» » Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума

Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума


Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума

Рис. 1. Черепа разных гоминид. Видно, что в ходе эволюции предков современных людей размеры черепа и мозга увеличивались. Рисунок из статьи J. Hawks et al., 2017. New fossil remains of Homo naledi from the Lesedi Chamber, South Africa


 

Необыкновенно быстрое по эволюционным меркам увеличение мозга у наших предков, по мнению ряда исследователей, объясняется «культурным драйвом» — гипотетическим механизмом самоподдерживающейся сопряженной эволюции когнитивных способностей, социального обучения и культуры. При помощи компьютерного моделирования выявлены условия, при которых культурный драйв может зайти особенно далеко, породив вид с огромным мозгом, сверхэффективными средствами социального обучения (такими как человеческий язык) и сложной культурой. Найденные условия в общих чертах согласуются с тем, что нам известно об экологии, поведении и социальной организации ранних Homo, но не других обезьян.


1. Культурный драйв

В течение двух последних миллионов лет объем мозга у наших предков увеличился втрое: от 400–500 см3 у австралопитеков до 1300–1500 см3 у поздних Homo, таких как неандертальцы и сапиенсы (рис. 1 и 2). Большой мозг — орган «дорогой» во многих отношениях: он потребляет много калорий (см.: Хорошее питание — залог большого ума, «Элементы», 25.06.2007), затрудняет роды и увеличивает нагрузку на родителей (см.: Быстрый рост мозга в раннем детстве — отличительная черта рода Homo, «Элементы», 29.05.2012). Упорное увеличение мозга в течение двух миллионов лет говорит о необычайно длительном и сильном отборе в пользу более мозговитых особей (или социальных групп с такими особями).


Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума

Рис. 2. Рост объема эндокрана (черепной коробки) в ходе эволюции гоминид. Рисунок из статьи R. L. Holloway, 2015. The evolution of the hominid brain


По мнению многих специалистов, такой эволюционный процесс возможен только при наличии положительных обратных связей. В научной литературе обсуждается несколько гипотез о возможной природе этих связей. Это и половой отбор на интеллект, подстегиваемый «фишеровским убеганием» (см.: Дж. Миллер, 2000. Соблазняющий разум. Как выбор сексуального партнера повлиял на эволюцию человеческой природы, а также мое предисловие к русскому изданию этой книги), и нескончаемая конкуренция с сородичами за социальный статус, что вело к развитию все более изощренного «макиавеллиевского интеллекта» (см.: Жизнь в большом коллективе стимулирует развитие мозга, «Элементы», 09.11.2011), и острая межгрупповая конкуренция, которая тоже могла породить нескончаемую эволюционную гонку вооружений, подстегивая развитие умственных способностей, необходимых для внутригрупповой кооперации, взаимопомощи и координации коллективных действий.

В последнее время специалисты стали чаще обсуждать еще один возможный механизм самоподдерживающейся эволюции мозга и разума — так называемый культурный драйв (cultural drive). Подробный рассказ о нем можно найти в книге эволюционного биолога, специалиста по эволюции социального обучения Кевина Лаланда (Kevin Laland) Darwin’s Unfinished Symphony: How Culture Made the Human Mind.

Впервые термин «культурный драйв» в смысле, похожем на нынешний, использовал выдающийся генетик Аллан Уилсон (Allan Wilson), чьи пионерские работы по ДНК-генеалогии легли в основу концепции «митохондриальной Евы», породившей так много кривотолков. В статье The Molecular Basis of Evolution, опубликованной в 1985 году в журнале Scientific American, Уилсон предположил, что развитие когнитивных способностей, в том числе способностей к социальному обучению и культурной передаче поведенческих признаков, может ускорять биологическую эволюцию. Умные животные чаще изобретают новые варианты поведения и эффективнее передают поведенческие инновации сородичам через социальное обучение. Культурные традиции, меняя поведение животных, тем самым создают и новые направления отбора, что может способствовать ускорению эволюции. По Уилсону, культурный драйв объясняет, почему морфологическая эволюция крупных и умных животных с медленной сменой поколений, таких как хоботные, идет быстрее, чем у многих низших организмов, хотя поколения у слонов сменяются гораздо медленнее. Слоны умные, они часто изобретают новые варианты поведения и время от времени сохраняют их как культурные традиции. Поэтому у слонов чаще меняется направленность отбора, и их морфология в результате меняется быстрее, чем у безмозглых амёб или двустворчатых моллюсков.

Идея культурного драйва получила дальнейшее развитие в работах Лаланда и других исследователей, которые ее переосмыслили, сделав акцент на том, что коэволюция социального обучения, когнитивных способностей и культуры может быть автокаталитической (самоподдерживающейся). В простейшем виде предполагаемый механизм выглядит так:


Эволюция социального обучения и когнитивных способностей -> поведенческие инновации чаще закрепляются в виде культурных традиций, культура становится богаче -> у сородичей можно научиться большему числу различных навыков; способности к социальному обучению становятся более полезными; более сложное и гибкое поведение ставит перед индивидами новые когнитивные задачи и «вызовы» -> отбор на еще более эффективное социальное обучение и когнитивные способности -> еще более богатая культура и т. д. (рис. 3).

Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума

Рис. 3. Логика гипотезы культурного драйва


К этой схеме можно добавить еще пару гипотетических петель положительной обратной связи. Одна из них основана на увеличении продолжительности жизни. Развитие культуры может сделать жизнь более защищенной. Скажем, изобретение новых способов добычи пропитания снижает риск голодной смерти, а знание целебных травок и корешков может снизить смертность от болезней. В результате средняя продолжительность жизни увеличивается, а долгая жизнь делает индивидов более эффективными хранителями и распространителями знаний:


Отбор на способность к социальному обучению -> развитая культура -> повышенная выживаемость -> рост средней продолжительности жизни -> улучшенные возможности для сохранения и передачи знаний -> еще более развитая культура -> усиленный отбор на способности к социальному обучению и т. д.

Острая межгрупповая конкуренция у социальных животных теоретически может способствовать и отбору на долголетие (замедленное старение), если конкурентное преимущество будут получать группы, в которых есть хотя бы одна старая, мудрая особь, своими знаниями помогающая группе выживать в трудных ситуациях. Или если накопленный жизненный опыт заметно повышает эффективность заботы о потомстве, нуждающегося в наставничестве. С этим, кстати, может быть связано появление у человека и некоторых китообразных такой необычной черты, как долгий пострепродуктивный период у женских особей (менопауза).

Еще одну петлю положительной обратной связи может обеспечить улучшенная диета (см.: Хорошее питание — залог большого ума, «Элементы», 25.06.2007):


Развитая культура, включающая эффективные способы добычи ценных пищевых ресурсов -> улучшенное питание -> ослабление энергетических ограничений на развитие мозга.

Гипотеза культурного драйва получила ряд косвенных эмпирических подтверждений. Например, у приматов найдены положительные связи между развитостью социального обучения, объемом мозга, продолжительностью жизни и детства (периода наиболее активного обучения) и размером социальных групп (S. E. Street et al., 2017. Coevolution of cultural intelligence, extended life history, sociality, and brain size in primates).

Гипотеза культурного драйва никоим образом не противоречит другим идеям, таким как «социальный мозг», «макиавеллиевский интеллект», «мозг для внутригрупповой кооперации», «мозг для производства каменных орудий» или «мозг для привлечения половых партнеров». На самом деле идея культурного драйва способна включить в себя сколь угодно широкий круг подобных гипотез. Ведь самоподдерживающаяся коэволюция мозга и культуры может быть основана на самых разных культурно наследуемых знаниях, навыках и способах поведения. Главное, чтобы эти навыки удовлетворяли двум условиям.

Во-первых, они не должны быть слишком простыми. Чтобы культурный драйв запустил самоподдерживающееся развитие мозга, нужно, чтобы для овладения этими знаниями требовались умственные способности, которые изначально есть не у каждой особи в популяции. Если навык слишком прост, его распространение в культурной среде не создаст отбора на улучшение умственных способностей.

Во-вторых, эти знания должны давать репродуктивные преимущества своим обладателям. Иначе говоря, они должны повышать приспособленность. Такие знания, распространяясь в культурной среде, будут способствовать распространению генов хороших учеников, то есть тех особей, которым удалось эти знания лучше всего освоить. Именно в распространении генов хороших учеников и состоит суть гипотезы культурного драйва.

Итак, есть определенные требования к сложности и полезности навыков, на которых основан культурный драйв. Но вот по своему содержанию эти навыки и знания могут быть чуть ли не какими угодно. Это могут быть охотничьи приёмы, технологии изготовления каменных орудий, навыки общения с сородичами и умение производить на них хорошее впечатление, способы соблазнения половых партнеров, знание целебных травок, умение отличить ядовитую змею от безопасной, способность организовать слаженные коллективные действия при столкновении с враждебной группой и так далее.

Эта удивительная «всеядность» гипотезы культурного драйва наглядно проявилась в компьютерной модели, которую разработали в 2006 году биологи-эволюционисты Сергей Гаврилец и Аарон Воуз (S. Gavrilets, A. Vose, 2006. The dynamics of Machiavellian intelligence). Хотя их статья называется «Динамика макиавеллиевского интеллекта», на самом деле авторы смоделировали культурный драйв в одном из его простейших вариантов. Культурный драйв, имитируемый в модели, основан на «макиавеллиевской» культуре и половом отборе. Две мощные и уважаемые теории (макиавеллиевского интеллекта и полового отбора) здесь выступают в роли механизмов низшего уровня, а на плечах этих гигантов стоит культурный драйв — механизм высшего уровня, который, собственно, и заставляет мозг расти.

В модельной популяции Гаврильца и Воуза самцы конкурируют за самок. В популяции царит промискуитет и полигиния, мужской вклад в потомство минимален, и поэтому мужской репродуктивный успех напрямую зависит от числа самок, с которыми самец сумеет спариться. Это, в свою очередь, определяется исходом конкуренции между самцами. Вот тут-то и вступает в игру культура. Изредка самцы случайно изобретают «макиавеллиевские мемы», то есть поведенческие приемы или хитрости, повышающие их шансы на победу в конкуренции за самок. Изобретения совершаются очень редко, однако есть и другой способ приобрести полезный мем: один самец может перенять его у другого посредством социального обучения (например, подсмотреть и запомнить).

