Рыбы обладают способностью к дедукции

Агрессивная африканская рыбка Astatotilapia burtoni проявляет недюжинную сообразительность, когда дело касается ее шансов на победу в очередном поединке
Агрессивная африканская рыбка Astatotilapia burtoni проявляет недюжинную сообразительность, когда дело касается ее шансов на победу в очередном поединке

Американские биологи показали, что рыбы способны делать логические умозаключения на основе косвенных данных, справляясь с тестами на так называемую транзитивную логику не хуже четырехлетних детей. Наблюдая поединки между пятью самцами своего вида, африканская рыбка астатотиляпия делает правильные выводы о положении каждого из соперников в «турнирной таблице» и безошибочно определяет, какой из двух самцов сильнее, даже если они никогда не сражались друг с другом и имеют равное число поражений и побед.

Одним из важных компонентов мышления считается способность делать «транзитивные логические выводы» (transitive inference). Так называют умозаключения о связях между объектами, сделанные на основе косвенных данных. Например, транзитивным является следующий вывод: «если А > B и B > C, то A > C». Способность к транзитивной логике вначале была описана как один из рубежей в умственном развитии детей, затем была зарегистрирована у обезьян, крыс и некоторых птиц (голубей, ворон) — то есть у высших животных, в сообразительности которых мало кто сомневается.

Этологи из Стэнфордского университета (США) сумели показать, что рыбы тоже владеют транзитивной логикой. Ученые ставили опыты на аквариумной рыбке Astatotilapia burtoni, самцы которой отличаются ярко выраженным территориальным поведением и агрессивностью. Они отстаивают свое право на владение территорией в непрестанных поединках с другими самцами. Самец, раз за разом терпящий поражение в этих схватках, не имеет шансов обзавестись семьей. Неудачники впадают в глубокую тоску: они теряют характерную яркую окраску, а заодно и интерес к противоположному полу. Впрочем, всё еще может измениться: природные местообитания астатотиляпии отличаются нестабильностью, и после очередной катастрофы местного масштаба, вызванной колебаниями уровня воды или прогулкой стада гиппопотамов, самцам часто приходится делить участки заново (см. одно из последних исследований, посвященных поведению этих рыб: Social Opportunity Produces Brain Changes in Fish).

Ученые предположили, что рыбки должны уметь определять силу потенциального противника. Гораздо больше шансов на успех (и, следовательно, на продолжение рода) будет иметь тот самец, который сумеет благоразумно уклониться от схваток с заведомо более сильными соперниками, и завоюет себе участок, потеснив слабейших. Предварительные опыты подтвердили это предположение. Оказалось, что самцы астатотиляпии действительно предпочитают держаться подальше от сильных соперников, причем о силе конкурента рыбы судят, в частности, по результатам его схваток с другими самцами. Например, самцу-«наблюдателю» показывали через стекло бой двух других самцов, в котором, естественно, кто-то побеждал, а кто-то проигрывал. Затем «наблюдателя» сажали в центральный отсек аквариума, разделенного на три части стеклянными перегородками, а в два крайних отсека сажали победителя и побежденного. «Наблюдатель» в такой ситуации гораздо больше времени проводил в той половине своего отсека, которая граничила с отсеком проигравшего самца.

Такая особенность поведения делает астатотиляпию замечательным объектом для изучения рыбьего мышления. Ученые поставили очень простой и красивый эксперимент, чтобы выяснить, способны ли рыбы к транзитивной логике.

Первый этап эксперимента состоял в «обучении» самцов. Схема экспериментальной установки показана на рисунке.

