На взгляд осьминога: каким видят мир животные?

Почему вдруг осьминога? Нет, не о «холодном», «завораживающем», «гипнотизирующем» осьминожьем взгляде — так, кажется, описывают его морские приключенческие романы — нам хотелось бы поговорить. А о глазах осьминога, о его способности видеть, так же как о глазах и зрительных возможностях других животных — рыб и птиц, млекопитающих и насекомых. И на суше, и в воздухе, и под водой животные пользуются своими глазами, смотрят, так или иначе различают окружающие предметы. Но у каждого «свой взгляд на предмет», свой мир зрительных образов, не похожий на мир других. И каждому он почему-то подходит, каждого удовлетворяет, и ни одно животное не «требует» себе другие глаза.

Почему же так происходит? И насколько по-разному видят мир разные животные, и так ли уж сильно их зрительные возможности отличны от человеческой способности распознавать предметы? Поэтому, пожалуй, интересно было бы узнать о видении мира разными животными. В том числе и осьминогами.

«Окнами в мир» назвал известный естествоиспытатель профессор Нико Тинберген органы чувств животных. Вся жизнь животного, все его поступки, все «поведенческие акты» — будь то поиски пищи или спасение от врага, соперничество за территорию или постройка гнезда, брачное ухаживание или кормление детенышей — направляются, контролируются и исправляются с помощью большего или меньшего «набора» органов чувств.

Примеры неисчерпаемы… Словно природа — это одновременно и сцена, и зрительный зал. Актеры и зрители там постоянно меняются местами, каждый смотрит на другого, взгляд каждого преображает другого. В сущности, все эволюционное развитие прошло под взглядами мириадов внимательных и заинтересованных глаз.

Кстати, о глазах. Мы знаем, что сам глаз, конечно, ничего не видит — видит мозг. Глаз лишь формирует световой луч и передает импульс на фоторецепторные клетки сетчатки, или ретины, как ее называют медики. Здесь световой лучик вызывает химическую реакцию, при которой световая энергия превращается в нервное возбуждение. Этот-то нервный импульс и идет к головному мозгу, в соответствующие его области, но опять же не сразу, а через клетки двух видов — биполярные и ганглиозные.

Здесь-то и кроется самая сложность всего этого процесса, сложность пока еще не познанная. Скажем, осьминог, глаза которого очень близки по структуре глазам позвоночных (поэтому им и интересуются ученые), обходится только фоторецепторными клетками, напрямую связанными с мозгом. И, тем не менее, удивляет его способность распознавать различные фигуры. В глазу лягушки свет проходит через внешний слой ганглиозных клеток и средний слой биполярных клеток, никак на них не действуя, на фоторецепторы. А уже оттуда сигналы возвращаются к этим двум видам клеток и — в мозг.

Интересно, что для действующей рефлекторно, очень быстро и без всяких «раздумий» лягушки важно быстро, прямо в сетчатке, переработать информацию, передать ее в мозг и получить команду для мышечной реакции. Так и происходит. А вот кошка для включения тех или иных рефлексов передает в свой мозг лишь одну десятую часть увиденного, остальное поступает на специальные клетки, проходит дополнительную обработку, как бы «ретранслируется» и только потом добавляется к уже имеющейся информации в мозгу. Вероятно, такие дополнительные устройства дают возможность животному сделать выбор из предлагаемого перечня рефлекторных поступков, немного поразмыслить.

В глаз любого животного поступают лучи света, образуя на сетчатке, как на экране, изображение рассматриваемого предмета, его «визуальную схему». Но это на сетчатке, а мы знаем, что видит мозг. Так что же усваивает из всего зрительного образа, из всей визуальной схемы мозг? Весь образ или его отдельные детали? И какие?

Естественно предположить, что в погоне за антилопой леопарду совершенно безразлично, какие у антилопы рога или хвост. Он уловил самую общую характеристику — перед ним антилопа, и ее нужно догнать. Так же поступает, к примеру, и осьминог в погоне за рыбой, а не за каким-то конкретным видом рыбы. Так поступает хищник в погоне за добычей, так поступает преследуемый, скрываясь от хищника. А потому самым первым этапом в зрительном восприятии образа можно, наверное, считать распознавание формы предмета.

