Философ Иммануил Кант считал, что наука не сможет измерить разум – этой цели ей никогда не достичь. Однако сотни лет спустя когнитивистика все же нашла способ сделать это, причем не только у людей, но и у животных.

Для того чтобы измерить познавательную способность, нужно измерить поведение, и, как мы уже видели, сознательный поведенческий контроль следует отличать от бессознательного. Когнитивисты добились этой цели, расширив жесткий подход бихевиористов.

Инструментами измерения эмоций у животных являются, конечно же, методика выработки условного рефлекса по Павлову и инструментальная выработка условного рефлекса, в которых мы разобрались в части 2. Основоположник бихевиористской школы Джон Уотсон использовал павловский эксперимент в качестве основы своей философии, а его последователь Б. Ф. Скиннер считал, что павловское обусловливание – метод слишком узкий, чтобы применять его к людям, поэтому он обратился к инструментальному обусловливанию Эдварда Ли Торндайка.

Для того чтобы объяснить условный рефлекс, бихевиористы изучали историю взаимоотношений субъекта со стимулами и его реакции. Павловское обусловливание принимали в расчет в том, что касалось связи, формируемой непосредственным возникновением двух и более стимулов, а инструментальное обусловливание – в том, что касалось последовательного появления реакций и подкрепляющих исходов стимулов, которые они вызывали. Эти смежные отношения принято называть чистыми ассоциациями, тем самым подчеркивая, что термин «ассоциация» не относится ни к какому внутреннему мыслительному процессу. Механизм чистых ассоциаций Павлова изображен в таблице 43.1.

Таблица 43.1. Чистые ассоциации Павлова (УС и БС происходят непрерывно)

Может показаться, что павловское обсуловливание широко распространено среди животных. Оно наблюдается у представителей всех классов позвоночных, а также многих двусторонне-симметричных беспозвоночных, включая как вторичноротых (хордовых и иглокожих), так и первичноротых (насекомых, моллюсков, паукообразных) и радиально-симметричных стрекающих (медуз). Кроме того, существуют свидетельства того, что способность к обусловливанию есть у растений, простейших и даже бактерий, хотя, в отличие от животных, у этих организмов нет нейронов и нервных систем, поэтому они не могут пользоваться синаптической пластичностью между нейронами, чтобы формировать ассоциации. Вместо этого они пользуются молекулярными изменениями внутри своей клетки (или клеток), где и хранят эти ассоциации.

В начале 1960-х годов начали появляться такие сведения, которые нельзя было объяснить в рамках чистых ассоциаций. Первое из них появилось в довольно странном месте этой сферы. В разгар холодной войны, когда ядерное противостояние превратилось в реальную угрозу, психолог Джон Гарсия начал изучать влияние радиации на поведение. Он заметил, что крысы отказываются пить из емкостей с водой там, где их подвергли облучению, и придумал эксперимент, чтобы выяснить, почему это происходит. Гарсия исходил из того, что крысы предпочитают пить подслащенную воду, а не обычную водопроводную. После того как животные напивались подслащенной воды, ученый облучал их – и те начинали избегать такую воду. Гарсия предположил, что у крыс появлялась ассоциация между сладким вкусом и тошнотой, которую они испытывали после облучения. Свою догадку он закрепил с помощью вызывающего тошноту химического соединения, а не радиации.

В исследованиях обучаемости эффект Гарсия стал новой парадигмой, называемой условным отвращением к вкусу, и изменил эту сферу научного знания. Поскольку между принятием условного стимула (вкуса) и химического вещества, вызывавшего безусловный стимул (тошноту), проходило несколько часов, говорить о соседстве стимулов было нельзя, однако животные усвоили связь, существовавшую между тошнотой и образом присутствовавшего ранее вкуса, закрепленным в памяти, и память об этой ассоциации позволила животным в дальнейшем избежать вреда.

Память была одним из тех внутренних процессов, от объяснения которых бихевиористы отказывались. Они предпочитали рассуждать о заученном поведении, а не о запомненных внутренних состояниях. Эксперименты Гарсии оказались такими революционными именно потому, что показали, как при определенных условиях павловское обусловливание может зависеть от познавательной способности, а точнее, от внутренних представлений (см. таблицу 43.2).

