Мы не венец творения

А всего лишь один из вариантов эволюции разума

Image for post
Image for post
Image credit: Victoria Dimitrova (artist); inspired by Hans Traxler

Cразу несколько новых авторитетных исследований поставили крест на царившей 150 лет концепции когнитивной исключительности Homo sapiens. Существа с подобным нам продвинутым умом, обладающие сложными формами сознания — это не гипотетический супер-ИИ и не инопланетяне.

Подозрение, что сформированный эволюцией ум животных и птиц не столько слабее разума Homo, сколько просто иной, — появилось не вчера. Однако, представление о несопоставимо более сложном сознании человека так и оставалось доминирующим с конца 19 века.

Сентябрьский номер журнала Science и октябрьский номер журнала Trends in Cognitive Sciences за этот год опровергают это ошибочное представление. Уничижительная метафора «птичьи мозги» — ошибочна.

Подобно уму, различные формы сознания животных и птиц — просто иные, чем у людей. Не слабее и не менее когнитивно совершенные, а лишь иные. В чем-то уступающие, а в чем-то и превосходящие человека.

Ум человека, животного и машины

Image for post
Image for post
Приматолог Сью Сэвидж-Рамбо и бонобо используют клавиатуру для общения друг с другом. Сэвидж-Рамбо установила, что эти обезьяны, как и дети, учатся наблюдая, и что без специальной подготовки они тоже могут научиться пользоваться символами, наблюдая, как другие используют эти символы в повседневной коммуникации. Источник: «Deep Thinkers: Inside the Minds of Whales, Dolphins, and Porpoises»

Bопрос о сопоставлении ума («силы разума», «уровня разумности») трёх известных науке интеллектов — человека, животных и машины, — только кажется простым. Принято считать, что в гонке на звание «чемпиона разумности» люди на несколько кругов впереди двух других интеллектов.

Правда пришлось смириться, что соревноваться с компьютерами в играх (любых: от Го до кёрлинга) просто нет смысла. Но в целом по уровню разумности, человеческий интеллект все равно сильно впереди:

  • ведь по уровню универсальности интеллекта, ИИ по сравнении с нами, — щенок;
  • что же до сознания, то здесь ИИ пока вообще ничего не светит, ибо нет у него сознания, и даже не ясно, будет ли.

Что же до сравнения разумности человека и животных, то давно принято считать, — мы качественно перегнали весь животный мир в ходе эволюции, ибо с нашим мозгом в живом мире не сравнится ничто.

И как же обидно теперь будет узнать, что это самонадеянное утверждение более не действительно.

Но прежде, чем рассказать об этом, хотел бы уточнить вышеприведенные термины.

Дело в том, что понятие «ум» и близкие к нему понятия чрезвычайно расплывчаты. Общепринятых четких различий между толкованием слов intellect, mind, sense, intelligence (в английском) и ум, разум, интеллект, рассудок (в русском) — нет. Если же копнуть глубже — в дебри концептуальной лингвистики, — выясняется, что единого толкования для этих слов и быть не может. Вместо него, лингвоконцептология предполагает при толковании любых абстрактных терминов, разграничивать их значение, понятие и концепт (причем в четырех направлениях лингвоконцептологии они могут быть разными).

  • Понятия — это то, о чем люди договариваются; их люди конструируют для того, чтобы иметь «общий язык» при обсуждении проблем.
  • Концепт же — это культурно отмеченный вербализованный смысл, существующий сам по себе. Концепты люди реконструируют с той или иной степенью (не)уверенности, в зависимости от таких факторов, как социальная традиция и фольклор, религия и идеология, жизненный опыт и образы искусства.
  • Ну а значение слова (о чем обычно большинство споров) — это лишь попытка дать общее представление о содержании выражаемого концепта, очертить его известные границы и описать одним словом его характеристики.

Увы, когда заходит речь о терминах «разум», «интеллект» и т.д., специалистов по концептуальной лингвистике, обычно, не спрашивают. Вместо этого, лишь зря тратится время на бесконечные бессмысленные терминологические споры, в которых ни одно из положений лингвоконцептологии, необходимых для корректной трактовки термина, не определено. В итоге ясности с этими терминами так пока и не появилось. В повседневной жизни люди продолжают использовать слово ум (“сила есть, ума не надо”). В науке вместо ум используются другие термины: психологи и информационщики предпочитают термин интеллект (человека, дельфина, машины), философы и когнитивисты — термины разум (инопланетный, планетарный) и рациональность (индивида, актора).

Не вдаваясь в терминологические споры, в этой статье мы просто договоримся, что будет подразумеваться при употреблении терминов.

✔️ «Сознание» — это набор способностей живых существ желать, чувствовать, воспринимать и ощущать мир и, в том числе, самого себя обособленно от окружающей среды и во времени.

✔️ «Разум» — это комплекс способностей живых существ, включающий в себя, помимо сознания, способности рассуждать, принимать решения и действовать оптимальным способом на основе собственной пространственно-временной модели мира и самого себя.

✔️ «Интеллект» (биологический) — это созданный эволюцией наиболее совершенный механизм повышения приспособленности вида, реализующий функции разума на основе нервной системы и мозга живого существа.

