Страница 2 из 33
Я познаю мир. Поведение животных
Кошка в «проблемном ящике»
Одновременно с И. П. Павловым в самом начале XX века работал американский исследователь Эдвард Торндайк (1874–1949). Его интересовала прежде всего проблема интеллекта животных. Однажды ему рассказали про собаку, которая лапой открывала задвижку садовой калитки. Чтобы понять, как животные справляются с такими задачами, где требуется сообразительность, он придумал особую клетку, которую назвал «проблемным ящиком».
Вот как ставился опыт по его методике. Голодное животное, например кошку, сажали в клетку и запирали, а снаружи помещали пищу. Запертая, да еще и голодная, кошка, увидев пищу, начинала метаться, скрестись, прыгать, пытаясь до нее добраться. А чтобы выйти на волю, ей надо было нажать находящуюся там же, в клетке, педаль или рычаг, открывающий задвижку. После множества неудачных, беспорядочных движений животное в конце концов случайно совершает нужное действие и выходит наружу. Опыт повторяют вновь и вновь, и каждый раз кошка делает все меньше ошибок и все быстрее получает свободу и пищу. В конце концов животное выучивается безошибочно совершать нужное действие сразу. Такой процесс называют обучением методом проб и ошибок.
Метод проблемного ящика — не единственный, который позволяет изучать инструментальные (двигательные) условные рефлексы. Ученые широко используют для таких опытов так называемую камеру Скиннера (по имени американского ученого, который ее придумал). Это небольшая клетка, в которой есть устройства для подачи звуковых и зрительных условных сигналов, а также кормушка, куда поступает пища, как только животное совершит нужное действие, — лапой или клювом нажмет на кнопку или еще какое-нибудь приспособление. Вся эта система действует автоматически, в соответствии с определенной программой, так что экспериментатор не вмешивается в процесс обучения, тем более что сегодня ему в этом помогает электроника.
Итак, мы выяснили, что условный рефлекс образуется и закрепляется, когда животное стремится что-то получить, прежде всего пищу.
А можно использовать и другой подход — поместить животное, например крысу или мышь, в воду. Для грызунов это очень неприятно, и они активно стараются избежать такой ситуации. Мало-помалу они учатся выбираться из воды нужным путем.
То есть для успешного обучения животного нужно, чтобы оно чего-то очень сильно хотело, чтобы у него была какая-то неудовлетворенная потребность, или, как говорят ученые, «мотивация».
Свиньи, например, легко обучаются нажимать кнопку, которая включает подогрев помещения. Каждое такое действие обеспечивает подачу тепла на несколько секунд. Если общая температура воздуха выше 15 градусов, животные включают подогрев в тысячу (!) раз реже, чем при 0–5 градусах. Комфорт им требуется — вот в чем дело!
«Отличниками» в школе условных рефлексов, однако, становятся лишь те «ученики», кого обучают правильно. Условный сигнал всегда должен предшествовать реакции «ученика», а поощрение (на языке биологов — подкрепление), так же, как и наказание, он должен получать как можно скорее после ее совершения.
За счет таких сравнительно простых механизмов животные успешно приспосабливаются ко всем изменениям, которые происходят, разумеется, не только в лаборатории, но и в природной среде. Они запоминают места, где их подстерегает какая-то опасность, и избегают их, или, напротив, вновь и вновь посещают места, богатые кормом.
Условные рефлексы могут выстраиваться в гораздо более сложные действия и целые их цепочки. Тут важно немедленно подкреплять движения, которые животное совершает импульсивно или на которые вы его спровоцировали. Чтобы заставить собаку (или другое животное) совершать какое-то новое, еще не освоенное действие, приходится прибегать к особому методу, который иногда называют методом «постепенного приближения». Например, в одном из опытов ученым нужно было научить голубя передвигать клювом коробку из разных мест в точку, отмеченную на полу цветным пятном. Такая задача очень трудна для голубя, потому что, в отличие от воронов, ворон и попугаев, голуби не интересуются никакими предметами, кроме корма, и не пытаются как-то манипулировать ими. Пришлось сначала награждать голубя просто за то, что он оказался рядом с коробкой, потом за то, что он случайно коснулся ее клювом, потом за то, что он немного ее подтолкнул, потом за то, что стал передвигать хоть на какое-то расстояние, и т. д. И в конце концов все занятые в этом опыте голуби научились в течение нескольких секунд доставлять коробку на нужное место. Методом «постепенного приближения» издавна пользуются цирковые дрессировщики. И посмотрите, каких невероятных результатов они добиваются!
