Когнитивные (познавательные) процессы у животных

2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Владивостокский государственный университет экономики и сервиса

Институт заочного и дистанционного обучения

Кафедра психологии

Контрольная работа по дисциплине

"Зоопсихология и сравнительная психология"

Когнитивные (познавательные) процессы у животных

Студент гр. ЗПС 04-01-37204

Т.А. Карпова

Преподаватель А.С. Бондаренко

Владивосток 2005

Содержание

Введение

1. Общая характеристика когнитивных процессов

1.1 Исследования Э. Толмена

1.2 Метод отсроченных реакций

1.3 Тест на оценку представлений о константности

свойств предмета

1.4 Мысленный план лабиринта

2. Виды обучения животных

2.1 Латентное обучение

2.2 Пространственное обучение

2.2.1 Способность животных к ориентации в пространстве

2.2.2 Обучение в радикальном лабиринте

2.2.3 Обучение в водном лабиринте Морриса

2.3 Обучение "выбору по образцу"

2.4 Заучивание последовательностей стимулов

Заключение

Список литературы

Введение

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

Цель моей работы - рассмотреть основные методы изучения различных когнитивных процессов животных, методы изучения способностей животных к обучению, а также попытаться ответить на вопрос, что же такое индивидуально приспособительная деятельность животных в экспериментальных условиях.

С точки зрения американского исследователя Эдварда Толмена (1886 - 1959), в процессе обучения животное приобретает знания обо всех деталях ситуации, сохраняет их в форме внутренних представлений и может использовать в "нужные" моменты. У животного формируется некая "когнитивная карта", или "мысленный план" всех характеристик лабиринта, а затем по нему оно строит своё поведение. "Мысленный план" может появляться и в отсутствие явного подкрепления.

1 Общая характеристика когнитивных процессов

1.1 Исследования Э. Толмена

Психологическую концепцию Толмена иногда называют необихевиоризмом. Она основывается на признании целенаправленности в поведении животного. Толмен выдвинул представление о том, что животное учится выявлять, "что ведёт к чему", причём то, что оно усваивает, может и не обнаруживаться внешне, в виде какой-либо деятельности (реакции), но хранится в памяти в форме представлений или образов.

На основе экспериментов по обучению крыс в разных типах лабиринтов, Толмен пришел к выводу, что схема Дж. Уотсона " стимул-реакция" недостаточна для описания поведения, поскольку при этом оно сводится к совокупности элементарных ответов на стимулы, и как таковое теряет своё своеобразие. Чтобы объяснить полученные результаты, он выдвинул представление о том, что, находясь в лабиринте, животное обучается выявлять смысловые связи между элементами среды (стимулами). Он показал, что животные усваивают информацию об общих характеристиках экспериментальной камеры или лабиринта, хотя сначала это никак не сказывается на поведении. Придерживаясь в целом бихевиористской схемы "стимул-реакция" для объяснения своих данных, Толмен ввёл представление о так называемых промежуточных переменных, то есть внутренних процессов, которые проходят между стимулом и ответной реакцией, определяя характер её течения. К промежуточным переменным он относил, в частности, мотивацию и формирование мысленных представлений.

Предположение Толмена о существовании у животных некоего процесса представления согласовывалось с данными американского психолога У.Хантера. Именно им впервые была высказана эта мысль в 1913 году. Для оценки способности животного реагировать на воспоминание о стимуле в отсутствии реального стимула, он предложил метод отсроченных реакций.

Представления Э. Толмена лежат в основе практически всех современных исследований когнитивных процессов у животных. Сходные представления развивал Иван Соломонович Бериташвили. В конце двадцатых годов XX века Бериташвили начал экспериментальные исследования способности животных к отсроченным реакциям. На их основе была создана гипотеза о "психонервных образах", согласно которой поведение собаки, поставленной в ситуацию решения задачи, определяется не действующими в данный момент стимулами, а мысленными представлениями о них, или их образами. Ученики Бериташвили (А.Н. Бакурадзе, Т.А. Натишвили и другие) исследуют нейрофизиологические механизмы отсроченных реакций и закономерности пространственной памяти, в которых подтверждается его гипотеза о существовании у животных "психонервного процесса представления".

