Глава 5. Изучение способности животных к обобщению и абстрагированию.

Данные об операциях обобщения и абстрагирования, составляющих важное свойство мышления животных. Краткое описание экспериментальных процедур, которые используются для изучения этих функций. Примеры признаков, которые могут обобщать животные (абсолютные, относительные, отвлеченные и др.). Определение доступных животным уровней обобщения и абстрагирования (допоня-тийный, «естественные» понятия (категории), довербальные понятия, символы). Конкретные примеры из классических работ Н. И. Лады-гинойКотс (1923), О. Келера (1956), С. Бойзен (Boysen, 1993), Л. А. Фирсова (1982, 1993), а также из новейших исследований. Описание процесса обобщения признаков («симметрия», «новизна», «больше», «сходство», «число» и др.) у представителей разных видов. Обсуждение современных представлений о способности животных к обобщению и о роли довербальных понятий как основы процесса символизации (см. также гл. 6).

 

 

5.1. Общие сведения.

В этой главе рассмотрены те когнитивные способности, благодаря которым мышление выступает как «обобщенное и опосредованное отражение действительности». Как уже упоминалось (см. 1.4), оно включает следующие операции: анализ и синтез, сравнение, обобщение и абстрагирование. Мы обратимся к двум последним операциям.

Обобщение и абстрагирование обеспечивают ту сторону мышления животных, которая не связана с экстренным решением новых задач, а основана на способности в процессе обучения и приобретения опыта выделять и фиксировать относительно устойчивые, инвариантные свойства предметов и их отношений.

Это обеспечивает возможность не только реагировать на конкретные признаки единичных предметов и явлений, усвоенные в процессе обучения, но и создает основу для адекватных реакций в новой ситуации, при появлении новых стимулов или событий того же класса. Операция обобщения тесно связана с функциями памяти. По мнению Л. А. Фирсова (1972; 1993), «феномен конкретного обобщения можно рассматривать как функциональные блоки систематизированной информации о предметах, явлениях, действиях, отношениях, тождестве и многом другом, хранящиеся в аппаратах памяти». Согласно его гипотезе, избирательное «использование информации таких блоков (у человека они могут быть выражены словами) является реальным основанием для формирования эвристических решений (перенос, инсайт, экстраполяция и т.д.) и дает резервную информацию для формирования оптимальных стратегий поведения».

Обобщение — мысленное выделение наиболее общих свойств, объединяющих ряд стимулов или событий; переход от единичного к общему. Благодаря операции сравнения поступающей информации с хранящейся в памяти (в данном случае с понятиями и обобщенными образами) животные могут совершать адекватные реакции в новых ситуациях.

Абстрагирование отражает другое свойство мыслительного процесса — независимость сформированного обобщения от второстепенных, несущественных признаков. И. М. Сеченов (1935) образно определял эту операцию как «удаление от чувственных корней, от конкретного образа предмета, от комплекса вызываемых им непосредственных ощущений» (курсив наш. — Авт.).

Вопрос о психофизиологических механизмах, лежащих в основе выполнения указанных операций, пока еще далек от разрешения. В качестве рабочей гипотезы можно принять постулированное Л. А. Фирсовым (1982; 1993) подразделение процессов обучения на первичные и вторичные.

Первичное обучение — процесс ассоциативный, связанный с формированием конкретных реакций на конкретные раздражители. Он предусмотрен процедурой эксперимента и контролируется с помощью подкрепления. В отличие от него вторичное обучение — процесс когнитивный, основанный на формировании мысленных представлений (образов). Он происходит одновременно с первым и обеспечивает дополнительную переработку информации, получаемой в ходе первичного обучения (см. также 3.4.2; 3.4.5).

Благодаря вторичному обучению предметы и явления мысленно группируются (объединяются) по общим для них свойствам, что и составляет сущность операции обобщения.

Способность к обобщению и абстрагированию зависит от возраста животного, его индивидуальных особенностей, а также от уровня филогенетического развития данного вида (см. 5.4).

 

 

5.2. Методические основы экспериментов по изучению операций обобщения и абстрагирования.

В главе 3 мы уже говорили о том, что основой для изучения операций обобщения и абстрагирования в экспериментах на животных служат два основных методических подхода:

♦ выработка дифференцировочных УР (см. 3.3);

♦ обучение выбору по образцу (см. 3.4.5).

Изучение этих операций основано на некоторых общих принципах (гл. 3). Например, используют такие варианты предъявления стимулов:

♦ животному предоставляют альтернативный выбор из двух стимулов: один из них подкрепляется (S+), а другой не подкрепляется (S—);

♦ при множественном выборе для сравнения с образцом (или при выработке дифференцировки) предлагается несколько стимулов, один из которых положительный, а несколько — «отрицательных», т.е. неподкрепляемых стимулов (рис. 5.1, см. также 3.3).

