Надо отметить, что эволюция познавательной деятельности человека шла по пути возрастания уровней обобщения – от менее общих к более общим понятиям, что в конце концов отразилось в создании с помощью слов обобщенных понятий, суждений, отвлеченных от конкретной действительности. Процесс формирования речи, начинающийся еще в раннем детстве, как раз и представляет собой иллюстрацию постепенного освоения все более высоких уровней обобщения. Чем больше словарный запас человека, тем большая роль в его мыслительной деятельности отводится функции обобщения.
Но как рано в эволюции человека сформировалась эта уникальная способность его мозга и психики? Здесь я хочу познакомить вас с результатами одного увлекательного эксперимента на обезьянах шимпанзе, проведенного известным физиологом, профессором Валерием Ивановичем Сыренским. Задача опыта была вроде бы проста: обезьяна по звуковой команде экспериментатора нажимала рукой на педаль, доставала вкусную приманку и съедала ее. Поскольку во время всех опытов экспериментатор неотлучно находился рядом с обезьяной, она привыкла к нему и четко выполняла требуемое задание. Но вот решили изменить условия опыта. На место экспериментатора в исследовательской камере, где находилась обезьяна, был помещен... телевизор, с помощью которого и велось дальнейшее «командное управление» деятельностью обезьяны. Таким образом, благодаря телевизионным установкам, обезьяна могла не только следить за действиями человека, но и слышать его команды. Экспериментатор, в свою очередь, имел возможность вести наблюдения за поведением животного, находясь в дальней комнате.
Всякий раз, увидев на экране изображение знакомого человека, обезьяна вела себя так же, как и при реальной встрече с ним: подходила, протягивала к нему руки, показывала зубы, хлопала в ладоши – в общем, проявляла все признаки радости и предвкушения приятного общения
Что же произошло? Как только на экране появилось изображение знакомого экспериментатора, шимпанзе протянул руку к экрану, подошел к телевизору ближе, сел возле него. Затем последовала переданная по микрофону звуковая команда экспериментатора, обезьяна выполнила требуемое задание и получила желанную приманку. И так повторялось неоднократно. Всякий раз, увидев на экране изображение знакомого человека, обезьяна вела себя так же, как и при реальной встрече с ним: подходила, протягивала к нему руки, показывала зубы, хлопала в ладоши – в общем, проявляла все признаки радости и предвкушения приятного общения. Более того, когда через телеэкран экспериментатор попросил обезьяну дать ему фантик от конфеты, она охотно пошла на это: схватила фантик и бросила его в экран. Интересным было и то, что обезьяна чутко реагировала на эмоциональное сопровождение команд. Так, если экспериментатор произносил слова со спокойной интонацией и улыбкой, обезьяна справлялась с задачей быстро и безошибочно. Однако как только на экране появилось суровое выражение лица экспериментатора и интонация его команд стала резкой, обезьяна просто-напросто отказывалась выполнять задание. И не мудрено: кому охота работать из-под палки?
В пользу того, что обезьяна воспринимала данное изображение так же, как и конкретно существующий объект, говорит и следующий факт. Однажды на телеэкране появилось изображение незнакомого человека. Обезьяна вначале застыла на месте, затем у нее шерсть поднялась дыбом, она начала притопывать, издавать характерные звуки угрозы и агрессии. Но как только на экране вновь появилось изображение знакомого экспериментатора, обезьяна успокоилась и начала выполнять требуемую задачу по поиску приманки.
В. И. Сыренский задался целью узнать, с какого возраста у шимпанзе обнаруживается способность узнавать телевизионное изображение. Для этого аналогичные эксперименты были проведены с детенышами шимпанзе в возрасте двух-трех лет. Так, шимпанзе Альфа, увидев впервые на экране телевизора изображение экспериментатора, замерла, а затем устремилась к экрану, улыбаясь. Услышав команду: «Альфа, работаем!» – обезьяна повернулась, пошла на свое «рабочее место», взяла рычаг в правую руку, затем отпустила его и вновь полезла к экрану. Попытки прямого, контактного общения с экраном были столь настоичивыми, что создавалось впечатление поиска экспериментатора в самом ящике телевизора. Можно с достаточной долей уверенности сказать, что в возрасте двух-трех лет у детенышей шимпанзе способность к отвлечению и обобщению достигает такого уровня развития, который позволяет им воспринимать телевизионные изображения и фонограмму голоса как образы реальной действительности. Что же лежит в основе становления этих функций? Ведь, как утверждают многие ученые, шимпанзе не могут узнавать и произносить слова.
