Az etológia idén 112 éves. A hangyák viselkedését tanulmányozó William Morton Wheeler 1902-ben alkotta meg az etológia elnevezést a görög ethos (szokás, viselkedés) és a logos (tudomány) szavak összekapcsolásával. Ha a genetika születését a gén fogalmának megjelenéséhez kötjük (1909), akkor valójában a két tudományterület szinte egyidős. És mégis, mekkora a különbség, ha azt tekintjük, hogy míg az utóbbi a biológia fősodrában haladva az egyik legdinamikusabban fejlődő kutatási irány, amely alapjában változtatta meg a természet működéséről való gondolkodásunkat, addig az etológiára még ma is sokan úgy tekintenek, mint egyfajta úri huncutságra. Természetesen nem helyes az egyes tudományterületeket versenytársaknak tekinteni, és az is igaz, hogy a Karl von Frisch, Konrad Lorenz és Nikolaas Tinbergen 1973-as Nobel-díja és az azóta eltelt idő alatt az etológia és rokontudományai (viselkedésökológia, humánetológia, evolúciós pszichológia) egyre inkább elfogadott önálló kutatási területekké váltak. Továbbá, a modern etológia jelen helyzete rácáfol Edward Osborne Wilson jóslatára, aki a XXI. század elejére az etológia lassú eltűnését vetítette előre. Néha azonban érdemes körültekinteni, és megnézni, hogyan is állunk, és melyek a továbbfejlődés lehetőségei, hiszen az is lehet, hogy az etológia, illetve a viselkedéstudományok valódi áttörése éppen a következő évtizedekben várható.

Korai sikerek

A korai etológia legfontosabb tudományos felismerése, hogy minden fajra nézve, az embert is beleértve, igazolta specifikus viselkedésmintázatok (öröklött mozgásmintázat) meglétét, amelyek kiváltásához megfelelő külső ingerekre, ún. kulcsingerekre van szükség. Ez a viselkedésalapú koncepció nagy jelentőségű volt, mert megkerülte az ösztön létéről (vagy nemlétéről), illetve jellegéről folytatott vitát, és a kutatások számára módszertani segítséget nyújtott, hiszen így kísérletes úton lehetett feltárni a környezet és a viselkedés kapcsolatát. Az etológusok azt is felismerték, hogy ezek az öröklöttnek nevezett mozgásmintázatok valójában nem veleszületettek a szó szűk értelmében, hanem az egyedfejlődés folyamán különböző mértékben módosulnak, változnak. Így sikerült a pszichológusok által hangsúlyozott tanulást is beemelni az etológiai viselkedésmodellekbe. Jó példa erre a csibék követő viselkedése, amelyet feltehetően a mozgó tárgy (mint kulcsinger) vált ki, de ezzel párhuzamosan aktiválódik egy tanulási mechanizmus, amely a követést kiváltó tárgy (a természetben ez a tojó) egyedi jellegzetességeit rögzíti. E tanulási folyamatnak két fontos jellemzője van: viszonylag gyors, kizárólag ebben az élethelyzetben jelentkezik, illetve bizonyos esetekben a hatása a későbbi életciklusban is kimutatható (fajtársfelismerés formájában). A gyors, irányított tanulást az etológusok ’bevésődésnek’ (imprinting), a specifikus tanulás idejét pedig ’érzékeny időszaknak’ nevezték el. Ma már mindkét fogalommal gyakran találkozhatunk más tudományokban is. Így például a genetikusok is jól ismerik a genetikai bevésődés (genomic imprinting) jelenségét, amikor egyes gének kifejeződése szülőspecifikus.

Mi az etológia mint erőtér?

Az etológusok ma is kiemelten fontos eseményként tekintenek a 1973-as Nobel-díjra, noha az azóta eltelt idő csak részben igazolta az akkori optimizmust. A Tinbergen (1961) által jóval korábban felvázolt tudományos program, amely a viselkedés ökológiai és evolúciós megközelítését ugyanolyan fontosnak ítélte, mint a mechanizmusok kutatását, lényeges mértékben hozzájárult ahhoz, hogy hamarosan megszilárdult a viselkedésökológia, mely erős kapcsolatot jelentett a környezet és egyed viszonyát vizsgáló ökológia felé. Azt is mondhatjuk, hogy a viselkedésökológia a 1980-as és 90-es években ellopta az etológia elől a show-t, és különösen az elméleti téren sikerült fontos előrelépést tenni egyes alapvető kérdések matematikai modellezésével.

