриваем особую форму обучения, не связанную с деятельностью нервной системы, отсутствующей у одноклеточного организма.

Приведем следующий эксперимент: при помещении инфузории в узкий капилляр туфелька обучается поворачивать у его торцов, несмотря на то, что диаметр капилляра меньше длины туфельки. Вначале поворот удавался только после долгих усилий и при сильной деформации всего тела. Процедура поворота занимала порядка 4—5 минут, однако после 12 часового пребывания в капилляре время поворота сокращалось в десятки раз, достигая иногда 1—2 секунд (14; 176—184).

В других экспериментах показано, что туфелька способна обу­читься отслеживать форму сосуда, в который ее помещают. При помещении, например, в цилиндрический сосуд инфузории вначале беспорядочно плавали в нем, но затем через 4—5 минут их маршрут начинал отслеживать стенки цилиндра. Аналогичное обучение имело место при помещении туфелек в сосуд с сечением в виде квадрата, пятиугольника или трапеции. В квадратном сосуде после периода обучения маршрут представляет собой почти правильный квадрат, но вписанный под углом порядка 45°, в других случаях угол между стенкой и направлением движения был равен приблизительно 20° и не зависел от формы сосуда (рис. 18).

б) Пластичность инстинктивного поведения насекомых

Различные формы инстинктивного поведения проявляются в отличие от рефлекторных форм только в естественной жизни животных. Тем не менее эти формы поведения не являются более простыми. Инстинктивное поведение часто рассматривают как жесткую, негибкую систему действий, как поведение, не способное к приспособительной изменчивости. Однако это не так.

Перейдем к рассмотрению организации сложных поведенческих актов, в которых сочетаются длинные цепи чисто инстинктивных, жестко организованных автоматизмов и участки условно-рефлекторной индивидуально приобретенной деятельности. Рассмотрим некоторые примеры поведения такого типа. Наиболее явным примером жестко организованного поведения является деятельность насекомых.

Способности пауков ткать свою сеть, пчел строить соты, ос парализовать, но не убивать свои жертвы, предназначая их в качестве «живых консервов» для своего потомства, не являются следствием индивидуального обучения. Появляясь на свет, насекомые, вообще говоря, приносят с собой эту деятельность в готовом виде. Яркой иллюстрацией такого автоматизма является типичное поведение осы при постройке норки для своих детей, рис. 19, а. Схема алгоритма действий в принципе не подлежит коррекции: после снабжения норки пищей и откладки яйца следует процесс замуровывания входа(41; 116—137).

Рис. 19. Гибкость инстинктивного поведения; а) часть схемы работ земляной осы по построению норки и заготовлению пищи для потомства. Этапы: 1 — нахождение сверчка, 2 — обездвиживание, 3 — захват добычи и полет к норке, 4 — поиск дальних ориентиров, 5 — поиск ближних ориентиров, 6 — отрывание входа, 7 — проверка состояния норки, 8— затаскивание сверчка, 9 — оценка количества пищи, 10 — откладывание яиц. 11 — замуровывание входа (по 41). На всех этапах имеют место элементы гибкости и вариативности инстинктивного поведения; б) различные варианты достраивания личинками ручейника своего домика, частично разрушенного в ходе эксперимента. Пунктир — разрушенные части (по 14)

При более детальном рассмотрении эта деятельность выглядит как ряд последовательно включаемых подпрограмм. Сигнал окончания i-го этапа служит пусковым сигналом для начала i+1-го этапа. В частности, несколько начальных этапов состоят в устройстве норки. Их окончание служит сигналом для начала поиска пищи для будущих личинок (сверчков строго определенного вида, которых оса не убивает, но парализует, готовя таким образом «живые консервы»). Затем идет этап доставки сверчка к норке, далее этап «проверки» состояния норки — оса входит внутрь для последнего осмотра, оставляя сверчка снаружи. После чего идут окончательные этапы: втаскивание сверчка, откладывание яиц и замуровывание входа.

Во многих экспериментах исследователи после окончания процесса замуровывания на глазах у осы вскрывали вход, вынимали из норки запасы пищи вместе с яйцом и оставляли их около норки. После этого насекомое часто возвращается в норку, проводит там какое-то время, после чего вылезает и снова аккуратно закрывает вход, хотя теперь это не имеет никакого значения. Никогда осы не делают шага назад в алгоритме своих действий и не втягивают пищу и яйцо обратно в норку. Более того, занимаясь заделыванием входа, насекомое часто бегает и наступает на яйцо, не обращая никакого внимания на состояние основной «цели» своей деятельности. Однако результаты работ таких исследователей, как Фабр, Тинберген, Лоренц, и многих других свидетельствуют о том, что при рассмотрении классических примеров инстинктивного поведения насекомых выявляются участки, в которых отсутствует однозначная последовательность действий и проявляется определенная гибкость поведения.

