Текст книги "Думают ли животные?"

Автор книги: Вернер Фишель

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 11 страниц)

Выученные обходные пути

В природе животное не всегда может достичь своей цели прямым путем, будь то поиски пищи или бегство. Иногда путь ему преграждают непроходимые заросли, в другом случае – водоем или отвесная стена скалы. Обходя эти препятствия, животное приобретает опыт. Своеобразие этого опыта представляет величайший научный интерес и привлекает внимание многих ученых.

Рис. 28. Енот научился отодвигать защелку на крышке ящика с кормом

В принципе речь идет о заучивании движений, точнее говоря, форм движений. Сверля в доске отверстие, столяр вращает сверло, и, таким образом, форма обращения с этим инструментом иная, чем с клещами, которыми он вытаскивает гвоздь. Обучаясь письму, мы еще в детстве заучили движения ручкой, которые стали для нас настолько привычными, что мы даже в темноте довольно правильно воспроизводим их.

А собаки, которые без всякого обучения встают перед дверью на задние лапы, нажимают мордой или лапой на ручку двери и выходят из комнаты? Запоминают они при этом две совершенно разные вещи. Во-первых, дверь, которая стала для них привлекательным восприятием. Во-вторых, определенное движение, с помощью которого они достигают желаемого успеха.

Мы уже рассматривали эксперименты, когда животные открывали ящик, крышка которого имеет выступающий край и легко поднимается ими головой.

Эту задачу, которая часто ставится перед самыми разными животными, можно усложнить с помощью защелки, которую необходимо сначала отодвинуть; только после этого можно приподнять крышку. На рис. 28 показан енот, уже научившийся поднимать крышку ящика без защелки. Когда же к ящику прикрепили защелку, которую, чтобы открыть ящик, необходимо отодвинуть вперед, енот сначала попытался поднять крышку силой, но ему это не удалось. Тогда енот, которому очень хотелось получить лежащий в ящике корм, стал кружить около крышки, царапать ее лапами, пока случайно не отодвинул защелку и таким образом не открыл крышки. Поэтому защелка его скоро заинтересовала.

Рис. 29. Медвежонок поднимает крышку ящика с кормом

После нескольких успешных упражнений подобного рода енот стал сразу же класть свою левую лапу на защелку и пытаться, вначале довольно неловко, одолеть ее. (На рисунке изображен как раз этот этап научения.) Постепенно енот нашел наиболее выгодное движение лапой, после чего он легко открывал ящик; прошла неделя тренировки, и енот научился выполнять задание быстро и ловко. Он последовательно выполнял два движения: движение лапой – для смещения защелки – и сразу же после этого движение мордой вперед под край крышки. До сих пор еще принято считать, что успех объясняется научением с помощью проб и ошибок. Скоро мы увидим, что при современных требованиях, предъявляемых к оценке достижений животных, такое простое объяснение явно недостаточно.

Но прежде упомянем об эксперименте с бурым медвежонком, который путем проб и ошибок научился поднимать лапой крышку высокого ящика, становясь перед ним на задние лапы. Эти движения медвежонка очень напоминали поведение человека, которому нужно что-то вынуть из ящика. Если хорошо «отрепетированное» поведение медведя видит кто-либо из любителей животных, то нередко потом от них можно услышать, что оно является доказательством интеллекта, ума и даже мыслительных способностей животного. На самом же деле пока мы можем только сказать, что, прежде чем достичь цели, заинтересованное животное делает целый ряд движений, поначалу в основном безуспешных; но какое-то, может быть, единственное, а может быть, и серия следующих друг за другом движений приносят желаемый результат. Поведение, ведущее к достижению цели, запоминается, а безуспешное забывается.

Мы имеем дело с ситуациями, в которых в отличие от большинства экспериментов, связанных с решением задач на выбор, цель достигается не просто путем приближения, а только после выполнения более или менее сложного действия. Именно оно и является средством для достижения цели. В простейшем случае, не будучи в состоянии достигнуть цели непосредственно, животное (как и человек) прибегает к обходному пути.

