Зоопсихология. Элементарное мышление животных - Учебное пособие (Зорина З. А)

6.2. исследование способности животных к символизации (на примере «счета») с помощью лабораторных тестов

Символизацией называют установление эквивалентности между нейтральными знаками — символами — и соответствующими пред­метами, действиями, обобщениями разного уровня и понятиями.

Для изучения этой когнитивной функции у приматов и птиц при­меняют достаточно разнообразные экспериментальные приемы. Один из них связан с проблемой «счета» у животных. Известно, что живот­ные способны к разным формам количественных оценок параметров среды (см. 2.8; 4.8.2; 5.5.3), включая формирование довербального понятия о «числе» (см. 5.5.4). На следующем этапе анализа выясняют, могут ли животные связывать это понятие с символами (арабскими цифрами), т.е. существуют ли у них зачатки способности к «истинно­му счету» с помощью числительных, которым в полном объеме вла­деет только человек.

Вопрос о наличии зачатков «истинного счета» у животных и крите­риях, которым они должны удовлетворять, составляет предмет острых дискуссий (см.: Davis, Perusse, 1988; Gallistel, 1993). Р. Гельман и К. Галлистель (Gelman, Gallistel, 1978) предложили ряд критериев, которые необходимо учитывать при оценке способности животных использовать символы для маркировки множеств. Наиболее важные из них:

соответствие «один к одному» — каждому пересчитываемому элементу должен соответствовать особый символ (маркер);

«ординальность» (упорядоченность) — символы должны в ста­бильном порядке соответствовать пересчитываемым элементам;

«кардинальность» —символ, соответствующий последнему эле­менту, должен описывать общее число элементов в множестве.

Чтобы выяснить, способны ли животные к символизации и удов­летворяет ли их поведение указанным критериям, необходимо отве­тить на следующие вопросы:

1) способны ли они устанавливать тождество между исходно ин­дифферентными для них знаками (например, арабскими циф­рами) и обобщенной информацией о числе элементов в мно­жествах разной природы;

2) способны ли они оперировать усвоенными цифрами как симво­лами (например, выполнять операции, аналогичные арифме­тическим);

3) способны ли они использовать усвоенные символы для нуме­рации (пересчета) элементов множеств и выполнять число дей­ствий в соответствии с предъявленной цифрой?

6.2.1. Способность к символизации у приматов

Одна из первых попыток исследования способности животных к употреблению символов вместо реальных множеств была сделана К. Ферстером (Ferster, 1964). После 500 000 опытов ему удалось обу­чить двух шимпанзе тому, что определенным множествам соответ­ствуют «цифры» (от 1 до 7), выраженные двоичным кодом (от 000 до 111). Выучив эти комбинации, животные могли располагать их в по­рядке возрастания, но так и не научились использованию цифр для нумерации конкретных объектов.

Матсузава (Matsuzawa, 1985; Matsuzawa et al., 1986) обучал шим­панзе Аи установлению соответствия между различными множествами и арабскими цифрами от 1 до 6. В качестве образца он предъявлял набо­ры различных предметов, а для выбора — арабские цифры. В тесте с новыми вариантами множеств того же диапазона обезьяна успешно выбирала соответствующие им цифры («маркировала» множества с по­мощью символов). Можно было предположить, что ее обучение ограни­чивалось образованием условной связи (ассоциации) между цифрой и конкретными паттернами расположения элементов в соответствующих множествах, а также простым запоминанием всех использованных ком­бинаций. Однако в более поздней работе (Murofushi, 1997) было дока­зано, что дело этим не ограничивается, и Аи действительно связывала знаки с признаком «число» и оперировала ими как символами. Она правильно использовала цифры от 1 до 7 для маркировки разнообраз­ных новых множеств, абстрагируясь от паттернов расположения состав­ляющих их элементов, а также их размера, цвета и формы.

Особый вклад в решение вопроса о способности животных к ис­пользованию символов для характеристики множеств внесли работы американской исследовательницы Сары Бойзен и ее коллег (Boysen, Berntson, 1989; 1995; Boysen, 1993). Благодаря приемам, специально ак­центирующим внимание животного на признаке числа, и постепенно­му наращиванию сложности предъявляемых задач, им удалось обучить шимпанзе Шебу практически всем элементам «истинного счета».

