Приобретенное поведение животных – как мозг животного учиться и запоминает информацию

В нашем мире вместе с постоянными, привычными нам событиями происходят и иногда меняющиеся, не совсем предсказуемые. Понятно, что приспособиться к ним смогут лишь те живые организмы, которые оперативно отвечают на эти изменчивые события. В связи с этим отличительной особенностью поведения животных перед лицом этих событий становится маневренность и пластичность. Иначе говоря, выходя из-под власти инстинктов, животные вынуждены обращаться к своему уму и памяти, а не к тому, что оставили им в наследство предки. Таким образом и начинается динамически программируемое, приобретенное или индивидуальное поведение.

Животные, строящие свою деятельность по динамическим программам, сначала по подсказкам мам и пап, а затем сами выделяют из внешней среды раздражители, быстрее и проще всего ведущие к удовлетворению их потребностей, и осваивают способы достижения полезных результатов. Как строится этот процесс, можно видеть на примере голодного щенка, впервые попавшего в незнакомую комнату, где под газовой плитой в мисочке лежит душистая котлета.

Вбежав в комнату, щенок начинает изучать обстановку. Его поведение беспорядочно и неорганизованно. Затем в определенном месте щенок находит котлету и съедает ее. Повадки щенка, попавшего в эту комнату снова, иные. Пес напрямик бежит к плите, под которой недавно нашел пищу. Одним из первых эти закономерности, названные образной памятью, исследовал академик И. С. Бериташвили.

В отличие от пчелы, щенок не стал повторять все элементы поискового поведения. Он отбросил промежуточные этапы, сосредоточившись на раздражителях, тесно связанных с желанной котлетой. И, попадая в будущем в эту комнату, щенок будет всегда бросаться прямо к миске. Основной механизм приобретенного поведения, равно как и события, происходящие в мозге нашего щенка, можно представить таким образом. По мере того как пес впервые обследовал комнату, голодное возбуждение вовлекало в свою орбиту все больше нервных клеток, реагировавших на раздражители, встречаемые щенком во время поисков, будь то запах котлеты, вид плиты, шкафов, звуки пианино из-за стены. Даже мимолетную боль (подвернул лапу), и ту поначалу запомнит щенок. Таким образом в мозге "соткалась" просторная, но пока никак не оформленная канва — сплошное поле из нервных клеток и их связей.

И вдруг щенок находит котлету. В этот момент в ансамбле мозговых клеток, образованном голодным возбуждением, происходит сверхважное событие. Положительная эмоция, которую испытывает щенок, достигший цели (все вместе это называется подкреплением), словно бы набрасывает на канву узор. В нем запечатлевается образ желаемого, который отныне связан для голодного щенка с комнатой, местом под плитой и пищей, которая там стоит. Узор складывается из нейронов и их связей, реагировавших лишь на раздражители, наиболее близкие в пространстве и времени к получению щенком пищи. С каждым новым визитом щенка в его новоявленную столовую узор, вышитый подкреплением по канве нейрональных сетей, становится все стройнее и яснее. Отбрасывается лишнее.

Например, отключаются от ансамбля клетки, помнящие о звуках пианино, боли в лапе, облике кухонного стола. Ведь эти сигналы никак не помогают быстрее добираться до еды. Зато нейроны, помнящие ее запах, вид плиты, дверь в кухню, не только остаются в работе, но и складываются в хорошо отлаженную функциональную систему. В ней отчетливо выступает так называемый механизм опережающих возбуждений, названный академиком П. К. Анохиным акцептором результата действия. Именно этот механизм создает в сознании образ того, к чему стремится живое существо, и направляет его к цели. Так сравниваются достигаемые результаты поведения. Теперь, как только щенок снова проголодается, голодное возбуждение сразу же, экономя время и силы мозга, распространяется по волокнистым путям, когда-то помоченным подкреплением, и включает в работу не любые нейроны, а запечатлевшие образ желаемого. Реальные предметы, запахи, звуки, сложившиеся в этот образ, и ищет щенок и точно добирается до еды.

