Ассоциативная модель. Рефлекторный уровень. Сенсорное научение

В предыдущем параграфе, разъясняя суть научения, мы употребляли одно слово, которое само нуждается в разъяснении. Это слово – «усвоение».

Что значит усвоение? В чем оно заключается? Благодаря чему оно происходит?

Чтоб найти ответ на эти вопросы, начнем, как и раньше делали, с самых простых и универсальных фактов научения у животных. Применительно к ним вопросы, поставленные выше, приобретают примерно такую форму: Почему тот или иной раздражитель превращается в стимул? Как это происходит и при каких условиях? Почему животное начинает отвечать на него той или иной реакцией? Как возникает такая реакция и при каких условиях?

Простое наблюдение уже не в состоянии дать однозначного ответа на все эти вопросы. Необходим эксперимент, т. е. строго организованное наблюдение в такой обстановке, где будут искусственно то создаваться, то устраняться определенные условия. Так что их роль в процессе научения можно будет строго контролировать и выявлять.

Первым сформулировал и применил такой экспериментальный метод объективного исследования процессов научения у животных великий русский физиолог И. П. Павлов.

Идея этого метода возникла у Павлова в связи с его исследованиями деятельности желудка и различных желез пищеварения, – поджелудочной железы, слюнной и др. В ходе экспериментов он обратил внимание на одну важную деталь. Слюна у собак выделялась не только когда пища попадала им в рот, но и от одного вида пищи. А иногда стоило собаке услышать шаги служителя, который ее должен накормить, у нее уже начинала капать слюна.

Проанализируем поведение собаки. Во-первых, ясно, что в основе его лежит врожденная реакция. Пища во рту вызывает возбуждение в мозгу, которое в свою очередь вызывает слюноотделение. Это – безусловный рефлекс, потому что связь между ощущением, получаемым от пищи, положенной на язык, и между командой к выделению слюны является врожденной.

Теперь предположим, что обстановка усложняется. Не будем гонять каждый раз служителя, чтобы наблюдать, как собака реагирует на его шаги. Возьмем искусственный сигнал. Например, давая собаке пищу, одновременно будем зажигать лампочку. Достаточно 10 – 12 повторений, чтобы одна вспышка лампочки вызывала у собаки бурную пищевую реакцию. У нее начинает течь слюна, она рвется к лампочке, пытается облизнуть и даже схватить ее в рот, т. е. обращается с лампочкой так, как если бы это был кусок мяса. Иначе говоря, возбуждение от вспышки лампочки, возникшее в зрительном поле, каким-то образом связалось с раздражением от пищи.

Имелась ли у собаки такая врожденная связь? Нет, до опыта собака не реагировала на те же вспышки пищевым поведением.

Значит, эта связь возникла, создалась, замкнулась в ходе экспериментов. Она была приобретена благодаря многократному совпадению во времени зажигания лампочки с последующим появлением пищи. Пищу в данном случае называют безусловным раздражителем. Вспышку лампочки называют сигналом или условным раздражителем. Сочетание условного раздражителя с безусловным называют подкреплением. Весь же этот механизм замыкания временных связей именуют условным рефлексом.

Почему условным? Потому что он не врожден, а возникает лишь при определенных условиях. А именно, когда подкрепление достаточно быстро следует за условным раздражителем, причем, безусловный раздражитель сильнее условного.

Концепция условного рефлекса, предложенная И. П. Павловым, позволила ему дать определенные ответы на все вопросы, поставленные в начале этого параграфа.

Почему тот или иной, ранее безразличный раздражитель превращается в стимул? Потому что этот раздражитель устойчиво соседствует во времени с определенным врожденным раздражителем.

Как это происходит и при каких условиях? Это происходит путем образования временной нервной связи между отображениями в мозгу соответствующих раздражителей. Условием образования такой связи является подкрепление.

Почему животное начинает отвечать на условный раздражитель той или иной реакцией? Потому что эта реакция является врожденным ответом организма на соответствующий безусловный раздражитель.

Как это происходит и при каких условиях? Это происходит благодаря срабатыванию образовавшейся «сквозной» связи от условного раздражителя через безусловный к реакции, и при условии, что такая связь образовалась.

Концепция условного рефлекса позволила И. П. Павлову не только объяснить процесс научения, но и объективно выявить его закономерности (т. е. как именно протекает образование временных нервных связей).