Обходные пути тоже должны быть заучены. Это легко продемонстрировать на поведении щенков собак. Для этого к забору или стене дома приставляют под прямым углом решетку двухметровой длины и на глазах у собаки перебрасывают через нее приманку, скажем кость. Собака должна быть молодой, в возрасте около трех месяцев. Если подобным образом испытывать собак постарше, то, хотя результат будет примерно таким же, мы не сможем точно сказать, что им не помог накопленный прежде при неизвестных обстоятельствах опыт.

На рис. 30 хорошо видно поведение собаки, на глазах у которой в первый раз бросили приманку через решетку (I). Обычно она направляется прямо к цели, достигает решетки, там бегает взад-вперед, пока случайно не подбежит к концу решетки, и уже тогда мчится к приманке. При второй попытке ее бег туда-сюда вдоль решетки уже короче (II). Если собака легко запоминает, то уже при третьей попытке она сразу же находит правильный обходный путь (III), что и повторяется в дальнейшем.

Рис. 30. Фазы нахождения обходного пути молодой собакой

Простейшие задачи подобного рода показывают, что собаки чрезвычайно отличаются друг от друга. Некоторые из них уже при второй попытке сразу же бегут по обходному пути. Другим необходима более или менее длительная тренировка, прежде чем они освоят кратчайший путь к цели. Встречаются и такие, которые уже при самом первом испытании ведут себя правильно и, кажется, вообще не нуждаются в тренировке или научении. В этом случае наверняка исключить случайность мы не можем, равно как не можем сказать, что у данной собаки нет опыта встречи с заборами, который она могла бы применить. Кроме того, в подобных испытаниях далеко не безразлична длина решетки. Нередко после удлинения решетки животное, только что продемонстрировавшее свою «интеллектуальность», ведет себя как и все другие собаки. Решетка должна быть целесообразной длины. Это понимает каждый, кто имеет опыт в обращении с собаками. Для овчарок, ротвейлеров и других крупных собак решетка должна быть больше, чем, например, для фокстерьеров. Наш рисунок представляет собой три упрощенные схемы, построенные на основе обработки результатов многочисленных испытаний. В практике экспериментирования одно испытание никогда полностью не совпадает с другим. Мы не будем говорить о причинах индивидуальных отличий, поскольку нас интересует характерное для всех опытов, а оно заключается в средних успехах возможно большего числа животных.

Итак, попытаемся четко представить себе своеобразие опытов, связанных с поиском обходного пути. Их называют еще опытами с препятствиями. Скоро нам придется снова вернуться к ним. Решетки и ящики с открывающимися крышками, а также ящики с защелками служат препятствием, которое не позволяет животному непосредственно достичь цели. Во всех примерах можно видеть испробование животным возможных действий, причем успешные запоминались, а неудачные были забыты. Теперь мы знаем, что в этом и заключается научение животных, то есть мы с полным основанием можем подтвердить старую точку зрения, что оно происходит путем проб и ошибок. Между тем недавно появившаяся наука кибернетика позволяет нам не только по-новому взглянуть на некоторые биологические факты, но и лучше, глубже понять оцениваемое.

Научение у животных с точки зрения кибернетики

Что такое кибернетика? Исходя из наших нужд ее следует определить как учение о функциональных саморегулирующихся системах. Поскольку определение всегда абстрактно, покажем на простом примере, что имеется в виду.

Предположим, что наша рабочая или жилая комната отапливается газовой печью. При температуре 21 °C мы чувствуем себя нормально. Регуляторы в системе отопления позволяют нам, когда становится слишком жарко, уменьшать, а при снижении температуры увеличивать подачу газа. Если подачу газа приходится регулировать во время напряженного труда, то это мешает работе.

Между тем технически несложно соединить подачу газа с термометром. Термоизмерительный прибор соединяют с газопроводом таким образом, что при повышении температуры подача топлива уменьшается, а при понижении увеличивается. Так автоматизируют отопление помещений. Газ дает тепло, тепло действует на газ. Поэтому мы говорим об автоматизированной системе регулирования. В нашем очень простом примере эта система позволяет человеку не тратить никаких усилий на переключение отопительного устройства. На крупном промышленном предприятии, где приходится регулировать многое – температуру парогенераторов, скорость работы станков, давление в котлах и т. д., – может быть получена очень большая экономия рабочей силы.

