Niemowlęca iluminacja

Czasami najtrudniej jest odpowiedzieć na najprostsze pytania. W jaki sposób na przykład poruszamy palcami? Wiele wiadomo o mięśniach i strukturach nerwowych, które biorą w tym udział – niczym marionetka i sznurki – ale kto za te sznurki pociąga?

To, jak ludzie rozwijają umiejętność świadomej sprawczości w odniesieniu do rzeczy, wciąż pozostaje tajemnicą. W przeprowadzonych niedawno badaniach próbowaliśmy przyłapać niemowlęta na odkrywaniu ich zdolności do wpływania na świat. Jak donosiliśmy we wrześniu ubiegłego roku w „Proceedings of the National Academy of Sciences USA”, zidentyfikowaliśmy te momenty „aha!” i powiązane z nimi wydarzenia, ukazując po raz pierwszy, w jaki sposób wykształca się sprawczość.

Od ponad 50 lat naukowcy stosują bardzo prostą metodę do badania uczenia się niemowlaków. Umieszczają dziecko w łóżeczku z zawieszonym nad nim mobilem. Następnie naukowiec przywiązuje jeden koniec sznurka do mobila, a drugi do stopy niemowlęcia. Jeśli dziecko się poruszy, mobil również. Podczas wielu sesji badacze mogą obserwować, jak niemowlęta uczą się i przypominają sobie prostą interakcję przyczynowo-skutkową – rusz stopą, a wiszące na sznurkach elementy się poruszą.

Wykorzystaliśmy tę konfigurację, aby ustalić moment, w którym dzieci po raz pierwszy zdają sobie sprawę, że mogą wywoływać ruch zabawki. Pracowaliśmy z 16 niemowlętami w wieku od trzech do czterech miesięcy, wykorzystując technikę przechwytywania ruchu do pomiaru przemieszczeń zarówno niemowlęcia, jak i mobila w trójwymiarowej przestrzeni. Podobnie jak w poprzednich tego typu eksperymentach, niemowlęta kopały znacznie częściej, gdy ich stopa była przywiązana do zabawki, niż wtedy, gdy nie była. Ale czy zdawały sobie sprawę, że to ich ruchy powodują poruszenie zabawki?

Jedna wskazówka pojawiła się, gdy eksperymentator pociągnął za sznurek, aby poruszyć mobilem, zamiast pozwolić to zrobić dziecku. Niemowlęta ruszały się wtedy mniej, niż gdy zabawka była nieruchoma. To odkrycie wyklucza przypuszczenie, że dzieci po prostu kopią z podekscytowania, gdy widzą, że mobil się porusza. W istocie nasze dane wskazywały, że to skoordynowany ruch stopy i mobila wywoływał aktywność dziecka.

Co więcej, gdy usunęliśmy sznurek, dzieci nadal kopały w najwyższym tempie, jakie osiągnęły, gdy były przywiązane do zabawki, co świadczy o tym, że oczekiwały na jej reakcję. Niektóre niemowlęta były wyraźnie sfrustrowane, że tak się nie dzieje.

W pewnym momencie, gdy były przywiązane, musiały się zorientować, że mają kontrolę. Aby wskazać dokładnie, kiedy to nastąpiło, opracowaliśmy algorytm do wyszukiwania skokowych zmian prędkości ruchu stóp podczas uwiązania. W przypadku niektórych niemowląt znaleźliśmy nagły wzrost aktywności połączony ze znacznymi zmianami tempa ruchu, w tym przestojami i nagłymi wzrostami lub spadkami prędkości. Takie wahania i zmiany są typowymi oznakami systemów złożonych – od giełd po aktywność mózgu – które są na progu zmiany. Uważamy, że te początkowe skoki aktywności zbiegły się w czasie z efektem „aha!” u dzieci.

Nasze obserwacje ujawniły również pewną prawidłowość – w pierwszej minucie uwiązania do zabawki, za każdym razem, gdy reagowała ona na ruchy niemowląt, zamierały one i czekały, aż się zatrzyma, zanim ponownie kopnęły. Nieznany i nieoczekiwany ruch zabawki wywoływał dziwny, dynamiczny taniec: ruch, pauza, ruch, pauza. Podejrzewamy, że w pewnym sensie przeprowadzały swój własny eksperyment: „Jeśli zrobię to (kopnę), zobaczę to (ruch zabawki)” i odwrotnie, „jeśli nie kopnę, nie zobaczę ruchu”.

