Принцип обратной связи.

Если бы опытному и способному конструктору поручили создать такую машину, самолет или ракету, ко­торые должны двигаться по определенному пути, как бы он приступил к своей задаче?

Он установил бы на своей машине такие приборы, по которым можно было бы определять направление движения. [42]Эти приборы должны указывать по карте путь сле­дования машины. В современном судоходстве и в авиации для определения местонахождения судна или самолета используются радарные лучи, и полученные данные пере­носятся на географическую карту. Таким образом, прибо­ры фиксируют действительное местонахождение машины на географической карте.

Другие приборы должны показывать намеченное на­правление. Самым простым прибором такого рода являет­ся компас. Теперь необходимо, чтобы действовало устрой­ство, которое постоянно сравнивало бы фактические данные с заданными, например фактический курс с намеченным направлением. Это устройство должно так направлять ме­ханизм машины, ее рулевое управление, чтобы в конеч­ном итоге ликвидировать расхождения между фактиче­ским и заданным направлениями. Такие технические зада­чи относительно легко разрешить, и соответствующие при­боры в настоящее время широко применяются.

Принцип, о котором идет речь, называется принципом обратной связи. Это означает, что обнаружение различия между соответствующими заданными и фактическими дан­ными в конечном итоге ведет к ликвидации этих различий. Поэтому такой принцип иначе называют принципом отри­цательной обратной связи.

Принцип обратной связи осуществляется в электриче­ском холодильнике. Если ртуть термометра опускается ниже дозволенной границы, прерывается прохождение тока, и охлаждение прекращается. После этого температу­ра в холодильнике снова поднимается, поднимается и ртут­ный столбик термометра, что в конечном итоге включает ток, и холодильное устройство вновь начинает функцио­нировать. Этот пример делает понятным процессы, происходящие в нервной системе животных и проявляю­щиеся в их поведении. Когда животные благодаря своим «внутренним часам» ориентируются по астрономическим данным, т. е. по движению солнца или звезд, то в их по­ведении проявляется принцип отрицательной обратной связи. Этот принцип действует и тогда, когда летучая мышь благодаря отражению ультразвука изменяет направ­ление полета в погоне за своей жертвой.

Конечно, одно дело техника, другое — живой организм. Как же протекает деятельность живого организма?[43]

Рефлексы.

Раздражения, поступающие из окружающей сре­ды и достигающие организма, улавливаются органами чувств. Глаза улавливают свет, уши — звуковые колебания, полукружные каналы — ускорения, связанные с вращени­ем, и т. д. Органы чувств воспринимают различные влияния окружающей среды. Их чувствительность означает, что они воспринимают внешние раздражения и превращают их в нервные процессы.

Свет, падающий на человека, воздействует не только на наши глаза, но и на нашу кожу. Однако глаза гораздо бо­лее чувствительны к свету, чем кожа. Чувствительные клетки глаза воспринимают даже самые малые различия интенсивности света. Лучи света, достигающие глаза, вследствие сложной и тонкой работы чувствительных кле­ток (колбочек и палочек) становятся раздражителями нервных клеток, находящихся в глазу. По нерву, связыва­ющему глаз с мозгом, пробегают электрические разря­ды — характерные серии нервных импульсов. В нервное возбуждение превращается и всякое раздражение, дохо­дящее до уха. Соответствующие разряды пробегают и по нервам, идущим от коленного сухожилия к центральной нервной системе, когда при испытании коленных рефлек­сов врач внезапным ударом молоточка напрягает сухо­жилие.

Следовательно, рефлексы начинаются с деятельности органов чувств. Свет, звук, удар, холод, запах и т. д. воз­буждают чувствительные клетки. Эти чувствительные клет­ки соприкасаются с нервными клетками, которые восприни­мают раздражение чувствительных клеток и путем разря­дов, пробегающих вдоль длинного отростка нервного волокна, передают их дальше в центральную нервную систему. Нервные клетки центральной нервной системы связаны с другими нервными клетками. Самая простая форма такой связи — передача нервными клетками раздра­жения чувствительных клеток и возбуждение других нерв­ных клеток, которые связаны, например, с мышечным [44] волокном. В таких случаях вторая нервная клетка, получив разряд и передав его дальше, вызывает раздражение мы­шечного волокна, которое при этом сокращается.

Рефлекс коленных мышц.

Удар молоточка растягивает коленное сухожилие. Чув­ствительные органы, имеющие форму веретена, попадают под удар и вступают в действие. Под их воздействием вдоль чувствительных нервов пробегают электрические раз­ряды от колена до спинного мозга. В спинном мозгу «мо­торные нервные клетки» воспринимают раздражение, и через их длинные отростки (нервные волокна) разряды доходят до мышц бедра, где мышечные волокна сокраща­ются, и пациент невольно вскидывает ногу.

