Геном

Ридли Мэтт

Проблемой обучения занимаются нейробиологи и пси­хологи. Обучение представляется нам противоположно­стью инстинкта. Инстинкт — это генетически наследуемое поведение, тогда как обучение — это изменение поведения в результате получения новых знаний и опыта. «Между ин­стинктом и обучаемостью нет ничего общего», — твердили нам социопсихологи на протяжении всего прошлого столе­тия. Но почему одни поведенческие реакции инстинктив­ны, а другие являются результатом обучения? Почему дар речи инстинктивен, а владение языком приходит к нам в результате практики и обучения? Джеймс Марк Болдуин (James Mark Baldwin), герой этой главы, был малоизвест­ным американским теоретиком-эволюционистом конца ХГХ века. В 1896 году он изложил свои взгляды в философ­ской статье, которая оставалась почти незамеченной при жизни автора и после его смерти на протяжении 91 года, пока ее не извлекла на свет в 1980 году группа программи­стов. С удивлением они обнаружили, что трактат,

написан­ный почти 100 лет назад, наиболее полно отображает про­блему их исследований — создание искусственного интел­лекта (Baldwin J. М. 1896. A new factor in evolution. American Naturalist 30: 441-451).

Рассуждения Болдуина касались одного основного во­проса: почему какая-то часть информации оставлена при­родой для индивидуального обучения, вместо того чтобы все было запрограммировано в инстинктах. Над обще­ством довлеет общее убеждение, что инстинкт — это плохо, а обучение — хорошо, или, точнее, что инстинкт — это при­митивно, а обучение — прогрессивно. Мы верим, что отли­чие человека от животных как раз и состоит в обучаемости премудростям жизни, вытеснившей животные инстинкты. Ученые, занимающиеся искусственным интеллектом, сле­дуя общественным воззрениям, сразу возвели в идеал идею создания самообучаемого компьютера. Но в общечеловече­ских взглядах кроется фатальная ошибка. В поведении лю­дей инстинктов ничуть не меньше, чем у животных. Мы пол­заем в младенчестве, стоим, ходим, плачем и моргаем точ­но так же инстинктивно, как и другие животные. Обучение зарезервировано только для достижения дополнительных возможностей, таких как чтение, вождение автомобиля, заполнение налоговых деклараций и отоваривание в мага­зинах, в основе которых лежат все те же животные инстин­кты. «Основная функция сознания, — пишет Болдуин, — со­стоит в предоставлении возможности [ребенку] научиться тем навыкам, которые не передались по наследству».

Заставляя себя учиться чему-либо, мы улучшаем свою конкурентоспособность за счет того, что впоследствии по­лучаем возможность находить верные решения интуитив­но. Таким образом, обучение представляет собой иголку, за которой тянется нить инстинктов. Аналогичный пример мы рассматривали, когда речь шла о хромосоме 13. Тогда говорилось, что развитие скотоводства поставило перед человеком проблему переваривания лактозы. Первое ре­шение было культурно-социальным: молоко превращалось в сыр. Но позже организм нашел иное решение проблемы и сделал его врожденным: ген лактазы стал активно рабо­тать не только у детей, но и у взрослых. Возможно, даже грамотность со временем может стать наследуемым призна­ком, если безграмотные люди достаточно долго будут нахо­диться в ущемленном положении. Поскольку естественный отбор является процессом выделения положительной ин­формации из окружающей среды и кодирования ее в генах, то эволюцию генома человека можно рассматривать как аккумулирование генов обучаемости в течение последних 4 млрд лет.

Но у превращения практических навыков в инстинкты есть свой логический предел. Например, хотя в основе разговорной речи лежит врожденный инстинкт, трудно представить, какой путь должна пройти эволюция, чтобы сделать врожденным еще и словарный запас. Более того, разговорная речь от этого только утратила бы свою гиб­кость. Так, техническая терминология существенно об­легчает общение специалистов, но делает их речь непо­нятной для окружающих. Необходимый словарный запас зависит от профессии человека, возраста, круга интересов и прочих факторов, которые невозможно учесть в генах. Такая же гибкость проявляется и в животных инстинктах. Например, птицы способны корректировать полученную по наследству систему навигации, что позволяет им чутко реагировать на изменения климата и местности.

Болдуин представлял себе взаимоотношения между ин­стинктом и обучением не как противоречие, а как взве­шенную взаимопомощь, баланс которой устанавливается на определенном уровне для каждого вида. Так, молодые орлы учатся охотничьим повадкам у своих родителей, что позволяет им лучше приспособиться к конкретным услови­ям и основным объектам охоты в данном регионе. Кукушке приходится рассчитывать только на свой инстинкт, так как она не знает своих родителей. С самого рождения кукушо­нок уже знает, что нужно избавиться от сводных братьев и сестер, знает, как мигрировать на зиму в определенную область Африки, как ловить гусениц, как подобрать подхо­дящую пару птиц и незаметно отложить яйцо в их гнездо. И все это благодаря врожденным инстинктам, а также соб­ственному жизненному опыту.

