Умеющие дружить летучие мыши, обезьяны, держащиеся за руки, и люди: мозги социальных животных синхронизируются и дополняют друг друга
Автор: София Квалья
Люди — не единственные существа, которые демонстрируют тонкое понимание социальных норм. Если группа взрослых самцов макак-резусов (Macaca mulatta) оказывается сидящей вокруг вращающегося стола, уставленного едой, они демонстрируют взаимность по принципу «я чешу тебе спину, ты чешешь мне». Одна обезьяна предложит другой кусочек фрукта и, более того, будет ожидать ответного жеста. Если предложение не поступит, первая обезьяна, скорее всего, ответит отказом. Обезьяны также любят объединяться в группы; если они видят, что одна обезьяна была добра к другой, они коллективно проявляют доброту к первой обезьяне. Если вы наблюдаете за этим, то это выглядит похоже на группу друзей, покупающих друг другу напитки в баре.
Хотя десятилетия исследований развеяли миф о том, что социальность присуща только нашему виду, ученым до сих пор неясно, каким образом отдельные животные сохраняют информацию о структуре «общества», в котором они находятся. Просто ли обезьяны копируют друг друга и делятся едой с помощью сложной формы зеркального отображения? Или они действительно отслеживают свое и чужое поведение, чтобы принимать решения в рамках более широкой социальной динамики?
На протяжении многих лет биологи использовали различные подходы, чтобы попытаться ответить на подобные вопросы. Если натуралисты XIX века рассматривали поведение животных с упором на его психологические и физиологические аспекты, то только после новаторской работы таких зоологов, как Николаас Тинберген и Карл фон Фриш в 1930-х годах, эта область вернулась к рассмотрению того, как социальное поведение может быть объяснено с эволюционной точки зрения.
После появления современной дисциплины этологии — изучения поведения животных — у нас осталось два основных способа изучения социальной жизни животных. Один из подходов использует данные наблюдений за животными в полевых условиях, пытаясь понять групповую динамику, глядя «со стороны». Однако при таком подходе трудно понять, что происходит в сознании отдельного существа. Второй подход, напротив, основан на обнаружении мозговой активности особи, а затем на попытке построить карту между паттернами нейронных пиков — колебательной электрической активности, которая генерирует мозговые волны — и тем, как ведет себя животное. Однако эти данные поступают «изнутри» и часто не могут охватить групповую динамику. Оба этих подхода дают неполную картину.
Теперь новое поколение ученых настаивает на третьей, более тонкой парадигме изучения социальности животных. Известная как «коллективная нейронаука», эта исследовательская программа исходит из идеи, что мозг развивался в первую очередь для того, чтобы помочь животным существовать как части социальной группы — а не для решения конкретных проблем — и должен изучаться как таковой. Поскольку встраивание мозга в социальную структуру изменяет работу его и других мозгов, нет смысла изучать только отдельный ум в изоляции, поскольку это не дает полной картины. Исходя из представления о том, что интеллект — это динамика закольцованных причинно-следственных связей между несколькими мозгами, исследователи используют новейшие методы нейровизуализации, чтобы попытаться получить более детальное представление о состоянии мозга нескольких животных, участвующих в различных видах социальной деятельности. Мы надеемся, что это поможет нам получить ответы на вопросы о том, как животные воспринимают свой социальный мир и как это восприятие закодировано в нейронах.
Помимо нечеловекоподобных животных, коллективная нейронаука также может помочь нам расшифровать некоторые сложности человеческого общества. Поскольку мозг, по-видимому, работает по-другому, когда он находится во взаимодействии с другими людьми, мы можем начать осознавать необходимость разработки мер по улучшению психического здоровья с учетом более широкой социальной среды, а не фокусироваться на индивидуальных патологиях. И, если социальность является необходимым шагом на пути к интеллекту, то неясно, есть ли у алгоритмов машинного обучения шанс приблизиться к человеческому интеллекту — если только они не встроены в общество других алгоритмов.