Таблица 43.2. Павловская познавательная способность (или эффект Гарсия – условное отвращение к вкусу)

Несколькими десятилетиями ранее Эдвард Толман предложил теорию целевого бихевиоризма, согласно которой внутренние факторы организма, называемые «промежуточные переменные», осуществляют посредническую функцию между стимулами и реакциями, когда люди или животные демонстрируют какое-либо поведение (рисунок 43.1). Эти переменные считали психологическими факторами, но при этом не обязательно сознательными состояниями, позволяющими организмам иметь внутреннюю цель и в то же время избегать «призрака из машины» Райля. Исключительно радикальным по своей сути считалось понятие о когнитивных картах – психологических моделях мира, которые организмы используют для управления поведением. Теория Толмана находилась на периферии психологии, но спустя несколько десятилетий его признали одним из инициаторов когнитивной революции.

Рисунок 43.1. Подход промежуточных переменных Толмана относительно предвосхищенной бихевиоризмом когнитивистики

Одним из факторов, повлиявших на всплеск интереса к когнитивным картам, было открытие, сделанное Джоном О’Кифом в 1970-х годах. Он выяснил, что гиппокамп (ключевая составляющая системы памяти головного мозга) создает представления (когнитивные карты) пространственного окружения, используя отношение между различными неподвижными ориентирами. О’Киф назвал их клетками места и предположил, что они используются для формирования когнитивных карт наподобие тех, о которых говорил Толман и с помощью которых животные ориентируются в пространстве в поисках еды, воды и половых партнеров, а также избегая опасностей. За свое передовое исследование О’Киф и его коллеги в 2016 году были удостоены Нобелевской премии.

Основным для нас является вопрос о том, у каких животных есть когнитивные способности, необходимые для того, чтобы пользоваться внутренними презентациями при павловском обусловливании. Факты, собранные при изучении одноклеточных организмов и радиально-симметричных животных, указывают скорее на формирование простых ассоциаций. Правда, опыты на первичноротых беспозвоночных и целом ряде позвоночных свидетельствуют о том, что павловские ассоциации у них могут формироваться как на основании смежности, так и посредством использования простых внутренних представлений (рисунок 43.2).

Рисунок 43.2. Сознание и жизнь

Позвоночные и первичноротые наделены этой способностью, потому что произошли от общего предка? В пользу такой возможности говорит тот факт, что молекулярные механизмы и даже гены, лежащие в основе павловского условного рефлекса, сохранились практически у всех первичноротых (червей, моллюсков, мух) и позвоночных (мышей, крыс).

Более сложной представляется форма сознания, возникающая при инструментальной выработке условного рефлекса. При формировании павловского условного рефлекса условной реакцией обычно является врожденная, но возникающая в присутствии нового стимула. В случае же с инструментальной выработкой условного рефлекса новая реакция формируется в результате подкрепляющего ее исхода. Как мы уже видели, общий подход предполагает помещение слегка проголодавшегося животного в камеру с рычагом. Посредством хаотичных движений зверь случайно задевал рычаг и получал сухой корм. Со временем он начинал целенаправленно нажимать на рычаг, чтобы получить пищу.

Энтони Дикинсон доказал существование двух видов инструментальных реакций – привычек и целенаправленных действий. С точки зрения поведения эти реакции выглядят одинаково: отличить одни от других можно только с помощью специальных тестов. Например, если голодная крыса получает пищу после того, как в присутствии мигающего света нажимает на рычаг, она станет нажимать на рычаг всякий раз, как появляется стимул. В этот момент ценностью пищи манипулируют посредством контроля степени пищевой депривации животного (для голодного животного пища имеет бо́льшую ценность, чем для сытого) или истории взаимодействия животного с пищей (если недавно животное от пищи тошнило, ее ценность будет ниже). Если на рычаг нажимает крыса, для которой пища имеет небольшое значение, значит, ее поведение – скорее всего, привычка. Если же она чаще использует тот рычаг, нажатие на который гарантирует предоставление пищи с большей ценностью (подслащенная вода вместо обычной), значит, ее поведение целенаправленное. Для привычки необходима простая ассоциация между реакцией и пищевым усилителем: усилитель запечатлевается в реакции, и когда подобная ситуация возникает снова, реакция повторяется. А вот целенаправленным реакциям требуется память о значимости исхода, которая в реакции запечатлевается в первую очередь (таблица 43.3).

