Витоки розуму тварин

Ця стаття – інтерв’ю з завідувачем лабораторії фізіології і генетики вищої нервової діяльності МДУ Леонідом Вікторовичем Крушинським.

Прекрасний знавець поведінки тварин Ернест Сетон-Томпсон описав такий випадок. Ворона, пролітаючи над річкою, впустила шматок хліба. Підхоплений течією, він зник у тунелі. Тоді пташка, заглянувши вглиб тунелю, полетіла до іншого його кінця, і коли упущений здобуток з’явився,вона його виловила. Цей випадок – приклад того, як тварини, щоб домогтися потрібного результату, використовують, кажучи математичною мовою, екстраполяцію. Ворона бачила первісний шлях шматка хліба, потім він зник за перешкодою. І далі вона екстраполювала напрямок його руху. Пташка прийняла єдино правильне рішення і поступила в даній, раптово сформованій ситуації, розумно.

До такого висновку, що у тварин є розум і що він являє собою специфічну функцію мозку, видатні біологи і філософи прийшли вже давно. Чарльз Дарвін вважав, що вищі тварини, як і людина, володіють пам’яттю, уявою, асоціацією уявлень і розумом. Дослідники, які не хочуть визнавати існування навіть зачатків розуму у тварин, часто посилаються на авторитет Івана Петровича Павлова. Однак і він, в кінці свого життя зробив висновок, що тваринам притаманні елементи мислення, що мають риси подібності з мисленням людини. В одному з виступів Павлов сказав: «А коли мавпа будує свою вишку, щоб дістати плід, то це «умовним рефлексом» назвати не можна… Це є початком утворення знання, уловлювання постійного зв’язку між речами — те, що лежить в основі всієї наукової діяльності, законів причинності і т. д.»

Інший основоположник сучасної рефлексології – Чарльз Шеррінгтон – у своїх останніх книгах теж визнав, що тварини наділені розумом, проте він не бачив можливості об’єктивного його вивчення.

В експериментах, що стали проводитися в нашій лабораторії, ми виходили з допущення, що тварини живуть не тільки в світі предметів і явищ навколишнього середовища, а й тих законів, які їх пов’язують. Найбільш же характерна особливість розумової діяльності тварин, на мій погляд,— якраз здатність вловлювати найпростіші закони природи і вміння використовувати їх в нових ситуаціях.

Спостерігаючи за поведінкою тварин в природі, я часто ставав свідком ситуацій, по суті таких самих, як у описах Сетона-Томпсона, і прийшов до висновку, що здатність до екстраполяції може бути одним з критеріїв оцінки розвитку розуму.

– На підставі чого був зроблений такий висновок?
– Ось подивіться, з чим в нашій лабораторії повинні вміти справлятися тварини, щоб продемонструвати здатність до екстраполяції. Перше – це визначити положення тіла, що рухається, яке зникає з поля зору. Ви, напевно, знаєте про існування так званої «системи відліку». Координатами, за допомогою яких людина визначає своє становище в місті, слугують вулиці і проспекти. Подібними координатами, що представляють собою сукупності нерухомих точок навколишнього середовища, користуються, судячи з усього, і тварини. Знаючи «нерухомі точки відліку», вони орієнтуються по них в незнайомій обстановці.

Однак цим все не обмежується. Екстраполяція неможлива, якщо немає уявлення про найпростіші закони навколишнього середовища. Суть першого з них: будь-який предмет, про існування якого тварина дізнається завдяки своїм органам почуттів, нікуди не пропадає, навіть коли з яких-небудь причин інформація про нього перестає надходити. Ми теж користуємося цим законом. Візьміть у маленької дитини іграшку і подивіться, як вона буде вести себе. Звичайно, почне шукати її, тому що на основі свого досвіду вже знає, що іграшка не могла безслідно зникнути, вона існує.

