Чем отличается такой когнитивно сложный вид, как человек, от других? Если бы вам задали этот вопрос, вы, скорее всего, перечислили бы конкретные модели поведения — способность рассказывать истории, создавать произведения искусства, планировать будущее и взаимодействовать со сложными социальными структурами.
Можно было бы ожидать, что и нейробиологи, пытающиеся понять сложный мозг, будут изучать его в действии, когда человек или животное взаимодействуют с окружающим миром. Но на протяжении большей части истории нейробиология придерживалась противоположного подхода.
«Когда я был аспирантом, нейробиология почти полностью была сосредоточена на изучении того, как мозг управляет органами чувств и движениями, — говорит доктор Эрл К. Миллер, профессор Массачусетского технологического института. — Животному давали стимул, наблюдали за его реакцией и записывали, какие нейроны при этом активировались». По словам Миллера, когда вы изучаете мозг на таком уровне, «вы смотрите только на его оболочку».
«Мы на удивление мало знаем о том, как мозг управляет более сложными когнитивными процессами, такими как принятие решений или социализация, — говорит Фелипе Пароди, аспирант Пенсильванского университета, работающий под руководством профессоров Майкла Платта и Конрада Кординга. — Изучение приматов и людей в лабораторных условиях, где они не могут свободно взаимодействовать, не даст вам представления о том, что происходит в мозге, когда примат устанавливает связь, догадывается о намерениях, сотрудничает или разрешает конфликты».
Пароди не первый обратил внимание на эту проблему. Исследователи уже давно утверждают, что нам нужно измерять активность мозга, когда животные ведут себя свободно, но такие исследования стали возможны только недавно благодаря прогрессу в технологиях, необходимых для изучения свободно передвигающихся животных, и в вычислительных методах, используемых для анализа огромных массивов данных, полученных в ходе таких исследований.
В 2025 году Пароди стал соавтором обобщающего исследования по нейроэтологии приматов, развивающейся области, направленной на изучение естественного поведения животных в сложных условиях реального мира. Несмотря на то, что эта область находится в зачаточном состоянии, она уже доказала свою ценность. Ранние исследования показывают, что свободно передвигающиеся приматы демонстрируют более богатую нервную динамику, например, чем ограниченные, даже когда выполняют похожие задачи.
Это не значит, что результаты классической нейробиологии ошибочны, но они не дают полного представления о том, как мозг работает в более естественных условиях. Для этого нам, возможно, потребуется сменить парадигму.
Границы классической нейробиологии и этологии
Нейробиологи уже некоторое время изучают вопросы, связанные с когнитивными функциями, например, как мозг распознаёт закономерности, запоминает информацию или усваивает правила, чтобы получить вознаграждение. «Изучение задач, связанных с реальным познанием, позволило выявить целый ряд нейронных свойств, которые просто не видны при выполнении базовых сенсорных функций», — говорит Миллер. Но экспериментальная установка редко менялась, а сильные стороны классической нейробиологии — точность и контроль — ограничивали возможности этих исследований.
Этология и смежные области, такие как поведенческая экология, имеют противоположные сильные и слабые стороны. Приматологи могут наблюдать и отслеживать естественное поведение с невероятной точностью и разрабатывать теории о том, как определенное поведение влияет на выживание. В то время как классическая нейробиология может показать, как мозг формирует поведение, этология показывает, почему то или иное поведение может иметь значение.
Один случай наглядно демонстрирует, на какие вопросы не могут ответить ни этология приматов, ни нейробиология.
В 2017 году ураган «Мария» разрушил Кайо-Сантьяго, остров, где исследователи десятилетиями наблюдали за популяцией макак-резусов. Ураган повалил деревья, которые когда-то давали тень, и дневная жара стала невыносимой. До урагана макаки держались в тесных социальных группах и не подпускали к себе особей, не входивших в их круг общения. Однако после урагана многие обезьяны стали вести себя иначе: они учились терпимее относиться друг к другу и расширяли свои социальные связи.
У обезьян, которые изменили своё поведение в соответствии с новыми условиями, было больше шансов выжить, в то время как те, кто этого не сделал, подвергались воздействию экстремально высоких температур. Другими словами, поведенческая гибкость стала вопросом жизни и смерти.
Этологи могли отслеживать изменения в поведении, но не могли увидеть, как мозг реагировал на эти новые факторы давления или как он переоценивал издержки и преимущества толерантности в новой среде. Почему некоторые животные адаптировались быстрее? Какие когнитивные процессы заставляли приматов проявлять толерантность, а не агрессию?
Это те вопросы, на которые не может ответить традиционная лабораторная нейробиологи, а наблюдательная этология даже не пытается. Нейроэтология призвана восполнить этот пробел.
Изучение мозга в действии
Ключ к нейроэтологии — изучение животных в процессе их «естественного поведения». Однако если понимать этот термин буквально, он быстро становится расплывчатым. Если животное что-то делает, разве это не естественно по определению? Всё, что мы делаем, ограничено нашей биологией: как бы я ни старался, я не могу летать или ориентироваться с помощью эхолокации.