✔️ «Интеллект» (искусственный) (ИИ) — это спроектированный механизм, способный к самостоятельным и не предопределенным заранее сложным действиям в рамках выполнения поставленного перед ним комплекса приоритезированных целей. Если спектр целей специализированный, такой ИИ называют «слабый ИИ». Если же спектр целей может быть универсальный, а по способностям ИИ не уступает аналогичным способностям людей, такой ИИ называют «универсальный ИИ», «сильный ИИ», «ИИ общего назначения» или «ИИ человеческого уровня».

N.B. Обратите внимание, что из этих определений следует, что биологический и искусственный интеллект — понятия разные, и потому их сравнение возможно лишь по отдельным показателям, причем, далеко не по всем.

Вопрос о создании искусственного интеллекта, имитирующего биологический, пока что относится лишь к области ненаучной фантастики. Причина этого в следующем —

биологический интеллект воплощен.

Это не алгоритм, который может сверхбыстро обучаться и эволюционировать. И если бы даже удалось создать небиологический организм, способный его имитировать, он тоже был бы физически воплощен. Из чего следует, что для миллиардов этапов его эволюции и/или обучения потребовалось бы время, сопоставимое с биологической эволюцией (ибо воплощен — значит материален). Таким образом вопрос о том, куда и насколько такой небиологический интеллект мог бы эволюционировать через миллионы лет, серьезно обсуждать могут лишь писатели — фантасты.

Теперь, когда определены основные термины, мы можем обсудить их в контексте сравнения людей и животных, а потом (в следующей публикации на эту тему) и машин.

Как меряться интеллектами

Image for post
Image for post
Источник: https://visual.ly/ Перевод: https://www.popmech.ru/

Биологический интеллект реализует функции разума. Последний же представляет собой комплекс способностей (сознания, способности рассуждать и т.д.) живого существа, обеспечивающий его виду повышение приспособленности.

Искусственный интеллект — это также комплекс способностей. Но на сей раз, способностей некоего механизма, позволяющих ему осуществлять самостоятельные и не предопределенные заранее сложные действиям в рамках выполнения поставленного перед ним круга приоритезированных целей.

Оба основных типа интеллектов — биологический и искусственный, подразделяются на два класса: индивидуальный и коллективный интеллект (последний — во всем разнообразии его видов: сетевой, роевой и т.д.).

Поскольку цели биологического и искусственного интеллектов совершенно разные, говорить об их сравнении не приходится. Но можно пытаться сравнивать отдельные способности интеллекта людей и животных. Хотя и при таком сравнении, делать вывод об абсолютном превосходстве тех или иных способностей индивидуального интеллекта одного вида живых существ (людей или животных) над другим не совсем корректно. Ведь с эволюционной точки зрения, интеллект — всего лишь механизм (пусть и самый совершенный из созданных эволюцией) повышения приспособленности вида к изменяющимся внешним условиям. Тогда наиболее эволюционно совершенным интеллектом следует признавать интеллект биологической формы, прошедшей наиболее долгий путь эволюционного развития и сумевшей выжить и приспособиться в ходе наибольшего числа изменений условий среды обитания.

Кто в этой логике лучше приспособлен — люди или тараканы, — большой вопрос. Если судить по срокам существования на Земле, тараканы, появившиеся на Земле еще до динозавров, сильно впереди.

Тогда, может быть, следует говорить о превосходстве людей над животными по части каких-то способностей коллективного интеллекта? Но и здесь все не очевидно. Наш сильно продвинутый культурой коллективный интеллект цивилизаций, с точки зрения эволюции, — еще не понятно, плюс это или минус. Ведь с одной стороны, действительно, способности интеллекта цивилизованных современных обществ колоссальны. Но с другой стороны, параллельно возросшие экзистенциальные риски могут запросто схлопнуть полученное людьми эволюционное преимущество. С человечества станется. Возьмет и самоистребится, благо практические способы уже имеются. А тараканы, точно, на такую дурь не способны. Посему, и на этом нашем интеллектуальном превосходстве я бы пока не настаивал.

Получается, что и прямое сопоставление отдельных способностей обоих классов интеллекта (индивидуального и коллективного) людей и животных не продуктивно.

Что же тогда остается, если мы все же хотим померяться с животными разумностью?

Тогда остается только базовый набор способностей, обеспечивающих фундамент разумности — сознание.

Напомним, что по определению Нобелевского лауреата Дж. Эдельмана, почти дословно совпадающего с определением лауреата Ленинской премии, профессора Л. В. Крушинского,

«сознание — это то, что мы теряем в состоянии сна без сновидений, при глубоком наркозе или в коме, и то, что к нам возвращается после прекращения этих состояний».

Из такого определения следует, что есть все основания полагать наличие сознания у животных. И Кембриджская Декларация о сознании в 2012 году кристаллизовала научный консенсус о том, что люди не являются единственными сознательными существами и что

«нечеловеческие животные, включая всех млекопитающих и птиц, и многие другие существа, включая осьминогов обладают неврологическими субстратами, достаточно сложными, чтобы поддерживать сознательные переживания».

Тем не менее, сознание человека интуитивно кажется несопоставимо сложнее сознания любого животного. И это интуитивное представление доминировало в науке несколько веков. Однако, исследования последних лет показывают, что это сильное преувеличение, если не ошибка. Действительно, и люди, и животные — сознательные существа.

