Zwierzęta, które uczą się jak ludzie – badania neurobiologów

Badania neurobiologiczne pokazują, że wiele gatunków zwierząt potrafi uczyć się w sposób zbliżony do ludzi. Zwierzęta nie ograniczają się jedynie do prostych reakcji na bodźce — obserwują innych, zapamiętują doświadczenia i dostosowują swoje zachowania dzięki mechanizmom poznawczym podobnym do tych, które kierują naszym uczeniem się. Co więcej, niektóre gatunki potrafią nawet planować swoje działania na podstawie wcześniejszych doświadczeń, co wcześniej przypisywano wyłącznie ludziom.

Obraz: Wikimedia Commons

Spis treści:

1. 1. Mechanizmy uczenia się — od neuronów po zachowanie

2. 2. Uczenie przez obserwację i naśladowanie

3. 3. Pamięć i nagroda — wspólne zasady uczenia się

4. 4. Przykłady badań — od gryzoni po naczelne

5. 5. Co to mówi o nas i o zwierzętach

Neurobiologia uczenia się pokazuje, że zwierzęta są zdolne do znacznie bardziej złożonego przyswajania wiedzy, niż sądzono. Gryzonie, ptaki i naczelne nie tylko reagują na bodźce, lecz także obserwują innych, zapamiętują sekwencje działań i dostosowują zachowania do wcześniejszych doświadczeń. Potrafią uczyć się przez obserwację, korzystać z pamięci czasowo-przestrzennej oraz reagować na nagrody i kary podobnie jak ludzie. Niektóre gatunki przewidują skutki własnych działań, co świadczy o planowaniu i wyprzedzaniu zdarzeń. Odkrycia te pokazują, że podstawowe mechanizmy uczenia się są wspólne dla ludzi i zwierząt, pogłębiając nasze rozumienie inteligencji i zdolności poznawczych w przyrodzie.

Mechanizmy uczenia się — od neuronów po zachowanie

Uczenie się zwierząt wynika ze złożonych procesów mózgowych, pozwalających przetwarzać informacje, przewidywać skutki działań i adaptować zachowania do środowiska. Podstawą jest neuron, którego połączenia ulegają zmianom w procesie plastyczności synaptycznej, leżącej u podstaw pamięci krótkotrwałej i długotrwałej. Kluczową rolę odgrywają neurotransmitery, takie jak glutaminian wzmacniający synapsy czy dopamina modulująca reakcje na nagrody i kary. Mechanizmy te odpowiadają zarówno za proste odruchy, jak i złożone zachowania adaptacyjne, obserwowane u wielu gatunków, od owadów po ssaki, i pokazują podobieństwa uczenia się ludzi i zwierząt.

Różne formy uczenia się wiążą się z aktywnością konkretnych struktur mózgu. Warunkowanie klasyczne angażuje ciało migdałowate i móżdżek, uczenie się przestrzenne aktywuje hipokamp, a uczenie się obserwacyjne korzysta z neuronów lustrzanych. Wspiera je także układ nagrody, wzmacniający skojarzenia między działaniem a skutkiem. Dzięki tym mechanizmom zwierzęta przewidują konsekwencje swoich decyzji, a badania nad nimi pozwalają lepiej zrozumieć adaptacyjne zachowania i ewolucyjne źródła inteligencji ludzkiej.

Uczenie przez obserwację i naśladowanie

Uczenie się przez obserwację, czyli uczenie społeczne, pozwala zwierzętom przyswajać umiejętności bez bezpośredniego doświadczenia. Wiele gatunków, od ptaków po naczelne, kopiuje zachowania innych, co zwiększa szanse przetrwania i przyspiesza naukę efektywnych strategii. Proces angażuje neurony lustrzane, hipokamp i korę przedczołową, odpowiedzialne za pamięć, planowanie i ocenę skutków działań. Dzięki temu zwierzęta uczą się nie tylko prostych czynności, jak unikanie zagrożeń, lecz także złożonych strategii, np. używania narzędzi czy rozwiązywania problemów w nowych sytuacjach, wymagających rozpoznawania intencji innych i integracji z własnym doświadczeniem.

Przykłady uczenia się przez naśladowanie są różnorodne i pokazują, że zwierzęta modyfikują obserwowane zachowania, tworząc lokalne „kultury behawioralne”. U szympansów młode osobniki uczą się korzystania z narzędzi, wprowadzając własne usprawnienia. Ptaki przyswajają śpiew, sposoby zdobywania pożywienia i unikania drapieżników poprzez obserwację starszych osobników. Mechanizmy neurologiczne wspierające uczenie społeczne, takie jak układ nagrody i modulacja neurotransmiterów w korze przedczołowej, są podobne do procesów u ludzi, co pozwala zwierzętom przekazywać tradycje behawioralne między pokoleniami, wzmacniając kooperację i integrację grupy.

Pamięć i nagroda — wspólne zasady uczenia się

Pamięć i system nagrody odgrywają kluczową rolę w uczeniu się zwierząt, decydując, które doświadczenia zostaną utrwalone. Pamięć dzieli się na krótkotrwałą, umożliwiającą natychmiastową reakcję na bodźce, oraz długotrwałą, pozwalającą przechowywać informacje o powtarzających się doświadczeniach i planować przyszłe działania. Ważny jest hipokamp, który integruje informacje przestrzenne i czasowe, tworząc mentalne mapy środowiska, oraz układ nagrody, w tym jądro półleżące i system dopaminergiczny, wzmacniający skojarzenia między zachowaniem a pozytywnymi rezultatami. Współpraca tych mechanizmów umożliwia efektywne i adaptacyjne uczenie się, niezależnie od złożoności zachowań.

Zrozumienie współdziałania pamięci i nagrody wyjaśnia strategie adaptacyjne obserwowane w przyrodzie. Gryzonie w labiryntach szybciej uczą się przy nagrodzie pokarmowej, a podobne mechanizmy działają u ptaków uczących się tras do pożywienia i u naczelnych stosujących narzędzia z planowaniem działań. Układ nagrody nie tylko wzmacnia korzystne zachowania, lecz także motywuje przyszłe działania, tworząc synergiczny mechanizm podstawowy dla większości form uczenia się u zwierząt i ludzi.

Przykłady badań — od gryzoni po naczelne

Badania nad gryzoniami pokazują, że nawet proste ssaki wykorzystują złożone mechanizmy poznawcze. Szczury i myszy szybko uczą się odnajdywać pożywienie w labiryntach, tworząc mapy mentalne przestrzeni, zapamiętując lokalizacje nagród i przeszkód oraz dostosowując działania do zmian w środowisku. Układ nagrody wzmacnia powiązania między działaniami a pozytywnymi rezultatami, a gryzonie potrafią też uczyć się obserwacyjnie, analizując zachowania innych osobników. Synergiczne działanie pamięci, motywacji i oceny konsekwencji działań tworzy fundament dla bardziej złożonych form uczenia się i adaptacyjnego zachowania.

Ptaki, takie jak kruki, wrony i papugi, dostarczają kolejnych przykładów uczenia się adaptacyjnego i obserwacyjnego, pokazując, że zdolności poznawcze nie ograniczają się wyłącznie do ssaków. Potrafią nie tylko powtarzać obserwowane czynności, ale również modyfikować je w zależności od nowych okoliczności, planować odzyskanie ukrytego pożywienia i przewidywać działania innych osobników. Mechanizmy podobne do neuronów lustrzanych oraz układ nagrody wzmacniają powtarzanie skutecznych strategii i umożliwiają rozwijanie lokalnych „kultur behawioralnych”, w których efektywne metody zdobywania pożywienia czy unikania zagrożeń są przekazywane między pokoleniami. Dzięki temu ptaki wykazują wysoki poziom elastyczności poznawczej i zdolności adaptacyjnych, pokazując, że uczenie się społeczne jest głęboko zakorzenione ewolucyjnie.

U naczelnych, takich jak szympansy, orangutany i kapucynki, uczenie się obserwacyjne osiąga najwyższy poziom złożoności. Młode osobniki naśladują dorosłych, wprowadzają innowacje i tworzą kultury behawioralne, korzystając z hipokampa, kory przedczołowej i układu nagrody do integracji pamięci, przewidywania skutków działań, oceny ryzyka i motywacji. Dzięki temu naczelne rozwijają elastyczne strategie adaptacyjne, planując działania w nowych sytuacjach i dostosowując się do zmieniającego się środowiska. Obserwacje tych procesów pokazują, że uczenie się obserwacyjne jest głęboko zakorzenione ewolucyjnie i w wielu aspektach porównywalne z ludzkim myśleniem.

Co to mówi o nas i o zwierzętach

Badania nad uczeniem się zwierząt pokazują, że granice między zdolnościami poznawczymi ludzi a innych gatunków są płynne, a wiele mechanizmów leżących u podstaw inteligencji jest wspólnych w całym królestwie zwierząt. Gryzonie tworzą złożone mapy mentalne, ptaki modyfikują strategie obserwacyjne, a naczelne rozwijają kultury behawioralne, co dowodzi, że zdolność do uczenia się, planowania i przewidywania konsekwencji działań jest głęboko zakorzeniona ewolucyjnie. Inteligencja nie jest cechą unikalną człowieka, lecz spektrum, na którym różne gatunki wykazują odmienne poziomy zdolności adaptacyjnych. Zrozumienie ewolucyjnej konserwatywności mechanizmów poznawczych pozwala lepiej docenić zdolności innych zwierząt i porównywać strategie przystosowania w różnych środowiskach.

Wnioski te mają również znaczenie etyczne i praktyczne. Świadomość, że zwierzęta uczą się podobnie jak ludzie, wpływa na ich traktowanie, warunki życia i strategie ochrony gatunków. Pokazuje także, że ludzkie zdolności poznawcze wyewoluowały stopniowo, na fundamentach mechanizmów obserwowanych u innych zwierząt, a wiele adaptacyjnych zachowań ludzi ma biologiczne odpowiedniki. Takie spojrzenie pozwala lepiej zrozumieć zarówno świat zwierząt, jak i siebie, ukazując nasze głębokie powiązania z resztą życia na Ziemi.

Źródła:

1. 1. Mou, Xiang, Abhishekh Pokhrel, Prakul Suresh, i Daoyun Ji. „Observational Learning Promotes Hippocampal Remote Awake Replay Toward Future Reward Locations.” Neuron 110, no. 5 (2022). https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.12.005

2. 2. Carcea, Ioana, i Robert C. Froemke. „Biological Mechanisms for Observational Learning.” Current Opinion in Neurobiology 54 (2018). https://doi.org/10.1016/j.conb.2018.11.008

3. 3. Lago‑Rodriguez, Angel, Virginia Lopez‑Alonso, i Miguel Fernandez‑del‑Olmo. „Mirror Neuron System and Observational Learning: Behavioral and Neurophysiological Evidence.” Behavioural Brain Research 248 (2013). https://doi.org/10.1016/j.bbr.2013.03.033

4. 4. Rizzolatti, Giacomo, i Laila Craighero. „The Mirror‑Neuron System.” Annual Review of Neuroscience 27 (2004). https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.27.070203.144230

5. 5. „Hippocampal synaptic plasticity, spatial memory and anxiety.” Nature Reviews Neuroscience 16 (2015). https://doi.org/10.1038/nrn3677

6. 6. O’Keefe, John, i Neil Dostrovsky. „The Hippocampus as a Spatial Map: Preliminary Evidence from Unit Activity in the Freely‑Moving Rat.” Brain Research 34, no. 1 (1971). https://doi.org/10.1016/0006-8993(71)90358-1

7. 7. „Social memory engram in the hippocampus.” Neuroscience Research 129 (2018). https://doi.org/10.1016/j.neures.2017.05.007