III Международная научно-практическая конференция Смирнова А.А., НЕЙРОБИОЛОГИЯ кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

III Международная научно-практическая конференция
НЕЙРОБИОЛОГИЯ
Смирнова А.А.,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Таратынова М.О.,
специалист по учебно-методической работе Национального
исследовательского университета «Высшей школы экономики»
Обозова Т.А.,
кандидат биологических наук, научный сотрудник
Зорина З.А.,
доктор биологических наук, зав. лабораторией
Вартанов А.В.,
кандидат педагогических наук, старший научный сотрудник
(Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
НОВЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ
СПОСОБНОСТИ ПТИЦ К ОБОБЩЕНИЮ ПРИЗНАКОВ
«СХОДСТВО» И «РАЗЛИЧИЕ»
Для реконструкции происхождения мышления и языка человека важен
вопрос о том, могут ли животные формировать довербальные понятия.
Именно понятия служат универсальными структурными единицами мышления и языка человека. Понятия формируются благодаря операциям обобщения и абстрагирования, а также операции сравнения, которая основана на
оценке сходства и различия, и позволяет относить объекты и явления к тем
или иным классам. Эти базовые операции мышления обеспечивают пластичность и адаптивность поведения высокоорганизованных животных (Premack,
1983; Herrnstein, 1990; Thompson, Oden, 2000; Lazareva et al., 2008; Zental et
al., 2008). В основе этих операций мышления лежит способность оценивать
объекты или события как сходные или различные (Katz et al., 2007).
Эксперименты в лабораторных условиях позволяют точно оценить степень обобщения признаков сходство и различие. Ранее нами было показано,
что серые вороны - высокоорганизованные представители класса птиц (Emery, 2006) способны оперировать понятиями о числе, сходстве и различии
(Зорина, Смирнова, 2008). Основным инструментом для исследования упомянутых когнитивных процессов служил метод выбора по соответствию с
образцом (далее ВПО; Смирнова и др., 1998). При использовании этого метода животному предъявляют стимул-образец и два стимула для выбора (сти200
«Проблемы современной биологии»
мулами могут служить изображения на мониторе или, как в нашем случае,
изображения на картонных карточках). Животное получает подкрепление,
если выбирает стимул, соответствующий образцу. В примененном нами варианте методики птице одновременно предъявляли две кормушки, накрытые
карточками - стимулами для выбора, и стимул-образец между ними (кормушки под ним не было). Птица находила корм, если выбирала кормушку,
накрытую карточкой с таким же изображением, как на образце. В случае неправильного выбора кормушки извлекали из клетки, не давая птице съесть
корм из второй кормушки. Для формирования обобщенного правила ВПО,
применимого к любым новым стимулам, даже столь высокоорганизованным
птицам, как серые вороны, требуется весьма длительное обучение (30005000 проб). Это диктует необходимость поиска новых менее трудоемких
подходов к исследованию способности животных к обобщению признаков
сходство и различие.
Мы предполагаем, что столь длительное обучение задаче ВПО обусловлено не сложностью использования признаков «сходство» и «различие», а
некоторыми особенностями данной методики, а именно особой ролью стимула-образца. В отличие от стимулов для выбора образец не связан напрямую с получением подкрепления, а служит знаком, символически указывающим его местонахождения. Мы предполагаем, что именно усвоение этой
особой знаковой функции образца удлиняет процесс обучения. Для проверки
этого предположения необходимо найти задачу, в которой не будет использован образец, но, для решения которой, будет необходимо оценивать сходство и различие стимулов. Подходящую под эти критерии методику ранее
успешно применяли для оценки способности дельфинов к обобщению признаков «сходство» и «различие» (Стародубцев и др. 2000). Дельфинов подкрепляли за последовательный выбор двух одинаковых предметов из
трех. При этом животные усваивали отвлеченное правило выбора за
700-800 предъявлений. Мы видоизменили и адаптировали эту методику, сделав ее применимой для птиц.
Помещенной в экспериментальную клетку птице одновременно предъявляли три кормушки, накрытые карточками - стимулами для выбора. Центральная кормушка и одна из двух боковых были накрыты карточками с одинаковыми (сходными) изображениями. Именно в эти две кормушки помещали корм: одну личинку мучного хрущака в центральную кормушку и три личинки в боковую. Третья кормушка, накрытая карточкой с изображением,
отличающимся от двух других, была пустой. Ее положение варьировали квазислучайно. Таким образом, корм всегда был в центральной кормушке (но
лишь одна личинка), и в одной из двух боковых (три личинки). Птице разрешали открыть все три кормушки. Порядок выбора фиксировали. При стати201
III Международная научно-практическая конференция
стической обработке данных подсчитывали число проб, в которых птица открывала пустую кормушку последней (такие пробы считали выполненными
«правильно»). Критерием обученности считали достижение не менее чем
60% правильных решений в 96 пробах подряд (р<0.0001; биномиальный
тест). Как и ранее, при использовании метода ВПО, для обучения применили
три набора стимулов различных категорий: черные и белые карточки (категория признака - цвет), изображения арабских цифр 1 и 2 (категория - форма), изображения множеств, состоящих из одной или двух геометрических
фигур разного цвета и формы (категория - число). Обучение с каждым набором проводили до достижения критерия, после чего применяли следующий
набор стимулов. В экспериментах участвовали 4 серые вороны, работа с которыми еще не закончена и продолжается в настоящий момент. Оказалось,
что при использовании нового метода обучение с каждым набором стимулов
потребовало гораздо меньшего числа проб (предъявлений), чем при использовании метода ВПО. Так вороны достигли критерия обученности с черными
и белыми карточками за 448, 576, 1008 и 704 проб; с цифрами 1 и 2 за 296,
296 и 184 проб; а с множествами из одного и двух элементов за 96, 136 и
112 проб. Суммарно, обучение с тремя базовыми наборами стимулов у трех
птиц потребовало 840, 1008 и 1304 проб. При использовании метода ВПО
достижение такого же критерия только с первым набором стимулов (черными и белыми карточками) требовало более 2000 предъявлений.
