Напротив, положительная фаза звуковой волны, отражающая момент повышения давления, вызывает их возбуждение.
Умеют ли дельфины распознавать начальную фазу сигнала, необходима ли им эта способность для успешной локации, пока неизвестно. При изучении этого вопроса экспериментаторы столкнулись с серьезными трудностями. Изменение фазы сигнала сопровождается существенным изменением его спектра. Это осложняет исследования. Все же попытки провести эксперимент, хотя и неудачные, уже предприняты. Если способности дельфина и здесь окажутся на высоте, изучение эхолокации китообразных может дать толчок к созданию радарных устройств принципиально нового типа. Жаль, что такие дружелюбные по отношению к человеку существа так неохотно посвящают нас в свои тайны.
Черный ящик
В костюме голого короля
От кончика носа до кончика хвоста
Образ один
Кто громче?
Усы, бакенбарды, борода
Умеют ли дельфины распознавать начальную фазу сигнала, необходима ли им эта способность для успешной локации, пока неизвестно. При изучении этого вопроса экспериментаторы столкнулись с серьезными трудностями. Изменение фазы сигнала сопровождается существенным изменением его спектра. Это осложняет исследования. Все же попытки провести эксперимент, хотя и неудачные, уже предприняты. Если способности дельфина и здесь окажутся на высоте, изучение эхолокации китообразных может дать толчок к созданию радарных устройств принципиально нового типа. Жаль, что такие дружелюбные по отношению к человеку существа так неохотно посвящают нас в свои тайны.
Черный ящик
В костюме голого короля
В 1960 году в Лондоне появилась в продаже фотография Джины Лоллобриджиды. Известная итальянская актриса была изображена на ней совершенно обнаженной. Впоследствии стало известно, что снимок был сделан для одной частной коллекции. Актрису засняли инфрахроматической фотокамерой на специальную фотопленку, чувствительную к инфракрасным лучам. Для них, как известно, легкая женская одежда не может явиться непреодолимым препятствием, так же как легкая дымка или туман. Соглашаясь позировать перед объективом актриса, естественно, и не подозревала о тайном умысле заказчиков фотоснимка.
Проникающая способность звуковых волн достаточно велика, значительно выше, чем инфракрасных лучей, однако не является уникальной. Чтобы дать ей оценку, напомним, что солнечный луч можно задержать листком бумаги. Самый тонкий лист металла и даже мелкая металлическая сетка задержат радиоволны. Для тепловых лучей это не явится непреодолимой преградой. Чтобы задержать рентгеновские лучи, нужна свинцовая пластинка, хотя и не очень толстая. Полностью задержать поток нейтрино — особой элементарной частицы, возникающей при бетараспаде атомных ядер или нестабильных элементарных частиц вроде пи-мезонов — можно, лишь имея свинцовую «пластинку» толщиной около 10 триллионов километров! Звуковые волны на этой шкале следует поместить не то чтобы посередине, но во всяком случае между рентгеновскими лучами и потоками нейтрино. Их широкое использование для активной локации основано, с одной стороны, на способности проходить через самые различные вещества, а с другой — отражаться от поверхностей, являющихся границами двух сред.
Благодаря этому дельфины могут получать информацию не только об обращенной к ним стороне лоцируемых объектов, но и о противоположной, не видимой глазом стороне, а заодно и о внутренней структуре этих объектов. Животным не стоит особого труда различать внешне одинаковые сплошные объекты от таких же, но имеющих внутри полости. А обычные купальные костюмы, в которых спускаются в бассейн к дельфинам тренеры, для акустических волн достаточно прозрачны.
Боюсь, что дельфины их даже не замечают. Пловцы кажутся им одетыми в костюм голого короля. Зато своими локационными посылками они не хуже рентгеновского аппарата просвечивают наши легкие и способны без дополнительных приспособлений следить за работой человеческого сердца. Хорошая проникающая способность звуковых волн позволяет зубатым китообразным обходиться без зрения. Ни ночной мрак, ни мутная вода для эхолокатора не помеха. Частицы грязи и ила, поднятые со дна, не являются для звуковых волн преградой. Их звукопроводность близка к звукопроводности воды. Другое дело, если в воде взвешено большое количество крохотных пузырьков воздуха. Они способны начисто поглотить звуковые волны. Вот почему дельфины, отличные пловцы, в совершенстве владеющие своим телом, избегают подплывать близко к прибрежным скалам, о которые морской прибой одну за другой разбивает набегающие волны, покрывая их хлопьями белой пены.
Прозрачность для звуковых волн различных материалов может явиться серьезным осложнением для эффективной локации, особенно если прозрачность объекта близка к прозрачности воды. В этом случае на границе двух сред вода — лоцируемый объект отражение звуковых волн будет незначительным и объект окажется невидимым. Поэтому дельфин, особенно в условиях, когда локация затруднена наличием акустических помех, может не заметить рыбацкие сети и иные аналогичные преграды.
Тело рыб хорошо проводит звуковые волны и дает незначительное эхо. Расчеты позволяют предположить, что живую ставридку, длиной в 12—15 см, если она повернута боком к дельфину, животные способны обнаружить лишь за 12—15 м.
Мертвая рыба «видна» хуже. С хвоста дельфин обнаруживает ее за 3,4 м, с головы за 3,8, а сбоку за 9—10 м. Живая рыба более заметна, так как ее плавательный пузырь наполнен воздухом. Он лучше всего «виден» дельфину, хотя и находится внутри. Эксперименты по обнаружению живой рыбы малопоказательны. Ее не заставишь позировать дельфину в строго заданном месте. Ученые не знают, как дельфины находят рыбьи стаи. Здесь опять пришлось прибегнуть к расчетам. Они показали, что если локационный импульс упирается в тела четырех тысяч ставридок, то животные должны заметить стаю никак не меньше, чем за 100 м, но вряд ли обнаружат ее дальше чем за полкилометра.
По тем же расчетам, дельфины могут находить друг друга с помощью эхолокатора за 100—130 м. При этом им сильно помогают наполненные воздухом легкие, так как остальные части тела дают гораздо менее интенсивное эхо. Возможно, друг друга дельфины «видят», как на рентгенограмме: на фоне общих очертаний слабо просвечивают контуры костного скелета, сердце, печень, другие органы, а в центре — яркое пятно легких.
В первые годы исследования дельфинов опыты проводили в мутной воде, ночью или в затемненном бассейне, чтобы зрение не могло помочь животным решать локационные задачи. Однако работать в таких условиях нелегко. Позднее объекты, предназначенные для распознавания, догадались отгораживать матерчатым экраном. Животные отнеслись к нововведению достаточно равнодушно. Экран не мешал работе эхолокатора.
В воде хлопчатобумажная ткань так же прозрачна для звуковых волн, как оконное стекло для солнечных лучей. Эксперименты, проведенные в разных лабораториях мира, подтвердили, что эхолокатор дельфинов работает, как рентгеновский аппарат. Животные легко отличали бутылку с водой от бутылки, наполненной воздухом. Из нескольких опущенных в бассейн бутылок дельфины без ошибки находили ту, где остался пузырь воздуха.
Металл для звуковых волн более прозрачен, чем для рентгеновских лучей. За латунной пластиной помещали вторую, меньших размеров, так, чтобы спереди она не была видна. Дельфинам не составляло труда ее обнаружить. Их не могли смутить никакие ухищрения экспериментаторов. Даже когда ученые для надежности прятали пластины в фанерный ящик, животные без труда определяли, одна там пластина или две.
Сравнивая органы чувств дельфина и человека, невольно впадаешь в уныние. Ужасно обидно, что мы лишены такого универсального приспособления, как эхолокатор. Как он пригодился бы в познании окружающего мира! К сожалению, у медали есть и оборотная сторона. Вряд ли кому-нибудь доставило бы удовольствие постоянно заниматься изучением скелета своих близких и заполненностью их желудочно-кишечного тракта. Впрочем, эстетические критерии весьма изменчивы. Не исключено, что при наличии эхолокатора мы пользовались бы иными, чем сейчас, критериями женской красоты. Вместо цвета глаз, длины ресниц и грациозности стана обращали бы внимание на какие-нибудь костные выросты черепа, замысловатый узор ребер или особенности лопаток. Возможно, дельфины так и поступают при выборе подруг. Им не помешало бы иметь представление об объеме легких своих избранниц. Это один из показателей приспособленности млекопитающих к жизни в водной среде.
Проникающая способность звуковых волн достаточно велика, значительно выше, чем инфракрасных лучей, однако не является уникальной. Чтобы дать ей оценку, напомним, что солнечный луч можно задержать листком бумаги. Самый тонкий лист металла и даже мелкая металлическая сетка задержат радиоволны. Для тепловых лучей это не явится непреодолимой преградой. Чтобы задержать рентгеновские лучи, нужна свинцовая пластинка, хотя и не очень толстая. Полностью задержать поток нейтрино — особой элементарной частицы, возникающей при бетараспаде атомных ядер или нестабильных элементарных частиц вроде пи-мезонов — можно, лишь имея свинцовую «пластинку» толщиной около 10 триллионов километров! Звуковые волны на этой шкале следует поместить не то чтобы посередине, но во всяком случае между рентгеновскими лучами и потоками нейтрино. Их широкое использование для активной локации основано, с одной стороны, на способности проходить через самые различные вещества, а с другой — отражаться от поверхностей, являющихся границами двух сред.
Благодаря этому дельфины могут получать информацию не только об обращенной к ним стороне лоцируемых объектов, но и о противоположной, не видимой глазом стороне, а заодно и о внутренней структуре этих объектов. Животным не стоит особого труда различать внешне одинаковые сплошные объекты от таких же, но имеющих внутри полости. А обычные купальные костюмы, в которых спускаются в бассейн к дельфинам тренеры, для акустических волн достаточно прозрачны.
Боюсь, что дельфины их даже не замечают. Пловцы кажутся им одетыми в костюм голого короля. Зато своими локационными посылками они не хуже рентгеновского аппарата просвечивают наши легкие и способны без дополнительных приспособлений следить за работой человеческого сердца. Хорошая проникающая способность звуковых волн позволяет зубатым китообразным обходиться без зрения. Ни ночной мрак, ни мутная вода для эхолокатора не помеха. Частицы грязи и ила, поднятые со дна, не являются для звуковых волн преградой. Их звукопроводность близка к звукопроводности воды. Другое дело, если в воде взвешено большое количество крохотных пузырьков воздуха. Они способны начисто поглотить звуковые волны. Вот почему дельфины, отличные пловцы, в совершенстве владеющие своим телом, избегают подплывать близко к прибрежным скалам, о которые морской прибой одну за другой разбивает набегающие волны, покрывая их хлопьями белой пены.
Прозрачность для звуковых волн различных материалов может явиться серьезным осложнением для эффективной локации, особенно если прозрачность объекта близка к прозрачности воды. В этом случае на границе двух сред вода — лоцируемый объект отражение звуковых волн будет незначительным и объект окажется невидимым. Поэтому дельфин, особенно в условиях, когда локация затруднена наличием акустических помех, может не заметить рыбацкие сети и иные аналогичные преграды.
Тело рыб хорошо проводит звуковые волны и дает незначительное эхо. Расчеты позволяют предположить, что живую ставридку, длиной в 12—15 см, если она повернута боком к дельфину, животные способны обнаружить лишь за 12—15 м.
Мертвая рыба «видна» хуже. С хвоста дельфин обнаруживает ее за 3,4 м, с головы за 3,8, а сбоку за 9—10 м. Живая рыба более заметна, так как ее плавательный пузырь наполнен воздухом. Он лучше всего «виден» дельфину, хотя и находится внутри. Эксперименты по обнаружению живой рыбы малопоказательны. Ее не заставишь позировать дельфину в строго заданном месте. Ученые не знают, как дельфины находят рыбьи стаи. Здесь опять пришлось прибегнуть к расчетам. Они показали, что если локационный импульс упирается в тела четырех тысяч ставридок, то животные должны заметить стаю никак не меньше, чем за 100 м, но вряд ли обнаружат ее дальше чем за полкилометра.
По тем же расчетам, дельфины могут находить друг друга с помощью эхолокатора за 100—130 м. При этом им сильно помогают наполненные воздухом легкие, так как остальные части тела дают гораздо менее интенсивное эхо. Возможно, друг друга дельфины «видят», как на рентгенограмме: на фоне общих очертаний слабо просвечивают контуры костного скелета, сердце, печень, другие органы, а в центре — яркое пятно легких.
В первые годы исследования дельфинов опыты проводили в мутной воде, ночью или в затемненном бассейне, чтобы зрение не могло помочь животным решать локационные задачи. Однако работать в таких условиях нелегко. Позднее объекты, предназначенные для распознавания, догадались отгораживать матерчатым экраном. Животные отнеслись к нововведению достаточно равнодушно. Экран не мешал работе эхолокатора.
В воде хлопчатобумажная ткань так же прозрачна для звуковых волн, как оконное стекло для солнечных лучей. Эксперименты, проведенные в разных лабораториях мира, подтвердили, что эхолокатор дельфинов работает, как рентгеновский аппарат. Животные легко отличали бутылку с водой от бутылки, наполненной воздухом. Из нескольких опущенных в бассейн бутылок дельфины без ошибки находили ту, где остался пузырь воздуха.
Металл для звуковых волн более прозрачен, чем для рентгеновских лучей. За латунной пластиной помещали вторую, меньших размеров, так, чтобы спереди она не была видна. Дельфинам не составляло труда ее обнаружить. Их не могли смутить никакие ухищрения экспериментаторов. Даже когда ученые для надежности прятали пластины в фанерный ящик, животные без труда определяли, одна там пластина или две.
Сравнивая органы чувств дельфина и человека, невольно впадаешь в уныние. Ужасно обидно, что мы лишены такого универсального приспособления, как эхолокатор. Как он пригодился бы в познании окружающего мира! К сожалению, у медали есть и оборотная сторона. Вряд ли кому-нибудь доставило бы удовольствие постоянно заниматься изучением скелета своих близких и заполненностью их желудочно-кишечного тракта. Впрочем, эстетические критерии весьма изменчивы. Не исключено, что при наличии эхолокатора мы пользовались бы иными, чем сейчас, критериями женской красоты. Вместо цвета глаз, длины ресниц и грациозности стана обращали бы внимание на какие-нибудь костные выросты черепа, замысловатый узор ребер или особенности лопаток. Возможно, дельфины так и поступают при выборе подруг. Им не помешало бы иметь представление об объеме легких своих избранниц. Это один из показателей приспособленности млекопитающих к жизни в водной среде.
От кончика носа до кончика хвоста
Наш глазомер нередко подводит нас. Большая часть человечества ему не доверяет, и там, где это возможно, мы подкрепляем оценку «на глаз» результатами измерений. Животные, делая оценки на глазок, добиваются лучших результатов.
У эхолокационного устройства дельфина хороший «глазомер».
Уже давно было замечено, что афалины и белобочки отличают мелких рыб от рыб в два раза крупнее с расстояния в 1—3 м.
Изящных дельфинов-белобочек попытались научить определять размер пенопластовых пластин. После длительной подготовки животные в конце концов поняли, чего от них хотят, и тут выяснилось, что для дельфинов совсем не безразлична форма сравниваемых пластин. Квадратные пластины различались с большой точностью. «Рассматривая» их с расстояния в 5 м, дельфин замечал разницу, если площадь одного из квадратов была всего на 7% больше площади другого. Площадь треугольников должна была отличаться на 25%, чтобы дельфины могли заметить разницу. В различных лабораториях мира ученые заставляли животных разбираться в величине шаров, цилиндров, пластин.
Почему выбрали эти объекты, а не кубы, бруски, призмы или полусферы? Животным нельзя предъявлять для распознавании жестко фиксированные предметы. В подобной системе под ударами локационных посылок будут возникать сложные колебания. Они дадут возможность не путать лоцируемые объекты.
Однако различать их дельфин будет по признакам, лишь косвенно связанным с размером предметов. Нельзя подвешивать подобные предметы и на тонкую ниточку, как это делают с шарами и цилиндрами, поскольку невозможно добиться, чтобы куб или брусок занимали всегда абсолютно одно и то же положение. Да и дельфина не уговоришь изучать их всегда из одной и той же точки пространства. Сравнивая кубы, висящие к животному то ребром, то гранью, вряд ли можно добиться надежных результатов.
Ну, а с определением размеров шаров и цилиндров животные справляются отлично.
У эхолокационного устройства дельфина хороший «глазомер».
Уже давно было замечено, что афалины и белобочки отличают мелких рыб от рыб в два раза крупнее с расстояния в 1—3 м.
Изящных дельфинов-белобочек попытались научить определять размер пенопластовых пластин. После длительной подготовки животные в конце концов поняли, чего от них хотят, и тут выяснилось, что для дельфинов совсем не безразлична форма сравниваемых пластин. Квадратные пластины различались с большой точностью. «Рассматривая» их с расстояния в 5 м, дельфин замечал разницу, если площадь одного из квадратов была всего на 7% больше площади другого. Площадь треугольников должна была отличаться на 25%, чтобы дельфины могли заметить разницу. В различных лабораториях мира ученые заставляли животных разбираться в величине шаров, цилиндров, пластин.
Почему выбрали эти объекты, а не кубы, бруски, призмы или полусферы? Животным нельзя предъявлять для распознавании жестко фиксированные предметы. В подобной системе под ударами локационных посылок будут возникать сложные колебания. Они дадут возможность не путать лоцируемые объекты.
Однако различать их дельфин будет по признакам, лишь косвенно связанным с размером предметов. Нельзя подвешивать подобные предметы и на тонкую ниточку, как это делают с шарами и цилиндрами, поскольку невозможно добиться, чтобы куб или брусок занимали всегда абсолютно одно и то же положение. Да и дельфина не уговоришь изучать их всегда из одной и той же точки пространства. Сравнивая кубы, висящие к животному то ребром, то гранью, вряд ли можно добиться надежных результатов.
Ну, а с определением размеров шаров и цилиндров животные справляются отлично.
Образ один
Уже давно известно, что дельфины с помощью эхолокации умеют определять форму предмета, но никому до сих пор не известно, формируют ли они при этом его образ.
С точки зрения кибернетики, образ — это обобщенное описание предмета. Благодаря сформированному в головном мозге образу мы узнаем предмет независимо от его положения в пространстве, изменения освещенности, масштаба, цвета и т. д.
Благодаря обобщающему эффекту образа мы узнаем разные предметы, относящиеся к одному классу. Для нас стол останется столом — стоит ли он в комнате или вынесен на улицу, перевернут ли вверх ножками или погружен на грузовик, белый ли он, коричневый или черный, маленький или большой, покрытый скатертью или клеенкой, уставленный яствами или пустой, старый ломаный или новенький, еще пахнущий лаком. Мы воспринимаем как стол и тот предмет, за которым обедаем, низенький журнальный столик и высокий лабораторный стол, стол с одной, тремя, четырьмя — с любым количеством ножек, круглый, треугольный или квадратный, письменный со множеством ящиков или в виде простой плоской платформы, прикрепленной на кронштейне, как принято в пассажирских купе и каютах.
Животные также способны формировать зрительные образы, правда, существенно менее обобщенные, чем у людей. В процессе эволюции по мере развития мозга эта функция совершенствуется. Рыбы способны запоминать весьма сложные изображения, но малейшее изменение собьет их с толку. Треугольник, немного увеличенный или уменьшенный, остается для рыбы треугольником, но треугольник, окрашенный в другой цвет или перевернутый, они за треугольник не признают. Сусликов и крыс удается научить узнавать геометрические фигуры, как бы их ни повернули, но найти что-либо общее между черным кругом на белом фоне и белым на черном они не могут.
Обезьяны легко узнают фигуры, в какой бы цвет их ни окрасили и на каком бы фоне ни изобразили. Шимпанзе узнают простые фигуры даже на ощупь. Бегло взглянув на подготовленный экспериментатором рисунок и недолго порывшись в мешочке, куда заглядывать не разрешается, обезьяна найдет среди других фигур вырезанный из толстого картона треугольник. Человек способен к гораздо более сложным формам обобщения. Двухлетний ребенок, если ему показать треугольник, составленный из отдельных кружочков (как складывают бильярдные шары перед началом игры), узнает в нем треугольник. С подобной задачей не в состоянии справиться даже человекообразные обезьяны.
Конкретные объемные и плоские фигуры дельфины без большого труда запоминают и не путают. Исследования по различению плоских фигур осуществили московские ученые.
Фигуры вырезали из толстого плексигласа и покрыли слоем пористой резины, хорошо отражающей звуковые волны. Исследователям казалось, что материал, обладающий высокой отражательной способностью, значительно упростит дельфинам задачу. После тренировки, и, видимо, немалой, животные научились на расстоянии 10—18 м отличать квадрат со сторонами 10x10 см от различных треугольников, ромбов и круга, имеющих ту же площадь — 100 см². Исследователи не пытались установить, какими критериями пользовались животные. Вероятно, не одной лишь силой отраженного эха. Об этом свидетельствует другой эксперимент.
Животных научили различать квадраты со сторонами 10x10 см и 7x7 см. Когда дельфины научились безошибочно выбирать больший квадрат, их время от времени пытались сбить с толку, подсовывая для выбора такой же по величине квадрат, но дырявый. Дырки были квадратной формы, размером от 1 до 86 см², и располагались в центре. При самой большой дыре квадрат превращался в 4-миллиметровую рамку с крохотной площадью. Из пары маленький квадрат — большой дырявый квадрат дельфины чаще выбирали фигуру с дырой.
Это значит, что они оказались способными определять размер даже тоненькой рамки, дающей весьма слабое эхо.
Некоторые наблюдения заставили заподозрить, что дельфины плохо замечают дырки. Во всяком случае, феноменальных способностей они при этом не обнаружили. Тем же животным предлагалось отличить сплошной квадрат от такого же по величине, но дырявого. Дельфины прекрасно решали эту задачу, если площадь отверстия составляла 25 см². Вполне удовлетворительно справлялись они с заданием, если площадь отверстия равнялась 6,2 см², но самые маленькие дырки, размером в 1 см², не замечали совсем. Из многочисленных опытов известно, что интенсивность эха животные оценивают с точностью до 10%. Следовательно, отверстие в 6 см², составляющее всего 6% фигуры, пользуясь этим критерием, заметить трудно.
Между тем дельфины уверенно отличали дырявые фигуры от сплошных. Значит, им помогают другие свойства эха. Скорее всего, его спектральные характеристики. При отражении локационной посылки от сплошных поверхностей искажение спектра будет происходить в более низкочастотной области, чем при отражении от рамок. Видимо, дельфины широко пользуются спектральным анализом. Остается выяснить, замечают ли они просто ослабление эха и изменение его спектра или действительно обнаруживают дырки?
Использование для анализа окружающей среды косвенных признаков — прерогатива не одних лишь дельфинов. Мы, люди, тоже склонны в процессе познания пользоваться боковыми тропинками. Академик Л. А. Орбели любил рассказывать о семье своих знакомых, центром которой являлся четырехлетний малыш. Взрослые дружно славословили ребенка. Особенный восторг вызывала его зрительная память. Когда приходили гости, на свет извлекалась большая кипа фамильных фотографий. Мальчик безошибочно называл изображенных на них людей. Орбели подметил, что ребенок одинаково свободно ориентировался и по лицевой стороне фотоснимков, и по обратной. И, видимо, с обратной стороны узнавать их было проще, надежнее: здесь были пятна, надписи, клейма ателье. Косвенные признаки были достаточно удобными. Дельфины пользуются ими очень широко. Впрочем, возможно, что косвенными они кажутся только нам. Не исключено, что самые неожиданные виды информации, извлеченные из эха, однозначно информируют животных о вполне определенных свойствах лоцируемого объекта.
Очень заманчиво узнать, какими критериями пользуются дельфины, чтобы решить вопрос о материале лоцируемого объекта. Каждую локационную посылку дельфина шар возвращает в виде двойного эха. Его первая порция — истинное эхо. Оно является отражением от шара локационной посылки.
Вторая часть эха создается собственными колебаниями лоцируемого объекта. Ее характер зависит как от материала, так и от размера шара. Ученым удалось убедиться, что именно эта вторая часть эха и дает возможность узнать о том, из чего сделан шар.
Не стоит удивляться тому, что ученым пока не удалось вникнуть в интимные стороны восприятия дельфинами окружающего мира. Человеку еще многое неясно даже в особенностях собственного восприятия действительности. Оно подчас бывает очень причудливым и замысловатым. Пример тому — искусство абстракционистов. Просмотрев десяток-другой произведений, можно расстроиться от сознания, что твое собственное восприятие нищенски бедное и многое ты вовсе не способен увидеть. Недавно в Лондоне на одной из художественных выставок был представлен скульптурный портрет футбольного мяча, не попавшего в ворота! Очевидно, человеческий мозг может создавать и такие образы.
Дельфины, пользуясь эхолокатором, способны многое подметить в окружающем их мире. Но какой при этом образ возникает в их большом, изборожденном бесчисленными извилинами мозгу, мы узнаем еще нескоро.
С точки зрения кибернетики, образ — это обобщенное описание предмета. Благодаря сформированному в головном мозге образу мы узнаем предмет независимо от его положения в пространстве, изменения освещенности, масштаба, цвета и т. д.
Благодаря обобщающему эффекту образа мы узнаем разные предметы, относящиеся к одному классу. Для нас стол останется столом — стоит ли он в комнате или вынесен на улицу, перевернут ли вверх ножками или погружен на грузовик, белый ли он, коричневый или черный, маленький или большой, покрытый скатертью или клеенкой, уставленный яствами или пустой, старый ломаный или новенький, еще пахнущий лаком. Мы воспринимаем как стол и тот предмет, за которым обедаем, низенький журнальный столик и высокий лабораторный стол, стол с одной, тремя, четырьмя — с любым количеством ножек, круглый, треугольный или квадратный, письменный со множеством ящиков или в виде простой плоской платформы, прикрепленной на кронштейне, как принято в пассажирских купе и каютах.
Животные также способны формировать зрительные образы, правда, существенно менее обобщенные, чем у людей. В процессе эволюции по мере развития мозга эта функция совершенствуется. Рыбы способны запоминать весьма сложные изображения, но малейшее изменение собьет их с толку. Треугольник, немного увеличенный или уменьшенный, остается для рыбы треугольником, но треугольник, окрашенный в другой цвет или перевернутый, они за треугольник не признают. Сусликов и крыс удается научить узнавать геометрические фигуры, как бы их ни повернули, но найти что-либо общее между черным кругом на белом фоне и белым на черном они не могут.
Обезьяны легко узнают фигуры, в какой бы цвет их ни окрасили и на каком бы фоне ни изобразили. Шимпанзе узнают простые фигуры даже на ощупь. Бегло взглянув на подготовленный экспериментатором рисунок и недолго порывшись в мешочке, куда заглядывать не разрешается, обезьяна найдет среди других фигур вырезанный из толстого картона треугольник. Человек способен к гораздо более сложным формам обобщения. Двухлетний ребенок, если ему показать треугольник, составленный из отдельных кружочков (как складывают бильярдные шары перед началом игры), узнает в нем треугольник. С подобной задачей не в состоянии справиться даже человекообразные обезьяны.
Конкретные объемные и плоские фигуры дельфины без большого труда запоминают и не путают. Исследования по различению плоских фигур осуществили московские ученые.
Фигуры вырезали из толстого плексигласа и покрыли слоем пористой резины, хорошо отражающей звуковые волны. Исследователям казалось, что материал, обладающий высокой отражательной способностью, значительно упростит дельфинам задачу. После тренировки, и, видимо, немалой, животные научились на расстоянии 10—18 м отличать квадрат со сторонами 10x10 см от различных треугольников, ромбов и круга, имеющих ту же площадь — 100 см². Исследователи не пытались установить, какими критериями пользовались животные. Вероятно, не одной лишь силой отраженного эха. Об этом свидетельствует другой эксперимент.
Животных научили различать квадраты со сторонами 10x10 см и 7x7 см. Когда дельфины научились безошибочно выбирать больший квадрат, их время от времени пытались сбить с толку, подсовывая для выбора такой же по величине квадрат, но дырявый. Дырки были квадратной формы, размером от 1 до 86 см², и располагались в центре. При самой большой дыре квадрат превращался в 4-миллиметровую рамку с крохотной площадью. Из пары маленький квадрат — большой дырявый квадрат дельфины чаще выбирали фигуру с дырой.
Это значит, что они оказались способными определять размер даже тоненькой рамки, дающей весьма слабое эхо.
Некоторые наблюдения заставили заподозрить, что дельфины плохо замечают дырки. Во всяком случае, феноменальных способностей они при этом не обнаружили. Тем же животным предлагалось отличить сплошной квадрат от такого же по величине, но дырявого. Дельфины прекрасно решали эту задачу, если площадь отверстия составляла 25 см². Вполне удовлетворительно справлялись они с заданием, если площадь отверстия равнялась 6,2 см², но самые маленькие дырки, размером в 1 см², не замечали совсем. Из многочисленных опытов известно, что интенсивность эха животные оценивают с точностью до 10%. Следовательно, отверстие в 6 см², составляющее всего 6% фигуры, пользуясь этим критерием, заметить трудно.
Между тем дельфины уверенно отличали дырявые фигуры от сплошных. Значит, им помогают другие свойства эха. Скорее всего, его спектральные характеристики. При отражении локационной посылки от сплошных поверхностей искажение спектра будет происходить в более низкочастотной области, чем при отражении от рамок. Видимо, дельфины широко пользуются спектральным анализом. Остается выяснить, замечают ли они просто ослабление эха и изменение его спектра или действительно обнаруживают дырки?
Использование для анализа окружающей среды косвенных признаков — прерогатива не одних лишь дельфинов. Мы, люди, тоже склонны в процессе познания пользоваться боковыми тропинками. Академик Л. А. Орбели любил рассказывать о семье своих знакомых, центром которой являлся четырехлетний малыш. Взрослые дружно славословили ребенка. Особенный восторг вызывала его зрительная память. Когда приходили гости, на свет извлекалась большая кипа фамильных фотографий. Мальчик безошибочно называл изображенных на них людей. Орбели подметил, что ребенок одинаково свободно ориентировался и по лицевой стороне фотоснимков, и по обратной. И, видимо, с обратной стороны узнавать их было проще, надежнее: здесь были пятна, надписи, клейма ателье. Косвенные признаки были достаточно удобными. Дельфины пользуются ими очень широко. Впрочем, возможно, что косвенными они кажутся только нам. Не исключено, что самые неожиданные виды информации, извлеченные из эха, однозначно информируют животных о вполне определенных свойствах лоцируемого объекта.
Очень заманчиво узнать, какими критериями пользуются дельфины, чтобы решить вопрос о материале лоцируемого объекта. Каждую локационную посылку дельфина шар возвращает в виде двойного эха. Его первая порция — истинное эхо. Оно является отражением от шара локационной посылки.
Вторая часть эха создается собственными колебаниями лоцируемого объекта. Ее характер зависит как от материала, так и от размера шара. Ученым удалось убедиться, что именно эта вторая часть эха и дает возможность узнать о том, из чего сделан шар.
Не стоит удивляться тому, что ученым пока не удалось вникнуть в интимные стороны восприятия дельфинами окружающего мира. Человеку еще многое неясно даже в особенностях собственного восприятия действительности. Оно подчас бывает очень причудливым и замысловатым. Пример тому — искусство абстракционистов. Просмотрев десяток-другой произведений, можно расстроиться от сознания, что твое собственное восприятие нищенски бедное и многое ты вовсе не способен увидеть. Недавно в Лондоне на одной из художественных выставок был представлен скульптурный портрет футбольного мяча, не попавшего в ворота! Очевидно, человеческий мозг может создавать и такие образы.
Дельфины, пользуясь эхолокатором, способны многое подметить в окружающем их мире. Но какой при этом образ возникает в их большом, изборожденном бесчисленными извилинами мозгу, мы узнаем еще нескоро.
Кто громче?
Раздался громогласный звук труб — и крепостные стены города Иерихона рухнули, рассыпавшись во прах! Богатый, хорошо укрепленный город был взят без боя. Так повествует библия о падении Иерихона. В наши дни подобные таланты звуковых волн ни у кого не вызывают особого удивления.
Мы знаем, что в своих крайних пределах инфра— и ультразвук может обладать значительной силой. Звук может разрушать, звук может убивать, совершенно очевидно, что сильный звук способен помешать восприятию более слабых звуков.
Море редко бывает спокойным и тихим. Вздымаясь и падая, беспрерывно катятся волны, догоняя одна другую. Много ли надо, чтобы заглушить слабое эхо локационных посылок дельфина? Когда же ветер усиливается и океан начинает реветь, грохот волн способен заглушить все остальные звуки.
К шуму воды присоединяются звуки биологического происхождения, голоса живых существ. Большинство морских обитателей пользуются ультразвуками в диапазонах, близких дельфинам. Не меньше помех создает для дельфина ненужное лишнее эхо. Локационные посылки многократно отражаются от бугристой поверхности моря, ото дна, если оно лежит не глубоко, от товарищей по стае, от других обитателей морских просторов и любых предметов, оказавшихся на пути звуковой волны. Эта какофония звуков способна поглотить эхо от предмета, особо интересующего дельфина.
Собственные локационные посылки тоже мешают воспринимать нужное эхо. Дельфины излучают их большими сериями по 10—50 в секунду. Частота импульсов может существенно возрастать. Чем ближе животное подплывает к интересующему его предмету, тем чаще посылаются локационные сигналы, пока расстояние не сократится до 40 см, тогда скорость генерации сигналов скачком увеличивается до 200 посылок в секунду и продолжает возрастать, если обстановка для дельфина достаточно сложна. У афалин частота может достигать 525, у дельфинов-белобочек — 400, у азовок — 600 импульсов в секунду. Может ли слабенькое эхо продраться сквозь частокол локационных сигналов? Анализ показал, что локационные посылки не являются помехой для эха. Как бы их частота ни возрастала, как бы ни сократился между ними интервал, дельфин, — прежде чем генерировать очередной импульс, обязательно прослушает эхо от предыдущего.
Известно, что ухо человека и животных, уловив акустический сигнал и послав о нем информацию в мозг, на некоторое время отключается от анализа и восприятия звуков. У дельфинов время невосприимчивости значительно короче, чем у человека, иначе животные не смогли бы услышать эхо от большей части посланных на разведку локационных посылок.
Их слуховая система совершеннее. Способность реагировать на последующие звуковые раздражители восстанавливается у них за 0,5—1 мс. Они способны услышать до 2000 коротких звуков в секунду, что в четыре раза больше числа реально излучаемых сигналов. Работа слуховой системы дельфинов имеет достаточный запас прочности.
Чтобы оценить помехозащищенность эхолокатора дельфина, были поставлены специальные эксперименты. Через гидродинамик в воду подавался сильный шум. На его фоне дельфин должен был отыскать опущенный в бассейн на капроновой нити крохотный предмет. Животные обнаруживали его с расстояния 8 м. Сильный шум не нарушил чувствительность эхолокатора животного. Дельфин справился с поставленной задачей.
Люди, вынужденные вести беседу в шумных цехах, на аэродроме, в вагоне метро — словом, там, где шум заглушает звуки человеческой речи, начинают говорить громче и растягивать слова. Дельфины поступали сходным образом: они старались «перекричать» возникший в бассейне шум. Громкость локационных посылок достигала такой силы, что их низкочастотные элементы отчетливо слышались из-под воды.
Единственное отличие от человека состоит в том, что дельфины не увеличивали длительность посылок, а очень умело использовали свою способность «перекричать» шум. Если он состоял из ограниченной полосы частот, мешая восприятию лишь определенной части локационной посылки, животные усиливали громкость именно этих частот. Человеческий звуковоспроизводящий аппарат не способен к такой дифференцированной деятельности.
У дельфинов существует и второй способ борьбы с шумами — изменение высоты локационной посылки. Если шум ограничен узкой полосой частот, животные могут перестроить спектральный характер локационной посылки, сделав ее основную часть или значительно ниже, или существенно выше акустической помехи. Переходя на технический язык, можно сказать, что дельфины отстраиваются от помехи по частоте и она им не мешает.
Применяли дельфины и еще один способ борьбы с помехами, когда в бассейн подавалась серия шумовых импульсов.
В этом случае животные отстраивались по времени, посылая локационные посылки и успевая прослушать эхо в интервалах между импульсами шума. Они совершенно не мешали дельфинам, если между ними и эхом оставался интервал больше 300 мкс. За это короткое мгновение животные успевают осуществить анализ услышанного.
Дельфины генерируют очень громкие локационные посылки. Если бы мы их слышали, они показались бы нам громче рева самолетов на взлетно-посадочной полосе современного аэродрома. Казалось бы, от подобного шумового воздействия любое животное обязательно должно оглохнуть. Ученые долго не понимали, почему слуховой аппарат дельфинов не страдает от собственного шума. Недавно на этот вопрос был получен ответ.
На голове дельфина укрепили три гидрофона: один — в 5 см впереди дыхала, второй — сразу же за ним, третий — сбоку, позади слухового прохода; а к спинному плавнику приторочили магнитофон.
Когда проанализировали записи, все стало ясно. Локационные посылки зарегистрировал лишь гидрофон, установленный впереди дыхала. В записях остальных не было локационных посылок, только свисты, и те оказались еле слышимыми. Очевидно, воздушные мешки и кости черепа полностью отражают звуковые волны. Сфокусированные жировой подушкой, они уходят в нужном направлении и чуть в стороне уже не слышны. Слуховой аппарат дельфина надежно экранирован от разрушающего воздействия собственного звукогенератора.
Мы знаем, что в своих крайних пределах инфра— и ультразвук может обладать значительной силой. Звук может разрушать, звук может убивать, совершенно очевидно, что сильный звук способен помешать восприятию более слабых звуков.
Море редко бывает спокойным и тихим. Вздымаясь и падая, беспрерывно катятся волны, догоняя одна другую. Много ли надо, чтобы заглушить слабое эхо локационных посылок дельфина? Когда же ветер усиливается и океан начинает реветь, грохот волн способен заглушить все остальные звуки.
К шуму воды присоединяются звуки биологического происхождения, голоса живых существ. Большинство морских обитателей пользуются ультразвуками в диапазонах, близких дельфинам. Не меньше помех создает для дельфина ненужное лишнее эхо. Локационные посылки многократно отражаются от бугристой поверхности моря, ото дна, если оно лежит не глубоко, от товарищей по стае, от других обитателей морских просторов и любых предметов, оказавшихся на пути звуковой волны. Эта какофония звуков способна поглотить эхо от предмета, особо интересующего дельфина.
Собственные локационные посылки тоже мешают воспринимать нужное эхо. Дельфины излучают их большими сериями по 10—50 в секунду. Частота импульсов может существенно возрастать. Чем ближе животное подплывает к интересующему его предмету, тем чаще посылаются локационные сигналы, пока расстояние не сократится до 40 см, тогда скорость генерации сигналов скачком увеличивается до 200 посылок в секунду и продолжает возрастать, если обстановка для дельфина достаточно сложна. У афалин частота может достигать 525, у дельфинов-белобочек — 400, у азовок — 600 импульсов в секунду. Может ли слабенькое эхо продраться сквозь частокол локационных сигналов? Анализ показал, что локационные посылки не являются помехой для эха. Как бы их частота ни возрастала, как бы ни сократился между ними интервал, дельфин, — прежде чем генерировать очередной импульс, обязательно прослушает эхо от предыдущего.
Известно, что ухо человека и животных, уловив акустический сигнал и послав о нем информацию в мозг, на некоторое время отключается от анализа и восприятия звуков. У дельфинов время невосприимчивости значительно короче, чем у человека, иначе животные не смогли бы услышать эхо от большей части посланных на разведку локационных посылок.
Их слуховая система совершеннее. Способность реагировать на последующие звуковые раздражители восстанавливается у них за 0,5—1 мс. Они способны услышать до 2000 коротких звуков в секунду, что в четыре раза больше числа реально излучаемых сигналов. Работа слуховой системы дельфинов имеет достаточный запас прочности.
Чтобы оценить помехозащищенность эхолокатора дельфина, были поставлены специальные эксперименты. Через гидродинамик в воду подавался сильный шум. На его фоне дельфин должен был отыскать опущенный в бассейн на капроновой нити крохотный предмет. Животные обнаруживали его с расстояния 8 м. Сильный шум не нарушил чувствительность эхолокатора животного. Дельфин справился с поставленной задачей.
Люди, вынужденные вести беседу в шумных цехах, на аэродроме, в вагоне метро — словом, там, где шум заглушает звуки человеческой речи, начинают говорить громче и растягивать слова. Дельфины поступали сходным образом: они старались «перекричать» возникший в бассейне шум. Громкость локационных посылок достигала такой силы, что их низкочастотные элементы отчетливо слышались из-под воды.
Единственное отличие от человека состоит в том, что дельфины не увеличивали длительность посылок, а очень умело использовали свою способность «перекричать» шум. Если он состоял из ограниченной полосы частот, мешая восприятию лишь определенной части локационной посылки, животные усиливали громкость именно этих частот. Человеческий звуковоспроизводящий аппарат не способен к такой дифференцированной деятельности.
У дельфинов существует и второй способ борьбы с шумами — изменение высоты локационной посылки. Если шум ограничен узкой полосой частот, животные могут перестроить спектральный характер локационной посылки, сделав ее основную часть или значительно ниже, или существенно выше акустической помехи. Переходя на технический язык, можно сказать, что дельфины отстраиваются от помехи по частоте и она им не мешает.
Применяли дельфины и еще один способ борьбы с помехами, когда в бассейн подавалась серия шумовых импульсов.
В этом случае животные отстраивались по времени, посылая локационные посылки и успевая прослушать эхо в интервалах между импульсами шума. Они совершенно не мешали дельфинам, если между ними и эхом оставался интервал больше 300 мкс. За это короткое мгновение животные успевают осуществить анализ услышанного.
Дельфины генерируют очень громкие локационные посылки. Если бы мы их слышали, они показались бы нам громче рева самолетов на взлетно-посадочной полосе современного аэродрома. Казалось бы, от подобного шумового воздействия любое животное обязательно должно оглохнуть. Ученые долго не понимали, почему слуховой аппарат дельфинов не страдает от собственного шума. Недавно на этот вопрос был получен ответ.
На голове дельфина укрепили три гидрофона: один — в 5 см впереди дыхала, второй — сразу же за ним, третий — сбоку, позади слухового прохода; а к спинному плавнику приторочили магнитофон.
Когда проанализировали записи, все стало ясно. Локационные посылки зарегистрировал лишь гидрофон, установленный впереди дыхала. В записях остальных не было локационных посылок, только свисты, и те оказались еле слышимыми. Очевидно, воздушные мешки и кости черепа полностью отражают звуковые волны. Сфокусированные жировой подушкой, они уходят в нужном направлении и чуть в стороне уже не слышны. Слуховой аппарат дельфина надежно экранирован от разрушающего воздействия собственного звукогенератора.
Усы, бакенбарды, борода
Подавляющее большинство млекопитающих, и не только сильный пол, но и самки, носят усы, или, правильнее, вибриссы. Эти длинные, жесткие волосы выполняют осязательную функцию. Растут они на голове, шее, а у белок и других живущих на деревьях животных — на груди и брюхе. У наших домашних кошек вибриссы сидят на верхней челюсти по обе стороны носа, в нижней части подбородка и над глазами, создавая вокруг мордочки своеобразный нимб. У небольшого грызуна — песчанки, длина туловища которого около 10 см, нимб вокруг мордочки имеет диаметр более 10 см. Волосы направлены слегка вперед, поэтому песчанка, странствуя в темноте, еще за 3 см от кончика носа почувствует, что уперлась в стенку.
Вибриссы, как и все прочие волосы, сидят в волосяной сумке. В ее стенках находятся нервные волокна, воспринимающие малейшее движение волоса. Когда его кончик задевает за посторонние предметы, он действует подобно рычагу, надавливая на нервные окончания. Вибриссы образуют рецептор с большой воспринимающей поверхностью и с высокой чувствительностью.
Роскошные кошачьи усы дают их обладателям возможность тонко анализировать окружающую среду. В том числе движения мышонка, если он коснется усов. Каждый волос посылает в мозг информацию только в том случае, если его будут сгибать в определенном направлении. Вибриссы разных участков тела настроены на восприятие различно направленных движений. Анализируя полученную информацию, мозг учитывает характер и направление движения частей тела животного, снабженных вибриссами. Это позволяет получить исчерпывающую информацию о том, имеет ли дело хозяин усов с неподвижным предметом или с живым существом, каковы его размеры и вес.
Вибриссы, как и все прочие волосы, сидят в волосяной сумке. В ее стенках находятся нервные волокна, воспринимающие малейшее движение волоса. Когда его кончик задевает за посторонние предметы, он действует подобно рычагу, надавливая на нервные окончания. Вибриссы образуют рецептор с большой воспринимающей поверхностью и с высокой чувствительностью.
Роскошные кошачьи усы дают их обладателям возможность тонко анализировать окружающую среду. В том числе движения мышонка, если он коснется усов. Каждый волос посылает в мозг информацию только в том случае, если его будут сгибать в определенном направлении. Вибриссы разных участков тела настроены на восприятие различно направленных движений. Анализируя полученную информацию, мозг учитывает характер и направление движения частей тела животного, снабженных вибриссами. Это позволяет получить исчерпывающую информацию о том, имеет ли дело хозяин усов с неподвижным предметом или с живым существом, каковы его размеры и вес.