Пожалуй, из всех ученых, исследовавших зрительное распознавание образов животными, наибольший вклад сделал английский естествоиспытатель Н. С. Сазерленд. Он провел множество опытов по различению формы головоногими и позвоночными.

Но как узнать, реагирует ли животное на то или иное изображение или нет? Приходится животных сперва обучить, подкрепляя вкусным лакомством требуемую экспериментатором реакцию на «положительный» стимул (раздражитель) и не давая лакомства, а то и вовсе вызывая неприятные ощущения — скажем, слабым покалыванием тока — при реакции на «отрицательный» стимул.

В своих опытах зоопсихологи часто пользуются прибором или устройством Лешли — по имени его изобретателя — и его разновидностями. Это устройство представляет собой экран с двумя отверстиями, закрытыми дверцами. На одной дверце изображен положительный стимул — рисунок, на другой — отрицательный. Крыс обучали прыгать с подставки на эти разрисованные дверцы. Дверца с положительным рисунком легко откидывалась от прыжка крысы, и животное получало лакомство. «Отрицательная» дверца была закреплена, и незадачливый ученик, прыгнув на нее, падал на пол.

Другая установка, широко используемая сейчас при работе с приматами,— так называемый «висконсинский тестовый аппарат». Обезьяну помещают в клетку и с одной стороны ей предлагают лежащие на подносе предметы. А под предметами в небольших углублениях спрятано лакомство. Если, протянув руку, животное выбирает нужный предмет,— угощение заслужено, его можно съесть.

В своих исследованиях Н. С. Сазерленд, не отметая совершенно различные существующие теории распознавания животными зрительных образов, ориентировался все же на одну из них, казавшуюся ему наиболее правдоподобной и достойной внимания. Он считал, что при рассматривании предметов животные регистрируют в своем мозгу, воспринимают, видят лишь довольно абстрактный образ предмета, учитывающий только его основные черты.

А вот эти-то основные черты у разных видов различны, и то, что может интересовать голубя, останется незамеченным, скажем, красной рыбкой.

В доказательство того, что основная теория выбрана правильно, ученый провел опыты с осьминогами, рыбами и крысами. Осьминога научили приближаться к квадрату и стремительно улепетывать при виде треугольника. Поставим временно себя на место этого «примата моря» и подумаем, как в его мозгу могут быть описаны эти две фигуры. Квадрат можно описать как фигуру с четырьмя сторонами и четырьмя прямыми углами или фигуру с четырьмя сторонами (вряд ли животное сильно в началах арифметики), или фигуру, имеющую горизонтальную линию сверху или снизу, и т. д. Точно так же треугольник может быть расшифрован как фигура с тремя сторонами и углами или с горизонтальной линией внизу, или с острием сверху.

Так вот заметили, что квадрат, будучи перевернутым на 45°, вызывает у животных ту же реакцию, что и треугольник. Или ромб, расположенный вверх одной из вершин. Иными словами, ромб для осьминога эквивалентен, равнозначен и представляет одно и то же, что и треугольник. А другие эксперименты дали возможность выяснить, что самое главное для осьминожьего мозга — что из себя представляет верхняя часть фигуры. Если она плоская, осьминог узнает квадрат и все остальные фигуры с такой же особенностью, а если острая — это треугольник и все остальное, что имеет острую вершину.

Точно такие же результаты выхватывания зрением одной или нескольких главных для животного частей фигуры были получены при работе с крысами и рыбами. Но всегда при опытах с разными представителями животного мира ученый старался так выбирать тип ответной реакции подопытного зверья, чтобы его поведение не выходило за рамки привычного «репертуара» поступков и действий. Если ты птица — «отвечай на вопросы» клеванием, если обезьяна — схвати что-нибудь, если крыса — прыгни и т. д.