В. И. Сыренский считает, что решающую роль в процессе восприятия и понимания обезьяной происходящих на экране событий играет не смысловое значение слов, а такие признаки, как интонация звукового ряда, мимика, жесты и действия. Ведь обезьянам присуща биологическая потребность в общении, в том числе в общении на расстоянии. Это очень наглядно продемонстрировано в широко известном фильме другого ученого – профессора Леонида Александровича Фирсова – «Обезьяний остров». Но для того, чтобы успешно общаться, необходимо иметь четко выработанную систему сигналов. Таковыми для обезьян и являются звуковые сигналы с их интонацией, а также жесты, мимика и определенные действия. Комплекс этих сигналов получил название дословесного (довербального) языка, в отличие от человеческого языка, который полностью основан на построении смысловых фраз. Значит, уже шимпанзе – человекообразные обезьяны – обладают образным мышлением, отвлечением и обобщением.
Поэтому образное мышление составляет древнюю основу нашей психической деятельности, которая в процессе эволюции человека обогатилась, по словам И. П. Павлова, очень важной прибавкой в виде словесного, или логического, мышления.
Элементы знания
Вся наша жизнь есть непрерывный поток познания, т. е. приобретения все новых и новых знаний об окружающем мире и о себе самом. С этим согласны все. А вот что касается «братьев наших меньших», то по этому поводу идут бесконечные споры. Одни ученые говорят, что животные способны воспринимать лишь конкретные сигналы-признаки и отвечать на них столь же конкретными реакциями, другие считают, что в животном мире существуют такие формы поведения, которые могут служить отдаленным прообразом человеческой способности познавать мир. И действительно, чем больше мы узнаем о поведении животных, об их разнообразных способностях сверхчувствования, тем больше задумываемся над тем, что же отображается их мозгом во время восприятия какого-то явления.
И еще дана задача: как выяснить, воспринимает ли животное отдельные сигналы-признаки или целостные образы окружающих предметов? Решить эту задачу непросто. И вот как идет исследовательский поиск. Однажды, находясь в очередной раз в Праге, я посетил научную лабораторию моего близкого друга, известного во всем мире ученого Яна Буреша. Я знал, что он большой придумщик всяческих необычных приспособлений и методик для изучения поведения животных, и поэтому я просил его рассказать мне о новых исследованиях. И я не ошибся в своих ожиданиях, потому что Ян продемонстрировал мне очень интересный и убедительный опыт на обыкновенных белых крысах, предупредив, что исследует сейчас мыслительную деятельность крыс. А надо сказать, что в то время в среде ученых, как отечественных, так и зарубежных, было распространено мнение о крысах как о довольно примитивных животных. Именно с таким мнением об интеллектуальных способностях крыс я и вошел в лабораторию.
Посередине комнаты на полу размещался 12-лучевой радиальный лабиринт. Приподнятая над полом круглая площадка с отверстием посередине имела 12 непрозрачных дверей. Каждая из них вела в отдельный коридор, расположенный по радиусу, в конце которого находилась пища. Животное помещали на круглую площадку-арену. Поначалу крыса тщательно ее обследовала и случайно, дотронувшись мордочкой до одной из дверец, открыла ее, пробежала по коридору, полакомившись пищей, вышла через другую дверцу и спустилась на пол. Исследуя пол круглой площадки, любопытства ради пролезла через отверстие наверх. Так она вновь оказалась посередине площадки, вокруг которой размещались те же 12 закрытых дверей. На этот раз крыса уже с большей уверенностью открыла дверцу и проникла в коридор. Но не в ту дверцу и не в тот коридор, который она посетила только что, а в другой, где она еще никогда не была раньше. Конечно же, подумаем мы, ведь она, побывав в предыдущем коридоре, съела приманку, а значит, запомнила, что во второй раз ей незачем вести там же пустые поиски и лучше ей всякий раз выбирать новую дверцу, ведущую в коридор с нетронутой приманкой. Рассуждая так, мы невольно приписываем крысе нашу собственную логику поведения. В общем, в этом нет ничего предосудительного. Так поступают многие ученые, которые занимаются описанием поведения животных.