Таблица 43.3. Разъединение двух видов инструментальных действий

Так какие же животные обладают когнитивной формой способности к инструментальному обучению? Как и в случае с павловским условным рефлексом, способность к выработке инструментального встречается у многих позвоночных (см. рисунок 43.2), однако нет убедительных доказательств того, что целенаправленное инструментальное поведение встречается у первых позвоночных (рептилий, земноводных, рыб). Некоторые ученые заявляют, что наблюдали целенаправленное инструментальное обучение у беспозвоночных, но все эти примеры главным образом предполагают измененное врожденное поведение, а не приобретение нового поведения исходя из ценности его последствий. По-настоящему веские доказательства целенаправленного поведения собраны только для млекопитающих и птиц.

Этот вывод совершенно не исключает вероятности того, что некоторая форма мышления однажды может быть обнаружена у первичноротых беспозвоночных. Однако даже если таковая существует, она, скорее всего, все равно не сравнится с мышлением позвоночных, поскольку (по крайней мере, пока) только млекопитающие и некоторые птицы демонстрируют способность использовать внутренние представления о целях, позволяющие им гибко реагировать на меняющуюся окружающую ситуацию. Если такая способность присутствует у первичноротых, но отсутствует у рыб, земноводных и рептилий, маловероятно, что способность первичноротых лежит в основе поведенческой гибкости млекопитающих и птиц.

Почему у некоторых животных присутствуют два типа инструментальных реакций? Другими словами, зачем формировать привычки, если эволюционно у вас выработалась способность гибко реагировать на изменения? Кому нужны все эти сложности с возвратом к более примитивному и жесткому способу реагировать? В своей книге «Эволюция систем памяти» Элизабет Мюррей, Стивен Уайз и Ким Грэм предполагают, что на самом деле два типа поведения просто дополняют друг друга. Привычки хорошо работают в условиях стабильной окружающей среды и постоянного наличия ресурсов, но когда среда изменчива, а наличие ресурсов менее предсказуемо, хорошо обладать способностью реагировать гибко на основе тех возможностей, которые присутствуют в данный момент и способны удовлетворить текущие потребности, независимо от того, как вы действовали недавно в аналогичной ситуации.

Один из основных способов использования внутренних представлений сформировался у животных посредством инструментального обучения в повседневной жизни; он применяется для распознавания объектов. Восприятие значимого стимула требует интерпретации информации, полученной от органов чувств, на основе хранящихся в памяти шаблонов. Эти шаблоны создаются за счет усиления исходов стимулов и вызываются из памяти, когда животное ищет пищу или воду или стремится избежать вреда.

Размышляя о других заявлениях относительно наличия у животных мышления, полезно вспомнить о противопоставлении привычки действию. Существует, например, большой объем работ, посвященных так называемому высшему мышлению беспозвоночных. Особенно впечатляют те исследования, в которых делается вывод о способности беспозвоночных формировать понятия и использовать их в ситуациях, когда нужно сделать поведенческий выбор. Однако Мартин Джуфра, ведущий автор большого исследования, посвященного концептуальному поведению у пчел, позже высказывал мысль, что таким поведением могут считаться простые базовые (чисто ассоциативные) объяснения. Этот вывод согласуется и с результатами других исследований, доказывающими, что в основе предполагаемых высших когнитивных форм обучения у этих организмов лежит тот же контур, который отвечает за простое некогнитивное обучение, использующее чистые ассоциации.

Таким образом, нам остается сделать вывод, что хоть многие животные и обладают мышлением, способность использовать представления о целях для того, чтобы гибко реагировать на изменения окружающей среды, значительно ограничена и отчетливо проявляется только у млекопитающих и (в определенной степени) птиц. Если это утверждение верно, оно существенным образом влияет на наше понимание направления эволюции позвоночных.