Схема аквариума, в котором проводились опыты. В центре — наблюдатель (bystander). Самцы a, b, c, d, e сидят каждый в своем периферическом отсеке. На рисунке показан один из «учебных боев», которые должны были дать наблюдателю представление о силе соперников. В данном случае к самцу a пересадили самца b, а наблюдатель смотрит, как они дерутся. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature
Схема аквариума, в котором проводились опыты. В центре — наблюдатель (bystander). Самцы a, b, c, d, e сидят каждый в своем периферическом отсеке. На рисунке показан один из «учебных боев», которые должны были дать наблюдателю представление о силе соперников. В данном случае к самцу a пересадили самца b, а наблюдатель смотрит, как они дерутся. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Самец-«наблюдатель» последовательно наблюдал схватки, в которых участвовали пять других самцов (a, b, c, de). Все самцы были примерно одинаковыми по размеру и силе. В такой ситуации экспериментаторам было очень легко контролировать исход поединка. Рыбки яростно защищают территорию, которую считают своей, поэтому побеждает всегда «хозяин» данного отсека аквариума, а тот, кого к нему подсадили, обречен на поражение.

Наблюдателю давали посмотреть четыре поединка: в первом из них самец а побеждал самца b, затем b побеждал c, c – d, и, наконец, d одерживал верх над e. Таким образом экспериментаторы пытались внушить наблюдателю, что пять соперников по своей силе располагаются в следующем порядке: a > b > c > d > e. Всего таким способом было «обучено» восемь самцов-наблюдателей.

Чтобы проверить, какие выводы сделал наблюдатель из увиденного, ученые воспользовались методикой, описанной выше, то есть предлагали наблюдателю «на выбор» двух самцов и смотрели, к кому он будет держаться ближе.

Сначала наблюдателям предлагали сделать выбор между a и e, то есть крайними членами ряда. Обученные рыбки безошибочно сочли слабейшим самца e и держались ближе к нему, чем к а. Однако этот результат еще не доказывал способности рыб к транзитивной логике. Хотя наблюдатели не видели схватки непосредственно между a и e, первого из этих самцов они видели только победителем, а второго — только побежденным. Это вполне могло стать основой для «правильного» умозаключения и без осмысления всей цепочки побед и поражений.

Критическим моментом всего исследования стал опыт, в котором наблюдателям предложили сделать выбор между самцами b и d. Каждого из этих самцов наблюдатели видели в двух поединках, и на счету у каждого была одна победа и одно поражение. Тут уж без транзитивной логики никак нельзя вычислить, кто сильнее. Тем не менее рыбы не ошиблись: они держались ближе к d, считая его слабейшим.

Необходимо отметить, что общая схема эксперимента в точности соответствует классическим тестам на транзитивную логику, применяемым при исследовании умственных способностей детей. Удивительно, что рыбы успешно справились с тестом, с которым обычно не справляются дети младше 4,5 лет (см., например: Simone Schnall, 1998. Transitive inference by visual reasoning, Pdf, 950 Кб).

Как и целый ряд других этологических исследований последних лет, эта работа подтвердила две важные идеи. Во-первых, мы по-прежнему сильно недооцениваем умственные способности животных и преувеличиваем собственную уникальность. Во-вторых, для того чтобы понять, как думают животные, самое главное — это удачно подобрать объект и правильно спланировать эксперимент. Очень многие опыты подобного рода в прошлом давали отрицательные результаты только потому, что подопытное животное не было по-настоящему заинтересовано в успехе, либо ожидаемое экспериментаторами «разумное» поведение противоречило каким-то инстинктам, побуждениям или соображениям животного, о которых экспериментаторы не подозревали.

Источник: Logan Grosenick, Tricia S. Clement, Russell D. Fernald. Fish can infer social rank by observation alone // Nature. 2007. V. 445. P. 429–432.

О мышлении животных см. также:
1) З. А. Зорина. Эволюция разумного поведения: от элементарного мышления животных к абстрактному мышлению человека.
2) Скворцы понимают грамматику, радио «Свобода», 28.04.2006.
3) Качественной разницы между мышлением человека и животных нет (беседа с З. А. Зориной), радио «Свобода», 24.04.2006.
4) Животные способны логически мыслить, «Элементы», 26.02.2006.
5) Мартышки произносят фразы из двух слов, «Элементы», 21.05.2006.
6) Использование орудий животными не всегда говорит о большом уме, «Элементы», 29.03.2006.
7) Обезьяны думают о будущем, «Элементы», 29.05.2006.
8) Саранча учится на горьком опыте, «Элементы», 27.03.2006.