Когда обезьяна строит вышку
«Проблемный ящик» Э. Торндайка открыл многое, однако не давал животному возможности показать свою сообразительность. Действительно, запоры на ящике были устроены так, что животное их не видело, понять, как они действуют, не могло.
Между тем предположение о том, что у животных есть разум, что они могут решать некоторые задачи за счет своей сообразительности, было основано на многочисленных наблюдениях за животными в природе и настоятельно нуждалось в проверке.
Первым, кто произвел такую проверку и получил утвердительный ответ на вопрос «Думают ли животные?», был немецкий ученый Вольфганг Келер (1887–1967). Он тоже стал предлагать своим подопытным (это были шимпанзе) решать новые для них задачи. Но в отличие от задач, с которыми животные сталкивались в «проблемном ящике», задачи Келера можно было решать сразу, без долгих проб и ошибок, тут нужна была именно сообразительность.
Обстановка во время опытов В. Келера также резко отличалась от той, в которой обычно исследуют процесс обучения животных. Шимпанзе находились не в камере, а в привычной для них обстановке. Опыты проводились в 1913–1920 годах на острове Тенерифе Канарского архипелага. Колония шимпанзе состояла из 9 молодых (от 4 до 9 лет) обезьян и одной взрослой самки, они жили группой в просторной вольере.
В. Келер предлагал шимпанзе несколько типов задач, достаточно разнообразных, но построенных по одному принципу. Их суть можно свести к пословице — «видит око, да зуб неймет». Обезьяны видели долгожданную приманку, но она была отделена от них или большим расстоянием или какой-то преградой, и надо было изобрести способ эту преграду (или расстояние) преодолеть.
Например, обезьяна с огорчением видит, что банан подвешен высоко под потолком, так что до него не долезешь и не допрыгнешь. Однако тут же, в вольере, находились и какие-нибудь подручные средства, которые могли помочь добраться до приманки, при условии, что животное сообразит, как это сделать. Или банан кладут за решеткой клетки так, что рукой до него не дотянешься. При этом в вольере лежит палка, которой до сих пор там не было. Задача, на первый взгляд, несложная, но справится ли с ней обезьяна?
Первые же опыты показали, что на это сообразительности обезьян вполне хватает. И питомцы В. Келера, и другие человекообразные обезьяны в опытах других ученых с легкостью справлялись с такой задачей — брали палку в руки и с ее помощью придвигали к себе лакомство. Более того, многие из них даже слегка усовершенствовали палки — обрывали ветки, укорачивали или, наоборот, составляли из двух половинок.
Не менее находчиво обезьяны вели себя, когда банан подвешивали под потолком вольеры, а в вольеру клали несколько палок. С такой задачей обезьяны тоже справлялись — находили подходящую палку и с ее помощью сбивали приманку.
Это было фундаментальное открытие, и его до сих пор продолжают обсуждать другие ученые. Ведь как бы убедительно ни выглядело поведение обезьяны, которая с ходу, без особых раздумий брала в руки палку и доставала банан, нужно было еще убедиться, что это не случайность. Поэтому В. Келер предлагал обезьянам и другие задачи, которые тоже были построены так, что их можно было решить без предварительного обучения, если, конечно, хорошенько подумать. В одном случае банан снова подвешивали высоко под потолком, а где-нибудь в стороне ставили ящик. И что же — обезьяны хватали ящик, подставляли его под банан и быстренько его срывали.
В дальнейшем В. Келер все более и более усложнял задачу: вместо одного большого ящика ставил несколько ящиков разного размера, ни один из которых не позволял сразу дотянуться до приманки. И тогда обезьяны стали строить из них вышки, пока нужная высота не была достигнута.
