Насекомые - расширяя границы сознания

Пчелы и другие насекомые проявляют признаки обладания сложным самосознанием, но, если сфера представления о существах обладающих сознанием расширится, к чему это приведёт?

Сознание - это состояние осознания, которое позволяет нам закрыть глаза и представить дом нашего детства или выполнить своего рода планирование, прогнозирование и оценку риска, необходимые для определения того, безопасно ли перепрыгивать поток определенной ширины. Это позволяет нам решать проблемы, думая, а не полагаясь на метод проб и ошибок.

На протяжении веков такие ученые, как Рене Декарт (1596–1650), утверждали, что сознание является уникальным человеческим атрибутом, возможно, благодаря языку, который позволяет нам обсуждать наши воспоминания и чувства и координировать планы на будущее. С этой точки зрения, нечеловекообразные животные считались просто искусными автоматами с набором заранее запрограммированных паттернов поведения, каждое из которых вызывалось определенными воздействиями окружающей среды.

Социальные насекомые, такие как пчелы и муравьи, казалось, олицетворяли эту точку зрения. Ученые признают, что для таких насекомых необходим большой поведенческий репертуар, чтобы строить свои сложные дома, защищаться от нарушителей и обеспечивать свой молодняк достаточным питанием; однако до недавнего времени преобладающие теории считали, что эти животные были «рефлекторными машинами» без внутреннего представления о мире или способности предвидеть даже ближайшее будущее. С этой точки зрения, насекомые были близки к понятию философских зомби - гипотетических роботов, которые ведут себя явно как нормальные люди, но полностью основаны на заранее запрограммированных поведенческих программах и рефлексах, без какого-либо самосознания.

Однако ученые все чаще обращают внимание на многочисленные признаки того, что насекомые проявляют феномены, напоминающие сознание. Некоторые свидетельства взяты из экспериментов, которые хоронили в литературе десятилетия, даже столетия, и никто не признавал их значение для сознания.

Например, у медоносных пчел есть символический язык, основанный на движениях, с помощью которого они сообщают о точных координатах цветочных источников пищи или потенциальных местах гнезд (см. «Групповое принятие решений в роях медоносных пчел», май – июнь 2006 г.). На этом языке танца пчела-разведчик, возвращающаяся с цветочной поляны, выполняет повторяющуюся последовательность движений в темном улье на вертикальной гребёнке (разделитель). В этих движениях активно участвуют и другие пчелы. Успешный сборщик движется вперед по прямой линии на несколько сантиметров, затем на полкруга влево назад к своей начальной точке. Пчела выполняет еще один прямой проход, а затем поворачивает направо. Длительность продвижения говорит другим пчелам о расстоянии до источника пищи (примерно одна секунда ходьбы в танце соответствует одному километру полета до цели). Направление этого движения относительно силы тяжести кодирует направление относительно Солнца - например, если движение в улье прямое, это говорит другим пчелам лететь в направлении Солнца.

Карл фон Фриш сделал это открытие в 1945 году, за что впоследствии был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине. Десять лет спустя один из его учеников, Мартин Линдауэр, заглянул в улей и обнаружил, что некоторые пчелы продолжают подобные беседы до поздней ночи. До полуночи они «говорили» о местах, посещенных предыдущим вечером, а за несколько часов до восхода солнца они сообщали о местах, посещенных утром.

Пчелы извлекают свои пространственные воспоминания совершенно вне контекста, в то время, когда не было возможности добывать пищу и не было необходимости в общении. Функция неясна - они могли спонтанно думать об этих пространственных местоположениях в течение ночи, или, возможно, это общение функционировало как стратегия для консолидации пространственной памяти. Более поздние исследования показали, что воспоминания пчелы о предыдущем дне усиливаются, когда насекомые подвергаются воздействию элементов этих воспоминаний, пока они глубоко спят. Может быть, пчелам снятся переживания предыдущего дня?

