УСЛОВИЯ УСПЕШНОСТИ ОБУЧЕНИЯ И НЕКОТОРЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПРОЦЕССА

По представлениям 17 века, обучение состоит в «улучшении проницаемости мозговых пор» для «животных духов» (Р. Декарт). В 19-20 веках обучение представляли как образование проторений и замыкание локальных рефлекторных дуг, затем как процесс образования «сложной, модифицирующейся по мере консолидации памяти, мозаики изменений нейроморфологии, синаптической проводимости и экспрессии генов во многих «заинтересованных» структурах мозга». С развитием системных представлений и глубоким изучением цитоархитектоники мозга, обучение стали объяснять «образованием набора нейронов, специализированных по отношению к вновь формирующейся системе путем модификации клеток, отобранных из а)В преспециализированных в раннем онтогенезе и б) из сформировавшихся в процессе нейрогенеза»В (Александров, 2006, с.23). Эта точка зрения легла в основу системно-эволюционной теории, разрабатывавшейся учеником П.К. Анохина В.Б. Швырковым с шестидесятых годов двадцатого века. Распространяя принцип системности на все уровни биологической организации, В.Б. Швырков предлагает схему эволюции организмов через взаимодействия:

геном - тело - среда - для донервных организмов;

геном - мозг - тело - среда - для организмов, имеющих нервную систему.

Формула сознания человека имеет такой вид:

геном - человеческие нервные клетки - животный мозг предка человека - тело -социокультурная среда - человечество - Вселенная (Швырков, 2006, с 561).

Научная смелость В.Б. Швыркова проявляется в двух бескомпромиссных утверждениях. «Не существует психофизиологической проблемы, т.к. для разделения нервных и психических процессов эволюционных оснований не обнаруживается». И второе. «Динамика содержания активного сознания человека, возможно, имеет те же законы и детерменирована теми же межсистемными отношениями, которые наблюдаются у животных». (Там же, с. 562).

Принимая во внимание, что обучение - это наиболее творческая форма поведения животных, рассмотрим предпосылки успешности обучения и современные представления об его неврологических механизмах. Для успешности обучения необходима заинтересованность не только в поощрении, а в самом процессе обучения, это позволяет сохранять высокий уровень внимания. Очень важна память и развитая нервно-психическая организация, развитый уровень мышления. Все формы обучения тесно связаны с памятью (не считая импринтинга, который большинством исследователей сам считается особой формой памяти, со своими собственными законами). «Научение - это последовательность сложных процессов приобретения, хранения и воспроизведения информации. При этом происходит модификация поведения, а память проявляется как сохранение этой модификации». (Александров, 2004, с. 112) У животных, как и у человека, существует три формы памяти:

  • 1. перцептивная - инерция восприятия, благодаря которой образ увиденного или услышанного в течение 1/, секунды как бы стоит в глазах или продолжает звучать;
  • 2. кратковременная, сохраняющаяся у разных животных по-разному, в среднем, в течение 10В секунд - она необходима как переходная форма к долгосрочной памяти, объем ее ограничен, она быстро угасает и может быть разрушена электрическим воздействием, углекислым газом и наркотическим веществом, вызывающим депрессию корковой активности, или действием любого отвлекающего фактора;
  • 3. долговременная память сохраняет энграммы (следы памяти, сформированные обучением)В длительное время, возможно в течение всей жизни. Стадии фиксации памяти описываются Д.О. Хеббом (1949) в следующих положениях:
  • 1) фиксация энграмм проходит последовательную смену состояний - процесс консолидации (уплотнения информации);
  • 2) след тем устойчивее, чем больше интервал времени после конца обучения;
  • 3) след можно разрушить, если он еще не консолидирован;
  • 4) прерывание процесса консолидации уничтожает энграмму;
  • 5) разрушенный памятный след не восстанавливается.

Пример фиксации памятного следа у осьминога: ослепленный осьминог легко отличает съедобный объект от несъедобного, ощупывая его щупальцами. При повторных предъявлениях объектов он пользуется одним и тем же щупальцем. Спустя довольно длительное время он начинает пользоваться и узнавать съедобное всеми щупальцами, то есть «должно пройти некоторое время, чтобы изменения, вызванные обучением одной из конечностей, могло передаться через надглоточные доли мозга на другие конечности» (Хайнд, 1975, с. 608).