Другий найпростіший закон: непрозорі предмети непроникні. В експериментах, які ми проводили, вивчаючи здатність тварин до екстраполяції, приманка спочатку рухалася на очах у них, а потім шлях її тривав за ширмою. І ті наші піддослідні, кому не був відомий цей закон, замість того щоб обійти ширму і отримати корм, намагалися пробратися через неї. Тварини, розумова діяльність яких досить висока, ніколи не робили таких безуспішних спроб. Було цілком очевидно, що вони розуміють: непрозорі предмети непроникні.

– Наскільки мені відомо, ваші дослідження засновані не тільки на здатності тварин до екстраполяції.
– У «Новому Органоні» Френсіс Бекон розмежовував розум людини і вмілість тварин. Однак він вважав: іноді доводиться допустити, що звірі і птахи можуть міркувати. В якості ілюстрації Бекон наводив розповідь про ворону. Під час посухи цей ворон знайшов у дуплі воду, проте там її було мало. Щоб напитися, слід було підняти рівень води, і ворон став кидати в дупло камінчики. Можливо, що такого насправді не було, але це не має ніякого значення. Важливо, що великий філософ XVII століття вказав на простий критерій оцінки розуму тварин, в основі якого лежить розуміння фізичного закону.

По-різному реагують птахи і звірі на тінь: на ту, що падає від їхнього тіла, не звертають уваги, зате бояться чужих. Іноді вони використовують тінь у своїх інтересах. Коли настає спека, лелека, наприклад, стає так, що гніздо з пташенятами виявляється прикритим від сонця.

Звичайно, тварини мають уявлення про обсяг і форму власного тіла. Здатні вони оцінювати і деякі геометричні властивості предметів. Припустивши, що тварини, як і люди, можуть розрізняти об’ємні і плоскі предмети і оперувати найпростішими властивостями геометричних фігур, ми вирішили провести в лабораторії серію нових експериментів. Тварини повинні були збагнути, що об’ємну фігуру-приманку не можна помістити в плоску фігуру, а предмет може бути переміщений, перебуваючи всередині іншого.

Вивчення поведінки тварин під час вирішення всіх придуманих нами логічних завдань показало, що існують величезні відмінності в рівні їх розумової діяльності.

– І хто ж завоював пальму першості?
– Найбільш високо розвинений розум у мавп, дельфінів і бурих ведмедів. На другому місці опинилися вовки, червоні лисиці, собаки, корсаки. Серед птахів на верхньому щаблі стоять визнані мудреці – воронові. Їх здатність до розумних дій не нижча, ніж у хижих ссавців з сімейства псових. Досить низький рівень елементарної розумової діяльності у голубів. Риби коропи, гольяни, карасі – зовсім не можуть екстраполювати напрямок руху корму. Жаби і жабенята теж не реагували на пропоновані тести, зате черепахи і зелені ящірки, на наш подив, проявили велику кмітливість. Вони вирішують екстраполяційні завдання гірше воронових, але краще таких хижих птахів, як соколи, шуліки, і, зрозуміло, краще, ніж качки і кури.

– Мені здається, висновок, що мавпи, дельфіни, вовки і лисиці розумні тварини, при всій його об’єктивності сприймається дещо абстрактно. Чи не можна привести хоча б одне порівняння, що ілюструє ступінь розвитку їх розуму?

– Порівняння з людиною вас влаштує?
– Звичайно.
– Ми вивчали здібності до екстраполяції у дітей. Коли іграшка зникала з їх поля зору, вони повинні були визначити, в який бік вона рухається, і, щоб її отримати, піти в потрібному напрямку. Виявилося, що діти до двох років не можуть вирішувати завдання такого типу. Через рік поведінка їх дещо змінюється, вони починають екстраполювати рух іграшки, проте справляються з цим гірше таких тварин, як червоні лисиці, собаки, вовки. Дослідження виявили закономірність: чим старша дитина, тим більшою мірою проявляються його екстраполяційні здібності. А правильний вибір діти безпомилково роблять лише в сім з половиною років.