Вероятность успешного выучивания чужого мема зависит от двух признаков, характеризующих умственные способности самца — объема памяти и обучаемости, а также от размера (сложности) мема. память и обучаемость — «дорогие» признаки. В модели они просто снижают выживаемость. Предполагается, что увеличить память или обучаемость можно только путем увеличения мозга, а это порождает проблемы. Объем мозга напрямую не моделировался, но он подразумевался, когда авторы связали выживаемость отрицательной зависимостью с памятью и обучаемостью.

память и обучаемость зависят от генов, которые мутируют с заданной частотой. Размер мема положительно коррелирует с его полезностью (с тем, насколько мем повышает конкурентоспособность самца), но корреляция нестрогая: иногда изобретаются очень простые и при этом полезные мемы или, наоборот, сложные, но малополезные. Изначально у всех самцов и память, и обучаемость равны нулю.

Эволюция модельной популяции начинается с более или менее продолжительной «спящей фазы» (dormant phase), когда память и обучаемость остаются низкими, а в мемофонде (культуре) популяции присутствуют лишь те немногочисленные мемы, которые были только что кем-то изобретены. Ни у кого еще нет достаточных умственных способностей, чтобы перенять чужой мем, да и собственные изобретения, как правило, тотчас забываются из-за нехватки памяти.

Однако рано или поздно стартует самоподдерживающийся процесс, напоминающий цепную реакцию, который авторы назвали когнитивным взрывом. Во время этой фазы происходит согласованный ускоряющийся рост умственных способностей, культурного богатства (числа мемов в мемофонде) и «макиавеллиевской приспособленности» индивидов (то есть совокупной эффективности мемов, накопившихся в их головах). Когнитивный взрыв основан на механизме культурного драйва (хотя Гаврилец и Воуз не используют этого термина): чем больше мемов в культуре, тем полезнее иметь хорошую память и обучаемость.

В новой статье, опубликованной в журнале Ecology and Evolution, мы с сыном Михаилом попытались развить этот подход и сделать похожую, но более сложную модель, чтобы с ее помощью изучить влияние различных факторов на ход сопряженной эволюции мозга и культуры. Для этого была разработана компьютерная программа TribeSim — увлекательная сложная игрушка, проливающая свет на некоторые интересные и неожиданные стороны культурного драйва.

Мы хотели посмотреть, как влияют на коэволюцию мозга и культуры такие факторы, как острота внутри- и межгрупповой конкуренции, разные типы мемов (выгодные для индивида, выгодные для группы или бесполезные) и их комбинации (специализированная культура, состоящая из однотипных мемов, сравнивалась с комплексной культурой, включающей разные типы мемов). Главной задачей был поиск возможных предпосылок небывалого разрастания мозга у плейстоценовых гоминид. Полученные результаты помогают понять, почему именно ранние представители рода Homo (но не другие обезьяны) в какой-то момент оказались в ситуации, благоприятной для беспрецедентного по своей мощи культурного драйва.


2. TribeSim: описание модели

TribeSim — программа для моделирования генетической и культурной эволюции высокосоциальных и неглупых животных, таких, например, как австралопитеки или ранние Homo. В устройстве модели воплощено множество известных фактов и теорий, касающихся антропогенеза (о большинстве из них рассказано в моем двухтомнике «Эволюция человека»).

Модельная популяция состоит из социальных групп. Максимальный размер группы задается параметром G. Если численность группы достигает этого предела, группа распадается на две половины. Члены группы совместными усилиями добывают ресурсы из окружающей среды, конкурируя с другими группами. Мы условно называем эту деятельность коллективной охотой, хотя сюда подойдут и другие коллективные общественно-полезные действия — например, совместная защита территории от посягательств конкурентов. Окружающая среда производит фиксированное количество ресурсов в год (параметр R). Величина R косвенным образом определяет максимальную численность популяции. Среднее число групп в популяции определяется комбинацией параметров R и G.

Ресурсы, добытые группой, распределяются затем между членами группы. Особи конкурируют друг с другом, стремясь увеличить свою долю. Таким образом, конкуренция идет на двух уровнях: между группами и между индивидами внутри групп (как в модели «вложенного перетягивания каната», о которой рассказано в новости Межгрупповая конкуренция способствует внутригрупповой кооперации, «Элементы», 28.05.2007).

Исход конкуренции, то есть количество ресурсов, полученных в итоге группами и особями, зависит от поведенческих признаков, которые могут эволюционировать генетически (как врожденные склонности) и культурно (как поведение, приобретаемое путем социального обучения).

Модель TribeSim предусматривает широкий выбор поведенческих признаков, но в статье мы сосредоточились на двух, причем эволюционировать им разрешалось только культурно — за счет выучиваемых мемов. Мы условно назвали эти признаки «охотничьим мастерством» (ОХМ) и «эффективностью макиавеллиевских уловок» (МАК).

Оба признака определяются культурно передаваемыми навыками (мемами), которые могут изобретаться «с нуля» (с фиксированной низкой частотой) или приобретаться путем социального обучения. Все особи рождаются с генетически обусловленными, врожденными значениями МАК = 0 и ОХМ = 10 (такого уровня охотничьего мастерства достаточно, чтобы выживать без всякой культуры).

