Текст бизнес-книги "Интеллектика. Как работает ваш мозг"

Автор книги: Константин Шереметьев

Раздел: Личностный рост, Книги по психологии

Может показаться, что врожденные модели поведения, записанные в определенных нейронных сетях, весьма примитивны, но сравнение с другой ветвью эволюции показывает, что это не так.

В случае с членистоногими природа выбрала следующий подход развития систем отражения. Отдельная особь является частью некоторой семьи, поэтому системой отражения обладает семья в целом, а каждая особь выполняет в семье набор заранее определенных функций. Эти функции записаны генетически в виде специальных программ поведения, которые включают и средства коммуникации между особями.

Наиболее развитые представители членистоногих – пчелы, термиты, муравьи – имеют сходное с червями строение нервной системы, а именно параллельные цепочки нервных ганглиев. Но есть и существенные отличия.

Во-первых, размер ганглиев. Ганглии пчелы содержат 850 тысяч нейронов в отличие от червей, у которых число нейронов измеряется лишь сотнями.

Во-вторых, наличие органов чувств. У пчел хорошо развито зрение и обоняние. Зрение пчелы – набор из нескольких тысяч маленьких глазиков – омматидиев. Половина мозга занимается обработкой зрительных образов. Существенную роль для пчелы также играет обоняние.

Посмотрим, на что же способна такая организация системы отражения.

Общественная жизнь пчелы очень сложна. Вскоре после выхода из куколки пчела становится уборщицей. Она чистит ячейки, в которые матка будет откладывать яйца. Через три дня она начинает кормить личинки. Через десять дней обязанности молодой пчелы усложняются. Ей приходится заниматься строительством сот из воска, приемкой меда от пчел-сборщиц, заполнением медом ячеек. На двадцатый день она становится охранником и дежурит у входа в улей. Наконец, взрослая пчела становится сборщицей меда.

Хотя разговаривать пчелы не могут, они все-таки могут обмениваться информацией. Для этого используется специальный танец. Танцем пчела сообщает другим пчелам, в каком направлении находится пища. Но не следует думать, что она просто запомнила свой маршрут и повторяет его в танце. Даже если она нашла пищу путем долгого кружения по местности, другим пчелам она сообщает сразу кратчайший маршрут.

Танец пчелы состоит из пробежек по прямой и вилянии брюшком. Направление пробега указывает угол маршрута по отношению к солнцу. Если источник пищи далеко, то пчела делает круг и опять повторяет танец. За пчелой-танцовщицей следуют другие пчелы, которые повторяют танец и нюхают «солистку». Запах, исходящий от танцовщицы, указывает, на каких цветках искать пищу.

Возможности обучения пчел своеобразны. У пчел хорошо вырабатываются условные рефлексы. Можно научить пчелу садиться на листы бумаги определенного цвета. Пчела определяет время суток, так как от этого зависит, какие виды цветов раскрываются к этому времени. Но условные рефлексы хорошо вырабатываются только на ту деятельность, которой пчела постоянно занимается.

Вершину общественной организации у членистоногих демонстрируют муравьи. Муравей имеет еще более сложное строение органов зрения. Некоторые виды муравьев имеют пару сложных глаз в передней части головы и три простых глаза в верхней части. Кстати, это не предел для насекомых. Тарантул смотрит на мир восемью глазами.

В муравьиных семьях может существовать до десяти каст. Среди муравьев бывают няньки, строители, разведчики, пастухи, фуражиры, солдаты. Все они образуют иерархическую социальную структуру, своеобразный сверхорганизм, который может решать достаточно сложные задачи.

Некоторые виды муравьев разводят скот. Они пасут тлей. Зимой строят им глиняные хлевики, а летом доят. Для этого они щекочут тлей, а те выделяют падь – сладенькую водичку. Если удои большие и пастухи не справляются, то объявляется дополнительный набор. Для этого пастухи просто хватают молодых муравьев и приносят их на пастбище. Если муравьишка попался глупый и убегает, то его приносят снова, пока из него не получится хороший дояр. Не стоит думать, что к разведению скота муравьи относятся менее серьезно, чем люди. Одна семья муравьев Formica rufa собирает в год до полутонны пади.

