Рис. 1. Эксперимент для оценки способности шмелей к социальному обучению. На первом этапе (Training) любой шмель проходил обучение одним из трех способов. В первом случае (Social demonstration) он наблюдал за поведением предварительно обученного шмеля-демонстратора (trained demonstrator), какой ловко закатывал один из трех желтых шариков в середина (inner circle) круглой арены. После этого оба шмеля получали каплю сиропа. Во втором случае (Ghost demonstration) шарик «сам» подвигался к центру арены (на самом деле им управлял экспериментатор при поддержки магнита). В третьем случае (No demonstration) и шарик, и капля сиропа (sucrose solution) были в центре арены с самого начала. На втором этапе (Test) шмель должен был разрешить задачу уже без всяких подсказок. На третьем этапе (Generalization test) шарик, находящийся ближней всех к центру, был не желтым, а черным. Это делалось, чтобы проверить, сможет ли шмель применить выученный навык к объекту, выделяющемуся от исходного образца. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Биологи из университета королевы Марии в Лондоне показали, что шмелей можно научить сложным манипуляциям, несходным на обычное поведение шмелей в природе. Обученные шмели становятся образчиками для подражания: наблюдая за ними, их товарищи быстро перенимают новоиспеченный навык. При этом наблюдатель не слепо копирует чужую последовательность поступков, а оптимизирует ее, чтобы быстрее достичь цели. Кроме того, шмели очутились способны к «генерализации» усвоенного навыка, применяя его к объектам, выделяющимся от исходного образца. Исследование показало, что умственные способности насекомых до сих пор мощно недооценивались.
Изучение когнитивных (познавательных или попросту умственных, см. cognition) способностей звериных в последние годы продвигается очень быстро, о чем «Элементы» не раз повествовали. Выяснилось, что многие интеллектуальные функции и достижения, когда-то почитавшиеся свойственными только человеку, можно обнаружить не только у нашей ближайшей обезьяньей родни, но и у многих других позвоночных и даже беспозвоночных звериных — нужно только правильно поставить эксперимент (подробнее см. в книжке Франса де Вааля «Достаточно ли мы умны, чтобы судить об уме звериных?».
По мере развития когнитивной этологии безвозвратно уходит в вчера привычное представление о насекомых как о запрограммированных автоматах, поведение каких полностью определяется врожденными инстинктами. Новое исследование зоопсихологов из университета королевы Марии в Лондоне в очередной раз показало, как немного мы еще знаем об умственных способностях насекомых и как сильно их недооцениваем.
Ранее авторы уже обучали шмелей сложным задачам, таким как вытаскивание контейнера с сиропом из недоступного пункты за веревочку, и показали способность шмелей к социальному обучению, то кушать к перенятию полезных навыков у сородичей (см.: Шмели перенимают новоиспеченные знания от товарищей, «Элементы», 31.10.2016). Впрочем, это поведение гипотетически может частично базироваться на врожденных инстинктах: при большом желании можно отыскать сходство между вытягиванием награды за веревочку и теми задачами, какие шмелям приходится решать в природе, когда они добывают пыльцу и нектар из цветков различной конструкции. Потому в своем новом исследовании Ларс Читтка (Lars Chittka) и его коллеги разрешили научить своих подопечных таким манипуляциям с объектами, каким трудно подыскать аналог в естественном поведении шмелей. Почитается, что способность справляться с нетипичными задачами является более верным показателем интеллекта, потому что животное в ходе эволюции вряд ли могло обзавестись родовыми «заготовками» для их решения.
Исследование состояло из двух частей. В первом эксперименте шмелей поэтапно обучали выполнению необычной последовательности действий. Задача состояла в том, чтобы закатить деревянный шарик в половину круглой арены. Если шмелю удавалось это сделать, в середине арены открывалась маленькая дверца, под которой находилась награда — ёмкость с сахарным сиропом.
