Изучение способности животных к обобщению и абстрагированию
Д. Примэк (Premack, 1983) также предполагал, что эти разные уровни обобщения имеют в своей основе разные когнитивные процессы. Допонятийный уровень обобщения связан с наличием у животных образных, конкретных представлений. В отличие от них довербальные понятия обеспечиваются, по-видимому, формированием абстрактных мысленных представлений, благодаря чему результат операции обобщения существует в отвлеченной (хотя и невербальной) форме.
Формирование довербальных понятий доступно лишь наиболее высокоорганизованным животным — человекообразным обезьянам, врановым птицам, попугаям и, по-видимому, дельфинам. Многие исследователи (Орбели, 1949; Koehler, 1956; Фирсов, 1993) полагают, что способность древних позвоночных к формированию довербальных понятий послужила основой для возникновения второй сигнальной системы (см. гл. 6).
5. Признаки, доступные обобщению животных.
Как следует из предыдущих разделов, при исследовании способности к обобщению традиционно используют несколько типов стимулов, преимущественно зрительных. Во многих работах ими служат графические изображения и предметы, относящиеся к разным категориям, т.е. стимулы различаются либо по форме, либо по цвету, либо по типу штриховки и т.п. При оценке способности животных к оперированию количественными параметрами среды в качестве стимулов используют множества — графические изображения, содержащие определенное число элементов разного размера, паттерна распределения и формы (см. рис. 3Б). Наряду с этим, начиная с 70-х годов, исследуется также способность к обобщению так называемых «естественных» признаков — изображений объектов окружающей среды, относящихся к разным категориям (подробнее см. 3). Наряду со зрительными стимулами, хотя и в меньшей степени, в экспериментах исследуют обобщение признаков других модальностей, например звуковых и обонятельных. Так, собаки способны не только тонко различать и запоминать отдельные запахи, но и формировать на их основе обобщения.
В работах К. Т. Сулимова (1994) и В. И. Круговой и др. (1991) собак обучали выбору по сходству с образцом или по отличию от него, причем в качестве стимулов использовали сложные естественные запахи. Обучение проводили по методике множественного выбора, когда собаке давали понюхать запах-образец, а затем предлагали обойти расставленные по кругу металлические сосуды. В одном из них находился источник запаха, соответствующий образцу, в остальных — источники нескольких других запахов. Оказалось, что собаки успешно обучаются такому выбору. Они могут точно устанавливать сходство любого из впервые предъявленных запахов человека с запахом-образцом и на этом основано их привлечение к криминалистической экспертизе.
Собаки могут сформировать обобщение более высокого порядка. Они, например, могут идентифицировать индивидуальные запахи не только людей, но и животных разных видов. Характерно, что собака, обученная выбирать по образцу индивидуальные запахи крыс, уверенно выполняла и тесты на перенос: без дополнительного обучения узнавала индивидуальные запахи лягушек и рыб, т.е. стимулы других категорий.
Животные могут обобщать признаки разных модальностей.
Рассмотрим, какие характеристики признаков любых модальностей могут быть объектом анализа и обобщения.
Большинство из перечисленных выше признаков относятся к конкретным, или абсолютным, поскольку существуют сами по себе и их свойства не зависят от того, как их воспринимает животное (см. 5.1). В то же время существуют относительные признаки, проявляющиеся только при сопоставлении двух (или нескольких) стимулов. Это такие признаки, как «сходство» — «отличие»; «больше» — «меньше» — «равно»; «правее» — «левее» — «средний» и т.д. (см. 5.3).
