Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Когнетивные функции животных

Российский государственный университет

нефти и газа им. Губкина

Факультет Геологии и геофизики нефти и газа

магистерская подготовка

Реферат по истории и философии науки

на тему: «Когнетивные функции животных»

Выполнил магистрант группы ГНМ-11-04

Косинов Р.С.

Москва, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………….3
Основная часть. Когнетивная этология как наука………………..4
Исторические начала……………………………………………….6
Проявление когнетивной деятельности животных………………10

Латентное обучение…………………………………………11

Пространственное обучение………………………………..12
Заучивание последовательности стимулов………………..18
Обучение «выбор по образцу»……………………………..20

Заключение…………………………………………………………22

Список использованной литературы……………………………..23

ВВЕДЕНИЕ

Термин «когнитивные», или «познавательные» процессы употребляется для обозначения тех видов поведения животных и человека, в основе которых лежит не условнорефлекторный ответ на воздействие внешних стимулов, формирование внутренних (мысленных) представлений (знаний - «cognition») о событиях и связях между ними.

Изучение мышления составляет одну из актуальных проблем современных наук о поведении животных, поскольку только оно служит источником данных для реконструкции процесса возникновения и развития этой когнитивной функции на ранних этапах антропогенеза.

В своей работе я хочу отразить основные методы изучения в лабораторных условиях различных когнитивных процессов животных, методов изучения способностей животных к обучению и общих характеристик и аспектов формирования этих процессов.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

КОГНЕТИВНАЯ ЭТОЛОГИЯ КАК НАУКА

Когнити́вная этоло́гия (лат. Cognitio — знание) занимается изучением интеллекта животных. Под интеллектом понимают — способность к осуществлению процесса познания и к решению проблем, в частности при овладении новым кругом жизненных задач.

«Когнитивный» означает «процесс познания». К когнитивным процессам относится восприятие, запоминание, переработка информации, принятие решений.

Современные представления о высших психических функциях животных основаны на разноплановом комплексе знаний, почерпнутых как из экспериментов учёных разных направлений, так и из наблюдений за поведением в природной среде обитания.

Когнитивная этология является относительно новой междисциплинарной наукой, вокруг которой ещё недавно существовали критические мнения относительно научного статуса

Наблюдения этологов внесли существенный вклад в современные представления о проявлениях сознания в поведении животных. Благодаря систематическим исследованиям поведения животных разных видов в естественной среде обитания накапливались данные о том, что разум действительно играет реальную роль в обеспечении адаптивности поведения.

Благодаря работам этологов были собраны убедительные свидетельства того, что акты мышления проявляются у обезьян не только в обстановке эксперимента, но действительно, играют реальную роль в их естественном поведении в природе и обеспечивают успех в нестандартных ситуациях, для которых, согласно определению А.Р. Лурия, "нет готового решения". Эти данные особенно актуальны, поскольку до сих пор бытует представление о том, что сложные формы когнитивной деятельности высших животных — порождение условий неволи, которые якобы стимулируют их развитие.

Регулярные наблюдения за поведением животных в привычной для них среде обитания привели к представлению о том, что для некоторых животных, в частности для антропоидов, характерно "рассудочное поведение, т.е. умение планировать, предвидеть, выделять промежуточные цели и искать пути их достижения, вычленять существенные моменты данной проблемы"

Одна из самых интересных нерешенных проблем когнитивной этологии связана с исследованием взаимодействия «встроенных»,

наследственно обусловленных, стереотипов поведения с навыками,

основанными на индивидуальном и социальном опыте, и со способностями применять результаты этого взаимодействия в новых ситуациях. Животные разных видов демонстрируют способности к чрезвычайно сложным формам когнитивной деятельности, но в пределах весьма узких доменов. Когнитивное поведение формируется на основе набора возможностей, к которым относятся видоспецифическая фильтрация стимулов, врожденные склонности к образованию одних ассоциативных связей и запрет на образование других, набор генетически обусловленных стереотипов, ранний опыт. Видотипические ограничения формируют специализированное развитие когнитивных способностей у животных.