Этот сложный процесс представляет собой один из са­мых простых рефлексов.

Органы чувств связаны со множеством нервных цент­ров, с миллиардами нервных клеток центральной нервной [45]системы. Нервные центры постоянно руководят всеми орга­нами и клетками многоклеточных организмов.

Как отстает современная наиболее сложная по конструк­ции машина от многоклеточного живого организма!

Взять хотя бы хорошо известное нам одноклеточное животное — инфузорию-туфельку. Какую удивительную [46]согласованность в действиях проявляет ее вёсла-реснички. Если бы эти реснички двигались не одновременно, то ин­фузория была бы совершенно беспомощна в воде. Одновре­менность движений ресничек обеспечивается их взаимо­связью. Насколько же сложнее действия более высокораз­витых живых существ, состоящих из несметного множества клеток! Не удивительно поэтому, что строение нервной системы чрезвычайно сложно.

Нервная система, несмотря на сложность строения и деятельности, состоит из относительно простых элементов. Основной ее элемент — нервная клетка, т. е. нейрон с мельчайшими древовидными разветвлениями (дендритами) и длинными осевыми отростками (аксонами). Они-то и образуют пути, по которым раздражения идут от органов чувств к органам передвижения. Основным принципом деятельности нервной системы является рефлекс — воз­буждение, передающееся по этим путям. Это значит, что движения организма вызываются его структурными из­менениями, наступающими вследствие воздействия окру­жающей среды.

Нервная клетка. Разрыв нервного волокна показывает, что на рисунке изображена только его начальная и конечная части

Принципиально это относительно простое явление, однако рефлексы — результат довольно сложной деятель­ности организма, не говоря о том, что отдельные рефлексы могут вызвать за собой целую их цепь.

Наука, занимающаяся поведением животных и насчи­тывающая всего лишь несколько десятилетий, накопила многочисленные наблюдения о цепях рефлексов в поведе­нии животных.

Для примера рассмотрим, как протекает спаривание (нерест) колюшек. Самец сначала выбирает себе участок. Причина, вызывающая у самцов стремление выбрать уча­сток, по-видимому, заключается в изменяющейся деятель­ности желез внутренней секреции. Это зависит от воздей­ствия внешних условий. Не случайно, что многие живот­ные размножаются именно весной. У отдельных позвоноч­ных можно доказать влияние температуры окружающей среды на деятельность половых желез. Следовательно, внутренняя причина выбора участка кроется в изменив­шейся деятельности желез внутренней секреции ры­бы, особенно половых желез[7], а внешняя причина — в окружающей обстановке, служащей наследственным раздражителем.

Окружающая среда стимулирует самца колюшки к устройству гнезда, которое он строит, главным образом, из растений. В длинной цепи рефлексов первым звеном и является постройка гнезда. Только после этого может наступить очередь следующего звена этой цепи. Внешним раздражителем его является появление такой самки,[48]раз­дутый живот которой ука­зывает на то, что она го­това метать икру. Под влиянием вида такой сам­ки самец начинает харак­терно плавать, делая зиг­заги. До тех пор, пока самец строил гнездо, его окраска сливалась с окру­жающей средой. В тот мо­мент, когда самец замечает самку, он приобретает бле­стящую окраску брачного периода. Окраска самца и зигзагообразное плаванье привлекают самку, она приближается к нему. За­видев приближающуюся самку, самец направляет­ся к своему гнезду. Самка следует за ним: самец «ве­дет» ее. Это тоже рефлекс. В этот момент самец ука­зывает самке вход в гнез­до, просовывая в него голову. Следующий этап: самка проникает в гнездо. Если сейчас самца забрать отсюда, то цепь рефлексов самки прервется, и она не станет метать икру. В естественных условиях в это время самец начина­ет трястись, и в ответ сам­ка мечет икру в гнезде. Затем самец оплодотворяет икру.

В этом сложном процессе поведение самца и поведе­ние самки определяются рефлексами. Отдельные рефлек­сы взаимосвязаны между собой как звенья единой цепи: каждое отдельное звено подготавливает появление следу­ющего звена.

Отдельные фазы нереста у самца (♂) и самки (♀) колюшек.

Как известно, «исходной точкой» отдельных рефлексов является соответствующее раздражение окружающей сре­ды. Значение этого факта хорошо иллюстрируется [49]следующим примером. Исследователь Тинберген изготовил моде­ли рыб, которые воздействовали на самца колюшки таким же образом, как живые рыбы. Выяснилось, что даже не­значительные факторы определяют поведение животных. Например, самец принимает каждую модель рыбы, если она окрашена снизу в красный цвет, за самца и готовится к нападению (см. рисунок на стр. 50).

