Изучение будущего

Ученые завоевывают место в массовой культуре оттого, что люди находят в них самих или в их работе что-нибудь необычное или экстравагантное. Мы знаем, что Галилей бросал что-то с наклонной Пизанской башни, хотя мы толком и не знаем зачем. Мы уверены, что Эйнштейн сделал какие-то очень важные открытия, касающиеся пространства и времени, хотя всё, что мы на самом деле знаем о нем, это что у него была забавная прическа.

Иван Петрович Павлов – еще один такой ученый. Несмотря на то что он проводил свои эксперименты уже лет сто назад, все знают, что он добивался, чтобы у собаки выделялась слюна в ответ на звон колокольчика. Это кажется нам экстравагантным по ряду причин. Почему он изучал собак, а не крыс, как большинство ученых?[91]Почему отмечал выделение слюны, хотя намного проще было бы наблюдать какие-нибудь очевидные движения? Почему, чтобы подавать сигнал, он выбрал именно колокольчик? И главное, зачем он вообще все это делал?

Рис. 4.1. Иван Петрович Павлов (1849-1936).

Фотография Павлова (в центре) с одной из его собак в ходе демонстрации. Павлов открыл классические условные рефлексы – самую базовую форму ассоциативного обучения.

Исследования Павлова важны потому, что позволили открыть некоторые фундаментальные особенности обучения, свойственные в равной степени и животным, и людям. Открытые Павловым закономерности относятся не только к собакам, выделению слюны и звону колокольчика.[92]Павлов изучал выделение слюны, потому что первоначально предметом его интереса было пищеварение. У всех нас, как и у собак, слюна начинает выделяться автоматически примерно через одну секунду после того, как пища оказывается во рту. Это самый первый этап процесса переваривания пищи. Здесь нет ничего удивительного. Между пищей и пищеварением есть прямая связь. Пища ценна для нас именно тем, что мы можем ее переварить. Павлов назвал процесс выделения слюны в ответ на оказавшуюся во рту пищу безусловным рефлексом.

Но Павлов также открыл, возможно случайно, что любой сигнал, подаваемый в момент приема пищи, например звук тикающего метронома, будет сам по себе вызывать слюноотделение. Если звук метронома раздавался непосредственно перед тем, как у собаки во рту оказывалась еда, то после четырех- или пятикратного повторения этой процедуры звук метронома будет вызывать слюноотделение и без всякой пищи. Павлов назвал это условным рефлексом. Он предположил, что звук метронома превратился в сигнал приема пищи. У собаки не просто выделялась слюна при звуке метронома. Она также поворачивалась туда, где ей обычно давали еду, и начинала активно облизываться. Услышав звук, собака ожидала появления пищи.[93]

Звук тикающего метронома "не имеет никакого отношения" к пище, и совершенно неважно, какой именно раздражитель использовать. Павлов испробовал множество разных раздражителей. Запах ванили, звук электрического звонка, вид вращающегося предмета – все эти раздражители могли служить сигналами появления пищи.

Пока мы голодны, мы хотим получить пищу. Пища служит нам наградой. Нас влечет к ней. На вечеринках мы готовы проталкиваться сквозь толпу, неизбежно возникающую у стола с едой, игнорируя все попытки завязать разговор, пока не наберем себе полную тарелку. Павлов показал, что любой раздражитель может стать сигналом появления еды и заставить животных стремиться к этому раздражителю. Вот почему люди на вечеринке машинально стремятся в ту часть комнаты, где толпится особенно много народу. Мы научены, что именно там можно найти еду и напитки.

Кроме того, Павлов показал, что точно такое же обучение происходит и если использовать наказание вместо награды. Если положить собаке в рот что-нибудь неприятное на вкус, она попытается избавиться от этого, тряся головой, открыв рот и работая языком (а также выделяя слюну). Любой раздражитель, например то же тиканье метронома, тоже может служить сигналом подобного наказания, которого мы, как и собаки, будем стремиться избежать.

Павлов нашел экспериментальный метод, позволяющий исследовать самые базовые формы обучения. Такое обучение называют ассоциативным, потому что при этом возникает ассоциация между посторонним раздражителем и наградой (например, пищей) или наказанием (например, электрическим ударом). Такое обучение играет важную роль в приобретении знаний об окружающем мире. Этот механизм позволяет нам выучить, какие вещи нам приятны, а какие неприятны. Например, цвет может служить сигналом того, что плод созрел. При созревании плоды обычно краснеют или, точнее, становятся менее зелеными, из-за разложения хлорофилла. Мы предпочитаем приятные зрелые плоды неприятным незрелым. И мы можем научиться отличать приятные плоды от неприятных по цвету.