Предъявление раздражителей может быть:

♦ одновременным, когда оба дифференцировочных стимула или же образец и оба стимула для выбора, сразу попадают в поле зрения животного;

♦ или последовательным, когда стимулы для различения (дифференцировочные) предъявляют по очереди; в случае если проводят обучение выбору по образцу, то сначала предъявляют образец, а затем — стимулы для выбора.

 

 

 

Рис. 5.1. Схема экспериментов с птицами методом выбора по образцу. А — альтернативный выбор; Б — множественный выбор по признаку «число элементов». Стрелкой отмечен стимул, соответствующий образцу (по О. Келеру).

 

 

В разделе 3.3 были описаны также режимы обучения, применяемые в исследованиях способности животных к обобщению и абстрагированию. Согласно первому, дифференцировочный УР или реакцию выбора по образцу вырабатывают с использованием одной определенной пары (или немногих пар) стимулов.

Например, КУБ (+) делают подкрепляемым, т.е. положительным стимулом, а ШАР (—) — неподкрепляемым, т.е. отрицательным (причем оба окрашены одинаково). Когда животное достигает условного критерия правильных реакций (выбирает КУБ не менее чем в 80% случаев в 30 предъявлениях подряд), можно считать, что у него сформировался УР дифференцирования данных фигур по признаку формы. (Условный критерий обученности — это принятая в данном экспериментальном протоколе доля правильных реакций животного, после достижения которой его считают «обучившимся». Условный критерий может составлять 80 или 75% правильных ответов в тесте за определенное число предъявлений).

Сходным образом при обучении выбору по образцу на этом первом этапе также используется одна пара (или ограниченное число пар) стимулов. При этом вырабатывается частное правило выбора одного из них по сходству с данным образцом. Если образец — КУБ, то выбирать надо КУБ, а не ШАР; если образец ШАР, то выбирать надо ШАР, а не КУБ.

Второй режим называют режимом систематического варьирования второстепенных параметров стимулов. Чаще всего при изучении обобщения используют именно этот метод (Kohler, 1956; Дашевский, Детлаф, 1974; Wright et al., 1988). Он направлен не на выработку конкретных реакций на конкретные стимулы, а на выявление общего для многих стимулов признака и формирование единого (отвлеченного) правила выбора. При использовании этого режима животному с самого начала обучения предъявляют не одну пару стимулов, а целый их набор (set), и они различаются по всем второстепенным параметрам, кроме основного признака, подлежащего обобщению.

Например, при выработке упомянутой выше дифференцировки можно использовать не одни и те же КУБ и ШАР до достижения критерия, а несколько пар таких фигур, так что каждая может отличаться от предыдущей по размеру, цвету, фактуре.

Этот прием оказался особенно плодотворным при формировании у животных обобщения по относительным признакам («больше», «соответствие», «число», см. 5.5.3).

Например, чтобы добиться обобщения признака «больше», с самого начала чередуют 20 пар стимулов-карточек, на каждой из которых изображено по нескольку элементов разной формы, цвета и т.п., причем на одной их количество всегда больше, чем на другой. Чтобы животное при обучении не ориентировалось на какие-то другие признаки (кроме изучаемого), набор стимулов и порядок их применения тщательно планируются заранее (см. рис. 5.3).

Убедительные доказательства эффективности режима варьирования второстепенных признаков были получены, когда одну группу голубей обучали выбору по образцу с использованием различных комбинаций 152 стимулов (цветных картинок), а вторую — только с двумя картинками.

Для достижения принятого авторами критерия обучения (75%) птицам первой группы потребовалось более 27000 предъявлений (18 месяцев экспериментов). Они успешно выполнили тест на перенос и выбирали новые стимулы в 80% случаев. Голуби второй группы, обученные только с двумя стимулами, разумеется, не могли выбирать по сходству с образцом новые стимулы.

Несмотря на то, что голуби в данном случае продемонстрировали потенциальную способность научиться использованию единого (абстрактного) правила «выбирай похожее», авторы все же полагают, что для этого вида более характерно «использовать абсолютные признаки стимулов и формировать ассоциации между ними» (Wright et al., 1988).

В процессе многократного повторения серий обучения в любом из указанных режимов постепенно повышается доля правильных реакций животного. Обучение завершается после того, как животное достигло условного критерия обученности (будь то дифференцировочный УР или реакция выбора по образцу). Обычно это должно быть не меньше, чем 80% правильных выборов за 30 предъявлений, что обеспечивает достоверное отличие от случайного уровня (р<0,001).