Муравьи-листорезы разводят плесневый грибок. Для этого они вырезают из листьев специальные кружочки для перегноя и высаживают на них кусочки грибов. Грибами они питаются сами и кормят своих личинок. Процесс выращивания грибов отлично организован. Бригада муравьев-заготовителей срезает кусочки листьев. Бригада муравьев-носильщиков доставляет нарезанные листья в муравейник. Их сопровождают огромные муравьи-солдаты. Доставленные листья пережевываются муравьями-жевателями в кашицу. Этой кашицей удобряют грибы маленькие муравьи-садоводы. В каждой бригаде подбираются муравьи, наилучшим образом приспособленные для данной работы. Вес одного муравья-солдата равен весу 300 муравьев-садоводов.

Муравьи-жнецы запасают зерна пшеницы. У каждого зерна они отгрызают зародыш, чтобы оно не проросло. Промокшие зерна они вытаскивают на поверхность для просушки, а потом аккуратно складывают обратно в норки. Поиском зерен занимаются муравьи-разведчики. Каждый разведчик имеет свой участок и каждый день его обходит. Если разведчик находит созревшие семена, то приводит с собой тысячи фуражиров, которые и приносят зерна в муравейник.

Муравьи-амазонки вообще не любят работать. Войско муравьев-амазонок захватывает личинки бурых лесных муравьев. Те муравьи, которые выводятся из захваченных личинок, становятся рабами и выполняют всю работу по муравейнику.

Общаются муравейчики с помощью запахов. Заметил опасность – выделил химическое вещество. Все, кто унюхал, бегут на помощь и тоже угрожающе пахнут. Чем больше опасность, тем больше запахов и тем больше муравьев бросается на помощь.

Кажется, что столь сложное поведение членистоногих требует сложной нервной системы. Но в действительности это набор автономных программ, которые записаны в определенных ганглиях. Если фуражиры муравья-жнеца бегут по следу разведчика за зернами, то можно сколько угодно сыпать перед ними на дороге семена. Они будут просто перешагивать через них. Их задача – только следовать за разведчиком и брать зерна там, где он покажет.

Сами ганглии у членистоногих тоже независимы, что порождает разделение тела на области отдельного управления. Во время копуляции[2]2
  Копуляция – соединение двух особей при половом акте.


[Закрыть] богомолов самка начинает поедать самца, начиная с головы, но самец продолжает копуляцию. После отделения брюшка у осы ее передняя половина продолжает кормиться.

Инстинктивное поведение социальных членистоногих при всей его сложности – это набор типовых схем реагирования, координация которых осуществляется семьей. Способности к обучению крайне малы.

В копилку эволюции

Членистоногие обзавелись органами чувств – то есть датчиками точного выделения валентных стимулов. Другое изобретение членистоногих – это возможность осуществлять сложное поведение путем коллективной координации.

Глава 4. Появление головного мозга

Накопив бесценный опыт в построении отражающих элементов, природа приступила к построению целостной отражающей системы – головного мозга.

Появление головного мозга привело к принципиально новым возможностям систем отражения, которые мы сейчас и рассмотрим. Но сначала несколько замечаний о том, насколько аккуратно нужно относиться к описанию работы головного мозга.

Где начало того конца, которым заканчивается начало?

Козьма Прутков

Прежде чем мы начнем разговор о возможностях головного мозга, нужно сделать важное замечание. При описании работы мозга легко впасть в заблуждение – и это происходит со многими людьми. Это заблуждение состоит в приписывании мозгу причины поведения организма.