Этот вопрос этологии очень интересен на мой взгляд, ведь изучение интелекта животных поможет нам действительно понять как именно произошел человек. Было ли развитие человекообразных обезьян постепенным или же случилась некая мутация, которая за короткое время привела к возникновению вида Homo Sapiens? Этот вопрос до сих пор порождает споры. Одно мы знаем точно, что животные способны мыслить. Например, мы видим разумное поведение дельфинов, которые могут общаться между собой. Есть умные собаки-поводыри и др. Как же они это делают изучатеся на многих экспериментах и доказывается уже давно.

ИСТОРИЧЕСКИЕ НАЧАЛА

Заинтересованность интелектом животных была у людей еще с давних времен, но, как правило, люди не придавали этому научный характер.

И лишь в 19 веке появились первые научные рассуждения по этому поводу.

Немецкий ученый Герман Реймарус допускал наличие у животных действий, которые можно сопоставить с разумным поведением человека. Реймарус, так же как и его современники и предшественники включал в эту категорию, прежде всего способность к подражанию и обучению.

О наличии у животных интеллекта и эмоций впервые высказался Ч. Дарвин, считавший, что, наряду с инстинктами и ассоциациями, они обладают и «способностью к рассуждению». Дарвин полагал, что зачатки разума («способность к рассуждению» — анг. reasoning) так же присущи многим животным, как инстинкты и способность к формированию ассоциаций (то есть к обучению).

В 1872 году Ч. Дарвин опубликовал книгу «Выражение эмоций у человека и животных», которая явилась поворотным пунктом в понимании связи биологических и психологических явлений, в частности, организма и эмоций. В ней было доказано, что эволюционный принцип применим не только к биофизическому, но и психолого-поведенческому развитию живого, что между поведением животного и человека непроходимой пропасти не существует

Об эволюционном процессе высказывался также друг и единомышленник Дарвина, Джон Роменc (1848—1894). Наибольшую известность получила его книга «Ум животных» (1888), где он выступил как натуралист, стремившийся доказать единство и непрерывность развития психики на всех уровнях эволюционного процесса.

А. Н. Северцов по вопросу эволюции поведения и рассудочной деятельности животных в своей книге «Эволюция и психика» (1922) полагал, что у животных помимо инстинктов и простых условных рефлексов существует тип поведения, который может быть охарактеризован как разумный. Северцов также считал, что данный тип поведения прогрессивно развивается в эволюционном ряду и является важнейшим фактором эволюционного процесса.

Эти некогда революционные предположения об эволюционном процессе подтверждены многочисленными исследованиями лишь совсем недавно, за последние 15—20 лет.

Стоит заметить, ещё до недавнего времени мышление животных практически не было предметом отдельного рассмотрения в пособиях по поведению животных, высшей нервной деятельности, а также зоопсихологии. Если же авторы затрагивали эту проблему, то старались убедить читателей в слабом развитии их рассудочной деятельности и наличии резкой (непроходимой) грани между психикой человека и животных. К. Э. Фабри, в частности, в 1976 году писал:

«Интеллектуальные способности обезьян, включая антропоидов, ограничены тем, что вся их психическая деятельность имеет биологическую обусловленность, поэтому они неспособны к установлению мысленной связи между одними лишь представлениями и их комбинированием в образы».

Э. Л. Торндайк исследовал множество видов животных. Он пришёл к следующему заключению:

Формально краб, рыба, черепаха, собака, кошка, обезьяна и младенец обладают очень сходным интеллектом и характером, которые представляют собой систему связей, изменяющуюся согласно законам упражнения и эффекта.

