Станислас Деан - Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока

Младенцы обладают чрезвычайно ранними интуитивными представлениями об арифметике, физике и даже психологии. В ходе экспериментов исследователи исходят из того, что на неожиданные события дети смотрят дольше, чем на ожидаемые. Например, малыши очень удивляются, когда из коробки с черными шарами вдруг выкатывается белый шар (интуитивные представления о числах и вероятностях) или когда за ширмой оказывается не одна палочка, а две (интуитивные представления о физических объектах). Увидев шар, который катится сам по себе, перепрыгивает через некое препятствие, а затем сворачивает вправо, дети делают вывод, что шар – живое существо с собственными целями и намерениями, а потому несказанно изумляются, если он продолжает прыгать даже тогда, когда никаких препятствий нет (интуитивные представления о психологии).

Вспомните об этом в следующий раз, когда ваш ребенок в десятый раз уронит ложку со стола: он просто экспериментирует! Как и всякому ученому, детям необходимо провести целую серию испытаний, чтобы последовательно отвергнуть все неправильные теории. Обычно это происходит в следующем порядке: (1) предметы висят в воздухе; (2) они не упадут, если коснутся другого предмета; (3) они не упадут, если будут лежать на другом предмете; (4) они не упадут, если большая их часть будет находиться выше другого предмета, и так далее и тому подобное.

Данный экспериментальный подход сохраняется и в зрелом возрасте. Мы все с интересом наблюдаем за предметами, которые, как нам кажется, нарушают обычные законы физики (гелиевые шары, мобили, неваляшки со смещенным центром тяжести), и смотрим волшебные представления, в которых кролики исчезают в шляпах, а женщин распиливают пополам. Такие вещи развлекают нас, ибо не согласуются с интуитивными представлениями, которых наш мозг придерживался с рождения и которые активно совершенствовал в первый год жизни. Джош Тененбаум, профессор искусственного интеллекта и когнитивистики в Массачусетском технологическом институте, выдвинул любопытную гипотезу: по его мнению, мозг ребенка содержит своеобразный игровой движок, ментальную симуляцию типичного поведения объектов, подобную тем, которые используются в видеоиграх для моделирования виртуальной реальности. Задействуя эти симуляции в своей голове и сравнивая их с реальностью, младенцы быстро обнаруживают, что физически возможно или вероятно.

Рассмотрим другой пример – арифметику. Разумеется, дети не понимают математику, это же очевидно! И все же, начиная с 1980-х годов, эксперименты свидетельствуют о прямо противоположном 40. В ходе одного из исследований младенцам показывают слайды с изображением двух предметов, среди которых изредка попадаются изображения с тремя предметами. Дети явно замечают это изменение, ибо смотрят на картинки с тремя предметами гораздо дольше, чем на картинки с двумя. Манипулируя характером, размером и плотностью предметов, ученые убедились, что младенцы действительно реагируют на само их количество, а не на какой-то иной физический параметр. Лучшим доказательством того, что младенцы обладают абстрактным «чувством числа», является способность к обобщению, а именно переходу от звуков к образам: если ребенок слышит «ту-ту-ту-ту» – то есть четыре звука, – он проявляет больший интерес к картинке с четырьмя предметами, чем к картинке с двенадцатью, и наоборот 41. Контролируемые эксперименты такого рода весьма многочисленны; все они убедительно показывают, что дети с рождения обладают интуитивной способностью распознавать приблизительное число объектов, причем независимо от характера представления информации (зрительная или слуховая).

А считать малыши тоже умеют? Предположим, что дети видят, как за ширмой прячут сначала один предмет, а затем второй. Потом ширму опускают, и – о, чудо! – за ней оказывается только один предмет! Младенцы долго и внимательно смотрят за ширму, что свидетельствует о явном удивлении 42. Если же за ширмой оказываются два предмета, продолжительность взгляда не превышает нескольких мгновений. Это «когнитивное удивление», возникающее при несовпадении реальности и умственных расчетов, показывает, что уже в возрасте нескольких месяцев дети понимают, что 1 + 1 должно составлять 2. Они строят внутреннюю модель невидимой области и умеют ею манипулировать путем добавления или удаления объектов. Что примечательно, такие эксперименты работают не только для 1 + 1 и 2 − 1, но и для 5 + 5 и 10 − 5. При условии, что ошибка достаточно велика, девятимесячные дети удивляются всякий раз, когда фактическое количество предметов не совпадает с умственными расчетами: например, они точно знают, что 5 + 5 не может быть 5, а 10 − 5 не может быть 10 43.

Это действительно врожденный навык? Неужели первых месяцев жизни достаточно, чтобы ребенок усвоил основные законы, которые управляют поведением множества объектов? Хотя в течение первых месяцев точность, с которой дети оценивают количество 44, существенно улучшается, эксперименты показывают, что отправная точка – вовсе не «чистый лист». Новорожденные способны распознавать количество объектов уже через несколько часов после появления на свет – так же как обезьяны, голуби, вороны, цыплята, рыбы и даже саламандры. В случае с цыплятами исследователи контролировали все сенсорные входы: хотя птенцы не видели ни одного объекта в своей жизни, их «чувство числа» никуда не делось 45.

Такие эксперименты показывают, что арифметика – один из врожденных навыков, которым эволюция наделила не только человека, но и многие другие виды. Соответствующие нейронные сети были обнаружены у обезьян и воронов. Оказывается, их мозг содержит особые «числовые нейроны», которые «настроены» на определенное количество объектов. Одни клетки реагируют на один объект, другие – на два, три, пять или даже тридцать. Как ни странно, числовые нейроны присутствуют даже у тех животных, которые не получили никакого предварительного обучения 46. С помощью методов нейровизуализации сотрудники моей лаборатории установили: в гомологичных местах человеческого мозга тоже содержатся клетки, реагирующие на мощность множества (т.е. количество элементов конечного множества). Недавно, благодаря новейшей аппаратуре, удалось непосредственно зафиксировать активность таких нейронов в гиппокампе 47.

Результаты этих исследований опровергают некоторые положения ведущей теории детского развития, сформулированной великим швейцарским психологом Жаном Пиаже (1896–1980). По мнению ученого, понятие «постоянства объектов» – понимание, что объекты продолжают существовать, даже если ребенок их больше не видит, – возникает ближе к концу первого года жизни. Что касается абстрактного понятия числа, Пиаже утверждал, что оно вообще недоступно маленьким детям и медленно формируется спустя несколько лет после рождения, главным образом за счет абстрагирования от более конкретных мер размера, длины и плотности. На самом деле, все как раз наоборот. Понятия объекта и числа являются фундаментальными характеристиками нашего мышления; они представляют собой часть «базовых знаний», с которыми мы приходим в мир, и в сочетании друг с другом позволяют формулировать более сложные мысли 48.