В процессе такого жестко организованного автоматизма имеют место и особые этапы — этапы гибкого поведения. Конечно, эти этапы или участки редки и составляют очень небольшую часть длинных и сложных автоматизмов, но для нашего рассуждения важен сам факт их наличия.

В простейшем случае это способность к повторам последнего действия, которая проявляется по крайней мере в некоторых случаях. Например, в тех же самых экспериментах при подлете к построенной норке оса часто оставляет свою добычу (питание для будущей личинки) у входа, влезает в норку, как бы проверяет ее состояние и затем уже втаскивает добычу. В одном из экспериментов исследователь 40 раз подряд отодвигал добычу от входа в норку, в то время пока оса «проверяла ее состояние». И каждый раз оса вылезала из норки, бежала к добыче, подтаскивала ее к норке и залезала внутрь «с проверкой».

Другой пример гибкости — поиск места входа в норку. В случаях, когда исследователь в промежутке между прилетами осы с добычей к гнезду изменял положение близлежащих ориентиров, оса всегда осуществляла долгое исследовательское поведение, которое, как правило, заканчивалось нахождением входа. (Трудность этой задачи связана с тем, что, улетая в очередной раз за добычей, оса засыпает вход песком, так что при подлете ей приходится полагаться на внешние ориентиры.)

Одним из наиболее ярких примеров гибкости отдельных звеньев инстинктивного поведения приводится в работах классика современной науки о поведении животных (этологии) — Нико Тинбергена. Он изучал поведение ос в процессе деятельности по накоплению запасов гусениц для будущего потомства. Оказалось, что если перед проверочным посещением норки исследователь изымал из нее всех накопленных гусениц, то осы затем компенсировали убытки. В итоге после нескольких изыманий некоторые из них приносили в общей сумме по 12—13 гусениц, при нормальном количестве — 5—10 штук. Если же экспериментатор добавлял в норку новых гусениц, то оса реагировала и на это, уменьшая количество приносимой пищи (речь, конечно, идет не о способности к счету, а лишь о примерной оценке части поля зрения занятой добычей).

При этом отмечались и другие аспекты гибкости инстинктивного поведения. В частности, отмечалось, что сигналы, получаемые осой во время проверочного посещения норки, руководят ее деятельностью в течение нескольких дней, несмотря на то, что в этот период она совершает много других типов поведения.

Рассмотрим еще один пример: наличие гибких элементов в ходе инстинктивного автоматизма построения домика-чехольчика личинкой ручейника (рис. 19, б). Если мы проследим за этапами такой постройки, особенно в условиях, когда экспериментатор частично разрушает домик в процессе его достраивания, то увидим, что даже одна и та же личинка достраивает домик каждый раз по-разному, постройки разных личинок тем более в чем-то отличаются. Естественно, что жесткая и сложная схема инстинкта в основном неизменна: каждый чехольчик имеет определенную длину, состоит из центральной трубки, навеса над входом, днища и крыши, имеет переднюю, заднюю и боковые стороны.

В чем же проявляется гибкость? Животное может научиться строить домик из необычного для него материала, в каком-то смысле изменяя при этом свои строительные движения, способно начинать достраивание после разных степеней разрушения, меняя при этом пропорции частей (14).

Удивительные механизмы гибкости инстинкта, связанные с переключением программ инстинктивной деятельности, демонстрируют пчелы. Если из улья искусственно убрать все группы рабочих пчел, занятых сбором пыльцы и нектара, на эту деятельность переключаются пчелы, занятые совсем другой работой, если убрать всех пчел, строящих соты, то их функции начнут выполнять другие пчелы, занятые до этого сбором меда.

Таким образом, гибкость инстинктивного поведения означает всего лишь наличие в жестком автоматизме поведения отдельных мест, допускающих некоторую вариативность действий. Например, действий по достижению результатов некоторого этапа. Набор таких действий, по-видимому, сильно ограничен, различия между ними с точки зрения «инстинктивного существа» отсутствуют.

