Суеверия у животных

Со школы мы помним явление, описанное И. П. Павловым, — условный рефлекс. Но здесь мы имеем дело не с ним. Условный рефлекс — это то, что навязывается исследователем путем многократных сочетаний физиологически значимого фактора (еды, боли) с относительно безразличным. А здесь животное само выбирает. Иногда достаточно всего одного пищевого подкрепления, и животное пытается связать свои действия с полученной наградой и таким почти магическим способом получить ее в следующий раз, воспроизвести то, что оно делало перед получением этой награды.

 

Что-то похожее мы наблюдаем и у прудовиков. Достаточно всего один раз предъявить моллюску нейтральный запах, с которым он раньше не сталкивался, а потом подкрепить его сахарозой, и такого случайного единственного раза ему хватает, чтобы помнить об этом, и каждый раз, когда появляется соответствующий запах, показывать нам, что он «суеверен», что он ждет появления сахарозы. Этот эффект неоднократно наблюдали при изучении памяти и обучаемости прудовиков. На нем сделали сложные нейрофизиологические исследования, опубликовали массу статей и только потом задумались: а с чем, собственно, мы имеем дело? Где здесь обучение?

Есть такое распространенное представление, что умный учится быстро, а дурак медленно. А тут у нас одна из самых простых моделей — прудовик запросто может научиться чему-то с одного раза. Причем это не отрицательное подкрепление, когда животное чем-то сильно наказали, а всего лишь пищевое подкрепление. Это наблюдение говорит о том, что обучаться и что-то запоминать — для нервной системы очень простая задача, не то, на что она тратит свою основную энергию.

 

Каковы же должны быть условия, чтобы формировались такие вот «суеверные связи»? Предположительно, один фактор должен быть для животного очень значимым (в данном случае сахароза), а другой очень редким, желательно таким, с которым животное вообще не сталкивалось. И третий момент: чем более обедненной будет среда, в которой живет организм, чем меньше в ней циркулирует разной информации, тем больше вероятность того, что будут формироваться «суеверные связи». Улитки, о которых шла речь, — это лабораторные животные, которые все время живут в проточной воде, и среда у них очень обедненная во всех отношениях. Но было бы неплохо проверить выводы, обогатив среду. Если правила действительно таковы, они могут оказаться общими для животных, очень далеких в эволюционном отношении, и сказанное справедливо и для человеческих суеверий. Там, где информации избыточно и много всяких совпадений, вряд ли и какой-то выходящий из ряда фактор произведет такое уж сильное впечатление.

 

 

Следующая модель, которую мы рассмотрим, показывает, что у того же прудовика нервная система умеет решать и сложные задачи, когда надо чему-то научиться. Эксперимент в этом случае такой: сначала дают вкусную сахарозу, улитка «радуется» и жует, а потом ее наказывают. Считается, что она обучилась, если в следующий раз, когда ей дают вкусную сахарозу, она не жует. Но важно, что улитка обучается этой реакции в зависимости от своего состояния и от истории того, как ее кормили. Например, лучше всего учатся улитки, которые голодали одни сутки, вероятность появления каждодневного корма, к которому они привыкли, очень велика, и в таких условиях целесообразно не есть то, за что тебя накажут. А вот через пять суток голода, наоборот, животные совсем не учатся, и опять с биологической точки зрения все понятно — лучше есть хоть что-нибудь, чтобы не умереть, независимо от наказания. Но самое интересное, что так же ведут себя улитки и через двое суток кормления после голода. Можно предположить, что предыдущий опыт исключительно длинного голодания все еще учитывается в их «представлении о мире», в котором они живут.

 

Выводы из этого эксперимента можно сделать такие. Запомнить и обучиться — это не такая уж сложная задача для нервной системы. Сложнее решить задачу о «целесообразности» запоминания и обучения, соотнести это с неким предыдущим опытом и прогнозом на будущее.

 

Здесь мы уже совсем близко подошли к вопросу, почему простые организмы иногда простую задачу решают быстрее и легче, чем организмы сложные. Некоторый ключ к этой загадке у нас есть. Чем сложнее организм, тем более дальние прогнозы он умеет строить. И каждую конкретную частную задачу он пытается вписывать в очень сложный контекст. Чем сложнее организм, тем дальше прогноз, тем сложнее контекст, и решать, казалось бы, одну и ту же задачу одному легко, а другому трудно. Потому что в первом случае прогноз близкий и контекст узкий, а во втором все сложнее. Вероятно, именно это постоянное увеличение дальности прогноза часто приводит к депрессии у людей. Психологи эту ситуацию прекрасно знают, и потому часто дают совет жить сегодняшним днем и решать текущие задачи.