На практике исследователи используют термин «естественный» для обозначения поведения, которое регулярно демонстрируется в обычной для вида среде. Для приматов это поиск пищи, ухаживание за шерстью, лазание по деревьям и выстраивание социальной иерархии. Запоминание произвольных визуальных последовательностей или реакция на абстрактные сигналы на сенсорном экране — это поведение, выходящее за рамки естественного.
Является ли бесконечная прокрутка соцсетей естественным поведением для человека? Миллер утверждает, что грань размыта: «Люди спрашивают меня: “Разве не неестественно, что человек месяцами сидит перед компьютером, обучаясь чему-то? ” Конечно. Но люди делают множество произвольных вещей, например годами играют на музыкальном инструменте или изучают абстрактные правила, и наш мозг прекрасно с этим справляется. “Неестественность” зависит от того, что именно вы пытаетесь изучить».
Именно в этом и заключается задача нейроэтологов. Это различие помогает сформулировать вопросы и возможные выводы. Для них важно не только то, что делает животное, но и то, где и как оно это делает. Является ли такое поведение типичным для данного вида? Позволяет ли обстановка, будь то лаборатория, полуестественный вольер или дикая природа, проявить себя? Может ли животное свободно передвигаться?
Например, примат, добывающий пищу вместе с сородичами в большом вольере, хорошо вписывается в рамки нейроэтологического подхода, даже если условия не совсем дикие. А примат, нажимающий на кнопку ради кусочка сахара, — нет. В первом случае можно понять, как работает мозг в реальных ситуациях добывания пищи. Второй случай может быть полезен, но только для того, чтобы ответить на другие вопросы.
Многие исследования занимают промежуточную позицию, сочетая экспериментальный контроль классической нейробиологии с поведенческим разнообразием более естественной среды. Такой «промежуточный» подход не воссоздаёт дикую природу, но позволяет ослабить самые строгие ограничения и даёт животным больше свободы в передвижении и взаимодействии. «Не нужно сразу погружаться в дикую природу, да мы и не смогли бы, даже если бы захотели», — говорит Пароди.
Некоторые исследовательские группы помещают приматов в иммерсивные среды виртуальной реальности, где они могут выполнять задачи, схожие с теми, что они выполняли бы в дикой природе, например искать пищу или перемещаться в трёхмерном пространстве. В таких условиях мозговая активность гораздо богаче и разнообразнее, чем при стандартном лабораторном поведении, имитирующем те же действия. Тем не менее большинство исследований в области нейроэтологии приматов проводится в вольерах или загонах. Эти условия позволяют приматам передвигаться более свободно, сводя к минимуму мешающие факторы, которые всегда присутствуют в дикой природе, например другие животные.
Социальная жизнь приматов
По словам Пароди, нейроэтологическое исследование, скорее всего, даст значимую информацию, когда оно сфокусируется на специализированном поведении, в котором животное исключительно хорошо разбирается и которое очень трудно или невозможно изучить в искусственных условиях. Социальная активность особенно важна для такого рода исследований. «Социальное взаимодействие занимает центральное место в жизни приматов, — говорит Пароди. — Вы не продвинетесь далеко как примат, если ваш мозг не сможет отслеживать сложные взаимоотношения и ориентироваться в них».
Миллер соглашается: «Наибольшего прогресса в натуралистических исследованиях удалось добиться в области социальных взаимодействий. Именно здесь проявляется больше всего возможностей внести вклад в науку. Такое поведение невозможно изучить в условиях лаборатории».
Одно из активно изучаемых направлений — то, как приматы управляют взаимным обменом, этими тонкими взаимодействиями по принципу «отдай и возьми взамен», которые являются фундаментальными как для людей, так и для других приматов. В исследовании 2024 года Пароди и его коллеги отслеживали активность мозга свободно перемещающейся группы макак, пока те ухаживали друг за другом. Результаты показали, что существует набор нейронных популяций, которые ведут «социальный учёт» того, кто за кем ухаживал, как часто и как долго. Внутренняя бухгалтерия не просто фиксировала прошлые взаимодействия — она также прогнозировала вероятную прибыль в будущем и, возможно, влияла на формирование альянсов в этих общинных сообществах.
«У приматологов уже были подозрения, что обезьяны отслеживают подобные взаимодействия, — говорит Пароди. — Открытие состоит в том, где именно в мозге это происходит и как… Что происходит, когда я, макака, взаимодействую со своей матерью или отцом? И что происходит, когда я перестаю быть нейротипичным приматом? Если мы поймём, как работают эти нейронные цепи, мы сможем понять, почему и где они дают сбой».
Хотя большинство нейроэтологических исследований сосредоточено на социальном поведении, некоторые из них посвящены тому, как мозг обрабатывает сложные решения, коммуникацию, формирование памяти и многое другое. Недавнее исследование, в ходе которого отслеживалось, как свободно передвигающиеся макаки-резусы принимают решения о поиске пищи, показало, что нейронные сигналы обезьян одновременно обрабатывают конкурирующие переменные для принятия решений, включая физическую среду, присутствие других приматов и компромисс между попыткой попробовать что-то новое и привычным выбором.
Трудности развития нейроэтологии
Изучение сложного поведения в реальных условиях сопряжено с реальными трудностями. На протяжении большей части истории нейробиологии в этой области просто не было инструментов для мониторинга активности мозга у свободно передвигающихся животных, но сегодня исследователи могут оснащать приматов лёгкими устройствами, которые отслеживают сигналы мозга, не ограничивая передвижение. Приматы быстро привыкают к носимым устройствам и возвращаются к своему обычному поведению.
Тем не менее эти инструменты должны быть ещё более мощными и лёгкими, чтобы продвигать науку вперёд. С этой целью исследователи сейчас работают над устройствами, которые могут записывать высококачественные сигналы от тысяч нейронов в различных областях мозга, не ограничивая движения животного.
Однако самая большая проблема может быть связана не с технологиями, а с вычислениями. Нейроэтология намеренно учитывает поведенческую вариативность, которую классическая нейробиология часто игнорирует, и эту вариативность сложно анализировать. «Традиционная нейробиология в основном оперирует средними показателями: как нейрон в среднем реагирует на стимул или как он в среднем реагирует в разных испытаниях», — говорит Пароди. Проблема заключается в том, что реальное поведение не является усреднённым: «Любое поведение человека — это распределение. Быть „нейротипичным“ — значит принадлежать к определённому спектру, а не иметь одно центральное значение».
Эта изменчивость становится всё более пугающей по мере того, как среда становится всё более естественной. «Реальное поведение настолько же сложно, насколько сложен мозг, — говорит Миллер. — Существует бесчисленное множество переменных, которые могут повлиять на одно действие, и современные вычислительные модели не могут полностью отделить сигнал от шума. В ближайшее время они с этим не справятся».
Проблема может заключаться в чём-то столь же простом, как решение приблизиться к другому животному или держаться от него подальше. Этот выбор может быть обусловлен голодом, предыдущим конфликтом, стрессом, статусом, присутствием других особей или даже погодой. Нейронный сигнал, зафиксированный учёными, реален, но как они узнают, что на него повлияло?
Это противоречие лежит в основе нейроэтологии. Несмотря на то, что инструменты моделирования совершенствуются вместе с технологиями, они ещё недостаточно развиты, чтобы устранить неопределённость. «Мы проводим тщательные эксперименты, но я не боюсь признать, что для изучения этой естественной изменчивости приходится жертвовать статистическим контролем», — говорит Пароди.
Что будет дальше?
Область нейроэтологии всё ещё находится в зачаточном состоянии, но Пароди, похоже, воодушевлён её потенциалом: «Через 10 лет мы, вероятно, оглянемся назад и скажем, что не знали, что делаем. А может, и через год».
Его особенно интересует масштабирование этой работы для изучения групповой динамики. «Я бы хотел проводить записи сразу у нескольких приматов, — говорит он. — Мне особенно интересно, как меняются особи в социальных группах. Что происходит, когда одна обезьяна находится в окружении пяти других? Действуют ли они по-другому? Есть ли у них любимый партнёр, например лучший друг? Отражается ли это на мозге?»
Нейроэтология ещё не распространилась на по-настоящему дикую природу и проводится в полуестественных условиях, например в вольерах, но скоро ситуация изменится. Одно из первых исследований в области нейроэтологии в дикой природе пройдёт на Кайо-Сантьяго, том самом острове, где исследователи наблюдали за изменениями в социальном поведении обезьян после урагана «Мария». На этот раз цель ещё более амбициозная: оснастить отдельных приматов нейроочками и непрерывно наблюдать за ними в течение целого года. «Мы ожидаем, что это исследование будет проведено в ближайшие пять лет, и это так захватывающе», — говорит Пароди с улыбкой.
Долгосрочное отслеживание нейронных процессов в реальном мире может привести к появлению новых способов понимания и, в конечном счёте, лечения таких состояний, как аутизм или шизофрения, за счёт определения того, как выглядит «типичная» социальная обработка информации в сложных условиях. Это также может повлиять на то, как мы создаём социально ориентированный ИИ. «Если мы поймём, что значит взаимодействовать надлежащим и ненадлежащим образом, мы сможем обучить цифровых агентов делать то же самое», — говорит Пароди.
Однако в конечном счёте сложная область нейроэтологии развивается не из-за желания сделать машины более человечными, а из-за стремления лучше понять собственный разум — а значит, и нашу человечность.
Сообщение Дружба обезьян: зачем изучать сложные социальные связи у животных появились сначала на Идеономика – Умные о главном.