Истоки разума животных

Эта статья – интервью с заведующим лаборатории физиологии и генетики высшей нервной деятельности МГУ Леонидом Викторовичем Крушинским.

Прекрасный знаток поведения животных Эрнест Сетон-Томпсон описал такой случай. Ворона, пролетая над рекой, уронила кусок хлеба. Подхваченный течением, он исчез в тоннеле. Тогда птица, заглянув вглубь тоннеля, полетела к другому его концу, и едва упущенная добыча появилась, она ее выловила. Случай этот — пример того, как животные, чтобы добиться нужного результата, используют, говоря математическим языком, экстраполяцию. Ворона видела первоначальный путь плывущего куска хлеба, затем он скрылся за преградой. И дальше она экстраполировала направление его движения. Птица приняла единственно правильное решение и поступила в данной, внезапно сложившейся ситуации разумно.

К выводу, что у животных есть разум и что он представляет собой специфическую функцию мозга, крупнейшие биологи и философы пришли уже давно. Чарльз Дарвин считал, что высшие животные, как и человек, обладают памятью, воображением, ассоциацией представлений и разумом. Исследователи, которые не хотят признать существование даже зачатков разума у животных, часто ссылаются на авторитет Ивана Петровича Павлова. Однако и он в конце своей жизни сделал заключение, что животным присущи элементы мышления, имеющие черты сходства с мышлением человека. В одном из выступлений Павлов сказал: «А когда обезьяна строит свою вышку, чтобы достать плод, то это «условным рефлексом» назвать нельзя… Это есть начало образования знания, улавливание постоянной связи между вещами — то, что лежит в основе всей научной деятельности, законов причинности и т. д.»

Другой основоположник современной рефлексологии — Чарлз Шеррингтон — в своих последних книгах тоже признал, что животные наделены разумом, однако он не видел возможности объективного его изучения.

В экспериментах, что стали проводиться в нашей лаборатории, мы исходили из допущения, что животные живут не только в мире предметов и явлений окружающей среды, но и тех законов, которые их связывают. Наиболее же характерная особенность рассудочной деятельности животных, на мой взгляд,— как раз способность улавливать простейшие законы природы и умение использовать их в новых ситуациях.

Наблюдая за поведением животных в природе, я часто становился свидетелем ситуаций, в сущности одинаковых с описанной Сетоном-Томпсоном, и пришел к заключению, что способность к экстраполяции может быть одним из критериев оценки развития разума.

— На основании чего был сделан такой вывод?
— Вот посмотрите, с чем в нашей лаборатории должны уметь справляться животные, чтобы продемонстрировать способность к экстраполяции. Первое — это определить положение двигающегося тела, которое исчезает из поля зрения. Вы, наверное, знаете о существовании так называемой «системы отсчета». Координатами, при помощи которых человек определяет свое положение в городе, служат улицы и проспекты. Сходными координатами, представляющими собой совокупности неподвижных точек окружающем среды, пользуются, судя по всему, и животные. Зная неподвижные «точки отсчета», они ориентируются по ним в незнакомой обстановке.

Однако этим все не ограничивается. Экстраполяция невозможна, если нет представления о простейших законах окружающей среды. Суть первого из них: любой предмет, о существовании которого животное узнает благодаря своим органам чувств, никуда не пропадает, даже когда по каким-либо причинам информация о нем перестает поступать. Мы тоже пользуемся этим законом. Возьмите у маленького ребенка игрушку и посмотрите, как он будет вести себя. Конечно, начнет искать ее, потому что на основе своего опыта уже знает, что игрушка не могла бесследно исчезнуть, она существует.

Второй простейший закон: непрозрачные предметы непроницаемы. В экспериментах, которые мы проводили, изучая способность животных к экстраполяции, приманка сначала двигалась на виду у них, а потом путь ее продолжался за ширмой. И те наши подопытные, кому не был известен этот закон, вместо того чтобы обойти ширму и получить корм, пытались пробраться через нее. Животные, рассудочная деятельность которых достаточно высока, никогда не делали таких безуспешных попыток. Было совершенно очевидно, что они понимают: непрозрачные предметы непроницаемы.

— Насколько мне известно, ваши исследования основаны не только на способности животных к экстраполяции.
— В «Новом Органоне» Фрэнсис Бэкон разграничивал ум человека и умелость животных. Однако он считал: иногда приходится допустить, что звери и птицы могут рассуждать. В качестве иллюстрации Бэкон приводил рассказ о вороне. Во время засухи этот ворон нашел в дупле воду, однако там ее было мало. Чтобы напиться, следовало поднять уровень воды, и ворон стал кидать в дупло камешки. Возможно, что такого в действительности не было, но это не имеет никакого значения. Важно, что великий философ XVII века указал на простой критерий оценки ума животных, в основе которого лежит понимание физического закона.

