Компьютеры и искусственный интеллект 3 страница
Для сегодняшнего эксперимента мне нужно шестнадцать птиц, но на всякий случай я отбираю побольше. На дно пластмассового ящика я бросаю немного опилок, чтобы цыплята не скребли его, открываю крышку брудера, отсчитываю двадцать четыре птенца и отношу их в соседнюю комнату, где и начнется эксперимент. Это небольшая теплая комнатка площадью около трех квадратных метров. У одной ее стены подставка и раковина, а по двум другим стенам идут полки и на каждой - по нескольку маленьких алюминиевых клеток величиной примерно 20х25 см каждая при высоте 20 см. Над каждой клеткой - 25-ваттная красная лампочка. При погашенном верхнем свете и зажженных красных лампочках комната выглядит необыкновенно уютной. В каждую клетку я сажаю двух цыплят, но сначала на спину одного из них фетровой кисточкой наношу метку, чтобы потом отличить его от другого. Затем разбрасываю по полу клеток немного корма. Он практически не нужен однодневным цыплятам, поскольку в их желточных мешках еще достаточно резервных питательных веществ, которых хватит и на следующий день, но они учатся клевать и им нравится играть,с крошками.
Я держу птенцов парами, так как они очень компанейские существа; рассаженные поодиночке, они скучают и начинают пищать, что служит у них выражением дискомфорта. Цыплята пищат, когда остаются в одиночестве, когда им холодно или когда неожиданно выключают свет. Иногда сразу все находящиеся в помещении птицы поднимают крик, возбуждая друг друга, пока шум не становится оглушительным, как в младшем классе, когда нет учителя. Но стоит громко шикнуть, и они замолкают и успокаиваются, хотя бы на несколько минут. Говорят, того же можно добиться, включив магнитофон с записью кудахтанья курицы. Если же цыплята чувствуют себя хорошо, они лишь слабо чирикают («щебечут»). В некоторых опытах по поведению подсчитывают частоту попискивания и щебетанья цыплят, чтобы оценить их состояние. Если нужно, я определяю пол птенцов. Мы все думали, что без специальной подготовки это очень трудно, пока не узнали, что отличать однодневных петушков от курочек можно по перьям крыла. Самки развиты несколько лучше самцов и имеют двойной ряд перьевых зачатков вместо одиночного у самцов. Однако ни в одном эксперименте из тех, что я проводил, у цыплят не обнаружилось существенньис половых различий, поэтому этот вопрос меня особенно не беспокоит.
|
|
|
Теперь, когда птенцы подготовлены к эксперименту, я оставляю их примерно на час, чтобы они привыкли к новой обстановке («адаптировались»). В это время я ненадолго снимаю халат, проглатываю чашку кофе, просматриваю почту, разговариваю в кабинете с Хитером и уточняю биохимические детали сегодняшнего эксперимента с Резой. Где-то около 10.15 я возвращаюсь к цыплятам и начинаю их обучение.
|
|
|
Я еще раньше разграфил чистую страницу лабораторного журнала - книги для записей формата А4 в твердой обложке. На краю страницы сверху вниз проставлены номера каждой из двенадцати клеток и значки, обозначающие меченого и немеченого цыпленка. Против номера клетки указано, что и когда я должен делать. Наверху страницы - дата и название эксперимента, например «Изучение двойной волны включения фукозы; повторить опыт на странице 34».
Такой журнал - один из немногих оставшихся в современной лаборатории предметов, сохраняющих тот же облик, что и сто лет назад. Зайдите в Музей науки, и вы увидите множество таких журналов: страница за страницей заполнены в них непонятными знаками, отрывочными записями, наскоро сделанными расчетами, вклеены листки с заметками другим почерком... Словом, здесь сырые материалы наблюдений, помогающие создать порядок из хаоса окружающего мира, который мы изучаем. Во многом эти журналы столь же красноречивы и поучительны, как альбомы для эскизов художников или рукописи писателей. Единственное различие между музейными экспонатами и современными лабораторными журналами - то, что прежние были в четвертушку листа или около того, а нынешние приведены к формату А4 согласно европейскому стандарту, и записи в них обычно ведутся «пентелом», а не «паркером». Однако сохраняется утешительная преемственность, знакомая еще со школьных лет, когда нас учили писать на самом верху страницы: «Опыт 37: требуется показать, что вода содержит одну часть кислорода на две части водорода».