Ключевое значение в открытии Линдауэра заключается в том, что пчелы способны мыслить в автономном режиме о пространственном местоположении (и способах, которыми местоположение связано со временем) в отсутствие какого-либо внешнего триггера - вывод, который не согласуется с предположением, что пчелы - зомби. Таким образом, у пчел, по-видимому, есть, по крайней мере, некоторые из основных признаков сознания: представления о времени и пространстве.

Эволюция сознания

Основываясь на таких доказательствах, многие биологи и философы теперь подозревают, что подобные сознанию явления могут быть эволюционно древними, возможно, начиная с кембрийского периода (примерно 500 миллионов лет назад). Эта линия расследования может показаться скользкой дорожкой. Где мы должны провести черту? Есть ли у растений какая-то форма осознания? Или, как полагают панпсихисты, есть ли что-то подобное у электронов, камней, компьютеров или вселенной? Если это так, мы рискуем расширить определение сознания, включив в него все больше живых и неживых существ, пока этот термин не станет бессмысленным.

Твердое доказательство сознания в любом, кроме себя, конечно, недостижимо. Все остальные могут быть машиной или зомби. Но опять же, говорят некоторые философы, мы можем быть просто мозгами в чанах.

Одним из элементарных явлений, лежащих в основе биологического сознания, является самоосознавание: способность распознавать себя как отличного от другого существа, а также планировать, обращать внимание, вспоминать о конкретных событиях и смотреть под углом зрения другого существа. Если изображение на вашей сетчатке внезапно наклоняется на 45 градусов, вы знаете, что это нормально, если это результат намеренного наклона вашей головы - если нет, то вы вероятно стали свидетелем крупного сейсмического события.

Считается, что животные, включая людей, показывают разницу между этими сценариями с помощью так называемой эфферентной копии: внутреннего сигнала, который сообщает о последствиях собственных действий, так что существо может отличить сенсорные изменения, вызванные его движениями, от изменений, вызванных внешними силами. В нормальных условиях животные ожидают, что среда будет двигаться предсказуемым образом, например, когда они поворачивают голову. Это ожидание позволяет им предвидеть, что будет дальше, в результате их собственных действий или намерений.

Ранние версии эфферентных копий были предложены в 19 веке, хотя этот термин был придуман немецкими биологами Эрихом фон Хольстом и Хорстом Миттельштадтом при изучении мух. В одном из своих экспериментов в 1950 году они перевернули вход в мозг мухи из левого и правого глаз, используя довольно грубую технику: тонкая шея мухи была искривлена ​​на 180 градусов, а затем ее голова была закреплена вверх тормашками. В результате, когда животное поворачивалось влево или вправо, сенсорные сигналы были противоположны ожидаемым. Лишенная своей способности предвидеть то, что она должна увидеть в результате своих собственных намерений, муха вела себя хаотично. У насекомых с головой в нормальном положении, кажется, есть еще один из ключевых компонентов сознания: способность предсказать, что произойдет в будущем в результате собственных движений, что позволяет им двигаться и действовать эффективно.

В своих эволюционных корнях мы считаем, что сознание - это адаптация, которая помогла решить проблему того, как движущиеся организмы извлекают значимую информацию из своих органов чувств. В постоянно меняющейся и только полу-предсказуемой среде сознание может решить эту проблему более эффективно, чем, возможно, если бы это происходило бессознательно.

Как писал зоолог Дональд Гриффин в своей книге «Разум животных» [Animal Minds] (1992): «Условия окружающей среды настолько различаются, что для того, чтобы мозг животного запрограммировал спецификации для оптимального поведения в любых ситуациях, потребовалась бы слишком длинная инструкция [речь идёт про врождённые инстинкты - прим. ред.]».