Высокие значения ОХМ выгодны не столько для отдельных индивидов, сколько для группы. Поэтому ОХМ можно назвать «кооперативным» или даже «альтруистическим» признаком. Выгода заключается в том, что количество ресурсов, добытых группой, пропорционально сумме индивидуальных значений ОХМ всех членов группы, отправившихся на охоту. Эта сумма называется «охотничьим усилием» группы. Если ресурсы в дефиците (то есть сумма охотничьих усилий всех групп превышает R), то ресурсы распределяются по группам пропорционально их охотничьим усилиям. Например, если R = 3000 и популяция состоит из двух групп с охотничьими усилиями 2000 и 4000, то первой группе достанется 1000 ресурсов, а второй — 2000. Чем больше охотничье усилие группы, тем меньше ресурсов достанется другим группам: так моделируется межгрупповая конкуренция.

Если величина R больше суммы охотничьих усилий групп, то каждая группа получает количество ресурсов, равное ее охотничьему усилию. В этом случае межгрупповая конкуренция отсутствует (ресурсов хватает на всех). Однако долго такая идиллия продолжаться не может. При любых осмысленных комбинациях параметров, обеспечивающих базовое выживание и размножение, численность популяции будет расти, пока не упрется в потолок несущей способности среды. То есть до тех пор, пока ресурсов не перестанет хватать на всех. После этого межгрупповая конкуренция становится неизбежной.

Внутри группы ресурсы делятся между ее членами в соответствии с их «макиавеллиевской приспособленностью», то есть с индивидуальными значениями МАК. Если у всех индивидов одинаковые значения МАК, то ресурсы делятся поровну. МАК — «эгоистичный» признак, он выгоден индивиду, но не группе.

Здесь важно помнить, что объем памяти у каждого индивида ограничен, причем память — признак дорогой. Поэтому если кто-то выучил много охотничьих мемов (мемов ОХМ), то в его памяти останется меньше места для макиавеллиевских мемов МАК, и наоборот. Поэтому с точки зрения индивида быть хорошим охотником — это своего рода альтруизм. Ведь цену за наличие у него вместительной памяти платит он сам, а выигрыш (дополнительные ресурсы, добытые группой) делится на всех. И наоборот, быть умелым интриганом — это эгоизм, потому что ценная память, которую можно было бы заполнить общественно-полезными мемами ОХМ, заполняется мемами МАК, которые выгодны только самому индивиду.

Конкуренция и отбор в модели происходят даже не на двух уровнях, о которых говорилось выше, а на трех:
1. Групповой отбор. Межгрупповая конкуренция за ресурсы и избирательное выживание, рост и «размножение» (дробление) групп порождают групповой отбор, поддерживающий кооперативные и альтруистические признаки.
2. Индивидуальный отбор. Внутригрупповая конкуренция за ресурсы ведет к избирательному выживанию и размножению индивидов. Индивидуальный отбор поддерживает «эгоистичные», то есть выгодные индивиду признаки, которые при этом могут быть бесполезными (нейтральными) и даже вредными для группы. Кстати, признак МАК — практически нейтральный, особого вреда он группам не причиняет. Чисто теоретически он мог бы вредить группе, если бы самые изощренные хитрецы присваивали себе весь групповой ресурс, обрекая сородичей на голодную смерть. Но на практике при сколько-нибудь сбалансированных комбинациях параметров такого сильного неравенства по МАК, чтобы кто-то объедался, а кто-то умирал с голоду, в группах не бывает. Дело ограничивается тем, что индивиды с низкими значениями МАК (как правило, это молодые особи, которые еще не успели выучить все имеющиеся в групповом мемофонде мемы МАК) производят меньше потомков. Но это компенсируется ускоренным размножением индивидов с высокими значениями МАК (обычно это взрослые, умудренные особи). В итоге динамика численности группы мало зависит от того, насколько развита в группе макиавеллиевская культура.
3. Отбор мемов. При наличии социального обучения мемы ведут себя почти как живые объекты или простые репликаторы вроде вирусов. Распространяясь в ходе социального обучения, они конкурируют друг с другом за доминирование в памяти индивидов и в мемофонде (культуре) группы. При прочих равных условиях селективное преимущество получают те мемы, которые распространяются быстрее (легче выучиваемые, занимающие меньше памяти).

Особи в модели диплоидные, размножаются половым путем. Пары формируются случайным образом внутри группы (переходы из группы в группу — это отдельный процесс). Пара производит одного потомка, если у родителей хватает для этого ресурсов. Оба родителя вкладывают свои ресурсы в потомство. Пары формируются заново каждый год.