Итак, когнитивные процессы И.С. Бериташвили называл психонервными образами или психонервными представлениями, Е.Н. Соколов - нервной моделью стимула, Л.А.Фирсов и Т.А. Натишвили - образной памятью. Д. Мак-Фарленд (1988) подчёркивает, что когнитивная деятельность животных относится к мыслительным процессам, которые невозможно видеть, но их существование можно определить в эксперименте. Наличие представлений обнаруживается тогда, когда животное совершает действие, без влияния какого-либо реального стимула. Это возможно, например, тогда, когда он извлекает информацию из памяти или мысленно восполняет отсутствующие элементы действующего стимула. Но это может никак не проявиться в исполнительной деятельности организма.

Внутренние представления могут отражать самые разные типы сенсорной информации, не только абсолютные, но и относительные признаки стимулов, а так же соотношения между различными стимулами и между событиями прошлого опыта. Животное создаёт некую внутреннюю картину мира с представлениями "что", "где", "когда", которые лежат в основе обработки информации о временных, числовых и пространственных характеристиках среды, и тесно связаны с процессами памяти. Ещё различают образные и абстрактные (отвлечённые) представления. Абстрактные рассматривают, как основу формирования довербальных понятий.

1.2 Метод отсроченных реакций

В опытах Хантера, енота помещали в клетку с тремя одинаковыми и симметрично расположенными дверцами для выхода. На одной из них на короткое время зажигали лампочку, а потом еноту давали возможность подойти к одной из дверец. Выбирая дверцу с горящей лампочкой, он получал подкрепление. При соответствующей тренировке животные выбирали нужную дверцу даже после двадцати пятисекундной отсрочки - интервала между выключением лампочки и возможностью сделать выбор.

Другие исследователи ставили задачу иначе. На глазах у голодного животного в один из нескольких ящиков помещали корм. По истечении периода отсрочки, животное выпускали из клетки или убирали отделяющую его преграду. Его задача - выбрать ящик с кормом. С помощью этого метода было подтверждено, что поведение животных может направляться не только действующими в данный момент стимулами, но также хранящимися в памяти следами, образами или представлениями об отсутствующих стимулах.

В классическом тесте на отсроченные реакции разные виды животных проявляют себя по-разному. Собаки, после того, как в один из ящиков положен корм, ориентируют тело по направлению к нему и сохраняют эту неподвижную позу в течение всего периода отсрочки, а по её окончании, сразу бросаются вперёд и выбирают нужный ящик. Другие животные в подобных случаях не сохраняют определённой позы, а могут даже разгуливать по клетке, что не мешает им, тем не менее, правильно обнаруживать приманку. У шимпанзе формируется не только представление об ожидаемом подкреплении, но и ожидание определённого его вида. Так, если вместо показанного в начале опыта банана, после отсрочки обнаруживая салат, обезьяны отказывались его брать и искали банан.

Мысленные представления контролируют и гораздо более сложные формы поведения. Многочисленные свидетельства этого были получены и в специальных экспериментах, и в наблюдении за повседневным поведением обезьян в неволе и в естественной среде обитания.

1.3 Тест на оценку представлений о константности свойств предмета

Один из способов изучения роли представлений в поведении и психике животного - тест на "константность свойств предмета", то есть на способность субъекта понимать, что предмет, скрывшийся из поля зрения, продолжает существовать, может быть найден и не меняет при этом своих свойств. Тест широко применяется в исследованиях психического развития животных и человека (Пиаже, 1969; Бауэр, 1979).

Для оценки способности животных оперировать представлениями о константности свойств предмета, существуют тесты:

а) на "неисчезаемость"

б) на "вмещаемость"

в) на "перемещаемость" и др.

Термины ввёл Л.В.Крушинский (1986) и соответствующие тесты назвал "эмпирическими законами". В основе понимания животным принципа "неисчезаемости" лежит эмпирическое знание того, что предметы существуют, даже если в данный момент они недоступны непосредственному восприятию органов чувств. По мнению Крушинского, понимание животным этого принципа составляет необходимое условие для проявления способности к экстраполяции направления движения стимула и решения ряда других элементарных логических задач.

1.4 Мысленный план лабиринта

Исследуя поведение крыс в лабиринтах разной конструкции, Э. Толмен пришёл к выводу, что общепринятая в то время схема "стимул - реакция" не может удовлетворительно описать поведение животного, усвоившего ориентацию в такой сложной среде, как лабиринт. Он высказал предположение, что в период между стимулом и ответной реакцией в мозге совершается определённая цепь процессов ("внутренние или промежуточные переменные"), которые определяют последующее поведение. Сами эти процессы, по мнению Толмена, можно исследовать строго объективно по их функциональному проявлению в поведении.