Пчелы являются еще одним доказательством того, что насекомые могут справиться с необычными проблемами, которых не может предвидеть ни одна инструкция. Более 200 лет назад швейцарский энтомолог Франсуа Хубер (1750–1831) предположил, что пчелы могут проявлять предусмотрительность при создании своих сот. Работая со своей женой Мари-Эми Луллин и слугой Франсуа Берненсом, Хубер установил стеклянные панели на пути пчел, строящих улей. Стекло является неоптимальной поверхностью для прикрепления воска, поэтому пчелы предприняли корректирующие действия задолго до того, как достигли скользкой поверхности: они сместили ориентацию конструкции на 90 градусов, чтобы вместо этого прикрепить гребень к ближайшей деревянной поверхности. Пчелы экстраполировали направление их текущего строительства относительно целевой зоны и ожидали неоптимального результата, прежде чем это произошло.

В другой раз команда Хубера создала среду, в которой у пчел не было выбора, кроме как строить свой улей на стеклянной поверхности. Исследователи заметили, что один из нескольких гребней откололся с потолка улья зимой. Строительство улья обычно приостанавливается в зимние месяцы, когда пчелы минимизируют свою активность, чтобы сохранить свои запасы до весны. В этом случае, однако, пчелы не только стали активными, чтобы укрепить смещенный гребень с помощью ряда столбов и перекладин, сделанных из воска, но они также усилили зоны крепления всех других гребней на стеклянном потолке, очевидно, чтобы проблема не повторялась. Такое предвидение, если оно будет подтверждено экспериментально с помощью современных методов и размеров выборки, является одним из признаков сознания и в этом случае уже выходит за рамки предсказания только ближайшего будущего.

Внутренняя жизнь насекомых

Один из нас участвовал в исследовании использования шмелей в 2017 году, когда насекомые должны были перевозить маленький шарик в определенное место, чтобы получить сахарное вознаграждение. Шмели-наблюдатели узнали, как решить задачу посредством социальной демонстрации опытными насекомыми. При последующем самостоятельном тестировании шмели-наблюдатели улучшили технику демонстрации, выбрав шарик ближе к назначенному месту. Они делали это, даже когда ближайший шарик был окрашен в черный цвет вместо желтого, в который был окрашен шарик в первичном обучении-демонстрации. Перекатывание шарика - это не то поведение, которое шмели проявляют в природе. Наблюдатели сами не имели опыта катания шариков и поэтому не имели возможности учиться методом проб и ошибок. Эти результаты показывают, что вместо того, чтобы «придерживаться» заученной техники, шмели спонтанно улучшили стратегию, используемую демонстрантами, предполагая, что они оценили результат своих действий.

Подробнее об эксперименте прочесть на русском можно тут https://nplus1.ru/news/2017/02/24/bumblebee

Так же можно прочесть о исследовании 2016, где шмели обучали друг друга https://scisne.net/a-2244

Могут ли пчелы не только планировать, но и воображать? Они, безусловно, могут научиться ассоциировать визуальные узоры (например, изображенные на цветах) с вознаграждением нектаром, но это признание не обязательно подразумевает, что в их голове есть образ таких цветов. Фактически, анализ нейронной сети показывает, что даже сложные визуальные паттерны (которые состоят, например, из разноориентированных полос во всех четырех квадрантах паттерна) могут быть распознаны всего двумя простыми детекторами признаков, которые отбирают информацию по всему визуальному полю - без необходимо сохранить фактическое изображение в памяти пчелы.

Но эксперимент 2018 года, в котором участвовал один из нас, указывает на то, что пчелы действительно могли бы изобразить пространственное расположение элементов в шаблоне. В этом эксперименте пчел сначала обучали различать два типа искусственных цветов, которые были визуально идентичны, но имели «невидимые узоры», состоящие из маленьких ароматических отверстий, которые были расположены либо по кругу, либо по кресту. Пчелы смогли выяснить эти закономерности, используя свои усики. Но самым захватывающим открытием стало то, что, если экспериментатор внезапно сделал эти рисунки видимыми (так, чтобы цветы теперь отображали визуальные круги или кресты), пчелы мгновенно распознали изображение, которое раньше было просто эфемерным рисунком в воздухе. Этот вывод говорит о том, что пчелы действительно могут иметь мысленное представление о форме, а не полагаться на простые детекторы признаков в своей визуальной системе для распознавания паттернов.