|
|
|
Конечно, школьные упражнения - это отнюдь не эксперименты, а всего лишь демонстрация известных фактов. Если мы не подтвердим, что вода состоит из кислорода и водорода в молярном соотношении 1:2, никто не поверит, что мы открыли что-то новое; все поймут, что мы просто ошиблись, неправильно произвели расчет. Учитель скажет нам, каким должен быть результат, и мы запишем его вопреки тому, что получили на самом деле. Это будет триумфом авторитета над наблюдением, вроде того как бывало в средние века. (Говорят, что в современной школе уже не проводят таких псевдоэкспериментов, но в это не очень-то верится.)
Сегодня я провожу настоящий эксперимент. Я не знаю, чем он закончится. У меня есть теория, если только можно удостоить этим высоким титулом недопеченный пирог, который в последние недели стоил мне многих вечеров и выходных дней. В литературе я нашел намеки на возможность явления, которое меня интересует, и несколько недель назад провел сравнительно недолгий и недорогой эксперимент с минимальным числом животных. Его результаты убедили меня в целесообразности нового эксперимента, который я сегодня начинаю, хотя он потребует гораздо больше времени и средств. Я собираюсь сравнить определенные биохимические процессы в мозгу цыплят, подвергшихся различным воздействиям. Но я знаю заранее, что если и обнаружу различия, то они будут очень малыми, для их выявления понадобится статистический анализ и поэтому потребуется не менее шестнадцати цыплят для каждого из четырех вариантов опыта.
|
|
|
Почему так много? Ответ очень простой. Различия, которые я ожидаю получить, измеряя определенные параметры в тех или иных условиях, вероятно, составят в среднем около 20%. Но я отбираю подопытных цыплят случайным образом, не делая никаких предпочтений. Поэтому, если даже их всех просто подвергнуть одной и той же экспериментальной процедуре, результаты измерений все равно будут различаться, так как каждый цыпленок уникален: все они чуть-чуть несходны и в генетическом отношении, и по условиям развития яиц во время инкубации, и по ходу вьшупления; например, одни птенцы легко, а другие с трудом освобождаются от скорлупы, одни появляются на свет первыми, а другие позже, когда вокруг них уже будет множество других цыплят. Эти мелкие различия служат источником изменчивости, которая определяет индивидуальность любого живого организма, и конечный результат невозможно прогнозировать как простой продукт наследственности и воздействия среды. Именно эти различия, наряду с другими факторами, и обусловливают большую сложность биологии как науки по сравнению с физикой или химией.
В моем эксперименте все эти мелкие индивидуальные различия будут сказываться на величине измеряемых биохимических параметров, точно так же как и небольшие различия в экспериментальных воздействиях и в подготовке образцов мозговой ткани для анализа, который я собираюсь проводить. Поэтому даже при максимально возможном сходстве экспериментальных процедур я должен быть готов к тому, что результаты отдельных измерений будут различаться почти на 10% просто из-за случайной изменчивости (т. е. той изменчивости, причины которой меня в данном случае не интересуют и которая не должна влиять на интерпретацию получаемых результатов). Я должен быть в достаточной степени уверен (скажем, на 95% - это общепринятый в научной практике стандарт достоверности), что если различие между группами животных составит 20%, то, значит, оно не обусловлено случайной изменчивостью. Поэтому мне потребуется не менее 16 цыплят для каждого из вариантов опыта, и результаты нужно будет подвергнуть статистическому анализу. Конечно, я могу ошибиться в своих предположениях: последствия экспериментальных воздействий могут оказаться значительно сильнее, чем я думал, и тогда потребуется меньше птенцов. Если же влияние будет гораздо слабее, данные эксперимента окажутся неубедительными и я не смогу удостовериться в том, что оно вообще имеет место.