Как показали многочисленные опыты, условные рефлексы могут быть выработаны с любых органов, т. е. на любые ощущения – зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые, кожные, мышечные, с желудка, мочевого пузыря, кишечника и т. д. В зависимости от безусловного рефлекса, который лежит в их основе, они могут быть пищевыми, половыми, оборонительными, ориентировочными и т. д.

Условный рефлекс, который мы рассмотрели, является искусственным. Он создан в лаборатории с помощью специальных приборов и условий. В жизни для животного сигналами становятся естественные свойства соответствующих безусловных раздражителей: запах пищи, рычание хищника и т. п. Эти сигналы, связавшись через безусловные рефлексы с врожденными реакциями на соответствующие раздражители, начинают управлять поведением животного.

Таким образом, в условном рефлексе мы имеем механизм, с помощью которого «связи вещей» отражаются в связях между состояниями и действиями организма.

Используя этот подход, И. П. Павлову удалось выяснить существенные свойства и закономерности механизма обучаемого поведения.
Первое явление, которое он обнаружил, иллюстрируется следующим экспериментом. Вырабатывается условный рефлекс на красный свет, такой прочный, что собака относится к красной лампочке прямо, как к куску мяса. Тогда условия эксперимента изменяют – зажигают зеленый свет. Что происходит? Собака реагирует на него тоже. Эту закономерность Павлов назвал генерализацией эффекта. Она заключается в том, что условный рефлекс сначала обобщается, распространяется на все похожие стимулы. Эта генерализация может распространиться очень широко, вплоть до того, например, что собака, у которой вырабатывают условный рефлекс на стук, начинает реагировать на любой громкий звук тем же рефлексом. Правда, чем менее похож стимул на исходный, тем слабее будет реакция. Например, если условным раздражителем служила красная лампочка, то на зеленую

реакция будет довольной сильной, на синюю — слабее, на тускло синюю—совсем будет слабенькой.

Все это ослабление рефлекса по мере возрастания несходства стимулов называют градиентом генерализации. (Градиент – означает показатели падения напряжения, напряженности поля).

Теперь усложним наш эксперимент. Каждый раз, когда зажжена красная лампочка, мы подкрепляем связь, т. е. даем собаке пищу. А каждый раз, когда зажигается зеленая лампочка, мы не подкрепляем, т. е. ничего ей не даем. Или того хуже, она получает удар электрическим током. После нескольких повторений собака реагирует слюновыделением только уже на красную лампочку. На зеленую она никак не реагирует, или если ее зажигание сопровождали ударом тока, рвется, визжит, пытается убежать, когда эта лампочка загорается. Значит, у собаки возникло различение между этими двумя похожими стимулами. По-латински, «различать» — дифференцировать, и это второе явление, соответственно, И. П. Павлов назвал дифференцировкой.

Наконец, третье свойство механизма условных рефлексов, которое открыл И. П. Павлов, заключается в следующем. Предположим, у собаки выработали прочный условный рефлекс на красную лампочку и четко его отдифференцировали. Она сразу и однозначно «узнает» красную лампу, энергично выделяет слюну, машет хвостом и вообще «ждет», что ее сейчас накормят. А теперь мы начинаем бедную собаку «обманывать»: мы зажигаем раз за разом красную лампочку, но кормежки ей не даем. Что происходит?

Чем чаще мы «обманываем», т. е. чем чаще не подкрепляем условный раздражитель, тем слабее становится рефлекс. Например, на втором «пустом» зажигании лампочки выделяются те же 15 капель слюны, на 10-м «пустом» зажигании – только 5 капель, на 20-м – уже ни одной капли, т. е. собака вообще не реагирует.

Такой процесс Павлов назвал угасанием условного рефлекса. Это и есть третье его основное свойство – неподкрепляемый условный рефлекс угасает.

Это очень существенное и полезное свойство. Ведь важно не только научиться правильному действию, но и отучиться от него, когда оно перестает давать эффект, теряет свою целесообразность.

Чем вызвано это угасание условного рефлекса? Скорее всего первое предположение будет самым простым. Связь не подкрепляется, вот она и разрушается, распадается. Примерно так, как разрушается любой механизм, если его не ремонтировать, т. е. не восстанавливать вовремя.
Но в том-то и дело, что, оказывается, сама связь сохраняется. Вот мы 30 раз подряд «обманули» собаку. Она на красную лампу уже не обращает внимания. Но через недельку попробуем снова зажечь красную лампочку, и что такое – собака опять к ней тянется и выделяет слюну!