A viselkedésökológia dinamizmusát mi sem jellemzi jobban, mint a pszichológiai személyiségmodellek beemelése a korábban az egyedek uniformitására alapozott modellekbe. A hagyományos etológiai kutatások figyelmét szinte teljesen elkerülte a pszichológusok által már régóta kidolgozott, és matematikai módszerekkel is alátámasztott személyiségkoncepció, amely az emberek közötti egyedi különbségeket egy többváltozós viselkedési tér segítségével igyekezett leírni. Igaz, a viselkedésökológusok egy része ma is gyanakvással tekint az eredeti pszichológiai koncepcióra, és néha felületesen használja a fogalmakat, ennek ellenére fontos előrelépésnek tekinthető az egyedi sajátságok figyelembevétele a populációs szintű modellezésben (Dingemanse et al., 2004).

Elmekutatás etológusokkal

A korai etológusok, talán Lorenz általános megközelítését kivéve, nem nagyon törődtek az elme működésével. A viselkedésökológia kibontakozása csak megerősítette ezt a tendenciát, és így az 1960-as években a pszichológiában bekövetkezett kognitív forradalom hatása csak jóval később, kerülő úton jelentkezett az etológiai kutatásokban. A 1980-as és 90-es években megjelenő kognitív etológia ugyan sok mindent átvett a párhuzamosan futó pszichológiai irányzattól (Csányi, 1986), azonban valódi áttörésre csak részben került sor. Ma már mindenki elismeri, hogy az elmefolyamatok alaposabb megismerése nélkül a viselkedés sem értelmezhető, ugyanakkor sokan igencsak lazán értelmezik az elmeműködés komplexitását, és/vagy mindent „kognitívnak” tekintenek, ami az elmében zajlik, beleértve az elemi asszociációs folyamatokat is. Mások viszont megelégszenek az elme nagyon vázlatos, nagyvonalú leírásával, amely csekély magyarázó erővel bír (például Bekoff, 2006).

A kognitív etológia helyzetét tovább nehezíti az időről-időre fellángoló ún. antropomorfizmus-vita, amelynek lényege, hogy az állati elme milyen mértékben hasonlítható össze az emberével, elfogadva azt a darwini alapvetést, hogy a földi elmék evolúciós kapcsolatban állnak egymással. Míg az antropomorfisták azzal érvelnek, hogy az emberrel való összehasonlítás lényeges eleme a módszertannak, még akkor is, ha ezt kellő körültekintéssel kell végezni, addig mások szerint az ilyen megfeleltetésnek még a gondolata is káros a kutató objektív gondolkodására nézve. Míg az antropomorfisták szempontjából az ellenfelek által kínált alternatíva egy descartesi értelemben primitív asszociációs géppé silányítja az állati elmét, addig az ellenzők szemében az ő elméleteik pusztán az elmeműködés metaforáinak tekinthetők.

Talán így több mint száz év után érdemes lenne belátni, hogy ez a vita egyik fél számára sem kecsegtet a „győzelem” esélyével. Ennek nem az az oka, hogy valójában egyik oldal sem képes új érveket felhozni a maga igaza mellett. Sokkal fontosabb észrevenni, hogy valójában az állati (és részben az emberi) elme kutatásának módszertana mit sem változott az utóbbi évtizedekben. Sajnos az etológusok is beleestek ebbe a csapdába, amikor a vita kedvéért elfogadták a kiindulási helyzetet, és az összehasonlító pszichológusok módszereit követve igyekeztek az állatok viselkedését erősen korlátozott laboratóriumi helyzetekben elemezni. További fontos okokat azonban az etológiai módszer használatának korlátaiban kell keresnünk.