Тогда я буду досадовать на самого себя: зря затрачены время и деньги, загублены птицы - и все потому, что я неудачно спланировал исследование, и мой пирог оказался не просто недопеченным, а вовсе несъедобным. К тому же в отличие от школьников я не могу со слов учителя записать то, что должно было произойти: упрямые факты просто не захотят подтвердить моих предсказаний и восторжествуют над моей красивой теорией. Между тем она настолько красива, что мне придется снова и снова обдумывать ее, чтобы понять, не допустил ли я ошибки, нет ли другого способа ее проверки. Дело не в том, что трудно придумать новый эксперимент: я изобретаю с полдюжины их каждый вечер, когда мысленно анализирую полученные за день данные. Гораздо труднее решить, какие эксперименты не стоит проводить, потому что они не дадут убедительных результатов или позволят получить лишь тривиальную информацию, а может быть, и уведут в сторону от главного направления работы. Вдохновенного исследователя от посредственного должно отличать безошибочное чувство эксперимента.
Теории умирают трудно, и я думаю, что буду бороться за спасение той, которую я сейчас проверяю, если она действительно стоит этого. Все еще впереди; я узнаю ответ не раньше чем через несколько недель. Поскольку всякий раз, когда я ставлю опыт, мне трудно использовать больше шестнадцати птенцов, придется проводить его четыре раза, чтобы набрать нужные данные. Бесполезно даже пытаться оценить результаты, пока не будут завершены все опыты. Сегодня я повторяю эксперимент во второй раз. Потребуется неделя для обработки полученных результатов, и только через месяц, если ничто не помешает, я смогу сесть за стол и просмотреть весь материал. Только тогда можно будет сказать, имеет ли моя теория хоть какие-то разумные основания.
Однако сейчас не время забегать вперед. В кучке инструментов и разных материалов на подставке с раковиной я нахожу кусок твердой проволоки около 20 сантиметров в длину. На конце его закреплена небольшая белая бусина. Я просовываю бусину поочередно в каждую клетку. Большинство цыплят внимательно рассматривает ее несколько секунд, потом быстро клюет, иногда по многу раз, иногда всего однажды, пока не найдется более интересного занятия. Я регистрирую поведение каждого цыпленка в лабораторном журнале, используя простую систему обозначений: «клюет», «не обращает внимания», «активно избегает». Я проделываю эту процедуру со всеми птицами в каждой клетке, а потом еще дважды повторяю ее. Каждому цыпленку предоставляется три попытки поклевать бусину, и почти все используют по меньшей мере две из них. Те, что не делают этого, исключаются из дальнейших испытаний. Я называю эту процедуру «предварительной тренировкой».
После этого приходит время самой тренировки (обучения). Я беру еще две блестящие хромированные бусины на проволочных ручках, только большего размера, около 4 мм в диаметре. Они совершенно одинаковы, только на ручке одной из них имеется цветная метка, поэтому их легко различить. Потом я наполняю небольшой стеклянный стакан водопроводной водой, а другой - жидкостью из маленького флакона темного стекла, который беру с подставки. Эта жидкость ядовито-желтая и имеет острый запах. На флаконе надпись: «метилантранилат».