Зрозуміло, труднощі проведеного порівняння очевидні. Адже дитина в тому віці, коли у нього проявляється здатність до екстраполяції, володіє добре розвиненою мовою і певними поняттями, які можуть сформуватися лише на її основі. Оцінка розуму за одним критерієм, звичайно, не виявляє всього різноманіття розумової діяльності, якою наділена людина. Однак вона в якійсь мірі дозволяє уявити деякі етапи формування цієї складної функції мозку. Оскільки тварини наділені нехай елементарним, але розумом, значить, перш ніж вирішуватися на щось, вони, судячи з усього, повинні спочатку подумати. Чи легко їм це робити?

Під час наших дослідів всі тварини в певний момент починали вести себе незвично: вони просувалися, деякі дуже наполегливо, в сторону, протилежну тій, куди переміщалася приманка,— іншими словами, відмовлялися брати участь в експериментах. Особливо яскраво це продемонстрували щури, нащадки пацюків, що народилися і виховані в розпліднику нашої лабораторії. Кролики поводилися інакше: вони приймалися стукати задніми лапами по підлозі. Зазвичай ці звірята поводяться так, коли знаходяться в тривожному стані. Іноді кролик хапав приманку-моркву і тікав з нею від ширми. У птахів з сімейства воронових викликала страх сама експериментальна установка. Оскільки така поведінка спостерігалася після того, як тварини кілька разів поспіль вирішували запропоновані їм завдання, природно було припустити, що воно пов’язане з розумовим перенапруженням.

Дослідження підтвердили це. Електроенцефалограми щурів і черепах, зроблені під час дослідів, зареєстрували патологічну активність їх мозку. І, мабуть, відмова тварин брати участь в дослідах — не що інше, як прагнення захистити себе від непосильного навантаження, своєрідна форма захисту мозку від перенапруги. Процес мислення, навіть у найбільш примітивній формі, важкий для тварин.

У гіпотезі, що пояснює механізм розуму, а простіше кажучи — природу розуму, ви обґрунтовуєте, чому тварини можуть вирішувати логічні завдання. Що ж відрізняє їх від тих побратимів, які не здатні чинити розумно?
– Останнім часом різні функції мозку докладно досліджуються і успіхи досягнуті значні. Однак функція, пов’язана з мисленням, залишається найменш пізнаною. А у деяких фізіологів, які вивчають закономірності навчання, існує думка, що складні комбінації умовних рефлексів і є мислення. Заперечувати роль попереднього досвіду було б безглуздо, проте розумова діяльність не вичерпується рекомбінацією тільки тих форм пізнання, які тварини набувають протягом свого життя. Характерна особливість мислення – рішення нових завдань, що виникають в незнайомих ситуаціях. Процес цей здійснюється на евристичному рівні функціонування мозку. Звичайно, досвід, набутий в минулому, іноді приходить на допомогу. Але, по суті, логічні завдання вирішуються кожен раз заново, причому старі, шаблонні знання можуть в подібних випадках виявитися перешкодою.

– Які ж механізми мозку забезпечують можливість вирішення нових завдань?
– Тварини можуть вловлювати емпіричні закони, по-перше, тому, що нейрони здатні реагувати вибірково на специфічні властивості сприйманих об’єктів. Американські вчені Хьюбел і Візел, вивчаючи зір кішок, виявили в їх зоровій корі нейрони, які мали свої власні функції. Якщо кішка дивилася на смужку світла, розташовану на екрані вертикально, збуджувалися одні нейрони. А коли смуга зміщувалася в сторону або замість вертикальної ставала горизонтальною, ці нейрони майже зовсім або зовсім не відповідали, зате починали працювати інші. Тобто нервові клітини реагували на певне положення сприйманого об’єкта.

В даний час найрізноманітніші детектори знайдені в багатьох відділах мозку тварин. Ці детектори виявляють або напрямок переміщення об’єкта, або ступінь його новизни, або періодичність його дії – поява і зникнення… Значить, можна зробити висновок: мозок побудований з елементарних одиниць, які виокремлюють найпростіші характеристики простору, часу і руху.