Этот путь собака проделывает машинально. Вся же работа, которую проделывает ее мозг от момента возникновения голода до получения пищи, состоит в том, чтобы послать щенка по известному направлению, дорогой подмечая, на месте ли главные ориентиры. Высокая экономичность, быстрота и точность этой системы восхищают.

Судя по поведению животных и опыту каждого из нас, в мире существует великое множество похожих узоров, вышитых удачами и неудачами по канве наших мотивов. И значительная часть нашей жизни занята такими вот поведенческими программами, когда- то выученными с большими или меньшими трудностями, а затем освоенными до полного автоматизма. Так люди пишут и читают. Садятся ужинать за привычный стол перед телевизором. На работе собирают детали или водят автобус, ходят в булочную, а по воскресеньям привычно пропалывают клубнику на дачном участке.

Даже в искусстве, где, казалось бы, не место стереотипным программам, они на самом деле есть. Некие удачно найденные особенности стиля, сюжета, философских построений объединяют все романы Л. Н. Толстого, пьесы А. П. Чехова, полотна Рембрандта, произведения любого другого великого мастера. Выходит, и в их мозге найденные при обучении творчеству образы желаемого когда-то оставляли весьма прочные и в то же время прекрасные узоры.

Итак, все приобретенное поведение представляет собой два взаимосвязанных процесса. Это писание «мозговых узоров», то есть обучение. И воспроизведение таких узоров в поведении. Чем моложе организм, тем больше в его жизни обучения. Чем ближе к старости, тем чаще извлекаются уже готовые программы.

Нейробиологи сходятся во мнении, что в основе любого обучения и приобретенного поведения лежат перестройки генетического аппарата нервных клеток. Это доказывается, прежде всего, тем, что пока неизвестны более мощные нарушители обучения и памяти животных, чем специальные вещества — блокаторы синтеза белков с генетических матриц.

Одна из причин таких нарушений недавно была открыта российскими учеными. Оказалось, что введение блокаторов синтеза белка отбивало аппетит у кроликов, которых есть должен был заставить голод натуральный или вызванный электрическим раздражением центров пищевого поведения. Видимо, это происходило потому, что голод в качестве доминирующей потребности не мог извлечь из памяти нервных клеток, хранящейся в их генетическом аппарате, информацию о путях к насыщению. Кролики хотя и хотели, есть, да... забывали, как это сделать. Ибо голод уже не мог оживить, заставить призывно сверкнуть в сознании животного узор, запечатлевший образ желанной капусты, моркови или пучка травы.

Однако введение таким кроликам пептида пентагастрина, который в мозге и других органах участвует в механизмах голода, полностью восстанавливало пищевое поведение. О чем это говорит? Очевидно, пентагастрин был среди тех информационных молекул, которые "печатали" гены нервных клеток, получившие сначала возбуждающие сигналы из центра голода, затем — и это обязательно — подкрепляющую информацию о том, что пища получена. (Последнее подтверждают хитроумные опыты, проведенные над животными, которые смогли или не смогли обучиться одному и тому же навыку. Лишь у зверей - "отличников" нашли повышение в нейронах синтеза РНК и белков. В нервных же клетках "двоечников" этого не обнаружили.)

Идея о том, что «узоры обучения» подкрепление вышивает в мозге нитями информационных молекул наподобие пентагастрина, сейчас подтверждается. Уже известны несколько пептидов, которые, как и пентагастрин, восстанавливают у кроликов нарушенное блокаторами синтеза белка умение спасаться от опасности. Зато половое поведение у животных, получивших такие блокаторы, возрождали не пептиды, а гормоны. Как видно, ассортимент информационных молекул, используемых подкреплением в его важнейшей для организма работе, достаточно велик, словно набор многоцветных нитей у опытной вышивальщицы.

Ph :Марина Сироткина

Комментарии: