Случаи приобретения опыта, не объясняемые теорией ассоциативного научения.

Механизм ассоциативного научения, подробно изученный школой Ф.Скиннера и И.П.Павлова, не объясняет многие формы приобретения опыта, которые встречаются у животных в естественной среде обитания, а также у человека. Понимание этого пришло в связи с развитием этологического подхода к анализу поведения, а также с появлением когнитивных идей в зоопсихологии, которые были связаны прежде всего с работами Э.Толмена и одного из основателей гештальтпсихологии В.Келера. Эти исследования привели к заключению о том, что поведение животных организмов не укладывается в механистические представления бихевиоризма. По Скиннеру животное – это некая живая машина, которая по механизму ассоциаций приспосабливается к изменениям во внешней среде. Механизм ассоциаций признавался универсальным принципом научения для всех видов животных, начиная с примитивных позвоночных и кончая человеком. Бихевиоризмом не учитывалась специфика разных видов животных, их биологические особенности. Они не замечали того очевидного факта, что организм, как уже говорилось выше, способен научиться только тому, к чему он потенциально предрасположен по своей биологической организации. Рассмотрим более подробно проблему, связанную с влиянием биологических факторов на научение.

Биологические факторы и научение.

Адаптивные наследуемые изменения, которые возникают у данного вида животного в ходе эволюции, порождают внутреннюю (генетическую) предрасположенность представителей этого вида к тем или иным формам приобретения опыта. Это центральное положение биологического подхода к научению доказывается следующими фактами.

Во-первых, известно, что в индивидуальном развитии организма определенные виды научения являются заранее запрограммированными, то есть происходят только на определенных стадиях онтогенеза. Например, у человека дети обладают поразительной способностью к овладению языком в возрасте от двух до семи лет. Если ребенок лишен в этом возрасте языковой среды, то он в дальнейшем практически не может освоить язык, какие бы условия ему не создавали. У птиц есть аналогичные периоды предрасположенности к освоению пения. Наиболее яркий пример запрограммированного (врожденного) научения – это явление импринтинга, который будет рассмотрен дальше. Другими словами, биологической природой организма предначертано, когда и как он будет приобретать опыт. Животное может научиться чему-либо не всегда, а только тогда, когда настало для этого время.

Во-вторых, было показано, что в условиях оперантного научения у животных закрепляется не просто какое-то случайное движение (которое понравилось экспериментатору), а такое движение, которое является частью репертуара инстинктивного поведения. Так толкательное движение, которое производил голубь в клетке Скиннера при игре в кегли, составляет неотъемлемую часть инстинктивного пищевого поведения этой птицы – отбрасывания земли в сторону для обнаружения семян. Если бы этого движения не было в репертуаре голубя, то Скиннер никогда не научил бы голубя играть в эту игру.

В-третьих, степень совместимости врожденного и вырабатываемого в ходе научения поведения сильно влияет на легкость, с какой приобретается новая реакция. Например, крысы приблизительно за пять проб научаются перебегать из одного ящика в другой, избегая удара электрическим током, но им требуется сотни проб, чтобы для избегания тока научиться нажимать на рычаг. С другой стороны, крысы, которые могут нажать на рычаг, чтобы избежать удара током и попасть в отделение ящика, где тока никогда не бывает, научаются нажимам быстрее, чем крысы, которые могут нажимать на рычаг, но при этом не получают доступа в другое отделение. Данный факт связан с тем, что в природных условиях крысы на неблагоприятное воздействие предпочитают спасаться бегством, а не совершать защитные движения, которые могут проявляться в этой ситуации, например, у других видов животных. Таким образом, научение избеганию идет гораздо быстрее, если вырабатываемый экспериментатором рефлекс совместим с естественной реакцией животного на применяемое “наказание”.

Наконец, наиболее интересные примеры влияния биологических факторов на научение были показаны американским зоопсихологом Джоном Гарсиа. Известно, что, если животное найдет определенный корм и съест его, а потом будет чувствовать себя больным, то в дальнейшем оно не станет брать эту приманку. Дж.Гарсиа смоделировал этот вид приобретения опыта в условиях эксперимента. Он кормил крыс безвредным кормом, выкрашенным в какой-нибудь цвет, и через некоторое время искусственно вызывал у них болезненное состояние, например, облучал их рентгеновским излучением или вводил в желудок небольшую порцию отравляющего вещества. После выздоровления животные начинали избегать соответствующего корма. Таким образом, у них создавалась ассоциация между данной пищей и последующим болезненным состоянием. Но это была ассоциация, которая не вписывалась в теорию Ф.Скиннера и И.П.Павлова. Во-первых, для выработки классической ассоциации необходима достаточная близость во времени между связываемыми событиями. В разбираемом научении недомогание (отрицательное подкрепление) появлялось через несколько часов после приема пищи. Во-вторых,  эта связь формировалась после однократного сочетания событий. При выработке условного или инструментального рефлекса требуется хотя бы несколько сочетаний связываемых событий. В-третьих, теория ассоциаций не объясняет следующего факта в этом научении. Между потреблением отравленной пищи и ее последствием может происходить много разных событий, с которыми организм мог бы ассоциировать болезненной состояние, например, потребление другого нормального корма и т.д. Но этого не происходит. Связь устанавливается именно между ухудшением состояния и конкретной пищей.  Чтобы объяснить этот вид приобретения опыта были выдвинуты следующие предположения. У животных, по мнению С.Роуз, после поедания отравленной пищи, вероятно, формируется некое “представление” о ней – “модель”, которая удерживается в мозгу определенное время, оставаясь нейтральной. Если эта модель через несколько часов подкрепляется отрицательно, то она закрепляется (уходит в долговременную память) в качестве неблагоприятного воздействия. Именно свойством модели сохраняться некоторое время в кратковременной памяти объясняется первая особенность этого научения, связанная с большой отсрочкой между действием стимула и подкреплением. С другой стороны, данное предположение может говорить о когнитивной природе данного научения, о чем будет более подробно сказано дальше. Третью особенность этого вида приобретения опыта можно объяснить, обратившись к принципу значимости стимула. Гарсиа пишет: “Принцип значимости, определяющий ассоциацию отдаленных физиологических последствий со вкусом еды, состоит в том, что вкус обладает большой ассоциативной силой по отношению к физиологическим последствиям, тогда как ассоциативная сила других экстероцептивных стимулов в этом случае мала.” Таким образом, очевидно, во время еды животное обычно обращает внимание на признаки, эффективные с точки зрения выработанного избегания ее физиологических последствий. Например, крысы в норме обращают внимание на запах и вкус, а птицы – на внешний вид пищи. Если же грозит удар током, то крысы обращают внимание на зрительные стимулы, а птицы – на слуховые.

Таким образом, современная точка зрения на механизмы приспособления к окружающей среде обогатилась биологической направленностью. Но это не значит, что принцип ассоциаций уходит со сцены. Он не теряет своей объяснительной сущности, он просто не решает полностью проблему научения.

Когнитивный подход к научению.

Слово “когнитивный” происходит от латинского глагола, который означает “знать”. Когнитивная деятельность включает в себя такие аспекты процессов научения и мышления, которые нельзя наблюдать непосредственно, но о которых часто свидетельствуют косвенные данные.  Бихевиористы пытались игнорировать эти аспекты поведения организмов, так как, по их мнению, они недоступны для научного анализа. Но ход развития науки привел к пониманию того, что изъятие из объяснительных схем когнитивных понятий приводит к упрощенному взгляду на поведение животных. Это, в свою очередь, может привести к поверхностному и даже ложному взгляду на поведение человека, что нашло яркое выражение в философских взглядах Ф.Скиннера. Одним из первых это понял американский зоопсихолог Эдвард Толмен, который начинал свой научный путь с признания бихевиоризма. Э.Толмена считают создателем, так называемого, когнитивного бихевиоризма, идеи которого он изложил в своей книге “Целенаправленное поведение у животных и человека”, вышедшей еще в 1932 году.

Когнитивная теория научения Э.Толмена.