Сначала шимпанзе обучали класть одну и только одну конфету в каждый из шести отсеков специального подноса. Смыслом этой процедуры бьыа де­монстрация соответствия «один к одному» между числом отсеков и числом конфет. Следующая задача предназначалась для оценки прочности выработан­ного «один к одному» соответствия и обеспечения базы для введения арабс­ких цифр. В ответ на предъявление подноса с одной, двумя или тремя конфе­тами шимпанзе должна была выбрать одну из трех карточек с изображениями такого же числа кружков. Авторы особо подчеркивали значение процедуры опыта: конфеты на поднос помещали всегда по очереди, при этом экспери­ментатор их вслух пересчитывал (демонстрация первого и второго принципов Гельман и Галлистеля — соответствия «один к одному» и упорядоченности, т.е. ординальности). Постепенно сначала одну, потом две и т.д. карточки с изображениями точек стали заменять карточками с изображениями цифр, так что обезьяна должна была использовать эти ранее индифферентные для нее изображения вместо реальных множеств.

Когда Шеба стала уверенно выбирать все три цифры, соответствующие числу конфет на подносе, обучение продолжили с помощью компьютера. Обезьяне показывали на мониторе одну из цифр, а она должна была выбрать карточку с изображением соответствующего числа точек, т.е. применить сим­волы к множествам другого типа, чем использованные при обучении.

По той же методике Шеба освоила еще два символа: цифры 0 и 4, а впоследствии также 5, 6 и 7. Интересно, что, осваивая новые мно­жества, она сначала по очереди прикасалась к каждой из конфет и только после этого выбирала соответствующую цифру. Дополнитель­ные опыты свидетельствуют, что это не было простым подражанием экспериментатору, а действительно неким способом «пересчета» кон­фет, а также других предметов (батареек, ложек и т.п.).

Для проверки способности Шебы оперировать усвоенными сим­волами провели следующие два теста.

Первый авторы назвали «тестом на функциональный счет». В ла­боратории по двум из трех «тайников» раскладывали апельсины таким образом, чтобы их сумма не превышала 4. Шеба обходила все три «тайника» и видела (но не могла достать) находящиеся в них апель­сины. Затем обезьяна должна была подойти к «рабочей площадке» и выбрать из разложенных там по порядку цифр ту, которая соответ­ствовала числу апельсинов в тайниках. Оказалось, что уже во второй серии экспериментов (25 проб в каждой) шимпанзе выбирала пра­вильную цифру более чем в 80\% случаев.

Во втором тесте апельсины заменили карточками с цифрами, ко­торые также помещали в любые два из трех «тайников» — сумма цифр также не превышала 4 (тест на «сложение символов»). Использовали следующие комбинации цифр: 1 и 0, 1 и 1, 1 и 2, 1 и 3, 2 и 0, 2 и 2. Как и на предыдущем этапе, Шеба должна была обойти «тайники» и затем найти карточку с цифрой, соответствующей сумме. В первой же серии она выбирала правильную цифру в достоверном большинстве случаев (75\%).

Полученные результаты стали убедительным свидетельством способности шимпанзе усваивать символы, оперировать ими и выполнять операцию, аналогичную сложению, т.е. удовлетворяли двум критериям «истинного счета».

Наряду с этими классическими опытами к настоящему времени предпринято значительное число попыток обучить животных несколь­ким ассоциациям между цифрами и множествами. Такие опыты важ­ны, но не позволяют решить вопрос о наличии у них элементов «ис­тинного счета».

Для более точного ответа на этот вопрос Д. Рамбо и его коллеги (Rumbaugh et al., 1989; 1993) не просто обучали шимпанзе выбирать множества, эквивалентные цифрам (от 1 до 6), но старались заставить их нумеровать объекты (свойство ординальности) или производить определенное число действий в соответствии со значениями цифр (свойство кардинальности). В экспериментах участвовали животные, ранее обучавшиеся языку-посреднику «йеркиш» (Лана, Шерман и Остин; см. 6.3).