После достижения критерия проводят наиболее важную часть процедуры — так называемый тест на перенос, т.е. на умение применить усвоенные правила выбора к новым стимулам. Его назначение — проверить, в какой степени у животного сформировалось обобщение подкрепляемого признака. Тест состоит в том, что вместо стимулов, использованных при первичном обучении, вводят новые, в разной степени отличающиеся от исходных. В приведенном выше примере после выработки дифференцировки КУБ (+) и ШАР (—) животным показывали фигуры тех же форм, но другого цвета или другого размера. Результаты теста позволяют выявить, может ли животное узнавать признак, выбор которого подкрепляли в процессе обучения, если изменены остальные параметры стимулов. Другими словами, тест позволяет оценить, способно ли животное применять ранее сформированные частные правила выбора к новым наборам стимулов, в той или иной степени отличающимся от исходных, т.е. переносить на них ранее выработанное правило выбора.

Тест на перенос проводят следующим образом: животному начинают предъявлять новые стимулы: ШАР (—) и КУБ (+) нового цвета. В большинстве случаев первые выборы животное делает «наугад», поэтому количество правильных ответов не превышает 50%. Предъявление этой пары стимулов продолжают, добиваясь правильных реакций и достижения критерия. После этого снова проводится тест на перенос: предъявляется новая пара стимулов, отличающихся уже по другим второстепенным признакам (но, возможно, что и снова по тем же, что и в первом случае). Например, предъявлявшиеся ранее КУБ и ШАР могут отличаться теперь только по размеру или же снова по цвету, но теперь они будут окрашены по-другому. Обучение точно так же продолжают до достижения критерия и т.д.

Процедуру повторяют многократно, последовательно используя в опытах десятки пар сходных стимулов, пока животное уже при первом (или одном из первых) предъявлении не начнет выбирать правильно любые новые ШАР или КУБ. Это свидетельствует, что животное сопоставляет полученную в процессе первичного обучения информацию и объединяет все фигуры по общему для них признаку — геометрической форме (в данном случае кубической).

Если при очередном тесте на перенос животное сразу же реагирует безошибочно, то это означает, что теперь оно делает выбор на основе единого (а не частного) правила. Можно считать, что у него произошло обобщение признака «КУБ».

Подавляющему большинству видов животных для формирования обобщения и абстрагирования требуется от нескольких десятков до нескольких сотен предъявлений. Исключение составляют приматы и дельфины, у которых эта операция может произойти после единственной серии обучения (Oden et al., 1988; Pack et al., 1991).

Для того чтобы результаты теста на перенос могли доказать или опровергнуть наличие обобщения, он должен удовлетворять нескольким условиям (Santiago et al., 1984; Wright et al., 1988).

♦ Стимулы в тесте на перенос (т.е. предметы, которые животное должно различать или выбирать по сходству с образцом) должны быть не только новыми, но и как можно сильнее отличаться от тех, что были использованы при исходном обучении. Поскольку животные могут быстро усвоить, какие именно стимулы связаны с отсутствием подкрепления, предъявлять новые следует с соблюдением нескольких правил. Либо их следует давать всего несколько раз, либо не подкреплять правильный выбор, либо подкреплять выбор не во всех предъявлениях. В связи с этим в тесте на перенос рекомендуется либо совсем не использовать подкрепление, либо не давать подкрепления после отдельных случайно выбранных предъявлений (например, не подкреплять каждое десятое).

♦ Доля правильных выборов новых стимулов должна быть не ниже достигнутой в результате обучения и намного превышать слу чайный уровень (80% за 30 предъявлений, р<0,001).

 

 

5.3. Оценка уровня обобщения и абстрагирования в тестах на перенос.

Доступный животным уровень обобщения может существенно варьировать в зависимости от многих факторов. Степень обобщения того или иного признака можно оценить и качественно, и количественно, используя ряд приемов и критериев.

 

 

Рис. 5.2. Формирование у вороны обобщенного правила выбора по признаку «сходство». Стимулами были карточки разного цвета (белые столбики), множества с разным числом элементов (заштрихованные столбики) и арабские цифры (черные столбики). В каждой следующей серии достижение критерия требовало меньше предъявлений.

1. Перенос на новые стимулы той же категории. Это первый способ оценки уровня обобщения. В примере, который мы рассматривали в предыдущем разделе, обобщение должно было происходить по конкретному признаку — кубической форме предмета (против шарообразной).

В процессе обучения число сочетаний, необходимое для появления адекватной реакции на каждую новую пару стимулов, постепенно снижалось.

Число сочетаний, необходимое для достижения выбранного критерия правильных выборов новых стимулов после теста на перенос, может быть показателем достигнутого животным уровня обобщения. Чем меньше эта величина, тем ближе животное к формированию обобщения по данному признаку (рис. 5.2).

