Механизмы мозга: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

16. Myers R. E., «Corpus Callosum and Visual Gnosis», in Brain Mechanisms and Learning, ed. by Fessard, Gerard, Konorski and Delafresnaye, Charles C Thomas, Publisher, Springfield, Ill., pp. 481—506 (1961).

17. Penfield W. Roberts L., Speech and Brain Mecha-nisms. Princeton University Press, Princeton, N. J., chap. Ill, «The Recording of Consciousness and the Function of In-terpretive Cortex», 1959.

18. Qu a stler H., «The Complexity of Biological Computers», Institute of Radio Engineers Transactions on Electronic Com-puters, pp 192—194 (September 1957).

19. Russell W. R., Brain, Memory, Learning, Oxford Univer-sity Press, Fair Lawn, N. J., 1959.

20 Sperry R. W., «Cerebral Organization and Behavior», Sci-' - vol. 133, pp. 1749—1757 (1961).

21. T r e v a r t h e n С. B., «Double Visual Learning in Split-brain Mt Science» vol 136, pp. 258—259 (1962).

22. Trotter W., «On Certain Minor Injuries of the Brain», Brh Medic#! Journal, pp. 816—819 (1924).

23 von Neumann J., The Computer and the Brain, Yale University Press, New Haven, Conn., 1958.

10 Автоматическое обучение

Обучение посредством классического обусловливания[5]

Если собаке вложить в рот пищу, у нее начнет выделяться слюна. Это совершенно автоматическая реакция; попавшее в рот вещество действует на рецепторы языка и нёба, и нервная система, в соответствии с поступающей при этом информацией, регулирует работу слюнных желез. Такую же реакцию слюноотделения может вызывать запах пищи. Возможно, что это столь же автоматический ответ на химический раздражитель. Но выделение слюны может вызываться и видом какой-то определенной пищи, которую собака любит. Это уже не врожденная, а приобретенная реакция. Ее еще нет у неопытного щенка: для того чтобы собака реагировала таким образом, необходим прошлый опыт, в котором вид пищи ассоциировался бы с последующими приятными вкусовыми ощущениями.

Иван Петрович Павлов первый осознал важнейшее значение этих хорошо известных особенностей поведения собак и других животных и положил их в основу ряда исследований, которые и сейчас, спустя полвека, расцениваются как поворотный пункт в развитии всей современной психологии. Интересно, что Павлов начал эти психологические исследования после того, как он в 1904 г. был награжден Нобелевской премией за свои новаторские работы по физиологии пищеварения.

В самом начале XX столетия эти вопросы вообще не привлекали особого внимания, и если уж речь об этом заходила, то выделение у собаки слюны при виде пищи истолковывалось антропоморфно: как полагали, животное «узнает» о том, что данный зрительный образ означает пищу, и слюнная реакция является результатом сознательного предвкушения ожидаемых последствий. Но Павлов относился к подобным фразам с недоверием, не находя в этих словах точного смысла. Он начал разработку экспериментов, которые позволили бы понять механизм, действующий в тех случаях, когда повторный чувственный опыт, например зрительное восприятие миски с едой, в конце концов приводит к стимулированию обычно автоматической телесной реакции — например, слюноотделения.

Эксперименты Павлова были по существу несложными. Собака, закрепленная в удобном станке в спокойных условиях лаборатории, слышала звук метронома или зуммера, и вскоре после этого перед ней открывалась дверца и появлялся поднос с пищей. Простым, но чрезвычайно важным результатом этих опытов было открытие того, что после нескольких таких сочетаний один лишь звук метронома или зуммера автоматически вызывал слюноотделение. Пользуясь павловской терминологией, мы говорим, что у собаки вырабатывался условный рефлекс. Слуховой сигнал — условный раздражитель — приобретал способность действовать на автоматическую физиологическую функцию собаки таким же образом, как действует безусловный раздражитель — сама пища. Выработку условных рефлексов по Павлову часто называют классическим обусловливанием в отличие от оперантного, или инструментального, обусловливания, которое мы рассмотрим позже.