Но не из чего не следует, что люди, по части сознания, — абсолютное эволюционное совершенство.

Как меряться сознанием

Image for post
Image for post
Пять аспектов вариативности сознания (1-й аспект представлен двумя разновидностями). Источник: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/309574. Перевод автора.

Современные данные подтверждают приписывание той или иной формы сознания млекопитающим, птицам и, по крайней мере, некоторым головоногим моллюскам (осьминогам, кальмарам, каракатицам).

Но как определить, может ли птица быть более сознательной, чем рыба? Может ли осьминог быть более сознательным, чем пчела? И наконец, является ли человек более сознательным, чем осьминог?

Потребовались десятки лет исследований, чтобы понять — все подобные вопросы просто не имеют смысла. Если пытаться разобраться в вариациях сознания в животном мире, используя единую шкалу и ранжируя на ней виды как “более сознательные” или “менее сознательные”, мы неизбежно будем пренебрегать важными факторами различий разных форм сознания.

Первая попытка построить многомерную структуру для понимания межвидовых вариаций состояний сознания предпринята в работе «Dimensions of Animal Consciousness», публикуемой в октябрьском выпуске Trends in Cognitive Sciences. Предложенная в работе метрика включает пять аспектов вариативности сознания (1-й аспект представлен двумя разновидностями).

1. Перцептивное многообразие (perceptual richness) характеризует уровень детализации, с которой живые существа тем или иным чувством сознательно воспринимают различные элементы и проявления окружающей среды.

В пятиаспектную метрику включены две разновидности данного аспекта: перцептивное многообразие зрения и осязания. Например, перцептивное многообразие визуального опыта, получаемого через зрение, зависит:

  • от ширины полосы пропускания (количества визуального контента, воспринимаемого в единицу времени);
  • остроты зрения (количества едва заметных различий, к которым чувствительно животное);
  • способности к категоризации (способности животного сортировать перцептивные свойства в категории высокого уровня).

Следует также помнить, что помимо зрения и осязания, перцептивное многообразие разных типов чувств у разных животных принципиально отличается.

Примеры специфического перцептивного многообразия.

▪️ Слоны имеют гораздо более богатый обонятельный опыт, чем люди, но менее детализированный визуальный опыт.

▪️ Способы «видеть» окружающую среду у шимпанзе и дельфинов принципиально разные, будучи приспособлены к свойствам двух разных сред.

▪️ Аналогично, иные свойства водной среды определяют перцептивное многообразие головоногих моллюсков. Они обладают богатым зрительным и химико-тактильным восприятием. Хотя они и дальтоники, но весьма чувствительны к поляризованному свету и могут различать узоры различной контрастности, размера и формы.

▪️ Врановые обладают богатым цветовым и даже ультрафиолетовым зрением с превосходной чувствительностью движения.

2. Эволюционное (оценочное) многообразие (evaluative richness) характеризует богатство эмоциональной валентности переживаний, как для отрицательной валентности (боль, страх, горе, тревога …), так и для положительной (удовольствие, радость, комфорт, любовь …).

Некоторые человеческие эмоции — типа жажды, голода и боли, — вероятно, разделяются широким кругом животных. Некоторые же — типа благодарности, — представлены среди животных куда уже. Например, собаки и кошки, точно, испытывают благодарность, когда их покормят. А вот комар, которому вы дадите вдоволь напиться вашей крови, скорее всего, не в состоянии почувствовать благодарность к вам за это.

Примеры специфического эволюционного (оценочного) многообразия.

▪️ Положительные эмоции: например, игровое поведение, типа «катания ворон с горки» — скольжение по крутым заснеженным склонам на украденной пластиковой или металлической крышке.

▪️ Отрицательные эмоции: например, склонность ворон к «заразности» переживаний тревоги, страха, стресса или горя.

3. Интеграция в момент времени (целостность). Этот аспект характеризует интеграцию всех чувств, сознательно испытываемых в определенный момент времени и формирующих у здоровых взрослых людей единый сознательный взгляд на мир.

Однако, при патологиях (напр. синдром расщепленного мозга) это единство, по-видимому, разрушается. Испытуемые, у которых мозолистое тело было полностью или частично разрезано, иногда демонстрируют столь разобщенное поведение, как будто в одном черепе сосуществуют два субъекта. Тогда спрашивается — а может ли в мозге птицы, не имеющем структуры, сходной с мозолистым телом, быть два субъекта?

Или другой пример: у осьминогов, предпочитающих использовать разные «руки» для разных видов деятельности, их «руки» частично функционируют независимо от мозга. Каждое щупальце имеет механизм самопознания, который предотвращает взаимодействие с другими щупальцами. Так может ли осьминог иметь два или даже девять сознательных взглядов на мир?

Или еще вопрос — как получается, что животное имеет одно полушарие спящим, в то время как другое активно, — черта, наблюдаемая у некоторых птиц, дельфинов и тюленей.

Ответы на все эти вопросы пока не совсем понятны. Возможно, ключ к пониманию интеграции сознания в каждый момент времени может прийти из однополушарного сна. Если одно полушарие спит, в то время как другое бодрствует, это наводит на мысль о более чем одном потоке сознания.

Примеры целостности.

▪️ Вороны обрабатывают информацию двусторонне: каждое полушарие мозга осуществляет доминирующий контроль над определенными функциями. Во время выполнения задач пространственной памяти правая глазная система отдает предпочтение объектно-ориентированным сигналам, а левая глазная система-пространственным сигналам.

▪️ Новокаледонские вороны предпочитают определенную ногу во время изготовления/использования инструмента.

4. Интеграция во времени (темпоральность). В простейшей форме, — это переживание отдельных эпизодов, фиксированных во времени. В более сложной форме — это ментальные путешествия во времени. А в особо сложной форме — управление собственной мотивацией в настоящем на основе прошлого опыта и представлений о будущем.

Примеры темпоральности.

▪️ Вороны запоминают “что, где и когда” прошлых событий (эпизодическая память) и предвосхищают будущие сценарии.

▪️ Сойки извлекают элементы своей памяти, основываясь на том, что за тип еды они припрятали в конкретном месте и как долго этот тип еды хранится (чтобы учесть «срок годности» продукта).

А вот пример управления собственной мотивацией в настоящем на основе прошлого опыта и представлений о будущем.

▪️ Возьмем два разных вида еды: обычная еда и лакомство. Вороне дают обычную еду и приучают терпеливо ждать и не есть ее. Если она долго терпит, её дают лакомство. Если же съедает сразу, то лакомство не получает. Вороны могут так выжидать до 10 минут.

Для сравнения: шимпанзе могут вытерпеть всего 4 минуты, а попугаи — аж до 15 минут. Наши дети могут в этом соревноваться с шимпанзе, но до попугаев им не дотянуть.

5. Самость — осознание себя как отличного от мира сверхценного «я». В простейшей форме это осознание собственного тела. Более сложные версии включают в себя осознание собственного потока переживаний и мыслей (разума), а на самом сложном уровне — размышление, обращенное вовнутрь самого себя (размышление о своих размышлениях). Люди обладают всем этим. Есть свидетельства, что обезьяны и врановые обладают некоторыми способностями к размышлению. Что касается размышлений, направленных вовнутрь, свидетельств такого у животных крайне мало. Но не потому, что этого у животных нет, а вследствие невозможности экспериментальной фиксации подобного.

Самый простой пример самости — зеркальный тест, в ходе которого животное должно подтвердить, что видит в зеркале себя, а не какое-то другое животное. 100%-но, что этот тест проходят шимпанзе. Что же до остальных (дельфины, афалины, слоны, сороки и даже рыбы), то здесь проблемы с постановкой и интерпретацией тестов. По одним методикам, эти животные тест проходят, а по другим нет. Ведь люди могут более-менее точно интерпретировать реакцию животного на свое отражение лишь в случае шимпанзе.

▪️ Например, самка орангутанга в германском зоопарке, любит украшать себя перед зеркалом, укладывая себе на голову листы латука вместо шляпки. Т.е. в данном случае люди легко интерпретируют результат теста из-за сходности поведения человека и шимпанзе. А когда такой сходности в поведении в помине нет (например, у слона или дельфина), то интерпретация теста становится спорной.

Итого по 5-ти аспектам вариативности сознания

Для каждого вида по каждому из 6-ти (5+1) измерений в работе «Dimensions of Animal Consciousness» рассматриваются существующие эксперименты и предлагаются их более точные варианты. Оценивая данный вид по каждому измерению, можно построить профиль сознания для этого вида. При дальнейшем сравнении профилей сознания разных животных не существует единой шкалы, по которой виды можно было бы причислить к более или менее сознательным. Напротив, каждый вид имеет свой собственный отличительный профиль сознания.

Это значит, что и при оценке сознания людей и животных мы оказываемся ровно в той же ситуации, как и при оценке интеллектуальных способностей. Никакого универсального эволюционно совершенного сознания среди биологических видов нет. Подобно разуму, различные формы сознания животных и птиц — просто иные, чем у людей. Не слабее и не менее совершенные, а лишь иные. В чем-то уступающие, а в чем-то и превосходящие человека.

Но как же так получается, что, имея гораздо более развитый мозг, превосходящий мозг самых умных видов млекопитающих и, уж тем более, птиц, мы говорим, что у людей нет абсолютного превосходства ни в уровне интеллекта, ни в уровне сознания?

Ответ на этот вопрос — весьма удивителен и даже навевает мысли о наличии телеологических сил, направляющих эволюцию.

Эволюционная интеллектуальная лестница

Image for post
Image for post
На основе фото из Wikipedia

Итак, получается, что принципиальных — качественных отличий в спектре способностей людей и животных нет: ни в части интеллектуальных способностей, ни в части сознания.

В течение миллионов лет разум людей, млекопитающих, птиц и рептилий эволюционировал, чтобы оптимальным образом обеспечивать приспособленность каждого из видов. Если для повышения приспособленности вида при изменении условий обитания требовалось появление каких-то отсутствующих когнитивных способностей, они возникали и оптимизировались в ходе эволюции.