Александр Марков


9
Показать комментарии (9)
Свернуть комментарии (9)

  • Mikhail  | 30.01.2007 | 21:19 Ответить
    Сообщение довольно интересное, но, по-моему, исследователи не рассмотрели еще одну возможность: рыбки могли просто чувствовать на расстоянии "силу" соперника. Это объяснение гораздо проще и естественнее, чем прдположение о том, что рыбка держит в памяти всю "турнирную таблицу" и строит свое поведение на ее основе. В этом случае рыбка делала выбор не на основе информации, хранящейся в памяти (как предполагалось по условиям эксперимента), а на основе своих непосредственных ощущений, которые позволяли ей выбрать слабейшего соперника безо всяких рассуждений.

    По крайней мере, из текста статьи не видно, предлагался ли выбор между "турнирными бойцами" тем рыбкам, которые НЕ видели предыдущих результатов схваток. Если бы эти "сторонние" участники проявляли "равное" внимание И рыбка B, И рыбке D (допустим, 10 рыбок предпочитали В, а 10 - D), тогда гипотезу о логическом суждении можно было бы принять. Если же и "сторонние" рыбки явно предпочитали бы бойца D, то предположение о "непосредственном" восприятии силы соперника можно было бы считать подтвержденным.
    Ответить
    • AlexeiM > Mikhail | 31.01.2007 | 09:21 Ответить
      To 30.01.2007 22:19 | Mikhail

      Хoрoший вoпрoс, oднaкo в стaтье укaзaнo, чтo этa прoблемa былa прoкoнтрoлирoвaнa дoстaтoчнo элегaнтным спoсoбoм. Рыбки, кoтoрые испoльзoвaлись кaк A в пoлoвине случaев, испoльзoвaлись кaк Е в другoй пoлoвине (для других "нaблюдaтелей"). Тaкже для B и D.
      Ответить
      • Mikhail > AlexeiM | 31.01.2007 | 13:19 Ответить
        Фактически данная работа также неявно содержит утверждение о том, что эти рыбки обладают некоторым объемом долговременной абстрактной памяти. В этом случае можно было бы выяснить этот объем, увеличивая число наблюдаемых "соперников" (и проводя "транзитивные" поединки между ними). Тогда, начиная с какого-то количества "наблюдаемых соперников", рыбка должна начать "путаться". Если вдруг окажжется, что рыбка всегда делает "правильный" выбор, то это либо будет означать, что у нее неограниченная память (что было бы весьма интересным открытием), либо что она вообще не пользуется памятью, а реагирует на непосредственно сложившуюся ситуацию.

        Вообще при подобного рода исследованиях надо быть очень осторожным с антропоцентричеаским подходом. Безусловно, у животных есть и память, и мышление (в том числе и какой-то вид абстрактного мышления0, но, ввиду принципиально другой ориентации этих механизмов, интерпретировать их работу с точки зрения человечесого сознания затруднительно. Наблюдаемое поведение в этом смысле является весьма ненадежным индикатором.
        Ответить
        • AlexeiM > Mikhail | 01.02.2007 | 17:09 Ответить
          Спoсoбнoсть рыбoк к пoдoбным лoгическим экспериментaм меня пoрaжaет. Я в целoм сoглaсен с вaшим вывoдoм, чтo oднoгo тaкoгo экспериментa недoстaтoчнo. Oднaкo, я не нaшёл (пoкa) в стaтье кaких-либo мoментoв, кoтoрые бы пoдвергaли сoмнению вывoды aвтoрoв. Кoнтрoль сделaн, нa мoй взгляд, хoрoшo, oсoбеннo с тoчки зрения минимизaции зaтрaт. Тaкoй эксперимент требует кoлoссaльных временных зaтрaт. Мoжнo придумaть мaссы кoнтрoлей и увеличить выбoрку рaзa в 2-3, тoлькo "где деньги, Зин?" A тaк - этo хoрoший шaг вперёд, если результaты пoвтoряемые, уверен, будет и прoдoлжение.
          Ответить
          • Mikhail > AlexeiM | 03.02.2007 | 01:49 Ответить
            К сожалению, у меня нет доступа к оригиналу статьи. По русскому пересказу найти "дырки" в логике интерпретации данных затруднительно - похоже, что в статье есть моменты, которые надо тщательно проанализировать, прежде чем критиковать подход авторов.