Для хорошо изученных позвоночных животных справедливы следующие правила:

Динамика фиксации памяти отражает динамику научения. Энграмма может быть в активной форме - готовая к предъявлению, и в пассивной форме - не готовая к предъявлению. Особой формой памяти, чрезвычайно важной для ориентировки животных, для любой формы обучения, особенно сложных форм, является образная память, лежащая в основе формирования психонервного образа - в процессе когнитивного обучения, когнитивной карты - мысленного представления о характере местности - в процессе ориентирования животных, мысленного плана, который формируется в процессе решения лабиринтной задачи. В основе объяснения физиологических механизмов этого феномена лежит теория Е.Н. Соколова о нейрональной модели стимула или цели поведения. Эта теория была сформулирована Е.Н. Соколовым в 1958В году на основе изучения ориентировочного рефлекса. Рефлекс был открыт И.П. Павловым (рефлекс «что такое?») и понимался вначале как двигательная реакция в ответ на новый стимул со свойством затормаживать текущую рефлекторную деятельность. Е.Н. Соколов определил эту реакцию как многоориентированное безусловно-рефлекторное непроизвольно-сенсорное внимание, вызванное неожиданным или новым для организма раздражителем. Ориентировочный рефлекс развивается в три стадии:

  • 1. прекращение текущей деятельности и фиксация позы, общее (превентивное по П.В. Симонову) торможение, возникающее при появлении любого постороннего раздражителя с неизвестным сигнальным значением;
  • 2. стоп-реакция переходит в стадию общей активности, повышения тонуса всей скелетной мускулатуры, поворота головы и глаз в направлении стимула, обострения чувствительности всех сенсорных систем; эту стадию связывают с активацией стволовой ретикулярной формации и генерализованным возбуждением коры;
  • 3. развертывание процесса дифференцировочного анализа внешних сигналов и принятие решения об ответной реакции организма - это фаза анализа стимула: корково-лимбико-таламическая интеграция с участием гиппокампа.

Ориентировочный рефлекс способен к угашению и восстановлению при небольшом изменении стимула. Это указывает на формирование в мозгу некоего образа, модели. «В процессе повторения индифферентного стимула без специального подкрепления в мозгу формируется нейрональная модель. Мозг замечает малейшие отклонения параметров повторяющегося стимула благодаря сравнению его с моделью, хранящейся в памяти, будь то изменение интенсивности, длительности, цвета, формы, частоты и т.д. В нервной модели могут быть запечатлены комплексы раздражителей вместе или последовательно», «Нервная модель стимула многомерна, она фиксирует одновременно все его параметры, что доказывается восстановлением ориентировочного рефлекса при изменении любого физического свойства повторяющегося стимула, даже при уменьшении интенсивности и укорочении длительности» (Александров, 2003, с. 132). Физиологический механизм этих процессов связан с гипоталамусом и спайковой активностью нейронов новизны и нейронов тождества, которые работают реципрокно. При этом новизна служит специфическим триггером безусловного ориентировочного рефлекса, который вызывает множество «отличительных операций», они стимулируют ориентировочноисследовательское поведение, включая, кроме новизны, неопределенность, сложность, необычность и т.п. Ориентировочный рефлекс стимулирует ориентировочно-исследовательскую деятельность, но не тождественен ей - она побуждается самостоятельной потребностью в получении новой информации (например, крыса нажимает на рычаг, чтобы на мгновение осветить часть лабиринта, обезьяна в клетке постоянно открывает окно, чтобы посмотреть, что делается в лаборатории, крысы обучаются различать цвета слайдов, чтобы попасть в более сложную часть лабиринта).

О мыслительной деятельности животных мы можем судить по некоторым эпизодам в их поведении, которые в соответствии с законом Ллойда-Моргана, «не могут быть объяснены на основе другой способности, стоящей ниже на психологической шкале». Приводим примеры таких эпизодов.

  • 1. Опыт А. и Д. Примак с шимпанзе. Лакомство было спрятано в ящике, который обезьяна не могла открыть без помощи человека. Тренеру завязали глаза. Прежде чем повести его к ящику, шимпанзе снимает повязку с его глаз (Севостьянов, 1983).
  • 2. Два подростка-шимпанзе в колтушевской лаборатории увидели, что лаборантка случайно оставила ключи от их клетки на столе в пределах досягаемости. Вдвоем они начали грызть столешницу стола, стоящего в их клетке, отгрызли палку, палкой сорвали штору с окна, сделали из нее петлю, которой смогли достать ключи, открыли клетку и вдоволь порезвились в лаборатории до прихода сотрудников.
  • 3. На верхней полке помещена приманка для крысы (сыр). На нижнюю полку ведет лесенка, к которой привязана веревка, перекинутая через блок над верхней полкой. Крыса поднимается на нижнюю полку, за веревку подтягивает лестницу, устанавливает ее на нижней полке и достает сыр.
  • 4. Обезьянка бонобо Панбэниша, обучавшаяся амслену, видела, как сотрудник лаборатории вынул из коробки конфеты и посадил туда жука. Второй сотрудник попытался открыть коробку. Первый спросил Панбэиишу: «Что он делает?» Она ответила: «Ищет конфеты» и добавила, что сотрудник сыграл «плохую шутку». (Зорина, Смирнова, 2006).
  • 5. Ворона пыталась разбить орех, бросая его на камни, но не смогла этого сделать. Тогда она принесла и положила орех на дорожную колею. Села неподалеку на столб и ждала, когда проезжающая машина раздавит орех. Когда это произошло, подобрала орех и улетела.
  • 6. Линяющую кошку собака загнала на дерево и не позволяла ей спуститься. Ворона, которая в это время строила гнездо, прилетела и начала выщипывать шерсть из кошки. Собралась толпа зрителей. Ворона, чувствуя всеобщее внимание, прилетала снова и снова, медленно и демонстративно продолжала выщипывать шерсть из кошки.