Марк Хойзер в книге «Дикий разум» занимает позицию «здорового скептицизма» по отношению к многочисленным доказательствам эмоциональных и интеллектуальных способностей животных. Рассматривая проблему с эволюционной точки зрения, он доказывает, что мозг любого животного неизбежно сталкивается с аналогичными проблемами, а стало быть, каждый вид имеет свой собственный «набор ментальных инструментов» для переработки информации об объектах, числах и пространстве. В зависимости от этого и различаются виды. Случай же homo sapiens — пример беспрецедентного усложнения мышления. Таким образом, заключает Хойзер,

Мы живем на планете вместе с другими разумными существами… И хотя человеческий разум оставил на планете свой характерный след, мы не одни участвуем в этом процессе.

Олег Кришталь, академик Национальной академии наук Украины (НАНУ), президент Национального общества нейронаук замечает:

И мы, и животные мыслим и испытываем эмоции. Долгое время животным отказывали в праве на сознание, считая их, по сути, «живыми роботами», действующими по принципу «акция – реакция», в «лучшем случае» способными вырабатывать рефлексы. Сейчас эта «ересь бихевиоризма» преодолена.

Руководитель лаборатории физиологии и генетики поведения биологического факультета МГУ доктор биологических наук Зоя Александровна Зорина:

Уникальные способности человека, его мышления действительно имеют биологические предпосылки. И между психикой человека и психикой животных нет той непр

оходимой пропасти, которую долгое время как-то по умолчанию приписывали и подразумевали. Причем еще в середине XIX века Дарвин об этом говорил, что разница между психикой человека и животных, как бы она ни была велика, это разница в степени, а не в качестве.

В своей работе «Сломать клетку: о правах животных» профессор Гарвардского университета Стивен Вайз отмечает:

Ни один другой живой вид на Земле не достиг той ступени развития, на которой находится homo sapiens, животные не умеют писать музыку, решать геометрические задачи и строить космические ракеты, но не только люди умеют мыслить, любить, тосковать, обижаться, одним словом, чувствовать и переживать. Не только люди выработали коммуникативные навыки и нормы поведения, не только у людей есть мораль и эстетические чувства.

ПРОЯВЛЕНИЕ КОГНЕТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖИВОТНЫХ

Итак, понятие «когнитивная деятельность животных» включает способность к разным видам обучения и элементы довербального мышления:

латентное обучение;
обучение, основанное на представлениях о:
               - пространстве;
               -порядке стимулов;
               -времени;
              -числе.
выбор по образцу.

ЛАТЕНТНОЕ ОБУЧЕНИЕ

По определению У.Торпа, латентное обучение – это «…образование связи между индифферентными стимулами или ситуациями в отсутствие явного подкрепления.

Элементы латентного обучения присутствуют практически в любом процессе обучения, но могут быть выявлены только в специальных опытах.

В естественных условиях латентное обучение возможно благодаря исследовательской активности животного в новой ситуации. Оно обнаружено не только у позвоночных. Эту или исходную способность для ориентации на местности используют, например, многие насекомые. Особенно хорошо латентное обучение изучено у перепончатокрылых. Так, пчела или оса, прежде чем улететь от гнезда, совершает «рекогносцировочный» полет над ним, что позволяет ей фиксировать в памяти «мысленный план» данного участка местности.

Наличие такого «латентного знания» выражается в том, что животное, которому предварительно дали ознакомиться с обстановкой опыта, обучается быстрее, чем контрольное, не имевшее такой возможности.

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ОБУЧЕНИЕ. СОВРЕМЕННАЯ «ТЕОРИЯ КОГНИТИВНЫХ КАРТ»

1.Способность животных к ориентации в пространстве.

Сведения об этой форме когнитивной деятельности вкратце заключаются в следующем.

Животное может искать пути к цели разными способами. По аналогии с прокладыванием морских путей эти способы называют:

счислением пути (dead reckoning)
использованием ориентиров (landmark use)
навигацией по карте.