Однак, сказавши так, ми не можемо обійти мовчанням інше важливе питання: що впливає на специфічність реакції нейронів? Кілька років тому з’явилися роботи, які з великою переконливістю довели, що дуже прості форми поведінки контролюються одиничними генами. Так, була виведена лінія дрозофіл, у яких при виході з ефірного наркозу спостерігалося характерне посмикування лапок. Вченим вдалося з’ясувати, що це результат мутації одного з генів, контролюючих відповідні мотонейрони. Дослідження, проведені на дрозофілах, допомогли встановити, що генетичний апарат нейрона контролює і таку більш складну поведінку, як циркадний ритм — механізм біологічного годинника.

Отже, є підстави вважати, що і в цілому функціональна активність тих нейронів, які виділяють найпростіші характеристики простору, часу і руху, визначається їх генетичним апаратом.

Третя важлива умова: мозок повинен складатися з великої кількості нейронів. Лише тоді він зможе вловлювати і переробляти найрізноманітнішу інформацію, що надходить із зовнішнього середовища.

Залежність рівня розвитку розуму від величини мозку простежується досить чітко. Ймовірно, не випадково дельфіни і мавпи, які вирішують найбільш складні варіанти логічних завдань, володіють і вельми великим кінцевим мозком (самий передній відділ мозку, до якого відносяться великі півкулі, у ссавців великі півкулі різко збільшені в результаті утворення нової кори). Думаю, цікаві будуть і такі цифри. У курки, розумові здібності якої низькі, індекс відносного обсягу півкуль дорівнює 3.27, у сокола він вже 8,24, у грача — 15,68, а у сороки — 15,81.

Як показали наші дослідження, мозок тварин володіє набагато більшими потенційними можливостями до уловлювання елементарних законів природи, ніж потрібно в повсякденному житті. А саме це і необхідно для процесу мислення. Успіхи нейрофізіології і генетики останніх років дозволяють по-новому поставити питання про роль надлишкового резерву нейронів. Якщо інстинктивні дії являють собою відповідь на невелике число певних подразників і для їх здійснення досить обмеженої кількості нервових клітин, які реагують лише на ці подразники, то для реалізації поведінки, заснованій навіть на елементарній розумовій діяльності, такого «запасу» нейронів явно мало. Ситуації, з якими стикаються тварини, занадто різноманітні, виникають раптово і, що дуже важливо, раніше в їхньому житті не зустрічалися. Що ж може забезпечити поведінку, яка б була єдино правильною в обстановці, що склалася? Надлишковий резерв нейронів.

– Значить, великий обсяг мозку – гарантія досить розвиненого розуму? Але ж мозок черепах і ящірок за розмірами невеликий, а вони під час ваших дослідів прекрасно справлялися з екстраполяційними завданнями. У чому тут секрет?
– Якщо зіставити рівень розумових здібностей тварин зі ступенем розвитку їх мозку, легко виявити ще одну закономірність: збільшується не тільки розмір мозку, система з’єднань між нейронами стає складнішою. Порівняння показало: чим краще екстраполюють тварини, тим різноманітніші контакти між нейронами.

У ссавців і рептилій провідну роль у мисленні відіграє кора великих півкуль. У птахів мозок влаштований інакше. У них немає нової кори, з якою більшість вчених пов’язують вищі психічні функції. Замість неї розвивається смугасте тіло (стріатум). У нашій лабораторії було досліджено будову стріатума ворон і голубів. З’ясувалося, що цей відділ переднього мозку птахів далекий від однотипності. Він складається з нейронів з довгими або короткими аксонами (відростки, що проводять збудження від тіла нейрона) і нервових клітин перехідного типу, що володіють ознаками перших двох. Але, мабуть, найцікавіше те, що самі нейрони цих птахів сильно відрізняються. Нервові клітини ворон тонкі і гіллясті, а дендрити (відростки, що проводять збудження у напрямку до тіла клітини) густо всіяні шипиками, на яких відбуваються контактні з’єднання з іншими нейронами. На противагу їм нейрони голубів по конструкції грубі, дендрити їх товсті, мало звивисті, з великими виростами паличкоподібної форми. Будова нейронів ворон значно досконаліша. І це, судячи з усього, дає можливість краще аналізувати і переробляти інформацію, яка надходить в мозок.