Точно так же как мы недооцениваем собственные ин­стинкты, мы часто недооцениваем способность животных к обучению. Например, было установлено, что умение шме­лей собирать нектар с разных видов цветковых растений основывается не на инстинкте, а на обучении методом проб и ошибок. Умело обращаясь с одним видом цветов, шмели поначалу ведут себя неуклюже на цветках иного вида. Но, разобравшись в новом растении, например

львином зеве, они уже профессионально работают с другими растения­ми, у которых цветки построены по такому же принципу. Другими словами, шмель может не только учиться, но и об­ладает еще задатками абстрактного мышления.

Другой хорошо известный опыт по обучению животных был проведен на организмах с простым строением — мор­ских червях. Более примитивных созданий трудно себе представить: тельце с веером жабр, заключенное на всю жизнь в домик-трубку. Нервная система представлена груп­пой ганглиев. Вся жизнь посвящена питанию и размно­жению при отсутствии каких-либо поводов для неврозов. Такие черви не могут мигрировать, общаться друг с другом, летать или размышлять. Они просто существуют. Можно сказать, в что отличие от кукушки или шмеля у них вообще нет поведения. Зачем таким существам инстинкты, не гово­ря уже об обучении? И все же они обучаемы.

Если направить на червя струю воды, он прячет свои жабры в трубку. Но если струю воды направлять с некоей периодичностью, то черви начинают прятать свои жабры не так интенсивно. Даже до них доходит, что регулярно по­вторяемые действия не несут в себе опасности. Они «при­выкают» к этому воздействию, а привычка — это вид обу­чения. Если несколько раз перед тем как направить струю воды на червей, воздействовать на резервуар с водой заря­дом тока, черви начнут прятать жабры гораздо интенсив­нее. Этот феномен называется сенсибилизацией. Можно вы­работать классический условный рефлекс, как в знамени­том опыте с собакой Павлова. Например, можно обучить червей прятать жабры в ответ на легкое прикосновение к поверхности воды, если пару раз сопроводить это действие разрядом тока. Теперь они станут реагировать на легкое прикосновение к поверхности воды, но будут равнодушны к обливанию струей воды. Таким образом, уже у морских червей заложены те же задатки к обучению, которые были описаны у собаки и у человека: привыкание, сенсибилиза­ция и ассоциация, но при этом у них еще не появился мозг. Все рефлексы и их изменения в ходе обучения контроли­руются брюшным ганглием — маленьким скоплением нерв­ных клеток.

У ЭрикаКанделя (Eric Kandel), исследователя, проводив­шего данный эксперимент, помимо удовольствия попугать червей, были и другие мотивы. Он хотел установить базо­вые механизмы обучаемости. Что представляет собой об­учение? Какие изменения происходят в нервных клетках, когда мозг (или брюшной ганглий) усваивает новую при­вычку или меняет поведенческую реакцию? Центральная нервная система представляет собой сеть из множества нервных клеток, вдоль которых бегут нервные импульсы, передаваемые от клетки к клетке через синапсы. Достигнув синапса, электрический сигнал преобразуется в химиче­ский, чтобы в следующей клетке вновь превратиться в электрический сигнал. Так электричка бежит по железной дороге до паромной переправы. Затем вагоны перевозятся теплоходом на другой берег водоема, где движение вновь продолжается по железной дороге. Кандель понял, что се­крет лежит в синапсах, объединяющих нейроны. Обучение каким-то образом связано с изменением физиолого-био- химических свойств синапсов. Когда морской червь при­выкает к струям воды, происходит ослабление связи в си­напсе, объединяющем сенсорный нейрон с тем нейроном, по которому поступает команда мышцам спрятать жабры в трубке. Напротив, сенсибилизация усиливает пропуск­ную способность синапса. Постепенно Кандель с коллега­ми вычислили молекулу, которая следит за усилением или ослаблением пропускной способности синапса. Этой моле­кулой оказался циклический АМФ (циклический аденозин- монофосфат).

Канделем был обнаружен и описан каскад биохимиче­ских реакций, запускаемых циклическим АМФ. Пропустим для простоты сложные химические названия соединений, обозначим их просто А, Б, В и т.д.

Вещество А превращается в вещество Б, которое активизирует вещество В, открывающее канал Г, благодаря чему в клетку поступает больше вещества Д, которое является нейромедиатором, переда­ющим сигнал через синапс от одного нейро­на к другому.

Сообщу немножко подробностей относительно этой схемы. Вещество Г присоединяется к белку CREB и акти­визирует его, изменив пространственную конфигурацию. Животные с поврежденным белком CREB могут усваивать новую информацию, но запоминают ее не дольше чем на несколько часов. Работа белка CREB направлена на вклю­чение ряда дополнительных генов, с помощью которых на длительное время изменяется форма и функциональность синапса. Один из генов, запускаемых белком CREB, назы­вается CRE. Этот ген ответственен за синтез циклического АМФ. Еще несколько деталей, и я вас окончательно запу­таю. Но чуточку внимания и терпения. Обещаю, что скоро ситуация прояснится (Schacher S. et al. 1988. cAMP evokes long-term facilitation in Aplysia neurons that requires new pro­tein synthesis. Science240: 1667-1669).