Животное может одновременно пользоваться всеми тремя способами в разных комбинациях, т.е. они взаимно не исключают друг друга. Вместе с тем эти способы принципиально различаются по природе той информации, на которую животное опирается при выборе того или иного поведения, а также по характеру тех внутренних «представлений», которые у него при этом формируются.

Рассмотрим способы ориентации несколько подробнее:

Счисление пути – наиболее примитивный способ ориентации в пространстве; он не связан с внешней информацией. Животное отслеживает свое перемещение , а интегральная информация о пройденном пути, по-видимому, обеспечивается соотнесением этого пути и затраченного времени. Данный способ неточен, и именно из-за этого у высокоорганизованных животных его практически нельзя наблюдать в изолированном виде.

Использование ориентиров нередко сочетается со «счислением пути». Этот тип ориентации в большей степени близок формированию связей «стимул-реакция». Особенность «работы по ориентирам» состоит в том, что животное использует их строго поочередно, «по одному». Путь, который запоминает животное, представляет собой цепь ассоциативных связей.

При ориентации по местности («навигация по карте») животное использует встречающиеся ему предметы и знаки как точки отсчета для определения дальнейшего пути, включая их в интегральную систему представлений о местности.

Начало лабораторным исследованиям пространственной ориентации животных было положено в электрофизиологическом исследовании – при анализе клеток гиппокампа (старой коры).

В 1976г. появилась статья американского ученого Дж. О`Кифа, обнаружившего «клетки места» в гиппокампе свободноподвижной крысы. Эти нейроны разряжались избирательно только при попадании животного в определенное место замкнутого пространства. Исследования О`Кифа, изложенные позднее совместно с Л.Наделом, положили начало настоящему взрыву работ. Часть из них была посвящена роли гмиппокампа в формировании «когнитивной карты» животного, а часть – разработке новых методических приемов тестирования ориентации животных в пространстве.

Для ориентации «по карте» у животного должны быть представления о расположении как близких, так и далеких объектов среды. Именно пространственные представления такого рода О`Киф и Надел назвали вслед за Толменом когнитивной картой. По их мнению, такие внутренние представления содержат аллоцентрическую пространственную информацию, (т.е. информацию, содержание которой не зависит от собственного положения в данном пространстве). Она подобна той, которую можно извлечь при пользовании географической картой. Это, однако, не означает, что такие представления в физическом смысле напоминают карту. Подобные «карты» не являются ни совокупностью некоторого числа связей типа «стимул-реакция», ни цепями УР, а представляют собой, скорее, устойчивые инвариантные ассоциации, вовлекающие ряд стимулов. Такие ассоциации, по-видимому, сходны с теми, что формируются в физиологических экспериментах между двумя условными сигналами.

Успешность использования животными внутренних пространственных карт основана на стабильности расположения объектов внешней среды. Экспериментально показано, что изменение их положения вносит ошибки в ориентацию.

Существует целый ряд подходов к исследованию формирования у животного пространственных представлений. Некоторые связаны с оценкой ориентации животных в естественных условиях. В лаборатории наиболее часто используются две методики – радиальный и водный лабиринты. Роль пространственных представлений и пространственной памяти в формировании поведения в основном исследуется на грызунах, а также некоторых видах птиц.

2. Обучение в радиальном лабиринте.

Методика изучения способности животных к обучению в радиальном лабиринте была предложена американским исследователем Д.Олтоном.

Обычно радиальный лабиринт состоит из центральной камеры и 8 (или 12) лучей, открытых или закрытых (называемых в этом случае отсеками, или коридорами). В опытах на крысах длина лучей варьирует от 100 до 140 см. Для экспериментов на мышах лучи делают короче. Перед началом опыта в конец каждого коридора помешают пищу. После процедуры приучения к обстановке опыта голодное животное сажают в центральный отсек, и оно начинает заходить в лучи в поисках пищи. При повторном заходе в тот же отсек, животное пищи больше не получает, а такой выбор классифицируется экспериментатором как ошибочный.