Узагальнюючи, можна сказати: чим більший обсяг мозку, чим різноманітніша система контактів між нейронами – тим більша ймовірність, що розумові здібності тварин будуть вищими. Однак, не завжди важливі одразу обидва ці показники. Яскравий приклад – рептилії. У порівнянні з птахами і ссавцями, їх кінцевий мозок за обсягом набагато менший. Але нейрони рептилій мають досить складну систему контактів. І це створює передумови для утворення різних об’єднань нервових клітин – нейронних констеляцій.

Те, що під час вирішення завдань, що вимагають розумової напруги, між окремими пунктами кори головного мозку людини виникають констеляції, вперше виявив відомий фізіолог академік Михайло Миколайович Ліванов. Пізніше вдалося встановити: чим важче завдання, тим більше число нервових клітин втягується в його вирішення і утворюється нейронний ансамбль, який виконує роль своєрідного центру.

Щоб подібні ансамблі могли виникнути, потрібен час. Нехай цей час обчислюється частками секунди, але в житті тварин нерідкі ситуації, коли результат боротьби за існування залежить від швидкості реакції. Мабуть, в ході природнього відбору закріплювалися ті нейронні констеляції, які забезпечували найбільш швидке вирішення біологічно значущих завдань і складалися з нервових клітин, розташованих в безпосередній близькості. Переваги топографічного об’єднання нейронів очевидні: коротшає шлях передачі збудження між нервовими клітинами, що входять у функціональний ансамбль.

– Леонід Вікторович, академік Олексій Миколайович Северцов висловив думку, що при різкій зміні зовнішніх умов виживають тільки найбільш розумні тварини, як він висловився, «винахідники» нових способів поведінки». Що ви можете сказати з цього приводу? Які причини викликали появу у тварин зачатків розуму?
– Наші експерименти показали, що ні риби, ні амфібії не здатні до елементарної розумової діяльності. Перші тварини, у яких нам вдалося виявити зачатки розуму,— рептилії. Що ж вплинуло на більш прогресивний розвиток їх мозку?

Остаточний вихід найдавніших рептилій на сушу. Вони потрапили в зовсім інші, причому досить суворі екологічні умови, які були характерні для Пермського періоду. Перед ними виникло багато нових, життєво важливих завдань, і вони повинні були їх вирішувати. Ні інстинкти, ні умовні рефлекси, для утворення яких потрібен час, не рятували їх в ситуаціях, коли слід було приймати швидке рішення. Тому одним із шляхів пристосування рептилій до життя на суші могла бути еволюція, спрямована на підвищення рівня їх розумової діяльності.

Скорочення чисельності рептилій збігається з появою на землі птахів і звірів. Я далекий від думки пояснювати це тільки тим, що розум рептилій був примітивнішим. Однак цілком ймовірно, більш високоорганізована центральна нервова система, збільшення розміру мозку, удосконалення його нейронного будови — всі ці «придбання» допомагали птахам і звірам краще пристосуватися до мінливих умов навколишнього середовища.

Тварини, у яких в еволюції з’явилися зачатки розуму, отримували дуже великі переваги в боротьбі зі своїми побратимами за сферу проживання. Вони могли швидше виробити нові форми поведінки. Палеонтолог академік Юрій Олександрович Орлов у своїй книзі «У світі древніх тварин» пише, що у гігантської викопної куниці перуніум на відміну від інших куницевих, були «ведмедеподібні» пропорції мозку з добре розвиненими скроневими частками. Однак лобові частки (без яких, як показали дослідження, ссавцям важко приймати потрібне рішення в екстрено сформованих умовах) у неї були розвинені слабо. Юрій Олександрович Орлов вважав, що це і стало однією з головних причин вимирання стародавньої куниці, коли в середньому і нижньому Пліоцені стали сильно змінюватися зовнішні умови.