В основных подходах к когнитивной нейронауке у животных части мозга обозначаются как относящиеся к восприятию, действию, памяти, вниманию, принятию решений, социальности. Но когда мы рассматриваем поведение животных через более коллективную призму, мы начинаем видеть, что большие участки сложного мозга хотят работать в гармонии с другими, считает Эммануэль Тоньоли, исследовательница из Центра сложных систем и наук о мозге при Атлантическом университете Флориды. Как и многие другие, Тоньоли убеждена, что мозг, вероятно, развивался для того, чтобы справляться с информационной сложностью навигации и координации социальных отношений. Если это так, то когнитивная нейронаука, игнорирующая социальность, вероятно, бессмысленна, считает специалист.
Многие исследования в области когнитивной науки изучают реакцию мозга на основные стимулы — например, как мы решаем проблему, о которой нам рассказывает друг, или как мы вспоминаем тот же разговор спустя несколько недель. Но даже в исследовании, рассматривающем динамику между двумя людьми, отсутствуют некоторые аспекты разнообразия взаимодействий, которые естественным образом возникают в органических, более сложных социальных группах — включая распределение внимания, создание подгрупп и привлечение союзников, говорит Джулия Слива. Она является исследователем нейронных систем в Парижском институте мозга, автором основополагающей статьи о необходимости более коллективной нейронауки в исследованиях на животных. По ее словам, она и другие пытаются преодолеть ортодоксальное мнение о том, что «интеллект, а в данном случае социальный интеллект вида, обусловлен исключительно работой отдельного мозга». До сих пор люди изучали, как группы нейронов в одном мозге могут создавать информацию конкретно в нем; но нам также необходимо обратить внимание на то, как такая информация обрабатывается между несколькими мозгами, работающими вместе.
Похоже, существуют нейроны, ответственные за учет сложного социального поведения друзей
Проблема, связанная с попытками обосновать эту идею, до сих пор была в основном технической, особенно в случае нечеловекоподобных животных. Исследования в области нейронауки на животных в основном основывались на прикреплении животных к громоздким машинам в лаборатории и побуждении их к взаимодействию в паре. Но эти искусственные параметры, конечно, искажают социальную динамику, существующую в дикой природе. Однако теперь новые портативные технологии, такие как беспроводные нейрофизиологические записывающие устройства, позволяют наблюдать за животными в их естественной среде, где они взаимодействуют органично и в гораздо больших группах.
Вспомним наших дружелюбных макак, ставших объектами исследования нейрохирургов Гарвардского университета, опубликованного в журнале Science в конце 2021 года. Исследователи заглянули в мозг макак с помощью записывающих шлемов, которые могли с высокой точностью отслеживать активность мозга в конкретных нейронах. Они заметили, что при каждом виде взаимодействия несколько нейронов «загораются» в дорсомедиальной префронтальной коре — участке мозга, который, как считается, играет роль в социальных взаимодействиях. Различные нейроны реагировали по-разному в зависимости от обстоятельств: одни нейроны загорались, когда кто-то не давал кусочек фрукта, и замолкали, когда кто-то отвечал взаимностью, в то время как другие нейроны вели себя противоположным образом. Были также нейроны, которые, казалось, кодировали информацию о выборе, результатах и взаимодействии между другими обезьянами, за которыми просто наблюдали. Другими словами, оказалось, что существуют нейроны, ответственные за то, чтобы принимать к сведению сложное социальное поведение друзей.
Гарвардские исследователи собрали эти наблюдения в нейронную карту, которая позволила им предвидеть на экране, ответят ли макаки взаимностью или репрессией прежде чем они сделают это в реальной жизни. Эти предсказания оказались удивительно точными, что свидетельствует о том, что конкретные нейроны могут представлять определенные фрагменты социальной информации. Для более точного определения этого факта исследователи проделали и обратную работу. Они применили очень маленький электрический ток, чтобы временно нарушить активность нейронов в определенных частях мозга обезьян, чтобы посмотреть, остановит ли это макак от выполнения социальных действий, но при этом оставит их способными выполнять другие когнитивные функции, такие как запоминание или принятие решений. И точно так же способность обезьян выполнять социальные действия снизилась, и они не смогли ответить взаимностью, как ожидалось.