Пока мы говорили о системе отражения простейших, было очевидно, что поведение бактерии определяется воздействием внешней среды. Мы говорим «бактерия движется к свету» в том смысле, что бактерия реагирует на свет. Можно это выразить и другими словами: «Цель бактерии – достичь центра светового пятна». Но эта фраза уже имеет двойной смысл, так как неясно, кто поставил эту цель бактерии: окружающая среда или она сама. И наконец, если мы скажем, что «бактерия хочет достичь центра светового пятна», то мы сами себя запутаем, ибо такой подход напрочь закрывает нам дорогу к пониманию причин перемещения бактерии. При таком подходе появляется какое-то мистическое начало, управляющее бактерией. Это мистическое начало будет уклоняться от любого анализа, так как его реально не существует, оно привнесено неправильным описанием процесса. Телега поставлена впереди лошади. Вместо реально существующей причины, а именно светового стимула, привнесена вымышленная причина, не имеющая места в действительности.

Мы видим, что даже на таком простом примере можно запутаться, если неправильно описывать то или иное явление. Теперь обратимся к описанию мозга. Животные, обладающие мозгом, демонстрируют явное целенаправленное поведение. Среди множества высказываний о таком поведении сплошь и рядом встречаются фразы: «Собака хочет есть», «Соловей любит петь», «Петя мечтает стать продавцом мороженого». Исследователь, пытающийся разобраться в поведении и воспринимающий эти фразы буквально, вынужден ввести понятие некоторой непознаваемой сущности, которая, собственно, «хочет», «любит», «мечтает». Для человека (а иногда и для животных) в качестве такой сущности обычно используется душа. Дальше исследователь заходит в тупик, так как любые дальнейшие рассуждения приводят к порочному кругу. Душа определяется через действия, а причиной действий является душа.

Разорвать такой порочный круг достаточно просто. Головной мозг – это система отражения окружающего мира, своеобразное зеркало. Любые психические процессы запускаются стимулами внешней среды и нужны для отражения этих стимулов. Правильное описание психических процессов должно начинаться со слов «в ответ на…». Например, в ответ на снижение питательных веществ в крови у собаки формируется чувство голода. В ответ на начало брачного сезона соловей использует песню для привлечения самки.

Описание человека будет чуть сложнее. В ответ на рассказы взрослых у ребенка начинает формироваться модель идеальной жизни. В ответ на удовольствие от съеденного мороженого эта модель приобретает законченную форму в виде стремления стать продавцом мороженого.

В дальнейшем изложении мы для краткости не всегда будем использовать эти слова, но для правильного понимания работы мозга достаточно мысленно подставить эти слова в начало описания психического явления – и любой психический процесс становится доступным для анализа.

Поведение животных, имеющих головной мозг, отличается столь большой сложностью и целесообразностью, что возникает впечатление эволюционного разрыва. Кажется, что природа неожиданно сделала непонятный скачок в эволюции. Но это только на первый взгляд.

Эволюция мозга, как и эволюция других органов, протекала по достаточно простой схеме. Сначала за какую-либо функцию отвечает множество клеток, при этом каждая клетка выполняет и другие функции. Но затем природа постепенно формирует орган, который предназначен именно для данной функции.

Это хорошо видно на примере столь сложного органа, каким является человеческий глаз. На первый взгляд, трудно представить, как он мог появиться случайно. Но стоит посмотреть на его эволюцию, и все становится очевидным. У гидры на прикосновение реагируют все нейроны. У дождевого червя уже появляются специализированные светочувствительные клетки. Затем специализированные клетки объединяются в группы, образуя светочувствительные глазные ямки у планарии. И, наконец, набор специализированных клеток снабжается мышцами и другими функциональными клеточными структурами для управления самим процессом получения информации. Таков глаз морского червя. Поэтому постепенная эволюция может приводить к появлению очень сложных структур.

В результате специализации клеточных структур головные ганглии получили дальнейшее развитие в головном мозге, а прочие ганглии – в спинном мозге.