Значит, связь у нее в мозгу осталась. Она еще многие и многие месяцы сохраняется, иногда многие годы. Например, дрессированных животных иногда списывают по старости «на покой». И известны случаи, когда такой бывший четвероногий артист через многие годы под влиянием подходящего стимула вдруг начинает выкидывать разные фокусы, которые когда-то показывал в цирке, т. е. образованные у него временные связи сохраняются многие годы.

Почему же не работают эти связи, не проявляются при угасании условного рефлекса, если они есть? Объяснить это можно только тем, что при неподкреплении в мозгу возникает какой-то процесс, который тормозит изнутри реализацию этой связи, не пускает ее срабатывать, поскольку обнаружилось, что она «не годится» в данных условиях.

Этот активный процесс временного подавления связи Павлов назвал условным торможением. Его следует отличать от процесса забывания. Забывание – это распад связей, вызванный органическими или функциональными причинами. Это пассивный процесс. Ведь связь, которой нет, ее и тормозить нечего. А торможение – процесс активный. Он направлен на предупреждение срабатывания имеющихся связей.
Как видим, механизм условных рефлексов дает не просто отражение действительности. Он обеспечивает выделение определенных ее свойств (через дифференцировку), их обобщение (через генерализацию), наконец, оценку их значимости для животного (через торможение неподкрепляемых связей), т.е. осуществляет анализ и синтез информации, поступающей из внешнего мира, с точки зрения ее значения для выработки приспособительных реакции организма.

Итак, павловская модель дает в итоге следующую тeopию процесса научения.

1. Сущность научения заключается в освоении особью новых биологических значимых свойств вещей и явлений окружающего мира.
2. Содержание научения заключается в образовании связи между сигналами о свойствах вещей и явлений, поступающими в мозг одновременно или с небольшим интервалом (не более 3—4 минут). Точнее — связи между отражениями этих сигналов, закрепленными в мозгу. Схематически ее можно обозначить (рис. 1).

3. Необходимыми условиями образования такой связи являются:
а) Подкрепление - один из сигналов должен иметь биологическое значение, т. е. врожденную связь с определенными полезными реакциями организма.
Этим обеспечивается то, что при научении будут выделяться связи вещей, существенные для организма, т. е. такие, которые ему полезны, ведут к удовлетворению его потребностей.
б) Повторение — совпадение условного сигнала и безусловного должно происходить в опыте животного несколько раз за достаточной короткий промежуток времени.

Этим обеспечивается отсеивание случайных единичных совпадений и выделение устойчивых повторяющихся, т. е. закономерных связей вещей и их свойств.

4. Наконец, основой научения являются генерализация и дифференцировка стимулов, а также их угасание при неподкреплении. Эти особенности механизма научения обеспечивают, как мы видели, синтез, анализ и оценку информации, поступающей из внешнего мира, с точки зрения ее биологического значения для организма.

В основе павловской модели научения лежат три главных предположения.

Первое – что научение заключается в образовании новых связей между различными элементами чувственного опыта организма. Связь по ? латински – «ассоциация». Поэтому павловскую модель научения можно назвать ассоциативной.

Второе — что научение выражается в улучшающейся дифференцировке этих элементов чувственного опыта с точки зрения их биологического значения. Чувство – по-латински «сенсус». Поэтому процесс, который описывает павловская модель можно назвать сенсорным научением.
Третье — что механизмы поведения имеют рефлекторный характер. Поэтому можно сказать, что павловская модель описывает научение на рефлекторном уровне.

Объединяя все эти черты, павловскую теорию научения можно охарактеризовать как ассоциативную модель сенсорного научения на рефлекторном уровне.

Многочисленные исследования показали, что описываемый ею механизм в той или иной мере обнаруживается почти у всех многоклеточных животных. Когда мы говорили о наличии фактов обучения у большинства живых существ—от гидры до высших млекопитающих, то речь шла именно о их способности к образованию условных рефлексов. И во всех случаях обнаруживаются те же условия их формирования (подкрепление, повторение) и те же закономерности их изменений (генерализация, дифференцировка, угасание при неподкреплении).

Вернуться в оглавление: Современные проблемы психологии обучения