В парке санатория «Ангара» (Иркутск) живет популяция белок, которых постоянно подкармливают отдыхающие. Среди белок есть животные с совершенно оголенными хвостами. Жители соседних домов говорят, что это работа ворон, которые в период гнездования выщипывают из белок шерсть.

7. О высокоразвитом интеллекте медведя говорит следующий факт. В верховьях Печоры медведь пытался тушить огонь рядом с трупом убитого лося (Корытин, 2008, с. 17).

По рассказу охотника Иннокентия Ивановича Токарева в районе деревни Вершина Тутуры (Якутия) с ним был такой случай. В сентябре он добывал орех в тайге. Для защиты от медведей, перед входом в зимовье горел небольшой костер. Однажды медведь подошел близко. Охотник разворошил угли в костре, поднялся столб искр и медведь ушел, а затем вернулся совершенно мокрый, и возле костра встряхнулся так, что едва не погасил его. К счастью, в костер уже были подброшены дрова.

Люди, работающие с лошадьми обычно восхищаются их умом, тонкостью понимания и ориентировки в ситуации. Но объяснение их поступков часто трудно из-за отсутствия органа-манипулятора (такого, как лапа крысы, кошки, обезьяны) и понятной для человека мимики. Приводим два примера.

В Иркутском противочумном институте держали лошадей для получения сывороток из их крови. Одна такая лошадь-донор состарилась и не могла больше работать. Решено было ее застрелить. Когда ее вывели во двор, по поведению людей она поняла, что готовится и внезапно опустилась на колени. Поза была такой выразительной, что люди не могли стрелять, и ее оставили доживать в конюшнях института (по сообщению сотрудника института А.Е Лавриненко).

В геологической экспедиции сложилась такая ситуация, когда кончились продукты, и не удавалось застрелить зверя. В отряде была кобыла с подросшим жеребенком. Решили убить жеребенка на еду. Непонятно, по каким признакам лошадь догадалась о намерениях людей и увела жеребенка далеко в тайгу, так, что в течение нескольких недель их не могли найти. Позже ситуация разрядилась и лошадь с жеребенком вернулись в отряд (по сообщению геолога экспедиции Л.М. Шестаковой).

В лабораториях животным предлагают разные тесты для определения их интеллектуальных возможностей. Наиболее простые и эффективные предложены Л.В. Крушинским - это тест на экстраполяцию движения кормушки и на различение объемной и плоской фигуры. «Под экстраполяцией мы понимаем возможность конкретного решения задачи, в которой животному необходимо оперировать значениями функции, известной на отрезке, за ее пределами... Экстраполяция направления движения является одним из простейших случаев оперирования эмпирическими законами движения. Поэтому нами изучалась способность разных видов животных к экстраполяции прямолинейного равномерного движения раздражителя». (Крушинский, 1973, с. 126). Опыт можно поставить по упрощенному варианту (когда кормушка движется позади ширмы с 1-2 просветами) и по усложненному варианту, когда из ширм строят некий упрощенный лабиринт. Исследование разных животных показало, что кролики, мыши, крысы, полевки не в состоянии решить усложненный вариант задачи. С первого раза вороны, сороки, грачи решают сложную задачу хуже собак и лисиц, но лучше кошек. Куры, утки, хищные птицы (соколы, канюки, степные орлы) при первом предъявлении задачи не могут ее решить, но способны обучаться. Высокие показатели у осоеда (Perris apivorus), который медленно, но уверенно обучается решать экстраполяционные задачи все более повышенной сложности, что Л.В. Крушинский объясняет особенностями экологии вида.

Для определения способности оперировать эмпирической размерностью - различать объемные и плоские фигуры, животным предлагают круг и шар или куб и квадрат. Приманка обычно спрятана в объемной фигуре. Мартышки делали правильный выбор в 81 проценте случаев. Опыт с дельфинами (афалинами) был поставлен таким образом, что каждая новая пара фигур предъявлялась не больше двух раз с промежутком в 10-25 дней. Суммарный результат составил 37В правильных выборов и 11 ошибочных.