Так у ряда видов млекопитающих, птиц и рептилий в результате эволюции сформировались такие виды способностей:

  • решение новых «орудийных» и элементарных логических задач и, в том числе, посредством инсайта (т.е. без проб и ошибок);
  • оперирование эмпирической размерностью фигур;
  • экстраполяция;
  • обобщение поступающей информации и формирование довербальных понятий;
  • усвоение и использование символов;
  • выбор по аналогии;
  • транзитивное умозаключение;
  • планирование своих действий;
  • рациональное поведение;
  • причинно-следственные умозаключения;
  • самоузнавание в зеркале;
  • освоение языка-посредника;
  • социальное обучение;
  • долговременная память своих друзей и врагов;
  • модель психики другой особи.

Примеры экспериментального подтверждения наличия вышеназванных способностей у животных и птиц можно увидеть в презентации А. А. Смирновой «Мышление животных» и в двух докладах З. А. Зориной «Когнитивные способности животных» и «Высшие когнитивные способности животных».

Что же до количественных отличий в уровнях интеллектуальных способностей и сознания, то до последнего времени они увязывались с количественными и структурными характеристиками мозга. Примерами количественных характеристик могут служить: абсолютный и относительный (коэффициент энцефализации) размер мозга, число нейронов, число нейронных связей. К структурным характеристикам, в первую очередь, относится наличие новой коры. Её отсутствие, например, у птиц, традиционно считалось признаком примитивности мозга. Следствием этой примитивности считалось упрощение когнитивных функций, некоторые из которых вообще не могли сформироваться.

Результатом такой увязки когнитивных способностей разума с количественными и структурными характеристиками мозга к концу 20-го века в массовом сознании сложилась стройная картина «эволюционной интеллектуальной лестницы» (см. рисунок в начале раздела). На ее ступенях располагались различные классы, отряды и семейства животных в соответствии с количественными и структурными характеристиками их мозга. Высшую ступень занимал «венец природы» — человек, обладающий самым сложным мозгом практически по всем характеристикам.

Такая интеллектуальная лестница интуитивно казалась логичной и правильной, поскольку ближайшие к человеку ступени занимали наиболее близкие людям животные. Всё получалось просто и ясно. Взлёт человека на вершину «эволюционной интеллектуальной лестницы» объяснялся беспрецедентным наращиванием количественных и структурных характеристик его мозга.

  • Чем ближе к человеку на эволюционном дереве располагалось то или иное семейство животных, тем ближе оно оказывался к людям и на «эволюционной интеллектуальной лестнице».
  • Человек умнее шимпанзе, шимпанзе умнее гиббона, гиббон умнее кота, кот умнее воробья, воробей умнее лягушки …
  • Высшие ступени «эволюционной интеллектуальной лестницы» заняты гоминидами.
Image for post
Image for post
Источник: презентация А. А. Смирновой «Мышление животных»

Венец эволюции — Homo в одиночестве занимает высшую ступень. Между гоминидами и другими обезьянами, правда, вклиниваются слоны и дельфины, что несколько нарушает стройность этой картины. Но эволюция — большая затейница. Да и дельфины со слонами — животные, человеку приятные. И потому воспринимаются людьми достойными соседями «венца природы» на «эволюционной интеллектуальной лестнице».

Однако, эту кажущуюся интуитивно логичной картину портили птицы.

Мизерный размер их мозга и отсутствие новой коры как таковой, согласно существовавшим представлениям, однозначно говорили о примитивности когнитивных способностей птиц. По опыту же, как минимум, врановые и попугаи, казались поумнее многих млекопитающих. Да и певчие птицы тоже показывали чудеса сообразительности, никак не объясняемой только инстинктами.

Эксперименты на рубеже 20–21 веков развеяли заблуждение о примитивности когнитивных способностей птиц. Птицы оказались удивительно умны, несмотря на, казалось бы, примитивный мозг, размером с грецкий орех.

Image for post
Image for post
Сравнение размеров областей мозга голубя, макаки и человека. Источник: https://www.scientificamerican.com/article/birdbrain-turns-from-insult-to-praise/

При этом врановые и некоторые попугаи оказались способны на познавательные подвиги уровня обезьян.

Они научились владеть своим клювом почти так же, как приматы — руками. С его помощью птицы способны строить гнёзда, создавать себе орудия труда и ловко пользоваться ими.

Например, какаду на фото ниже отрывает от куска картона «палочку-доставалочку», которую он просунет в дырочку стеклянного ящика с вкусной едой. При этом он:

  • отрывает «палочку-доставалочку» оптимальной длины, в зависимости от расстояния между дыркой в стеклянной стенке ящика и едой внутри него;
  • выбирает листы картона для изготовления «палочки-доставалочки» нужной длины; какаду на глаз оценивает длину листа картона: листы меньшей длины, чем нужная палочка, сразу отбрасываются, а из оставшихся выбирается лист наименьшей достаточной длины;
  • использует два типа стратегий производства «палочки-доставалочки»: либо (1) прогрызая картон по всей длине и отрывая потом лишнее, либо (2) регулируя длину «палочки-доставалочки» поворотом траектории клюва, как инструментом для вырезания; 1я стратегия трудозатратна, но менее рисковая; 2я — менее трудозатратна (меньшую длину отрывать), но несет риск промахнуться с длиной и тем самым сделать ненужный инструмент; о критериях выбора стратегии читайте в отчете по исследованию.