Прежде всего шимпанзе научились с помощью джойстика пере­мещать курсор по экрану монитора. Затем они должны были научить­ся помещать курсор на арабскую цифру, которая появлялась на соот­ветствующем по счету месте в одной из прямоугольных рамок, разме­щенных вдоль верхнего края экрана.

В следующей задаче на другом краю экрана появлялись несколько прямоугольных рамок с одной фигуркой внутри каждой. Шимпанзе нужно было передвинуть в верхнюю половину экрана столько прямо­угольников, чтобы их число соответствовало значению показанной арабской цифры. После передвижения последней фигурки курсор надо было вернуть на исходную цифру. В начале обучения, как только шим­панзе передвигала очередную фигурку, в верхнем ряду появлялась со­ответствующая цифра. В тестах же такой «обратной связи» не было. Когда обезьяна помещала курсор на очередную фигурку, та исчезала, и при этом раздавался звуковой сигнал. Для успешного завершения задачи было необходимо «считать» и помнить, сколько фигурок уже исчезло. Шимпанзе успешно справлялись с этой задачей.

В данной ситуации обезьяны продемонстрировали успешное использование принципов ординальности и кардинальности и их способности были названы «начальным счетом» (entry-level counting; Rumbaugh, Washbum, 1993).

Наиболее убедительные доказательства способности животных представлять упорядоченность (ординальность) в ряду чисел были получены лишь недавно (Brannon, Terrace, 1998). Макаки-резусы, обученные прикасаться в возрастающем порядке к множествам от 1 до 4, могут без дополнительного обучения перенести этот навык на новые множества из диапазона 5—9.

Двух макаков-резусов предварительно обучали прикасаться в определен­ном порядке к каждому из четырех стимулов, не имеющих отношения к чис­лу. Для этого использовали 11 наборов, включавших по четыре картинки. На чувствительном к прикосновениям мониторе им предъявляли по четыре мно­жества, содержащие от 1 до 4 элементов. Обезьяны должны были по очереди прикоснуться к каждому из этих множеств в возрастающем порядке. По завер­шении обучения, когда обезьяны усвоили порядок выбора данных четырех мно­жеств, им предъявляли один из 35 новых наборов, где те же множества были расположены в другом порядке. Макаки правильно указывали порядок нараста­ния величины множеств, но, поскольку каждый набор в этой серии повторял­ся по нескольку раз, можно было предположить, что животные могли запоми­нать и использовать какие-то другие его характеристики, кроме собственно числа элементов. Однако на следующей стадии экспериментов такой возмож­ности у обезьян уже не было: им предъявляли 150 новых наборов множеств с числом элементов от 1 до 4, причем каждый показывали лишь один раз.

В тесте на перенос обезьянам предъявляли множества, содержа­щие от 1 до 9 элементов. Размер фигурок, образующих множества, варьировали. Обезьяны успешно ранжировали новые множества именно по числу элементов в них, используя для этого правило выбора по возрастанию, которому они ранее обучились на другом диапазоне множеств. Тем не менее авторы отмечают, что для окончательного ответа на вопрос о способности макак к использованию символов для расположения множеств в порядке возрастания числа элементов в них требуются дополнительные исследования (Brannon, Terrace, 1998).

Приматы способны распознавать и обобщать признак «число элементов», устанавливать соответствие между этим отвлеченным признаком и ранее нейтральными для них стимулами — арабски­ми цифрами. Оперируя цифрами как символами, они способны ранжировать множества и упорядочивать их по признаку «число», а также совершать число действий, соответствующее цифре. Нако­нец, они способны к выполнению операций, изоморфных сложе­нию, но этот вопрос требует более точных исследований.

