Если, например, на большой высоте, с уменьшением содержания кислорода при низком давлении воздуха, человеческая кровь обогащается гемоглобином и красными кровяными тельцами; или если собака в холодном климате приобретает более густую шерсть; или если растение, растущее при слабом свете, вытягивается в длину и тем самым доставляет своим листьям лучшее освещение, все эти адаптивные модификации никоим образом не являются следствием только внешнего влияния, которое их вызывает, но также и некоторой встроенной генетической программы, выработанной геномом по методу проб и ошибок и составляющей в каждом отдельном случае уже готовое приспособление к среде. В словесной форме данная растению инструкция звучала бы примерно так: при недостаточном освещении стебель должен вытягиваться до тех пор, пока света не станет достаточно. Следуя Эрнсту Майру, мы назовем этот вид генетической информации открытой программой.
Открытая программа - это когнитивный механизм, способный не только приобретать, но и накапливать информацию о внешней среде, не заключенную в геноме. Иными словами: онтогенетическое применение самой подходящей из способностей, содержащихся в открытой программе, есть процесс приспособления. Таким образом, открытая программа приобретает и хранит информацию; но не следует упускать из виду, что для этой функции ей требуется количество генетической информации не меньшее, а большее, чем в случае замкнутой программы. Это можно пояснить сравнением. Предположим, что человек хочет построить домик из готовых деталей, не требующих никаких предварительных приспособительных изменений, - это пример полностью замкнутой программы. Единственная строительная площадка, на которой можно осуществить такое намерение, - это совершенно плоская поверхность, вроде тех строго горизонтальных террас, какие образует лава на вулканических островах. В таком случае строителю достаточно очень простой инструкции. Но представьте себе, что надо поставить подобный домик на неровном или покатом месте; подумайте, как много дополнительных инструкций должен получить строитель, чтобы суметь в любом случае выполнить свою задачу, несколько меняющуюся от одной площадки к другой. Эта мысленная модель хорошо иллюстрирует, насколько ошибочно дизъюнктивное противопоставление понятий "врожденного" и "выученного" (nature and nurture). Любая способность к обучению основывается на открытых программах, предполагающих не меньше, а больше заложенной в геноме информации, чем так называемые врожденные формы поведения. Тот факт, что это так трудно понять многим в остальном проницательным мыслителям, объясняется, по-видимому, общечеловеческой склонностью мыслить противоположностями.
Адаптивные модификации существуют на всех ступенях органического развития, начиная с самых низших живых существ. Так, например, у многих бактерий, если их выращивают в бедной фосфором среде, разрастаются те химические структуры клетки, которые служат для усвоения этого вещества. Бактериям нужно некоторое время для такого переключения; и если их затем внезапно возвращают в богатую фосфором среду, то они сначала "объедаются" фосфором, пока адаптивная модификация структуры клеток не изменит в обратном направлении их способ питания. Когнитивная функция описанного процесса напоминает здесь функцию регулирующего контура, доставляющего организму информацию о "текущем состоянии рынка".
Описанная выше функция бактерий наводит на мысль о процессе обучения. Но вообще мы называем процессами обучения лишь такие адаптивные модификации, которые относятся к поведению. Получение мгновенной информации, которая не накапливается, т. е. все когнитивные процессы, рассмотренные в предыдущей главе, мы не называем обучением. Отличительным признаком процессов обучения мы считаем то обстоятельство, что некоторое приспособительное изменение происходит в "механике", т. е. в структурах органов чувств и нервной системы, функцией которых является поведение. Именно в этом изменении структур и состоит приобретение информации, а также ее накопление, поскольку этот процесс более или менее непрерывен.
Адаптирующая модификация, и в особенности адаптирующая модификация поведения, есть когнитивный процесс особого рода. Он превосходит и процесс генома, и все описанные выше процессы приобретения текущей информации в том отношении, что может не только накапливать информацию, как первый из них, но также - как последние - может принимать во внимание и кратковременные изменения окружающей среды. Ни один из рассмотренных выше процессов не способен к тому и другому.
