Лекции для студентов

Лекции по зоопсихологии. Часть 1 — Условно-рефлекторное научение

Условно-рефлекторное научение

История открытия.

Научение на основе образования условных рефлексов было открыто русским физиологом И.П.Павловым еще в начале 20-го века. Павлов работал в основном на собаках. Схема его эксперимента состояла в следующем. Собаку помещали в условия, при которых она испытывала минимальное количество воздействий со стороны внешней среды (эксперименты проводились в, так называемой, “башне молчания”), а также ограничивали ее внешнюю активность. Ей подавали какой-нибудь внешний сигнал, например, включали на короткое время звонок, после чего собака получала пищу. В ответ на пищу у животного начинала выделяться слюна, количество которой регистрировалось с помощью фистулы. Через несколько повторений такой последовательности событий слюна у собаки стала выделяться не только на вид пищи, но и на включение звонка. То есть, поведение собаки по отношению к индифферентному для данного рефлекса стимулу изменилось. Вначале эксперимента она отвечала на него ориентировочной реакций, а в ходе научения у нее стала выделяться на этот раздражитель слюна. Внешне это выглядело так, будто собака научились ассоциировать подачу пищу с включением звонка. На основании подобных исследований И.П.Павлов разработал теорию условно-рефлекторного научения. Она включает следующие положения.

Теория условно-рефлекторного научения.

Терминология.

И.П.Павлов предложил называть индифферентный раздражитель (в нашем примере звонок), на который животное научается выполнять определенную реакцию, условным стимулом, а саму реакцию — условным рефлексом. Раздражитель (в нашем примере пища), на который у животного проявляется некоторая врожденная реакция (в нашем примере слюноотделение), исследователь предложил назвать безусловным стимулом, а саму врожденную реакцию — безусловным рефлексом. Смысл этой терминологии в том, что безусловный стимул (пища) без всяких условий (безусловно) вызывает строго определенную врожденную реакцию (слюноотделение). Условный же стимул начинает вызывать эту реакцию только при определенном условии, в частности, если звонок сочетается какое-то время с подачей пищи. Таким образом, врожденная реакция начинает вызываться новым раздражителем, следовательно, это уже не совсем та реакция, что была до научения.

И.П.Павлов ввел также понятие подкрепление. Теоретики ассоциативных форм научения считают, что без подкрепления невозможно приобретение нового опыта. Правда, в это понятие разные исследователи вкладывают разный смысл. И.П.Павлов понимал под подкреплением предъявление безусловного стимула вслед за условным в процессе выработки условного рефлекса. В качестве подкрепления может выступать также не только безусловный стимул, который вызывает врожденную реакцию, но и условный раздражитель. На выработанный в процессе обучения условный стимул, например, на звонок, который запускает слюноотделительный рефлекс, можно выработать условный рефлекс второго порядка. Для этого перед предъявлением звонка нужно, например, постоянно включать свет. Тогда через некоторое время слюна начнет выделяться также и на появление светового стимула. Для И.П.Павлова подкрепление — это некоторое внешнее событие. Он не говорил о субъективной стороне этого явления, на которую обратил внимание Э.Торндайк, о чем будет сказано более подробно в теме, посвященной теории инструментального научения.

Обратим внимание еще на один важный аспект подкрепления. Было установлено, что подкрепление характеризуется своим мотивационным значением для животного. Так пища действует как положительное подкрепление, только если собака голодна. Другими словами, при выработке условного рефлекса важно не только совпадение во времени некоторых событий, но и многие другие факторы, например, мотивация животного, которые часто не учитывают при анализе научения организма. Теперь посмотрим, какие условия необходимы для выработки условной реакции.

Условия выработки условного рефлекса.