Кажущийся разрыв в эволюции мозга обусловлен тем, что появление мозга с его принципиально новым способом отражения реальности дал животным такие преимущества, что они полностью вытеснили своих безмозглых конкурентов. Поэтому в настоящее время хозяевами Земли стали обладатели мозга. Хозяевами воды – рыбы, хозяевами воздуха – птицы, хозяевами суши – млекопитающие. А все прочие организмы они используют в качестве корма.

Чем же так отличается мозг от набора ганглиев? В первую очередь тем, с какой информацией он работает.

На первый взгляд, если мозг отражает реальность, то он отражает ее так, как это делает зеркало. То есть полностью воспроизводит образ внешней среды. Но это не верно.

Органы чувств животного способны подать в мозг гигантское количество информации. Если бы мозг попытался обрабатывать все, то он сошел бы с ума. Поэтому органы чувств передают в мозг не ту информацию, которую они получают, а интерпретацию этой информации. Для этого мозг использует специальные элементы – детекторы.

Можно пояснить этот процесс следующим примером. Командир послал группу разведчиков на другой берег реки. Каждому разведчику поставлена определенная задача. Одному – найти место для переправы, другому – определить наличие постов противника, третьему – оценить численность противника, четвертому – следить только за тем, будет враг форсировать реку или нет, и так далее. В результате командир получит именно ту информацию, которая ему нужна для проведения операции. Задача получения несущественной информации – например, о том, созрели вишни или нет, – разведчикам не ставится, а следовательно, командир ее не получит.

Каждый разведчик в данном случае – это детектор. Он нацелен на поиск определенной информации.

Так же и в мозге существуют специальные нейроны, которым, как и разведчикам, поручено сообщать о наличии специальной информации. Например, есть нейроны, которые реагируют на контур объекта. Не имеет значения, в какой области зрительного поля появится объект. Нейроны следят за выделением контура и докладывают об этом в мозг.

Есть нейроны, которые реагируют на наличие в поле зрения горизонтальных полосок. Они срабатывают всегда, когда такая полоска есть в поле зрения. На вертикальные и наклонные полоски эти нейроны не реагируют. На рисунке 7 видно, как быстро воспринимается горизонтальная полоска на фоне множества наклонных.

Рис. 7. Восприятие горизонтальной полоски

При повреждении зрительной области мозга возникает эффект так называемого слепого зрения. Больной ничего не видит, но правильно угадывает, какую линию ему показывают: горизонтальную или диагональную. Это означает, что нейроны правильно определяют линию, а сбой происходит на верхнем уровне, где все линии должны быть сведены в единый образ.

Есть нейроны, которые реагируют на новизну. Они говорят мозгу: «Обрати внимание, что-то изменилось». Мозг тут же дает команду глазам более внимательно присмотреться к этому месту.

И вот когда все детекторы отработали, мозг, собственно, и начинает процесс отражения реальности.

Следует обратить внимание на важный момент восприятия реальности мозгом. Возьмем, например, восприятие цвета. По существу, это явное искажение реальности. Световой спектр электромагнитных волн непрерывен, но мозг его воспринимает как дискретный. При восприятии непрерывного спектра световых волн специальные нейроны разбивают его на отдельные участки спектра, которые мы называем цветами.

Налицо явное искажение восприятия. Но такое искажение позволяет быстро выявлять в окружающей среде валентные признаки, например красный цвет – цвет крови, а следовательно, признак опасности. Хищные животные обычно имеют ярко-красную окраску. Не случайно в качестве запрещающего цвета светофора выбран красный. Человек реагирует на него очень быстро.

Но это еще не все. Стоит только внимательно присмотреться к восприятию цвета, как выявляются совершенно изумительные подробности, которые позволяют понять основные принципы работы мозга. Глаз восприимчив именно к тому спектру электромагнитных волн, который меньше всего поглощается атмосферой. В результате глаз выделяет в окружающей среде именно те волны, которые доставляют максимальное количество информации об объектах. То есть глаз видит то, что хорошо освещено.