 

ГОРЕ ОТ УМА

 

Люди, как известно, живут в социуме. И человеческое общество в целом понимает, что «эти умные» приносят довольно много пользы. Оно их до какой-то степени охраняет. В разных обществах это выражено в разной степени, но в среднем в человеческом мире те, кто больше образован, занимают более высокое социальное положение и получают плюсы, с этим связанные. Вместе с тем интеллект имеет свою цену. Сейчас появилось много работ, показывающих, что у детей высокий IQ положительно коррелирует с биполярными расстройствами во взрослом возрасте, той самой депрессией. Недавно вышла замечательная статья, посвященная физическому и психическому здоровью научных сотрудников в Англии. Ее авторы утверждают, что ученых нужно срочно причислять к профессиям высокого риска. Отчасти это объясняется ситуацией с неоптимальной организацией науки, но не только. И буквально на днях появилось еще одно исследование, показавшее, что у студентов университетов в 6 раз увеличена подверженность психическим расстройствам по сравнению со средними значениями по обществу.

Как выясняется, умным быть вообще довольно вредно, и не одним лишь людям. У животных корреляция между высоким социальным рангом и интеллектом выражена менее четко, чем у людей. И даже наоборот. Животные, например, синицы, которые лучше решали поставленные экспериментатором задачи, проигрывали в драке с другими птицами, когда нужно было отстоять участок, обогащенный едой.

 

 

Существует много лабораторных примеров, когда у животных, которых заставляли решать задачки, наблюдались явно патологические проявления работы нервной системы. Появляются настоящие нервозы, даже ЭГЭ, характерное для эпилепсии. Есть довольно свежая работа на воронах. Когда появлялась очень сложная задача, которую вороны не могли решить, они срывались в настоящий невроз и даже гибли. После того как задачу упростили, все с ними стало хорошо. То же самое происходит и с беспозвоночными.

Когда в лаборатории изучали обучаемость дрозофил, то выяснили, что у самых интеллектуальных снижается фертильность (способность давать здоровое потомство) и выносливость. У клещей, которых чему-то учили, также снижалась продолжительность жизни. Когда исследователи пытались вести искусственный отбор на когнитивные способности среди грызунов, то на выходе они получали группу лабораторных животных, сплошь состоящую из невротиков. Тогда решили вести отбор по двум признакам — высоким когнитивным способностям и низкой тревожности. Полученная на выходе группа очень мало отличалась от контрольной. Хотя небольшие отличия все же были. Отобранные животные проявляли чуть больше сообразительности в поиске укрытия и чуть более спокойно относились к новшествам в своем меню. Также неоднозначны были и результаты в отношении тревожности. В целом можно предположить, что производить отбор сразу по двум этим признакам крайне сложно, потому что они где-то сцеплены.

 

Что же может стоять за отрицательными эффектами от когнитивной нагрузки? Сейчас мы знаем об этом все еще мало. В 2016 г. было установлено, что нейроны накапливают гораздо больше мутаций, чем все остальные клетки. Причем накапливают в важных отделах генома, функциональных областях. Больше всего мутаций было найдены именно в тех генах, которые часто экспрессируются, чаще работают. То, что нейроны накапливают больше мутаций, объясняется целой совокупностью факторов. Во-первых, это высокий метаболизм. Во-вторых, пластичность поведения живого существа, его способность чему-то обучаться связана с тем, что нейроны все время перестраивают свои хромосомы. Они меняют структуру хроматина, они его то конденсируют, то, наоборот, растягивают, потому что приходится менять экспрессию генома. Если в других клетках экспрессия идет более-менее постоянно и стабильно, то нейроны потому и умеют менять поведение, что экспрессия генов все время меняется. Постоянно идут какие-то операции с генетическим аппаратом. Это приводит к тому, что геном становится более доступным для всяких факторов, вызывающих мутации.

 

Таким образом, все очень непросто с когнитивными способностями, и помимо колоссальных плюсов, которые они дарят организму, есть и минусы. И не случайно в природе когнитивные способности никогда не работают на максимуме. Уже известно, что если животным не так уж нужно быть умными, они быстро глупеют, потому что за ум есть плата, которую следует учитывать.

 

КАК АКТИВИРОВАТЬ КОГНИТИВНЫЕ ФУНКЦИИ И СМЯГЧИТЬ НЕГАТИВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ?

 

Последнее время много говорят и пишут о том, как здорово влияет на мозг двигательная активность. Улучшается память, обучение, облегчается принятие решений, появляются антидепрессивные эффекты. В 2009 г. вышла статья «Упражнение и мозг», где на мышах было показано, что бег усиливает память за счет стимуляции нейрогенеза. Появление новых нейронов позволяет не только быстрее запоминать что-то новое, но и легче забывать что-то старое. За этими эффектами стоит масса интересной мозговой химии. Это не просто метаболизм, когда побегал, мозговое кровообращение улучшилось, и все стало лучше — и память, и обучение. Когда организм начинает двигаться, мозг активирует сам себя, и в нем повышается концентрация очень многих веществ, которая связана и с хорошим настроением, и с облегчением принятия решений, и с нейрогенезом.

 

 

Биологический смысл этих эффектов был не вполне понятным. Одно из предположений: в природе длительное активное движение может с большой степенью вероятности привести к тому, что животное окажется в новой среде. Это опять некоторое прогнозирование, активация когнитивных функций на случай появления на новом месте совершенно новых задач. На новом месте очень нужно быть умным, потому что можно кого-то не заметить за новыми кустами, а он тебя съест. Еще там могут быть местные жители, которые знают свою местность, и конкурировать с ними за ресурсы будет сложно, если ты не подготовился к этому заранее.