6.2.2. Способность к символизации у птиц семейства врановых

В предыдущих главах мы неоднократно обращались к описанию ког­нитивных способностей врановых птиц. Можно с уверенностью гово­рить, что общепринятое представление об их уме и сообразительности подтверждается высокими показателями решения птицами этого семей­ства практически всех рассмотренных нами когнитивных тестов. Об этом же говорят и данные орнитологов и экологов о пластичности их поведе­ния в естественной или урбанизированной среде обитания. Способность к решению задачи на экстраполяцию (см. 4.6.2) и оперирование эмпи­рической размерностью фигур (см. 4.6.3) у них столь же успешна, как у низших узконосых обезьян, и выше, чем хищных млекопитающих.

Наряду с этим они обнаруживают значительно развитую функцию обобщения и абстрагирования. Как было показано в главе 5, это позволя­ет им оперировать рядом отвлеченных понятий, включая довербальное понятие о «числе». Поскольку именно такой уровень обобщения приня­то рассматривать как предшествующий возникновению второй сигналь­ной системы, появилось основание проверить, способны ли вороны к решению теста на символизацию. Для этого был разработан особый методический подход (Зорина, Смирнова, 2000), в котором в отличие от предыдущих исследований (Matsuzawa, 1985; Matsuzawa et al., 1986; Murofushi, 1997) у ворон не вырабатывали ассоциативных связей «циф­ра-множество», но создавали условия для того, чтобы птицы смогли самостоятельно выявить эту связь на основе информации, полученной в специальных «демонстрационных» сериях.

Рис. 6.1. Исследование способности к символизации у ворон. Карточки в центре — образцы, справа и слева — карточки для выбора.

А — установление соответствия между цифрами и множествами; Б — тест на «сложение»; В — контрольная серия (пояснения см. в тексте).

В основе этого подхода лежали три экспериментальных факта, до­казавших способность ворон:

к обобщениям по признаку «число» (Зорина, Смирнова, 2000; 2001; Smirnova et al., 2000);

оперировать понятиями «соответствие» и «несоответствие» (Смирнова и др., 1998);

легко запоминать число дискретных пищевых объектов, свя­занное с каждым конкретным стимулом, и применять эту ин­формацию в новой ситуации (Зорина и др., 1991).

В опытах использовали птиц, ранее обученных отвлеченному пра­вилу выбора по соответствию с образцом и сформировавших довербальное понятие о числе (см. 5.5.4).

В «демонстрационных» сериях (рис. 6.1А) вороны получали инфор­мацию о «цене» каждого стимула. В случае правильного выбора птицам давалось дифференцированное подкрепление: они находили то число личинок, которое соответствовало цифре или графическому множеству на выбранной карточке. Например, и под карточкой с множеством из четырех элементов, и под цифрой 4 ворона находила 4 личинки. При этом образец и «правильная» карточка для выбора принадлежали к од­ной категории: если образцом была цифра, то и соответствующая кар­точка для выбора также была цифрой; если образцом было множество, то и соответствующая карточка для выбора была множеством. Особо нужно подчеркнуть, что птицы никогда не имели возможности непосред­ственно сопоставить «цену» цифр и множеств.

Для успешного решения задачи в демонстрационных сериях воро­нам достаточно было использовать ранее усвоенное правило выбора по соответствию с образцом.

В основном тесте на символизацию образец впервые принадлежал к одной категории, а обе карточки для выбора — к другой, так что соответствие образца и одной из карточек для выбора не было оче­видным. Для успешного решения такой задачи воронам нужно было не только использовать ранее усвоенное правило выбора по образцу, но и произвести дополнительные операции, мысленно сопоставив ранее полученную информацию. Такой информацией было число еди­ниц подкрепления, связанное с каждым из стимулов во время демонст­рационных серий, причем ранее цифры и множества никогда не предъяв­лялись одновременно. Например, если образцом была цифра 4, а для выбора предлагались множества из 2 и 4 геометрических фигурок, то образцу соответствовало то множество, за которое ранее птица получала столько же личинок мучного хрущака, как и за цифру на образце. Такую же операцию следовало произвести, если образцом было множество (например, 3 элемента), а для выбора предлагали две цифры (3 и 2).

Птицы с первых же проб решали задачу правильно: в достоверном большинстве случаев они выбирали цифру, соответствующую изоб­раженному на образце множеству и наоборот.