Второй эксперимент, на который указывает Слива, посвящен «синхронизации между мозгами». В важнейшем исследовании 2010 года Гийом Дюма, доцент кафедры вычислительной психиатрии Монреальского университета, показал, что мозг участников эксперимента отражает друг друга на неврологическом уровне, когда они занимаются совместной деятельностью, например, делают смешные, бессмысленные жесты руками, наблюдая друг за другом. В другом исследовании, в котором участвовал Дюма, одному из двух романтических партнеров давали болевой стимул — либо одному в комнате, либо в комнате с партнером, либо в комнате с партнером, держась за руки — и отслеживали влияние на синхронизацию мозга. Неудивительно, что держание за руки вызвало наибольшее сходство в сигналах мозга партнеров, а человек, испытывающий боль, сообщил, что это также облегчает боль. (Другие исследования уже показали, что обезболивающий эффект гораздо ниже, если вы держитесь за руки с незнакомцем).
Эта работа распространилась и на другие контексты. Ури Хассон, исследователь из Принстонского института нейронаук, показал, что хороший рассказчик может вызвать синхронизацию между мозгом слушателя и своим (при наличии общей почвы, опыта и убеждений); А в классной комнате, согласно исследованиям Сюзанны Диккер, старшего научного сотрудника Центра языка, музыки и эмоций Макса Планка — Нью-Йоркского университета, то, насколько хорошо синхронизируются мозговые волны ученика с его сверстниками, может служить хорошим предсказателем того, насколько он вовлечен в процесс обучения и насколько он чувствует, что ладит с группой.
Существует ли этот феномен среди животных? Неврологи из Калифорнийского университета в Беркли также опубликовали статью в журнале Science, в которой они использовали коллективную нейронауку, чтобы проверить, происходит ли то же самое у плодовых летучих мышей — общительных животных, которые проводят большую часть своей жизни в группе, ютясь вместе в маленьких укромных уголках днем и добывая пищу группами ночью.
Нейроны летучих мышей возбуждались сходным образом, что буквально выводило их мозг на одну и ту же «длину волны».
Исследователи отслеживали активность мозга летучих мышей с помощью беспроводных нейрофизиологических записывающих устройств, когда животные свободно летали по вольерам и разговаривали друг с другом своим характерным высокочастотным криком. Как и в исследовании с макаками-резусами, различные паттерны возбуждения нейронов были очевидны, когда летучие мыши распознавали и различали крики разных членов группы. Крик одной летучей мыши стимулировал активность в одном наборе нейронов слушателя, в то время как вокал другой летучей мыши стимулировал другой набор нейронов. Эта связь была настолько четкой, что, находясь в тихой комнате и наблюдая на экране только за мозговой активностью летучей мыши, исследователи могли определить, какая именно летучая мышь издавала крик.
Кроме того, исследование показало, что вся группа синхронизирует свои мозговые состояния при общении. Их нейроны колебались одинаково, что приводило их мозг буквально на одну и ту же «длину волны». А если летучие мыши были «дружелюбными», проведя значительное время вместе, их мозг синхронизировался еще сильнее — эффект, возможно, схожий с тем, который Дюма обнаружил в исследовании «держание за руку». Тот же эффект наблюдался в социальных подгруппах; члены этих групп также имели гораздо более четкое нейронное представление, когда один из них подавал голос.
Нейробиологи также провели эксперимент с воспроизведением записей звуков летучих мышей некоторым из них в отдельности, но это не вызвало активности в соответствующих областях мозга — возможно, это указывает на то, что летучие мыши знали, что это не настоящее социальное взаимодействие. Этот эффект может быть частично обусловлен тем, что животные воспринимают присутствие друг друга с помощью зрения и обоняния в дополнение к слуху. Но, что самое интересное, это также может указывать на то, что для того, чтобы нейроны отдельных особей регистрировали существование социальной динамики, необходимо присутствие еще одного мозга. Социальный контекст, то есть, модулирует активность как внутри мозга, так и между мозгами.
Мы еще многого не знаем. Да, определенные нейроны приходят в действие и синхронизируются, когда два «друга» летучих мышей зовут друг друга, и определенные нейроны загораются, когда две обезьяны делят пищу. Но выполняют ли эти нейроны синхронизацию, распознавание или кодирование информации о том, что передается, еще предстоит выяснить. Мы также не знаем, в какой степени социальная информация сохраняется в течение долгого времени, или она сохраняется только на время социальной активности. Тем не менее, программа коллективной нейронауки, несомненно, продвинулась вперед; в большинстве предыдущих исследований ученые даже не могли определить, почему нейрон срабатывает или нет, говорит Слива, и было ли это потому, что животное осознало, что взаимодействует со своим «другом», или потому, что оно вообще взаимодействовало с другим животным.
