ИСТИНА

Изучение высших когнитивных способностей птиц как животных, не относящихся не только к приматам, но и вообще к млекопитающим, актуально во многих отношениях. Поскольку птицы более 200 млн. лет эволюционировали независимо от млекопитающих и имеют совершенно особое, отличающееся от них строение мозга (отсутствие новой коры; преобладание цитоархитектоники ядерного типа), исследование их когнитивных способностей служит подходом к анализу эволюционных истоков мышления, позволяющим выявить наиболее универсальные его свойства, возникшие на разных путях филогенеза. Птицы с высокоорганизованным мозгом (врановые и попугаи; Emery, 2006) могут служить модельным объектом для исследования высших когнитивных функций животных. Кроме того, исследования высших когнитивных функций этих птиц могут способствовать выяснению вопроса о том, какие физиологические механизмы лежат в основе присущей им экстраординарной пластичности поведения. Исследуя высшие когнитивные способностей птиц, мы опираемся на представление о том, что поведение организмов определяют три основных фактора - инстинкты, обучение и мышление (наиболее вариабельный из этих трех факторов, и наиболее сильно зависящий от уровня развития мозга). При исследовании мышления животных основной задачей является создание таких методик, которые позволяли бы отделить результаты, объяснимые предшествующим обучением, от феноменов, связанных непосредственно с мышлением. Четкой инструкцией для создания таких методик может служить высказывание А.Р. Лурия, о том, что акт мышления «возникает только тогда, когда у субъекта существует соответствующий мотив, делающий задачу актуальной, а решение ее необходимым, и когда субъект оказывается в ситуации, относительно выхода из которой у него нет готового решения - привычного (т.е. приобретенного в процессе обучения) или врожденного» (Лурия, 1973, с. 310). Именно эта логика - организация теста, в которым создается новая ситуация, относительно выхода из которой у животного нет готового решения - лежит в основе всех экспериментальных подходов к исследованию мышления животных. Только использование таких тестов позволяет оценить механизм решения экспериментальной задачи – например, выяснить какие именно признаки различало животное, и самое главное, отделить результаты, достижимые только за счет предшествующего обучения (выучивания «наизусть» отдельных «правильных» стимулов или частных правил выбора типа «если, то») от результатов, которые отражают именно процесс мышления. Универсальными структурными единицами мышления, а также, одной из его основных форм, считают понятия - отвлеченную, систематизированную информацию о наиболее существенных, инвариантных признаках классов объектов (Фирсов, 1987). По мнению Л.С. Выготского (1982), всякое обобщение, всякое образование понятия есть самый специфический, самый подлинный, самый несомненный акт мысли. Понятия формируются в результате операций обобщения и абстрагирования, которые вместе с анализом и синтезом, а также сравнением относят к основным операциям мышления. Все эти операции неразрывно связаны и невозможны друг без друга. К настоящему времени, очевидно, что животные в той или иной степени (в зависимости от уровня развития их мозга) способны формировать и использовать понятия (Зорина и др., 2007; Katz et al., 2007; Lazareva, Wasserman, 2008; Zentall et al., 2008). При этом, речь идет не только о так называемых перцептивных понятиях, объединяющих физически сходные объекты (например, «человек», «дерево», «птица»). Животные способны использовать и абстрактные понятия, объединяющие объекты по их отношениям друг с другом, и в том числе, базовые понятия о «сходстве» и «различии», которые необходимы для формирования других абстрактных понятий (Premack, 1976; Gillan, et al., 1981; Pepperberg, 1987; 1999; Herman et al., 1989; Thompson et al., 1997; Kastack, Schusterman, 1994; Bovet, Vauclair, 2001; Vonk, 2003; Katz et al., 2007). В данной статье представлены результаты исследования способности высокоорганизованных птиц (серых ворон и венесуэльских амазонов) к использованию понятий «сходство» и «различие». Эти результаты являются фрагментом многолетних исследований когнитивных способностей птиц, проводимых в лаборатории физиологии и генетики поведения Биологического