Etológia mint viselkedésleírás

Az etológia valódi módszertani felfedezése a viselkedésleíráshoz köthető. A kutatók felismerték, hogy a viselkedés elemekre bontható, ezek az elemek viszonylag jól jellemezhetők, és így kategorizálhatók. Ez adta az alapját annak, hogy a szabadon (vagy laboratóriumban) mozgó állat viselkedését viszonylag egyszerű módon, akár egy darab papír és ceruza használatával, rögzíteni lehessen. A kezdetekben az etológusok többsége viszonylag sok időt töltött ilyen megfigyelésekkel, amelyekben kombinálódott az előbb leírt kvantitatív adatgyűjtés, illetve a szubjektív tapasztalatszerzés, amely azonban szintén fontos járulékos tudást nyújtott a viselkedés értelmezéséhez. Sok módszertani könyv ma is azt javasolja, hogy egy adott probléma megközelítésére az a legjobb eljárás, ha előzetes megfigyelések révén a kutató kiválasztja azt a viselkedésbeli jellemzőt, amely a kívánt kérdés megválaszolására a legalkalmasabb.

A módszer minden kétséget kizáróan sikeres, hiszen, többek között, ilyen megfigyelések szolgáltatták az alapját a Tinbergen által felállított ún. hierarchikus viselkedési modellnek is, amely széles körű alkalmazásra talált, a robotikát is beleértve. A Tinbergen által megfogalmazott, majd Gerald Baerends (1976) munkássága révén finomított modell lényege, hogy az egyes viselkedések megjelenését egy többszintes, hierarchikusan szervezett elme irányítja, amely megfelelő szabályszerűségek alapján, specifikus környezeti hatásokra válaszolva biztosítja, hogy a szervezet az optimális reakciót mutathassa. Közelebbről megnézve azonban a hierarchikus modell is inkább intuitív meglátásokon alapszik, mintsem nagy mennyiségű kvantitatív adaton.

Valójában sokan már régóta felismerték, hogy az imént leírt klasszikus etológiai leíró módszer éppen egy lényegi kérdésben súlyos hibát vét: teljesen indifferens a viselkedés időbeli aspektusát tekintve, alig veszi figyelembe a környezet és a viselkedő egyed dinamikus kapcsolatát. Természetesen az etológia történetében időről időre felbukkantak olyan kutatók, akik az egyes viselkedéselemekre fókuszáló kutatással szemben a teljes viselkedés időbeli változását helyezték előtérbe. Korábban azonban az ilyen megközelítések szempontjából komoly akadályt jelentett, hogy nem állt rendelkezésre megfelelő mennyiségű viselkedési adat, és a matematikai modellezés lehetőségei is korlátozottak voltak.

Etológia és a „Big data”

A „Big data” (nagy adathalmaz) koncepciója valójában nem új, azonban számos tudományterületen új módszerek alkalmazása, illetve a hatalmas (és viszonylag olcsó) adattároló és feldolgozó számítástechnikai kapacitás megjelenése, a hagyományos kísérleti megközelítés mellett újfajta megoldásokat is lehetővé tesz. Természetesen az elképzelés nem pusztán arra szorítkozik, hogy a kutató egyfajta adatgyűjtő robottá alakuljon át, sokkal inkább azon a feltételezésen alapszik, hogy a nagymennyiségű adat segítségével a tudományos modellezésnek másfajta irányai is kibontakozhatnak. A módszer gyakorlati megvalósításában eddig elsősorban a fizikusok jeleskedtek, de például a DNS-szekvenciák meghatározásával és feldolgozásával a biológusok egyre inkább bekapcsolódnak ebbe az új kutatási irányba. Amennyiben a komplex működésű rendszerek szabályainak megalkotásához valóban nagy mennyiségű adatra van szükség, akkor az elme kiváló alanya az ilyen kutatásnak, és talán nem is meglepő, hogy ez a munka már el is kezdődött (Turk-Browne, 2013).

