Часть IV. Научение, запоминание и мышление

Глава 7. Научение и обусловливание

 

Классическое обусловливание

Классическое обусловливание — это процесс научения, при котором ранее нейтральный стимул начинает ассоциироваться с другим стимулом вследствие того, что второй стимул сопровождает первый.

Изучение классического обусловливания началось в первые годы XX века, когда российский физиолог Иван Павлов, уже получивший тогда Нобелевскую премию за исследования пищеварения, обратился к научению. Еще изучая пищеварение, Павлов заметил, что при одном только виде тарелки с едой у собаки начинает выделяться слюна. У любой собаки будет выделяться слюна, когда ей в рот кладут пищу, но эта собака научилась ассоциировать вид тарелки со вкусом пищи. Наткнувшись на случай ассоциативного научения, Павлов решил выяснить, можно ли научить собаку ассоциировать пищу с другими вещами, например со светом или звуком.

Эксперименты Павлова

В основном эксперименте Павлова сначала в слюнную железу собаки вживляют фистулу, чтобы измерять количество выделенной слюны. Затем перед собакой ставят миску, в которую автоматически может подаваться мясной порошок. Экспериментатор включает свет в окошке перед собакой. Через несколько секунд в миску подается немного мясного порошка, и свет выключается. Собака голодна, и записывающее устройство регистрирует обильное слюноотделение. Выделение слюны — это безусловный рефлекс (БУР), поскольку здесь никакого научения нет; по той же причине мясной порошок — это безусловный стимул (БУС). Эту процедуру повторяют несколько раз: свет, затем пища, свет, затем пища и так далее. После этого, чтобы проверить, научилась ли собака ассоциировать свет с пищей, экспериментатор включает свет, но не подает никакого мясного порошка. Если у собаки выделяется слюна, значит, она научилась этой ассоциации. Такое слюноотделение является условной реакцией (УР), а свет в данном случае — условным стимулом (УС) (таб. 7.1).

Таблица 7.1. Элементы классического обуславливания

Безусловный стимул (БУС)	Стимул, автоматически вызывающий реакцию, как правило, рефлекторную, без предварительного обуславливания
Безусловная реакция (БУР)	Первоначальная реакция на безусловный стимул, используемая в качестве базиса выработки обусловленной реакции на ранее нейтральный стимул
Условный стимул (УС)	Ранее нейтральный стимул, начинающий вызывать условную реакцию благодаря ассоциациям с безусловным стимулом
Условная реакция (УР)	Заученная или приобретенная реакция на стимул, первоначально не вызывавший реакции

Эту собаку научили, или обусловили, ассоциировать свет с пищей и реагировать на него выделением слюны. Схема эксперимента Павлова показана на рис. 7.1.

Варианты эксперимента. С годами психологи разработали множество вариантов павловского эксперимента. Чтобы оценить эти варианты, укажем на некоторые важные аспекты эксперимента с обусловливанием. Каждое парное предъявление условного стимула (УС) и безусловного стимула (БУС) называется пробой. Пробы, во время которых испытуемый научается ассоциировать эти два стимула, называют стадией приобретения. Говорят, что во время этой стадии повторные предъявления пары УС (свет) и БУС (пища) усиливают, или подкрепляют, ассоциацию между двумя стимулами, как показывает левая кривая на рис. 7.2. Если эта реакция не подкрепляется (БУС неоднократно пропускается), реакция будет постепенно уменьшаться; это называется угасанием и показано правой кривой на рис. 7.2.

Понятия приобретения и угасания создают интуитивное ощущение, что мы рассматриваем классическое обусловливание как научение предсказанию того, что произойдет дальше. (Это — ядро когнитивного подхода к обусловливанию, который мы рассмотрим позднее.) Когда предсказание успешно (т. е. подкреплено), животное научается и далее делать такое предсказание (т. е. имеет место приобретение); когда внешняя ситуация меняется так, что предсказание устаревает (не подкрепляется), животное научается его тормозить (угасание).

Обусловливание у разных видов. Классическое обусловливание распространяется на царство животных и может происходить у таких примитивных организмов, как плоские черви. Плоские черви сокращают свое тело, когда их раздражают слабым электрическим током, и если они прошли через достаточное количество сочетаний электрических ударов (БУС) со светом (УС), то со временем они будут сокращаться в ответ только на свет (Jacobson, Fried, Horowitz, 1967). Множество реакций у человека также можно классически обусловливать. Большинство таких реакций — непроизвольные. Для иллюстрации рассмотрим тяжелое положение раковых больных, проходящих химиотерапию с целью остановить рост опухоли. При химиотерапии пациентам делаются инъекции токсических веществ, в результате чего у них часто возникает тошнота. После нескольких сеансов химиотерапии пациентов иногда начинает тошнить, и им становится плохо, когда они еще только входят в процедурную. Неоднократное парное сочетание химиотерапии (БУС) и вида процедурной (УС) заставляет пациентов ассоциировать это помещение с химиотерапией, что приводит у них к ощущениям расстройства желудка еще до начала процедуры. Близкое явление возникает у маленьких детей, болеющих раком, когда перед сеансом химиотерапии им дают мороженое. Мороженое предназначалось для того, чтобы дети не так расстраивались перед предстоящей процедурой, но, увы, оно становится обусловленным ощущениями химиотерапии (теперь мороженое — это УС, а химиотерапия — БУС). В результате эти дети едва ли захотят есть мороженое даже вне ситуации химиотерапии (Bernstein, 1978).

Некоторые феномены и их применение

Открытие большого числа феноменов значительно укрепило всеобщность классического обусловливания и сделало его важным видом научения.

Обусловливание второго порядка. До сих пор в нашем рассмотрении обусловливания БУС всегда был биологически значимым — это были пища, холод или электрораздражитель. Однако силу БУС могут обретать и другие стимулы, если их последовательно сочетать с биологически значимыми БУСами. Вспомним пример с собакой, на которую воздействует свет (УС), после чего следует пища (БУС), и свет начинает вызывать условную реакцию. После того как у собаки выработан условный рефлекс, свет приобретает силу БУСа. Если теперь собаку поместить в обстановку, где на нее будет воздействовать звук, за которым в каждой пробе будет следовать свет (но не пища), то этот звук сам по себе со временем будет вызывать условную реакцию, хотя он никогда не сочетался с пищей. (Здесь должны быть также другие пробы, в которых свет снова сочетается с пищей; иначе первоначальная условная связь между светом и пищей угаснет.)

Существование такого обусловливания второго порядка значительно расширяет границы классического обусловливания, особенно у людей, для которых биологически значимые БУСы встречаются относительно часто. Теперь все, что надо для того, чтобы произошло обусловливание, — это сочетание одного стимула с другим, где последний сочетался предварительно с биологически значимым событием. Обратимся опять к примеру с химиотерапией. Предположим, что для пациента вид процедурной комнаты стал условным сигналом ощущений от химиотерапии (биологически значимым событием). Если пациенту неоднократно предъявлять нейтральный стимул, скажем, звук, за которым следует изображение процедурной, пациент может начать испытывать некоторые неприятные ощущения от одного только этого звука.

Генерализация и дифференцировка. После того как условная реакция стала ассоциироваться с определенным стимулом, эту же реакцию может вызывать другой стимул. Предположим, что у человека выработан условный рефлекс — средней силы эмоциональная реакция на звук камертона, соответствующий ноте "до" малой октавы. Уровень эмоциональности можно измерить по кожно-гальванической реакции (КГР): во время эмоционального напряжения изменяется электрическая активность кожи. У этого человека КГР будет меняться также в ответ на более низкий или более высокий тон без специального обусловливания (рис. 7.3). Чем больше новые стимулы похожи на первоначальный УС, тем вероятнее они будут вызывать условную реакцию. Этот принцип, называемый генерализацией, частично объясняет способность человека реагировать на новые стимулы, сходные с уже знакомыми.

Процесс дифференцировки является комплементарным по отношению к генерализации. Если генерализация — реакция на сходство, то дифференцировка — реакция на различие. Условная дифференцировка вырабатывается посредством избирательного подкрепления, как показано на рис. 7.4. Например, вместо одного тона теперь есть два: тон меньшей высоты, УС-1, за которым всегда следует электрический удар, и тон большей высоты, УС-2, за которым ничего не следует. Первоначально у испытуемых КГР появляется на оба тона. В ходе обусловливания, однако, амплитуда условной реакции на УС-1 постепенно возрастает, а амплитуда реакции на УС-2 уменьшается. В ходе такого дифференциального подкрепления у испытуемых вырабатывается условная реакция различения этих двух тонов. Более высокий тон, УС-2, стал сигналом для торможения заученной реакции.

Генерализация и дифференцировка происходят в повседневной жизни. Маленький ребенок, который научился ассоциировать вид своей комнатной собачки с игривостью, может поначалу относиться так ко всем собакам. Со временем, благодаря дифференциальному подкреплению, этот ребенок будет ожидать игривости только от собачек, похожих на его собственную. Вид угрожающей собаки будет тормозить реакцию приближения ребенка к ней.

Условный страх. Классическое обусловливание играет роль и в эмоциональных реакциях, таких как страх. Представим, что крысу помещают в закрытый ящик, в котором она периодически подвергается электрическому раздражению (путем электрификации пола). Как раз перед электрическим ударом раздается тональный сигнал. После неоднократного сочетания тона (УС) и удара током (БУС) тон сам по себе будет вызывать у крысы реакцию, являющуюся признаком страха, когда она перестает рыскать и притаивается; кроме того, у нее поднимается кровяное давление. У этой крысы был выработан условный страх при воздействии на нее того, что когда-то было нейтральным стимулом.

Начиная с плодотворного эксперимента Уотсона и Рэйнера (Watson & Rayner, 1920) стало известно, что у человека тоже можно выработать условный страх. Таким путем человек может приобрести множество страхов, особенно в раннем детстве (Jackobs & Nadel, 1985). Возможно, наилучшим свидетельством того, что это — классическое обусловливание, служит то, что некоторые из этих страхов, особенно иррациональные страхи — фобии, можно устранить психотерапевтическими методами, основанными на принципах классического обусловливания. Например, у человека, который сильно боится кошек, этот страх можно преодолеть путем постепенного и неоднократного предъявления ему кошек. Наверное, когда-то давно кот был у него условным стимулом для некоторых вредных безусловных стимулов, и теперь, когда этот человек неоднократно воспринимает такой УС при отсутствии БУС, этот обусловленный страх угасает. Заметьте, что если бы этого человека не лечили, он бы просто избегал кошек; следовательно, угасания не произошло бы и его фобия сохранилась бы. (Обсуждение обусловливания в связи с фобиями см в гл. 15, а в связи с терапией — в гл. 16.)

Предсказуемость и когнитивные факторы

До сих пор мы анализировали классическое обусловливание только применительно к внешним или окружающим событиям: за одним стимулом регулярно следует другой, и организм начинает их связывать между собой. Хотя этот бихевиористский взгляд доминировал много лет, уже давно находились исследователи, утверждавшие, что решающий фактор, который стоит за обусловливанием, — это то, что животное знает (Tolman, 1932). Согласно этому когнитивному взгляду, классическое обусловливание дает организму новое знание о связи между двумя стимулами; при наличии УС он научается ожидать БУС. Далее мы рассмотрим роль когнитивных факторов в классическом обусловливании.

Одновременность или предсказуемость? Со времен Павлова исследователи пытались определить, какой фактор для классического обусловливания является главным. Павлов полагал, что решающим фактором является совпадение УС и БУС во времени, то есть эти два стимула должны появиться близко по времени, чтобы выработалась ассоциация. Однако для совпадения по времени как основного фактора классического обусловливания есть альтернатива: необходимо, чтобы УС был надежным предвестником БУС. Другими словами, чтобы произошло обусловливание, БУС должен появляться с большей вероятностью при предъявлении УС, чем при его отсутствии.

В одном важном эксперименте (Rescorla, 1967) одновременность сопоставлялась с предсказуемостью. В некоторых пробах собак раздражали электрическим током (БУС), а в каких-то из этих проб электрическому удару предшествовал звуковой сигнал (УС). Процедуры для двух экспериментальных групп показаны на рис. 7.5. Число совпадающих по времени пар из звука и удара током в обеих группах было равным. Независимой переменной в группе А был звук, появлявшийся перед каждым электрическим ударом, а в группе Б наличие или отсутствие звукового сигнала перед таким ударом было равновероятно, так что звук здесь не имел реальной предсказующей силы. Предсказующая сила звука оказалась решающей: в группе А условный рефлекс сформировался быстро, а в группе Б — нет (это определялось по тому, реагирует или нет собака на звук так, как если бы она хотела избежать удара током). В других группах этого эксперимента (на рис. 7.5 не показаны) сила обусловливания была непосредственно связана с предсказательной ценностью УС, сигнализирующего о появлении БУС. Последующие эксперименты подтверждают вывод, что отношение предсказания между УС и БУС важнее, чем совпадение их по времени или частота парного предъявления УС и БУС (Rescorla, 1972).