Животные наследуют довольно большое количество относительно сложных рефлексов и способов поведения, и каждый из них имеет характерный, вызывающий его раздражитель. Не всегда легко понять, что же это за раз­дражитель. Тем более, что отдельные рефлексы представляют собой часть общей цепи и могут вступить в действие только после соответствующих предпосылок.

Модели рыб: верхняя, больше всех похожая на самца, но не имеющая нерестовой окраски, не привлекает внимание самца во время нереста, нижние, относи­тельно бесформенные модели, но с красным «животом», побужда­ют самца, охраняющего свое гнездо и готового к нересту, принять позу готовности к нападению.

Говоря о сложных взаимодействиях, мы вновь обра­щаемся к примеру колюшек. Вылупившихся из икры мел­ких рыбешек самец бдительно охраняет. Он следит даже за тем, чтобы рыбешки по неосторожности не заплыли слишком далеко. Если та или иная из них отплывает да­леко от гнезда, то заботливый отец стремительно кидается вслед и, взяв рыбешек в рот, возвращается к гнезду.

В этом проявляется строгая закономерность, в чем мож­но убедиться из следующего. Большинству рыб необходи­мо глотнуть немного воздуха, чтобы начал действовать их плавательный пузырь (он должен наполниться газом, вы­деляемым из крови). Таково положение и у колюшек. Если этим рыбкам в раннем возрасте воспрепятствовать подниматься на поверхность для заглатывания воздуха, их плавательный пузырь никогда не будет функционировать. Рефлекс отца-колюшки по уходу за своим потомством заключается в том, чтобы догнать своих деток, отплы­вающих слишком далеко, и вернуть их на свой участок, чтобы они не стали добычей других рыб. Однако отцов­ский рефлекс был бы вреден для малышей, если бы в ре­зультате его действия рыбешки не могли бы подняться на поверхность, чтобы глотнуть воздуха. Когда маленькие ко­люшки направляются вверх, к поверхности воды, то их обычно медленный темп плавания внезапно настолько ускоряется, что колюшка-отец не может их догнать [8]. [50]

Передвижение маленьких колюшек вверх, следователь­но, совершенно отличается от их обычного плавания. Это тоже рефлекс.

В настоящее время наши сведения о тех моментах, из которых слагается цепь рефлексов поведения животных, еще относительно малы. Мало мы знаем также и о тех раз­дражениях, без которых не может протекать каждый от­дельный рефлекс. Не выяснено окончательно, какое влия­ние оказывает соприкосновение с атмосферой на деятель­ность плавательного пузыря рыб.

Известно, что крысята, появившиеся на свет путем ке­сарева сечения и немедленно отделенные от матери, не в состоянии мочиться. Для того чтобы рефлекс мочеиспу­скания вступил в действие у этих животных, они нужда­ются в раздражении, которое получается, когда мать обли­зывает их после рождения и надавливает на мочеполовые органы. Еще неизвестно, для чего необходимо это раздра­жение крысам. Обезьяны и собаки, например, отлично об­ходятся без него.[51]

Созревание.

Существуют такие формы поведения, такие це­пи рефлексов, которые образуются сразу после того, как на животное воздействовали определенными раздражите­лями хотя бы один раз в жизни. С другой стороны, имеют­ся и такие рефлексы, которые появляются лишь на опреде­ленной стадии развития, т. е. нуждаются в созревании.

Известно, что значительная часть животных не сразу достигает половой зрелости, вернее, что их половая деятельность начинает проявляться по прошествии опреде­ленного времени после рождения. В других формах пове­дения животных также имеется ряд явлений, которые проявляются после созревания. В качестве примера мож­но привести поразительный, но общеизвестный факт.

Как начинают летать молодые голуби? Совершенно яс­но, что для того чтобы у молодых голубей в полете появи­лось унаследованное рефлекторное движение крыльев, не­обходимо определенное время для их развития. Вначале молодые голуби очень неловки в полете, но затем они на­чинают летать все лучше и лучше.

Вполне естественно предполагать, что голубь приучает­ся к полету в результате приобретаемой практики. Науке же свойственно сомневаться. Все суждения следует прове­рять, даже если они кажутся понятными. Не следует жа­леть времени на проверку суждений, основанных на фак­тах, какими бы убедительными они ни казались.

