Загальні закономірності формування класичного умовного рефлексу
Павлов зміг скласти повний і точний опис основних особливостей формування умовного рефлексу, а його відкриття лягли в основу наступних досліджень у цій області. Нижче наведено опис деяких експериментальних відкриттів Павлова.
Вироблення умовних реакцій
Спочатку умовний стимул (УС) не викликає умовної реакції (УР). Але після декількох спільних появ з безумовним стимулом (БС) умовний стимул (скажемо, дзвоник) уже здатний викликати умовну реакцію (слиновиділення). Звідси ясно, що поява БС (їжа) одночасно з УС (або, частіше, відразу після нього) є визначальною дією в механізмі умовного рефлексу. Вважається, що це сполучення закріплює зв'язок; досліди, у яких присутні УС і БС, називаються закріпляючими пробами; досліди, у яких УС представляється без БС називаються пробами згасання рефлексу.
На мал. 4.3 представлена ідеальна крива научіння, у якій сила УР (вісь У) зіставляється з успішними закріплюючими пробами (вісь X). Тенденція очевидна: сила УР, спочатку нульова, стрімко росте і потім встановлюється на деякому рівні, відмінному від нуля. Це легко демонструється на прикладі слиновиділення в собаки у відповідь на дзвоник, але аналогічні приклади можна привести, спостерігаючи за поведінкою інших тварин, при інших УС і УР. Такий, коротенько, типовий паттерн фактично усіх випадків УР.
Як тільки зв'язок УС-БС досить закріпилася, УС може служити підкріпленням для наступних стимулів. Так, Павлов спочатку закріпив у собаки рефлекс слиновиділення у відповідь на удари метронома, використовуючи м'ясний фарш як БС. Коли рефлекс встановився, він став показувати собаці чорний квадрат слідом за ударами метронома, але вже без подачі їжі. Поєднання появи чорного квадрата і стукоту метронома повторювалося кілька разів, і згодом одного лише виду чорного квадрата було достатньо, щоб викликати виділення слини. Це явище називається обумовлюванням другого порядку. У результаті чорний квадрат став сигналом появи ударів метронома, що, у свою чергу сигналізували про появу їжі.
Рис. 4.3. Ідеальна крива научіння
Сила УР зіставляється з кількістю закріпляючих проб. Крива показує результат безлічі таких експериментів, які демонструють, що сила УР зростає зі збільшенням кількості проб, Однак кожна наступна проба приводить до меншого посилення УР, ніж попередня
Згасання і відновлення умовного рефлексу
Адаптивна цінність умовного рефлексу очевидна. Уявіть собі вовка, що знайшов якесь місце з безліччю мишей. Для вовка буде дуже корисно засвоїти цей зв'язок між мишами і даним місцем: тепер він буде знати, де імовірніше всього можна знайти ситну їжу наступного разу, коли він зголодніє. Але нічого доброго не було б у тому, якби цей зв'язок, один раз встановившись, уже ніколи не міг бути порушеним. Миші могли б залишити цю територію або бути повністю з'їденими, так що вовк дарма витрачав би час і енергію, знову і знову повертаючись на це уже пусте місце.
Ці міркування прекрасно співвідносяться з тим, що нам відомо про класичне обумовлювання. Павлов зміг показати, що механізм умовної реакції може бути зруйнований подібно тому, як був сформований. Точніше кажучи, він продемонстрував, що УР поступово зникає сам по собі, тобто без сполучення з БС. На його думку, сам зв'язок УС-БС уже припускає загасання умовного рефлексу. На мал. 4.4 приведена крива загасання в експерименті по припиненню дії рефлексу слиновиділення. Так само як на мал. 4.3, сила УР виміряється уздовж осі В, по осі X показується кількість досвідів (у даному випадку кількість проб, що послабляють — досвідів без підкріплення). В міру збільшення кількості проб потік слини висихає. У результаті собака засвоює, що УС більше не є сигналом до їжі.
Графік показує зниження кількості виділеної слини (УР) зі збільшенням кількості проб, що послабляють, у яких ВУС пред'являється без БС (Раavlov, 1928)
Але; і саме загасання може бути зупинено. Це відбувається шляхом відновлення умовного рефлексу, тобто подальшого проведення підкріплювальних досвідів. Відновлення умовного рефлексу звичайно відбувається швидше, ніж його первісне засвоєння; іншими словами, швидкість перенавчання вища, ніж швидкість навчання. Це справедливо навіть для ситуації, коли проби згасання проводилися аж до повного зникнення реакції на умовний стимул у тварини. Очевидно, при згасанні не відбувається повного «стирання» вихідної навички; після загасання умовного рефлексу тварина не повертається у свій первісний «наївний» стан. Вона зберігає деяку пам'ять про цю навичку, і ця пам'ять забезпечує швидкий старт у відновленні рефлексу.
Генералізація стимулу
Дотепер ми розглядали ситуації, у яких тварина навчалася за допомогою конкретних УС; дзенькоту дзвіночка, ударів метронома або чого-небудь ще,— а наступні тести приводилися з тим же стимулом. У реальному житті, однак, положення речей набагато складніше. Голос хазяїна, імовірно, завжди є сигналом появи їжі, але його точна інтонація міняється від випадку до випадку. Вид яблуні може правильно сигналізувати про наявність фруктів, але яблука розрізняються по кольору і формі. Дані факти жадають від тварини здатності реагувати на стимули, не ідентичні споконвічним УС, у противному випадку попередній досвід стає марним.
Природним наслідком із усього вищесказаного є поява у тварини так називаної генералізації стимулу — реакції на визначене коло стимулів, досить схожих зі споконвічним УС. Наприклад, у собаки вироблена умовна реакція на жовте світло. У наступних дослідах собака дасть найбільш сильну реакцію саме на жовте світло. Однак собака реагує (хоча і трохи слабше) і на жовтогаряче світло. Собака, імовірно, буде реагувати і на червоне світло, але реакція буде ще слабша. Загалом, чим більша різниця між новим стимулом і вихідним УС, тим слабша УР. Ця закономірність називається розподілом генералізації. Пік розподілу (найбільш сильна реакція) звичайно відповідає тестовому стимулові, ідентичному тому, що використовувався при научінні (мал. 4,5); реакція слабшає в міру того, як стимули стають усе менш і менш схожими на початковий.
На графіку показана генералізація реакції моргання в кроликів. УС — звук з частотою 1200 Гц, а БС — удар електричним струмом. Після того як умовна реакція на умовний стимул була вироблено, вимірялася генералізація шляхом пред'явлень різних тестових
стимулів; проранжованих від 400 до 2000 Гц , і було визначено відносну кількість проб, у яких кролики давали УР. На графіку показані результати після декількох тестових проб (Мооге, 1972)
Диференціація стимулів
Очевидно, що генералізація стимулу корисна, але вона не може застосовуватися занадто широко. Тигр може стати подібним до кошеняти, але той, хто прийме одного за іншого, швидше за все, пошкодує про це. Саме тому потрібно провести диференціацію і не намагатися приручити тигра.
Феномен диференціації стимулів легко продемонструвати в лабораторії. Спочатку в собаки формують умовну реакцію слиновиділення на УС — наприклад, на чорний квадрат. Після того як УР цілком встановленей, підкріплення з чорним квадратом у випадковому порядку чергується з дослідами, де інший УС (скажемо, сірий квадрат) не одержує підкріплення. Це продовжується доти, поки собака не стане в досконалості розрізняти їх, постійно виділяючи слину у відповідь на підкріплюваний стимул ( що позначається як УС+) і не даючи реакції на непідкріплюваний стимул ( що позначається як УС-). Звичайно, собака досягає цього не відразу. У процесі ранніх дослідів два механізми будуть змішуватися, або, точніше, генералізація буде переважати над диференціацією, і слина буде виділятися однаково на УС+- і УС-. Однак кількість цих помилок поступово зменшується доти, поки зрештою не буде досягнута повна диференціація.
Природно, диференціація буде складнішою при значній схожості УС- і УС+. У ситуації зі схожими стимулами відповідна реакція на УС+, імовірно, буде поширюватися і на УС-; у свою чергу, негативна реакція на УС- може розповсюджується і на УС+. У результаті собаці буде потрібно безліч спроб, перш ніж вона навчиться реагувати на стимул без помилок.
Чи схожі стимули, або чи легко вони диференціюються? У будь-якому випадку важливо, щоб тварина засвоїла значення і УС+, і УС-. Звичайно, вона засвоює, що УС+ сигналізує появу БС. А як же УС-? Можна подумати, що тварина сприймає цей стимул як такий, що не несе ніякої інформації — адже за цим стимулом не випливає БС. Але і тут є інформація: УС- свідчить про визначений відрізок часу, протягом якого БС, швидше за все, не з'явиться. Якщо БС — це голосний шум, тоді УС- є початком періоду відсутності шуму. Якщо БС — це їжа, тоді УС- показує, що їжа з'явиться не швидко.
Дійсно, УС- і УС+ мають протилежний сенс: УС- означає відсутність шуму або відсутність їжі, загалом, відсутність БС. Відповідно, реакція тварини на УС-, імовірно, буде зворотної реакції на УС+. Якщо БС — це раптовий сильний шум, то УС+ буде викликати страх; а УС- швидше за все, знижувати тривогу. Якщо БС — це їжа, то УС+ викликає слиновиділення, а УС- приводить до меншого виділення слини у тварини, ніж зазвичай. Таким чином, УС- приймає на себе роль інгібітора: він затримує реакцію, викликувану дією УС+.