A jövő etológusai számára megfontolandó, hogy kipróbálják ezt a megközelítést, annak ellenére, hogy a viselkedés (illetve az aktuális környezet) automatikus mérése még gyerekcipőben jár (lásd Gerencsér – Vásárhelyi, ebben a számban, 28. o.). Pusztán elvi megfontolások alapján is a módszer számos előnnyel jár: (1) Az etológus végre viselkedési modellekkel foglalkozhat, és így részben elkerülhetők az antropomorfizmus kérdésének vitái. (2) Kiderülhet, hogy az eddig szubjektív (emberi) módon elkülönített viselkedési kategóriák mennyiben objektívek, illetve a viselkedés számos olyan jellegzetessége is mérhetővé válik, amely eddig elkerülte a megfigyelő ember figyelmét (lásd Faragó – Pongrácz, ebben a számban, 35. o.). (3) A viselkedés mint kimenet és a hozzá tartozó környezeti állapotok, illetve események mint bemenet kapcsolatának felderítésére különböző belső állapotokat feltételező modellek alkothatók, függetlenül attól, hogy az emberi viselkedés alapján milyen elmeállapotokat fogalmaztunk meg korábban.

Természetesen mindez nem azt jelenti, hogy a hagyományos kísérleti munkára a jövőben nem lesz szükség. Sőt a nagy adathalmazra vonatkozó optimista elképzeléseknek is megvan a korlátjuk, ugyanakkor nagy igény van arra, hogy a viselkedésleírás és modellezés kitörjön a szokványos keretek közül.

Etológia in silico

Az etológiában (és a viselkedéstudományokban általában) uralkodóan leíró modelleket használnak. Az ilyen leíró modellek nagyon fontos szerepet töltenek be a tudás rendezésében, sőt bizonyos alapfogalmak tisztázásában is, de erős korlátot jelentenek a továbblépésben. A genetikával való párhuzamba állítás itt is érdekes lehet, hiszen az in vitro kutatás lehetősége egyre fontosabb szerepet játszik a génműködés megértésében. Egy adott rendszer működési szabályai valójában akkor érthetők meg igazán, ha alkalom nyílik arra, hogy elemeiből összerakva hasonló teljesítményű mesterséges rendszert hozzon létre a kutató. Egyelőre még a legfejlettebb, mesterséges genetikai rendszerek is nagyon messze vannak a természetes jelenségek bonyolultságától, de a munka elkezdődött, és valami hasonló módszerre az etológiának, illetve szélesebb értelemben vett viselkedéskutatásnak is szüksége lesz.

Ha viselkedési modellekről van szó, a viselkedéskutatók szívesen hivatkoznak neurális modellekre, noha az idegrendszer összefüggéseinek kutatása nem biztos, hogy megoldja a viselkedésszabályozás problémáit. Ráadásul az sem valószínű, hogy az etológiai in vitro kutatásokhoz valamiféle természetes neuronháló alkalmazása lenne a legcélravezetőbb megoldás. Nagyobb az esély arra, hogy a viselkedésmodellek kipróbálási területe a számítástechnikához, informatikához, illetve a robotikához kapcsolódik. E lehetőséget sokan azzal az ellenérvvel vetik el, hogy az ilyen, ún. in silico rendszerek jellegüknél fogva nem képesek modellezni az elme komplexitását, különös tekintettel arra, hogy elvileg másképp működnek, mint az agy. Valójában azonban az ilyen érvelés inkább egy neurobiológus gondolkodásának az alapja, nem pedig az etológusé, hiszen az etológiai modellezés esetében a megjelenő viselkedés, illetve az ehhez kapcsolódó teljesítmény a döntő. Valószínűsíthető, hogy az in silico modellek szerkezete nem hasonlít majd az elme működéséről alkotott, néha kissé naiv elképzeléseinkhez, viszont teljesítményüket tekintve megfeleltethetők lesznek az élő elme képességeinek. Máshogy megfogalmazva, az in silico modellek az adott probléma egy lehetséges megoldását adják, ugyanakkor a működési mechanizmusaiból nem lehet közvetlenül az elme működésére következtetni. Az elképzelés gyakorlati kivitelezését nagyban segítik azok a kísérletek, amelyekben azt vizsgálják, hogy a kutyák milyen komplexitású szociális interakcióra képesek robotokkal szembesülve (lásd Gergely – Miklósi, ebben a számban, 44. o.).