            Но из общих сообржажений мне все-таки трудно допустить, что животные (в том числе и рыбы) пользуются теми же механизмами "логики", что и мы, люди. С моей точки зрения, принципиальное отличие -- в том, что животные в естественных условиях будут предпочитать опираться на непосредственные ощущения (вижу, слышу, чую), а не на знаковую/вербальную память (как мы, люди).

            Поэтмоу здесь, скорее, вопрос в том, что понимать под "логикой". Для нас это прежде всего оперирование знаками, которому предшествует абстрагирование информации (собственно перевод ощущений в знаки). Хотя у рыб такой перевод и не осуществляется, это еще не значит, что они не способны к транзитивным заключениям (которые могут просто осуществляться на основе большей/меньшей силы ощущений), но я бы не стал утверждать, что такие "сравнения ощущений" можно называть логическими построениями (в нашем, человеческом понимании). А суть статьи, насколько я понимаю, как раз и заключается в таком утверждении.
            Ответить
  • dims  | 31.01.2007 | 05:47 Ответить
    Согласен с Mikhail.

    Допустим, рыбка при поражении выделяет на коже гормон горя. Если рыбка А побеждает рыбку Б, то у Б будет гормон горя.

    Далее, если Б потом побеждает В, то рыбка В видит, что её побеждает рыбка, у которой на коже есть гормон горя, то есть, неудачник. Она осознаёт, что её победил неудачник и от этого у неё выделяется ещё больше гормона горя.

    И так далее. В результате рыбки просто пахнут по-разному и сила этого запаха естественно, обладает свойствами транзитивности.
    Ответить
    • А. Марков > dims | 31.01.2007 | 09:56 Ответить
      Ну запах-то они не могли чувствовать, перегородки были непроницаемые. Правда, у самцов этих рыб от "горя" реально может меняться окраска. Так что вместо "гормона горя" могли сыграть роль незаметные для экспериментаторов изменения окраски. Пожалуй, действительно в этом исследовании было недостаточно контролей, да и выборка маленькая.

      Поведенческие эксперименты такого рода считаются сейчас, как ни странно, очень трудоемкими.
      Ответить
      • dims > А. Марков | 31.01.2007 | 10:33 Ответить
        Ну да, про гормон я придумал в качестве примера. В реальности может быть и окраска или особенности поведения (среди людей, например, существует чувство, что другой ведёт себя "уверенно", "самоуверенно", "робко" и так далее).
        Ответить
        • v.o. > dims | 06.02.2007 | 14:13 Ответить
          Запах, окраска или "уверенное поведение" сильно зависят от предыстории. Врядли ранжирование происходит по внешним признакам.

          Ранжирование может происходить именно в памяти по наблюдаемым результатам турнира и может выражаться эмоциональной оченкой каждого из участников. Нужно только учитывать, что если b был уже раньше побежден самцом а, то его победа над с понижает ранг с сильнее чем у b, побежденного непригрывавшим ранее а.
          Подобным образом с помощью эмоциональных оценок ситуации можно объяснить и эксперимены Непомнящих http://www.neuroscience.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=313&Itemid=100

          Мышление и, в частности, логическое мышление требует моделирования ситуации в психике.См. статью "Сознание и разум" на странице http://www.ni.iont.ru/NI07/WS07.htm В данном случае моделирования не происходит. Это почти очевидно.Самцы не учитывают на чьей территории происходила схватка.
          Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»