По словам Сливы, эти предварительные исследования являются важными фрагментами гораздо более крупной головоломки. Их результаты подтверждают идею о том, что при совместном изучении мозга ученые могут открыть совершенно новые способности. Важно отметить, что это также означает отказ от чистого разделения между стимулами и «входами» и поведением и «выходами»; скорее, коллективная нейронаука предполагает признание науки о сложных системах, где причинно-следственные связи не линейны, а закольцованы, а социальные и нейронные структуры соединяются непредсказуемым образом.
Возьмем спортивную команду. Статистические данные о каждом игроке могут многое сказать о том, станут ли они хорошим дополнением к команде или нет, но то, есть ли у них синхронность, смогут ли они работать вместе в группе, не может быть оценено количеством забитых мячей или отданных передач. Однако этот коллективный «икс-фактор» может стать тем, что превращает хорошую команду в «команду мечты».
Коллективная нейронаука предлагает иной взгляд на нервно-психические заболевания
В контексте социально-животной нейронауки это означает рассмотрение того, как отдельные мозги влияют на социальный контекст и подвержены его влиянию, а не исходить из перспективы отдельного мозга. По словам Тоньоли, комплексно-системный подход требует, чтобы мы изучали нейронауку животных в нескольких взаимосвязанных масштабах: начиная с нейронов, переходя к мозгу и воплощенным организмам, затем к парам и группам, постоянно обращая внимание на то, как все эти уровни соотносятся друг с другом. Познание, с этой точки зрения, является динамическим процессом, который происходит не только в мозге и между мозгами, но и на различных биологических, поведенческих и социальных уровнях организации.
Картирование того, как активность нейронов связана с конкретными социальными взаимодействиями, и понимание влияния групповой социальной динамики на биологию мозга может пролить свет и на аспекты человеческого общества. Коллективная нейронаука предлагает иной взгляд на такие нервно-психические заболевания, как депрессия и шизофрения, например, — не как на случаи индивидуальных «дисфункций» мозга, а как на явления, возникающие в результате многочисленных динамических физиологических и социальных процессов. Как добраться до сути человеческого познания, если мы по своей сути социальные существа, для которых культура оказала глубокое влияние на нашу эволюцию? Такие эксперименты, как исследование на макаках, помогли выявить области мозга, связанные с аномальным или нормальным социальным поведением; соответствующие исследования на людях могут дать новые методы лечения или возможности для вмешательства.
В области ИИ принятие парадигмы коллективной нейронауки может означать разницу между подлинным интеллектом и полезными, но ограниченными алгоритмами. Если сложная когнитивная архитектура человека обусловлена его способностью к социальному и культурному обучению, ученые-компьютерщики должны взять это на заметку. Например, Дюма, вычислительный психиатр, участвовавший в исследовании «держание за руку», говорит, что социальное взаимодействие в ИИ похоже на темную материю в физике: «Мы хорошо знаем, что она существует, но пока не знаем, как ее изучать напрямую». До сих пор ИИ был несколько солипсистским и индивидуалистическим, рассматривая социальное познание как потенциальную задачу, а не как составляющий аспект сложного познания, говорит Дюма. Сейчас он работает над созданием рамок для включения этой многомерной формы социального интеллекта в кодирование искусственного интеллекта, используя наше понимание социального обучения, чтобы помочь машинам продвинуться к познанию на уровне человека.
Для решения предстоящих задач, напоминает Слива, не нужно полностью отказываться от нейронауки с одним мозгом. Взаимодействие в сети может объяснить большую часть социального интеллекта, который мы наблюдаем у нечеловеческих животных — но это также связано с тем, что их мозг способен самостоятельно анализировать социальные взаимодействия. По-прежнему важно продолжать изучать, как отдельный мозг обладает такой развитой когнитивной способностью, а также как эти отдельные мозги затем работают в группах. Если интеллект — это динамика обратных связей между несколькими мозгами, отмечает Слива, то способ его изучения также должен представлять собой систему различных циклических схем, вливающихся друг в друга – «множество циклов разного уровня исследования».
Оригинал: Aeon