Особи совершают следующие действия:
1. Макиавеллиевские уловки совершаются особями с МАК > 0. Уловки увеличивают долю, получаемую индивидом при дележке добытого группой ресурса.
2. Обучение (learning): приобретение мема от другого, случайно выбранного члена группы. Действие совершается по инициативе ученика. Вероятность успеха зависит от наличия у выбранной особи в памяти мема, еще неизвестного ученику, от размер мема, от объема свободной памяти ученика, а также от фенотипического признака «Обучаемость» (ОБ), который может эволюционировать генетически или культурно. В последнем случае вводится специальная категория мемов — «мемы обучаемости».
3. Учительство (teaching): активная передача знаний от учителя к ученику. Вероятность успеха зависит от всего, перечисленного в предыдущем пункте, и вдобавок от фенотипического признака «Учительское мастерство» (УЧ), который тоже может эволюционировать генетически или культурно (при помощи «учительских» мемов).
4. Коллективная охота, позволяющая добывать ресурсы из окружающей среды.
5. Бессмысленные действия (например, неэффективные и дорогостоящие ритуалы). Это поведение определяется специальной категорией мемов — «мемами бессмысленных действий» (БД). Бессмысленные действия введены в модель, чтобы оценить влияние различных факторов на распространение бесполезных и вредных культурных традиций, что теоретически может стать серьезной проблемой для развития культуры.

Действия 4 и 5 — затратные, для их осуществления особь тратит какое-то количество ресурсов.

Эволюционирующая часть генотипа в большинстве экспериментов включала только один ген, определяющий объем памяти (ген ПАМ). Иногда мы также разрешали эволюционировать генам ОБ и УЧ. разумеется, такие признаки в реальной жизни крайне полигенны, то есть зависят от множества генов, но для выяснения общих принципов коэволюции мозга и культуры это не принципиально.

Каждая копия каждого гена имеет свое «значение», которое непосредственно транслируется в фенотип. Например, начальное значение гена ПАМ для всех особей — ноль. Таким образом, изначально у всех объем памяти нулевой. Гетерозиготная особь со значениями двух аллелей гена ПАМ, равными 0,1 и 0,2, будет иметь фенотипическое значение ПАМ = 0,15.

ПАМ может варьировать от 0 до бесконечности, ОБ и УЧ — от 0 (нулевой шанс передачи мема) до 1 (стопроцентная вероятность успеха). Мутации могут как увеличивать, так и уменьшать значение гена.

Генотипические значения ПАМ, ОБ и УЧ напрямую связаны с объемом мозга: если они увеличиваются, мозг тоже увеличивается. Объем мозга — «дорогой» признак, потому что на производство мозговитых потомков родители тратят больше ресурсов (затраты прямо пропорциональны объему мозга ребенка). Это соответствует идее о том, что в ходе эволюции родительский вклад в потомство у гоминид резко увеличился в связи с возросшими энергетическими и когнитивными потребностями растущего детского мозга. Большеголовых детей не только трудно рожать: их еще нужно лучше кормить и вдобавок долго учить и воспитывать.

Мемы хранятся в памяти и влияют на фенотипические признаки, а именно на ОХМ, МАК, ОБ, УЧ и на вероятность совершения бессмысленных действий. Мемы редко изобретаются, передаются путем социального обучения и могут забываться. Каждый мем уникален, только одна копия мема может храниться в памяти индивида. Каждый мем характеризуется своей категорией (ОХМ, МАК и т. д.), размером (или сложностью; это просто объем памяти, занимаемый мемом) и эффективностью. Эффективность — это величина, на которую увеличивается значение соответствующего фенотипического признака у индивида, выучившего мем. Размер и эффективность мема связаны нестрогой положительной корреляцией, как в модели Гаврильца и Воуза. Крупные мемы могут быть выучены только индивидами с достаточным объемом свободной памяти. Поэтому распространение мема ограничивается его размером, а способности индивида к обучению ограничиваются объемом его памяти. ОБ (обучаемость) влияет на вероятность успешной передачи мема независимо от размера мема (это важный момент, который мы обсудим ниже).

Фенотип особи включает следующие вариабельные признаки:
1. Склонность к совершению бессмысленных действий. Признак вычисляется как сумма вероятностей, определяемых эффективностями мемов БД. Например, если особь знает два мема БД с эффективностями 0,2 и 0,3, то ее склонность к совершению бессмысленных действий равна 0,2 + (1 – 0,2)x0,3 = 0,44 (вычисляется вероятность того, что особь совершит хотя бы одно из этих действий). Это значит, что особь будет совершать бессмысленное действие с вероятностью 0,44 каждый год. Стоимость бессмысленного действия — 1 ресурс.
2. Охотничье мастерство (ОХМ) вычисляется как сумма фиксированного врожденного значения этого признака (10, этого достаточно, чтобы нормально жить без культуры) и эффективностей всех мемов ОХМ, известных индивиду.
3. Эффективность макиавеллиевских уловок (МАК) — это сумма эффективностей всех мемов МАК, хранящихся в памяти индивида.
4. Обучаемость (ОБ) определяет вероятность успешного выучивания чужого мема. Может варьировать от 0 до 1. Вычисляется как сумма вероятностей, определяемых геном ОБ и мемами ОБ.
5. Учительское мастерство (УЧ) — это вероятность успешной передачи мема от учителя к ученику по инициативе учителя.
6. Объем памяти (ПАМ) определяется генетически и может варьировать от 0 до бесконечности. Стартовое значение гена ПАМ равно нулю. Объем свободной памяти — это ПАМ минус сумма размеров всех мемов, хранящихся в памяти индивида.
7. Объем мозга равен 20 + k1ПАМ + k2ОБген + k3УЧген, где ОБген и УЧген — это генотипические значения ОБ и УЧ. По умолчанию, параметры k1, k2, k3 равны 1, 0 и 0.

