Теоретико-информационный подход к исследованию языка животных

В завершение обзора проблемы языков животных рассмотрим еще один, принципиально иной подход к исследованию языка животных, основанный на идеях теории информации (Резникова, 1997; Резникова, Рябко, 1988, 1990, 1995а, б). Суть его в том, что в экспериментах испытуемым предлагал ось передать заранее известное экспериментатору количество информации. При этом измерялось затраченное испытуемым время, т.е. оценивалась скорость передачи информации. Авторы исходят из того, что кроме перечисленных выше свойств языка по Хоккету, таких как продуктивность, семан-тичность, перемещаемость, язык должен обладать еще одним свойством: размер сообщения должен быть пропорционален количеству информации в нем. Поясним это требование. После введенного К. Шенноном в конце 40-х годов строгого понятия "количество информации" были исследованы многие естественные языки человека, и во всех них длина сообщения оказалась пропорциональной количеству содержащейся в нем информации. Иными словами, на двух страницах книга можно разместить в два раза больше сведений, чем на одной.

Что же такое информация по Шеннону? В опыте "орел или решка" возможны два равновероятных исхода: подброшенная монета падает вверх либо гербом, либо цифрой. Если кто-нибудь сообщит нам результат такого опыта, он передаст 1 бит информации (бит – единица измерения информации). Вообще, если опыт имеет п равновероятных исходов, и нам сообщают его результат, то мы получаем log In битов информации. На рассмотренном понятии информации основаны современная теория и практика построения систем связи (основополагающая работа Шеннона так и называлась – "Математическая теория связи"). В дальнейшем выяснилось, что это же понятие играет фундаментальную роль в психологии, лингвистике и других областях. Благодаря этому систему коммуникации животных удалось проанализировать как средство передачи информации – конкретной, количественно измеримой величины. Объектом исследования служили муравьи. В 1899 г. немецкий зоолог Е. Васман предложил гипотезу так называемого антен-нального кода – своеобразного языка жестов, основанного на тонких движениях антенн (усиков). О том, как выглядит предполагаемый процесс обмена информацией у многих видов муравьев, образно написал Данте в "Божественной комедии":

"...Так муравьи, столкнувшись где-нибудь,

Потрутся рыльцами, чтобы дознаться,

Быть может, про добычу иль про путь...

Но только миг объятья дружбы длятся." '

Несмотря на большое число работ, в том числе основанных на методах макросъемки, существование у муравьев языка, подобного, например, языку танца у медоносных пчел, или вообще системы дистанционного наведения на добычу, оставалось недоказанным.

В описываемых ниже опытах муравьи могли получить пищу лишь в том случае, если они передавали друг другу заданное экспериментатором количество информации. Для этого муравьев помещали в специальный лабиринт, смонтированный из спичек и названный "бинарным деревом". В простейшем случае он имел одну развилку, в вершинах которой находились кормушки: одна пустая, другая – с сиропом. Чтобы другие муравьи могли найти корм, разведчики должны были сообщить им "иди налево" или "иди направо", т.е. передать 1 бит информации. Максимальное число развилок лабиринта в некоторых опытах доходило до 6, и только в вершине одной из них находилась кормушка с сиропом, остальные были пустыми. В таких опытах муравьи могли быстро отыскать корм, если получали сведения о последовательности поворотов типа "ЛПЛППЛ" (налево, направо и т.п.).

При 6 развилках в лабиринте им необходимо было передать 6 битов информации. Муравьи разных видов содержались в прозрачных гнездах из оргстекла на больших лабораторных аренах, и можно было наблюдать любые контакты между ними. Чтобы знать муравьев "в лицо", их метили индивидуальными цветными метками. Оказалось, что при решении сложных задач среди муравьев выделяются постоянные по составу рабочие группы, состоящие из одного разведчика и А –7 фуражиров. Разведчик, найдя пищу, подзывает к ней только свою группу фуражиров. В эксперименте муравьи получали пищу раз в 3 дня и только в лабиринте, т.е. их поиски стимулировались голодом. Лабиринт укрепляли в кювете с водой, чтобы муравьи не могли двигаться по прямой, а в исходный пункт лабиринта попадали бы с арены по мостику. Муравьи, находящиеся в гнезде и на арене, не могли наблюдать за действиями разведчика в лабиринте. Чтобы исключить возможность использования пахучего следа, лабиринт заменяли идентичным в то время, когда разведчик находился в гнезде. Более того, все кормушки в нем были только пустыми (в случае правильного выбора муравьев срочно кормили), так что исключалась и ориентация муравьев по запаху сиропа. В каждом сеансе измерялась общая длительность контактов фуражиров с разведчиками, вернувшимися в гнездо после обнаружения пиши. При этом фуражиры были вынуждены действовать самостоятельно: разведчика изымали пинцетом и временно отсаживали в баночку.

Выяснилось, что по способности запоминать и передавать информацию разведчики различаются. "Бестолковые" разведчики не могут сообщить правильную информацию, поэтому направляемые ими группы фуражиров идут по неверному пути и, как правило, возвращаются в гнездо, не достигнув цели. Естественно, таких разведчиков из эксперимента исключали, а использовали в нескольких сеансах "перспективных" разведчиков и группы работающих с ними фуражиров. Такие разведчики не только сразу запоминали дорогу, но и сравнительно легко переучивались, когда в ходе сеанса менялось направление пути к приманке, т.е. если ее переставляли на вершину другой ветки того же бинарного дерева. Разведчиков, отобранных в первых, более простых опытах, в дальнейшем просто сажали на вершины с приманкой. Прежде чем мобилизовать свою группу, разведчик совершал один–два, а иногда и больше рейсов от приманки до гнезда, запоминая путь. Наблюдая за его возбужденными действиями и получая от него пищу, группа постепенно подтягивалась к выходу.