Але не тільки різкі коливання клімату сприяли прогресивній еволюції мозку. Конкуренція через територію, їжу, викликала міграції в нові екологічні ніші. Так, предки китоподібних, що жили в Мезозої, освоїли моря і океани, і, без сумніву, великий мозок з численними звивинами, досить високо розвинений інтелект дельфінів – результат докорінної зміни способу життя їх предків.

Звичайно, розумова діяльність виникла і розвивалася під провідним впливом екологічних факторів, проте вони не були приватними, локальними особливостями життя якогось виду. Це були умови існування тварин, які змінювалися протягом тривалих геохронологічних епох. Ось чому, зіставляючи ступінь розвитку розуму тварин, таких відносно близьких груп, як рід і сімейство, ми бачимо схожість між особливостями будови мозку і рівнем їх розумової діяльності, хоча живуть представники цих груп в різних екологічних нішах.

– Яким чином вплинула поява і розвиток в еволюції зачатків розуму у тварин, на їх соціальні відносини?
– Поведінка тварин, які здатні чинити розумно, значно гнучкіша, ніж поведінка нездатних це робити. Величезна кількість спостережень, накопичених до сьогоднішнього дня, показують, що тварини не тільки використовують для самозахисту або добування корму вже готові знаряддя, а й створюють їх. Чи не менше фактів свідчить, що саме у розумних тварин встановлюються і найскладніші групові відносини.

У спільнотах тварин зі слабо розвиненим розумом, відносини будуються на основі вроджених, строго пов’язаних з конкретною ситуацією сигналів і поведінка типу «відображення». У міру розвитку розумової діяльності можливості для взаєморозуміння зростають. На зміну анонімним спільнотам приходять індивідуалізовані: члени їх знають один одного, тому здатні вловлювати нюанси поведінки кожного свого побратима. У стадах капуцинів, наприклад, є «контролюючі тварини». Вони стежать, чи спокійно навколо, а якщо насувається небезпека, першими знаходять спосіб, як уникнути її. Ці ж мавпи регулюють відносини з іншими стадами Капуцинів і вчасно припиняють всілякі конфлікти, які виникають серед своїх одноплемінників.

Краще розуміти один одного тваринам допомагає і те, що в їх мові велику роль починають грати сигнали, інформаційне значення яких вони свідомо змінюють в залежності від ситуації, що складається. У найбільш яскравій формі зачатки осмисленої звукової сигналізації проявляються у птахів.

Тварини, розум яких досить високо розвинений, мають ще одну перевагу в боротьбі за існування: вони можуть діяти колективно. Північноамериканські сойки об’єднують свої зусилля при захисті території, відлякуванні хижаків, при пошуку їжі і будівництві гнізд. Спільно вони вигодовують і пташенят. Більше сімдесяти відсотків корму, який отримують злітки, приносять не власні батьки, а молоді птахи, у яких немає пташенят, і сусіди. Ще один приклад. У спільнотах павіанів в центрі уваги завжди знаходяться дитинчата. Дорослі всіляко оберігають їх. Думаю, не буде великою натяжкою сказати, що вони відчувають те почуття до дитинчат, яке можна охарактеризувати словом «любов». Безсумнівно, що це почуття, історично пов’язане з турботою батьків про потомство, стало надбанням всіх членів спільноти. Така колективна турбота про членів своїх угруповань, на якій базується альтруїстична поведінка,— філогенетично нове створення природи, вона зустрічається лише у птахів і звірів.

Альтруїзм, будь-які форми взаємодопомоги і співпраці ставили спільноти, в яких вони проявлялися, в абсолютно особливе становище. Відбору піддавалися не тільки окремі тварини. «Кастово»-групові спільноти, в яких, завдяки цілому комплексу суспільних відносин виживало багато нащадків. Мали найбільші шанси на збереження характерного для них генотипу.

Звичайно, елементарна розумова діяльність пройшла тривалу еволюцію, але, врешті-решт, вона дала воістину гігантський спалах людського розуму.

Автор: Крушинський Леонід Вікторович.