То, что делала собака в предыдущем эксперименте, можно сравнить с обычным действием ученого. Встречаясь с вероятностью важного отрицательного явления, например грозовой бури, ученый-метеоролог пытается отыскать что-либо, что предвещало бы это явление. Это не может быть просто что-то из того, что происходит одновременно с грозой, потому что такому критерию удовлетворяет множество безобидных событий (например, тучи и даже наличие деревьев). Метеоролог должен найти события, предвещающие грозу в том смысле, что они происходят перед грозой, но не происходят в другое время. Сходным образом, когда собаке в предшествующем эксперименте приходилось иметь дело со значимым отрицательным явлением в виде удара током, она тоже пыталась найти какое-то предупреждающее его событие. И подобно метеорологу, эта собака не обращается к событиям, которые просто происходят одновременно с ударом (например, вид экспериментальной установки или звук в экспериментальной группе Б); собака отыскивает явление, которое происходит всякий раз перед ударом, но не происходит в другое время (звук в экспериментальной группе А) и, следовательно, действительно предупреждает об ударе током.

Предсказуемость и эмоции. Предсказуемость важна также для эмоциональных реакций. Если определенный УС надежно предвещает наступление боли, то отсутствие этого УС предупреждает, что боли не будет и организму можно расслабиться. Следовательно, УС — это сигнал «опасности», а его отсутствие — сигнал «безопасности». Когда такие сигналы неустойчивы, эмоциональные издержки организма могут стать разорительными. Когда у крыс есть надежный предвестник грядущего удара током, они реагируют страхом только при наличии сигнала опасности; если же надежного предвестника у них нет, они непрерывно беспокоятся и у них даже может развиться язвенная болезнь (Seligman, 1975).

Здесь отчетливо видны параллели с эмоциями человека. Если зубной врач дает ребенку сигнал опасности, предупреждая, что сейчас будет больно, ребенку будет страшно, только пока процедура не кончится. Напротив, если зубной врач всегда говорит, что «больно не будет», хотя на самом деле иногда бывает больно, ребенок, не имея сигналов опасности и безопасности, может испытывать сильное беспокойство при каждом появлении зубного врача в кабинете. Во взрослом возрасте многие из нас переживали беспокойство, находясь в потенциально опасной ситуации, где не было предостерегающих сигналов. Неприятные события по определению неприятны, но неприятные и непредсказуемые события уж совсем непереносимы (этот момент подробнее обсуждается в гл. 14).

Биологические ограничения

В этой главе мы уже упоминали о том, что разные биологические виды научаются одному и тому же при помощи различных механизмов. Относящиеся сюда феномены были открыты этологами — биологами и психологами, изучающими поведение животных в естественном окружении. Эти феномены говорят о том, что то, чему организм может научиться путем обусловливания, определяется его биологическим устройством.

Этологический подход. Этологов, как и бихевиористов, интересует поведение животных, но они уделяют большее внимание не научению, а эволюции и генетике. Поэтому этологи придерживаются иного подхода к научению, полагая, что оно жестко ограничено генетическими задатками животного и что разные виды научаются одним и тем же вещам разными способами. (С другой стороны, ранние бихевиористы полагали, что законы научения у всех видов одинаковы.) Как отмечают этологи, когда животное учится, оно подчиняется генетически заданному «поведенческому проекту»; так же как архитектурный проект накладывает ограничения на те функции, которым может служить здание, так и поведенческий проект генетически ограничивает виды ассоциаций, которым организм может научиться. То есть животные предпрограммированы заучивать определенные вещи определенными способами.

Ограничения в классическом обусловливании. Некоторые наиболее яркие демонстрации ограничений в классическом обусловливании получены в исследованиях вкусового отвращения. В типичном эксперименте крысе дают пить раствор с добавкой, скажем, ванили. Выпив его, крыса слегка отравляется и заболевает. Когда крыса выздоравливает, ей опять предлагают ванильный раствор. Теперь крыса добросовестно избегает этого раствора, поскольку она научилась ассоциировать вкус ванили с болезненным состоянием. Довольно очевидно, что такое избегание — пример классического обусловливания: первоначальный вкус раствора — это УС, болезненные ощущения — это БУС, а после обусловливания вкус сигнализирует о возможном наступлении болезни.