И.П.Павлов подробно изучил условия, при которых могут вырабатываться условные рефлексы. Во-первых, условный стимул должен предшествовать или совпадать по времени с безусловным стимулом. Если, например, звонок предъявляется после подачи пищи, то слюноотделения на него не вырабатывается. Во-вторых, как было уже сказано, в этом научении должно присутствовать подкрепление, в качестве которого выступает, как правило, определенный безусловный стимул или связанный с ним условный. То есть, слюна будет вырабатываться на появление звука только в том случае, если будет предъявляться также и пища (это следует из самого хода научения). Следствием этого является феномен угасания условного рефлекса: как только подкрепление исчезнет, начнется его постепенное исчезновение. Наконец, для более эффективной и быстрой выработки условного рефлекса в процессе научения должны отсутствовать посторонние раздражители. В идеале И.П.Павлов стремился достичь таких условий, когда на собаку действовали только два раздражителя — условный и безусловный. Для этого, как было уже сказано, он проводил эксперименты в “башне молчания”. Естественно, в природе таких условий, как правило, не бывает. Поэтому русского исследователя критиковали за то, что он открыл научение, которое в естественной среде, на самом деле, не встречается. В упомянутой книге С.Роуз “Устройство памяти” автор справедливо, с нашей точки зрения, говорит о том, что попытка советской школы физиологов объяснить все виды приобретения опыта и даже более сложные виды психической деятельности, такие как мышление, речь человека, механизмом условного рефлекса сыграла дурную услугу в деле разработки теории научения и памяти. Вот пример подхода к данной проблеме одного из представителей школы И.П.Павлова Б.Ф.Сергеева. В своей очень увлекательно написанной книге “Ступени эволюции интеллекта” он пишет: из условных рефлексов “строятся простенькие, бедные крохотные “домики” психики примитивных животных, где отчетливо виден каждый кирпич кладки и легко получить достаточно полное представление, что она собой представляет, и роскошные “дворцы” мыслительной деятельности высших существ, где за штукатуркой, мраморной облицовкой и позолотой не виден строительный материал стен, хотя при желании до него все-таки можно докопаться. Как бы ни было пышно, красиво и ярко здание, основа его все же кирпичики — обычные условные рефлексы”. О недопустимости расширения теории условного рефлекса на сложные формы психической деятельности человека и животных говорили не только зарубежные ученые, но отечественные исследователи поведения, например, Н.А.Бернштейн, И.К.Бериташвили и другие. Немецкий зоопсихолог В.Фишель в своей книге “Думают ли животные?” пишет: мышление человека “нельзя представить себе как простую цепь условных рефлексов. Мышление человека гораздо сложнее. Здесь переплетены очень сложные и относительно простые процессы, взаимно влияющие друг на друга. Поэтому можно утверждать, что условные рефлексы играют в нашем мышлении подчиненную, частную роль”. Вероятно, в чистом виде условно-рефлекторное научение в природе встречается не так часто, как это предполагалось советской школой физиологов. Но механизм этого научения, вскрытый И.П.Павловым и подробно исследованный его последователями, скорее всего, входит как составная часть в другие формы научения, включая когнитивные.

Физиологический механизм условного рефлекса.

И.П.Павлов не ограничился описанием феноменологии условно-рефлекторного научения. Он попытался также вскрыть его физиологические механизмы. Предложенная им схема взаимодействия процессов возбуждения и торможения в головном мозге в процессе выработки условного рефлекса, которое приводит к появлению временной связи между определенными мозговыми центрами, отчасти оказалась верной. Но конкретные, более тонкие детали физиологического механизма образования условного рефлекса были подробно изучены с помощью современных методов только в последние десятилетия. В основном эти работы связаны с русской школой психофизиологов (в нашей стране их принято было называть исследователями высшей нервной деятельности). Здесь можно упомянуть работы Э.А.Асратяна, М.Я.Рабиновича и др. Кроме того большой вклад в данную проблему внесли уже упоминавшийся Э.Кэндел, а также Ю.М.Конорски. Более подробно этот вопрос рассматриваться в курсе “Физиология высшей нервной деятельности”. С физиологической точки зрения условно-рефлектороное научение можно определить как приспособительную деятельность, которая осуществляется центральной нервной системой путем образования временной связи между мозговыми центрами, связанными с сигнальным раздражителем и сигнализируемой безусловной реакцией.

Классификация условных рефлексов.

Классифицировать условные рефлексы можно по нескольким параметрам. По характеру подкрепления выделяют положительные, при выработке которых применяется положительное подкрепление, например, пища, и отрицательные условные рефлексы, при выработке которых применяется отрицательное подкрепление, например, удар электрическим током. И.П.Павлов работал в основном с положительным подкреплением, а В.М.Бехтерев с отрицательным. Последний научал собаку отдергивать заднюю лапу от пола в ответ на включение звука, если какое-то время сопровождал этот условный сигнал ударом электрического тока.

По характеру подкрепления можно также выделить натуральные и искусственные условные рефлексы. Натуральные условные рефлексы — это такие рефлексы, которые образуются в ответ на воздействие агентов, являющихся естественными признаками сигнализируемого безусловного раздражителя. Примером может служить выработка условного слюноотделения у щенка на запах мяса. У новорожденного слюна выделяется только при попадании пищи в рот, но через некоторое время данная реакция появляется при наличии только ее запаха. В природе в чистом виде чаще всего встречаются именно такие условные рефлексы. Натуральные условные рефлексы вырабатываются быстрее, оказываются более прочными, чем искусственные. Искусственные условные рефлексы вырабатываются на не естественные в обычных условиях признаки безусловного раздражителя. Примером может быть выработка слюноотделения на световой или звуковой раздражитель. На выработку натуральных условных рефлексов у животных, скорее всего, существует врожденная предрасположенность. Это научение, вероятно, имеет сходный механизм с импринтингом, который дальше будет обсуждаться более подробно. Натуральные условные рефлексы лежат, как правило, в основе индивидуального развития организма. Это, вероятно, является причиной более легкого их образования, нежели искусственных.

Другие виды классификации условных рефлексов можно найти в книгах по высшей нервной деятельности, например, в учебнике А.Б.Когана “Основы физиологии высшей нервной деятельности”.