Во время хорошего дневного освещения присутствуют все цвета одновременно, поэтому вроде бы глаз должен докладывать о наличии полной цветовой палитры. Напротив, так как естественная освещенность не имеет существенного значения, она воспринимается глазом как отсутствие цвета. То есть глаз не видит то, что постоянно (а следовательно, неинтересно).

Поэтому восприятие реальности мозгом, начиная уже с органов чувств, обладает способностью игнорировать ненужную информацию и дорисовывать нужную.

В некоторых случаях невалентная информация вообще не попадает в мозг, если он занят важной деятельностью. Например, при регистрации электрических токов у спокойно сидящей кошки видна четкая реакция на тикающий метроном. Но при появлении мыши реакция на метроном исчезает. Нацелившись на мышь, кошка перестает слышать посторонние звуки.

Так же и командир может слушать разведчика, который рассказывает о переправе, но тут вбегает другой и кричит: «Они наступают!» Командир приказывает замолчать первому разведчику и полностью переключается на второго. То есть мозг даже не получает ненужной информации.

И, наконец, сам командир, выслушав донесения разведчиков, передаст в штаб только одну фразу: «На моем участке фронта сосредотачиваются крупные силы противника», – избавив тем самым штаб от анализа больших объемов информации.

Так и здесь: по мере продвижения информации от органов чувств к мозгу подключаются нейроны более высоких уровней абстракции, которые выделяют движущиеся объекты или представителей своего вида.

В мозг от органов чувств поступает не фотография окружающей среды, а модель мира, сконструированная из набора типовых отражающих элементов – детекторов.

Мозг при восприятии создает свою внутреннюю реальность. Чем больше развито животное, тем сильнее внутренняя реальность отличается от внешней. Процесс решения задач осуществляется с помощью абстракций, которые получены от органов чувств и которые воспринимаются как образ мира. Эти абстракции позволяют очень быстро выявлять наиболее существенные изменения обстановки и выделять те объекты, которые представляют интерес для животного. Дальнейшее поведение также строится на достижении определенных целей в мире этих абстракций. Другими словами, мозг позволяет животному реагировать не на изменения света или звука, а на появление матери, хищника, водопоя и т. д.

У приматов отдельные группы нейронов образуют детекторы лиц, которые позволяют быстро отличать одно лицо от другого.

Мозг выделяет в окружающем мире действующие объекты и позволяет реагировать не на отдельные признаки объектов, а на поведение этих объектов в целом. Можно считать, что мозг составляет из признаков объекта понятие об этом объекте.

Мозг выполняет свои функции путем использования абстракций, которые отражают отдельные объекты окружающей среды.

Сами детекторы зависят от развития мозга. Чем более развит мозг, тем большее количество детекторов участвует в отражении реальности. Детекторы более высокого уровня надстраиваются над детекторами более низкого уровня и продолжают процесс интерпретации. Этот процесс един для всех животных, обладающих мозгом, и, более того, является основным процессом восприятия реальности. Назовем этот процесс каскадной интерпретацией (рис. 8).

Рис. 8. Процесс каскадной интерпретации

Первыми головным мозгом обзавелись рыбы. Сами рыбы появились около 70 миллионов лет назад. Ареал обитания рыб уже сравним с площадью Земли. Лососи (рис. 9) плывут на нерест тысячи миль из океана в ту реку, где они в свое время вывелись из икры. Если это вас не удивляет, то представьте, что вам без карты нужно добраться до неизвестной реки, пройдя при этом хотя бы тысячу километров. Все это стало возможным благодаря головному мозгу.

Рис. 9. Лосось

Вместе с мозгом у рыб впервые появляется особый вариант обучения – импринтинг (впечатывание). А. Хаслер в 1960 году установил, что тихоокеанские лососи в определенный момент своего развития запоминают запах того ручья, в котором они родились. Затем они спускаются по ручью в реку и плывут в Тихий океан. На океанских просторах они резвятся несколько лет, а потом возвращаются на родину. В океане они ориентируются по солнцу и находят устье нужной реки, а родной ручей находят по запаху.