Классические условные реакции вскоре были признаны типичным общим компонентом многих форм поведения животных и человека. Когда лошадь пускается рысью в ответ на щелканье хлыста, это происходит потому, что у нее выработался условный рефлекс: слуховой раздражитель вызывает такую же мышечную реакцию, какая автоматически, без всякого обучения, возникает в результате болевого раздражения при ударе хлыстом по коже. Если ребенок боится темноты потому, что в раннем возрасте его часто в виде наказания запирали в чулан, можно сказать, что у него возникла и сохраняется условная связь, благодаря которой нейтральный в обычных условиях раздражитель — отсутствие света — способен вызывать эмоциональную реакцию, связанную с неприятным переживанием, которое когда-то совпадало во времени с темнотой.

Условные реакции можно было бы считать всего лишь частными проявлениями сложных и во многом загадочных процессов высшей умственной деятельности, если бы они наблюдались только у человека и у таких «умных» млекопитающих, как собаки и лошади. Большое и непреходящее значение области исследований, открытой экспериментами Павлова, связано с тем, что выработка условных рефлексов оказалась явлением чрезвычайно распространенным, представляющим, по-видимому, функциональное свойство основной нервной организации, общей для большинства живых существ. Это относится и к оперантному обусловливанию, которое мы рассмотрим в следующем разделе и которое имеет много общего с классическим обусловливанием, но внешне еще более сходно с проявлениями интеллекта. Там мы рассмотрим и данные о широкой распространенности обучения путем выработки условных реакций не только у высших, по и у низших животных, а сейчас мы познакомимся с наблюдениями, которые привели к тому же выводу — что условные рефлексы могут носить совершенно автоматический, бессознательный характер.

Рассмотрим, например, один из ранних вариантов павловских опытов с собаками. Павлов установил, что реакцию слюноотделения можно связать с каким угодно индифферентным раздражителем, который животное способно воспринять, — не только со звуками метронома или зуммера, но и со вспышками света, прикосновением пальца к спине или лапе животного и т. п. Тогда он решил выяснить, можно ли связать реакцию слюноотделения с каким-нибудь резко неприятным раздражителем. В качестве такого раздражителя был выбран удар электрическим током, вначале очень слабый, воспринимающийся как едва заметное щекотание, но постепенно, по мере выработки рефлекса, усиливаемый. Оказалось, что в конце концов удар весьма внушительной силы не вызывал никаких признаков боли или неудовольствия; не наблюдалось даже учащения пульса и дыхания, сопровождающего обычно реакцию на неожиданный неприятный раздражитель. Вместо этого происходило выделение слюны, собака виляла хвостом и проявляла другие видимые признаки предвкушения удовольствия. Для других собак приятным вестником скорого получения пищи удалось сделать укол кожи, настолько глубокий, что выступала кровь!

Недавно, в 1961 г.. Сегундо и его сотрудники из Института биологических исследований в Монтевидео (Уругвай) сообщили об экспериментах, имеющих, по-видимому, близкое отношение к снятию болевого эффекта, наблюдавшемуся при выработке условной связи в опытах Павлова. В этих экспериментах слышимый тон в качестве условного раздражителя, казалось, «выключал» у кошек болевое ощущение, связанное с подкожным электрическим раздражением; процедура выработки условной связи состояла в том, что спустя несколько секунд после звучания музыкального тона выключался электрический ток, причинявший животному беспокойство. В конце концов один лишь тон вызывал у кошки те же внешние признаки успокоения, которые обычно сопровождают прекращение болезненного воздействия, хотя раздражающий ток еще не был выключен! На рис. 24 показано одно из подопытных животных в различные фазы опыта. Верхние фотографии (слева направо) показывают, каким было состояние кошки до включения тока, во время электрического раздражения и тотчас после его прекращения. Из трех нижних фотографий правая и средняя были сняты в то время, когда ток был включен, но правая отражает видимое успокоение животного, вызванное слышимым тоном, который во время предшествовавшей выработки условной связи возвещал близкое прекращение болевого воздействия. Осциллограммы под каждой фотографией представляют собой одновременные записи ЭЭГ. Эти записи показывают, что и электрические реакции мозга на болевой раздражитель после выработки условного рефлекса устраняются слышимым тоном почти так же эффективно, как если бы раздражение током действительно прекращалось.