По ходу опыта у крыс формируется мысленное представление о пространственной структуре лабиринта. Животные помнят о том, какие отсеки они уже посетили, а ходе повторных тренировок «мысленная карта» данной среды постепенно совершенствуется. Уже после 7-10 сеансов крыса безошибочно заходит только в те отсеки, где есть подкрепление, и воздерживается от посещения тех отсеков, где она только что была.

Методом радиального лабиринта можно оценивать:

формирование пространственной памяти животных;
соотношение таких категорий пространственной памяти как рабочая и референтная.

Рабочей памятью называют обычно сохранение информации в пределах одного опыта. Референтная память хранит информацию, существенную для освоения лабиринта в целом

Пространственная рабочая память достаточно долговечна. Ее длительность определяется временем, в течении которого крыса по окончании эксперимента помнит, в какие лучи она уже заходила. В некоторых случаях это время достигало 24-х часов.

Исследуя пространственную память в радиальном лабиринте и проводя с животными длительные опыты, исследуется его долгосрочная память (которая может быть референтной или рабочей). Однако, если интересно выяснить, как реагирует животное на экстренное изменение ситуации в лабиринте и какова его немедленная реакция, - мы будем иметь дело с его краткосрочной памятью.

Работы с радиальным лабиринтом позволили выявить у животных (главным образом, крыс) наличие определенных стратегий поиска пищи.

В самой общей форме такие стратегии подразделяются на алло- и эгоцентрические:

при аллоцентрической стратегии животное при поиске пищи полагается на свое мысленно13462580
е представление о пространственной структуре данной среды;
эгоцентрическая стратегия на знании животным конкретных ориентиров и сопоставлении с ними положения своего тела.

Такое деление в большей степени условно, и животное, в особенности в процессе обучения, может параллельно использовать элементы обеих стратегий. Доказательства использования крысами аллоцентрической стратегии (мысленной карты) базируются на многочисленных контрольных экспериментах, в ходе которых либо вводятся новые, «сбивающие» с пути ориентиры (или, наоборот, подсказки), либо меняется ориентация всего лабиринта относительно ранее неподвижных координат.

3. Обучение в водном лабиринте Морриса (водный тест).

В начале 80-х годов шотландский исследователь Р.Моррис предложил для изучения способности животных к формированию пространственных представлений использовать «водный лабиринт». Метод приобрел большую популярность, и его стали называть «водным лабиринтом Морриса».

Принцип метода заключается в следующем. Животное (обычно мышь или крысу) выпускают в бассейн с водой. Из бассейна нет выхода, но имеется невидимая (вода замутнена) подводная платформа, которая может послужить убежищем: отыскав ее животное может выбраться из воды. Мышь вынимают из бассейна, а через некоторое время снова выпускают плавать, однако уже из другой точки периметра. Постепенно время, которое проходит от пуска животного до отыскания платформы, укорачивается, а путь упрощается. Это свидетельствует о формировании у него представления о пространственном расположении платформы на основе внешних по отношению к бассейну ориентиров. Подобная мысленная карта может быть более или менее точной, а определить, в какой степени животное помнит положение платформы, можно, переместив его в новое положение. В этом случае, время, которое животное проведет, плавая над старым местоположением платформы, будет показателем прочности следа памяти.

Создание специальных технических средств автоматизации эксперимента с водным лабиринтом и программного обеспечения для анализа результатов позволило использовать такие данные для точных количественных сравнений поведения животных в тесте. При этом можно оценивать:

динамику формирования пространственного навыка;
стратегии поведения животного в ходе опыта;
обнаруживать слабые отличия в поведении.

Такие возможности делают водный тест Морриса важным инструментом не только для изучения когнитивных функций, но и для решения ряда вопросов современной нейрогенетики.