Жизнь модельной популяции состоит из шагов («лет»). Ежегодно происходят следующие события:
1. Трата ресурсов на жизнеобеспечение: по 3 ресурса отбирается у каждого индивида.
2. Спонтанное изобретение новых мемов. Индивид с очень низкой вероятностью может изобрести мем любой из разрешенных категорий.
3. Спонтанное забывание мемов с вероятностью 0,02 на мем на индивида в год.
4. Учительство. Каждый индивид случайным образом выбирает товарища по группе и пытается передать ему один из своих мемов. Мем выбирается случайным образом из числа тех, что известны учителю, но не ученику. Если таких мемов не нашлось или если выбранный мем не помещается в память ученика, то ничего не происходит — попытка не удалась. В противном случае вероятность успеха вычисляется как сумма вероятностей, определяемых значениями УЧ учителя и ОБ ученика.
5. Коллективная охота. Участие в ней обходится индивиду в 2 ресурса. Все, кому это «по карману», идут на охоту. Для каждой группы вычисляется «охотничье усилие», равное сумме ОХМ всех охотников. Если сумма охотничьих усилий всех групп меньше, чем 3000 (R, количество ресурсов, предоставляемых ежегодно средой), то каждая группа получает количество ресурсов, равное ее охотничьему усилию. В противном случае группа получает долю от 3000, пропорциональную ее охотничьему усилию.
7. Делёжка. По умолчанию, добытые группой ресурсы делятся поровну между всеми членами. Такой эгалитаризм напоминает обычаи некоторых современных охотников собирателей (и даже закоренелые эгоисты шимпанзе после удачной охоты обычно делятся мясом с сородичами). Впрочем, если в группе есть индивиды с МАК > 0, то они совершают «макиавеллиевские уловки», чтобы увеличить свою долю. В таком случае ресурсы распределяются в соответствии с индивидуальными значениями МАК. Если в группе много искушенных «макиавеллиевских интриганов», то наивной (например, юной) особи трудно выжить в таком обществе, если только она сама не выучит поскорее их уловки. Это яркий пример того, что на рис. 3 обозначено фразой «растет зависимость от культуры».
8. Бессмысленные действия. Если индивид знает мемы БД, он совершает бессмысленное действие с вероятностью, определяемой эффективностью этих мемов. За это у него отбирается 1 ресурс.
9. Обучение. Каждый индивид случайно выбирает товарища по группе и пытается перенять у него случайно выбранный мем из числа тех, что известны учителю, но не ученику. Если таких мемов нет или выбранный мем не помещается в память ученика, ничего не происходит — попытка не удалась. В противном случае вероятность успеха равна фенотипическому признаку ОБ ученика.
10. Смерть. Вероятность смерти зависит от возраста индивида. По умолчанию, эта вероятность равна возрасту, умноженному на 0,002. Это дает среднюю продолжительность жизни порядка 27 лет. Кроме того, индивид может умереть от голода.
11. Размножение. Каждый индивид начиная с определенного возраста пытается создать семью, то есть образовать пару с кем-то из товарищей по группе и произвести потомка. Пары формируются только на год (сериальная моногамия). Родители затрачивают на производство ребенка количество ресурсов, пропорциональное объему его мозга. Ребенок рождается только в том случае, если у родителей для этого достаточно ресурсов. Ребенок наследует случайно выбранную копию каждого гена от каждого родителя. Гены ПАМ (а иногда также и гены ОБ и УЧ) могут мутировать, а значит и эволюционировать. Мутации происходят в момент передачи гена от родителя к потомку. память ребенка изначально пуста.
12. Распад групп. Если численность группы превысила величину G, группа делится на две половинки, которые с этого момента считаются разными группами.
13. Межгрупповая миграция. Индивид с некоторой вероятностью может покинуть свою группу и присоединиться к другой, случайно выбранной.

Закончим на этом краткое описание модели (полное приведено в обсуждаемой статье). В заключение приведем для иллюстрации «дневник» одного модельного индивида. Программа TribeSim может, по желанию пользователя, сохранять жизнеописания модельных существ, которые выглядят примерно так:

Ба-Зидр родился в 17 926 году в племени Оэркеор. Объем его мозга 26,0. Его родителями были Нти-Паобс и Ркейм-Ндиик. Родители потратили 44,2 ресурсов, чтобы вырастить его...
Год 17 929: Научился у Хит-Рде, как располагать к себе старейшин (мем МАК №3980, эффективность 0,23)...
Год 17 936: Съел 3 ресурса, осталось 28. Тхум-Гаак научил, как устраивать засады (мем ОХМ №4325, эффективность 4,5). Попытался научить Рти-Кваеспа, как располагать к себе старейшин (МАК №3980), но не смог: Рти-Кваесп оказался слишком глупым. Пошел на охоту с товарищами, потратив на это 2 ресурса. Охотился с эффективностью 14,5. Группа приложила охотничье усилие 13 245 и вернулась с 368 ресурсами. При дележе добычи решил применить уловку, чтобы получить на 23% больше, чем остальные. После долгих дебатов получил 12 ресурсов из общей добычи и теперь у него 38. Научился у Нае-Пааса плясать под дождем (мем БД №2145, эффективность 0,21)...
Год 17 937: Съел 3 ресурса, осталось 35. Забыл, как плясать под дождем... Вместе с Хеа-Нджоу родил То-Нее. Объем его мозга 26,4... Не пошел на охоту с товарищами, сказав, что потерял свою любимую охотничью дубину (это фри-райдерство, которое моделью предусмотрено, но в обсуждаемой статье не исследовалось). Группа вернулась с охоты с 311 ресурсами. При дележе добычи решил применить уловку, чтобы получить на 23% больше, чем остальные. После долгих дебатов...