Особенно отличился в решении всех этих задач молодой самец по кличке Султан. Это он первым построил вышку, да и потом опережал своих собратьев. Именно он решил самую трудную задачу, которая совмещала все элементы предыдущих, — банан находился снаружи, далеко от решетки клетки, под потолком была подвешена палка, в вольере находилось несколько ящиков, но часть из них была просто неподъемной из-за наполнявших их камней. В первый момент Султан выглядел озадаченным всем этим нагромождением трудностей. Но прошло буквально несколько секунд, и он приступил к делу — выбросил лишние камни, построил из ящиков пирамиду, схватил палку и с ее помощью добрался до банана.
Поведение Султана и других обезьян выглядело столь осмысленным и целенаправленным, а решение во многих случаях находилось столь быстро и осуществлялось столь четко, что В. Келер сделал вывод о близком сходстве принципа мышления обезьяны и человека. Он назвал такое поведение «озарением», или «проникновением», но в мировой и российской литературе применяют английский вариант этого слова — «инсайт» (insight).
Опыты В. Келера многократно повторили (в разных вариантах) разные исследователи. Проводил их и И. П. Павлов. Специально, чтобы опровергнуть выводы В. Келера, он приобрел шимпанзе Рафаэля и начал экспериментировать с ним. Рафаэль, подобно своим собратьям с Тенерифе, столь же находчиво и оперативно управлялся и с палками, и со строительством пирамид. Это заставило И. П. Павлова пересмотреть свое скептическое отношение к интеллектуальным способностям обезьян и признать, что «когда обезьяна строит вышку, чтобы достать плод, это условным рефлексом не назовешь…»
Этология — наука об инстинктах
В условиях лаборатории исследуют не столько собственно поведение животного, сколько реакцию его мозга на определенные сигналы. Важность этих результатов трудно переоценить, но все же при этом многие стороны поведения подопытных животных остаются «за кадром».
Наука о поведении животных, специализирующаяся главным образом на исследованиях в естественных условиях, называется этологией (от греч. ethos — нрав, logos — учение). Этология изучает в первую очередь инстинкты. Этологи стремятся не только к описанию поведения животных, но и к его анализу. Один из важнейших вопросов, на который они старались ответить, — как то или иное конкретное поведение связано с процессом взросления животного, получают ли они его по наследству от родителей или осваивают (приобретают) сами.
Этологи составляют подробное описание всех элементов поведения, ведут учет продолжительности, частоты появления и повторения каждого из действий животных. Затем на базе своих записей выясняют, кто чаще всех в стаде или стае подвергается нападениям и угрозам, кто самый сильный и влиятельный, а кто занимает промежуточное положение. Такие схемы называются социограммами.
Есть и специальные методы наблюдения за животными, например телеметрия. Животное снабжают миниатюрным радиопередатчиком и с помощью специальных приемников получают от него сигналы. Таким способом можно, например, найти зверя, которого выпустили в дикую природу.
С помощью телеметрии можно проследить, где находится, куда перемещается такое животное. Узнать, каков размер его индивидуальной территории (т. е. участка, на котором оно держится большую часть времени и с которой прогоняет соперников).
Есть и другой эффективный способ наблюдения, сходный с телеметрическим. Под кожу мелкому животному, например мыши, или же на ухо или на шею крупному зверю «намертво» крепится миниатюрное устройство — сенсор. При этом связанное с компьютером устройство может регистрировать сигналы не от одного, а от многих сенсоров, у каждого из которых есть свой номер. Можно пометить сенсорами сразу многих мышей на территории луга и наблюдать за их перемещениями, за их контактами между собой, за дальностью их миграций. Так можно узнать все, из чего состоит повседневная жизнь животного: как и когда животное «умывается», как часто и при каких обстоятельствах чистит шерсть, как добывает, а иногда и как обрабатывает пищу, играет, как находит себе пару, ухаживает за супругом, а потом за потомством, борется с врагами, охраняет свою территорию. Перечень всех действий животного называют этограммой.