В высшей степени вероятно, что структуры, изменяющиеся при любой адаптивной модификации поведения высших организмов, суть структуры центральной нервной системы. Позже мы еще вернемся к невероятности предположения, будто результаты обучения кодируются в цепных молекулах, наподобие связанной с геномом информации. Чем сложнее живая система, тем менее вероятно, что некоторое случайное изменение ее структуры производит иное действие, чем простая помеха. Но во всем известном нам мире нет более сложной системы, чем устройство высших животных, поведение которых управляется центральной нервной системой. Поэтому весьма удивительно достижение органического становления, выработавшего многообразную адаптивную модифицируемость как раз в этой системе. Эта модифицируемость опирается на удивительные, невероятно сложные структуры, лежащие в основе открытых программ и создающие возможность обучения. Вряд ли в истории человеческого разума было большее заблуждение, чем мнение эмпиристов, будто человек до всякого индивидуального опыта есть чистый лист, "tabula rasa". Впрочем, столь же велико лишь по видимости противоположное, а по существу то же самое заблуждение многих не биологически мыслящих психологов, предполагающих как нечто само собою разумеющееся, что обучение участвует во всех, даже мельчайших элементах поведения животных и человека. Оба заблуждения имеют то вредное следствие, что они заслоняют центральную проблему любого обучения. Проблема эта состоит в следующем: как получается, что обучение улучшает действие поведения, способствующее сохранению вида?
2. СВИДЕТЕЛЬСТВО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЭМБРИОЛОГИИ
При выполнении открытой программы осуществляется когнитивная, т. е. приспособительная, функция. Внешнее воздействие доставляет информацию, определяющую выбор одной из предусмотренных программой возможностей, и именно той, которая лучше всего подходит к ситуации.
Значительный вклад в понимание этого все еще весьма загадочного процесса внесла механика развития, или экспериментальная эмбриология. Классический пример открытой программы, предлагающей несколько возможностей, доставляет нам эмбриология внешнего клеточного слоя, эктодермы, у эмбрионов позвоночных. В зависимости от места, где находятся клетки эктодермы в теле зародыша, они могут образовать верхний слой кожи, части глаза или головной мозг со спинным мозгом. Каждая клетка эктодермы содержит информацию, нужную для построения любого из этих органов. Какая из этих программ будет выполнена, зависит от влияний, исходящих от окружения. Если предоставить клетки самим себе, например, в куске, вырезанном из брюшной стороны зародыша лягушки, то эктодерма всегда образует лишь верхний слой кожи. Если же клетка оказывается в близкой окрестности спинной струны, Chorda dorsalis - предшественницы позвоночного столба, - то она образует спинной мозг и головной мозг; там же, где несколько позже к эктодерме приближается выпячивающийся из головного мозга глазной пузырек, она образует точно в надлежащем месте хрусталик. Легко доказать на опыте, что в каждом случае такую специальную форму развития "индуцируют" влияния, исходящие от окрестных образований: если пересадить зародышу лягушки кусочек Chorda dorsalis под кожу живота, то в лежащей над ним эктодерме формируется кусочек нервного ствола.
Как говорит Шпеман, первый великий исследователь этих процессов, проспект меняя потенция, т. е. первоначально имеющиеся возможности, богаче проспективного значения каждого участка ткани, потому что это последнее в каждом случае зависит от места, где развиваются ее соответствующие куски. Влияния, исходящие от этого места, индуцируют одно из возможных направлений развития, и, когда оно продвинется в достаточной степени, оно окончательно детерминируется, т. е. не может уже быть изменено, так что проспективная потенция соответствующей образующей орган системы далее ограничивается проспективным значением органа.
Все разнообразные виды явлений, происходящих при адаптивных модификациях, по существу, сходны с только что указанными процессами эмбриогенеза. Не очень существенно, исходит ли индуцирующее влияние от окрестности некоторого участка ткани внутри зародыша или от внешнего окружения организма. Система, способная к модификации, всегда содержит генетическую информацию для всех подпрограмм, которые она потенциально способна осуществить. Спинная струна не "говорит", конечно, эктодерме, как она должна сделать спинной и головной мозг, а глазной пузырек не "говорит" ей, как должен выглядеть хрусталик. Поэтому Шпеманово понятие "организатора", с его виталистической окраской, может вызвать некоторое заблуждение. Сейчас мы знаем, что неорганические воздействия также способны "индуцировать", например побудить эктодерму построить тот или иной из упомянутых выше органов. То же относится ко многим адаптивным модификациям, в том числе связанным с поведением. Любое обучение, подобно индукции в механике развития эмбриона, под действием определенных внешних влияний осуществляет ту из разнообразных возможностей открытой программы, которая лучше всего подходит к внешней ситуации. Сами эти внешние воздействия также "предусмотрены", т. е. встроены в программу на основе предшествующих процессов приспособления.