Вместе с тем и абсолютные, и относительные признаки могут в свою очередь быть отвлеченными (обобщенными). Это может быть, если эксперимент строится таким образом, что с самого начала подкрепляют выбор разных стимулов, объединенных, например, признаком формы — выбор любых объемных фигур (в отличие от любых плоских) или любых множеств определенной величины. Мы уже рассмотрели, как вороны и шимпанзе обучались сравнивать множества (см. 3). Признак «большее число элементов», который подкреплялся в этом случае, можно считать не только относительным (он проявляется только при сопоставлении двух стимулов), но и отвлеченным (обобщенным), поскольку эксперимент строился так, чтобы сформировать единое правило, по которому птица выбирала бы любые стимулы с большим числом элементов независимо от остальных их особенностей (формы, размера и др.). Способность ориентироваться на отвлеченные (обобщенные) признаки предметов имеет первостепенное значение для характеристики высших когнитивных функций животных.
Рассмотрим подробнее, что известно в целом о способности животных к обобщению и абстрагированию указанных признаков и каких степеней обобщения могут достигать в том или ином случае животные с разным уровнем структурно-функционального развития мозга.
5.1. Обобщение абсолютных признаков.
В разделах 2 и 3 приводились примеры того, как происходит обобщение некоторых абсолютных признаков, когда животное выучивается, например, узнавать любые предметы определенной формы. Предметом первого экспериментального исследования такой операции у животных было обобщение признака «цвет».
Н. Н. Ладыгина-Котс (1923) показала, что молодой шимпанзе сравнительно легко усвоил правило выбора любых красных объектов, а затем применял его в отношении любых других цветов. Однако абстрагирование (отвлечение) этого признака от признаков «форма» и «величина» происходило у него с определенными трудностями.
На примере обобщения абсолютного признака «цвет» достаточно четко проявляются различия в способностях животных других видов. Голуби, например, не способны к переносу выработанной реакции на новые цвета. В этом отношении они отличаются не только от шимпанзе (что достаточно предсказуемо), но и от других птиц, в частности от более высоко организованных врановых (Wilson et al., 1985 b) и попугаев (Pepperberg, 1987 а). Характерно, что в работе И. Пепперберг попугай Алекс не только четко выделял категорию признака «цвет», но и употреблял символы для ее обозначения — произносил названия цветов (см. также гл. 6).
Другой пример обобщения абсолютных признаков — формирование способности узнавать определенное число элементов, отличая множества одной величины от всех остальных. Некоторые авторы называют это понятием «двоичности» или «троичности» (Davis, 1993). Так, О. Келер описал опыты с попугаями и врановыми, которые смогли научиться выбирать новые стимулы с таким же количеством пятен (разной формы, расположения и размера), сколько точек было изображено на образце. Один из его воронов успешно узнавал множества в диапазоне от 3 до 7 элементов. Некоторые птицы оказались способны применять это обобщение и в совершенно новой ситуации: они продолжали искать приманку в ряду одинаковых кормушек до тех пор, пока не находили столько единиц подкрепления, сколько точек было на образце (см. рис. 1).
Рис. 4. Обобщение признаков «симметрия» и «асимметрия» у голубей.
А — динамика правильных выборов при обучении голубей выбору симметричных и асимметричных значков, различавшихся в последовательных сериях по конфигурации. Птице начинали предъявлять новую пару стимулов после того, как выполнение теста достигало 80%-го критерия. По оси абсцисс — серии опытов, по оси ординат — доля правильных решений в %. Б — высота столбиков показывает успешность выбора в тестах на перенос, т.е. при предъявлении новых пар фигур другой ориентации, размера и т.п. Вертикальные линии на столбцах — ошибки средней.
Еще одним примером обобщения абсолютного признака может служить способность голубей научиться узнавать стимулы в зависимости от их симметрии или асимметрии. В работе немецкого ученого X. Делиуса (Delius, Habers, 1978) голубей обучали отличать двусторонне симметричные стимулы — различные геометрические фигурки — от асимметричных (рис. 4). В параллельных сериях экспериментов у них вырабатывали дифференцировочные УР, подкрепляя симметричные и не подкрепляя асимметричные стимулы. У второй группы голубей положительными были асимметричные стимулы, а отрицательными — симметричные (рис. 4А).