Пчелы также демонстрируют оптимистические и пессимистичные эмоциональные состояния, по крайней мере, когда их поведение оценивается с использованием тех же критериев, по которым обычно оцениваются домашние животные. В таких тестах пчелы сначала узнали, что один стимул (например, синий цвет) связан с сахарным вознаграждением, а другой (например, зеленый) - нет. Затем они столкнулись с промежуточным стимулом (в данном примере бирюзовым). Увлекательно, они ответили на этот неоднозначный стимул «наполовину полным стаканом» (оптимистично), если они столкнулись с неожиданным вознаграждением (крошечная капелька раствора сахарозы) на пути к эксперименту. Если неожиданно пережит неблагоприятный стимул был, они отвечали «наполовину пустым» (пессимистичным) образом.

Еще одним доказательством того, что качественный опыт доступен для целого ряда животных, свидетельствует рассмотрение препаратов, изменяющих сознание или настроение. Не только млекопитающие (подумайте о последствиях кошачьей мяты), но и некоторые насекомые балуются ими. Летучие анестетики, стимуляторы, подавляющие аппетит, депрессанты и галлюциногены естественным образом вырабатываются растениями и грибами. Эти химические вещества являются случайными побочными продуктами их биомолекулярного механизма, а также защитой при сдерживании травоядных животных. Но не всегда это срабатывает как сдерживающий фактор: например, пчелы предпочитают цветы, в нектаре которых присутствует низкий уровень никотина.

Алкоголь широко представлен в природе в форме сброженных фруктов. Молекулярный биолог Галит Шохат-Офир из Университета Бар-Илан в Израиле и ее коллеги обнаружили, что плодовые мухи [дрозофилы] испытывающие стресс из-за отсутствия возможности спаривания, ищут алкоголь. Эта деятельность предполагает, что преднамеренная коррекция ощущений или даже коррекция настроения, а также непроизвольная восприимчивость к психотропным веществам широко распространена в животном мире, что явно подразумевает наличие у животных внутреннего опыта. Будет важно исключить альтернативные объяснения, в которых поведение изменяется посредством прямого воздействия на нейротрансмиссию или пищеварительную систему, но, тем не менее, это перспективный путь для будущих исследований. Зачем организму искать вещества, изменяющие сознание, если нет разума, который можно было бы изменить?

Физиологические связи с сознанием

Одно из возражений против гипотезы сознания у насекомых состоит в том, что их мозг просто слишком мал. Но во время написания, столь желанный нейронный коррелят сознания (NCC) не был идентифицирован у людей; таким образом, нельзя утверждать, что у определенных животных нет NCC человекоподобного типа. Что мы можем сказать, так это то, что нервная система насекомых совсем не проста: хотя в пчелином мозге содержится всего около 1 миллиона нервных клеток (по сравнению с приблизительно 80 миллиардами в человеческом мозге), некоторые отдельные нейроны имеют сложность ветвления, которая соперничает с полностью выращенным дубом. Пчелиный мозг может иметь около 1 миллиарда синапсов (соединения между нервными путями, которые могут быть сформированы пережитым опытом).

Помимо сложности, мозг насекомого обладает и другими физиологическими свойствами, необходимыми для сознания. Если бы они действовали исключительно рефлекторно, поток информации должен был бы пройти от органов чувств к механизмам, отвечающим за управление движением. Но у насекомых работает много нисходящих процессов, при которых нейронные пути посылают сообщения из центрального мозга на сенсорную периферию.

Такие нисходящие процессы вовлечены в явления, подобные вниманию. Внимание позволяет животным сосредоточиться именно на важных стимулах (таких как цветок с обильным количеством нектара, если вы пчела), и игнорирование других (цветы с меньшим количеством нектара). Нейробиолог Бруно Ван Суиндерен из Университета Квинсленда в Австралии обнаружил специфические нейронные признаки состояний внимательности у насекомых.