Как жестко и специфично могут быть запрограммированы такие влияния на определенный процесс обучения, видно из опытов X. Гарсиа и его сотрудников, о которых нам еще придется подробнее говорить впоследствии в другой связи. Здесь достаточно сказать, что крысу нельзя отучить от поедания некоторого вида пищи никакими болезненными наказаниями, за исключением стимулов, вызывающих неприятные ощущения в органах пищеварения.
Итак, обучение в самом широком смысле, определенное как телеономная модификация поведения, по существу, сходно с процессом механики развития, который Шпеман назвал индукцией. (Для читателя, далекого от естествознания, заметим, что "индукцией" называется также метод естественно-научного подхода, который не имеет ничего общего с понятием Шпемана.)
В одном существенном отношении индукция в механике развития отличается от большинства, если не от всех процессов обучения. После того как под действием индукции достигается сужающая детерминация, процесс уже необратим; между тем выученное поведение может быть, как известно, забыто или даже превращено обратной дрессировкой в свою противоположность. В свое время Карл Бюлер серьезно ставил вопрос, не следует ли включить эту обратимость в определение всякого обучения. Примечательно, однако, что есть и такие процессы обучения, которые не обратимы и фиксируются детерминацией в полном шпемановском смысле, раз навсегда. Это, во-первых, процессы так называемого запечатления, необратимо закрепляющие объект определенного инстинктивного поведения, а во-вторых, некоторые процессы, в которых приобретаются интенсивные реакции уклонения, оставляющие, особенно у молодых индивидов, неизгладимый след в виде "психических травм".
Обозначать ли словом "обучение" все телеономные модификации, относящиеся к поведению, - это дело вкуса. Есть авторы, называющие таким образом даже приобретение знаний геномом. И сам я в моей книге "The Innate Bases of Learning" соединил под именем обучения все служащие сохранению вида модификации поведения. Поскольку вся психологическая школа бихевиоризма основывает свою работу на гипотезе, что обучение посредством успеха - conditioning by reinforcement - есть единственная форма обучения, более того, единственный заслуживающий изучения процесс во всем поведении животных и человека, мне кажется уместным подчеркнуть своеобразие этого процесса обучения еще и тем, что я рассмотрю его в отдельной главе, а в этой главе описываю лишь простейшие формы индивидуального приобретения знаний.
3. ПРОКЛАДЫВАНИЕ ПУТИ ПОСРЕДСТВОМ УПРАЖНЕНИЯ
Как известно, механизмы автомобиля подвергаются адаптивному изменению с помощью процесса, именуемого "обкаткой". Нечто подобное происходит также, по-видимому, со многими механизмами поведения. Например, М. Уэллс установил, что у только что вылупившихся из яйца каракатиц (Sepia officinalis) реакция поимки добычи уже в первый раз происходит с совершенной координацией, хотя и заметно медленнее, чем после многократного повторения. Улучшается также и точность прицела. Э. Гесс наблюдал подобный же эффект упражнения при клевательном движении только что вылупившихся цыплят домашней курицы. Как он показал, попадание в цель не играет никакой роли в улучшении этой формы движения. Гесс надевал цыплятам очки, призматические стекла которых имитировали боковое смещение цели. Цыплята так и не научились корректировать отклонение и все время продолжали клевать в ожидаемом направлении, мимо цели. Но после некоторого упражнения это движение имело гораздо меньший разброс.
4. СЕНСИТИВИЗАЦИЯ
С сенсорной стороны поведения процессам моторного прокладывания путей соответствует так называемая сенситивизация. Так называется вызываемое повторным запуском некоторой реакции снижение пороговых значений запускающих ее ключевых стимулов. Первая реакция вызывает у животного в некотором смысле тревогу; на антропоморфном языке можно было бы сказать, что у него обостряется внимание. Этим сравнением выражается уже и тот факт, что сенситивизация большей частью кратковременное моторного прокладывания путей.