Существует такое понятие в распознавании образов, как «сравнение с эталоном». Суть его приблизительно в том, что животное может узнать знакомую фигуру лишь в том случае, если световые импульсы попали на те же или близкие к ним рецепторные клетки глаза, что возбуждались и при обучении.

Не очень-то удобно полностью отвергнуть стройную теорию, но приходится все же заявить, что она со многих точек зрения не выглядит достаточно состоятельной. И примеров тому можно привести много. Скажем, так ли уж вероятно, что изображение одной и той же фигуры всегда будет попадать в определенное место сетчатки? А если фигура сместилась? Более того, доказано, что животные, научившиеся различать фигуры, «отпечатывающиеся» только на части сетчатки, великолепно их узнают, когда пользуются «необученными» частями ретины. И это подтвердил Сазерленд.

Для своего эксперимента он выбрал золотых карасей. Эти красивые рыбки будто специально созданы для такого опыта — их зрительный нерв имеет две ветви, одна из которых оканчивается на верхней половине сетчатки, а другая — на нижней. И вот, отсекая одну ветвь, рыбок ослепляли наполовину, на соответствующую часть сетчатки. А затем проводился урок по запоминанию зрительным аппаратом определенной фигуры.

Рыбы теряли часть своего зрения не навсегда — через несколько недель отсеченный нерв восстанавливался и «необученная» часть сетчатки становилась зрячей. Тогда отсекалась «обученная» часть. И что же? Карасики прекрасно продолжали ориентироваться в знакомых фигурах, распознавали их, хотя работала уже совершенно другая, непривычная, казалось бы, к этим фигурам часть сетчатки.

Конечно же, теория сравнения с эталоном здесь не подтверждается. Что же происходит? По всей видимости, еще раз следует вспомнить, что видит не глаз и не ретинная рецепторная мозаика, а мозг. И запоминают образ мозговые «хранилища» информации, строение которых отлично от строения сетчатки.

Еще интересный факт, также не в пользу теории сравнения с эталоном. Животные всех видов, научившиеся различать фигуры, подтверждали свое умение и с фигурами другого размера, меньшими или большими. Стало быть, дело никак не в клетках сетчатки, стало быть, есть специальный механизм, позволяющий запоминать эталонный образ, устанавливать четкую связь между одинаковыми по внешнему виду, но разными по величине фигурами. И находится он, скорее всего, в головном мозге. Впрочем, обнаружены все же и на ретине участки, реагирующие только на полосы определенной направленности — вертикальные или горизонтальные.

Вполне можно предположить, что существование этого механизма на элементарном уровне облегчает животному способность распознавать вертикальные и горизонтальные линии. Именно такие линии лучше всего умеют распознавать обезьяны, кошки, крысы, рыбы и осьминоги.

А вот линию, расположенную под углом в 45° к горизонту, животные различают с большим трудом, а осьминоги вообще оказались не в состоянии осилить этот вид науки…

Есть и еще теория. Она предполагает, что механизм распознавания фигуры основан на запоминании какой-то ее одной характерной черты, представляющей особенность только этой фигуры. Подчеркиваем: именно фигуры.

Только практика, остроумные эксперименты с животными никак не хотят согласовывать свои результаты и с этой теорией.

Действительно, если животное задумает выделить у фигуры ее какую-то характерную часть, оно обязательно должно знать, что это за фигура. Иначе ничего не выделишь. Скажем, буква «А» отличается от буквы «Л» перекладинкой в середине. Это действительно характерная черта для данной фигуры. Но животное-то этого не знает, оно не знакомо с алфавитом!

Другое дело, что при запоминании зрительных образов животные выделяют их особенности, но особенности эти определены не предметом, а самим животным, устройством его зрительного аппарата. Животное, другими словами, видит предмет так, как умеет, а не так, как он выглядит на самом деле.