По-разному реагируют птицы и звери на тень: на падающую от их тела не обращают внимания, зато боятся чужой. Иногда они используют тень в своих интересах. Когда наступает жара, аист, например, становится так, что гнездо с птенцами оказывается прикрытым от солнца.

Конечно, животные имеют представление об объеме и форме собственного тела. Способны они оценивать и некоторые геометрические свойства предметов. Предположив, что животные, как и люди, могут различать объемные и плоские предметы и оперировать простейшими свойствами геометрических фигур, мы решили провести в лаборатории серию новых экспериментов. Животные должны были сообразить, что объемную фигуру-приманку нельзя поместить в плоскую фигуру, а предмет может быть перемещен, находясь внутри другого.

Изучение поведения животных во время решения всех придуманных нами логических задач показало, что существуют огромные различия в уровне их рассудочной деятельности.

— И кто же завоевал пальму первенства?
— Наиболее высоко развит разум у обезьян, дельфинов и бурых медведей. На втором месте оказались волки, красные лисицы, собаки, корсаки. Среди птиц на верхней ступени стоят признанные мудрецы — вороненые. Их способности к разумным действиям не ниже, чем у хищных млекопитающих из семейства псовых. Довольно низок уровень элементарной рассудочной деятельности у голубей. Рыбы карпы, гольяны, караси – совсем не могут экстраполировать направление движения корма. Лягушки и жабы тоже не реагировали на предлагаемые тесты, зато черепахи и зеленые ящерицы, к нашему удивлению, проявили большую сообразительность. Они решают экстраполяционные задачи хуже вороновых, но лучше таких хищных птиц, как соколы, коршуны, и, разумеется, лучше, чем утки и куры.

— Мне кажется, вывод, что обезьяны, дельфины, волки и лисицы умные животные, при всей его объективности воспринимается несколько абстрактно. Нельзя ли привести хотя бы одно сравнение, иллюстрирующее степень развития их разума?

— Сравнение с человеком вас устроит?
— Конечно.
— Мы изучали способности к экстраполяции у детей. Когда игрушка исчезала из их поля зрения, они должны были определить, в какую сторону она движется, и, чтобы ее получить, пойти в нужном направлении. Оказалось, что дети до двух лет не могут решать задачу такого типа. Спустя год поведение их несколько меняется, они начинают экстраполировать движение игрушки, однако справляются с этим хуже таких животных, как красные лисицы, собаки, волки. Исследования выявили закономерность: чем старше ребенок, тем в большей степени проявляются его экстраполяционные способности. А правильный выбор дети безошибочно делают лишь в семь с половиной лет.

Разумеется, трудности проведенного сравнения очевидны. Ведь ребенок в том возрасте, когда у него проявляется способность к экстраполяции, обладает достаточно хорошо развитой речью и определенными понятиями, которые могут сформироваться лишь на ее основе. Оценка разума по одному критерию, конечно, не выявляет всего многообразия рассудочной деятельности, которой наделен человек. Однако она в какой-то степени позволяет представить некоторые этапы формирования этой сложнейшей функции мозга. Поскольку животные наделены пусть элементарным, но разумом, значит, прежде чем решаться на что-то, они, судя по всему, должны вначале подумать. Легко ли им это делать?

Во время наших опытов все животные в определенный момент начинали вести себя необычно: они продвигались, некоторые очень упорно, в сторону, противоположную той, куда перемешалась приманка,— другими словами, отказывались участвовать в экспериментах. Особенно ярко это продемонстрировали крысы, потомки пасюков, родившиеся и воспитанные в питомнике нашей лаборатории. Кролики поступали иначе: они принимались стучать задними лапами по полу. Обычно эти зверьки ведут себя так, когда находятся в тревожном состоянии. Иногда кролик хватал приманку — морковь и убегал с ней от ширмы. У птиц из семейства вороновых вызывала страх сама экспериментальная установка. Поскольку такое поведение наблюдалось после того, как животные несколько раз подряд решали предложенные им задачи, естественно было предположить, что оно связано с умственным перенапряжением.

Исследования подтвердили это. Электроэнцефалограммы крыс и черепах, сделанные во время опытов, зарегистрировали патологическую активность их мозга. И. видимо, отказ животных участвовать в опытах — не что иное, как стремление оградить себя от непосильной нагрузки, своеобразная форма защиты мозга от перенапряжения. Процесс мышления, даже в наиболее примитивной форме, труден для животных.