Согласно ранним идеям бихевиористов, можно было бы ожидать, что свет или звук выполняет ту же сигнальную функцию, что и вкус. То есть если свет — столь же эффективный стимул, как и вкус, то ассоциацию между светом и болезненным ощущением выработать ничуть не труднее, чем ассоциацию между вкусом и болезненным ощущением. Но на самом деле оказывается иначе. Это было показано в эксперименте, представленном в табл. 7.2. На первом этапе экспериментальной группе крыс дают лизать трубку, содержащую раствор с добавкой; каждый раз, когда крыса лижет трубку, предъявляются щелчок и свет. Так крыса ощущает три стимула одновременно — вкус раствора, а также свет и щелчок. На втором этапе этих же крыс слегка отравляют. Вопрос: какие стимулы — вкус или свет + щелчок — будут ассоциироваться с болезненным ощущением? Чтобы ответить на него, на третьем, и последнем, этапе крысам экспериментальной группы снова дают ту же трубку; иногда у раствора в трубке тот же вкус, что и раньше, но нет света и щелчка, а иногда раствор безвкусный, но свет и щелчок предъявляются. Животные избегают раствора, когда они ощущают его вкус, а не при предъявлении пары свет + звук; следовательно, крысы ассоциировали с болезнью только вкус. Как показывает контрольный эксперимент, представленный в нижней части табл. 7.2, эти результаты нельзя приписать тому, что вкус — более сильный УС, чем свет + щелчок. На втором этапе крысам контрольной группы вместо мягкой отравы давали удар током. Контрольные крысы на заключительном этапе эксперимента избегали раствора только тогда, когда предъявлялся свет + щелчок, а не когда они ощущали только вкус (Garcia & Kolling, 1966).

Таблица 7.2. Эксперимент по ограничениям и вкусовому отвращению

	Этап 1	Этап 2	Этап 3
Экспериментальная группа	Вкус и свет+щелчок	Болезненное ощущение	вкус —> избегать свет+щелчок —> не избегать
Контрольная группа	Вкус и свет+щелчок	Удар током	вкус —> не избегать свет+щелчок —> избегать

План эксперимента, показывающего, что вкус — более сильный сигнал для болезненного ощущения, чем для удара током, тогда как свет+щелчок — более сильный сигнал для удара током, чем для болезненного ощущения (по: Garcia & Koelling, 1966).

Таким образом, вкус — более сильный сигнал для болезненного ощущения, чем для удара током, а свет + щелчок — более сильный сигнал для удара током, чем для болезненного ощущения. Почему существует такая избирательность ассоциаций? Она не согласуется с представлениями раннего бихевиоризма, что стимулы равной силы могут заменять друг друга; поскольку и вкус, и свет + щелчок могут стать эффективным УС и поскольку после проявления болезненных ощущений и раздражения от удара током и то и другое могут стать эффективным БУС, то любой из этих УС мог бы ассоциироваться с любым из БУС. Напротив, избирательность ассоциирования прекрасно согласуется с этологическим подходом и его акцентом на эволюционной адаптации животных к своему окружению. В естественных условиях обитания крысы (как и другие млекопитающие) при выборе пищи полагаются на вкус. Следовательно, может существовать генетически предопределенная, или «встроенная», связь между вкусом и пищеварительными реакциями, что благоприятствует ассоциации между вкусом и болезненными ощущениями, но не между светом и болезнью. Кроме того, в естественном окружении крысы боль, возникающая в результате таких внешних факторов, как холод или ранение, всегда вызывается внешними стимулами. Следовательно, может существовать встроенная связь между внешними стимулами и «внешней болью», благоприятствующая ассоциации между светом и ударом током, но не между вкусом и ударом током.

Если крысы научаются ассоциировать вкус с болезненными ощущениями потому, что это согласуется с их естественными способами выбора пищи, то, может быть, другим видам с иными способами выбора пищи будет трудно научиться ассоциировать вкус с болезненными ощущениями? Именно это и происходит. В естественных условиях птицы выбирают пищу по внешнему виду, а не по вкусу, и они легко научаются ассоциировать свет с болезнью, но не вкус с болезнью (Wilcoxin, Dragoin & Kral, 1971). Таким образом, здесь мы видим прекрасный пример того, как разные виды научаются одному и тому же (причине заболевания) различными способами. Короче, если мы хотим знать, что и чем можно обусловливать, нельзя брать УС и БУС порознь; мы должны рассмотреть их в сочетании и выяснить, насколько хорошо оно соответствует встроенным взаимосвязям. Такой вывод значительно отличается от того, что законы научения одинаковы для всех видов и ситуаций.

---