Алекс в стране чисел. Необычайное путешествие в волшебный мир математики

Ученые активно занимаются исследованием того, как животные управляются с числами. Эксперименты выявили у столь непохожих между собой созданий, как саламандры, крысы и дельфины, неожиданную способность «различать количества». Пусть даже лошади пока не могут извлекать квадратные корни, однако ученые в настоящий момент полагают, что численные способности животных развиты намного сильнее, чем считалось ранее. Все существа, похоже, рождаются с мозгами, предрасположенными к математике.

Как-никак, умение ориентироваться в числах очень важно для выживания в дикой природе. Шимпанзе с меньшей вероятностью проголодается, если, взглянув на дерево, сумеет оценить, достаточно ли на нем спелых плодов на обед. Кэрин Маккоум из Университета Сассекса наблюдала за прайдом львов в Серенгети. Она хотела показать, что львы пользуются понятием числа, когда решают, нападать ли на других львов. Во время одного из экспериментов одинокая львица в сумерках возвращалась в прайд. Маккоум заранее спрятала в кустах звуковые динамики и в нужный момент включила запись рычания одного животного. Наша львица услышала это рычание, но продолжила свой путь домой. В другой раз в эксперименте участвовали пять львиц, а Маккоум воспроизвела через спрятанные динамики рычание трех львиц. Все пять львиц, услышав это рычание, стали смотреть в направлении источника звука. Одна львица зарычала, и вскоре все пятеро пошли на кусты в наступление.

Таким образом, сделала вывод Маккоум, львицы умеют оценивать и сравнивать число соперниц. В ситуации «одна против одной» нападение сопряжено со слишком большим риском, но при наличии численного перевеса, в случае «пять к трем», можно и атаковать.

Не все исследования взаимоотношений животных с числами столь же эффектны, как эксперименты с львицами Серенгети или со знаменитой шимпанзе. В Университете Ульма в Германии ученые помещали муравьев, обитающих в пустыне Сахара, у одного конца туннеля и отправляли их на поиски пищи. Однако как только муравьи находили еду, у некоторых из них отрывали нижние части ножек, а другим их наращивали, приделывая «ходули» из свиной щетины. (На самом деле это не так уж жестоко, как может показаться, потому что ножки у пустынных муравьев регулярно снашиваются под солнцем Сахары.) Муравьи с укороченными ножками не доходят до дома, тогда как те, у кого их удлинили, проскакивают мимо. Напрашивается вывод: муравьи судят о пройденном расстоянии не визуально, а с помощью встроенного внутреннего «шагомера». Потрясающие способности муравьев к многочасовым прогулкам, после которых они всегда находят обратную дорогу к своему муравейнику, также могут иметь в своей основе сноровку в подсчете шагов.

Исследования числовых навыков у животных имели неожиданные следствия. Оказалось, математические возможности шимпанзе хоть и существуют, но явно ограничены, зато Мацузава обнаружил, что им присущи другие когнитивные способности, причем намного превосходящие наши, людские.

В 2000 году Аи родила сына, которого назвали Аюму. В тот день, когда я приехал в Институт исследования приматов, Аюму сидел на занятиях рядом с мамочкой. Он меньше ее ростом, у него более розовая кожа, а волосы на руках и на лице — чернее. Аюму сидел перед своим собственным компьютером, тыкая в экран, когда там возникали числа, и жадно поглощал кусочки яблока, когда ему удавалось их заработать. Аюму — вполне уверенный в себе юноша, своим образом жизни оправдывающий привилегированный статус сына доминантной самки в группе.

Аюму никто специально не обучал, как именно пользоваться дисплеями сенсорных экранов (тачскрин-дисплеями), хотя он с младенчества сопровождал свою мамочку на ежедневные занятия. Однажды Мацузава приоткрыл дверь в класс только наполовину, как раз настолько, чтобы Аюму смог войти, но недостаточно для того, чтобы Аи последовала за ним. Аюму направился прямо к компьютерному монитору. Весь персонал сгорал от нетерпения, желая узнать, чему же он успел научиться. Для начала он ткнул в экран, и там появились цифры 1 и 2. То была простая задача на упорядочение. Аюму клинул на 2. Неправильно. Он продолжал нажимать на 2. Снова неправильно. Тогда он попробовал нажимать на 1 и 2 одновременно. Неправильно. В конце концов он сделал то, что требовалось: нажал на 1, а затем на 2, — кусочек яблока выпал ему на ладонь. Прошло немного времени, и Аюму стал выполнять все компьютерные задания лучше своей мамочки!

Пару лет назад Мацузава стал задавать ему задачи нового типа, тоже с числами. При нажатии на кнопку «Старт» на экране случайным образом высвечивались числа от 1 до 5. Через 0,65 секунды числа превращались в белые квадратики. Задание состояло в том, чтобы нажать на белые квадратики в правильном порядке — предварительно запомнив, на месте какого числа возник какой квадратик.

Аюму выполнял это задание правильно в 80 процентах случаев, что составляет примерно столько же, что и в контрольной группе японских детей. Тогда Мацузава уменьшил до 0,43 секунды время, в течение которого числа оставались видны на экране. Аюму не почувствовал серьезной разницы, в то время как показатели, продемонстрированные детьми, существенно упали — процент успешного выполнения стал равен примерно 60. Когда Мацузава уменьшил время, в течение которого числа оставались видимыми, до 0,21 секунды, Аюму по-прежнему показывал 80 процентов, дети же опустились до 40 процентов.

Этот эксперимент показал, что Аюму обладает необычайной фотографической памятью. Такая память есть и у других шимпанзе в Инуяме, но ни у одного из них она не развита так хорошо. В дальнейших экспериментах Мацузава увеличил количество цифр, и теперь Аюму запоминает расположение восьми цифр, которые видны лишь в продолжение 0,21 секунды. Кроме того, Мацузава уменьшил и интервал времени для запоминания — оказалось, Аюму способен запомнить расположение пяти цифр, видимых только в течение 0,09 секунды, чего человеческому глазу едва хватает, чтобы зафиксировать числа сами по себе, не говоря уж о том, чтобы их запомнить. Этот потрясающий талант к мгновенному запоминанию, скорее всего, связан с необходимостью принятия быстрых решений — например, о количестве врагов, — что жизненно важно в мире дикой природы.

Изучение пределов способностей животных к восприятию чисел естественным образом подводит нас к вопросу о наших врожденных способностях. Ученым, которые хотят исследовать мозг, не засоренный приобретенными знаниями (насколько это вообще возможно), требуются испытуемые возраста столь юного, сколь это возможно. Проверка врожденного математического восприятия у младенцев возрастом в несколько месяцев стала в наши дни обычным делом. Поскольку в этом возрасте дети еще не умеют не только говорить, но даже толком контролировать свое собственное тело, признаки математической одаренности определяют по глазам, точнее, по времени, в течение которого ребенок удерживает взгляд на каком-то объекте. Считается, что малыши будут дольше удерживать взгляд на картинке, которую сочтут интересной. В 1980 году Принтер Старки из Университета Пенсильвании показывал младенцам от 16 до 30 недель от роду экран с двумя точками, а затем другой экран, с двумя точками. Младенцы смотрели на второй экран в течение 1,9 секунды. Но когда Старки повторил опыт, показывая экран с тремя точками, младенцы смотрели на него в течение 2,5 секунды — почти на треть дольше. Старки сделал вывод, что, поскольку младенцы разглядывали картинку с тремя точками дольше, чем картинку с двумя точками, они заметили какие-то отличия, а следовательно, обладают рудиментарным представлением о числе. Подобный метод определения способности распознавания чисел на основании продолжительности отрезка времени, в течение которого взгляд фиксируется на картинке, сегодня стал стандартным. В 2000 году Элизабет Спелке из Гарварда показала, что шестимесячные дети могут заметить различие между 8 и 16 точками, а в 2005 году — что они способны различать 16 и 32 точки.