Я окунаю одну бусину в водопроводную воду и предлагаю ее двум цыплятам в первой клетке. Они возбужденно клюют ее, потом возвращаются и снова клюют. Я отмечаю это в журнале и выжидаю 6 минут до времени, заранее намеченного для пробы с цыплятами в клетке N 2. Затем я погружаю вторую бусину в желтую жидкость и предлагаю двум цыплятам во второй клетке. Оба с большим энтузиазмом клюют бусину, но вдруг замирают, потом яростно трясут головой, нагибаются и вытирают клюв о пол клетки. Если бы речь шла о людях, я сказал бы, что они отведали чего-то очень горького, испытывают неприятное ощущение во рту и это им очень не нравится. Почему мне не следует впадать в антропоморфизм? Дело в том, что в психологии, особенно англо-американской, считается дурным тоном приписывать животным ощущения, свойственные человеку. Мне надлежит «объективно» регистрировать то, что я наблюдаю, поэтому я вношу в соответствующую графу журнала обозначение К-Т («клюют и трясут головами»). Но на самом деле я не сомневаюсь, что именно так цыплята воспринимают вкус жидкости: я однажды лизнул смоченную метилантранилатом бусину и знаю, что это вызывает ощущение горечи и жжения во рту, как после уксуса или стручкового перца. Но оно быстро проходит, уже через несколько секунд я ничего не чувствовал; а что касается цыплят, то они очень скоро начинают снова безмятежно бродить по клетке. Я перемещаюсь вдоль ряда клеток и через каждые 6 минут испытываю реакцию цыплят на бусины, смоченные водой или метилантранилатом.
Тем временем ко мне присоединяется Реза; он принес полистироловый ящик со льдом, в котором установлен штатив, а в штативе - крошечная пластмассовая пробирка. Реза облачен в халат, а на его руках тонкие резиновые перчатки, так как в пробирках содержится радиоактивная жидкость. Он берет с подставки маленький шприц с длинной и очень тонкой иглой и набирает в него эту жидкость. На стеклянном корпусе шприца нанесены черные линии, каждое деление соответствует чрезвычайно малому объему - двум микролитрам (двум миллионным долям литра). Раньше казалось невозможным даже представить себе работу с такими ничтожными количествами, но теперь это для меня самое будничное дело. Шприц вмещает 50 микролитров, и я буду вводить по 10 микролитров в каждую половинку мозга каждому цыпленку.
Теперь я тоже надеваю перчатки. Уровень радиоактивности на самом деле очень низок, но новые правила техники безопасности очень жестки, и если я сам буду пренебрегать ими, то как я смогу требовать их соблюдения от моих учеников?
Спустя пять минут после манипуляций с цыплятами в первой клетке я поочередно достаю их оттуда, через желтый пушок на голове проступают очертания черепа с его срединной линией, разделяющей полушария мозга, и другими хорошо известными мне деталями, в которых я ориентируюсь, как путник в знакомой местности. Реза вручает мне шприц, и я быстро ввожу раствор сначала в левую, а потом в правую половину мозга. Острая игла легко проходит сквозь черепную крышку, в 4 мм от ее кончика имеется пластмассовая насадка, не позволяющая игле слишком глубоко проникать в мозг. Операция бескровна, она совершенно не беспокоит цыплят; через 20 секунд все закончено, и цыпленок возвращается в клетку.
Бусины предъявляются цыплятам из разньк клеток (число которых может достигать двенадцати) с шестиминутными интервалами, а перерыв между предъявлением и инъекциями составляет пять минут; поэтому обе процедуры приходится проводить почти одновременно, сверяясь с намеченным в журнале графиком и моими наручными часами, которые я перевел в режим секундомера. После того как закончена тренировка шестнадцати птенцов, восьми на воду, а восьми других на горькую желтую жидкость, я могу снова передохнуть. В этом опыте нужно сделать инъекции четырем цыплятам каждой группы сразу же после тренировки, а другим четырем - спустя пять часов.
Раствор, который я ввожу цыплятам, содержит особый вид сахара - фукозу, которую мозг использует для синтеза жизненно важных молекул в мембранах нервных клеток. Фукоза проникает в эти клетки и в последующие два часа встраивается в мембраны. Чем интенсивнее идет образование мембран, тем быстрее включается в них фукоза. Если у одной группы цыплят в среднем образуется больше вещества мембран, чем у другой, то к концу двухчасового периода в их мембранах окажется больше фукозы. Мне остается только найти способ разделить различные области мозга, получить в чистом виде их мембраны и определить содержание в них фукозы. Именно поэтому сахар, который я ввожу цыплятам, помечен радиоизотопом: часть его обычных углеродных атомов заменена радиоактивным углеродом (тот же принцип, но с использованием короткоживущих радиоактивных веществ, все чаще применяется для сканирования мозга или всего тела в качестве рутинной процедуры обследования больных в крупных больницах). Если потом измерить количество радиоактивности в мембранах, то можно рассчитать, сколько фукозы вошло в их состав. Выделяя мембраны из разных отделов мозга и проводя такие измерения в различные сроки - либо сразу после обучения цыплят, либо через пять часов, - можно установить, в какой части мозга произошли изменения (если они действительно произошли) и как долго сохраняются различия между группами цыплят. Таков во всяком случае принцип, который положен в основу моих экспериментов.