— В гипотезе, объясняющей механизм рассудка, а проще говоря — природу ума, вы обосновываете, почему животные могут решать логические задачи. Что же отличает их от тех собратьев, которые не способны поступать разумно?
— В последнее время различные функции мозга обстоятельно исследуются и успехи достигнуты значительные. Однако функция, связанная с мышлением, остается наименее познанной. А у некоторых физиологов, изучающих закономерности обучения, бытует мнение, что сложные комбинации условных рефлексов и есть мышление. Отрицать роль предшествующего опыта было бы нелепо, тем не менее рассудочная деятельность не исчерпывается рекомбинацией только тех форм познания, которые животные приобретают в течение своей жизни. Характерная особенность мышления — решение новых задач, возникающих в незнакомых ситуациях. Процесс этот осуществляется на эвристическом уровне функционирования мозга. Конечно, опыт, приобретенный в прошлом, иногда приходит на помощь. Но, в сущности, логические задачи решаются каждый раз заново, причем старые, шаблонные знания могут в подобных случаях оказаться помехой.

— Какие же механизмы мозга обеспечивают возможность решения новых задач?
— Животные могут улавливать эмпирические законы, во-первых, потому, что нейроны способны реагировать избирательно на специфические свойства воспринимаемых объектов. Американские ученые Хьюбел и Визел, изучая зрение кошек, обнаружили в их зрительной коре нейроны, которые имели свои собственные функции. Если кошка смотрела на полоску света, расположенную на экране вертикально, возбуждались одни нейроны. А когда полоса смещалась в сторону или вместо вертикальной становилась горизонтальной, эти нейроны почти совсем или совсем не отвечали, зато начинали работать другие. То есть нервные клетки реагировали на определенное положение воспринимаемого объекта.

В настоящее время самые разные детекторы найдены во многих отделах мозга животных. Эти детекторы обнаруживают или направление перемещения объекта, или степень его новизны, или периодичность его действия — появление и исчезновение… Значит, можно сделать вывод: мозг построен из элементарных единиц, которые вычленяют простейшие характеристики пространства, времени и движения.

Однако, сказав так, мы не можем обойти молчанием другой важный вопрос: что оказывает влияние на специфичность реакции нейронов? Несколько лет назад появились работы, с большой убедительностью доказавшие, что очень простые формы поведения контролируются единичными генами. Так, была выведена линия дрозофил, у которых при выходе из эфирного наркоза наблюдалось характерное подергивание лапок. Ученым удалось выяснить, что это результат мутации одного из генов, контролирующих соответствующие мотонейроны. Исследования, проведенные на дрозофилах, помогли установить, что генетический аппарат нейрона контролирует и такое более сложное поведение, как циркадный ритм — механизм биологических часов.

Следовательно, есть основания считать, что и в целом функциональная активность тех нейронов, которые выделяют простейшие характеристики пространства, времени и движения, определяется их генетическим аппаратом.

Третье немаловажное условие: мозг должен состоять из большого количества нейронов. Лишь тогда он сможет улавливать и перерабатывать самую разнообразную информацию, поступающую из внешней среды.

Зависимость уровня развития разума от величины мозга прослеживается довольно четко. Вероятно, не случайно дельфины и обезьяны, которые решают наиболее сложные варианты логических задач, обладают и весьма большим конечным мозгом (самый передний отдел мозга, к которому относятся большие полушария, у млекопитающих большие полушария резко увеличены в результате образования новой коры). Думаю, интересны будут и такие цифры. У курицы, умственные способности которой низки, индекс относительного объема полушарий равен 3.27, у сокола он уже 8,24, у грача — 15,68, а у сороки — 15,81.

Как показали наши исследования, мозг животных обладает гораздо большими потенциальными возможностями к улавливанию элементарных законов природы, чем нужно в повседневной жизни. А именно это и необходимо для процесса мышления. Успехи нейрофизиологии и генетики последних лет позволяют по-новому поставить вопрос о роли избыточного резерва нейронов. Если инстинктивные действия представляют собой ответ на небольшое число определенных раздражителей и для их осуществления достаточно ограниченного количества нервных клеток, которые реагируют лишь на эти раздражители, то для реализации поведения, основанного даже на элементарной рассудочной деятельности, такого «запаса» нейронов явно мало. Ситуации, с которыми сталкиваются животные, слишком разнообразны, возникают внезапно и, что очень важно, раньше в их жизни не встречались. Что же может обеспечить поведение, которое было бы единственно правильным в сложившейся обстановке? Избыточный резерв нейронов.