факультета МГУ. Обобщение признаков «сходство» и «различие» Способность птиц к обобщению признаков «сходство» и «различие» мы исследовали, используя задачу выбора по образцу (Смирнова и др., 1998). При этом птице предъявляли две кормушки, накрытые карточками (стимулами для выбора), между которыми размещали карточку-образец. Корм помещали только в одну из двух кормушек - в ту, которая была накрыта сходной с образцом карточкой. При обучении чередовали три базовых набора стимулов: чёрные и белые карточки; изображения цифр 1 и 2; а также изображения одного или двух геометрических элементов разной формы и цвета. Один набор стимулов заменяли на следующий после достижения критерия обученности (не менее 80% правильных выборов в 96 пробах подряд, p < 0.001). Обучение с первым набором стимулов (черными и белыми карточками) потребовало более 2000 проб, что свидетельствовало о сложности этой задачи для птиц. Например, для того чтобы обучиться дифференцировке двух стимулов (научиться отличать «правильный» стимул от «неправильного») воронам в среднем требуется около 200 проб. Когда черные и белые карточки заменили новым набором стимулов (изображениями цифр 1 и 2), уровень правильных решений понизился до случайного, и для того чтобы научиться решать ту же задачу с новым набором стимулов птицам вновь потребовалось длительное обучение (более 1000 проб). Это свидетельствует о том, что в процессе обучения с первым набором стимулов птицы усвоили не обобщенное правило выбора по сходству с образцом (оно было бы применимо к любым стимулам), а набор частных правил «если, то», применимых только к конкретным стимулам (черным и белым карточкам). С третьим набором стимулов (изображениями одного или двух геометрических элементов) птицы достигли критерия принципиально быстрее – уже за 150-200 проб. Затем обучение продолжили с расширенным набором стимулов (использовали как все знакомые, так и новые стимулы - темно и светло серые карточки; изображения цифр 3 и 4 и множеств из трех и четырех элементов), с которым птицы достигли критерия практически сразу. Для того чтобы выяснить, чему именно обучились птицы (выучили несколько наборов частных правил типа «если, то» или же усвоили обобщенное правило выбора по сходству с образцом), далее провели серию тестов на перенос правила выбора. Все тесты были организованы таким образом, чтобы предотвратить возможность обучения в ходе самого теста. Для этого, собственно тестовые пробы, в которых использовали новые стимулы, чередовали с так называемыми фоновыми, в которых использовали знакомые стимулы. В тестовых пробах подкрепление было недифференцированным: корм помещали в обе кормушки, т.е. животное получало подкрепление независимо от того, правильный или неправильный выбор оно совершило. В фоновых пробах, как и при обучении, подкрепляли только правильный выбор. Благодаря этому птицы в тестовых пробах не могли научиться ничему новому. Они могли начать решать задачу с новыми стимулами только спонтанно и только в том случае, если ранее усвоили обобщенное правила выбора по сходству с образцом. В тестах вначале применяли новые стимулы знакомых категорий, т.е. новые стимулы сходные и различные по тем же признакам (по окраске – четыре типа штриховки, конфигурации линий – цифры 5-8 и числу элементов – множества 5-8), что и стимулы, использованные при обучении. В следующем тесте применили стимулы новой категории (признак для сравнения – размер геометрических фигур). И вороны и попугаи справились с этой задачей – успешно выбирали любые новые стимулы, сходные с образцом. Следовательно, в процессе обучения у них сформировалось именно обобщенное правило выбора по сходству с образцом, основанное на использовании понятий «сходство» и «различие» (Смирнова и др., 1998; Зорина, Смирнова, 2008). Выявление сходства по аналогии (аnalogical reasoning) Наиболее абстрактный признак сходства – сходство по аналогии. Способны ли высокоорганизованные птицы (вороны и попугаи) спонтанно выявить сходство по аналогии соотношений в структуре двухкомпонентных стимулов? Для ответа на этот вопрос в следующей серии экспериментов (также в ситуации выбора по сходству с образцом; в формате теста) использовали стимулы, которые представляли собой изображения двух геометрических фигур. Один из стимулов для выбора