Еще один перерыв. Я сделал все инъекции и теперь у меня есть время поговорить со студентами, проверить, как проходит эксперимент, поставленный на прошлой неделе, позвонить по телефону. Через час после обучения цыплят нужно испытать их реакцию. Я подхожу к клеткам, беру проволоку с блестящей хромированной бусиной и опять просовываю ее в клетки, но на этот раз сухую, не смоченную ни водой, ни раствором метилантранилата. Цыплята, которые в первый раз клевали бусину, предварительно опущенную в воду, с энтузиазмом набрасываются на нее. Те же, что часом раньше испытали, какой она может быть горькой, в большинстве своем лишь с опасением на нее поглядывают, другие пятятся назад, третьи просто отходят в сторону. Все они уже научены и помнят, что бусины неприятны на вкус; соответственно изменилось их поведение, и я регистрирую это в лабораторном журнале.
Это небольшое различие - клевать или не клевать бусину в зависимости от предшествующего опыта - служит отправной точкой моей экспериментальной программы; на нем бьыа сосредоточена моя научная деятельность на протяжении последних пятнадцати лет, и именно ему в основном посвящена эта книга. Что происходит в голове цыпленка, если столь кардинально меняется его поведение? Я называю это научением, памятью, вспоминанием.
Еще не закончив этой фразы, я уже слышу скептические голоса. Что за безумная идея посвящать жизнь такому занятию! («Когда ты бросишь свою науку и займешься настоящим делом?» - спрашивали меня тетушки и дядюшки, когда мне шел третий десяток. После того как я стал профессором, они умолкли: это уже было нечто серьезное, хотя они плохо понимали, что за этим кроется. Когда говорят «Мой сын врач», - это понятно всем. Но что значит «Мой сын - профессор?). Цыплята клюют бусину, а вы называете это памятью? Память - это наша жизнь и воспоминания детства, это способность узнавать голоса друзей по телефону и вспоминать отпуск двадцатилетней давности при взгляде на старую фотографию, знать наизусть расписание встреч или название команды, выигравшей кубок в 1985 году. Какое отношение к этому имеют цыплята, клюющие бусину?
Но памятью обладают не только люди. Животные тоже чему-то научаются и что-то запоминают - без этого они бы просто не выжили, хотя мы не можем поговорить с ними и попросить рассказать о своем детстве. Мы можем узнать, научились ли они чему-нибудь и помнят ли о чем-нибудь, только наблюдая их поведение и его изменения в результате приобретенного опыта. Некоторые из моих цыплят, которые стали клевать блестящую бусину, после первой же пробы убедились, что она имеет горький вкус. Не удивительно, что когда я снова предложил им такую же бусину, они, вместо того чтобы клевать ее, отворачивались или отходили. Их сотоварищи, которые, однажды клюнув бусину, нашли ее просто мокрой, снова стали клевать ее, когда им ее предложили во второй раз. Но в поведении той группы птенцов, которые клевали горькую бусину, что-то изменилось; они столкнулись с чем-то новым, извлекли из этого урок и помнили его спустя несколько часов, когда я снова подверг их испытанию. (Возможно, что-то изменилось и в поведении цыплят, клевавших бусину, смоченную просто водой; они ее попробовали и нашли, что в ней нет ничего плохого, напротив, только приятное. Значит, в данном эксперименте на самом деле сравнивались не просто птенцы, помнящие и не помнящие прошлый опыт; я могу многое добавить по этому поводу, но я сделаю это позднее.)
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 165; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!