— Значит, большой объем мозга — гарантия достаточно развитого ума? Но ведь мозг черепах и ящериц по размерам невелик, а они во время ваших опытов прекрасно справлялись с экстраполяционными задачами. В чем здесь секрет?
— Если сопоставить уровень умственных способностей животных со степенью развития их мозга, легко обнаружить еще одну закономерность: увеличивается не только размер мозга, система соединений между нейронами становится сложнее. Сравнение показало: чем лучше экстраполируют животные, тем многообразнее контакты между нейронами.

У млекопитающих и рептилий ведущую роль в мышлении играет кора больших полушарий. У птиц мозг устроен иначе. У них нет новой коры, с которой большинство ученых связывает высшие психические функции. Вместо нее развивается полосатое тело (стриатум). В нашей лаборатории было исследовано строение стриатума ворон и голубей. Выяснилось, что этот отдел переднего мозга птиц далек от однотипности. Он состоит из нейронов с длинными или короткими аксонами (отростки, проводящие возбуждение от тела нейрона) и нервных клеток переходного типа, обладающих признаками первых двух. Но, пожалуй, интереснее всего то, что сами нейроны этих птиц сильно отличаются. Нервные клетки ворон тонкие и ветвистые, а дендриты (отростки, проводящие возбуждение по направлению к телу клетки) густо усеяны шипиками, на которых происходят контактные соединения с другими нейронами. В противоположность им нейроны голубей по конструкции грубы — дендриты их толстые, мало-извилистые, с крупными выростами палочкообразной формы. Строение нейронов ворон значительно совершеннее. И это, судя по всему, дает возможность лучше анализировать и перерабатывать поступающую в мозг информацию.

Так что в самой общей форме можно сказать: чем больше объем мозга и чем многообразнее система контактов между нейронами, тем больше вероятность, что умственные способности животных выше. Однако не всегда важны сразу оба эти показателя. Яркий пример — рептилии. По сравнению с птицами и млекопитающими их конечный мозг по объему гораздо меньше. Но нейроны рептилий имеют довольно сложную систему контактов. И это создает предпосылки для образования различных объединений нервных клеток — нейронных констелляций.

То, что во время решения задач, требующих умственного напряжения, между отдельными пунктами коры головного мозга человека возникают констелляции, впервые обнаружил известный физиолог академик Михаил Николаевич Ливанов. Позже удалось установить: чем труднее задача, тем большее число нервных клеток вовлекается в ее решение и образует нейронный ансамбль, который выполняет роль своеобразного центра.

Чтобы подобные ансамбли могли возникнуть, нужно время. Пусть это время исчисляется долями секунды, но в жизни животных нередки ситуации, когда исход борьбы за существование зависит от скорости реакции. Видимо, в ходе естественного отбора закреплялись те нейронные констелляции, которые обеспечивали наиболее быстрое решение биологически значимых задач и состояли из нервных клеток, расположенных в непосредственной близости. Преимущества топографического объединения нейронов очевидны: укорачивается путь передачи возбуждения между нервными клетками, входящими во вновь возникший функциональный ансамбль.

— Леонид Викторович, академик Алексей Николаевич Северцов высказал мысль, что при резком изменении внешних условий выживают только наиболее умные и способные животные, как он выразился, «изобретатели» новых способов поведения». Что вы можете сказать по этому поводу? Какие причины вызвали появление у животных зачатков разума?
— Наши эксперименты показали, что ни рыбы, ни амфибии не способны к элементарной рассудочной деятельности. Первые животные, у которых нам удалось обнаружить зачатки разума,— рептилии. Что же повлияло на более прогрессивное развитие их мозга?
Окончательный выход древнейших рептилий на сушу. Они попали в совершенно другие, причем весьма суровые экологические условия, которые были характерны для пермского периода. Перед ними возникло много новых, жизненно важных задач, и они должны были их решать. Ни инстинкты, ни условные рефлексы, для образования которых нужно время, не спасали их в ситуациях, когда следовало принимать быстрое решение. Поэтому одним из путей приспособления рептилий к жизни на суше могла быть эволюция, направленная на повышение уровня их рассудочной деятельности.

Сокращение численности рептилий совпадает с появлением на Земле птиц и зверей. Я далек от мысли объяснять это только тем, что разум рептилий был примитивнее. Однако вполне вероятно, более высокоорганизованная центральная нервная система, увеличение размера мозга, усовершенствование его нейронного строения — все эти «приобретения» помогали птицам и зверям лучше приспособиться к меняющимся условиям окружающей среды.

