Главная » Научная работа » Нейробиологические основы поведения животных »

Информационные основы познавательной деятельности животных

Руководитель: д.б.н. Никольская К.А.

Творческий коллектив:

Никольская Кира Алексеевна ведущий научный сотрудник доктор биологических наук

Толченникова (Серкова) Вера Владимировна научный сотрудник кандидат биологических наук

Работа выполняется совместно с Научно-исследовательским институтом морфологии человека (Кондашевская М.В., Диатроптов М.Е., Мхитаров В.А., Пономаренко Е.А.).

Центральная задача в познавательных теориях – определить, как происходит обработка информации в мозге, выяснить характер процессов, которые преобразуют и используют ее для организации поведения. В связи с этим нами был разработан системно-информационного подход, в основу которого было положено представление семиотики о знаковой системе (рис.1): если возникает коммуникативная система – ЖИВОТНОЕ-СРЕДА, то экспериментальную среду можно рассматривать как носитель знаков (сигналов), а животное как носитель языка (перекодирует полученные сигналы в программу действий). Возникающая знаковая система по определению становится носителем трех видов информации (рис.1): синтаксической – о топологии среды, (отвечающей на вопрос – что такое?), (2) семантической – о структуре или логике задачи (что делать?) и (3) прагматической – о структуре поведения (как делать?).

Рисунок 1

В рамках нашей парадигмы, в отличие от этологического подхода, экспериментальное пространство необходимо разделять на зоны, каждой из которых должен быть присвоен свой знак (рис.2). Поскольку пространству среды ставится в соответствие матрица буквенных символов, поведение животного будет представлять меняющуюся последовательность знаков, часть из которых выступит в роли организующих узлов пространства – семантических элементов, определяющих структуру задачи (рис. 2).

Рисунок 2

Таким образом, запись поведения в виде текста есть история в зашифрованном для экспериментатора виде об аналитико-синтетической деятельности, направленной на распознавание трех видов информации. Полный набор символов есть исходная матрица синтаксической информации, символы. Если из текста извлечь знаки, кодирующие оперантные объекты (кормушки, выход, вход, полка и т.п.), то исследователь получит возможность проанализировать процесс распознавания семантической информации, а текст, представленный последовательностью оперантных действий – получит данные о прагматической информации, т.е. организации поведения (рис.3). Текстовая запись поведения животных позволяет на основе ее фрагментации и обработки осуществить реконструкцию познавательного процесса, выделить основные операции, связанные с распознаванием информации, получить сведения об ассоциативных, аналитических и синтетических процессах ВНД, ответить на вопрос – что и как делает животное.

Рисунок 3

В своей работе мы использовали многоальтернативные симметрично организованные лабиринты, в которых животным предлагалось решить проблемную пищедобывательную задачу и самостоятельно сформировать 4-звенную последовательность действий (рис. 4). Структура задачи по сложности рассматривается как модельный вариант интеллектуальной деятельности человека. Правило поведения задавалось лишь в общем виде – методика свободного выбора. В качестве обязательного требования к любой экспериментальной ситуации - объем информации (число равновозможных вариантов решения задачи) должен превышать симультанность восприятия, объем которого, согласно Миллер [1964], составляет 7±2 единиц информации.

Рисунок 4

Благодаря символьному кодированию ситуации оказалось возможным оценивать степень сложности выбранной проблемной ситуации. В качестве меры можно использовать величину неопределенности выбора маршрутной реализации, которая может быть рассчитана по формуле Шеннона (1963). Удалось установить, что появление признаков целенаправленности зависит от величины НВ (рис.4), так как наблюдалось в узкой области значений НВ. Во всех остальных случаях, несмотря на нарастание двигательной активности и психоэмоциональных реакций раздражительного типа, животные отказывались от обучения.

Наличие многоальтернативности и фактора симметрии показало, что в качестве механизма познавательного процесса у всех изученных нами животных выступал процесс, который отражался в поведении в виде сенсомоторного маршрутного «кольца» (рис. 5). Удалось установить, что динамика решение сходной проблемной ситуации у всех наземных позвоночных (насекомоядные, грызуны, хищники обезьяны), независимо от уровня организации мозга, развивалась по единому плану. Знакомство с пространством осуществлялось за счет операции зеркального отображения, обеспечивающей ассоциирование колец в единую замкнутую цепь (в некотором смысле топографическую карту). Образование условных связей между 2-4-мя семантическими узлами происходило с помощью операции обращения. Формирование плана поведения, соответствующего структуре задачи, обеспечивалось операцией перемещения значимых связей в последовательность (рис.5).

Рисунок 5

Сравнительное изучение когнитивных способней в ряду млекопитающих позволило установить, что основной эволюционный прогресс в области ВНД при повышении уровня организации мозга проявляется в интенсификации информационного процессинга, обеспечивающего более «экономные» в когнитивном отношении затраты на решение задачи.

Символьная запись поведения животных позволяет проникнуть во временные аспекты фиксации информации. Выяснилось, что явление импринтинга, установленное К. Лоренцем в 1935 г. для раннего онтогенеза, является типичным и для взрослых животных. Удалось показать, что однократное кратковременное (1-3 минуты) предъявление пространственной информации оказалось достаточным, чтобы она была не просто запечатлена, а выступила в дальнейшем в качестве детерминанты, направляющей познавательный процесс. Вынужденное в незнакомой обстановке выполнение обходного пути из-за кратковременного перекрытия инстинктивно предпочитаемого маршрута роковым образом сказалась на результате обучения - независимо от частоты и интервала повторения маршрутных отрезков, полученная информация навязчиво использовалась при формировании решения задачи.

Рисунок 6

Рисунок 7

Литература

1. Воронина Л.Г., Никольская К.А. О структурной организации памяти. // Гагрские беседы. Изд-во Мецниереба. Тбилиси.1979. Т. 7, с. 345-357.
2. Никольская К.А., Дидык Л.А., Серебрякова Е.Р. Структура внешней среды как системообразующий фактор условнорефлекторного процесса. //Сравнительная физиология высш. нервн. деят. человека и животных. 1990. М. Изд-во Наука. С. 69-90.
3. Ещенко О.В., Шпинькова В.Н, Никольская К.А., Костенкова В.Н. Рефлекс осторожности как ограничитель скорости когнитивного процесса. Успехи совр. биол., 1999. Т. 119, №3. С. 303-310.
4. Никольская КА. Топологическая сложность среды как детерминанта познавательного процесса: экспериментальное исследование. Нейроинформатика, 2005. Ч.1. С. 191-197.
5. Никольская К. А. Системно-информационный подход к изучению познавательной деятельности животных. Большой практикум по ВНД и нейрофизиологии. М. ЛИНОР. 5—31. 2009.
6. Никольская К.А., Бережной Д.С. Запоминание информации по типу импринтинга во взрослом состоянии. Российский физиол. журн. имени И.М. Сеченова, 2011. №9. С.26-34.

Вопросы, требующие изучения

1. Как зависит познавательная деятельность от степени сложности задачи.
2. Чем когнитивно-обусловленный ответ отличается от ситуационно-обусловленного.
3. Какие признаки поведения отражают целенаправленность (критерии).
4. Необходимые и достаточные условия образования мотивационного состояния.
5. Принципы организации и функционирования памяти в норме и при различных функциональных и патологических воздействиях на организм.

версия для печати