В экспериментах фиксировали длительность контакта разведчика и фуражиров с помощью секундомера. Началом антеннального контакта разведчика с фуражирами считалось его прикосновение к первому муравью, а окончанием – выход из гнезда первых трех фуражиров. После такого контакта фуражиры компактной группой безошибочно направлялись к приманке и находили ее менее чем за минуту. Случалось, что тот или иной муравей уклонялся на ложный путь, но довольно быстро возвращался к своей группе. В контрольных опытах фуражиры, а также опытные разведчики, допущенные в лабиринт, но не знакомые с координатами кормушки, не находили ее за отведенные им 15 мин. Это позволяет исключить действие каких-либо иных способов ориентации, кроме использования сведений, сообщенных разведчиком.

В опытах с бинарным деревом количество информации (в битах), необходимое для выбора правильного пути в лабиринте, равно числу развилок. Оказалось, что у трех видов муравьев с групповой организацией доставки пищи зависимость между временем контакта разведчика с фуражирами и количеством передаваемой информации (числом развилок) близка к линейной и описывается уравнением t = ai + Ь, где / – время контакта, а – коэффициент пропорциональности, равный скорости передачи информации (число битов в минуту). Постоянная Ь была введена нами потому, что муравьи могут передавать информацию, не имеющую прямого отношения к поставленной задаче, например, просто сигнализировать: "есть пища". Отметим сразу, что скорость передачи информации у муравьев, по крайней мере, на порядок ниже, чем у человека: около 1 бит в минуту.

Одной из важнейших характеристик языка и интеллекта его носителей следует считать способность быстро подмечать закономерности и использовать их для кодирования, т.е. "сжатия" информации. В таких случаях оказывается, что размер сообщения о некотором объекте или явлении должен быть тем меньше, чем они проще, т.е. чем больше в них закономерностей. Известно, например, что человеку легче запомнить и передать информацию о последовательности поворотов на пути к цели "ЛПЛПЛПЛПЛПЛПЛП" (налево-направо, и так 7 раз), чем о более короткой, но неупорядоченной последовательности "ПЛЛПППЛП". Оказалось, что язык муравьев и их интеллект позволяют им использовать простые закономерности "текста" для его сжатия (здесь "текст" – последовательность поворотов на пути к кормушке).

Примечательно, что муравьи начинают "сжимать" информацию только при достаточно больших "текстах", т.е. начиная с 4–5 развилок. Время, затраченное разведчиками на передачу информации о "закономерных" последовательностях поворотов, было значительно меньше затраченного на передачу "случайного" текста. Например, чтобы передать последовательность "ЛЛЛЛЛЛ", им требовалось вдвое меньше времени, чем для передачи последовательности "ПЛПППЛ". В общем случае время передачи сведений росло по мере усложнения "текста", т.е. наличия случайности, неупорядоченности в последовательностях поворотов на пути к кормушке.

Итак, выяснилось, что муравьи способны передавать друг другу довольно много различных сообщений, а время передачи сообщения пропорционально количеству информации в нем. Более того, они способны подмечать закономерности в передаваемой информации и использовать их для "сжатия" сообщения.

Последующие опыты были построены по тому же принципу, но с несколько измененной методикой. Экспериментальная установка напоминала длинную гребенку, размещенную в разных вариантах вертикально, горизонтально или замкнутой в круг, и муравьи должны были передавать сведения о номере планочки с приманкой. Эти опыты выявили у муравьев даже некую систему счисления, сходную с архаичными системами счисления у человека, когда информация о числе передавалась по типу "палец, палец, палец..." (подробно см.: Рябко, Резникова, 1997). Видимо, такая коммуникативная система по своим свойствам превосходит языки большинства животных. Заметим только, что среди огромного числа видов муравьев (их около 6 тысяч) подавляющее большинство не пользуется передачей столь сложной информации. У многих видов в естественных условиях семью снабжают одиночные фуражиры: небольшая часть семьи ведет активный поиск добычи на кормовом участке, справляясь со всеми задачами в одиночку или взаимодействуя через подражание. Другая, довольно большая группа видов использует другой способ. Немногочисленные разведчики мобилизуют на поиск пищи массу пассивных фуражиров с помощью запаховой сигнализации пахучего следа.

Для обеих групп видов размер кормового участка ограничен дальностью рейсов или невозможностью проложить пахучий след на большом расстоянии. Эти факторы накладывают ограничения на численность семьи: как правило, у таких видов она насчитывает от сотен до нескольких тысяч особей. В описываемых опытах представители упомянутых групп видов не использовали столь сложный способ обмена информацией.

Лишь немногие виды муравьев достигли высшего уровня социальной организации (описанного как "колонии" и "федерации", см.. 5.6.3) и максимально возможного для этой группы, когда они практически не имеют врагов, широко распространены и обладают огромной численностью и биомассой.

Только у представителей этих видов обнаружены описанные в данном разделе наиболее сложные формы коммуникации (Резникова, 1997). В заключение этого раздела отметим, что теоретико-информационный подход к исследованию языка животных можно использовать для анализа коммуникации не только муравьев, но и других общественных животных – термитов, дельфинов, обезьян.

При этом, разумеется, техника экспериментов должна быть изменена с учетом особенностей поведения и размеров объектов исследования.

5.5.

Дата добавления: 2014-11-16