Он также нашел доказательства того, что пчела знает, какие визуальные стимулы ожидать дальше, тем самым демонстрируя, что ее нейронная активность не просто генерируется в результате стимулов, «стекающих» из органов чувств в центральный мозг. Любая деятельность, генерируемая «внутри мозга» (что означает отсутствие внешней стимуляции), представляет особый интерес в контексте сознания.

Ван Суиндерен также обнаружил, что мозг мух имеет несколько типов колебаний нервного сигнала, в том числе, когда они спят. Как и у людей, где различные колебания сопровождают глубокий сон и быстрый сон, мухи имеют различные образцы колебаний в различных фазах сна. Мозг насекомого никогда не «выключается» - поэтому у мух и пчел могут быть состояния, похожие на сны.

Неврологи Цветан Попов и Пол Шишка из Университета Констанца в Германии недавно обнаружили, что у пчел есть типы нервных колебаний, синхронизированных по всему мозгу, которые, по крайней мере у людей, связаны с сознательными состояниями. Хотя одни только нейронные колебания не создают сознание, широко распространено мнение, что определенные типы таких колебаний являются ключевым компонентом сознательных состояний. И нервные системы могли бы генерировать некую форму колебаний с самого начала эволюции животных, потому что они являются ключом к ритмическим сокращениям мышц, которые составляют основу передвижения. Во время более поздней эволюционной развития нервной системы мозг, мог бы использовать такие ранее существовавшие нейронные пейсмейкеры [водитель ритма] для генерации спонтанной активности внутри мозга, что в конечном итоге приводило к таким явлениям, как осознанное мышление.

Кажется, что у людей и мух мало общего, но те и другие обладают голой, брюшком, ногами и органами чувств. Биолог Льюис Хелд из Техасского технического университета теоретизирует, что эти сходства обусловлены глубокой гомологией, что означает, что оба вида унаследовали генетическую предрасположенность, чтобы производить такие признаки от общего предка. Несмотря на то, что этот предок был, вероятно, безногим червем, он передал потенциал для этих событий. Эта теория применима и к мозгу.

Анатомические и функциональные параллели между центральным комплексом мозга насекомого и базальными ганглиями позвоночных животных поразительны и указывают на общее генетическое происхождение. Дефекты в обеих этих системах вызывают двигательные проблемы, нарушение памяти, дефицит внимания, эмоциональные расстройства и нарушение сна.

По словам биолога Эндрю Баррона из Университета Маккуори в Австралии и философа Колина Кляйна из Австралийского национального университета, центральный комплекс является вероятным претендентом на опосредование субъективного опыта у насекомых.

Границы сознания

А как насчет возможности сознания даже у более простых животных и даже за их пределами? В середине 19-го века Чарльз Дарвин писал не только о моральных и эмоциональных чувствах животных, но также об их оценке красоты и привлечении этой восприимчивости к половому отбору. Он предположил, что поскольку у планарий (плоских червей) есть центральная нервная система, они должны иметь какую-то форму сознания.

В книге «Сила движения растений» (1880) он сравнил мозг животного и зародышевый корень растения или стержневой корень. Этот корень должен найти путь, с помощью какой-либо формы отбора проб и оценки, к лучшим источникам прикрепления и питания.

Хотя это предложение недавно было рассмотрено Франтишеком Балушкой в ​​Боннском университете в Германии и Энтони Тревавасом в Эдинбургском университете, обоснование сознания растений сложнее, чем обоснование сознания насекомых. Тревавас утверждает, что части растений движутся, чтобы приблизиться к объекту или избежать препятствия, и их стебли могут прощупывать, скручиваться или наклоняться, но их временные рамки движения настолько медленны, что мы можем просто упускать зачатки интенциональности в их поведении. Однако растения не двигают свое тело как единое целое и поэтому не нуждаются (или не имеют) центральной нервной системы, позволяющей всему телу перемещаться в пространстве. И как мы уже говорили выше, мы считаем, что центральная нервная система имеет решающее значение для первых этапов развития сознательного различия между собой и миром.

