Как у людей, так и у животных сон тесно связан с памятью. Память имеет большое значение для щенков по ряду причин. Она нужна, чтобы осваивать навыки и запоминать, какая команда соотносится с тем или иным действием. Они должны помнить, куда можно ходить, а куда запрещено, что можно есть, а что нельзя и с какими игрушками не надо играть. Но как формируются воспоминания? В чем различие между кратковременной и долговременной памятью? Какой тип памяти важнее всего для собак-помощников и как ее измерить?

Щенки осеннего набора 2020 г. проходят смешанное обучение. Часть занятий проводятся онлайн с Эштон Робертс, менеджером учебной программы для щенков и тренером из Canine Companions, которая работает по Zoom из Орландо. Эштон следит за развитием щенков, проводит демонстрации и держит нас в курсе любых изменений в их навыках или способах воспитания. В установленный день каждый щенок отправляется в Детский сад, в котором мы приняли те же меры предосторожности, что и в школах по всей стране, чтобы потом можно было безопасно открыть его вновь.

Сегодня настала очередь Радуги отправиться в классную комнату — пора проверить ее память.

По сути, память — это способность мозга усваивать, хранить в течение какого-то времени и воспроизводить информацию [1]. Но это упрощенное определение не охватывает всего спектра и сложности когнитивных способностей, которые участвуют в формировании, а иногда и забывании воспоминаний. Нейробиологические процессы, лежащие в основе памяти, невероятно сложны [2]. Однако процесс формирования воспоминаний можно описать простыми словами. Вы воспринимаете что-то посредством органов чувств — зрения, слуха, осязания, вкуса или обоняния. Поскольку вы постоянно получаете сенсорную информацию о каждом моменте своего дня, для создания воспоминания ее необходимо обработать и перевести в рабочую память. Функция рабочей памяти заключается в активной сознательной переработке входящей сенсорной информации, как, например, при попытке запомнить номер телефона. Если вы не приложите усилий, чтобы удержать его в голове, номер остается в вашей рабочей памяти менее 30 секунд. В среднем ваше сознание способно удерживать от четырех до семи единиц информации одновременно. Спустя полминуты эти фрагменты информации либо утрачиваются, либо переносятся в долговременную память [3].

Долговременная память — это обширная база данных, которая составляет ваш жизненный опыт. Вы можете получить доступ к своим долговременным воспоминаниям различными способами: вспомнить их, узнать что-то напоминающее о прошлом опыте в настоящем или освежить воспоминания, повторно изучив этот опыт. Долговременная память может проявляться как процедурная (моторная, телесная), когда мы автоматически выполняем какие-либо действия, например играем на пианино или печатаем на клавиатуре. Она может быть и эпизодической, то есть хранить воспоминания о конкретных событиях в прошлом [4].

Самый часто задаваемый вопрос в нашем Детском саду: будет ли собака помнить нас после долгой разлуки{11}? Собаки славятся своей способностью узнавать давних хозяев, по крайней мере, по заверениям очевидцев. Дарвин был уверен, что его собака вспомнила его, когда он вернулся из своего трехлетнего путешествия на корабле «Бигль». Сина — собака, которую мы растили щенком в течение полугода, а потом отдали матери Ванессы, — вспоминает нас, когда мы навещаем ее в Австралии, даже если с предыдущей встречи прошел год или два. Если вам захочется хорошенько поплакать, в Интернете полно видеосюжетов с собаками, которые встречают своих хозяев, возвращающихся с военной службы, спустя годы с их последней встречи. По некоторым данным, собака помнит ваше лицо и голос, даже когда вас нет рядом. Результаты ряда исследований показывают, что собаки помнят своих матерей. В ходе одного из экспериментов нескольких собак забрали у матерей и отдали в семьи. Спустя два года этим собакам показали их мать и похожую на нее внешне собаку. Молодые собаки, как правило, подходили именно к своим матерям и приветствовали их. Они также предпочитали нюхать тряпку с запахом своей матери, а не ту, к которой прикасалась незнакомая собака. Однако, согласно результатам того же эксперимента, собаки не вспомнили своих братьев и сестер после такого же периода разлуки [5].