соответствовал образцу либо по соотношению размеров фигур (одинаковые или разные) вне зависимости от их формы, либо по соотношению формы фигур вне зависимости от их цвета, либо по соотношению цвета фигур вне зависимости от их формы. В любом случае образец и «правильный» стимул для выбора не имели никакого перцептивного сходства по конкретным физическим признакам, но были аналогичны по своей структуре (соотношению признаков компонентов). Например, если образцом служило изображение квадрата и круга, а для выбора предлагали изображение пары квадратов и изображение треугольника и прямоугольника, то правильным был выбор последнего стимула, поскольку на нем, как и на образце, были изображены разные фигуры. Вороны успешно справились с этой задачей: они оказались способны экстренно выявить сходство по аналогии соотношения компонентов в структуре образца и одного из стимулов для выбора (Зорина, Смирнова, 2008). Способность к выполнению такой операции можно считать показателем наиболее высокого уровня обобщения признака «сходство». Ранее было известно, что сходство по аналогии способны спонтанно (без дополнительного обучения) выявлять антропоиды – шимпанзе, гориллы, орангутаны (Premack, 1876; Gillan et al., 1981; Thompson et al., 1997; Vonk, 2003). Павианы также могут обучиться решению подобных задач (Bovet, Vauclair, 2001), однако в отличие от антропоидов и ворон, им требовалось для этого длительное обучение (около 15 тысяч проб). Символизация: установление эквивалентности между знаками и понятиями «сходство» и «различие» Cимволизацией мы называем процесс установления эквивалентности между нейтральными объектами («знаками») и соответствующими предметами, действиями, а также обобщениями разного уровня, включая довербальные понятия («обозначаемое»). Способность использовать символы составляет основу вербального мышления и речи человека. Высокоорганизованные птицы способны использовать понятия «сходство» и «различие», но могут ли они научиться использовать знаки для их обозначения? Ранее было показано, что подобной способностью обладают приматы. Например, шимпанзе Сара, обученная языку-посреднику в котором «словами» служили пластиковые жетоны, успешно использовала знаки для обозначения понятий «сходство» и «различие» даже в том случае, если требовалось выявить и обозначить самый абстрактный тип сходства – сходство по аналогии соотношения компонентов (Premack, 1976, Gillan et al., 1981). О том , что такой способностью могут обладать и птицы ранее свидетельствовали лишь результаты исследований Ирен Пепперберг (Pepperberg, 1987, Pepperberg, 1999). Серый жако Алекс, ранее обученный значению слов английской речи, успешно отвечал на вопросы "Что разное?" и "Что одинаковое?", когда ему показывали два предмета, сходные и различные по каким-либо признакам (материалу, из которого они были изготовлены; форме; цвету). Например, когда ему предъявляли розовое пластиковое сердце и розовое пластиковое кольцо и спрашивали "Что разное?", он отвечал "Форма"; а в ответ на предъявление красного пластикового кольца и желтой пластиковой трубки и вопрос "Что одинаковое?", он отвечал «Материал» (Pepperberg, 1987, Pepperberg, 1999). Для выяснения вопроса о том, способны ли другие высокоорганизованные птицы (серая ворона и венесуэльский амазон) научиться использовать знаки для обозначения понятий «сходство» и «различие» мы вновь использовали метод выбора по образцу, но не по сходству с образцом (general identity matching-to-samplе), а другую разновидность этой задачи, которую называют выбором по условному соответствию образцу (arbitrary matching-to-sample; conditional discrimination). При этом животное подкрепляют за выбор стимула, чье условное соответствие образцу произвольно определено экспериментатором: например, если образец «А», то выбирай стимул «С», а если образец «В», то выбирай стимул «D». Единственно возможным механизмом решения этой задачи может быть заучивание набора частных правил «если ..., то…» (Sidman, Tailby, 1982). И серая ворона, и венесуэльский амазон ранее были обучены обобщенному правилу выбора по сходству с образцом. В данной серии экспериментов, птиц вначале обучили выбирать стимул с изображениями двух одинаковых по размеру и форме фигур, если образцом был знак «S» и стимул с изображениями