Но слово "ассоциация" можно понять неправильно. Для обучения недостаточно, чтобы звук колокольчика раздавался примерно в то же время, когда собаке дают пищу. Павлов отмечает, что в одном из экспериментов никакого обучения не наблюдалось после того, как 374 раза прозвучал громкий звонок в сочетании с поступлением пищи. Так получалось оттого, что звонок всякий раз раздавался лишь через 5-10 секунд после того, как пища оказывалась у собаки во рту. Посторонний раздражитель интересен лишь в том случае, если он позволяет предсказывать, что в будущем произойдет что-либо приятное или неприятное. Если этот раздражитель вступает в действие уже после какого-либо важного события, никакого интереса он не представляет. В этом случае мы уже знаем, что важное событие произошло. Такой сигнал не сообщает нам ничего нового, поэтому мы не обращаем на него внимания.

Открытая Павловым форма обучения совершенно необходима нам для выживания. Такое обучение позволяет распознавать в окружающем мире все те полезные раздражители, по которым можно узнать, что произойдет в будущем. Но хотя научиться тому, какие вещи окажутся приятными, а какие сулят неприятности, очень полезно, для выживания этого недостаточно. Нам необходимо также научиться, что делать, чтобы получать приятные вещи, и что делать, чтобы избегать неприятностей.

Примерно в то же время, когда Павлов в Санкт-Петербурге вызывал слюноотделение у собак, Эдвард Торндайк в Нью-Йорке помещал кошек в специально сконструированные клетки-головоломки. Это были небольшие клетки с дверцей, которую кошка могла открыть определенным способом, например дернув за веревочную петлю. Торндайк показал, что кошки могут научиться дергать за веревочку, выбираться из клетки и добираться до рыбы, положенной перед клеткой. Но главный вопрос, на который он хотел ответить, состоял в том, как кошки этому обучаются. Торндайк понял, что для ответа на этот вопрос нужно узнать, как они не обучаются. Он показал, что кошкам не помогало наличие учителя.[94]Кошки не обучались путем имитации. Неоднократное наблюдение за кошкой, которая уже научилась выбираться из клетки, потянув за веревочку, ничуть не помогало другой кошке. Торндайк также продемонстрировал, что кошки не учатся путем демонстраций. Он брал кошачью лапу в руку и тянул ею за веревочку, тем самым выпуская кошку из клетки наружу, где она могла съесть рыбу. Но и после многих таких демонстраций кошка, которую оставляли в клетке в покое, далеко не сразу тянула за веревочку.

Рис. 4.2. Одна из клеток-головоломок Эдварда Торндайка.

Торндайк открыл инструментальное обучение – еще одну базовую форму ассоциативного обучения. Кошка может научиться выбираться из клетки и добираться до рыбы, положенной возле самой клетки.

Торндайк пришел к выводу, что кошки могут научиться выбираться из клетки исключительно методом проб и ошибок. Как только кошку сажали в клетку, она сразу начинала пытаться выбраться наружу и добраться до рыбы. Кошка пыталась протиснуться в любую щель, дергала прутья когтями и кусала их, просовывала в щели лапы и хватала когтями все, до чего могла дотянуться. Рано или поздно она случайно цеплялась когтями за веревочную петлю, дергала ее, и дверца открывалась. Каждый следующий раз посаженная в клетку кошка выбиралась наружу немного быстрее. Ей требовалось все меньше времени, чтобы потянуть за веревочку, пока наконец она не начинала тянуть за веревочку сразу, как только ее сажали в клетку.

Торндайк также понял, что это было тоже ассоциативное обучение. Кошка училась ассоциировать действие (дерганье за веревочку) с наградой (возможностью выбраться из клетки и съесть рыбу). Всем животным свойственна эта форма обучения. Мы, люди, тоже, как кошки, с большей вероятностью выполняем действия, за которыми следует что-то приятное. Обратное тоже верно, как и в случае с обучением, которое исследовал Павлов. Мы с меньшей вероятностью выполняем какие-либо действия, за которыми следует что-то неприятное. Мы также можем разучиться действовать в соответствии с некоторой ассоциацией (это происходит, например, при так называемом торможении условного рефлекса). Если дверца перестанет открываться в ответ на дерганье за веревочку, кошка рано или поздно перестанет за нее дергать.

Этот механизм обучения позволяет нам выяснять, какие наши действия скажутся на будущем.