Исследование роли отдельных структур мозга в формировании навыка поиска пищи в радиальном и водном лабиринтах показало, что ключевую роль в этом процессе играет гиппокамп. Фармакологические воздействия, относительно избирательно повреждающие эту структуру, нарушают поведение крыс и мышей в радиальном и водном лабиринте.

ЗАУЧИВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ СТИМУЛОВ

Интерес к этой форме когнитивной деятельности животных возник в связи обучением обезьян языкам-посредникам, при котором выяснилось, что шимпанзе могут составлять «фразы» из нескольких «слов»-жестов и понимать смысл обращенных к ним «высказываний». Г.Террес, один из авторов этих ранних работ проанализировал структуру этих фраз и высказал гипотезу, что в основе подобного поведения лежит не истинное понимание правильного порядка слов в английском предложении, а более простая и, вероятно, более универсальная для животных способность запоминать длинные ряды стимулов.

Процесс запоминания цепей стимулов путем их разделения на подгруппы называется «делением на куски». Террес подробно исследовал этот процесс на голубях и показал, что в основе такого запоминания лежит не фиксация некоей последовательности стимулов и ответов, как это предполагалось бы с позиций бихевиоризма и теории условных рефлексов (цепи УР). Эксперименты показали, что здесь происходит формирование иерархически организованных внутренних представлений о структуре такой последовательности, т.е. проявляется способность мысленно проанализировать ряд стимулов и запомнить их, разбивая такой ряд на отрезки, подобно тому, как человек запоминает номера телефонов группами по три цифры.

Исследования Терреса позволяют понять, каким образом животные обрабатывают информацию о совокупностях, или цепях воспринимаемых стимулов, чтобы выполнить в ответ серию действий.

Предполагают, что внутренняя организация таких представлений осуществляется сходным образом у животных разного уровня организации. У голубей подобное обучение протекает также, как у высших приматов, однако скорость обучения у них гораздо ниже, а последовательности, которые они в состоянии запомнить, менее сложные.

ОБУЧЕНИЕ «ВЫБОРУ ПО ОБРАЗЦУ»

«Выбор по образцу» - один из видов когнитивной деятельности, также основанный на формировании у животного внутренних представлений о среде. Однако в отличие от обучения в лабиринтах этот экспериментальный подход связан с обработкой информации не о пространственных признаках , а о соотношении между стимулами – наличии сходства или отличия между ними.

Метод «выбора по образцу» был введен в начале ХХ в. Н.Н.Ладыгиной-Котс и с тех пор широко используется в психологии и физиологии. Он состоит в том, что животному демонстрируют стимул-образец и два или несколько стимулов для сопоставления с ним, подкрепляя выбор того, который соответствует образцу. Существует несколько вариантов «выбора по образцу»:

выбор из двух стимулов – альтернативный;
выбор из нескольких стимулов – множественный;
отставленный выбор – подбор «пары» предъявляемому стимулу животное производит в отсутствие образца, ориентируясь не на реальный стимул, а на его внутренний образ, на представление о нем.

Когда животное выбирает нужный стимул, оно получает подкрепление. После упрочения реакции стимулы начинают варьировать, проверяя, насколько прочно животное усвоило правила выбора. Речь идет не о простой выработке связи между определенным стимулов и реакцией, а о процессе формирования правила выбора, основанного на представлении о соотношении образца и одного из стимулов.

Успешное решение задачи при отставленном выборе также заставляет рассматривать данный тест как способ оценки когнитивных функций мозга и использовать его для изучения свойств и механизмов памяти.

Используются в основном две разновидности этого метода:

выбор по признаку сходства (соответствия) с образцом;
выбор по признаку отличия (несоответствия)

Иногда ошибочно считают, что обучение выбору по образцу – это то же самое, что выработка дифференцировочных УР. Однако это не так: при дифференцировке происходит только образование реакции на присутствующие в момент обучения стимулы.