Животные, у которых в эволюции появились зачатки разума, получали очень большие преимущества в борьбе со своими собратьями за сферу обитания. Они могли быстрее выработать новые формы поведения. Палеонтолог академик Юрий Александрович Орлов в своей книге «В мире древних животных» пишет, что у гигантской ископаемой куницы перуниум в отличие от других куньих были «медведеобразные» пропорции мозга с хорошо развитыми височными долями. Однако лобные доли (без которых, как показали исследования, млекопитающим трудно принимать нужное решение в экстренно сложившихся условиях) у нее были развиты слабо. Юрий Александрович Орлов считал, что это и стало одной из главных причин вымирания древней куницы, когда в среднем и нижнем плиоцене стали сильно меняться внешние условия.

Но не только резкие колебания климата способствовали прогрессивной эволюции мозга. Конкуренция из-за территории, пищи вызывала миграции в новые экологические ниши. Так, предки китообразных, жившие в мезозое, освоили моря и океаны, и, без сомнения, большой мозг с многочисленными извилинами, достаточно высоко развитый интеллект дельфинов — результат коренного изменения образа жизни их предков.

Конечно, рассудочная деятельность возникла и развивалась под ведущим влиянием экологических факторов, однако они не были частными, локальными особенностями жизни какого-то вида. Это были условия существования животных, которые изменялись на протяжении длительных геохронологических эпох. Вот почему, сопоставляя степень развития разума животных таких относительно близких групп, как роды и семейства, мы видим сходство между особенностями строения мозга и уровнем их рассудочной деятельности, хотя живут представители этих групп в разных экологических нишах.

— Каким образом повлияло появление и развитие в эволюции зачатков разума у животных на их социальные отношения?
— Поведение животных, которые способны поступать разумно, значительно более пластично, чем поведение неумеющих это делать. Огромное количество наблюдений. накопленных к сегодняшнему дню, показывает, что животные не только используют для самозащиты или добывания корма уже готовые орудия, но и создают их. Не меньше фактов свидетельствует, что именно у умных животных устанавливаются и самые сложные групповые отношения.

В сообществах животных со слабо развитым разумом отношения строятся на основе врожденных, строго связанных с конкретной ситуацией сигналов и поведения типа «запечатления». По мере развития рассудочной деятельности возможности для взаимопонимания растут. На смену анонимным сообществам приходят индивидуализированные: члены их и знают друг друга, и способны улавливать нюансы поведения каждого своего собрата. В стадах капуцинов, например, есть «контролирующие животные». Они следят, спокойно ли вокруг, а если надвигается опасность, первыми находят способ, чтобы избежать ее. Эти же обезьяны регулируют отношения с другими стадами капуцинов и вовремя прекращают всевозможные конфликты, возникающие среди своих соплеменников.

Лучше понимать друг друга животным помогает и то, что в их языке большую роль начинают играть сигналы, информационное значение которых они сознательно меняют в зависимости от складывающейся обстановки. В наиболее яркой форме зачатки осмысленной звуковой сигнализации проявляются у птиц.

Животные, разум которых достаточно высоко развит, имеют еще одно преимущество в борьбе за существование: они могут действовать коллективно. Североамериканские сойки объединяют свои усилия при защите территории, отпугивании хищников, при поиске пищи и постройке гнезд. Сообща они выкармливают и птенцов. Более семидесяти процентов корма, который получают слетки, приносят не собственные родители, а молодые птицы, у которых нет птенцов, и соседи. Еще один пример. В сообществах павианов в центре внимания всегда находятся детеныши. Взрослые всячески оберегают их. Думаю, не будет большой натяжкой сказать, что они ощущают то чувство к детенышам, которое можно охарактеризовать словом «любовь». Несомненно, что это чувство, исторически связанное с заботой родителей о потомстве, стало достоянием всех членов сообщества. Такая коллективная забота о членах своих группировок, на которой базируется альтруистическое поведение,— филогенетически новое создание природы, она встречается лишь у птиц и зверей.

Альтруизм, любые формы взаимопомощи и сотрудничества ставили сообщества, в которых они проявлялись, в совершенно особое положение. Отбору подвергались не только отдельные животные. «Кастово»-групповые сообщества, в которых благодаря целому комплексу общественных отношений выживало много потомков. имели наибольшие шансы на сохранение характерного для них генотипа.

Конечно, элементарная рассудочная деятельность прошла длительную эволюцию, но, в конце концов, она дала поистине гигантскую вспышку человеческого разума.

Автор: Крушинский Леонид Викторович.