12-лучевой радиальный лабиринт
Крыса всякий раз выбирала все новую и новую дверцу, так ни разу и не воспользовавшись уже посещенными коридорами
Но самое удивительное, что действительно поразило меня в этом опыте, заключалось вот в чем. Крыса шесть раз поднималась на центральную площадку и всякий раз выбирала все новую и новую дверцу, так ни разу и не воспользовавшись уже посещенными коридорами. Затем Ян Буреш извлек крысу из лабиринта и, отсадив ее в отдельную клетку, пригласил меня обедать. Мы вернулись в лабораторию через полтора часа, и Ян Буреш решил продолжить опыт с той же самой крысой. Оказавшись вновь в лабиринте, крыса продолжала посещать все новые и новые коридоры. Она ни разу не посетила те шесть коридоров, в которых была до перерыва.
Придирчивый экспериментатор сразу стал бы требовать многих дополнительных проверочных опытов. Надо было исключить возможность влияния запаховых ориентиров, которые оставляет крыса, чтобы пометить пройденный путь. Экспериментаторы это предусмотрели. Оказалось, что, пока мы обедали, весь 12-лучевой лабиринт был обработан специальным дезодорирующим раствором, отбивающим какой-либо запах. Однако это никак не повлияло на успешность ориентации крысы и ее память. Многие специальные проверки наводили на мысль, что крысы воспринимают не отдельно выработанные ориентиры-знаки, а в целом всю обстановку на центральной площадке, запоминают дверцу уже посещенного коридора и в каждом следующем выборе пользуются этим «знанием» (как результатом познания действительности). Ученые называют такое поведение когнитивным, от английского cognition – знание, познавательная способность. А тот образ, который складывается в результате восприятия окружающей обстановки, называют когнитивной картой.
Опыт с бассейном
А вот другой опыт на ту же тему. И снова я наблюдал его в лаборатории Яна Буреша в Праге. Круглый резервуар диаметром 2 м наполнен водой, в которую добавлено молоко, чтобы вода была непрозрачной. Подопытные животные снова крысы, которые, вопреки распространенному мнению, оказались великолепными пловцами. В одном месте такого бассейна на глубине 3 см от поверхности воды располагается неподвижная площадка. Из-за растворенного в воде молока она остается невидимой для крыс. Крысу выпускают в бассейн в определенном месте – возле вертикальной стенки. Установленная видеокамера фиксирует плавание животного, переводит изображение на телевизионное устройство и затем с помощью компьютера вычисляются время плавания, направление, повороты, скорость и прочие показатели. Случайно крыса наталкивается на скрытую площадку, поднимается на нее и начинает заниматься собственным туалетом.
В следующий раз крыса, выпущенная в том же месте бассейна, находит площадку уже значительно быстрее. И так постепенно животное учится находить площадку, подплывая к ней по прямой за несколько секунд. А теперь попробуем выпустить крысу в бассейн не с привычного для нее места, а с какого-либо другого, например противоположной стороны бассейна. И вновь крыса быстро ориентируется и кратчайшим путем достигает невидимой для нее спасительной площадки. Какие же ориентиры действуют в этом случае? Ведь площадка скрыта под водой. Оказывается, что роль таких ориентиров могут выполнять и совершенно посторонние предметы, расположенные вокруг бассейна: окна в комнате, лампы дневного света, шкафы, столы и т. д. Мы проверили это. Стоило изменить обстановку в комнате, как крыса забыла место расположения площадки и была вынуждена обучаться заново. Значит, животное обучается познавать всю окружающую обстановку и определять место спасительной площадки по отношению к этим обстановочным ориентирам. Можно сказать, что в мозгу животного формируется некая когнитивная карта местности, в которой ему предстоит ориентироваться. Это своеобразная географическая карта, по которой животное прокладывает себе путь, опираясь на ориентиры, только ему одному ведомые.