Конечно, состояние тревоги, вызванное сенситивизацией, имеет значение для сохранения вида лишь в тех случаях, когда однократное столкновение с некоторой стимулирующей ситуацией предвещает ее вероятное повторение. Это особенно относится к стимулам, вызывающим бегство. Слегка клюнутый дождевой червь, избежавший гибели благодаря быстрой реакции бегства, правильно поступает, "считаясь" с тем, что опасный дрозд может снова оказаться на его пути. Как показал М. Уэллс, сенситивизация становится особенно важной для сохранения вида, когда объект реакции, враг или добыча, регулярно встречается стаями, как это часто бывает у многих организмов открытого моря. Один из самых впечатляющих примеров сенситивизации поведения поимки добычи - так называемая "feeding frenzy" у глубоководных морских рыб, например у акул, макрелей или сельдей. Поймав несколько особей добычи, рыбы кажутся буквально обезумевшими - "frenzy" и означает помешательство - и бессмысленно хватают все вокруг себя, причем пороговые значения ключевых стимулов снижаются настолько, что, например, тунцы хватают толстые крючки без приманки; на этом и основана техника рыболовства, обычная в тропических морях.
У низших животных сенситивизация (Sensitivierung) - широко распространенная форма обучения, особенно типичная, согласно М. Уэллсу, для многощетинковых кольчатых червей (Polychaeta). Среди них есть высокоразвитые хищные формы, снабженные эффективными органами чувств.
Как при моторном прокладывании путей, так и при сенситивизации улучшение функции системы достигается самим ее функционированием, что составляет одну из определяющих особенностей обучения. Но в обоих случаях еще отсутствует другой признак, обычно включаемый в определение обучения, - так называемая ассоциация. Этот термин означает образование новой связи между двумя нервными процессами, которые до этого индивидуального процесса обучения функционировали независимо друг от друга. Ассоциация характерна для всех процессов обучения, рассматриваемых в дальнейшем.
5. ПРИВЫКАНИЕ
Стимулирующая ситуация, запускающая при первом столкновении с нею реакцию определенной интенсивности, часто уже во второй раз теряет в некоторой степени свою действенность, а после ряда дальнейших повторений может совсем лишиться запускающей силы. В немецком языке это называется Reizgewöhnung (привыканием к стимулу) или Sinnesadaptation (адаптацией к ощущению); как будет видно из дальнейшего, последнее выражение нельзя считать особенно удачным. По-английски это называется "habituation".
В типичном случае исчезновение реакции не зависит от того, следует ли за соответствующим ключевым стимулом дрессирующая, "усиливающая" ситуация стимулирования или нет. Во многом это явление подобно уставанию; может быть, оно и развилось в ходе эволюции из некоторых весьма специфических явлений уставания. Однако его важное значение для сохранения вида состоит как раз в том, что оно предотвращает уставание соответствующей реакции, прежде всего в ее моторном аспекте.
Цель эта достигается тем, что привыкание касается лишь стимулов вполне определенного вида. Пресноводный полип (Hydra) отвечает на целый ряд различных стимулов тем, что стягивает свое тело и щупальца в как можно меньшее пространство. Сотрясение подкладки, прикосновение, небольшое движение окружающей воды, химические или тепловые раздражения - все это производит одно и то же действие. Но если гидра поселяется, как это часто бывает, в медленно текущей воде, где ее тело все время колеблется в разные стороны вследствие завихрений потока, то это стимулирующее действие потока постепенно перестает запускать описанное поведение и полип широко распускает свое тело и щупальца, позволяя им пассивно следовать движению среды. Но при этом - что следует подчеркнуть - пороговое значение всех других стимулов, запускающих стягивание, не меняется. Именно это. без сомнения, произошло бы, если бы стимулы потока не совсем утратили свое действие, а снова и снова вызывали хотя бы очень слабое стягивание гидры. Тогда, конечно, моторная функция реакции уставала бы, а тем самым снижалась бы также способность реагировать на все другие стимулы. Этому и препятствует привыкание к стимулу.