С таким предположением хорошо коррелируют эффекты, связанные с нейрогенезом. Ведь если ты оказался в новом месте, тебе выгодно запоминать новое, и уже не так уж важно помнить что-то из своего прошлого. Эти эффекты мы можем видеть не только у позвоночных. Например, они наблюдаются у сверчков. Их можно заставить полетать, что для этих животных является самой энергоемкой формой локомоции. После такого испытания сверчки становятся страшно доминантными животными, у них меняется все поведенческое состояние. Они перестают бояться, активно ухаживают, хорошо дерутся. Особенно интересно полет влияет на самку, ее поведение становится совершенно другим, очень для самки нехарактерным. Когда самец пытается ухаживать за самочкой, она в ответ начинает с ним драться, как будто она тоже самец. И только если самец побеждает, их дальнейшие отношения протекают по традиционному сценарию. Самка может принять его ухаживания. Если же побеждает самка, то дальше ничего между ними не происходит, потому что самец уже всего боится, а самке он такой не нужен. То есть интенсивная локомоция у сверчков повышает их социальный статус.

 

В эксперименте с прудовиком, его вынимают из аквариума и помещают на арену с низким уровнем воды, где ему не очень комфортно, он старается найти воду и много ходит, используя более затратную мышечную форму локомоции. Оказалось, что если улитку заставить потренироваться два часа, а потом поместить на полигон, где она должна решать какие-то задачи, то она принимает решения гораздо быстрее, чем контрольные особи из аквариума.

 

Кстати, в ходе этого эксперимента возникает еще один очень интересный момент. Всегда есть какой-то сравнительно небольшой процент животных (обычно около 20–25 %) которые выбирают направление, противоположное большинству. В очень многих поведенческих ситуациях у нас присутствует такая вот оппозиция. Практически в любой популяции, когда все решают, что надо идти на свет, найдется кто-то (и их часто бывает от 20 до 30 %), кто скажет: нет ребята, надо идти в темноту. Видимо, это имеет очень большой биологический смысл. На тот случай, если все ошибутся, всегда найдется небольшой процент, который выберет правильно. Так в природе достигается универсальное решение за счет того, что всегда есть какие-то странные особи, которые выбирают не то, что все остальные. Их поддерживают и сохраняют на случай каких-то непредвиденных ситуаций, когда окажется, что их нестандартное решение как раз и будет правильным.

 

Но вернемся к нашей теме. У улиток после «спортзала» не только облегчается принятие решения, но и вообще поведенческое состояние очень сильно меняется. Во-первых, они становятся менее пугливыми и более любопытными. Если их потрогать, они поворачиваются и смотрят, что же это их потрогало, а не прячутся. Вовторых, несмотря на то, что они вроде бы уже два часа сильно трудились и устали, когда их пересаживают в аквариум, они продолжают там очень активно ползать. Такое впечатление, что им совершенно не хочется отдыхать, а хочется продолжать трудиться.

В 1992 г. исследователь Роберт Айзенбергер открыл такое психологическое явление: если человек занимается какой-то деятельностью, которая требует больших усилий, и на первых этапах эта деятельность подкрепляется, то потом можно уже и не подкреплять. Человек и дальше будет все время выбирать для себя что-то, требующее усилий. У человека появляется некое внутреннее подкрепление. Уже можно ему не платить зарплату, а он будет все равно выбирать задачи более сложные. Айзенберг назвал этот эффект выученным трудолюбием.

 

Объяснения эффекту предлагались сложные, психологические, применимые лишь для людей. Но в 2015 г. тот же самый эффект обнаружили у крыс. Если крысы тренируются каждый день, то потом, даже если можно выбрать более простую задачу и получить награду, они выбирают более сложную, стремятся все время быть активными, все время что-то делать. И даже у улиткипрудовика мы наблюдаем что-то подобное. Вернувшись из «спортзала» в аквариум, она продолжает ползать и что-то обследовать, в то время как ее нетренированные товарищи ведут себя довольно вяло. Это удивительное влияние двигательной активности и на поведенческое состояние, и на когнитивные функции обнаружено у таких далеких друг от друга организмов, как вторичноротые (к которым относятся люди и все позвоночные) и первичноротые — моллюски, насекомые.

 

 

Как видим, сосредоточившись на крайне ограниченном числе моделей, мы многое теряем. Чтобы выявить общие закономерности, не принадлежащие лишь отдельной группе животных, или, наоборот, понять биологический смысл того или иного приспособления, характерного для специализированной группы животных, очевидно, работу следует проводить на различных моделях и в разных условиях. То, что сразу два ведущих научных журнала опубликовали статьи с предложением вернуть должную легитимность сравнительным исследованиям на разных видах животных, дает надежду на изменение политики фондов, финансирующих научные исследования.

 

Статья была опубликована в майском номере журнала "Наука и техника" за  2018 год