Моделью гибкости поведения «инстинктивного существа» может быть работа типичной для современной техники схемы — схемы контура управления, например, контура управления процессом наполнения бассейна (рис. 20, а). Постоянный, заранее заданный уровень воды в бассейне поддерживается путем сравнения в компараторе (от англ. compare — сравнивать) заданного и текущего уровня. При их рассогласовании подается сигнал на включение насоса. В данной простейшей схеме управление осуществляется путем измерения уровня поплавка: опускание поплавка при уменьшении воды в бассейне ниже заданного уровня чисто механически открывает (при помощи известного всем шарового крана) приток воды в бассейн.

Сравним работу этой схемы с работой гипотетического контура управления этапом инстинктивного поведения (рис. 20, б). В качестве примера рассмотрим этап прикрепления строительного элемента (песчинки, палочки, камешка и пр.) при строительстве домика личинкой ручейника. Блок ограниченного набора действий реализует захват строительного элемента любыми лапками, обмазывание его слюной и прикрепление к строящемуся домику. (Ограничениями для работы этого блока могут быть вес и размер строительного элемента, т. е., другими словами, невозможность поднятия элемента или его охвата.)

Рис. 20. Модель гибкости поведения «инстинктивного существа»: а) контур управления процессом наполнения бассейна; б) гипотетический контур управления этапом инс­тинктивного поведения

Блок измерения результатов срабатывает автоматически, например, при наличии мышечного сигнала о возросшей трудности поворотов строительного кирпичика. Работа блока компаратора заключается в сравнении длины домика с длиной тела ручейника и (или) в сравнении мышечных сигналов от пустых лапок и заданных (определенных параметрами тела) сигналов о диапазоне веса кирпичика. В итоге сравнения компаратор посылает сигнал о продолжении или прекращении строительства.

Гибкость данного гипотетического поведения обеспечивается: а) за счет наличия ограниченного набора действий, когда ручейник может использовать любой строительный материал, размеры и вес которого соответствуют размеру и силе его лапок; б) за счет случайности прикрепления строительного материала, что ведет к вариативности формы постройки; в) за счет ограничения точности работы компаратора и т.д.

Принципиальная ограниченность инстинктивного поведения такого рода связана с рядом причин (рис. 21). Во-первых, инстинкт принципиально не способен анализировать внешнюю ситуацию, используя различные зависящие от этой ситуации параметры. Это значит, что в ходе инстинктивного поведения организм не может проводить перебор различных измерительных процедур и не может выбирать из них ту, которая приводит к пригодным в данной ситуации результатам. «Инстинктивное существо» всегда и вне зависимости от ситуации пользуется на определенном этапе вполне определенными, фиксированными действиями, при этом лишь на некоторых участках поведения возможны элементы гибкости.

Эти элементы весьма ограничены и, по-видимому, связаны с такими факторами, как:

- неразличение (в смысле неточность) действий, когда одинаковые для животного действия могут привести к различным результатам; фактор неразличимости проявляется также в том, что насекомое не способно различить объекты с разными характеристиками и поэтому реагирует одинаковыми действиями в разных ситуациях;

- возможность повторов некоторых действий (например, действий, определяющих конец этапа), если в результате их проведения отсутствует сигнал о завершении этапа.

Комбинация этих двух факторов может объяснить ранее приведенные факты гибкости поведения насекомых. Например, факты многократного подтаскивания осами добычи к норке или факты определения насекомыми ориентиров при подлете к гнезду.

а) Анализировать внешнюю ситуацию, используя различные, зависящие от изменения этой ситуации, параметры

б) Формулировать цели поведения

в) Планировать пути достижения цепей

г) Обучаться новым типам поведения

Рис. 21. Принципиальные ограничения возможностей инстинктивного поведения

Вторая причина ограниченности возможностей инстинктивного поведения, по-видимому, связана с принципиальным отсутствием возможности формулирования целей поведения. Конечно, речь идет о невозможности формулирования произвольных целей поведения, так как можно считать, что все инстинктивное поведение определяется некоторыми не поддающимися изменению целями, сформированными в результате эволюционного процесса.

Третья причина — является прямым следствием второй и связана с принципиальным отсутствием способностей к планированию путей достижения целей. По определению Фабра, «животное ни свободно, ни сознательно в своей деятельности;... оно строит, делает ткани и коконы, охотится, совершенно не отдавая себе никогда ни малейшего отчета в цели и в средствах. Оно не осознает своих чудных талантов точно так же, как желудок не осознает своей ученой химии» (43; 224—225).