Но вернемся к нашему примеру. Поскольку температура в помещении воспринимается каждым из нас индивидуально, создают такие регулирующие устройства, которые позволяют устанавливать желательную температуру. Кто любит сидеть в теплой комнате, установит регулятор на 23 °C, кто предпочитает более низкую температуру, поставит на 19 °C, а то и ниже. Автоматическое устройство будет поддерживать заданную температуру.

Что общего между работой автоматической системы и процессом обучения животных?

В ответ на этот вопрос разберем еще один простой пример. Поднимая гантель весом пять килограммов, новичок в тяжелой атлетике поначалу слишком слабо напрягает мышцы. Но затем он прикладывает большие усилия и поднимает гантель. При повторении упражнения он уже сразу правильно напрягает мышцы.

Как это оказалось возможным?

В начале каждого движения из мозга по нервам поступает указание мышцам – в нашем примере оно касается степени их напряжения. Удалось или не удалось выполнение движения, мозг узнает через другие нервные каналы. Это сообщение является принципиально важным в кибернетике обратным сообщением (или обратной связью). Само собой разумеется, что оно передается не словами, оно закодировано (вроде телеграммы, передающейся при помощи азбуки Морзе), то есть состоит из определенной последовательности отдельных импульсов. В рассматриваемом нами примере первое обратное сообщение означает, что напряжение мышц недостаточно. Сразу же следует указание повысить напряжение. Теперь, когда оно стало достаточным, в мозг поступает соответствующее обратное сообщение. Там оно фиксируется, иначе говоря, необходимое для поднятия гантели напряжение запоминается. Это напряжение является расчетной величиной, на которую устанавливается система регулирования мозг – мышца – мозг. В следующий раз, поднимая гантель весом пять килограммов, человек уже без какого-либо раздумья применяет наиболее пригодное для этого усилие мышц. Две части – мозг и мышцы – образуют саморегулирующуюся систему. Безусловно, она зависит и от других процессов, происходящих в теле. Скорее всего она является подсистемой в очень большой и сложной общей системе.

Рис. 31. Кибернетическая блок-схема для пояснения сообщения и обратного сообщения. (Мозг получает сообщение об «успехе» только при действии I)

Наверняка многим хорошо известен цирковой номер, позволяющий показать отрегулированное на расчетную величину отношение между мозгом и мышцами. Кому-нибудь предлагают поднять гантель, сделанную из картона и по своему цвету, форме и надписи «5 кг» разительно напоминающую металлическую гантель того же веса. На самом деле пустая картонная гантель весит всего несколько граммов. Человек видит ее и принимает за настоящую. Он наклоняется к муляжу, намереваясь поднять пятикилограммовую гантель, и его мышцы получают соответствующее сообщение: следует применить такое-то напряжение. Но оно, естественно, намного превышает действительно необходимое усилие – рука вместе с муляжом подлетает вверх, что поражает и действующее лицо и публику и вызывает смех.

Связанным с регулированием процессам, механизмам, аппаратам, мышцам или нервам дают в кибернетике как можно более общие обозначения и включают в схему. То, что принимается как действующее, например измерительный прибор, восприятие, поведение или процесс в мозге, заключают в рамку и называют блоком. Система, составленная таким образом, называется блок-схемой.

Попробуем при помощи рис. 31 детальнее познакомиться с блок-схемой. Восприятие животного, указанное на рисунке слева, может относиться к чему угодно: мешающей решетке, ручке двери, крышке ящика. Воспринятое через зрительный канал нервной системы сообщается мозгу. Из него поступает обратное сообщение в орган восприятия, обычно глаз. Передача сигналов от воспринимающего органа к мозгу и обратно показана на рисунке внешней кривой. Это делает содержание восприятия интересным: либо привлекательным, либо сулящим опасность. Нередко только после обратного сообщения на окружающем животное фоне что-то начинает проясняться; по-видимому, это можно отнести к защелке, которой занимался енот.