Наши возможности для изучения долговременной памяти в Детском саду для щенков весьма ограниченны. Сколько воспоминаний может сформироваться у щенка, которому всего несколько месяцев от роду? К счастью, у нас есть один объект для исследования, проживший долгую и интересную жизнь, — Конго.

В возрасте семи лет Конго близится к закату своей жизни. У него есть несколько седых усов на морде и серебристые пятнышки вокруг глаз. Однако, если бы кто-то назвал его старой собакой, он был бы оскорблен до глубины души. Он был наставником 23 щенков в Детском саду, включая группу осеннего набора 2020 г. в разгар пандемии. Для своего почтенного возраста он очень подвижный; без труда проходит по пять километров в день, совершая несколько коротких кардиоупражнений во время игр. Конго гибкий и подтянутый благодаря строгой диете, его шерсть лоснится, а коричневый нос всегда мокрый.

На протяжении своей выдающейся карьеры он получил сертификат собаки-помощника не один, а целых два раза. Как собака-помощник он обучен почти 50 навыкам, и некоторые из этих навыков ему не доводилось демонстрировать со дня вступления в должность наставника в Детском саду, а это произошло четыре года назад.

Когда менеджер обучающей программы для щенков и тренер из Canine Companions Эштон Робертс посетила нас прямо перед пандемией, мы поняли, что у нас есть возможность исследовать долговременную память у собак. Эштон — одна из тех, кто имеет особый подход к собакам. Как только Эштон приводит Конго в классную комнату, тот преображается. Ее голос, поза, жесты возвращают его в прошлое — во времена его молодости. С Эштон Конго выпрямляется во весь рост и встает по стойке смирно, словно вновь становится курсантом во время учебы в солнечном кампусе в Калифорнии.

«Конго, взять!»

Без каких-либо предварительных тренировок или разминки Эштон просит Конго выполнить те же задания, которые он научился выполнять давным-давно, чтобы помочь улучшить чью-то жизнь. Пес вежливо протягивает ей лапу в знак приветствия. Он встает на задние лапы и включает свет передними.

Он поднимает оброненную Эштон ручку — с той же легкостью он мог бы поднять монетку или связку ключей — и бережно держит ее в зубах, пока Эштон не попросит его отдать ручку ей.

Конго обходит комнату и закрывает дверцы шкафов. Он приносит Эштон поводок, а когда тот случайно запутывается у него в ногах, распутывает его для Эштон и снова протягивает ей. Пес прекрасно лавирует по комнате: если бы Эштон сидела в инвалидной коляске, он смог бы провезти ее даже в самом тесном пространстве. Он безупречно проделывает развороты на 180 градусов, плавно двигается и ловко обходит углы. Наконец, когда тренировка заканчивается, он выключает свет и, как истинный джентльмен, открывает перед Эштон дверь.

«Конго, свет!»

Восемнадцать из 44 команд, использованных Эштон, Конго не слышал с тех пор, как переехал к нам четыре года назад. Из этих 18 он вспомнил 11 с первого раза — впечатляющая способность удерживать в памяти 61% информации. Мы и представить себе не могли, что Конго может так хорошо помнить эти навыки спустя столько лет без практики и напоминаний. Внезапно история о собаке, которая вспомнила древнегреческого героя Одиссея спустя 20 лет, когда никто больше его не узнавал, уже не кажется такой фантастической.

Хотя рабочая память отличается от долговременной и задействует другие когнитивные механизмы, эти два типа памяти постоянно взаимодействуют. Как мы выяснили, рабочая память также является одним из когнитивных показателей, по которым можно предсказывать успех служебной собаки [6].

В Детском саду для щенков мы в первую очередь тестируем рабочую память: когнитивную систему ограниченной емкости, обеспечивающую временное хранение информации, доступной для непосредственной обработки.

Для проверки рабочей памяти мы играем в несколько простых игр, суть которых заключается в том, чтобы проверить, насколько хорошо щенки запоминают, куда мы прячем лакомство. В первой игре Кара прячет его под одной из двух мисок. Затем она выжидает 20 секунд и говорит: «Можно!» — чтобы щенки поняли, что им разрешают идти выбирать миску с едой. В возрасте 12 недель Радуга каждый раз выбирает неправильную миску. Проходит всего 20 секунд, но ее рабочая память не в состоянии удержать верную информацию. Хотя со следующими тремя попытками она справляется лучше, в конечном итоге она набирает меньше баллов, чем среднестатистический щенок ее возраста. В отличие от нее, Сэсси — которая постоянно выглядит скучающей — набирает высший балл.