Громан произвел опыты с молодыми голубями. Груп­пу птенцов он воспитывал в обычных условиях. Эти птенцы летали изо дня в день все лучше и лучше. Другие птенцы такого же возраста были помещены в проволочные клетки, имеющие форму узкой трубы, где они не име­ли возможности даже .расправить свои крылья. Когда птенцы первой группы уже умели летать так же хорошо, как и взрослые, были выпущены на свободу птенцы вто­рой группы. Оказалось, что голуби обеих групп летали с одинаковой ловкостью. Отсюда был сделан вывод, что в определенный период развития птенцов ловкость в полете [52] приобретается не вследствие практики, а благодаря соз­реванию!

Для выяснения значения процесса созревания приве­дем опыты Гесса. У цыплят есть наследственный реф­лекс — стремление подбирать и поедать мелкие блестящие предметы. Если в мягкую глину вставить гвоздь с блестя­щей шляпкой и рядом поместить однодневных цыплят, то через некоторое время в глине вокруг шляпки гвоздя по­явятся характерные следы клювов цыплят. Повторяя еже­дневно этот опыт, можно заметить, что цыплята с каждым днем становятся все более меткими. Об этом будут свидетельствовать следы от ударов клювов, все более прибли­жающиеся к шляпке гвоздя. Чем это объяснить: практи­кой или созреванием?

Через призму цыпленок видит предметы сдвинутыми.

Следующий опыт дает ответ на заданный вопрос. Цып­лятам надели специальные очки, сделанные из призм, бла­годаря которым изображение предметов (в данном случае шляпки гвоздя) сдвигалось. Следы от ударов клювов цып­лят также соответственно сдвигались.

Очки цыплятам были оставлены на несколько дней (о питании позаботились особо, ибо в очках они не могли клевать зерно). О практике здесь речи быть не могло. [53]И все же после снятия очков следы от склевывания, остав­ляемые этими цыплятами в глине, также концентрирова­лись на все меньшей площади вокруг шляпки гвоздя, как и у цыплят, остававшихся без очков. Следовательно, уве­личение точности попадания у цыплят объясняется также не практикой, а созреванием!

Впечатление, что улучшение получается благодаря практике, является, следовательно, лишь видимостью. Од­нако часто и созревание является кажущимся. Видимость созревания может быть вызвана также и запоздалым про­явлением уже готовой формы поведения. Этим, вероятно, можно объяснить известные в медицине случаи, когда вследствие нарушения нормальной согласованности дей­ствия гормонов (в результате развития опухоли) у 4—5-летних детей наступает преждевременное половое созрева­ние. В таких случаях не только тело ребенка становится таким, как у взрослого, но и все его поведение. Можно предположить, что уже в раннем возрасте и у нормального ребенка рефлексы, связанные с половой жизнью, подготов­лены, однако состояние развития организма не дает воз­можности этим рефлексам себя проявить[9]. В патологиче­ских же случаях эти рефлексы проявляются раньше вре­мени.

На основании сказанного можно сделать вывод, что каждая фаза поведения животных тесно связана с окру­жающей средой. Ведь рефлексы — это унаследованные ви­ды поведения, унаследованные действия организма, являющиеся ответами организма животных на определен­ные воздействия.

Эти ответы при определенных условиях «целенаправ­ленны». Естественный отбор всегда сохраняет особенности и формы поведения животных, дающие наибольшие пре­имущества в борьбе за существование: именно они и пере­даются по наследству потомкам. [54]

Поведение животных, возникшее в определенных усло­виях, может показаться неискушенному наблюдателю вы­ше человеческого понимания. Как узнают птицы, что вре­мя приближается к осени, что в теплых краях они смогут укрыться от невзгод сурового климата? Откуда они узна­ют, в каком направлении им надо лететь, и т. д.?

Мы видели, что в подобной деятельности животных участвуют унаследованные рефлексы (цепи рефлексов). Если искусственно изменить те условия, к которым при­способлено унаследованное поведение животных, то дея­тельность, бывшая ранее такой целеустремленной, станет бессмысленным автоматизмом. В действительности же по­ведение животных не уподобляется бессмысленному авто­матизму. Наоборот, оно удивительно гибко следует за из­менениями окружающей среды.

Ниже мы подробнее познакомимся с вопросом о при­способлении к изменяющимся условиям. Самое важное для нас — выяснить, как удается животным столь гибко при­способляться к изменениям окружающей среды. Этот во­прос не следует обходить и тогда, когда речь идет об обучении.

Обучение является очень сложным понятием. В связи с вопросом о созревании уже говорилось о существовании таких унаследованных рефлексов, которые появляются в жизни не сразу после рождения, а через определенный пе­риод времени. В этом случае нельзя говорить об обучении. Хотя при обучении и появляются новые привычки, одна­ко они находятся в неразрывной связи с предыдущим опытом индивида, в то время как унаследованное поведе­ние не зависит от опыта. [55]

Поиск по сайту: