Можно ли объяснить сложные психические функции высших животных, исходя из представлений об электрической активности определенных нервных клеток и химических реакций, лежащих в основе этой активности? Конечно, нейро-биологи могут описать некоторые простейшие стереотипные формы поведения в рамках такого сугубо физического подхода. Например, рефлекторное отдергивание конечности в ответ на поражающее воздействие можно описать в терминах электрической импульсации клеток нескольких идентифицируемых типов.
Многие электрофизиологические и биохимические механизмы, лежащие в основе такой импульсации, уже хорошо изучены. Однако в наших знаниях между простыми рефлекторными актами и такими сложными процессами, как, скажем, обучение или память у человека, огромная пропасть. Тем не менее есть по крайней мере надежда, что анализ элементарных форм обучения у животных с просто организованной нервной системой поможет нам перекинуть мост через эту пропасть.
У голубей, собак и людей можно вырабатывать условные рефлексы, т. е. обучать их ассоциировать один стимул с другим, связанным с первым по времени. Собака выучивает и помнит, что звонок предшествует запаху мяса и предвещает его, и поэтому слюна у нее выделяется уже при звуках звонка. Мозг у позвоночных слишком сложен, чтобы при современном уровне техники мы могли изучать подобное ассоциативное обучение на уровне отдельных нейронов.
Вот уже несколько десятилетий нейро-биологи изучают небольшие ансамбли нервных клеток беспозвоночных, ответственные за переработку сенсорной информации, а в последние 20 лет многие исследователи занялись нервными структурами, деятельность которых лежит в основе простых форм поведения. Примерно 12 лет назад ученые из Лаборатории биологии моря в Вудс-Холе (шт. Массачусетс) заинтересовались, свойственно ли обусловливание беспозвоночным, чья нервная система содержит на много порядков меньше нейронов, чем человеческий мозг, в котором насчитывается около триллиона нервных клеток.
Если бы удалось обучить таких животных ассоциировать два стимула, можно было бы попытаться определить, какие проводящие пути активируются данными стимулами, а также выяснить, как эти пути конвергируют, обеспечивая тем самым физическую основу ассоциации. Исследуя активность нейронов в этих путях, мы могли бы попытаться выявить специфические изменения, вызванные обусловливанием, и получить таким образом возможность описывать «обучение» в рамках терминологии электрических и молекулярных процессов.
Обучение в качестве объекта мы избрали лишенного раковины морского брюхоногого моллюска Hermissenda crassicornis. В естественных условиях в течение светлого времени суток для этих моллюсков характерен положительный фототаксис, т. е. они перемещаются в сторону участков с большей освещенностью. Адаптивное значение такого поведения очевидно: гидроидные кишечнополостные, которыми питаются Hermissenda скапливаются в хорошо освещенных поверхностных слоях воды.
Когда в толще воды появляются турбулентные завихрения, как, например, во время шторма, Hermissenda замедляет движение, опускается на дно и увеличивает площадь мускульной «ноги», чтобы закрепиться на твердом грунте на большой глубине. Смысл такого поведения опять-таки ясен. Во время шторма в бурно перемещающихся верхних слоях воды животное может погибнуть, а обходиться без пищи Hermissenda способна неделями. Возможно, сталкиваясь у поверхности с волнением воды в сочетании со светом, моллюск «улавливает» связь между ними.
При этом свет оказывается предвестником турбулентности, и возникшая ассоциация должна была бы заставлять животное медленнее двигаться в сторону максимальной освещенности, а значит, и наибольшей турбулентности. Мы решили воспроизвести влияние эффектов освещенности и турбулентности на поведение Hermissenda в лабораторных условиях. Мы помещали животных в стеклянные трубки, заполненные солевым раствором и расположенные радиально на вращающемся диске. В первую очередь определялось, сколько в среднем времени требуется улитке, чтобы достичь освещенного участка в центре диска. Затем диск вращали с разной скоростью, так что животные подвергались действию центробежной силы, имитирующей эффект турбулентности. Условия эксперимента были различными.
Одной группе животных свет и вращение предъявлялись неизменно в одном и том же сочетании (например, всегда одновременно), а моллюскам контрольных групп либо не предъявляли ни света, ни вращения, либо предъявляли их по отдельности или в разной, не фиксированной последовательности. Затем мы вновь измеряли время движения животных к свету и определяли эффект обучения. У моллюсков, которым предъявляли фиксированное сочетание свет — вращение (и только у них), скорость уменьшалась более чем на две трети по сравнению с исходной.