двух разных по размеру фигур, если образцом был знак «V». При обучении использовали по 6 стимулов каждого типа. После того как ворона и попугай достигли критерия обученности с этим базовым набором стимулов, провели тесты на перенос правила выбора на новые стимулы: сначала знакомой категории (так же различающиеся по размеру фигур), а затем и новой категории (различающиеся по форме фигур). Птицы успешно справились с этими тестами, продемонстрировав тем самым, что связали знаки «S» и «V» с понятиями «сходство» и «различие», а не просто выучили наизусть 12 частных правил выбора «если …, то …». Но стали ли знак и обозначаемое действительно эквивалентными (взаимозаменяемыми)? Одним из свойств эквивалентных отношений является их симметричность. В контексте задачи выбора по условному соответствию образцу симметричность отношений подразумевает возможность смены ролей образца и стимула для выбора: если субъект обучен выбирать стимул «В» в ответ на образец «А», то симметричность подразумевает возможность выбора стимула «А», в ответ на образец «B» без дополнительного обучения. На вопрос о том, способны ли животные спонтанно устанавливать симметричность отношений между "знаком" и "обозначаемым" до сих пор нет однозначного ответа: в некоторых работах с этим тестом не справляются шимпанзе (Dugdale, Lowe, 2000), тогда как в других – справляются даже голуби (Vasconcelos, Urcuioli, 2011). Из анализа литературных данных следует, что на успешность решения этого теста положительно влияет использование методических приемов, заранее приучающих животное к тому, что стимул-образец может появиться в роли стимула для выбора и наоборот (Vasconcelos, Urcuioli, 2011). По нашему мнению, на результат теста на понимание симметричности отношений, вероятно, влияет контекст экспериментальной задачи. Если у животного ранее был лишь опыт условного выбора по образцу и не было опыта выбора по сходству с образцом, то сам контекст задачи будет формировать лишь однонаправленные правила выбора типа «если …, то ….», которые заведомо не симметричны. Если же у животного ранее был опыт обобщенного (применимого к любым новым стимулам) правила выбора по сходству с образцом (general identity matching-to-sample), то сама ситуация выбора по образцу будет создавать контекст, формирующий отношения соответствия между образцом и подкрепляемым стимулом для выбора, а такие отношения могут быть симметричны. Для проверки этого предположения мы предъявили тест на спонтанное понимание симметричности отношений между знаком и обозначаемым серой вороне и венесуэльскому амазону. Эти птицы ранее были обучены обобщенному правилу выбора по сходству с образцом и успешно выявляли не только сходство по конкретным физическим признакам стимулов, но и наиболее абстрактный тип сходства – сходство по аналогии соотношения компонентов. Затем эти же птицы были обучены условному выбору по образцу: если на образце изображен знак «S», то выбирай стимул с парой сходных фигур, а если на образце изображен знак «V», то выбирай стимул с парой различных фигур. Как уже было отмечено выше, птицы связали эти знаки не только с конкретными стимулами, использованными при обучении, но и с понятиями «сходство» и «различие». Затем, в тестовых пробах образец и стимулы для выбора впервые поменяли местами: образцом служило изображение пары фигур одинаковой или разной формы (по 12 стимулов каждого типа), а стимулами для выбора – знаки "S" и "V". И ворона, и попугай успешно справились с этим тестом - без дополнительного обучения выбирали знаки «S» или «V», когда образцом служили стимулы с изображениями двух одинаковых или двух разных фигур. Таким образом, птицы продемонстрировали спонтанное понимание симметричности отношений между знаком и обозначаемым, несмотря на то, что в процессе их обучения мы не применяли никаких специальных методических приемов, заранее приучающих животных к взаимозаменяемости образца и стимула для выбора. Заключение В целом, полученные нами результаты свидетельствуют о том, что способность к использованию понятий и символизации присуща не только высшим млекопитающим, но и высокоорганизованным представителям класса птиц. Это подтверждает гипотезу о параллелизме эволюции рассудочной деятельности и мозга птиц и млекопитающих (Крушинский, 1977; Emery, 2006). У высокоорганизованных представителей разных отрядов птиц (врановых и попугаев) обнаружен сходный уровень способности к наиболее сложным формам обобщения и символизации. Вероятно, именно широкий спектр высокоразвитых когнитивных способностей врановых птиц лежит в основе их сообразительности в нестандартных ситуациях и экстраординарной пластичности приспособительного поведения, включая успешное приспособление к антропогенным трансформациям среды обитания. Список литературы 1. Выготский, Л.