Мы не слишком погрешим против истины, если представим себе, что подобную карту формирует и маленький ребенок, находясь в детской кроватке. А особенно когда он подрастает и начинает свободно передвигаться по комнате. Таким образом, в подсознании ребенка закладываются основы пространственного мышления. Без этих знаний человек не способен ориентироваться в окружающем его мире, познавать его, использовать эти знания в своей мыслительной деятельности.
Способности к пространственному мышлению, хотя и в простейшей форме, развиты у животных. Но в отличие от нас животные лишены очень важной особенности: большинство из них, за исключением обезьян, не способны к обобщениям и абстракциям. Если и признавать существование у животных какого-либо знания, мышления, то надо учитывать, что оно всегда конкретно, т. е. соотносится лишь с конкретными предметами и явлениями окружающего мира. В отличие от животных наши знания и мышление большей частью абстрактны и в каждый момент времени могут совершенно не соотноситься с конкретными образами среды. К примеру, возьмем такую область человеческого знания, как картография – наука о географических картах, о методах их создания и использования. Абстрактные знаки и символы на географической карте – это обобщенные образы реальной действительности. Вся географическая карта – это сложно закодированное знание, накопленное человечеством за всю историю его развития. На занятиях в школе с атласами и контурными картами мы обучаемся воспринимать весьма отвлеченные представления о расположении городов, рек, морей, континентов, овладевая тем самым высшими формами когнитивного обучения.
Следовательно, когнитивные карты жизненного пространства – это та основа, на которой строится наше пространственное мышление.
Оперативная память
А теперь я хочу рассказать о собственных исследованиях нейронных основ памяти, которые проводились совместно с моими учениками А. А. Пироговым и А. А. Орловым на обезьянах – макаках-резусах.
Обезьяна во время опыта находилась в специальном приматологическом кресле в затемненной камере (как показано на рисунке). Перед животным располагался пульт, состоявший из панели с двумя рычагами, над которыми были вмонтированы лампочки экрана, закрывавшего рычаги и устройства для подачи пищевого вознаграждения.
В начале экспериментальной задачи подавался условный сигнал – поочередное мигание лампочек возле правого и левого рычага в течение 2–5 (секунд. Экран в это время был закрыт. После выключения условного сигнала следовала пауза – 5-20 секунд, в течение которой обезьяна должна помнить, какая из лампочек зажигалась. Никаких сигналов в это время не подается. Этот период называется отсрочкой, именно в это время и осуществляются процессы кратковременной оперативной памяти. Затем экран отодвигали, открывая доступ обезьяне к рычагам. Если обезьяна в течение отсрочки запомнила, с какой стороны зажигалась лампочка, то она должна нажать на рычаг, расположенный на той же стороне пульта, т. е. справа или слева. Если обезьяна правильно выбрала рычаг, то она получала пищевое вознаграждение (драже). Такие тесты в течение одного опыта применялись многократно.
После такой многодневной тренировки, когда количество ошибочных выборов не превышало 10–15 %, на голове обезьяны, находящейся под наркозом, размещали устройство для крепления микроэлектродов, позволяющее с помощью электронной аппаратуры одновременно регистрировать электрическую активность нескольких отдельных клеток мозга.
Вопрос об участии различных мозговых структур в осуществлении оперативной памяти до сих пор является предметом дискуссии. Мы изучали нейронные механизмы лобной коры мозга обезьян. Лобная кора является самой молодой и наиболее сложно организованной структурой мозга, которая осуществляет высший контроль за деятельностью его остальных отделов и участвует в процессах памяти.
А теперь давайте посмотрим, как ведут себя отдельные нейроны лобных долей мозга при выполнении обезьяной вышеописанной поведенческой задачи.
В начале экспериментальной задачи подавался условный сигнал
Затем экран отодвигали, открывая обезьяне доступ к рычагам
Каждый тест начинался с предъявления условного сигнала, а значит, с записывания мозгом информации о его пространственном местоположении. Именно эта информация в данном исследовании является самой главной, ибо она и определяет направление предстоящего движения – нажатия правой лапой на правый или левый рычаг.
Нейроны могут быть нескольких типов, каждый из которых проявляет свою активность на определенных этапах поведенческой задачи