Число тестов на перенос, число серий обучения с новыми стимулами, а также число предъявлений, необходимых для достижения критерия в каждой последовательной серии, — все эти показатели могут служить количественной характеристикой динамики процесса формирования обобщения. Такие сопоставления можно проводить у данного животного на разных стадиях усвоения общего правила выбора или у животных определенного вида в сопоставлении с другими видами. Результаты такого сопоставления показаны на рис. 5.2.

Если «правильный» ответ на каждую новую комбинацию стимулов достигается все быстрее, то это означает, что у животного происходит успешное обобщение данного признака.

2. Перенос на новые стимулы других категорий. Этим методом исследуют способность животных к более высокому уровню обобщения, т.е. к пониманию того, что признак может относиться к более «общей» категории. Поясним это на конкретных примерах обобщения птицами относительных признаков, таких как «сходство», «больше» и т.п.

Для изучения способности птиц к обобщению по признаку «сходство» их сначала обучали выбору по образцу стимулов (предметов) разного цвета, а в тесте на перенос использовали карточки, поверхность которых была покрыта разным типом штриховки (Wilson et al., 1985, a, b). Оказалось, что в этом случае галки справились с тестом на перенос при первых же предъявлениях новых стимулов. Это означает, что у них произошло успешное обобщение признака «сходство», они смогли сформировать единое правило выбора, общее для разных категорий признаков. Они абстрагировались от конкретных особенностей стимулов.

Большинство видов животных не справляется с переносом правила выбора по сходству с образцом от исходных стимулов на стимулы другой категории. Такой уровень обобщения оказывается для них слишком сложным.

Так, в упомянутой выше работе Уилсона голуби, обученные выбирать стимулы по сходству цвета, не смогли правильно устанавливать сходство по типу штриховки, и решению этой задачи они обучались почти заново. Даже врановые птицы, у которых в целом такие способности развиты достаточно высоко, осуществляют перенос на стимулы другой категории не во всех случаях. Так, в опытах Смирновой и др. (1998) вороны успешно усвоили правило выбора стимулов по сходству цвета. Однако для достижения более высокого уровня обобщения по признаку «сходство» потребовалось провести несколько дополнительных серий (которые были названы «доучиванием»). Только после этого птицы смогли безошибочно выбирать по сходству с образцом стимулы двух новых категорий — арабские цифры и множества — и в дальнейшем правильно реагировали на новые стимулы этих категорий. (В исследованиях, связанных с сопоставлением числа предметов, а также при анализе способностей птиц к «счету» множествами называются сгруппированные объекты, числом более одного, которые предъявляются птице на специальных карточках. В качестве таких «множеств» используют графические изображения разного числа объектов — точек, прямоугольников и т.п).

 

3. Перенос правила выбора на стимулы другой модальности (кроссмодальный перенос). Этот способ оценки уровня обобщения особен но важен, поскольку его рассматривают как одно из доказательств наличия у животных мысленных представлений о свойствах предметов и событий окружающего мира. Одной из первых такую способность наблюдала в своих экспериментах Н. Н. Ладыгина-Котс (1925).

Детенышу шимпанзе, который успешно освоил выбор по сходству, показывали образцы — фигурки разной формы, но предметы, с которыми следовало сравнивать образец, были спрятаны в мешок. Их он должен был выбирать на ощупь, засунув в него руку. Обезьяна успешно выполнила этот тест.

Таким образом, при таком кроссмодальном переносе обезьяна смогла сопоставить информацию, полученную через разные сенсорные каналы (зрение и осязание), и установить соответствие стимулов.

На основе уже сформированного обобщения животные (не только приматы, но и врановые птицы, а также некоторые другие виды) способны к кроссмодальному переносу, который базируется на сопоставлении признаков разных категорий.

Одним из первых это доказал О. Келер (Koehler, 1956) в опытах на попугаях. Он обучил попугая жако особому виду выбора по образцу: тот должен был открывать кормушки до тех пор, пока не находил кормушку с одной «единицей» приманки, если перед этим ему подавали единичный звуковой сигнал, или же отыскивал кормушку с двумя «единицами» подкрепления, когда сигналов было два. Когда этот навык был достаточно упрочен, перед птицей поставили пять кормушек. На крышках трех из них по-прежнему ничего не было, а на двух других были изображены одна или две точки. Без всякого дополнительного обучения попугай сбрасывал крышку с одной точкой, если слышал единичный звуковой сигнал, и крышку с двумя точками, если сигналов было два. Следовательно, попугай смог обобщить информацию о величине множеств разной природы (образцом было число последовательных звуковых сигналов, а для сравнения давали карточки с разным числом объектов на них, т.е. зрительные стимулы). Попугай смог использовать эту информацию, когда надо было сделать выбор между стимулами, принадлежащими другой модальности — зрительной.

В описанных выше экспериментах были использованы приемы, позволяющие оценить способность животных к операции обобщения. В них данная способность выступает как мысленное объединение предметов и явлений по одинаковым свойствам.