Etológia mint innováció

Az etológia egyik legújabb kutatási iránya az ún. etorobotika, amelynek célja, hogy autonóm ágenseket, robotokat az elvárt tevékenységüknek és feladatuknak megfelelő formával és az élőlényekre jellemző viselkedési jellegekkel ruházzanak fel. (Miklósi, 2010). Erre a szigorúan funkcionális megközelítésre azért van szükség, mert a robotoknak csak akkor van esélyük a túlélésre, ha az ember szempontjából jól érzékelhető hasznot hoznak. Az etorobotika elsősorban olyan robotok kutatásával foglalkozik, amelyek nagy valószínűséggel az ember szociális közegében végzik tevékenységüket. Bár ettől a helyzettől még messze vagyunk, számos elképzelés létezik az ilyen, ún. segítő társrobotok (socially assistive robots) felhasználhatóságára például a gyógyításban vagy az irodai munkában.

1. kép • A BME Mechatronika Tanszéke

és az MTA–ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoportjának közös munkájaként megszületett segítő társrobot, Ethon első

változata. A tervek szerint egy ilyen robot

portásként fog működni a tanszéken.

Az etorobotika egyik legfontosabb feladata, hogy a robot funkciójából levezesse, milyen az az optimális viselkedéskészlet, amely révén idegenként meg tud felelni az emberi szociális környezet kihívásainak. Az ember–robot interakció jó modellje például az ember és kutya között létrejövő szociális kapcsolat (Gácsi – Miklósi, 2012), amely szintén azon alapszik, hogy a két faj egyedei képesek kölcsönösen felismerni egymás viselkedésformáit, az azokban meglévő sokszor lényeges eltérések ellenére is. A különböző állatfajokra (különös tekintettel a háziasított állatokra) jellemző szociális viselkedésformákban megtalálható közös elemek (ún. szociális primitíva) számos esetben az ember számára is könnyen értelmezhetők. A feladat olyan szociális viselkedést szabályozó viselkedési modell felállítása, illetve tervezése, amely a robotok viselkedését az ember számára könnyen felismerhetővé teszi. Egy szociális segítő robot formáját, illetve a tevékenységeihez tartozó viselkedésmintázatokat úgy kell kialakítani, hogy a könnyen felismerhető funkció mellett a robot tevékenysége is kiszámítható legyen. Az elképzelések szerint az etorobotikai megközelítés alapján tervezett robotok könnyebben illeszkednek majd be az emberi közösségekbe, ugyanakkor specializált mivoltuk és a funkciójukra optimalizált (azaz nem emberi) kinézetük és viselkedésük miatt az emberek sem tartják majd versenytársaknak őket, inkább együttműködő partnert látnak bennük.

Az ELTE Etológia Tanszékén a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mechatronikai és a Miskolci Egyetem Informatikai tanszékeinek hathatós közreműködésével már elkezdődtek egy irodai robot megvalósításának munkálatai (lásd Gácsi et al., ebben a számban, 11. o.). Kezdetben egy irodai robottól csak viszonylag egyszerű feladatokat várnak el a kutatók, például a tanszék területének rendszeres bejárása vagy a megérkező vendég üdvözlése és elvezetése a keresett személyhez. Azonban már a kezdetek idején kiderült, hogy a feladatot csak akkor lehet sikeresen megoldani, ha egy szoros együttműködés alakul ki a robotot építő és programozó mérnökök és a hatékony viselkedés megjelenítéséért felelős etológusok között. Az emberek között működő robotok viselkedésének megtervezése, illetve az ezért felelős viselkedési modellek felállítása komoly lendületet adhat az etorobotika fejlődésének.