Как это выглядит на практике, можете посмотреть сами.

Этот пример показывает, что какаду умом не уступает приматам. Аналогично и с врановыми. Например, вороны узнают себя в зеркале и строят планы на будущее. Они также могут ставить себя на место других (ворон и не только), распознавать причинно-следственные связи и делать выводы. Голуби могут выучить английское правописание на уровне шестилетних детей. И много-много чего еще.

Естественен вопрос — за счет чего у птиц развился сопоставимый с приматами ум?

И тут нас ожидает большой сюрприз.

Каково техзадание, таков и ум

«Или вот еще вопросик того же плана — почему это по железной дороге, куда ни езжай, всегда приедешь на станцию, и как правило — с буфетом?» — иронизирует один из героев романа Василия Звягинцева «Одиссей покидает Итаку».

Сказанное напрямую относится и к эволюции — по какому эволюционному пути ни езжай, всегда приедешь к нервной системе, и как правило — с разумом. Независимые эволюционные пути с удивительным постоянством приходят к одним и тем же оптимальным для конкретных условий жизни эволюционным решениям. При этом эволюция находит множество способов решать похожие проблемы, но иногда повторяет одно и то же решение снова и снова. Самое инновационное из таких решений — нервная система, — также возникала в эволюционной истории многократно и независимо.

Идея снабдить живое существо нервной системой, была впервые опробована эволюцией где-то в районе 1 млрд лет назад на грибневиках. А через несколько сотен миллионов лет после этого, начиная с общего предка стрекающих и белатерий, нервная система превратилась для животных — потомков этих таксонов в стандартное «техническое решение» эволюции.

Image for post
Image for post
Новейшая версия эволюционного древа животных с двумя путями эволюции нервной системы. Рис. на основе https://elementy.ru/novosti_nauki/432577/Diskussiya_o_roli_grebnevikov_v_evolyutsii_prodolzhaetsya

Аналогичная история произошла и с крупным мозгом, необходимым для управления сложным поведением, — эволюции пришлось создавать его несколько раз. Причем, каждый раз на основе совершенно разных «техзаданий».

Принципиальность отличий этих техзаданий вытекала из среды обитания — одной из трёх стихий, в которых предстояло жить и эволюционировать биологическим живым существам: вода, земля и воздух.

Четвертая стихияогонь, как среда жизни, не допускает существование биологических существ. Тем не менее, существует гипотеза, что небиологическая и даже нехимическая жизнь может существовать в виде способных к сохранению формы и самовоспроизведению (в определенных условиях) плазмоидов, возможным прототипом которых является шаровая молния. Но это всего лишь гипотеза, пока не имеющая под собой надежных научных оснований.

Что же касается трех остальных стихий, определивших разные «техзадания» эволюции на развитие крупного мозга, то таких техзаданий, в итоге, получилось даже не три, а четыре. И в соответствии с каждым из них, на Земле появились четыре разных реализации высшего разума:

✔️ разум осьминогов (представителей головоногих),

✔️ разум врановых и попугаев (представителей птиц),

✔️ разум дельфинов (представителей китообразных),

✔️ разум людей (представителей млекопитающих).

Первая эволюционная развилка, предопределившая последующее развитие разных конструкций крупного мозга и, соответственно, разума, произошла примерно 600 млн лет назад. Она разделила дальнейшую эволюционную траекторию позвоночных и траекторию, на которой потом возникли членистоногие и моллюски (в том числе, головоногие, давшие миру разум осьминогов).

Image for post
Image for post
На основе рис. из книги «Чужой разум» Питера Годфри-Смита

Вторая развилка произошла более 200 млн. лет назад. После нее началась независимая эволюция птиц и млекопитающих.

Image for post
Image for post
Источник: доклад З. А. Зориной «Когнитивные способности животных»

До примерно 50-ти млн лет назад на Земле эволюционировали три разных «проекта» высшего разума. Каждый из них оптимизировался эволюцией под одну из трех стихий и функционировал на основе трех различных конструкций мозга, отвечающих трём разным способам движения:

  1. плавать — головоногие;
  2. летать — птицы;
  3. бегать — млекопитающие.

Около 50-ти млн лет назад млекопитающий парнокопытный предок китообразных начал менять свою земную стихию обитания на водную. Тем самым стартовала эволюционная траектория 4-го «проекта» высшего разума — разума, прошедшего в своей эволюции две адаптации к стихии.

Image for post
Image for post
Самое высокое значение коэффициента энцефализации EQ (7,0) у людей. Значения между 0,44 и 4,56 у больших обезьян, слонов и китообразных, означает, что обезьяны, слоны и китообразные имеют мозг меньшего размера по отношению к размеру тела, чем люди. Источник: https://www.amazon.com/Deep-Thinkers-Inside-Dolphins-Porpoises/dp/022638747X

