Борис Сергеев - Как мозг учился думать
Каждый, кому приходилось иметь дело с собаками, знает, что их можно многому научить, не поощряя лакомством и не пользуясь плеткой. Это, конечно, не означает, что у собак условные рефлексы вырабатываются вовсе без подкрепления. Просто им для домашних животных может служить не только пища или боль. В этой главе будет рассказано о том, как в этом случае образуются условные рефлексы.
Собака, попав в наш дом, видимо, воспринимает семью своих хозяев, как таких же, как она, собак, только почему-то передвигающихся на двух ногах. Она отлично разбирается, кто в нашей «стае» является вожаком, какое место в ней занимает ее непосредственный хозяин и какое отведено ей. Еще с детства она усваивает, что с хозяином спорить бесполезно и самое благоразумное – ему подчиниться. Собака прекрасно понимает, когда хозяин ею доволен, а когда на нее сердится. Его похвала, сказанная ласковым голосом, ласковое поглаживание, почесывание за ухом, другие формы поощрения, вполне заменяют такой вид подкрепления, как пища, а выговор, сделанный строгим голосом, действует не хуже удара хлыстом.
Многие дрессировщики любят прибегать к болевому воздействию, для закрепления нужного навыка. Действительно, нередко достаточно всего одного подкрепления, чтобы образовался прочный оборонительный условный рефлекс. Он будет безукоризненно осуществляться на протяжении многих дней, недель или даже месяцев, и в этот период применять болевое воздействие больше не придется. В данном случае рефлекс тоже каждый раз получает подкрепление, но подкрепление совершенно особое. Давайте разберемся, что здесь служит подкреплением.
В лабораториях у собак в качестве оборонительных условных рефлексов чаще всего вырабатывают отдергивание лапы. Перед началом опыта к собачьей ноге прикрепляют электроды и специальный рычажок. При выработке условного рефлекса сначала включается условный раздражитель, например гудок, а спустя две-три секунды электрический ток, конечно, не слишком сильный. Под воздействием электрического раздражения собака начинает дергать лапой, двигая рычажок, к которому привязана. Когда она поднимает рычажок достаточно высоко, электрический ток автоматически отключается, но стоит лишь лапке с рычажком чуть-чуть опуститься, ток тотчас включается снова. Если одной процедуры оказывается недостаточно, ее повторяют столько раз, сколько требуется, чтобы собака, услышав гудок, высоко поднимала лапу и держала ее поднятой до тех пор, пока звучание гудка не прекратится.
Отвечая на раздражитель условно-рефлекторной реакцией, собака избавляет себя от электричества. Недаром этот вид оборонительных рефлексов называют избегательным. Осуществляя четкую оборонительную реакцию, животному удается избегнуть неприятного воздействия. Избавление от боли и служит подкреплением. Если бы собаку все время подхлестывали ударами электрического тока, несмотря на осуществление ею условного рефлекса, то не было бы смысла поднимать лапу. В таких условиях условный рефлекс не вырабатывается, а у животного может даже развиться невроз – особое заболевание головного мозга.
Существует много видов условных рефлексов, вырабатывающихся с помощью не совсем обычного подкрепления. К их числу относятся так называемые условные рефлексы второго порядка. От обычных условных рефлексов (от условных рефлексов первого порядка) они отличаются тем, что образуются без непосредственного участия безусловных рефлексов. Вместо пищи и болевого воздействия в этом случае используют условные раздражители, способные вызвать четкий условный рефлекс. Например, если хотят выработать у нашей собаки оборонительный условный рефлекс второго порядка на свет, то поступают следующим образом: сначала включают свет, а через две-три секунды к нему присоединяют гудок. На гудок у нас уже выработан условный рефлекс, и естественно, что собака тотчас поднимет лапу. Если, продолжая тренировать условный рефлекс на гудок, время от времени проводить сочетания света и гудка, то образуется оборонительный условный рефлекс второго порядка: наша собака будет теперь поднимать лапу на вспышку света.
Используя в качестве подкрепления условный раздражитель второго порядка, у собак можно выработать условный рефлекс третьего порядка, а у обезьян, имеющих более развитый мозг, удается образовать условные рефлексы четвертого, пятого, даже двадцатого порядка. Образование условных рефлексов второго и более высоких порядков возможно лишь у животных с совершенным мозгом. Вот почему у пчелы может быть образован, да и то с большим трудом, только условный рефлекс второго порядка, а у шимпанзе даже рефлексы высоких порядков вырабатываются легко и быстро. Для животных способность образовывать условные рефлексы второго и более высоких порядков имеет огромное значение. Для того чтобы научиться бояться волка, чтобы вид его, голос и запах вызывали у зайца оборонительный рефлекс – бегство или затаивание, – нет необходимости, чтобы волк каждый раз причинял ему боль, хватая за загривок. В этом случае гораздо практичнее заочное обучение, то есть выработка условных рефлексов второго порядка. Их образование связано с меньшим риском, чем условных рефлексов первого порядка, а эффект они обеспечивают такой же.