Interdiszciplináris etológia

A genetikai, illetve a neurobiológiai módszerek fejlődése, illetve a viselkedés genetikai és idegi szabályozása megértésének kérdései egyre közelebb hozzák egymáshoz e területek kutatóinak érdeklődését. Ma már nem tekinthető szokatlannak, ha egy kutatócsoport arra kíváncsi, vajon egy konkrét gén milyen hatással van a felnőtt egyedek viselkedésére, annak ellenére, hogy a befolyás mértéke statisztikai értelemben alig néhány százalékra tehető. Az ilyen ún. kandidánsgén-kutatások egyes jól ismert gének viselkedésre gyakorolt hatását nézik, abból kiindulva, hogy a génműködés az egyes allélvariánsok esetében más és más. Az ilyen kutatásokban a genetikusokra hárul a megfelelő kandidánsgén kiválasztása, illetve az allélvariánsok eltérő hatásának kimutatása (például eltérő aminosavsorrend, eltérő fehérjeszerkezet). Az etológusok a jól megválasztott viselkedési jellegért felelősek, illetve, hogy a viselkedés megfigyelése és rögzítése optimális körülmények között jöhessen létre (lásd Kubinyi et al., ebben a számban, 51. o.).

Újabb kutatások lehetővé tették, hogy megfelelő körülmények között az éber állat agyműködését is nyomon lehessen követni mágneses rezonancián alapuló képalkotó módszerek (fMRI) segítségével. Várhatóan az ilyen irányú kutatások egyik legfontosabb alanya a kutya lesz. Az fMRI-eljárás csak a mérés alatt teljesen mozdulatlan egyedek esetében alkalmazható sikerrel, ugyanakkor a kutyák többsége kiválóan tréningezhető, sokszor elég önkényes feladatok végrehajtására is. A kutyák esetében jó alkalom adódik az emberrel való összehasonlító vizsgálatok elvégzésére is (lásd Andics et al., ebben a számban, 28. o.).

Az etológia számára nagyon fontosak ezek a tudományközi kapcsolatok, mert mind a genetika, mind az agyműködés felől közelítve sok minden megtanulható a viselkedés szabályozásáról. Azonban mindezen ismeretek és felismerések továbbra sem teszik szükségtelenné, hogy az etológia saját, viselkedésszintű modellek kidolgozásán fáradozzon a viselkedést szabályozó mechanizmusok felderítéséhez.
 

A szerző etorobotikai kutatásait az MTA–ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoport (MTA 01031) keretében végzi.
 

Kulcsszavak: etológia, viselkedéselemzés, elmemodellezés, robotika, etorobotika
 

IRODALOM

Baerends, Gerald (1976): The Functional Organization of Behaviour. Animal Behaviour. 24, 726–738.  DOI: 10.1016/S0003-3472(76)80002-4

Bekoff, Mark (2006): The Public Lives of Animals: A Troubled Scientist, Pissy Baboons, Angry Elephants, and Happy Hounds. Journal of Consciousness Studies. 13, 115–131. • WEBCÍM

Csányi Vilmos (1986): How is the Brain Modelling  the  Environment? A Case Study by the Paradise Fish. In: Montalenti, G. – Tecce, G. (eds.): Variability and Behavioral Evolution. Proceedings, Accademia Nazionale dei Lincei, Roma, Quaderno No. 259, 142–157.

Dingemanse, J. Niels – Both, Christiaan – Drent, P. John – Tinbergen, M. Joost (2004): Fitness Consequences of Avian Personalities. Proceedings of the Royal Society of London, Series B. 271, 847–852. DOI 10.1098/rspb.2004.2680 • WEBCÍM

Gácsi Márta – Miklósi Ádám (2012): On the Utilization of Social Animals as a Model for Social Robotics. Frontiers in Psychology. 3, 75. DOI: 10.3389/fpsyg. 2012.00075 • WEBCÍM

Miklósi Ádám (2010): Kutya, ember, robot – avagy az etorobotika születése. Magyar Tudomány. 2, 175–182. • WEBCÍM

Tinbergen, Nikolaas (1951): The Study of Instinct. Oxford University Press
Turk-Browne, B. Nicholas (2013): Functional Interactions As Big Data in the Human Brain. Science. 342, 580–584. DOI: 10.1126/science.1238409 • WEBCÍM