Претерпев в течение последующих 50 млн лет огромные изменения, китообразные также предоставляют интригующие примеры конвергентной эволюции — когда признак эволюционировал более одного раза, чтобы служить подобным адаптивным функциям (напр. подкожный жир у китообразных и тюленей выполняет и функцию жировых запасов, и функцию теплоизоляции). Все китообразные развили приспособленность к новой водной среде. Подсистемы организма перестроились для уменьшения теплопотерь и поддержания температуры тела. Нос превратился в дырочку, которая мигрировала к макушке для легкого дыхания на поверхности. Для эффективного движения в воде произошел ряд физиологических изменений, включая выпадение волос и замену передних конечностей грудными плавниками для рулевого управления и задними конечностями с крепким хвостом и двуустками для движения вперед. Таз отделился от позвонков, чтобы облегчить движение. Кровь и мышцы были кардинально «перепроектированы» для удержания кислорода посредством большого объема крови, концентрированного гемоглобина и миоглобина, а также больших легких, которые сжимаются при погружении во избежание пузырьков газа в крови (декомпрессионная болезнь). Глаза китообразных получили анатомическую и молекулярную адаптацию к световым ограничениям водной среды, включая высоко сферическую линзу и конструкцию роговицы, обеспечивающей острое зрение как в воздухе, так и в воде. Китообразные потеряли внешние уши в пользу обтекаемого телосложения, но зато у них появились жировые подушечки в челюстях, чтобы улучшить слух (другие детали см. в моем посте «Назначение интеллекта — не думать. А облегчать жизнь тела в среде» и рекомендуемой там книге).

Вышеприведенный отнюдь не исчерпывающий, но чрезвычайно впечатляющий перечень эволюционных переадаптаций китообразных при смене стихии обитания, позволяет вообразить масштаб эволюционных переделок в мозге бывших парнокопытных.

Среди прочего, было минимизировано число нейронов и сведен к минимуму нейрогенез у взрослых. Теперь мозгу требовалось куда меньше энергии и можно было надолго нырять (простаку кашалоту аж на час, а интеллектуалу дельфину на 5–10 мин). Потом пришлось переделать мозг, чтобы он мог спать по-отдельности каждым из полушарий (чтобы случайно не утонуть во сне). Потом переделать восприятие с двумерного на трехмерное. И т.д. и т.п. На все это, напоминаю, хватило 50-ти млн лет повторной адаптации в ходе эволюции.

А что же тогда с мозгом птиц? Ведь независимый эволюционный путь птиц и млекопитающих продолжался минимум вчетверо дольше — более 200 млн лет.

Что же за инновации смогла придумать эволюция за столь солидный срок, выполняя «техзадание» на создание уникального разума птиц?

Разум птиц

Kак было сказано в предыдущем разделе, принципиальным требование «техзадания» была адаптация к воздушной стихии — нужно было оптимизировать живое существо для полетов.

В части изменений мозга, это означало, что было необходимо выполнить два весьма противоречивых требования.

  1. Позволить мозгу обрести новые свойства, позволяющие ему максимально минимизировать вес (ведь надо летать).
  2. Сохранить при этом «тактико-технические» характеристики мозга, позволяющие ему эволюционировать до уровня развитого разума обитателей суши и воды.

Для выполнения столь противоречивых требований потребовались принципиально новые решения.

Во-первых, как показало исследование клеточного состава мозга 28 пород птиц, эволюция ухитрилась найти такое универсальное решение, обеспечивающее выполнение пп. 1 и 2, как иная упаковка нейронов.

Мозг певчих птиц, врановых и попугаев содержат очень большое количество нейронов, при плотности нейронов значительно превышающей показатели млекопитающих.

В результате, мозг попугаев, воронов и певчих птиц содержит в два раза больше нейронов, чем такой же по массе мозг приматов, и в четыре раза больше, чем мозг грызунов. Количество нейронов в паллиуме у птиц оказалось таким же, как у приматов (а эта часть мозга отвечает за сложнейшие функции планирования и поиска закономерностей).

Image for post
Image for post
Источник: презентация А. А. Смирновой «Мышление животных»

Этот оригинальный способ упаковки нейронов далеко не единственная эволюционная инновация в мозге птиц. Эволюция также придумала совершенно иную нейроархитектуру — отличную от таковой у млекопитающих (приматы, слоны …) и, в том числе, вторично адаптированных млекопитающих (китообразные).

В конструкции мозга птиц эволюция отказалась от слоистой архитектуры — шестислойной новой коры (главного эволюционное преимущество мозга млекопитающих). Вместо этого, эволюция пошла на преобразование ядер стриатума, или полосатого тела. Стриатум древнее коры, и функции его проще, чем у неё. Из-за этого центральную нервную систему птиц раньше воспринимали как примитивную структуру, не предназначенную для осуществления высших когнитивных функций, которые выполняет новая кора млекопитающих. Но эволюция нашла путь кардинальной оптимизации механизмов обработки информации в мозге птиц. Это потребовало иного структурно-клеточного решения: вместо колончатой структуры, характерной для новой коры млекопитающих, у птиц развились шаровидные комплексы клеток. Такие комплексы стали важнейшими структурно-функциональными единицами мозга птиц, по эффективности не уступающими нейронным колонкам в мозге млекопитающих.

Результатом такой инновации в мозге птиц, паллий (паллиум) превратился не просто в аналог, а гомолог мозга млекопитающих. Что позволило выполнить оба противоречивых требования: снижения веса мозга при сохранении большого числа плотно упакованных нейронов.

