Как работает мозг

Другие животные выполняют даже более сложные последовательности операций из области арифметики, логики, хранения и поиска данных. Многие перелетные птицы пролетают ночью тысячи миль, определяя направление полета по созвездиям. Когда я был бойскаутом, меня учили находить Полярную звезду: найти кончик ручки Малого Ковша или отсчитать от переднего края Большого Ковша семь раз его глубину. Птицы не рождаются с этим знанием – не потому, что оно просто не может быть врожденным, а потому, что если бы оно было врожденным, оно бы очень скоро атрофировалось. Ось вращения Земли – а следовательно, и ее полюс мира (точка на небесной сфере, соответствующая северу) – совершает колебательные движения с циклом в 27 000 лет; это явление называется предварением равноденствий. С точки зрения эволюции это короткий цикл, и птицы отреагировали на него формированием особого алгоритма, позволяющего им обучиться тому, где на ночном небе находится полюс мира. Обучение происходит, пока они еще в гнезде и не могут летать. Птенцы часами смотрят на ночное небо, наблюдая за медленным вращением созвездий. Они находят точку, вокруг которой, как нам кажется, движутся звезды, и запоминают ее положение относительно нескольких соседних созвездий, получая туже самую информацию, которую я получил из учебника бойскаутов. Через несколько месяцев они уже могут использовать любое из этих созвездий, чтобы выдерживать постоянный курс полета – например, лететь на юг, оставляя за спиной Северный полюс, а следующей весной возвращаться на север, следуя к полюсу мира.

Пчелы исполняют танец, который показывает их собратьям по улью, в каком направлении относительно Солнца и на каком расстоянии расположен источник пищи. Но и этого мало: в процессе эволюции у них сформировался целый ряд систем калибровки и поддержки, которые позволяют им справиться с техническими проблемами ориентирования по Солнцу. Танцующая пчела с помощью биологических часов компенсирует движение Солнца за период, прошедший с того времени, как она обнаружила источник пищи, до того момента, когда она передает информацию. Если на улице облачно, другие пчелы оценивают направление по поляризации света в небе. Все эти удивительные умения – всего лишь верхушка айсберга изобретательности пчел, которую в подробностях описывают Карл фон Фриш, Джеймс Гулд и другие. Один мой коллега-психолог считал, что пчелы с точки зрения педагогики представляют собой отличную возможность донести идею о сложности нейронных вычислений до наших студентов. Он посвятил первую неделю своего вводного курса когнитивистики некоторым из этих оригинальных экспериментов. На следующий год лекции об этом захватили и следующую неделю, а затем и третью, и так далее, пока студенты не начали жаловаться, что его курс теперь называется «Введение в когнитивные способности пчел».

Можно привести десятки подобных примеров. Многие виды вычисляют, как долго они могут кормиться на каждом участке, чтобы оптимизировать коэффициент возврата калорий относительно энергии, затраченной на добычу корма. Некоторые птицы научаются выполнять функцию эфемериды: они знают траекторию Солнца над горизонтом в течение дня и года, что необходимо для ориентирования по Солнцу. Сипуха способна спикировать прямо на зашуршавшую внизу мышь в кромешной темноте, проанализировав задержку в доли миллисекунды между временем поступления сигнала в левое и правое ухо. Животные, делающие тайники, помещают орехи и семена в самые непредсказуемые места, чтобы их не разворовали, однако даже месяцы спустя помнят все свои тайники. В предыдущей главе я упоминал, что североамериканская ореховка запоминает десять тысяч тайников. Оказывается, даже павловское и оперантное обусловливание – хрестоматийные примеры научения путем формирования ассоциаций – на самом деле не просто некое «слипание» совпадающих стимулов и реакций в мозге, а сложные алгоритмы многопараметрического анализа нестационарных временных рядов (прогнозирование того, когда произойдут события, исходя из их распространенности в прошлом)[196].