Далее следует более сложная игра на запоминание. Щенки снова наблюдают, как Кара прячет лакомство в одной из двух мисок, но на этот раз она достает их любимую игрушку — змею, сделанную из пожарного шланга. Кара размахивает змеей, чтобы проверить, по-прежнему ли щенки помнят, где находится лакомство, невзирая на отвлекающий маневр.

Когда наступает очередь Радуги, та вне себя от радости — прыгает и набрасывается на змею. С этим тестом Радуга справляется лучше, чем с предыдущим, однако не каждую неделю ей удается выбрать правильную миску. Промахи случаются на 10-й и 16-й неделе. В целом Радуга стабильно показывает результаты ниже среднего. Сэсси же всегда справляется с этим заданием на отлично.

Конго и щенки осеннего набора 2020 г. во время пандемии

Для наиболее сложного задания Кара заменяет змею самой любимой игрушкой щенков — зеленым резиновым кроликом. При виде него Радуга неизменно впадает в экстаз. Что касается Сэсси, она сначала смотрит на кролика безо всякого интереса, потом отворачивается со скучающим видом. Когда истекает 20 секунд, она направляется прямиком к правильной миске.

Результаты Радуги и Сэсси в этих играх показывают, насколько сильно может различаться способность к запоминанию у разных щенков. Одни щенки, такие как Сэсси, запоминают информацию без видимых усилий, другие, подобно Радуге, не могут вспомнить даже то, что увидели 20 секунд назад.

Неудивительно, что у Радуги самая слабая рабочая память, ведь память связана со сном. Может, Радуга и спит не меньше часов, чем другие щенки, но это прерывистый сон, перемежающийся бодрствованием. Она по-прежнему не может спать всю ночь, и мы готовы смириться с тем, что так будет всегда.

Имеются данные, свидетельствующие о том, что у людей недостаток сна негативно сказывается на рабочей памяти и способности к обучению [21][7]. Данных о взаимосвязи между сном и памятью у собак крайне мало, и одно из таких исследований посвящено изучению частотно-временны́х характеристик веретен сна — определенных паттернов мозговых волн во время сна [22]. Веретена сна возникают в результате периодических всплесков активности нейронов в таламусе, расположенном в промежуточном мозге, и, по всей видимости, играют важную роль в процессе обучения и консолидации памяти. В ходе этого исследования собаки разучивали определенные команды, после чего ложились вздремнуть. Ученые регистрировали мозговые волны спящих собак, и оказалось, что чем больше веретен возникало во время сна после занятий, тем лучше собака запоминала команды [8].

Всякий раз, когда мы затрагиваем тему сна и воспоминаний, владельцы собак непременно спрашивают, видят ли их собаки сны. Если кратко, то, скорее всего, да. Когда собаки спят, у них возникают те же типы мозговых волн, что и у нас, когда мы видим сны [9]. Но что именно снится собакам, остается загадкой. Ближе всего к пониманию сновидений животных исследователи подошли при изучении крыс. Ученые записали мозговые волны крысы, когда она бегала по лабиринту. У крысы, находящейся в состоянии сна, ученые обнаружили такие же паттерны мозговых волн, как те, которые наблюдались, когда она искала выход из лабиринта, что позволяет предположить, что крысе снился именно лабиринт [10].

Исследовав множество спящих крыс, по-видимому, проходивших во сне тот же лабиринт, ученые в конце концов научились точно определять, в какой части лабиринта находится крыса, основываясь только на паттерне ее мозговых волн. Невероятно, но, посылая электрические импульсы в мозг крысы, которой снился лабиринт, исследователям удавалось вынуждать крысу поворачивать в нужную сторону в снящемся ей лабиринте [11].

Этот единственный задокументированный сон крысы, в котором она практиковалась в решении задачи, говорит о том, что, возможно, сон играет не последнюю роль в запоминании и обучении.