Четвертая причина ограниченности возможностей инстинктивного поведения является следствием всех перечисленных ограничений и заключается в принципиальной неспособности к обучению новым типам поведения. Однако следует отметить определенную сложность проведения границ между новым типом поведения и некоторым вариантом старого, инстинктивного поведения.

В качестве примера можно, например, привести многочисленные данные (14; 132—140) о вариативности строительного поведения личинок ручейника при восстановлении повреждений их домиков, сделанных экспериментатором. После удаления задних двух третей домика личинка № 1 использовала оставшуюся часть домика просто как опору для построения нового, личинка № 3 достроила домик, приделав спереди некоторый кусок, личинка № 6 удлинила трубку спереди и сзади, а также построила новую крышу и т.д.

Возможно, пределы вариативности поведения связаны с критерием, высказанным еще Фабром, который считал, что инстинктивное поведение «умеет справиться со случайностью, лишь бы новое действие не выходило из круга работ, которые занимают его в данный момент» (43; 406).

в) Ограниченность обучения, ритуалы и суеверия

Рассмотрение инстинктивного поведения показывает наличие в его структуре минимальных возможностей для осуществления изменчивости поведения, мест «неполного автоматизма», в принципе открытых для построения вариантов действий. Анализ условно-рефлекторного поведения говорит о том, что процессы обучения, формирования временных ассоциаций являются основными для этого типа поведения.

Отсутствие явно выраженной «разумности» жестких, инстинктивных автоматизмов, машинообразность и негибкость поведения, как говорилось выше, означают отсутствие способов и механизмов для формирования новых или коррекции врожденных цепочек действий. Другими словами, инстинкт не способен:

а) к анализу текущей ситуации, например, по критерию состояния хотя бы нескольких параметров внешней среды,

б) к сравнению текущей ситуации с стандартно ожидаемой на данном этапе поведения,

в) к построению нового участка последовательных действий, исходя из новой ситуации и из оставшихся в силе основных целей поведения (таких, как достройка норки, накопление полного комплекта пищи для потомства и т.д.).

Последовательность этапов инстинктивного поведения, по-видимому, осуществляется только исходя из факта выполнения действий предыдущего этапа. Никакая больше информация в учет не принимается. Из всего разнообразия изменяющихся сигналов внешнего мира в учет берется только очень узкая и жестко фиксированная группа признаков.

Например, сигналом приближения к пище у некоторых видов гусениц служит свет, так как весной листочки появляются вначале на верхних побегах кустов. Поэтому, если в эксперименте гусениц посадить в пробирку, один конец которой освещен, но листики (пища) находятся в другом, менее освещенном конце пробирки, голодные гусеницы так и погибнут, оставаясь в более светлом конце пробирки.

Вообще, у животных, принадлежащих к более развитым видам, индивидуальный опыт и обучение приобретают все большее значение. Однако характерной чертой обучения при этом является его достаточно сильная ограниченность.

В качестве примера индивидуального обучения, ярко демонстрирующего и положительные, и отрицательные стороны этого процесса, рассмотрим некоторый типичный для животных разных уровней развития эксперимент. Животные, содержащиеся в клетке, обычно много времени тратят на бег по периметру клетки. Если на пути этого бега поставить какие-то препятствия, то привычка прыгать на определенном месте остается у животных даже после убирания препятствий, что производит крайне эффектное впечатление на наблюдателя (31; 91—111).

Действительно, с одной стороны, имеет место индивидуальный акт обучения, но с другой стороны — это обучение ведет к явно ограниченным, в смысле полезности для индивида, результатам.

Другой классический пример индивидуального обучения связан с явлением «импринтинга» (запечатлевания). Суть дела сводится к тому, что у новорожденных животных в процессе развития существует небольшой по времени интервал (порядка нескольких часов), когда животные обучаются узнавать мать. При этом за мать принимается любой объект, обладающий минимальным набором особых свойств. Например, у цыплят это должен быть объект, движущийся в определенном интервале скоростей и имеющий некоторые не очень строго определенные размеры. В частности, таким объектом может быть и человек, которого они увидят сразу после рождения. Птенцы будут постоянно бегать за ним, как за матерью (30; 276—285; 42; 99—103).

Не менее выраженные акты обучения имеют место у некоторых типов птиц, которые не имеют врожденных механизмов узнавания хищников, и поэтому каждый птенец должен индивидуально учиться этому у старших особей. Особенно четко выявляется подобное индивидуальное обучение, включенное в структуру сложного инстинктивного поведения, в случаях проявления ошибок узнавания. Например, у птенцов обучение не клевать ярко раскрашенных, крупных, но неприятных на вкус гусениц и бабочек достигается практически с первого раза (41; 274—279).