Таким образом, читатель может видеть, что мы очень старались следовать совету, приписываемому Н. В. Тимофееву-Ресовскому, о том, что «нельзя заниматься наукой со звериной серьезностью».


3. Коэволюция мозга и «макиавеллиевской» культуры при отсутствии межгрупповой конкуренции

Для начала мы посмотрели, как будет работать культурный драйв в популяции, состоящей из одной-единственной группы, то есть без межгрупповой конкуренции. У этой группы есть возможность создать «макиавеллиевскую» культуру (разрешено изобретение мемов двух категорий, МАК и БД). Социальное обучение ограничивается только объемом памяти (ПАМ). Объем мозга равен 20 + ПАМ, начальное значение ПАМ = 0, а единственный ген, который может мутировать (а значит и эволюционировать) — это ген ПАМ. Обучаемость изначально поставлена на максимум и не эволюционирует (ОБ = 1), учительство — на минимуме и тоже не эволюционирует (УЧ = 0).

При таких параметрах популяция с самого начала вполне жизнеспособна: врожденное охотничье мастерство индивидов (ОХМ = 10) достаточно велико, чтобы все могли нормально жить и размножаться. Всё хорошо, и нет необходимости что-то менять. Однако внутригрупповая конкуренция и культурный драйв заставляют популяцию меняться.

Как только какой-то индивид изобретет и запомнит эффективный мем МАК, он получает преимущество: теперь ему достаётся больше ресурсов при дележе добычи. Это помогает ему производить больше потомков, которые наследуют черты родителя (в том числе ненулевую память, позволившую запомнить мем). А главное, присутствие в культуре хотя бы одного полезного мема сразу делает память полезным признаком! Поэтому в популяции стартует отбор на увеличение объема памяти. Процесс этот автокаталитический: чем выше среднее значение ПАМ, тем выше вероятность распространения в культуре новых мемов. Чем больше полезных мемов в мемофонде, тем полезнее иметь хорошую память. По мере того, как члены группы становятся всё более искушенными «макиавеллиевскими интриганами», индивидам с небольшой ПАМ (и маленьким мозгом) становится труднее выживать и размножаться в таком коллективе.


Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума

Рис. 4. Начальные этапы коэволюции мозга и макиавеллиевской культуры при отсутствии межгрупповой конкуренции. Рисунок из обсуждаемой статьи в Ecology and Evolution


Самоподдерживающаяся коэволюция мозга и культуры чем-то напоминает барона Мюнхгаузена, вытаскивающего себя за волосы из болота: нет никаких внешних причин или стимулов для развития, но растущий мозг и развивающаяся культура подталкивают друг друга, заставляя развиваться всё сильнее.

Начальные этапы (первые 1500 лет) сопряженной эволюции мозга и культуры при этих параметрах показаны на рис. 4.

В начале наблюдается «спящая фаза»: изобретаемые мемы не сохраняются, потому что у индивидов не хватает памяти, чтобы их запомнить.

Изначально ПАМ = 0, но ген ПАМ мутирует, что ведет к появлению индивидов с ПАМ > 0. Пока в мемофонде нет полезных мемов, память — слабовредный признак. Пользы от нее никакой, запоминать нечего, а затраты на размножение растут (дети обходятся дороже). Отбор, однако, не может полностью вычистить из генофонда все слабовредные мутации. Поэтому среднее значение ПАМ медленно растет, приближаясь к мутационно-селекционному равновесию (см.: Mutation–selection balance), которое в данном случае соответствует среднему значению ПАМ около 0,3. Средний размер изобретаемых мемов равен единице, но эта величина имеет большой разброс. Поэтому рано или поздно достаточно маленький мем будет изобретен индивидом, достаточно мозговитым, чтобы его запомнить. Эффективный мем МАК, поселившийся в чьей-то памяти, сможет запустить отбор на увеличение объема памяти и, таким образом, инициировать культурный драйв.

Бессмысленные мемы (мемы БД) не могут запустить культурный драйв. Более того, если первым мемом, закрепившимся в культуре, случайно окажется маленький, но эффективный мем БД, то большая память может стать существенно более вредным признаком. Ведь на совершение бессмысленных действий тратятся ресурсы, и, если в культуре ничего нет, кроме мемов БД, иметь большую память становится совсем невыгодно. В результате мутационно-селекционное равновесие сместится вниз, к более низким значениям ПАМ, и «спящая фаза» может затянуться.