Но в этой схеме должны быть учтены столь часто упоминавшиеся действия животного. На нашем рисунке для простоты показаны только три из них: одно успешное действие I (сплошная линия) и два безуспешных (II и III, штриховая линия). Род выполненного движения и его результат также сообщаются мозгу. Идущее оттуда обратное сообщение к органам движения (мышцам) при выгодном для животного поведении действует поощрительно или благоприятно, при напрасном – сдерживающе, тормозяще. Таким образом, отношение между моторикой (органами движения), с одной стороны, и мозгом – с другой, можно рассматривать как контур регулирования.

Ну а теперь вернемся к процессу научения животных и попробуем объяснить его с помощью теории регулирования. Итак, перед нами два различных контура регулирования: во-первых, система орган чувств – мозг – орган чувств и, во-вторых, система моторика – мозг – моторика. Обе системы находятся в диалектической взаимосвязи. Кибернетический подход подтверждает вывод, сделанный еще Павловым при изучении условных рефлексов. Сообразно с этим имеются два и только два основных результата высшей нервной деятельности: один – возбуждающее действие, которое в нашей блок-схеме для упрощения и облегчения понимания названо поощряющим или благоприятным; другой – торможение, отчетливо проявляющееся при уменьшении в ходе эксперимента числа напрасных действии. В этой связи еще раз хочется сказать: ни при каких обстоятельствах нельзя считать, что труды Павлова имеют только историческое значение и не представляют сегодня научного интереса. Скорее верно то, что современные научные исследования ведутся на прочном фундаменте старых достижений и обогащают их новыми.

Иному любителю животных кибернетические рассуждения покажутся трудными, слишком абстрактными и не имеющими прямого отношения к практике, во всяком случае к дрессировке собак. Между тем эту связь установить совсем несложно. Известно, что одни виды поведения животных затормозить легче, другие – сложнее. Блок-схема в этом случае укажет необходимую форму тренировочных упражнений. Нам уже больше не придется зависеть от подчас весьма различающихся оценок мнимых или настоящих экспертов, так как все точные факты поддаются математической обработке.

Измененный обходный путь

При рассмотрении научения путем проб и ошибок иной критически настроенный читатель, пожалуй, скажет, что это может произойти с человеком, а следовательно, подобное научение можно приписать мышлению. Предположим, что кто-то без всяких объяснений дал своему сотруднику ключ от английского замка и попросил его открыть определенную дверь. Сотрудник пробует вставить ключ бородкой вниз – не удается; он переворачивает ключ бородкой вверх – и тот входит в замок. Затем сотрудник пытается повернуть его вправо, но и это действие оказывается ошибкой. И только вращение ключа в противоположном направлении позволяет наконец открыть дверь.

Сотрудник, который пробовал открыть дверь, запомнил все свои удавшиеся и неудавшиеся действия, то есть приобрел опыт. Если ему и в дальнейшем придется открывать эту дверь, он с самого начала будет действовать правильно. Он чему-то научился, безусловно, чему-то очень простому. Его учеба ничем не отличается от научения животных методом проб и ошибок. Если бы замок был из стекла и можно было видеть его детали, сотрудник, быть может, с самого начала действовал бы правильно!

Из всего того, о чем мы сейчас говорили, нужно принять во внимание одно очень важное соображение, которое крайне необходимо для правильного понимания поведения животных, а также и людей. Каждое действие имеет свой результат; вспомните человека, который пытался повернуть ключ в неправильную сторону. Результат его действия был отрицательным – замок не открылся. Предугадать этот результат было нельзя. Это нечто предстоящее, будет ли оно отрицательным и разочаровывающим или положительным и доставляющим удовольствие, всегда находится в будущем, пусть даже самом близком.

Во времени мы различаем прошлое, настоящее и будущее. При эксперименте с решеткой собака в настоящем видит привлекающее ее лакомство, например кость, и перед ней препятствие. У собаки уже есть опыт обращения с решеткой, который она накопила в прошлом. Поскольку он был запомнен (накоплен), то, естественно, учитывается в настоящее время. Если бы собака умела говорить, она, возможно, сказала бы: «Прямо мне не удалось пройти, но обходный путь привел к цели». Нет надобности подчеркивать, что собака не может сформулировать свои мысли с помощью слов. Однако следует обратить внимание на то, что и мы, люди, часто используем простой опыт, прежде чем осознаем происходящее. Повозившись с замком первый раз, мы потом уже правильно поворачиваем ключ.