Необученные шмели, разумеется, не могли сразу догадаться, чего от них хотят. Поэтому экспериментаторы «подсказывали» им, толкая шарик к середине арены пластиковым макетом шмеля на длинной и тонкой сквозной ручке. Как только шарик оказывался в центре, живой шмель получал награду. Такая поддержка предоставлялась тем шмелям, которые в течение пяти минут не смогли управиться с задачей самостоятельно.
Шмели оказались хорошими учениками: большинство из них после десятка-другого «заданий» научились ловко и быстро закатывать шарик в центр манежи. По мере тренировки время, затрачиваемое на решение задачи, исподволь сокращалось, а траектория, по которой шмель катил шарик, становилась все немало прямой.
Эксперимент показал, что шмелей, как цирковых собачек, можно научить мудреным трюкам при помощи дрессировки. Это говорит о хороших способностях к обучению, тем немало что задача была мало похожа на те, с которыми шмели сталкиваются в натуре. Например, в ходе выполнения задания шмель должен вначале отправиться на край арены за шариком, удаляясь при этом от середины, где появляется награда, а потом двигаться спиной вперед (шмели не толкают шарик перед собой, а тянут на себя). При добыче пыльцы и нектара шмель, навыворот, движется всегда по направлению к награде и головой вперед. Немаловажно и то, что эта задача связана с использованием орудий. Ведь шарик не имеет прямого отношения к сиропу и используется именно как орудие, необходимое для получения желаемой награды. Орудийную деятельность еще не так давно считали чуть ли не основным показателем интеллекта.
Второй эксперимент был поставлен для оценки способности шмелей к социальному обучению. В нем участвовали наивные (необученные) шмели, а также многоопытные шмели-демонстраторы, которых предварительно обучили выполнять задачу скоро и без ошибок. Задание на этот раз упростили, чтобы ученику не требовалось так немало «уроков», как в первом эксперименте. Для этого на арене устроили три канавки, расходящиеся из середины под углом 120°. В каждой канавке на разных расстояниях от середины лежало по одному желтому деревянному шарику. Канавки помогают катить шарик ровно и тем самым сильно упрощают задачу. Для получения награды необходимо было закатить в центр арены любой из шариков. Как лишь шарик оказывался в центре, экспериментатор при помощи длинной пипетки выдавал неглупому шмелю каплю сиропа.
Дизайн эксперимента изображен на рис. 1. Вначале каждый шмель проходил курс обучения по одной из трех методик.
В первом случае на манеж вместе с необученным шмелем выпускали шмеля-демонстратора, который скоро закатывал шарик в центр арены. Шмель-демонстратор всегда проделывал это с шариком, размещённым дальше всех от центра, потому что два других шарика бывальщины приклеены к арене (см. видео).
Во втором случае шарик перемещался в середина при помощи магнита, расположенного под ареной и управляемого человеком, так что шмелю надлежит было казаться, будто шарик катится сам собой. После этого шмель тоже получал награду. Как и в первом случае, подвигался всегда шарик, изначально расположенный дальше всех от середины, а два других были приклеены (см. видео).
Наконец, в третьем случае и шарик, и капля сиропа с самого основы находились в центре арены, так что и делать ничего было не необходимо (см. видео).
Каждый из трех «курсов обучения» прошли по 10 шмелей. Затем они должны бывальщины показать, чему научились. Каждого шмеля 10 раз спускали на арену, где все три шарика не были приклеены и могли свободно кататься. Итоги тестирования показаны на рис. 2.