Отсюда иногда возникают ошибки. Но они, впрочем, и помогают пониманию дела. Вот и иллюстрация сказанному: когда крыса овладевает умением отличать квадрат от ромба, создается впечатление, что она все свое внимание концентрирует только на нижней части фигуры. К такому важному заключению можно прийти, применив так называемые «тесты переноса»,— если прошедшей обучение крысе показать два треугольника, расположенные один вершиной вверх, а другой – вершиной вниз, то она посчитает первый треугольник за квадрат, а второй — за ромб.

Выясняется также, что собаки реагируют на всю фигуру, а пескари — лишь на ее часть, но уже верхнюю. А может быть, степень организации мозга животного и определяет количество усваиваемой глазом информации? Может быть, именно ограниченные возможности обработки зрительной информации в мозгу как раз и заставляют животное «обращать внимание» лишь на ограниченную часть рассматриваемого предмета? Пока не ясно.

Все же, несмотря на многочисленные эксперименты, еще трудно говорить об общих принципах различения зрительных образов животными. Ясно, что у обычных лабораторных млекопитающих легко вырабатывается реакция на различение, хотя есть и неожиданные неудачи. А результаты, полученные при исследовании позвоночных и головоногих, в основном сходны…

Треугольники, ромбы, квадраты… Это все фигуры плоские, а ведь этот окружающий нас прекрасный и удивительный мир трехмерен — имеет и длину, и ширину, и высоту. И если мы замечаем, что леопард совершил прыжок из засады, точно соразмерив расстояние до жертвы, курица клюнула зерно, лишь подойдя к нему, а обезьяна хватает, не промахиваясь, протянутый ей банан,— можно с уверенностью утверждать, что животные воспринимают своим зрительным аппаратом мир в трех измерениях. Они видят перспективу, они чувствуют глубину предмета.

Как все это происходит, пока сказать трудно. С определенностью, пожалуй, можно говорить лишь о том, что зрительный образ воспринимается последовательно — сначала в виде плоской фигуры, контура и единственно с целью его выделения среди всех прочих и пока ненужных предметов. А уж затем включаются в работу какие-то особые механизмы головного мозга. Они и позволяют — и то в случае необходимости для животного — оценить предмет в деталях: выделить особенности, оценить величину, прикинуть расстояние. И когда наступает необходимость в такой детализации, мозгу, по всей вероятности, уже не обойтись без одновременной помощи двух глаз…

Заметьте, при описании всех многочисленных опытов для проверки «умения обращаться» со своими глазами у животных мы говорили об их обучении. Пусть не создается впечатление, будто бы животное обучали видеть, — нет, его во всех этих опытах обучали своеобразному диалогу с экспериментатором, учили лишь отвечать на задаваемые вопросы. Видеть, распознавать окружающий мир животное умело и до этого.

Значит, зрительные способности врожденны? И в процессе накопления жизненного опыта ничего не приобретается? Нет, приобретается, и довольно многое. Очень интересно выяснить соотношение между врожденными зрительными возможностями, запрограммированными генетически в организме животного, и приобретенными, полученными в столкновениях с суровыми условиями борьбы за существование.

Что касается врожденных зрительных навыков, Сазерленд, утверждая, что они существуют безусловно, считает все же их уровень организации весьма низким, простейшим, почти элементарным. С его выводом, пожалуй, можно согласиться, проследив за опирающимися на зрение поведенческими актами птиц.

Вот известнейший пример поведения (заметьте: мы говорим уже о поведении животных, а не об их обучении) птенцов серебристой чайки. Едва вылупившись и проголодавшись, они клюют красное пятно на клюве родителей, Обостренное желание клюнуть вызывает именно это красное пятно, независимо от того, где оно находится — на клюве, на макете ли. Нико Тинберген говорит, что птенец будет клевать и красную вишню, и даже упоминает случай, когда к девочке на пляже подлетела чайка и клюнула ее… в красную ранку на ноге.

Или вот. Самец зорянки, защищая свою территорию, яростно набрасывается на любой красный предмет, лишь бы только его размеры не слишком отличались от роста возможного противника. Что это — ослепление в пылу битвы или просто плохое зрение? Ни то и ни другое. Просто генетически закодированный инстинкт защиты территории от захватчика красного цвета очень короток, несложен, опирается на элементарную зрительную характеристику — красный цвет.