Что касается поведения собаки при проведении эксперимента с решеткой, то правильный выбор ею обходного пути нетрудно понять, если учесть ее прошлое и настоящее. Будущее, очень близкое будущее, важно только в том отношении, что собака предвкушает удовольствие от предстоящего поедания лакомства, то есть носит характер эмоции.

Енот, крыса или другое животное, научившись открывать ящик с защелкой, делает всегда одно и то же; отодвигает защелку, поднимает крышку и берет приманку. В начале выполнения тех или иных действий ход необходимых движений находится в непосредственно предстоящем будущем. А то, что должно быть сделано, в прошлом приводило к приятным ощущениям. Поэтому для объяснения поведения животных и людей очень важно принимать во внимание значение прошлого, настоящего и будущего. Если я иду к двери, нажимаю на ручку и открываю дверь, происходит то, что происходило много раз до этого, то есть в прошлом. Как и в прошлом, результат этого простого движения один – я могу выйти. Но иногда, когда в настоящем по сравнению с прошлым что-то изменилось, привычное поведение не приводит к желаемой цели. Однажды на работе я хотел взять в соседней комнате книгу. Как обычно, я пошел туда и налетел на закрытую дверь, которая не открылась, несмотря на привычное движение рукой. Только в этот момент я вспомнил, что в комнате покрасили пол и туда нельзя было входить, поэтому ее и заперли. Когда я покидал свое рабочее место из-за нужной мне книги, вход в библиотеку находился еще в будущем. О нем, то есть о результате моих действий, я не «подумал», вставая со стула.

Рис. 32. Собака научилась обходить решетку слева

При выполнении не очень трудных задач каждый человек старается с самого начала учесть предстоящий результат своих действий. Поясним это на следующем простом примере. Мне хочется повесить в своей: комнате картину, и для этого я должен закрепить в стене крюк. Поскольку картина тяжелая, крюку придется выдерживать значительный вес, значит, тонкий гвоздь, который можно было бы легко вбить в стену молотком, не подходит. Мысль об этом предвосхищает будущую возможность, а именно падение недостаточно прочно подвешенной картины. Толстый крюк молотком в стену не вобьешь, надо сверлить дырку. Сверление требует выполнения предварительных действий – нужно взять пробойник или электродрель. С помощью электродрели можно сделать более аккуратное отверстие, но ее надо вытащить из кладовой, а из другого места принести подходящий удлинительный шнур. Это потребовало бы слишком большой затраты времени. Поэтому я решаюсь использовать пробойник и закрепляю крюк в быстро сделанном отверстии с помощью деревянной пробки. Это слишком обстоятельное описание должно показать, что человек перед выполнением не очень сложных работ всегда учитывает две предстоящие, то есть будущие, возможности: во-первых, что могло бы быть сделано и, во-вторых, чего следует ожидать в результате тех или иных действий. Прежде чем мы зададим вопрос, способны ли и животные учитывать подобным образом будущие возможности, необходимо подумать о другом.

Что будет с собакой, если много раз пробегаемый ею обходный путь в один прекрасный день будет перегорожен? Подобно человеку, собака, вероятно, должна проложить другой путь. Предоставим ей эту возможность с помощью простого эксперимента, который показан на рис. 32.

Рис. 33. Решетка передвинута так, что теперь ее надо обойти справа. Однако собака бежит сначала, как и до этого, налево

Между двумя стенами, образующими своего рода дорожку, стоит решетка, за которой лежит кусок мяса, – обычные условия при выполнении эксперимента с обходным путем. Обойти решетку собака может только слева (по ходу ее движения), и мы хорошо натренировали ее в этом. Затем мы ставим решетку таким образом, что ее надо обойти уже не слева, а справа. На рис. 33 мы видим, что собака, как обычно, бежит налево, останавливается непосредственно перед препятствием и только тогда поворачивает в другую сторону. Таким образом, до препятствия она делала то, что ей до сих пор, в прошлом, приносило успех. Предстоящий результат ее действия обнаружился только тогда, когда она не смогла бежать дальше.