Всего в процессе обучения было использовано по 26 стимулов, обладающих и не обладающих свойством симметрии. Поскольку их второстепенные характеристики постоянно менялись, можно считать, что подкреплялся выбор «отвлеченного» признака. Стимулы обоих типов предъявляли по одному и чередовали в квазислучайном порядке, так чтобы предотвратить выработку реакции на посторонние признаки. Птицам потребовалось относительно небольшое число сочетаний, чтобы научиться узнавать наличие (или отсутствие) симметрии, и они успешно выполнили тест на перенос даже при предъявлении новых, по-разному ориентированных и преобразованных стимулов (рис. 4Б). (Квазислучайным называют такую последовательность предъявления стимулов, когда из ряда случайных чисел выбирают отрезки, так называмые серии Геллермана, удовлетворяющие определенным требованиям. В этих последовательностях не должно быть более 3 повторов одного стимула и должно быть приблизительно равное число положитительных и отрицательных стимулов).
Таким образом, голуби оказались способны к обобщению по отвлеченному признаку «симметрия».
5.2. Естественные стимулы и «естественные» (перцептивные) понятия.
Во всех приводившихся до сих пор примерах мы рассматривали способность к обобщению относительно простых признаков, искусственно выделенных из того информационного потока, который действует на животное (и на человека) в реальной жизни (цвет, форма, симметрия). В то же время очевидно, что в естественной среде обитания животные способны опознавать весьма сложные многокомпонентные раздражители, несущие биологически важную информацию. О наличии процесса обобщения и его роли в приспособительном поведении животных свидетельствуют накопленные этологами данные о способности избирательно опознавать некоторые характерные для каждого вида категории стимулов.
В этой связи закономерен вопрос: как животные обрабатывают такого рода информацию и как они обобщают более сложные признаки, чем «цвет», «форма» и т.п.? Экспериментальное исследование этого вопроса одним из первых предпринял американский исследователь Гернштейн (Herrnstein, Loveland, 1964; Herrnstein, 1990). Он показал, что голуби могут научиться отличать слайды, на которых были изображены городские улицы, парки, интерьеры и т.п. с человеком (или группой людей), от слайдов, на которых людей не было. Сходные результаты были получены, когда в качестве обобщаемых стимулов использовались изображения деревьев, рыб, воды (в виде капель, морских волн, наполненного стакана и т.п.), автомобилей, т.е. таких объектов, с которыми лабораторные голуби никогда не встречались. Даже когда в качестве стимулов для различения им показывали картины кубистов и импрессионистов, они научались их различать и справлялись также с тестом на перенос (Watanabe, 1995).
Отметим, что во всех этих работах птицам в каждом сеансе обучения предъявляли по очереди несколько десятков различных слайдов. Для обеспечения максимального разнообразия второстепенных признаков их запас в некоторых опытах доходил до 500. Половина из них содержала «правильный» стимул, причем он не был особенно подчеркнут, скорее, это был просто один из компонентов картинки, например изображение дерева. На второй половине слайдов были те же картинки, но без деревьев. Обучение обычно было весьма длительным: голуби начинали выбирать подкрепляемые стимулы только после многих тысяч предъявлений.
На основании этих опытов авторы предположили, что у голубей не только проявляется способность распознавать встречающиеся в природе конкретные объекты, но и формируются соответствующие обобщения. Обобщения такого типа были названы «естественными понятиями» («natural concepts») — «человек», «дерево», «вода» и т.п. Результаты оказались достаточно неожиданными, так как поведение голубей разительно отличалось от их более чем ограниченной способности к обобщению ранее исследованных элементарных признаков. Поэтому вопрос о природе феномена вызвал большую дискуссию и был подробно исследован.