Конечно, всем нам знакомы факты, говорящие о существовании в нервной системе какого-то устройства, которое может при известных обстоятельствах «выключать» чувство боли. Большинство из нас по собственному опыту знает, что во время сильного возбуждения или иного эмоционально окрашенного эпизода можно получить физическую травму и не заметить этого до тех пор, пока возбуждение не спадет. Это часто бывает при ранении в бою или в автомобильной катастрофе. Тем не менее описанные опыты поистине поразительны: ведь в них демонстрируются методы, позволяющие преднамеренно, в спокойной лабораторной обстановке, устранять у животного чувство боли или даже вызывать реакцию удовольствия при воздействии, которое в обычных условиях было бы весьма болезненным. Эти условнорефлекторные методы, по-видимому, дают возможность «овладеть» такими реакциями нервной системы, которые обычно считаются автоматическими и совершенно недоступными для внешнего контроля, и «переплавить» их в нечто совсем отличное от того, чем они были раньше.

Крайне интересные примеры выработки условных связей между простыми раздражителями и реакциями организма, в обычных условиях недоступными для сознательного контроля, дают эксперименты на человеке. В работе Хьюджинса условным раздражителем был звонок. После звонка в глаза испытуемого направляли яркий свет, что вело к естественному сужению зрачков в результате рефлекса, рассмотренного в гл. 4. После многих сеансов «тренировки» один только звонок вызывал сужение зрачков. Этот эксперимент был повторен в более утонченной форме. На сеансах выработки рефлекса одновременно со звонком Хьюджинс резко произносил слово «contract!» («сужай!»). Через некоторое время уже можно было обходиться и без света, и без звонка: звучащее слово само приобрело способность вызывать непроизвольное и значительное сужение зрачков у испытуемых.

Оказался возможным еще один шаг вперед: испытуемых удалось научить действовать самостоятельно. Вскоре они могли вызывать сужение своих зрачков без помощи звонка, света и Хьюджинса — просто произнося, вслух или мысленно, слово «contract».

Эксперименты Хьюджинса — не единственные в своем роде. Р. Мензис применил сходный метод для выработки у людей способности изменять температуру своего тела, произнося надлежащее «кодовое» слово. Неврологам известно, что при быстром охлаждении кисти одной руки другая тоже несколько охлаждается в результате двустороннего рефлекторного действия. Мензис использовал погружение правой руки в ледяную воду в качестве безусловного стимула, который через посредство нормальных физиологических связей вызывал падение температуры в левой руке. В конце концов снижение температуры левой руки, первоначально бывшее рефлексом на ледяную воду, могло происходить по воле субъекта.

Возможное значение таких экспериментов для объяснения способности управлять телесными функциями, демонстрируемой некоторыми адептами йоги и других оккультных учений, очевидно. Может быть, они имеют отношение и к гипнотизму. Действительно, Эндрью Солтер (27] приводит убедительные доводы в пользу того, что большинство явлений гипноза можно объяснить на основе классического обусловливания. Очевидно, многие обычно непроизвольные физиологические функции можно связать с произвольными действиями и с нейронной активностью, вызываемой словами, просто подвергая субъекта тренировке по существу такого же типа, как и при выработке условного слюноотделения у собак в первоначальных опытах Павлова.

Опыты с людьми в известном смысле более ярко демонстрируют автоматическую, «механическую» природу обучения при выработке условных рефлексов, чем данные об обучении у весьма примитивных представителей животного мира, которые мы рассмотрим в следующем разделе. Ведь испытуемые, участвовавшие в экспериментах Хьюджинса и других исследователей, никогда не осознавали, какими процессами они управляют, чтобы достичь нужного результата. Очевидно, это всегда оставалось для них загадкой. Когда Хьюджинс спрашивал испытуемых: «Что вы делали, когда я говорил «contract»? — обычным ответом было: «Я ничего не делал». Условный рефлекс, будучи выработан, уже не требует никакого сознательного усилия. Он происходит сам собой.

Хотя условные рефлексы, если они не используются, могут «забываться», в других отношениях они внешне почти ничем не отличаются от врожденных, раз навсегда запрограммированных рефлексов животного. Убедившись в этом, ранние исследователи попытались выяснить, нельзя ли хорошо закрепленный условный рефлекс в свою очередь использовать вместо природного, или «безусловного», рефлекса в типичной процедуре классического обусловливания. Оказалось, что это действительно возможно. Например, после того как у собак Павлова было выработано быстрое и обильное выделение слюны в ответ на удары метронома, животных можно было научить связывать какой-либо зрительный символ, скажем, большой черный квадрат, с неизбежностью появления слышимого сигнала; в результате после тренировки показ одного только черного квадрата вызывал слюноотделение. Этого можно было достичь даже в том случае, если в период обучения за появлением зрительного, а затем слухового сигнала ни разу не следовало пищевое подкрепление.

Из-за феномена угасания, о котором мы скажем позже, добиться успеха в экспериментах с таким двойным условным рефлексом довольно трудно. Современный метод прямого электрического раздражения мозга позволил продемонстрировать универсальность процесса классического обусловливания в еще более точных экспериментах. Например, Р. Доти и С. Джерджиа в Мичиганском университете по существу создавали новые безусловные рефлексы, пропуская раздражающий ток через электроды, вживленные в моторную область коры у собаки или обезьяны. В зависимости от точной локализации электрода возникавшая «безусловная» реакция состояла в поднятии и выпрямлении правой задней конечности, закручивании хвоста, повороте головы или (у обезьяны) в поднятии руки. Эти двигательные реакции были, конечно, аналогами слюноотделения в павловских экспериментах, тогда как электрическое раздражение моторной зоны коры заменяло пищевой раздражитель. Ударам метронома или звонку в этих опытах соответствовала электростимуляция другого участка коры, удаленного от самой двигательной зоны.

Результаты экспериментов, проведенных в Мичиганском университете, определенны и убедительны. Через несколько недель ежедневное многократное повторение описанных сочетаний приводило к тому, что после подачи условного раздражителя ожидаемая внешняя реакция начиналась у животного раньше, чем пропускали ток через электрод, вживленный в моторную кору. Важная особенность этих экспериментов, особо отмеченная Доти и Джерджиа, состояла в отсутствии мотивационных факторов, которые помогали бы выработке условной реакции. Хотя животные, видимо, испытывали при действии условного раздражителя какого-то рода ощущение, различные тесты указывали на то, что оно носило нейтральный характер — не было ни особенно приятным, ни неприятным.

Работа мичиганских ученых не стоит особняком. Другие исследователи установили даже, что слышимый тон можно сделать условным стимулом для соматических реакций, вызываемых электрическим раздражением структур мозгового ствола.

Принцип, лежащий в основе всех этих работ, по-видимому, ясен: если за раздражением определенной группы сенсорных нейронов головного мозга следует определенная активность нейронов, управляющих мышцами или железами (чем бы она ни вызывалась), то повторение этой последовательности в конце концов ведет к образованию межнейронных связей, благодаря которым один только сенсорный раздражитель может вызывать мышечную или секреторную реакцию. По-видимому, это автоматический процесс, происходящий без участия сознания или высшей умственной деятельности. Хотя еще нельзя утверждать, что все возможные для организма двигательные акты можно связать таким способом с раздражителем, не имевшим к ним никакого отношения, достоверно установлено, что это возможно для значительной части мышечных и секреторных реакций, обычно не находящихся под контролем воли. В дальнейшем мы будем называть этот принцип нервной деятельности принципом автоматического соединения.

Обучение путем оперантного обусловливания

[5] Термин «обусловливание» («conditioning»), сохраненный в переводе, используется для описания процессов образования, закрепления и функционирования условных связей. Оперантным обусловливанием в книге обозначаются инструментальные двигательные условные рефлексы (двигательные условные рефлексы типа по Ю. М. Конорскому), осуществление которых приводит к полезному для организма эффекту. — Прим. ред.