Warto zauważyć, że nie wszystkie niemowlęta zachowywały się w ten sam sposób. W przypadku jednej z dziewczynek nie widać było takich oznak – nie wydawała się odkrywać, że jej zachowanie wpływa na zabawkę, mimo że dwukrotnie zwiększyła się jej aktywność podczas interakcji z mobilem. Podejście to może zatem pomóc nam zrozumieć i przewidzieć indywidualne ścieżki rozwoju motorycznego i poznawczego zarówno u niemowląt zdrowych, jak i tych zagrożonych opóźnieniami rozwojowymi.

Ale co ten eksperyment mówi nam o pochodzeniu sprawczości? Naszym zdaniem całkiem sporo. Kilka lat temu Kelso zaproponował, że narodziny sprawczości są dynamicznym, samoorganizującym się procesem i wraz z nieżyjącym już fizykiem Arminem Fuchsem opracowali jego model. Rozkładając to na czynniki pierwsze: „Dynamiczny” oznacza, że wzorce i relacje ewoluują w czasie. „Samoorganizacja” odnosi się do faktu, że wiele złożonych systemów w przyrodzie organizuje się w określone formy bez żadnych instrukcji. W takich przypadkach, wracając do naszego początkowego porównania, nikt konkretny nie pociąga za sznurki, lecz wzorce zachowania wyłaniają się i zmieniają spontanicznie w systemach, które są otwarte na wymianę energii, materii i informacji z otoczeniem.

Nasza teoria mówi, że kiedy organizm (w tym przypadku niemowlę) i jego otoczenie (zabawka) wchodzą w interakcję, tworzą samoorganizujący się dynamiczny system. Działanie ukierunkowane na cel pojawia się spontanicznie, gdy organizm zdaje sobie sprawę, że jego ruchy powodują zmiany w świecie.

Nasze ustalenia doskonale pasują do naszej teorii. Początkowo ruchy niemowląt polegały na wierceniu się i czołganiu się bez wyraźnego celu lub kierunku. Jednak po przywiązaniu do mobila, im dzieci intensywniej się poruszały, tym bardziej ich uwagę przyciągał efekt kopania (zarówno uczucie szarpania sznurka, jak i widok poruszającej się zabawki). Gdy skupienie maluchów na ich relacji z zabawką osiągało poziom krytyczny, uświadamiały sobie, że mogą sprawić, by mobil się poruszył. Spontaniczne ruchy przeradzały się w celowe działania. W tym momencie transformacji zaobserwowaliśmy gwałtowny wzrost aktywności stóp i ścisłą koordynację między niemowlęciem a mobilem.

W przeszłości cała kwestia celowości i sprawczości u istot żywych – oraz, odważę się powiedzieć, „wolnej woli” – była przedmiotem filozoficznej debaty i kontrowersji. Wiele argumentów należy do jednej z dwu skrajności: albo musi istnieć wewnętrzny reżyser – jaźń, która podejmuje decyzje – albo wolna wola w istocie nie istnieje, ponieważ otoczenie i okoliczności determinują zachowanie. Nasze badania nad niemowlętami świadczą jednak, że rozpoznanie relacji między organizmem a jego otoczeniem ma zasadnicze znaczenie dla odkrycia źródeł ukierunkowanego zachowania. Zgodnie z naszym modelem, doświadczenie sprawczości pojawia się tylko wtedy, gdy organizm (niemowlę) wyczuwa, że jest połączony ze swoim otoczeniem (w tym przypadku zawieszoną nad nim zabawką). Według tego toku myślenia interakcja i związek między nimi są kluczowe dla wykształcenie poczucia celowości własnych działań.

***

Aliza Sloan jest badaczką w Center for Complex Systems and Brain Sciences na Florida Atlantic University. Zajmuje się procesami samorganizacji w rozwoju człowieka.

Scott Kelso piastuje katedrę Glenwood and Martha Creech Eminent Scholar Chair in Science na Florida Atlantic University i jest emerytowanym profesorem inteligentnych systemów na University of Ulster w Irlandii Północnej.