В следующей попытке все остается без изменения – решетку можно обойти справа. Но животное не сразу переходит к новому обходному пути, хотя это и происходит довольно быстро. Для наших подопытных собак достаточно было 3–5 тренировочных попыток, чтобы они после этого сразу же бежали по измененному обходному пути.

Итак, собаки знают два обходных пути, один слева и другой справа. Являющаяся препятствием решетка ставится теперь попеременно, без всякой последовательности то с одной, то с другой стороны дорожки. Чтобы достичь цели, животные должны выбрать один из двух путей. Но в их решениях обнаруживается связь не с предстоящим результатом действия, а с прошедшим. К примеру, собака только что правильно достигла цели, обойдя решетку слева; затем мы переставили решетку, но собака сначала побежала тем путем, который только что принес ей успех, то есть в настоящем совершила «ошибку». У собак отсутствует внутренний процесс, который мог бы им подсказать: теперь мне следует бежать налево (или направо). Их поведение управляется только прошлым, в котором тот или иной обходный путь оказался успешным.

Обходный путь означает воспоминание об определенной форме поведения; это заученные формы поведения. Их очень удобно рассматривать на собаках, так как они охотно двигаются, легко запоминают, что сделали, и любят повторять свои действия. Практика дрессировки собак уже давно признала значение заученных форм поведения. Команды, которые подаются собаке, относятся к определенному действию: «Сидеть!», «Лежать!», «Апорт!» или «Рядом!». Во всех этих случаях собака делает то, что в прошлом было заучено и вознаграждено. Точно так же следует понимать и каждое представление в цирке. Будь это слон, который должен сесть на бочку, лошади, по команде встающие на задние ноги, или прыгающие через обруч львы – мы всегда видим довольно сложные отрепетированные, то есть заученные, формы поведения.

Эти результаты научных исследований показывают очень существенное различие между действиями рассматривавшихся нами животных, с одной стороны, и людей – с другой. Последние руководствуются предстоящим, а животные – только прошлым результатом своего поведения. Скоро мы увидим, что у обезьян это выглядит несколько иначе. Их возможности в достижении успехов больше приближаются к человеческим, чем у всех прочих животных.

В деятельности человека немало поступков, которые он выполняет изо дня в день совершенно одинаково. Почти автоматически берем мы трубку телефона, стоящего на письменном столе, когда он звонит. Необходимое для этого движение заучено и стало привычным. Поэтому нас очень удивит, если телефон вдруг окажется не на своем месте. Мы слышим звонок, не отрывая взгляда от книги, протягиваем руку – как обычно – и попадаем в пустоту. Восприятие звонка вызвало не осознаваемое далее воспоминание об определенной форме поведения, и оно управляется так, как это уже было в течение многих предшествовавших дней. При регулярно повторяющихся действиях, к которым относится, например, завод наручных часов и их застегивание, особо думать не надо, наши мысли в это время могут быть заняты чем-либо другим. Правда, и подобные движения, которые относятся к простому повседневному опыту и являются не чем иным, как повторениями тех или иных форм поведения, часто бывают включены в высшую мыслительную деятельность.

Заучивание обходного пути можно рассматривать как приспособление животного к тому, что оно видит перед собой. Эксперименты с постоянно изменяемым обходным путем показали, что для правильной оценки действий животного нужно учитывать не только то, что животное видит, но и ход событий во времени. Уяснить себе это не всегда легко, о чем и говорит следующая шутка. Мальчик спрашивает отца: «Сегодня вчера было завтра?» Тот отвечает: «Да, так же как сегодня завтра будет вчера». Расскажите эту шутку своему знакомому и попросите его возможно точно повторить оба предложения. Многие делают это только после некоторого раздумья.

Для правильного понимания различий между поведением животных и людей познакомимся с поведением детей.