Радуга спит

После хорошего ночного сна память и способность к решению задач улучшаются, и, возможно, не последнюю роль в этом процессе играют наши сновидения. Вероятно, как и у крыс, наши сновидения помогают закрепить полученные знания или подтверждают решения, к которым мы пришли. В сновидениях мы также заново переживаем наши воспоминания о людях, которых мы давно не видели, о местах, которые мы когда-то любили, но не можем посетить. Тем не менее слишком рано говорить с определенностью о взаимосвязи между памятью, сном и сновидениями на основе нашего опыта в Детском саду для щенков. Поэтому мы продолжим исследовать, влияет ли хороший ночной сон на показатели щенков в играх на запоминание. Но в то же время, если бы можно было делать выводы на основе поведения одного-единственного щенка, Радуга, которая хуже всех спит и хуже всех запоминает, — это все, что требовалось бы для доказательства.

Любимая игра Радуги и Сэсси — гоняться друг за другом по садовой дорожке, которая огибает двор, проходит мимо детского домика на дереве, а затем идет вдоль пруда и назад к скамейке. Сэсси гоняется за Радугой по кругу, пока Радуга не ныряет в огромную кучу опавших листьев под деревом и Сэсси не обрушивается на нее сверху.

Внезапно Радуга пролетает мимо кучи листьев, случайно врезается в старую палатку, которую дети оставили валяться на заднем дворе, и проскальзывает внутрь. Она лежит там совершенно неподвижно. Сэсси бегает вокруг палатки, обнюхивая землю и пытаясь понять, куда подевалась ее подруга.

Радуга высовывает голову наружу и успевает заметить хвост убегающей от нее по кругу Сэсси. Радуга опять ныряет в палатку. Потом она выскакивает прямо перед носом у приблизившейся к ней Сэсси, подпрыгивает на добрый фут и снова прячется. Сэсси с изумлением подходит к краю палатки, в которой исчезла Радуга.

Радуга еще раз высовывает голову, и Сэсси отпрыгивает назад, от страха вытаращив глаза. Радуга опять исчезает. Очень медленно и осторожно Сэсси просовывает нос в палатку. Внезапно она начинает отчаянно вилять хвостом и по-пластунски заползает внутрь. Минуту длится тишина, затем палатка внезапно оживает, словно сотня джиннов пытается вырваться на свободу. Раздаются стук, звуки возни и радостный лай. Играя, щенки толкают палатку так, что она взлетает в воздух, прежде чем снова упасть на них.

Радуга выскакивает наружу, преследуемая Сэсси. Они носятся по кругу, и, вместо того чтобы нырнуть в кучу листьев, Радуга ныряет в палатку. На этот раз Сэсси не теряет времени даром и прыгает туда вслед за Радугой. Палатка вновь оживает.

Вот он — волшебный миг, когда когнитивные способности, которые мы так кропотливо оценивали, проявляются во всем своем великолепии. Радуга благодаря своей способности понимать мысли и намерения Сэсси осознает, что та не видит ее и не знает, где она находится, — именно с этого и начинается игра. Мы наблюдаем недостаток самоконтроля со стороны Радуги, когда та ныряет в палатку, и бóльшую осмотрительность Сэсси, которая тщательно исследует ее. Рабочая память Сэсси подсказывает ей, где искать Радугу, что подкрепляется ее пониманием физических свойств твердых тел, к которым относится палатка, а также принципа постоянства объектов: твердый предмет типа Радуги не может просто исчезнуть, даже если временно скрыт от глаз.

Радуге 18 недель, а Сэсси — 17. Период быстрого развития их мозга практически завершен. Их сознание почти полностью оснащено всем необходимым для взаимодействия с окружающим миром. Вскоре, как и все остальные щенки, они окончат Детский сад и начнут захватывающее приключение со своими новыми родителями, которые будут заботливо воспитывать их и направлять на пути к взрослой жизни.

Для Радуги и Сэсси наш задний двор, Конго и вся наша семья скоро станут лишь воспоминаниями. Какие из них останутся в их долговременной памяти? Будут ли они помнить ночи, когда мы укладывали их спать, мокрый нос Конго по утрам и все те прогулки и приключения, которые мы пережили вместе? Возможно, спустя годы они вспомнят новую игру, которую они придумали, когда все их когнитивные навыки слились воедино, породив этот полный радости момент.