В работе Н. Чапиуса и П. Скардигли, хомячка помещали в камеру гексагонального лабиринта, в котором ему "надлежало" пройти за пищей по пути, указанному штриховой линией. От этой дороги хомячок не отклонялся, поскольку все входы в другие отсеки были закрыты. После запоминания этого пути, во время целого ряда предъявлении задачи, в лабиринте открывали все дверцы, за исключением той, которая позволяла попасть к корму по прямой. Теперь кратчайшим путём к пище стала траектория через центр (сплошная линия). Этот путь можно уверенно найти, только имея мысленный план лабиринта. После определённой тренировки, хомячки выбирали этот путь достоверно чаще, чем остальные.

2 Виды обучения животных

Образование "мысленного плана" может происходить и в отсутствие подкрепления, в процессе ориентировочно-исследовательской активности. Этот феномен Толмен назвал латентным обучением.

Когнитивная психология человека оказала влияние на исследования когнитивных процессов у животных. Проведение аналогий между работой мозга и вычислительной машиной позволило описывать память животных, как процесс переработки информации с привлечением соответствующего математического аппарата и понятий теории информации (Солсо, 1996). Одно из наиболее популярных направлений в анализе когнитивных процессов у животных - это анализ обучения "пространственным навыкам" (главным образом, благодаря введению в лабораторную практику методов водного и радиального лабиринтов). Существует даже тенденция считать эти феномены основным проявлением когнитивной деятельности животных. В действительности же в эту категорию входит значительно более широкий круг индивидуально-приспособительных реакций животных, в том числе довербальные понятия, способность к усвоению и использованию символов, которая была обнаружена при обучении языкам-посредникам, др.

Понятие "когнитивная деятельность животных" включает способность к разным видам обучения и элементы довербального мышления. На формировании представлений основаны следующие виды обучения животных:

латентное обучение;

пространственное обучение;

выбор по образцу;

заучивание последовательностей

2.1 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 над ним "рекогносцировочный" полёт, 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.

2.2 Пространственное обучение

2.2.1 Способность животных к ориентации в пространстве

Пространственное обучение заключается в следующем: животное может искать пути к цели разными способами. По аналогии с прокладыванием морских путей эти способы называют:

счислением пути;

использованием ориентиров;

навигацией по карте.

Животное может пользоваться одновременно всеми тремя способами в разных комбинациях, то есть они, взаимно не исключают друг друга. Однако эти способы 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 подробней.

Счисление пути - наиболее примитивный способ ориентации, не связанный с внешней информацией. Животное отслеживает своё перемещение, а интегральная информация о пройденном пути обеспечивается соотнесением этого пути и затраченного времени. Этот способ не точен, и поэтому 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 поочерёдно, "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 отсчёта для определения дальнейшего пути, включая их в интегральную систему представлений о местности.

Знание своей территории обитания - важнейший фактор приспособленности хищных млекопитающих. Многолетние наблюдения В.С. Пажетнова (1991) за бурыми медведями в Тверской области, позволили объективно охарактеризовать, какую роль играет мысленный план местности в организации их поведения. По следам животного натуралист может воспроизвести детали его охоты на крупную добычу, перемещения медведя весной, после выхода из берлоги и в других ситуациях. Оказалось, что медведи часто используют такие приёмы, как "срезание пути" при одиночной охоте, обход жертвы за многие сотни метров, и так далее. Это возможно лишь в том случае, если у взрослого бурого медведя есть чёткая мысленная карта района своего обитания.

Начало лабораторным исследованиям пространственной ориентации животных было положено в электрофизиологическом исследовании - при анализе клеток гиппокампа (старой коры). В 1976 году появилась статья американского учёного Дж. О`Кифа, обнаружившего "клетки места" в гиппокампе свободноподвижной крысы. Эти нейроны разряжались избирательно только при попадании животного в определённое место замкнутого пространства. Исследования О`Кифа, изложенные позднее совместно с Л.Наделом, положили начало настоящему взрыву работ. Часть из них была посвящена роли гиппокампа в формировании "когнитивной карты" животного, а часть - разработке новых методических приёмов тестирования ориентации животных в пространстве.

Для ориентации "по карте" у животного должны быть представления о расположении близких и далёких объектов среды. Именно пространственные представления такого рода, О`Киф и Надел, вслед за Толменом, назвали "когнитивной картой". По их мнению, такие внутренние представления содержат аллоцентрическую пространственную информацию (содержание которой не зависит от собственного положения в 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 доказано, 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 используют 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.