Опыт па экстраполяцию движения был проведен на собаке с удаленной префронтальной областью мозга. С первого раза она не могла решить задачу и позже, при обучении, решала хуже, чем контрольные животные.

Е.Н. Панов (2005) предлагает более серьезные критерии для оценки рассудочной деятельности животных - способность к планированию операций и количество промежуточных целей при планировании. С этой точки зрения наиболее совершенно поведение крысы, достающей сыр с помощью лестницы (трехступенчатый план) и поведение шимпанзе в Колтушах (четырехступенчатый план). Но эти эпизоды надо считать проявлением верхнего предела интеллектуальных возможностей животных. Планирование животных отличается от планирования человека. Планирование человека независимо от ситуации, обусловлено будущей, часто отдаленной целью. Планирование животных ситуативно, предполагает наличие непосредственной потребности, цель и орудия ее достижения должны находиться в зрительном поле. Е.А. Сергеенко (2008) иллюстрирует это положение следующим опытом: на столе две кучки орехов - большая и маленькая. Шимпанзе предлагают выбрать одну из кучек, он указывает на большую, и ее отдают другому шимпанзе, а он получает маленькую. Дети двух лет быстро понимают принцип распределения орехов, начинают указывать на маленькую кучку и получать большую. Шимпанзе не может подавить непосредственное желание и продолжает указывать па большую кучку. Наиболее интеллектуально развитый среди современных обучающихся обезьян бонобо Канзи, по мнению Е.Н. Сергеенко, «контекстуально зависим»: «он выражает свои потребности, направляя внимание воспитателя к местам, вещам или действиям, связанным с их удовлетворением ».

Изучение физиологических механизмов мышления интенсивно велось и ведется на людях (А.М. Иваницким, Н.П. Бехтеревой, А.С. Батуевым, В.Б. Швырковым и др.), перенесение результатов их работ на животных возможно очень ограниченно, т.к., как правило, опыт идет либо с использованием вербальных тестов, либо при речевом контроле со стороны испытуемого. Однако главные принципы мыслительной деятельности, по-видимому, справедливы и для человека и для животных. Принципы эти следующие:

  • 1. Процессы мышления происходят в коре больших полушарий мозга.
  • 2. Начало процесса - информационный синтез - объединение имевшейся ранее и вновь поступившей информации.
  • 3. Повторный вход возбуждения в те же нейронные группы после обработки информации в других нейронных группах или после поступления сигналов из внешней среды.
  • 4. Конвергенция корковых связей, несущих сенсорную информацию от оперативной и долговременной памяти и от подкорковых мотивационных центров к определенным центрам -фокусам взаимодействия.
  • 5. Фокус взаимодействия, или зона конвергенции - это группа нейронов, объединенных жесткими связями, стабильными в любой фазе цикла возбуждения, встроенная в нейронную сеть обычно ассоциативного поля, но отличающаяся от нейронов сети иной синаптической структурой и иным ритмом активности.
  • 6. Связи, подходящие к фокусу взаимодействия, имеют собственный ритм спайковой активности, совпадающий с ритмом активности одного или нескольких нейронов внутри фокуса взаимодействия. На основе этого совпадения формируются двусторонние связи, образующие периферическую систему колец вокруг центра. Двусторонние связи нестабильные, гибкие, способные и передавать, и получать информацию.
  • 7. На основе сравнения и синтеза различной информации в фокусе взаимодействия достигается решение, которое реализуется в моторных командах.

«Восприятие и мышление основаны на едином принципе информационного синтеза. Этот синтез обеспечивается возвратом возбуждения к тем местам, откуда оно началось. Этот процесс поддерживается постоянным движением нервных импульсов по кольцевым трассам и состоит из квантов продолжительностью 100-150 мс... Сущность возврата - сопоставление текущей информации с той, что была раньше. Настоящее как бы смотрит на себя через призму прошлого. Это дает возможность оценить происшедшие изменения, что и образует психическое отражение действительности». (Иваницкий, 1999, с. 161).

Схема простого (1) и усложненного (2) опытов с ширмой

Рис. 4.1. Схема простого (1) и усложненного (2) опытов с ширмой: ПК - движения пустой кормушки; КК - движение кормушки с кормом; А - исходное положение тестируемого животного; АБВ и АБВГДВ - траектории перемещения животного, правильно решающего задачу (по Панову, 2005).

Схема фокуса взаимодействия (по А.М. Иваницкому, 1999 г.)

Рис. 4.2. Схема фокуса взаимодействия (по А.М. Иваницкому, 1999 г.).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >