Geum.ru

Брюс фогл «О чём думает собака»

Вид материалаРеферат
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7
Глава 2
МОЗГ

Мозг — это величайший синтезатор. Для должного функционирования мозга требуется огромное количество топлива. Хотя вес мозга средней собаки составляет меньше половины процента веса ее тела, он забирает свыше 20% крови, которую прокачивает сердце. Мозг собаки — ее самый активный орган, потребляющий больше всего крови.

Высокая активность объясняется тем, что мозг отвечает за интерпретацию и переработку всей информации — сигналов, которые посылают органы чувств и гормоны тела. Ответ собаки на эти сигналы в значительной степени предопределен «устоявшимися связями», обусловленными ее генетическим набором, но это не значит, что он может отвечать только строго последовательно или же механически. Реакции мозга собаки в целом не имеют строгой четкости рефлексов, как думают некоторые ученые-этологи. Когда с дерева на моих собак упало яблоко, одна испугалась и убежала, а другая взяла его в зубы и принесла мне. Обе получили один и тот же сигнал, но действовали по-разному. Их мозг обработал полученную информацию, а реакции основывались на генетической базе, а также на прошлом опыте. Количественно и качественно они различались.

Есть два способа хранения информации в мозге. Мозг хранит информацию, касающуюся отношения одного события к другому. Всякий раз, когда собаки Павлова получали пищу, они слышали звон колокольчика, поэтому вскоре начали выделять слюну просто при звоне колокольчика. Они сумели связать «условие» — звон колокольчика и еду и отреагиро¬вать слюноотделением. Это называется «классический условный рефлекс», или «реакция на определенный стимул».

Другой способ хранения мозгом информации — это так называемое «предвидение результата действия». Моя собака принесла упавшее яблоко — это результат того, что она обучена приносить различные предметы. Аналогично тому, как крысы в ящике Скиннера усвоили, что, если нажать на педаль, появится пища, моя собака поняла, что, если она принесет мне что-то, я похвалю и поглажу ее. Я буду обсуждать различные методы обучения в главе 7.

Оба эти типа реакций зависят от генетического потенциала собаки как вида и индивидуальных особенностей хранения информации собаки в ее мозге. Другими словами, реакции собаки зависят от реальной схемы соединений в ее мозге. Эта область знаний настолько сложна, что в действительности мы имеем очень слабое представление о работе мозга собаки.
Собака ведет себя гибко, ее поведение поддается нашему влиянию и в конечном итоге сохраняется на клеточном уровне в ее мозге. То или иное поведение, например, когда собака убегает от упавшего яблока или приносит его к задней двери, включает в работу сеть клеток мозга, каждая из которых соединена с остальными и действует на основе информации, полученной от органов чувств. Клетки мозга называются нейронами, они состоят из тела и отростков, осуществляющих контакт с другими нейронами. Зона контактов нейронов называется синапсом. Типичный нейрон имеет несколько тысяч синапсов.
Некоторые нейроны имеют свыше 10000 синаптических контактов. Это означает, что одна нервная клетка может послать различные сообщения тысячам или десяткам тысяч различных клеток одновременно. Величина потенциала мозга даже больше, чем мы можем себе вообразить, если учитывать, что в мозгу собаки содержатся буквально миллиарды клеток. (В мозге человека примерно 15 миллиардов клеток.) Посмотрите, что может делать простая пчела. Она выполняет в улье свои особые обязанности, оценивает угол наклона солнца с точностью до трех градусов, узнает время с точностью до получаса, оценивает вес пыльцы, которую переносит, прокладывает курс по наземным ориентирам, оценивает «танец» других пчел и по нему определяет, насколько далеко пища, узнает и прогоняет чужаков. И все это с мозгом объемом меньше трех четвертых кубического сантиметра. Если пчела может проделывать такое, то представьте сложность нейронных связей в мозге собаки.

Когда я учился в университете, считали, что есть только два соединения, действующих на нервные окончания и влияющих на передачу сигналов: ацетилхолин и норадреналин. Сейчас уже осознали, что их, по крайней мере, тридцать и что нервная клетка действительно может производить множество различных веществ — нейромедиаторов или, как их еще называют, трансмиттеров. Эти вещества разделяют на возбуждающие и тормозящие. Они возбуждают или тормозят работу других нервных клеток. Возможно, наиболее интересны эндорфины, собственные обезболивающие вещества, которые производятся в мозге и регулируют ощущение боли. (У кошек эндорфинная система более мощная, вот почему они лучше справляются с физическими страданиями.)
Скорость передачи информации от клетки к клетке в мозге и во всей нервной системе собаки зависит от того, накоплено ли клетками жирообразное вещество — миелин — для своей защиты. В этом одно из заметных различий между мозгом собаки и человека. Наш мозг сразу после рождения еще незрелый и продолжает расти несколько лет. К шести годам, например, площадь поверхности человеческого мозга увеличивается в шесть раз, а передние доли (я еще вкратце расскажу про части мозга) продолжают расти до десяти лет. Выработка миелина в человеческом мозгу продолжается до конца третьего года жизни, и фактически до восемнадцати лет важнейшие области коры головного мозга, ассоциативные области, до конца не насыщены миелином.

Миелинизация и созревание мозга собаки проходит намного быстрее. Как и у нас, мозг собаки сразу после рождения не миелизирован. Нервные волокна, не насыщенные миелином, передают импульсы со скоростью два метра в секунду, вот почему щенки так медленно реагируют почти на любой тип раздражения. Щенки, несомненно, менее чувствительны, именно поэтому у собак некоторых пород хвосты обычно купируют, когда щенкам нет еще и трех дней. Однако неправильно было бы сказать, что они при проведении этой косметической процедуры не чувствуют боли. Так может показаться, но это из-за задержки их реакции, так как нервы щенков еще не миелинизированы. Хорошо миелинизированные нервные волокна передают импульсы со скоростью 120 метров в секунду, в шестьдесят раз быстрее, в этом причина того, почему хвосты нельзя столь легко купировать позже.

При рождении мозг собаки развит достаточно для того, чтобы контролировать сердцебиение, дыхание, поддержание равновесия, и, вероятно, может в значительной степени сам себя восстанавливать. Проведем аналогию. Если часть мозга, отвечающая за прием зрительных ощущений, зрительный центр коры, удалить у взрослого кота, как это уже было сделано экспериментально, кот ослепнет. Но если ту же область удалить у новорожденного котенка, он, по мере взросления, начнет видеть. Это, по-видимому, относится и к мозгу новорожденных щенков, который способен изумительно реорганизовать себя даже после серьезных ранних повреждений. Причина в том, что непосредственно перед рождением в мозге значительно больше клеток, чем после рождения, и эти клетки имеют более широкие связи. Генетическая программа, отвечающая за развитие мозга, перестраховывается, создавая дополнительные клетки и связи. Эта генетическая программа заставляет мозг образовывать сложные структуры клеток, которые в конечном итоге складываются в прекрасно функционирующий синтезатор получаемой информации. Отмирание клеток, как представляется, играет значительную роль в развитии мозга, но результаты неприятного эксперимента с котом также показывают, что получаемый опыт влияет на развитие мозга, к чему я еще вернусь.
Новорожденный щенок не способен к терморегуляции, но его лицевой нерв уже сформирован, и щенок использует голову как зонд, избегая холодных твердых поверхностей, предпочитая теплые и мягкие. Однако он уже чувствует запах. Если на один из сосков матери нанести анисовое масло и дать ему пососать, то позднее он, когда голоден или замерз, будет припадать к намоченному в анисовом масле ватному тампону.

В возрасте двух — трех недель мозг щенка развивается настолько, что контролирует температуру и обмен веществ тела. Он уже способен к дефекации и мочеиспусканию без помощи матери, которая стимулирует эти действия, вылизывая щенка. К четырем неделям щенок понимает, к какому месту его тела прикоснулись. К пяти неделям он обретает способность бодрствовать по своему желанию. Это значит, информационная сеть, система нервных клеток в задней части головного мозга, которая, среди прочих функций, отвечает за сон, уже сформировалась.
Сон — это хороший пример того, как нейромедиаторы могут влиять на поведение. В мозге есть центр сна (нервные клетки, в которых выделяются тормозящие нервную деятельность соединения) и центр бодрствования. В 1957 году У. Демент открыл, что на самом деле в мозге два центра сна, один отвечает за глубокий сон, а другой — за поверхностный. Центр глубокого, так называемого «быстрого», сна появляется в задней части мозга уже с самого рождения, а центр поверхностного («медленного») сна в переднем мозге собаки не развит до четырех-пятинедельного возраста. Демент назвал глубокий сон «активным» и совершенно правильно связал его с быстрым движением глаз во время сна, внешним проявлением сновидений. Когда у спящей собаки двигаются веки, когда она перебирает лапами, или дергает носом, или гавкает, она видит сны, находится в состоянии «активного» сна.
В дополнение к двум центрам сна есть центр бодрствования, который также находится под контролем химических соединений. Если этот центр временами дает сбой, собака впадает в глубокий сон. Он может длиться лишь секунды, но это настоящий сон. Такое состояние называется нарко¬лепсия и, как известно, случается только у четырех пород: добермана, пуделя, таксы и лабрадора-ретривера. Нарколепсия — это классический пример того, как гены контролируют химическое функционирование мозга и как химические реакции в конечном итоге отвечают за поведение собаки.

Большинство изменений мозга можно наблюдать с помощью электроэнцефалографа — прибора, измеряющего изменения (осцилляции) электрического потенциала мозга. Мы знаем, например, что на протяжении первых недель жизни активность коры головного мозга щенка мала, так как электрических колебаний почти нет. К третьей неделе жизни, однако, на электроэнцефалограмме появляются средние по величине потенциалы с низкой частотой осцилляции, а к пятой неделе электроэнцефалограмма резко становится похожей на ту, которая снималась у взрослой собаки. Также и анатомически мозг пятинедельного щенка обладает многими чертами взрослого мозга. К двадцати двум — тридцати неделям жизни электроэнцефалограмма щенка такая же, как у взрослой собаки.
Рост мозга собаки, древовидное разветвление нервных клеток головного мозга, которое образует миллиарды синаптических контактов, и миелинизация нервных волокон проходит за полгода. У человека это занимает 18 лет.
Ученые на протяжении многих лет пытаются разработать методику сравнения интеллектуальных способностей различных видов животных. Харри Джерисон, авторитетный американский ученый в области эволюции мозга, в своей математической модели сравнения интеллектов использовал темпы взросления мозга и разработал мозговой коэффициент EQ (encephalization quotient) для сравнения мозга различных животных. Согласно расчетам Джерисона, плотоядные имеют больший EQ по сравнению с травоядными. Его математическая формула ясная и четкая, в ней он пытается принять во внимание тот факт, что чем больше тело, тем больше должен быть мозг, чтобы контролировать его, но EQ все же упускает то, что разные виды имеют различную продолжительность жизни, и, следовательно, у них различные темпы взросления головного мозга. Другие ученые пытались сравнить мозговую функцию нескольких видов животных, рассматривая и сравнивая прохождение ими лабиринта. Рон Килгур со станции по исследованию животных Руакара в Новой Зеландии заметил, что только дети проходили лабиринт лучше, чем собаки, а виды животных расположились в таком порядке:

собаки; коровы; козы; овцы; кошки;

крысы — линия Уистар; хорьки; куры; голуби;

морские свинки; мыши; опоссумы.

Мы уже видели, что можно селективно вывести крыс, «умных» по части лабиринтов. Если бы Килгур использовал такую породу крыс, они, вероятно, совершили бы меньше ошибок, чем собаки. Сравнительное прохождение лабиринта — это бесполезный тест для сравнения мозговой функции различных видов животных.