А вот когда дело доходит до брачных ухаживаний, самец не спутает невесту с себе подобным — здесь в дело вступают уже более сложные механизмы зрительного восприятия.

Высказанное нами предположение, как видите, подтверждается. Напомним только, что раздражители, которые вызывают врожденную реакцию организма, принято называть ключевыми.

Лет пятнадцать назад Гибсон и Уок из Корнеллского университета провели серию опытов с молодыми животными на установке, названной «зрительный обрыв». Это хитроумное устройство позволяло наблюдать, обладает ли животное врожденной реакцией на удаленную поверхность, чувством глубины.

Представьте себе две ступеньки лестницы, обе разрисованные крупными черно-белыми клетками. На верхней ступеньке — «столе» лежит лист стекла так, что половина его свешивается над нижней ступенькой — «полом». Значит, если двигаться по стеклу, будешь находиться или на мелкой части — на столе, или на глубокой части — над полом.

Почти все виды животных, прошедшие испытания на «зрительном обрыве», старались убежать подальше от этого обрыва, если, конечно, они находились в том возрасте, когда уже могли самостоятельно двигаться. Так поступали козлята и ягнята в первый день их жизни; им «вторили» котята и крысята, не отличались поведением и трехдневные макаки- резусы. Даже шести-четырнадцати месячный ребенок старался отползти подальше от «опасного» места.

И лишь только черепахи решили воспротивиться закономерности (быть может, у черепах обострено чувство противоречия? — это еще не исследовалось) и не отдали предпочтения мелкой стороне.

Итак, существуют врожденные реакции на определенные зрительные стимулы. А что же может быть «приобретено»? На той же установке удалось выяснить, что крысы могут привыкнуть к «глубине» и, выяснив, что пустота их поддерживает, вовсе не опасаться обрыва. Правда, способность крыс «разумно» перестраивать свое поведение под влиянием окружающих условий вообще удивительна. Недаром же многовековые ухищрения людей, воюющих с коварным «серым племенем», так до сих пор и не увенчались сколько-нибудь значительными успехами.

И цыплята, хотя они и предпочитают «мелкую» сторону, все же могут потерять остроту этой реакции, если их некоторое время выдержать на «глубине».

Еще большую роль играет опыт у других видов. Котята, выращенные в темноте и испытанные на «зрительном обрыве» на 27-й день жизни, не проявляли никакого предпочтения. И лишь после зрительного недельного опыта они стали реагировать на «обрыв». Этот эксперимент, вообще-то говоря, двояк. Он, с одной стороны, показывает, что зрительный опыт может быть приобретен, а с другой стороны, можно сделать вывод о «забывании» врожденных навыков.

Понятие «забывание» существует в этологии: скажем, врожденный у утенка инстинкт следования за матерью может быть утерян, если он не подкрепляется жизненным опытом, присутствием родительницы.

Можно высказать одно предположение: вероятно, генетически заложенные в мозгу зрительные способности должны быть обязательно подкреплены определенными раздражителями в начале жизни животного — тогда только они будут должным образом работать. Это предположение вытекает и из всего, что сказано раньше, не правда ли?

Итак, мы выяснили, что умение видеть — плохо ли, хорошо ли — генетически заложено природой с помощью эволюции в мозгу животного. Но это «плохое» или «хорошее» зрение — лишь проявление нашего, человеческого к нему отношения, это его сравнительная оценка с нашими высокоразвитыми зрительными способностями. И без своего высокоразвитого мозга не получал бы человек из окружающего мира столь большое количество информации, столь много интересных, важных и запоминающихся деталей.

Впрочем, нам уже, наверное, ясно, что осьминогу, например, это и не нужно,— слишком много увиденного не по силам переварить мозгу, не выдержит он этого. Что ж, природа не терпит ничего лишнего в своих «произведениях», а только то, что необходимо для их великого биологического назначения — выжить в борьбе за существование и вывести потомство.

Автор: В. Карминский.