С. История развития высших психических функций. Т. 3. - М.: Педагогика, 1982. – 328 с. 2. Зорина, З.А., Смирнова, А.А. Обобщение, умозаключение по аналогии и другие когнитивные способности врановых птиц. Когнитивные исследования: Сборник научных трудов: Вып. 2. (Ред. В.Д.Соловьев, Т.В. Черниговская). 2008. - С. 148 – 165. 3. Крушинский, Л.В. Биологические основы рассудочной деятельности. - М.: Изд-во МГУ, 1977. - 270 c. 4. Лурия, А.Р. Основы нейропсихологии. - М.: Изд-во МГУ, 1973, - 374 с. 5. Смирнова, А.А., Зорина, З.А., Лазарева, О.Ф. Обучение серых ворон (Corvus cornix L.) отвлеченному правилу выбора по соответствию/несоответствию с образцом // Журн. высш нерв. деят. - 1998. - Т. 48. - № 5. - С. 855-867. 6. Фирсов, Л.А. Высшая нервная деятельность человекообразных обезьян и проблема антропогенеза. Руководство по физиологии. Физиология поведения: Нейробиологические закономерности. - Л.: Наука, 1987, - С. 639-711. 7. Bovet, D., Vauclair, J. Judgment of conceptual identity in monkeys // Psychon. Bull. Rev., - 2001, - V. 8, - P. 470–475. 8. Dugdale, N., Lowe, C., Testing for symmetry in the conditional discriminations of language-trained chimpanzees // Journal of the Experimental Analysis of Behavior, - 2000, - V. 73, - P. 5–22. 9. Emery, N.J. Cognitive ornithology: the evolution of avian intelligence // Phil. Trans. R. Soc. – 2006, -V. 361, - P. 23-43. 10. Gillan,D.J., Premack, D., Woodruff, G. Reasoning in the chimpanzee 1. Analogical reasoning // J Exp Psychol Anim Behav Process, - 1981, - V. 7, -P. 1–17. 11. Herman, L.M., Hovancik, J.R., Gory, J.D., Bradshaw, G.L. Generalization of visual matching by a Bottlenosed Dolphin (Tursiops truncates): evidence for invariance of cognitive performance with visual and auditory materials // J. Exp. Psychol.: Anim. Behav. Process, - 1989, - V. 15, - P. 124–136. 12. Kastak, D., Schusterman, R.J., Transfer of visual identity matching-tosample in two California sea lions (Zalophus californians) // Anim. Learn. Behav. – 1994, - V. 22, - P. 427–435. 13. Katz, J.S., Wright, A.A., Bodily, K.D. Issues in the Comparative Cognition of Abstract-Concept Learning // Comparative Cognition & Behavior Reviews. – 2007, - V. 2, - P. 79-92. 14. Lazareva, O.F., Wasserman, E.A. Categories and concepts in animals // Learning and memory: A comprehensive reference. - Oxford: Elsevier, 2008, - V. 1, - P. 197-226. 15. Pepperberg, I.M. Acquisition of the same/different concept by an African Grey parrot (Psittacus erithacus): Learning with respect to categories of color, shape, and material // Anim. Learn. Behav. – 1987, - V. 15, - P. 423–432. 16. Pepperberg, I.M. The Alex Studies. - Cambridge, MA; L. UK: Harvard Univ. Press. 1999, - 434 p. 17. Premack, D. Intelligence in ape and man. - Hillsdale, NJ: Erlbaum, - 1976. - 388 p. 18. Sidman, M, Tailby, W. Conditional discrimination vs. matching-to-sample: an expansion of the testing paradigm. Journal of the Experimental Analysis of Behavior // - 1982, - V. 37, - P. 5–22. 19. Thompson, R.K.R., Oden, D.L., Boysen, S.T. Language naive chimpanzees (Pan troglodytes) judge relations between relations in a conceptual matching-to-sample task // Journal of Experimental Psychology: Animal Behavior Processes, - 1997, - V. 23, - P. 31-43. 20. Vasconcelos, M., Urcuioli, P. J. Associative symmetry in a spatial sample-response paradigm Behavioural Processes // - 2011, - V. 86, - P. 305–315. 21. Vonk, J. Gorilla (Gorilla gorilla gorilla) and Orangutan (Pongo abelii) understanding of first and second order relations // Animal Cognition, - 2003, - V. 6, - P. 77-86. 22. Zentall, T.R., Wasserman, E.A., Lazareva, O.F., Thompson, R.K.R., Rattermann, M.J. Concept learning in animals // Comparative Cognition & Behavior Reviews, - 2008, - V. 3, - P. 13-45.