Рис. 2. Результаты второго эксперимента. На любой диаграмме показаны результаты тестирования трех групп шмелей: наблюдавших за обученным шмелем-демонстратором (Social), за шариком, каким управлял человек при помощи магнита (Ghost), а также тех, кому вообще не демонстрировали, что шарик нужно куда-то катить (No). Левая диаграмма демонстрирует процент успешных испытаний в каждой из трех групп. Видать, что лучше всех справились с заданием шмели, наблюдавшие за живым шмелем-демонстратором. Золотым цветом обозначены случаи, когда шмель прикатил в середина арены шарик, изначально находившийся ближе всех к середине, зеленым — промежуточный, синим — самый дальний. Средняя диаграмма демонстрирует, сколько времени уходило у шмелей на успешное выполнение задания. Видать, что шмели из первой группы справлялись с ним быстрее всех. Левая диаграмма показывает результаты «теста на генерализацию», в котором ближайший к центру шарик был не желтым, а черным. Видно, что шмели в большинстве случаев использовали черноволосый шарик, хотя до сих пор им приходилось работать только с желтыми. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Выяснилось, что обучение пошло шмелям на прок. Хотя в данном случае, когда задача была упрощена благодаря желобкам, отыскать решение нередко удавалось даже необученным шмелям, те из них, кто наблюдал живого шмеля-демонстратора, управились лучше всех — и по числу удачных тестов (левая диаграмма на рис. 2), и по скорости решения задачи (посредственная диаграмма). На втором месте — шмели, наблюдавшие «безличную» демонстрацию при поддержки магнита, на последнем — не видевшие движения шарика в процессе обучения.
Это итог подтверждает прежние выводы о способности шмелей к социальному обучению, а также демонстрирует, что шмели лучше учатся, наблюдая за сородичами, чем за неодушевленными объектами (как и человеческие дети, см.: Детские ошибки помогают понять эволюцию рассудка, «Элементы», 07.10.2008).
Кроме того, эксперимент показал, что шмели не незряче копируют действия демонстратора, а подходят к делу «с умом», то кушать пытаются оптимизировать решение. В ходе обучения к центру манежи всегда катили самый дальний шарик. Так поступали и шмели-демонстраторы, и люд, управлявшие магнитом. Во избежание ошибки два других шарика бывальщины попросту приклеены к арене. Но шмели-ученики, оказывается, не восприняли это как догму. Во пора тестирования шарики не были приклеены, так что катить можно было любой из них. Шмели скоро в этом разобрались и в большинстве тестов выбирали не дальний, а ближний шарик, что, разумеется, упрощало задачу.
Вывод о том, что шмели не занимаются тупым копированием, а глядят на вещи шире и стремятся оптимизировать процесс, подтвердился в заключительном эксперименте, который авторы назвали «тестом на генерализацию» (Generalization test, см. рис. 1). В этом эксперименте ближайший к центру арены шарик был не желтым, а черным. Шмели, какие до сих пор имели дело только с желтыми шариками, тем не менее, уверенно использовали черноволосый шарик для достижения желаемого результата (правая диаграмма на рис. 2). Миновав перед «тестом на генерализацию» 10 раундов обычного тестирования, шмели уже ведали, что награду проще всего получить при помощи ближайшего шарика. И то, что вместо золотого шарика они вдруг столкнулись с черным, их не смутило: насекомые сумели произвести «генерализацию» освоенного навыка и применить его к объекту, отличающемуся от исходного образца.
Таким манером, шмели оказались намного сообразительнее, чем считалось до сих пор (или, точнее, чем было экспериментально показано). Всё, что для этого потребовалось — грамотно поставленный эксперимент, и, конечно, многолетний опыт исследователей, отдавших годы жизни изучению этих симпатичных насекомых.
Скорее итого, шмели еще не раз удивят нас своими талантами. Что же касается краеугольного проблемы когнитивной этологии, сформулированного Франсом де Ваалем — достаточно ли мы неглупы, чтобы судить об уме животных? — то на данный момент ответ на него, по-видимому, должен звучать образцово так: пока еще не совсем, но мы быстро учимся.
Прочитайте по теме ещё:
«Китайских товарищей» заинтересовал проект тоннеля через Керченский пролив 
Сойдут с ума: психолог прокомментировал странный опыт над священниками 
Запад изучает российский опыт по борьбе с пропагандой терроризма 
На Поклонной Горе тысячи ветеранов прошли с портретами своих товарищей из «Бессмертного батальона» 