Большинство авторов склонялось к тому, что в основе формирования «естественных понятий» лежит иной способ обработки и хранения информации, чем тот, который обеспечивает формирование обобщений. Д. Примэк (Premack, 1983), например, писал о том, что в отличие от довербальных понятий, основанных на формировании «абстрактных представлений», «естественные понятия» могут иметь в своей основе «образные представления» (imaginal representations), которые можно представить как некий набор мысленных «картинок». В таком случае принадлежность объекта к данной группе птицы определяли, по-видимому, на основе физического сходства, а не за счет выделения абстрактных черт, характерных для всей совокупности в целом.
При более подробном анализе эксперименты Гернштейна и его коллег вызвали целый ряд критических замечаний. Возникло предположение, что голуби в этих опытах могли анализировать другие, не столь сложные признаки, как «человек» или «вода». В них, например, не обращали внимания на «выравнивание» второстепенных стимулов, т.е. фона слайда. Выяснилось, например, что человек мог быть изображен на слайдах чаще на фоне городского, а не сельского пейзажа. Недостаточное внимание авторы уделили также выбору неподкрепляемых стимулов. Не было проверено, как реагируют голуби, если им предлагают различить слайд не по присутствию или отсутствию человека, а по наличию человека и обезьян, других животных или детей (Premack, 1983). Критики говорили, что если о существовании категории стимулов «дерево» и «человек» говорить можно, то противопоставление «человек — не-человек» искусственно и в природе не встречается.
Кроме того, было неясно, что именно воспринимали голуби в этих опытах — образ реального предмета или некий набор пятен, точек и линий. В пользу последнего предположения говорит, например, работа, в которой голубей обучали отличать карикатурное изображение человека от других сходных изображений (Cerella, 1980). Оказалось, что они продолжали считать «человеком» даже те изображения, где поменяли местами различные его части: например, голову поставили на место ног и т.п., после чего сходство с человеком полностью утрачивалось. Очевидно, что в таком случае воспринимается и оценивается не образ реального объекта, а некая совокупность линий.
На основе этих и многих других соображений появилась гипотеза, согласно которой формирование «естественных понятий» у голубей расценивали не как результат операций обобщения и абстрагирования, а как следствие обработки информации на более низком, перцептивном, уровне.
Как известно, сенсорные системы передают в центральные отделы мозга гораздо больше информации о действующих стимулах, чем те могут переработать, а двигательная система в состоянии реализовать в данный момент. Этот закон «бутылочного горлышка» требует резкого сокращения притока информации, которое обеспечивается разными способами. Один из них — категоризация.
Категоризация — это группировка стимулов по тем или иным свойствам еще на стадии восприятия, благодаря чему целые их совокупности вызывают один и тот же ответ. Способность к такой группировке стимулов животные проявляют как в природных условиях, так и в эксперименте.
Категоризация составляет неотъемлемое свойство восприятия человека, которое обнаружено также и у многих животных, прежде всего человекообразных обезьян. Зоопсихологи неоднократно отмечали стремление шимпанзе классифицировать и соответствующим образом сортировать предметы обихода и игрушки (Иони в опытах Ладыги-ной-Котс, 1923) или, например, фотографии людей и животных (Вики в опытах Hayes, Hayes, 1957).
Есть все основания полагать, что приматы и в повседневной жизни оперируют некоторыми «естественными категориями». Наблюдения за их социальным поведением свидетельствуют, что у них есть категории «сородич» и «хищник» (см. также гл. 7). Есть у них, по-видимому, и представления о различных категориях пищи. Так, паукообразные обезьяны, обнаружив на каком-то дереве созревшие плоды, отправляются обследовать другие деревья того же вида, т.е. делят деревья на категории по типу плодов. В другой работе обнаружили, что японские макаки, которым в качестве подкормки предложили плоды одной из пальм, тут же отправились искать именно эти деревья и проверяли на спелость их плоды достоверно чаше, чем в двух других экспериментальных ситуациях.
Способность к категоризации описана и у шимпанзе, обученных языкам-посредникам. Одна из обезьян, усвоившая несколько десятков существительных и прилагательных, с их помощью практически безошибочно относила к той или