Прежде чем наделять сознанием слишком многие организмы, необходимо рассмотреть еще одно возражение. Большая часть человеческого поведения зависит от подсознательной обработки. Наши действия в мире удивительным образом зависят от стимулов, которые мы сознательно не замечаем, и было обнаружено, что опыт воли следует за нашими действиями после временной задержки, а не предшествует им или одновременно с ними. Можно было бы истолковать этот разрыв между многими человеческими действиями и сознательной мыслью как свидетельство того, что сознание не имеет причинного вклада в поведение. Согласно этой теории, мозг собирает и взвешивает окружающие стимулы и данные из памяти, вычисляет лучший вариант и делает выбор поведения для нас, инициируя действие.

Если сознание причинно недействительно, то аргумент, что животные нуждаются в нем для жизни, недействителен. Или, может быть, то, для чего нам нужно сознание, полностью автоматизировано.

Эти аргументы, однако, не умаляют аргументацию в пользу широко распространенного сознания в животном мире. Очевидно, что, несмотря на чудеса бессознательной обработки, люди не могут питаться самостоятельно, избегать хищников, размножаться, участвовать в общественной жизни или находить путь к новому месту назначения без осознания окружающего мира.

Как насчет панпсихического представления о том, что вселенная, компьютеры, электроны и другие безжизненные существа могут обладать сознанием?

Мы считаем, что, поскольку эти системы не сталкиваются с решениями, требующими принятия мер, было бы удивительно, если бы у них был опыт. Проблемы, связанные с выживанием и самовоспроизведением, с которыми сталкивается движущийся живой организм, наиболее эффективно реализуются с помощью эмоций, богатого представления о мире и способности предвидеть, по крайней мере, ближайшее будущее.

Может показаться предрассудком связывать сознание с жизнью. Увеличение вычислительной мощности и машинного обучения позволило автоматизировать распознавание образов, в том числе распознавание лиц и человеческой речи, симуляцию осмысленного разговора, автоматическое доказательство теорем в логике и математике и даже создание изобразительного искусства (см. «ИИ размывает определение художника», январь – февраль 2019 г.). Поскольку искусственные устройства приобретают все больше и больше этих компетенций, почему бы не наступить моменту, когда они осознают себя? (см. «Интеллект может быть не вычисляемым».)

Но почему они должны начать осознавать себя?

У нас нет оснований думать, что сознание должно появиться, когда автоматизированное выполнение значимых для человека действий, таких как игра в шахматы, достигает высокой точки развития. Более вероятным результатом является то, что мы не сможем создать полностью компетентного живого робота, если и до тех пор, пока мы не сможем обнаружить и воспроизвести синтетически неуловимые NCC.

Если бы мы могли создавать самовосстанавливающихся, самовоспроизводящихся роботов с помощью развивающегося программного обеспечения и позволять им свободно перемещаться в конкурентных условиях, в конечном итоге наиболее успешными были бы те, кто обладает субъективным опытом, эмоциями, способностью предсказывать результаты своего поведения и относительно гибкие навыки решения проблем? Или же обычные роботы с универсальным набором инструментов с высокой эффективностью, но с заранее настроенными, жестко запрограммированными ответами, будут лучше?

Если, как мы уже говорили, сознание - это эволюционное изобретение, похожее на крылья или легкие, которое полезно для нас, оно скорее всего, полезно для других организмов с чертами, глубоко гомологичными нашим. Они разделяют с нами трудности перемещения, изучения окружающей среды, запоминания, предсказания будущего и преодоления непредвиденных проблем. Если применяются те же поведенческие и когнитивные критерии, что и к позвоночным животным с гораздо большим мозгом, то некоторые насекомые считаются сознательными агентами с не меньшей уверенностью, чем собаки или кошки.

источник https://www.americanscientist.org/article/expanding-consciousness

редактура и адаптация Дмитрий Бобров