Анатомия мозга собаки сходна с анатомией большинства других млекопитающих. Общепринято, что мозг контролирует обучение, эмоции и поведение, он также контролирует мускулатуру, а продолговатый мозг связан с вегетативной нервной системой.
В действительности все намного сложнее. Кора головного мозга важна для распознавания сигналов от органов чувств, а они, как мы увидим в следующей главе, имеют первостепенную значимость в функционировании мозга собаки. При обучении животного кора головного мозга не так важна, как можно подумать. Другая структура, называемая лимбической корой, вероятно, та самая область, которая контролирует общие функции памяти, причем гиппокампальная система, вероятно, является его самой важной частью. Собака осознает свои собственные отношения с окружающим миром посредством правильного функционирования лимбической коры. При нашем воздействии на поведение собаки правильное функционирование этой области мозга становится значимым, так как попадает под наше влияние. Собакой двигают различные побуждения к освоению того, чего хотим мы, а конфликт между тем, что она «инстинктивно» хочет делать, и тем, чего мы хотим от собаки, откладывается в лимбической коре ее мозга. Если мы сможем пересилить эту систему либо с помощью увеличения вознаграждения, которое она получает за послушание, либо наказанием за ее «нормальное» поведение, мы будем контролировать ее действия.
Что нам необходимо помнить относительно различных частей мозга, так это тот факт, что, в сущности, ни одна функция не принадлежит отдельной части мозга. Мозг собаки — это сложная система, его функционирование подчиняется общей схеме: чем сложнее мозг, тем сложнее и разнообразнее будут поведенческие реакции. Когда внешнее событие записывается одним из органов чувств, когда мои собаки видят, что яблоко упало на землю, или слышат звук падения, эта информация проходит одновременно через глаза и уши к коре головного мозга, к лимбической коре и к ретикулярной формации.
Так как падение яблока для обеих моих собак было значительным событием (иная собака, возможно, не заметила бы или же не обратила на это внимание), их ретикулярные формации сохранили уровень тонуса мозга, в то время как лимбическая система решала, как это событие может подействовать на собак. Лимбическая система моей младшей собаки зарегистрировала удивление, испуг и, возможно, даже боль, что в конечном итоге выразилось в том, что она в страхе отбежала к двери кухни. Лимбическая система моей старшей собаки зарегистрировала любопытство и выдала решение поднять яблоко и принести его мне. Что она и сделала.

Лимбическая кора мозга собаки и в особенности гиппокампус, названный так потому, что эта похожая на виток веревки структура в нашем мозгу напоминает морского конька (hippocampus — морской конек. — Прим. пер.), отвечает за работу собачьего интеллекта. Когда собака сталкивается с необычной ситуацией, на выходе системы оценки можно ожидать любой разброс решений, а то, что реально происходит, регистрируется в лимбической коре. Это происходит благодаря их связи с центрами обучения коры головного мозга, а также благодаря связям с гипоталамусом, частью мозга, которая, в свою очередь, управляет гормональной системой тела. Если вознаграждение, которое мы предлагаем, меньше того, что собака привыкла получать, именно посредством лимбической системы собака «решает» не выполнять команду. Интересно, что вирус бешенства может изменить поведение собаки двумя различными способами. В этом случае она бывает или злой или, с такой же вероятностью, страдает «тупостью». При посмертном вскрытии на бешенство указывает присутствие в мозге образований, называемых тельцами Бабеша-Негри. Тельца Бабеша-Негри концентрируются в лимбической коре, и в первую очередь их ищут в гиппокампусе мозга собаки.

Одним из замечательных аспектов разума собаки является то, что при обучении достигается больший прогресс, если есть эмоциональное прояв¬ление ИНТЕРЕСА, то есть проявляется эмоция, связанная с работой гиппокампуса. Гиппокампус — это, вероятно, сосредоточие инстинктов, но он так же отвечает за память, хотя и не долгосрочную. Старые воспоминания хранятся в коре головного мозга.

Часть коры головного мозга, наиболее интересная с точки зрения поведения, — это неокортекс, или новая кора головного мозга, а более конкретно — часть неокортекса, называемая ассоциативной областью. Именно эта область мозга отвечает за получение информации, приходящей от лимбической системы, определяя относительную важность информации, сравнивая эту информацию с прошлым опытом, выбирая подходящую реакцию на эту информацию и предсказывая ее последствия. Она делает это, посылая химические сообщения по синапсам со скоростью 120 метров в секунду через громадную сеть из миллиардов клеток без начала и конца.

Ассоциативная область коры головного мозга собаки работает в точности так же, как и у нас. Единственное отличие состоит в больших размерах и степени совершенства коры нашего мозга. Обучение через условные рефлексы происходит в ассоциативной области коры мозга. Именно эта часть заставляет собак выделять слюну, когда они слышат звон колокольчика.

Теменные и затылочные доли коры головного мозга — именно те области, которые вовлечены в осознание того, что происходит, а височные доли связаны с обучением и памятью. Это кладовая прошлого опыта.
Когда собака дрожит от волнения, входя в мою ветеринарную клинику, она делает это, потому что височные доли коры ее мозга поднимают некоторую предыдущую информацию обо мне и моей клинике. Но, когда эскимосская лайка дрожит и роет снег, чтобы построить себе ледяной домик, именно лимбическая система мозга собаки и связи этой системы с гипоталамусом контролируют ее поведение.
Лобные доли также связаны с гиппокампусом, а через него с гипоталамусом и далее с эндокринной системой тела. Вот почему собаки, когда их приводят в клинику и они видят меня, часто пытаются либо кинуться на меня, либо убежать. Возможно, они даже помочатся от страха, что является верным признаком активации гормональной системы. Я буду обсуждать обратную гормональную связь моих пугливых пациентов и замерзшей лайки в четвертой главе.