В качестве иллюстрации эффективности найденного природой решения, сравните соотношение веса мозга и числа нейронов паллия птиц и млекопитающих. Например, как видно из рис. ниже:

  • мозг свиньи (весьма умного животного с чрезвычайно развитым мышлением, эмоциями и индивидуальностью) при 307 млн нейронов паллия весит 65 грамм;
  • тогда как мозг ворона, имея в 4 раза больше нейронов паллия, весит всего 14 грамм.
Image for post
Image for post
Соотношение веса мозга (по вертикали) и числа нейронов паллия (по горизонтали — в млн) птиц и млекопитающих. Источник: https://www.scientificamerican.com/article/birdbrain-turns-from-insult-to-praise/

Вышеописанные инновации в клеточном строении и архитектуре мозга птиц были предметом активного обсуждения и споров биологов в течение последнего десятилетия. Как всегда, точка была поставлена после экспериментального подтверждения найденных природой решений. Это стало возможным совсем недавно с появлением трехмерной визуализации в поляризованном свете, или сокращенно 3D PLI. Эта новая технология, способная отображать ориентацию отдельных нервных волокон, позволила на широкомасштабном эксперименте проанализировать мозг различных птиц.

Результаты проведенного анализа, опубликованы в сентябрьском номер журнала Science в публикации, озаглавленной «A cortex-like canonical circuit in the avian forebrain». Исследование экспериментально подтвердило организацию мозга птиц, аналогичную организации мозга млекопитающих: волокна в мозге птиц расположены горизонтально и вертикально так же, как и в новой коре (неокортексе) млекопитающих.

В дальнейших экспериментах, чтобы детально изучить взаимосвязь клеток в мозге птиц, исследователи использовали крошечные кристаллы, которые поглощаются нервными клетками в срезах мозга и транспортируются к мельчайшим дендритам.

«В эксперименте было показано, что структура состоит из колонн, в которых сигналы передаются сверху вниз и наоборот, и длинных горизонтальных волокон», — поясняет один из ведущих исследователей Онур Гюнтюркюн. «Однако эта структура встречается только в сенсорных областях головного мозга птиц. Другие области, такие как ассоциативные области, организованы иначе».

Таким образом, наука нашла ответ на вопрос о том, на что у эволюции ушло более 200 млн лет совершенствования мозга птиц. Выполняя «техзадание на проектирование» оптимального мозга летающих живых существ, эволюция справилась с блеском. Летные характеристики были достигнуты (среди прочих инноваций) кардинальным снижением веса мозга при сохранении потенциала формирования разума, не уступающего умным млекопитающим.

Вот каким получился итог «Эволюции 2.0» (если считать «Эволюцией 1.0» эволюцию мозга головоногих моллюсков, «Эволюцией 3.0» — эволюцию мозга млекопитающих, а «Эволюцией 4.0» — повторную адаптацию китообразных).

Image for post
Image for post
Сравнение разных птиц: доля переднего мозга, масса мозга, интеллектуальные способности и сложность поведения. Источник: https://www.nationalgeographic.com/magazine/2018/02/bird-brains-crows-cockatoos-songbirds-corvids/

И у кого теперь повернется язык, утверждать превосходство результатов «Эволюции 3.0» над результатами «Эволюции 2.0»?

Image for post
Image for post
Источник: https://www.nationalgeographic.com/magazine/2018/02/bird-brains-crows-cockatoos-songbirds-corvids/. Перевод автора.

Впрочем, со временем дойдет дело и до честного сравнения с «Эволюцией 1.0» . Но даже судя по тому, что уже известно о разуме осьминогов (см., напр., книгу Питера Годфри-Смита «Чужой разум. Осьминоги, море и глубинные истоки сознания»), — это полноправный член «Великолепной четверки» наиболее продвинутых классов умов, созданных в процессе земной эволюции.

Что в итоге

Tри вопроса, издавна волновали человечество.

1. Было ли предопределено появление жизни на Земле?

2. Насколько закономерно было появление разума?

3. Насколько вероятным было появление людей — как носителей наивысшего разума на Земле?

Сегодня, с позиций второго десятилетия 21 века, ответы видятся такими.

✔️ Весьма возможно, что появление жизни было предопределено.

Об этом в настоящем посте не сказано ничего. Но поверьте пока на слово, а там, может, и пост напишу. Зато ответы на 2й и 3й вопросы, в свете изложенного, вполне определенные.

✔️ Появление разума — закономерное следствие эволюции жизни.

✔️ Появление людей, как носителей наивысшего разума, — вовсе не закономерность, а всего лишь один из возможных эволюционных вариантов.

Помимо разума людей, нам известны еще три варианта разума, демонстрирующего сложное поведение. Сколько еще их может быть, — неизвестно.

Так что надо бы людям быть поосторожней. Не дай бог, самоистребимся, а второго шанса может и не представиться. У эволюции хватает других вариантов — к тому же, не столь агрессивных и самонадеянных.

________________________________

Спасибо за просмотр! Ставьте лайки и подписывайтесь на канал. Всего доброго!

Written by

Малоизвестное интересное на стыке науки, технологий, бизнеса и общества - содержательные рассказы, анализ и аннотации

Get the Medium app

A button that says 'Download on the App Store', and if clicked it will lead you to the iOS App store
A button that says 'Get it on, Google Play', and if clicked it will lead you to the Google Play store