В отличие от беспозвоночных, рыбы в поисках пищи могут путешествовать на значительные расстояния. Известен случай, когда окольцованная семга проплыла за 50 дней 2,5 тысячи километров.

Рыбы близоруки и отчетливо видят на расстоянии всего 2–3 метра, зато имеют хорошо развитый слух и обоняние.

Принято считать, что рыбы молчаливы, хотя на самом деле они общаются при помощи звуков. Звуки рыбы издают с помощью сжатия плавательного пузыря или скрежещут зубами. Обычно рыбы издают треск, скрежет или щебет, но некоторые могут выть, а амазонский сом пирарара научился кричать так, что его слышно на расстоянии до ста метров.

Главное отличие нервной системы рыб от нервной системы беспозвоночных состоит в том, что головной мозг имеет центры, отвечающие за зрительную и слуховую функцию. В результате рыбы могут различать простые геометрические фигуры, и, что интересно, рыбы также подвержены влиянию зрительных иллюзий.

Головной мозг взял на себя функцию общей координации поведения рыбы. Рыба плывет, подчиняясь ритмичным командам мозга, которые через спинной мозг передаются плавникам и хвосту.

У рыб легко вырабатываются условные рефлексы. Их можно научить подплывать к определенному месту по световому сигналу.

В опытах Розина и Майера золотые рыбки поддерживали постоянную температуру воды в аквариуме, приводя в действие специальный клапан. Они достаточно точно удерживали температуру воды на уровне 34 °C.

Как и у беспозвоночных, в основе размножения рыб лежит принцип большого потомства. Сельдь ежегодно откладывает сотни тысяч мелких икринок и не заботится о них.

Но есть рыбы, которые ухаживают за молодняком. Самка Tilapia natalensis держит икру во рту, пока из нее не вылупятся мальки. Некоторое время мальки держатся стайкой около матери и в случае опасности прячутся у нее во рту.

Выхаживание мальков у рыб может быть достаточно сложным. Например, самец колюшки строит гнездо, а когда самка отложит в это гнездо икру, он плавниками гонит воду в это гнездо для вентиляции икры.

Большой проблемой для мальков является узнавание родителей. Цихлидовые рыбки считают своим родителем любой медленно движущийся предмет. Они выстраиваются сзади и плавают за ним следом.

Некоторые виды рыб живут стаями. В стае нет иерархии и явно выраженного вожака. Обычно группа рыб выбивается из стаи, а затем вся стая следует за ними. Если отдельная рыбка вырвется из стаи, то она тут же возвращается. За стайное поведение у рыб отвечает передний мозг. Эрих фон Хольст удалял у речного гольяна передний мозг. После этого гольян плавал и питался как обычно, за исключением того, что у него отсутствовала боязнь вырваться из стаи. Гольян плыл туда, куда он хотел, не оглядываясь на своих сородичей. В результате он стал вожаком стаи. Вся стая считала его очень умным и неотступно следовала за ним.

Кроме того, передний мозг дает возможность рыбам образовывать имитационный рефлекс. Опыты Э. Ш. Айрапетьянца и В. В. Герасимова показали, что если в стае одна из рыб проявляет оборонительную реакцию, то другие рыбы подражают ей. Удаление переднего мозга прекращает образование имитационного рефлекса. У нестайных рыб имитационного рефлекса нет.

У рыб появляется сон. Некоторые рыбы для того, чтобы вздремнуть, даже ложатся на дно.

В целом, мозг рыб хотя и демонстрирует хорошие врожденные способности, к обучению способен мало. Поведение двух рыб одного вида практически совпадает.

Мозг земноводных и рептилий претерпел незначительные изменения по сравнению с рыбами. В основном, отличия связаны с улучшением органов чувств. Существенные изменения в мозге произошли только у теплокровных.