Зададимся вопросом, к каким отдаленным результатам приводят те или иные ограничения в способностях к обучению, имеющие место, кстати, не только у животных, но и у человека? Рассмотрим пример сложного поведения серого гуся, связанного с приобретением «странных» индивидуальных привычек или обычаев, внешне удивительно похожих на человеческие. Такой случай описан выдающимся австрийским ученым — этологом (специалистом по поведению животных), лауреатом Нобелевской премии Конрадом Лоренцом (31; 74—78). Воспитанная им серая гусыня обычно следовала в дом своим традиционным и достаточно замысловатым путем, который сложился в результате длительного процесса обучения. (На самом деле, как пишет Лоренц, гусыня как-то была чем-то напугана и резко изменила свой мар­шрут. Это изменение закрепилось и повторялось изо дня в день. Здесь можно отметить схожесть данного поведения с выше описанным поведением животных, перепрыгивающих через несуществующие препятствия.)

Появление такой странной привычки имело, по-видимому, большое значение для животного: однажды в спешке она уклонилась от своего традиционного маршрута и выбрала кратчайший путь, что привело к явно выраженной реакции испуга, вслед за чем гусыня поспешно вернулась назад и с детальной точностью пробежала весь свой извилистый путь, не срезая ритуального отклонения.

Сходство такого поведения с различными видами человеческих суеверий, заклинаний и неврозов дает возможность анализировать корни проверенному способу, несмотря на полный бассейн, она идет к баку, наливает воду в кружку, переходит на другой плот, заливает огонь и берет приманку (23; 234—239).

Ошибочны ли ее действия? Очевидно, что нет. Задача сведена к предыдущей, что, вообще говоря, во многих ситуациях может сделать честь любому математику. Правда, его поведение может показаться странным, но и это неудивительно. Данное утверждение подтверждается известной притчей о математике и обычном человеке. Что сделает обычный человек, если захочет выпить чай? Он возьмет чайник, нальет в него воду и поставит на плиту. А если в чайнике уже есть вода? Человек возьмет чайник и поставит его на плиту. Что сделает в последнем случае математик? Он возьмет чайник, выльет из него воду, тем самым сведя задачу к ранее решенной, затем подойдет к крану, нальет воду и поставит чайник на плиту.

Анализ подобных ошибок говорит о манипулировании в ходе решения задачи отдельными «блоками», подпрограммами или участками деятельности, имеющими самостоятельное значение и дающими результат в некоторых схожих ситуациях. Последнее весьма существенно, так как свидетельствует о том, что, делая подобные ошибки, животное осуществляет интеллектуальное поведение — ошибочно используемые действия по существу дают полезный результат в близких ситуациях. Причем отметим еще раз, что в данных примерах имеет место манипулирование реальными физическими действиями, происходит перебор действий.

3.2. Перебор символов действий. «Ага-реакция»

Этап 1 Перебор действий t Этап 2 Внезапное прекращение движений t Этап 3 Возникновение Ага реакции

Рис. 23. «Ага-реакция» — принципиально важный шаг в совершенствовании механизмов обучения. Животные переходят от перебора действий к перебору символов

Однако при решении проблемных ситуаций имеет место и другой тип поведения. Этот тип наиболее выражен в поведении обезьян, хотя иногда имеет место и у других типов животных, например у собак. Суть дела заключается в том, что животное после ряда беспорядочных действий внезапно и, как правило, после периода отсутствия видимых движений переходит к действию, решающему проблему. Подобное поведение было определено терминами «ага-реакция» или понимание и рассматривалось исследователями как альтернатива поведению, связанному с пробами и ошибками (рис. 23).

Классический вариант экспериментов по исследованию «ага-реакции» связан с ситуацией обходного пути: животное находится перед решеткой, прямо за которой лежит пища. Для достижения цели необходимо отвернуться от пищи, отойти от решетки и проделать обходной путь, включающий удаление от цели. Такая ситуация является крайне трудной для таких животных, как куры, которые могут ее решить только после долгих случайных побежек. Действия собаки выглядят принципиально иначе, момент решения проблемы отмечается четким изменением поведения.