Вороны способны без специального обучения, за счет мысленного сопоставления ранее полученной информации, устано­вить эквивалентность множеств и исходно индифферентных для них знаков (цифр от 1 до 4).

Предполагается, что механизмом принятия решения в данном слу­чае была операция логического вывода, которую называют транзи­тивным заключением: поскольку графическому множеству соответствует определенное число личинок и цифре соответствует такое же число личинок, то множество соответствует цифре (если А=В; В=С, то А=С). На основе двух посылок, полученных ассоциативным или условнорефлекторным путем, животное должно сделать вывод о наличии третьей свя­зи. Голуби в отличие от шимпанзе (Yamamoto, Asano, 1995), с такой задачей не справляются. Наши результаты позволяют сделать вывод, что вороны способны к этому типу транзитивного заключения.

Другие эксперименты впервые показали, что птицы способны опе­рировать усвоенной информацией — выполнять с цифрами комбина­торную операцию, аналогичную арифметическому сложению. «Слагаемые» изображались на тех же карточках (рис. 6.1 Б), которые были разделе­ны по диагонали чертой, так же как и соответствующие им кормушки были разделены вертикальной перегородкой на две равные части. В «де­монстрационной» серии использовали только множества либо на обыч­ных, либо на «разделенных» карточках и демонстрировали соответствие числа элементов числу личинок в обычных или в «разделенных» кормушках.

В отличие от «демонстрационной» серии, в тесте на «сложение» ис­пользовали только цифры. Если в качестве образца предъявляли отдель­ную цифру, то для выбора — две «разделенные» карточки с парой цифр, сумма которых на одной из карточек соответствовала цифре на образце. Если в качестве образца использовали «разделенную» карточ­ку с парой цифр, то для выбора предлагали отдельные цифры.

Птицы успешно справились с этой задачей: в первых же 30 предъявлениях в достоверном большинстве случаев выбирали соответствую­щую образцу карточку. К началу серии они уже знали, что каждому конкретному графическому множеству и каждой цифре соответствует определенное число личинок, и на этом основании установили, что определенные цифры и графические множества соответствуют друг другу. Затем в ходе демонстрационной серии вороны получали дополнитель­ную информацию о том, что под карточкой с «разделенным» множе­ством находится соответствующим образом «разделенное» число ли­чинок. Для правильного выполнения теста на «сложение» им нужно было сделать мысленное заключение об эквивалентности друг другу отдельных цифр и соответствующих комбинаций двух цифр.

Такое успешное решение столь сложного теста заставило авторов проанализировать, не связано ли оно с использованием каких-либо «посторонних» признаков (см. 4.3), например обонятельных, акусти­ческих или же неосознанных «подсказок» экспериментатора. Поэтому в контрольной серии воронам предлагали задачу, не имевшую логического решения: обе карточки для выбора соответствовали об­разцу (рис. 6.1В). Подкрепление помещали в одну из кормушек в ква­зислучайном порядке. Таким образом, если бы в тесте вороны находи­ли кормушку с личинками по каким-либо признакам, не имевшим отношения к логической структуре задачи, то они продолжали бы это делать и в контроле. Однако реально вороны стали выбирать кормуш­ку с кормом на случайном уровне. При этом они выражали недоволь­ство и нежелание работать в такой ситуации.

Вороны способны сохранять информацию о числовых пара­метрах стимулов не только в форме образных представлений, но и в некой отвлеченной и обобщенной форме, и связывать ее с ра­нее нейтральными для них знаками — цифрами. Таким образом, не только у высших приматов, но и у некоторых птиц довербальное мышление достигло в своем развитии того промежуточного этапа, который, по мнению Орбели (1949), обеспечивает возможность ис­пользования символов вместо реальных объектов и явлений и в эво­люции предшествовал формированию второй сигнальной системы. Получает новое подтверждение впервые высказанное Л. В. Крушинским представление о том, что существует параллелизм в эволюции высших когнитивных функций птиц и млекопитающих — позвоночных с разными типами структурно-функциональной организации мозга (Крушинский, 1986).