Из работ канадского хирурга Уайлдера Пенфилда, проведенных в начале XX века, мы знаем, что височные доли коры головного мозга — это то место, где располагается память. Пенфилд стимулировал височные доли пациентов, давших на то согласие, и они вспоминали звучание или образы некоторых событий в прошлом. Позднее нейрофизиолог Оливер Сакс в книге «Человек, перепутавший свою жену со шляпой» рассказывал случай, когда одна из его пациенток, пожилая женщина из простой семьи в Нью-Йорке, неожиданно начала слышать ирландский народный напев. Для нее это звучало так, как будто кто-то забыл выключить радио, и оно играло четыре одинаковые мелодии снова и снова. Сакс объяснил, что на самом деле эта женщина ирландского происхождения, которая эмигрировала в Америку, когда ей не было и пяти лет, перенесла инсульт. Он «выпустил наружу» из хранилища памяти в коре мозга эти старые песни. Это показывает, что ВСЕ значительные события прошлого, вероятно, хранятся в центрах памяти мозга, и именно поэтому собаки так хорошо узнают людей или других собак после многих лет разлуки.

Связь височных долей с гиппокампусом и гипоталамусом также может объяснить зависимость памяти от эмоционального ИНТЕРЕСА. Любой хороший дрессировщик собак знает, что при обучении собаку необходимо заинтересовать, иначе все упражнения будут бесполезны.

Самое большое различие между мозгом человека и собаки состоит в размерах лобных долей коры головного мозга. Это области, вовлеченные в интеллектуальную деятельность человека. Я использую свои лобные доли для того, чтобы попытаться объяснить функции мозга как можно проще. Этого ни одна из моих собак никогда не сможет сделать, сколь бы хорошо она не была выдрессирована, просто потому что у нее недостаточно большие лобные доли. Но у собак все же есть лобные доли, которые отвечают за бдительность, ум и характер отдельно взятой особи. Повреждение этой части мозга собаки приводят к тупости, пассивности или же иногда к злобности и гиперактивности. Любопытно, что удаление лобных долей мозга приводит к увеличению толерантности (терпимого отношения) собаки к проблемам и конфликтам, но у нее также снижается способность справляться с проблемами окружающего мира. Одно время лоботомия (разделение) лобных долей коры головного мозга действительно рассматривалась как средство преодоления проблем поведения у собак. Эта процедура не имеет ни этического, ни морального, ни медицинского оправдания. Равно как и прочие насильственные процедуры, которые все еще используются некоторыми исследователями при исследовании моз¬говых центров обучения. Вырезание или выжигание части мозга животного — примитивно, неэтично, научно не оправдано. Дело в том, что мозг слишком сложен, для того чтобы изучать его таким образом. В нем слишком много цепей и путей передачи сигналов. Помните, почти каждая часть сети нервных клеток мозга взаимодействует с остальными.

Короче говоря, мозг — это бесконечно сложная система обработки данных, не существует простых ответов на научные или философские вопросы в отношении его функций. Если мы собираемся изучить что-либо, касающееся разума собаки, изучая ее мозг, то перед нами именно эта проблема. Если молодая собака «гиперстимулирована», если постоянно слышала громкие звуки и видела вспышки света, если с раннего возраста балансировала нa наклонной площадке каждый день на протяжении нескольких минут, во взрослом состоянии у нее будет большой мозг, в котором больше клеток, а сами клетки крупнее и сложнее связаны друг с другом. И дело даже не в генетике, инстинктах и моделях поведения. Если стимуляция собаки была ограничена, ее мозг будет меньше, Мы можем повлиять на развитие мозга собаки, на ее интеллект таким образом, чтобы она, будучи еще щенком, лучше адаптировалась к окружающей среде. Наконец, нечистокровные собаки имеют больший мозг по отношению к телу по сравнению с чистокровными грейхаундами. Это может быть потому, что беспородные собаки в раннем возрасте получают более широкий спектр сенсорных ощущений, или же это проявление генетики — гибридная мощность? Ответа на этот вопрос до сих пор нет.


Глава 3