9. R. Bódizs, A. Kis, M. Gácsi, J. Topál, “Sleep in the Dog: Comparative, Behavioral and Translational Relevance.” Current Opinion in Behavioral Sciences 33 (2020), 25–33.

8. I. B. Iotchev, A. Kis, R. Bódizs, G. van Luijtelaar, E. Kubinyi, “EEG Transients in the Sigma Range during Non-REM Sleep Predict Learning in Dogs.” Scientific Reports 7 (2017), 1–11.

7. G. Martin-Ordas, J. Call, “Memory Processing in Great Apes: The Effect of Time and Sleep.” Biology Letters 7 (2011), 829–832.

6. E. L. MacLean, B. Hare, “Enhanced Selection of Assistance and Explosive Detection Dogs Using Cognitive Measures.” Frontiers in Veterinary Science (2018), 236.

5. P. G. Hepper, “Long-term Retention of Kinship Recognition Established during Infancy in the Domestic Dog.” Behavioural Processes 33 (1994), 3–14.

4. Squire, Knowlton, Musen, “The Structure and Organization of Memory.” 453–495.

3. N. Cowan, “What Are the Differences between Long-term, Short-term, and Working Memory?” Progress in Brain Research 169 (2008), 323–338.

2. E. T. Rolls, “Memory Systems in the Brain.” Annual Review of Psychology 51(2000), 599–630.

1. L. R. Squire, B. Knowlton, G. Musen, “The Structure and Organization of Memory.” Annual Review of Psychology 44 (1993), 453–495.

11. D. J. Foster, M. A. Wilson, “Reverse Replay of Behavioural Sequences in Hippocampal Place Cells during the Awake State.” Nature 440 (2006), 680–683.

10. K. Louie, M. A. Wilson, “Temporally Structured Replay of Awake Hippocampal Ensemble Activity during Rapid Eye Movement Sleep.” Neuron 29 (2001), 145–156.

{11} Также имеются свидетельства того, что собаки могут запоминать большое количество информации. Исследователи установили, что собаки способны к быстрому схватыванию, запоминанию и усвоению — тому же самому когнитивному процессу, который происходит в мозге ребенка, когда он заучивает новые слова и изучает языки [16]. Так, собака по имени Чейзер запомнила названия более тысячи предметов. Заучив названия, она помнила их все даже спустя месяц. Всего Чейзер запомнила названия 1022 игрушек, в том числе мягких, летающих дисков и мячиков. Она заучивала их совершенно удивительным способом. Например, представьте себе, что вы разбросали по комнате 10 игрушек, названия 9 из них она знает, а одна игрушка — Смурфик — ей незнакома. После этого, если вы попросите Чейзер принести Смурфика, она подойдет прямиком к нему, хотя ни разу прежде не видела эту игрушку и не слышала этого названия. Просто потому, что она помнит имена остальных 9 игрушек и понимает, что «Смурфик» — слово, которого она раньше не слышала, — относится к той, которую она раньше не видела. Этот когнитивный процесс и называется «быстрым схватыванием, запоминанием и усвоением».

[22] Другое их название — сигма-ритмы или сигма-волны. — Прим. науч. ред.

[21] Что касается других животных, одно из лучших исследований связи сна с памятью посвящено шимпанзе. Исследователь прятал еду под одной из трех чашек, а шимпанзе приходилось ждать, прежде чем им разрешалось выбрать чашку, — эта игра похожа на игры на запоминание, в которые мы играем со щенками, только ждали шимпанзе не 20 секунд, а две минуты, два часа или целые сутки. Как и следовало ожидать, шимпанзе лучше вспоминали, где находится еда, прождав две минуты, чем прождав два часа. Но удивительно, что через сутки, как следует выспавшись ночью, шимпанзе вспоминали местонахождение еды лучше, чем через два часа ожидания. Это привело исследователей к выводу, что сон важен для консолидации памяти — процесса, в ходе которого информация переходит из рабочей памяти в долговременную.