Дрессировщики, подготавливая цирковой номер, кроме простых условных рефлексов, широко пользуются выработкой условных рефлексов второго порядка. Без них многие трюки и целые цирковые программы осуществить оказалось бы невозможно.
Когда готовят для сцены какой-нибудь трюк, пользуются двумя приемами: или дрессировщик терпеливо ждет, когда животное само совершит нужное ему движение, или побуждает его совершить это движение и сейчас же дает за это лакомство. После нескольких подкреплений рефлекс становится прочным. Можно обоими способами научить медведя стоять на задних лапах. Косолапые мишки и сами любят принимать вертикальную позу. Посидев часок-другой около его клетки, нетрудно дождаться, когда он встанет на дыбы, или, подняв высоко пряник, заставить за ним потянуться. Смотришь, за один-два дня можно научить делать это по команде.
Трудней заставить животное выполнять такие движения, которые ему не свойственны. Приходится идти на хитрость или прибегать к силе. В старину на базарах в ярмарках не обходилось без выступлений цыган с дрессированным медведем. Самый обычный номер – пляшущий медведь. Процедура обучения известна. Сначала Топтыгина учили стоять на задних ногах, затем, потянув за вставленное в нос кольцо, заставляли ходить и каждый шаг, естественно, поощряли пищевыми подачками. На следующем этапе нагревали лист железа, накрывали его стареньким половичком и заводили на него четвероногого артиста. Железо жгло пятки, мишка невольно переминался с ноги на ногу и получал за это мед. Немного терпения, и он запоминал, что на половичке следует переминаться с ноги на ногу, если желаешь полакомиться медом. Номер с танцующим медведем был готов.
Примерно так же в наши дни учат медведей езде на велосипеде. Сначала заставляют молодого мишку встать на задние ноги, затем сзади подставляют табуретку и требуют, чтобы мишка оперся о нее крестцом, и тотчас подкармливают. Да ученик и сам чувствует, что так он держится устойчивее. Теперь его нетрудно заставить и сесть на табуретку, а когда он с ней достаточно освоится – и на седло неподвижно закрепленного велосипеда. На следующем уроке мишку учат ставить ноги на надежно закрепленные педали. Если он сам не догадывается это сделать, ставят насильно. Потом таким же образом учат нажимать на педали, затем ехать, придерживая велосипед, чтобы косолапый артист не упал, пока ученик не научится сам балансировать. Наконец, учат пользоваться рулем и ехать в нужном направлении. Сходным способом подготавливают многие номера, но, к сожалению, он не может быть применим во всех случаях дрессировки.
Голуби легко поддаются обучению, пока оно идет на земле. Для воздушных трюков нужны особые приемы. Предположим, дрессировщик хочет, чтобы птица вылетела из-под купола цирка, перекувырнулась в воздухе над центром арены и улетела через открытую дверь в цирковую конюшню. Специально обучать голубя технике кувыркания не приходится. Представителям некоторых пород голубей этот навык передается по наследству. Задача только в том, чтобы придумать, как объяснить птице, чего от нее ждут: куда ей следует лететь, в каком месте нужно перекувырнуться и что делать дальше. Вот если бы тренер мог летать вместе со своим учеником под куполом цирка и после каждого кувыркания протягивать на ладони лакомство. Тогда обучение не требовало бы серьезного труда, но летающих дрессировщиков не бывает.
Для пернатых артистов существуют специальные приемы тренировки. Сначала дрессировщик садится рядом с голубем, берет в зубы свисток и четыре-пять раз в минуту подает сигнал, каждый раз давая после него ученику пшеничное зернышко. Процедура не сложная, голубь быстро запомнит, что вслед за свистком немедленно появляется корм. Однако тренер не торопится и повторяет уроки, пока голубь не научится по свистку бросать все дела и спешить за угощением. Теперь можно приступать к тренировке на арене. Дрессировщик усаживается внизу, а ассистент несет голубя наверх. Когда ученик, немного полетав, спускается вниз, его каждый раз возвращают под купол, пока он в конце концов не перевернется. Тогда немедленно раздается знакомый свисток, и проголодавшаяся птица сломя голову летит за вознаграждением.