По мере того, как средняя ПАМ растет (ради мемов МАК), мемы БД постепенно засоряют культуру. В примере, показанном на рис. 4, распространились три бессмысленных мема (моменты их появления отмечены стрелками).

Дальнейшие события (вплоть до года 70 000) показаны на рис. 5.


Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума

Рис. 5. 70 000 лет коэволюции мозга и культуры. Параметры те же, что на предыдущем рисунке (макиавеллиевская культура, межгрупповой конкуренции нет). Показаны усредненные результаты 10 прогонов модели. Рисунок из обсуждаемой статьи в Ecology and Evolution


Общее культурное богатство (количество уникальных мемов) растет по S-образной кривой (первый график на рис. 5). Рост среднего числа мемов, хранящихся в памяти индивида (второй график), замедляется быстрее, потому что рост этой величины ограничен продолжительностью жизни и скоростью обучения. Средний индивид знает лишь около 4% всех мемов, составляющих культуру популяции.

Средний объем мозга растет, подгоняемый всё более эффективной макиавеллиевской культурой, но потом он перестает расти и даже уменьшается (четвертый график).

Прекращение роста связано с тем, что в какой-то момент стоимость дальнейшего увеличения мозга перестает окупаться выигрышем от возможности запомнить больше мемов МАК. Стоимость растет линейно: чем больше мозг, тем больше ресурсов приходится тратить родителям на каждого ребенка. Выигрыш, однако, растет с замедлением, потому что на заполнение большой памяти нужно время. По мере роста мозга и развития культуры неизбежно удлиняется период «детства», то есть того отрезка жизненного пути индивида, в течение которого он использует свою память не целиком. Индивиды начинают полноценно использовать свою память во всё более позднем возрасте, и поэтому выигрыш, приносимый дальнейшим увеличением мозга и памяти, постепенно уменьшается. В какой-то момент выигрыш перестает перевешивать затраты, и рост мозга прекращается.

Причина последующего уменьшения мозга связана с отбором мемов. Начиная с какого-то момента средний размер мемов, хранящихся в памяти индивидов, начинает уменьшаться (пятый график). Этот процесс, который мы назвали «измельчанием мемов», наблюдается практически при любых параметрах (если только не сделать размеры всех изобретаемых мемов строго одинаковыми). Это — неизбежный результат отбора на уровне мемов. Мелкие мемы легче распространяются, потому что в популяции всегда присутствуют особи, у которых не хватает свободной памяти, чтобы выучить крупный мем, но ее еще достаточно, чтобы запомнить мелкий. Упрощение мемов заметили в своей модели Гаврилец с Воузом, и наша модель его отлично воспроизводит.

Чтобы лучше разобраться в природе этого процесса, присмотримся к пятому графику. В течение первых примерно 15 000 лет средний размер мемов, хранящихся в памяти индивидов, увеличивался. Причины этого понятны: размер мема положительно коррелирует с его эффективностью (то есть полезностью, если говорить о мемах МАК), а объем памяти в это время быстро рос, что давало индивидам возможность запоминать более крупные (и в среднем более полезные) мемы МАК. Позже, однако, рост мозга стал замедляться, а меметический отбор тем временем насыщал культуру мелкими мемами. Большую память не так-то просто заполнить крохотными мемами, которые к тому же продолжают неуклонно мельчать. Эффективность использования памяти снижается, и мозг начинает уменьшаться.


29 май 2020 /
  • Не нравится
  • +1
  • Нравится

Похожие новости

Групповой отбор помогает социальным паукам адаптироваться к местным условиям

Уже несколько десятилетий среди биологов не утихают споры о реальности группового отбора и его значимости для эволюции. Продолжительные эксперименты на социальных пауках Anelosimus studiosus

Половой отбор защищает от вымирания

Результаты семилетнего эволюционного эксперимента на жуках Tribolium castaneum показали, что половой отбор действительно способствует уменьшению генетического груза и предохраняет популяцию от

Социальность у ос способствует уменьшению мозга

Принято считать, что социальность ведет к увеличению размеров мозга у общественных животных. Однако ученые из Филадельфии, изучившие анатомию мозга в разнообразном семействе настоящих ос (Vespidae),

Дрозофилы учатся друг у друга и хранят культурные традиции

Культурные традиции — выученные особенности поведения, устойчиво сохраняющиеся в популяции из-за копирования повадок сородичей, — широко распространены у млекопитающих и птиц. Эксперименты на

Наш мозг мутирует

Американские генетики под руководством доктора биологии Брюса Лана опубликовали сенсационный труд, в котором утверждают, что в человеческом мозге происходят мутации, которые, возможно, приведут к

Вспомнить всё. Голограмма памяти

В начале ХХ века многие ученые считали, что память – аналог телефонной станции. В наши дни мозг чаще всего сравнивают с компьютером, из которого при необходимости можно достать нужную информацию.
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Дикие людиАнтарктида. Самый загадочный континент ЗемлиЭти 10 карт поставят ваше мировоззрение с ног на головуАльтернативная энергетикаРыба-архитекторПарад планет 4 июля 2020: что нужно знать?Сон как источник новых идейМожно ли на самом деле «выйти из тела»: игры с сознанием