2.2.2 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 сантиметров. Для экспериментов на мышах лучи делают короче. Перед началом опыта в конец каждого коридора помещают 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 в 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 категорий пространственной памяти - рабочей и референтной.

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

Пространственная рабочая память достаточно долговечна. Её длительность определяется временем, в течении которого крыса по окончании эксперимента помнит, в какие лучи она уже заходила. В некоторых случаях это время достигало двадцати четырех 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 нужно выяснить, как реагирует животное на экстренное изменение ситуации в лабиринте, и какова его немедленная реакция, мы будем иметь дело с его краткосрочной памятью.

Другими словами, подразделение памяти на референтную и рабочую основано на запоминании пространственных ориентиров и событий (посещение отсека). Деление памяти на краткосрочную и долгосрочную основано на другом критерии - на продолжительности сохранения следов во времени.

Работы с радиальным лабиринтом позволили выявить у животных (главным образом крыс) наличие определённых стратегий поиска пищи. В самой общей форме такие стратегии подразделяются на алло- и эгоцентрические.

При аллоцентрической стратегии, животное, при поиске пищи, полагается на своё мысленное представление о пространственной структуре данной среды.

Эгоцентрическая стратегия основана 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.

2.2.3 Обучение в водном лабиринте Морриса

В начале восьмидесятых годов шотландский исследователь Р. Моррис предложил для изучения способности животных к формированию пространственных представлений использовать "водный лабиринт". Принцип метода заключается в следующем. Животное (мышь или крысу) выпускают в бассейн с водой. Из бассейна нет выхода, но имеется невидимая (вода замутнена) подводная платформа, которая может послужить убежищем: отыскав её, 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 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.

Исследования роли отдельных структур мозга в формировании навыка 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.

2.3 Обучение "выбору по образцу"

"Выбор по образцу" - один из видов когнитивной деятельности, также основанный на формировании у животных 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 введён в начале XX века Н.Н. Ладыгиной-Коте, и с тех пор широко используется в психологии и физиологии. Он состоит в том, что 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;

и отставленный выбор - подбор "пары" предъявляемому стимулу животное производит в отсутствие образца, ориентируясь не на реальный стимул, а на его внутренний образ, на представление о нём.

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

Используются в основном две разновидности этого метода: выбор по признаку сходства (соответствия) с образцом и выбор по признаку отличия.

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.

При "выборе по образцу" основную роль играет мысленное представление об отсутствующем в момент выбора образце, и выявление на его основе соотношения между образцом и одним из стимулов.

Метод выбора по образцу, наряду с выработкой дифференцировок, используется для выявления способности животных к обобщению.

2.4 Заучивание последовательностей стимулов

Интерес к этой форме когнитивной деятельности животных возник в связи с обучением обезьян языкам-посредникам, при котором выяснилось, что шимпанзе могут составлять "фразы" из нескольких "слов"-жестов и понимать смысл, обращённых к ним "высказываний". Г. Торрес, 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 путём их разделения на подгруппы, называется "делением на куски". Торрес подробно исследовал этот процесс на голубях и показал, что в основе такого запоминания лежит не фиксация некой последовательности стимулов и ответов, как это бы предполагалось с позиций бихевиоризма и теории условных рефлексов (цепи УР). Эксперименты показали, что здесь происходит формирование иерархически организованных внутренних представлений о структуре такой последовательности, то есть 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 Торреса 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 так же, как у высших приматов, однако скорость обучения у них гораздо ниже, а последовательности, которые они в состоянии запомнить, менее сложные.

Заключение

В процессе обучения у животного формируется "когнитивная карта" всех признаков лабиринта, или его "мысленный план". Затем на основе этого "плана" животное выстраивает своё поведение.

Индивидуально-приспособительная деятельность животного в эксперименте представляет собой сплав способностей к ассоциативному обучению и когнитивным процессам разного уровня сложности.

Не только в естественных условиях жизни, но и в спланированных экспериментах бывает трудно различить ассоциативное обучение и когнитивные процессы.

Список литературы

1. Зорина З.А., Полетаева И.И. Поведение животных. М.: Астрелль, 2000.

2. Зорина З.А., Полетаева И.И. Элементарное мышление животных. М.: Аспект Пресс, 2003.

3. Хрестоматия по зоопсихологии и сравнительной психологии: Уч. пособие / ред. Н.Н. Мешкова, Е.Ю.Федорович. М.: Росс. психол. об-во, 1997.

4. Фабри К.Э. Основы зоопсихологии, 2000