Для оценки степени обобщенности сформированного правила выбора,
провели тесты на его перенос. Сначала использовали новые стимулы знакомых категорий: светло- и темно-серые карточки, изображения цифр 3 и 4, и
множеств из трех и четырех элементов. Для того чтобы избежать обучения в
ходе теста, новые стимулы использовали только в каждой четвертой пробе
(собственно тестовой), и корм при этом помещали во все кормушки (по одной личинке мучного хрущака в каждую). Такие тестовые пробы чередовали
с фоновыми, в которых использовали уже знакомые стимулы (три базовых
набора) и дифференцированное подкрепление (одна из кормушек - пустая; в
центральной - одна личинка и три личинки в одной из боковых кормушек).
К настоящему времени этот и последующий тест успели провести лишь с
одной птицей. Ворона успешно справилась с тестом: уровень правильных
решений в 24 тестовых пробах составил 70,8% (р<0.0001). В следующем тесте использовали стимулы новой категории «размер». На каждом стимуле
были изображены две черные геометрические фигуры одной формы одинакового или разного размера (например, ТТ и Тт). Всего применили 6 пар стимулов: равносторонние треугольники равнобедренные треугольники, квадраты, прямоугольники, круги и эллипсы. Вновь использовали процедуру, позволяющую избежать обучения в ходе теста: тестовые пробы, в которых ис202
«Проблемы современной биологии»
пользовали только новые стимулы и недифференцированное подкрепление,
чередовали с фоновыми пробами, в которых использовали уже знакомые
стимулы и Дифференцированное подкрепление. Ворона успешно справилась
и с этим тестом: уровень правильных решений в 24 тестовых предъявлениях
составил 83,3% (р<0.0001). Способность переносить усвоенное правило выбора на стимулы новой категории свидетельствует о высшей степени обобщения - использовании понятий «сходство» и «различие».
Таким образом, этот метод действительно позволил сформировать у
птиц обобщенное правило выбора, основанное на оценке сходства и различия. При этом он потребовал существенно менее длительного обучения. Это
подтверждает нашу гипотезу о причине сложности усвоения правила ВПО,
которая, вероятно связана с особой ролью образца в этой задаче - его знаковой функцией, не очевидной для животных. Применение этого метода дает
удобный инструмент для исследования других высших когнитивных функций животных, таких как способность к символизации (установлению эквивалентности между понятиями и знаками), косвенному обучению и т.п.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Литература
Зорина 3. А., Смирнова А. А. Обобщение, умозаключение по аналогии и
другие когнитивные способности врановых птиц. // Когнитивные исследования: Сборник научных трудов: Вып. 2. (Ред. В. Д.Соловьев, Т.В. Черниговская). 2008. С. 148-165.
Смирнова А.А., Зорина З.А., Лазарева О.Ф. Обучение серых ворон
(Corvus comix L.) отвлеченному правилу выбора по соответствию/несоответствию с образцом // Журн. высш нерв. деят. 1998. Т. 48.
№ 5. С. 855-867.
Стародубцев Ю.Д., Кулагин В.В., Надолишняя А.П., Стародубцева Е.М.
Выбор дельфинами афалинами двух одинаковых предметов из трех
предъявленных // Морские млекопитающие Голарктики: Материалы
1 Международ, конф. Архангельск, 2000. С. 271-276.
Emery N.J. Cognitive ornithology: the evolution of avian intelligence // Phil.
Trans. R. Soc. 2006. V. 361. P. 23-43.
Herrnstein, R. J. Levels of stimulus control: a functional approach // Cognition. 1990. V. 37(1-2). P. 133-166.
Katz J. S., Wright A. A., Bodily K. D. Issues in the Comparative Cognition of
Abstract-Concept Learning // Comparative Cognition & Behavior Reviews.
2007. V. 2. P. 79-92.
Lazareva O.F., Wasserman E.A. Categories and concepts in animals // Learning and memory: A comprehensive reference. Oxford: Elsevier. 2008. V. 1.
P. 197-226.
203
III Международная научно-практическая конференция
8.
Premack, D. The codes of man and beast // Behavioral and Brain Sciences.
1983. V. 6. P. 125-137.
9. Thompson, R. K. R., Oden, D. L. Categorical perception and conceptual
judgments by nonhuman primates: the paleological monkey and the analogical ape // Cognitive Science. 2000. V. 24(3). P. 363-396.
10. Zentall T.R., Wasserman E.A., Lazareva O.F., Thompson R.K.R., Rattermann M.J. Concept learning in animals // Comparative Cognition & Behavior
Reviews. 2008. V. 3. P. 13-45.
Работа поддержана грантом РФФИ 11-06-12036-офи-м-2011
204