По словам В. Келера, проведшего большое количество подобных экспериментов, «момент возникновения подлинного решения обычно резко отмечается... каким-то толчком... собака как бы впадает в оцепенение, затем внезапно поворачивается на 180°» и бежит к цели по обходному пути (23; 237). Причем важно то, что обходной путь представляет собой непрерывный бег без остановок и отклонений от кратчайшего маршрута.

Ребенок (1 год и 3 мес) в ситуации подобной решению проблемных задач животными ведет себя следующим образом. Вначале он подбегает к решетке, затем останавливается, медленно осматривает решетку и тупик, внезапно смеется и совершает обходной путь. Во всех случаях «ага-реакции», как пишет В. Келер, «характерная непрерывность процесса подлинного решения еще более бросается в глаза благодаря перерыву, перемене направления перед началом» движения. Таким образом, в противоположность перебору действий в ходе осуществления «ага-поведения» можно предполагать наличие перебора символов действий.

Особый интерес вызывает то, что непрерывность всего акта «ага-поведения», его целостная структура включает в качестве внутреннего элемента удаление от цели. Включение в целостное поведение парадоксальных цепочек действий, связанных с удалением от цели, в каком-то смысле наталкивает на вывод о существовании элементов предварительно выработанного плана действий. Наличие элементарных способностей к выработке плана действий, в свою очередь, представляет еще один довод в пользу существования перебора символов действий при формировании данного типа поведения.

Элементы «ага-поведения» могут быть усмотрены при анализе деятельности многих высших животных и в особенности орудийной деятельности обезьян. Четкие данные о способах изготовления и использования орудий обезьянами получены в экспериментальной обстановке. Надо подчеркнуть, что во многих случаях принципиальной особенностью использования и изготовления орудий является то, что эти способы не являются врожденными, они появляются в результате индивидуальной интеллектуальной деятельности отдельных особей. Причем деятельности, формирующейся в самых различных конкретных условиях, и именно этим орудийная деятельность обезьян отличается от стандартных методов использования орудий у насекомых, птиц и других видов животных.

Высшие обезьяны, такие, как шимпанзе, очищают ветки от листьев и мелких отростков, опускают полученные прутики в муравейник или термитник и ждут, пока насекомые, облепившие прутик, не выпустят муравьиную кислоту. Затем обезьяна отряхивает прутик и слизывает кислоту. Более крупные палки обезьяны используют для копания корней, обороны, нападения, инструмента для чесания и т. д.

В качестве других примеров индивидуальной орудийной деятельности приведем результаты нескольких классических исследований. Наиболее известными являются данные немецкого психолога Вольфганга Келера, полученные в начале 20-х гг. XX века [23]. Наиболее умный из 9 участвовавших в экспериментах шимпанзе — Султан — был способен активно изготовлять и использовать орудия. Пример экспериментальной ситуации: банан отделен от Султана решеткой, в зоне доступности обезьяны находится другая решетка, сделанная из железных прутьев и предназначенная для чистки ног. Султан затрачивает много усилий, отрывает один прут и достает банан с его помощью. Находясь в подобной ситуации, шимпанзе может изготовлять и другие орудия для достижения тех же целей, например, разогнуть овальный кусок проволоки, отломать ветку от дерева и т. д.

Другая обезьяна вела себя в подобной ситуации не менее интересно. Анализ ее поведения свидетельствует о наличии «догадок» у животных, о существовании разных типов приблизительных решений. Келер пишет, что в одних случаях животные пытались использовать для доставания банана целое сухое деревцо, растущее у клетки и не пролезавшее между прутьями. Тем не менее эти действия предполагают наличие некоторой связи между целью (банан в руке) и средствами (нечто длинное, удлиняющее руку). Определенным подтверждением предположения о догадках является случай, когда обезьяна пыталась использовать для доставания банана пучок соломы, причем на этот раз догадка была доведена до конца: после нескольких попыток обезьяна сложила пучок вдвое, «усилила» инструмент и достигла цели.

В других случаях шимпанзе способны оперировать с двумя орудиями или изготовлять какие-то простейшие инструменты. Например, отщепить лучину от планки и вытолкнуть ею приманку из узкой трубки или, вложив одну тонкую бамбуковую палку в подходящий по диаметру конец другой, более толстой палки, сделать таким образом новый инструмент для достижения цели. При решении конкретной задачи последнего типа проводилось сравнение интеллектуальных способностей шимпанзе (Султан), который потратил на решение задачи 1 час, и дочери экспериментатора (2 года 7 месяцев), которая решила задачу за несколько часов [23; 234—249].

Глава 4