Первое положение. Между стимулом и реакцией действуют, так называемые, “промежуточные переменные”, которые оказывают существенное влияние на поведение животного.

Если бихевиористы при анализе поведения исходили из схемы S (стимул) ® R (реакция), то Э.Толмен акцентировал внимание на схеме S®Т®R, где Т – это “промежуточные переменные”, к которым он относил такие понятия как мотивы, цель, когнитивные карты и т.д. С точки зрения физиологии к ним относятся внутримозговые процессы, которые могут изменять реакцию на тот или иной стимул. С точки зрения психологии – это совокупность познавательных и побудительных факторов, которые действуют между непосредственными стимулами и ответной реакцией.

Э.Толмен считал, что действие внешнего стимула приводит к выработке животным организмом определенной программы поведения, которая формируется исходя из прошлого опыта и специфики наличной ситуации. Только вслед за этим происходит внешняя реакция, которая осуществляется в соответствии с созданной внутренней программой. Таким образом, по Э.Толмену поведение в значительной мере регулируется именно центральными детерминантами.

Разумность идей Толмена подтверждается хотя бы таким экспериментом. Мы сажаем голодную крысу в лабиринт. С точки зрения бихевиоризма крыса должна начать хаотическую внешнюю активность, которая в результате проб и ошибок приведет ее к пище. Но, на самом деле, это не так. Крыса передвигается не хаотически. Она изначально демонстрирует определенную тактику передвижения по лабиринту. Если это тактика приводит ее к успеху, то она закрепляется, если нет, то она сменяется другой. В конце концов, она проверит все возможные варианты передвижения, пока не выберет наиболее оптимальный в этих условиях. Такое поведение крысы в лабиринте дало основание зоопсихологу Кречевскому предположить, что животное последовательно выдвигает “гипотезы” в отношении своего поведения и проверяет их на эффективность. Интересно то, что после стабилизации определенной тактики крыса в определенные моменты начинает проверять, а не изменились условия в лабиринте, то есть применяет новые тактики (проверяет новые гипотезы по Кречевскому).

Вообще раньше при рассмотрении процессов научения у животных не обращали большого внимания на ранние этапы этого процесса. Но именно на этих этапах происходят наиболее и сложные и интересные явления, которые, связаны, в частности с программированием поведения. Бихевиористы полагали, что такого программирования у животных не существует, а животное действует по методу проб и ошибок, как было уже неоднократно сказано. Но это не так уже по одному тому факту, что при обучении методом проб и ошибок возникающее “дерево возможностей” столь велико, что процесс типа случайного отбора не может обеспечить выбор оптимального поведения за разумно приемлемый промежуток времени. Животное начинает процесс научения не с “нуля”. Есть основание утверждать, что на основе первого же знакомства со средой оно, во-первых, формирует “представление” об ее организации, во-вторых, как уже было сказано, выдвигает “гипотезы” для разрешения данной проблемной ситуации. Животное реализует эти “гипотезы” в виде определенных поведенческих тактик, с помощью которых и проверяет правильность выдвинутых “представлений”.

Второе положение. Научение связано с появлением в мозге определенных познавательных структур, в частности, когнитивных карт.

С точки зрения Э.Толмена крыса, например, научается правильно находить путь к пище в лабиринте благодаря тому, что у нее в мозге формируется “когнитивная карта” этого лабиринта, а не простая сумма двигательных навыков. Другими словами, когда крыса отыскивает корм в знакомом лабиринте, у нее имеется мысленный образ пищи и лабиринта, на который она опирается в этих поисках. Как говорил Э.Толмен, крыса “знает, что к чему ведет”. С точки зрения бихевиористов у крысы при помещении в знакомый лабиринт никакого образа не формируется, а появляется совокупность выработанных по методу проб и ошибок команд, автоматически ведущих к желаемому объекту.

Третье положение. Не всякое научение связано с подкреплением.

Э.Толмен открыл и изучил, так называемое, латентное научение, которое можно отнести к когнитивным формам приобретения опыта.

Латентное научение – это научение, которое происходит путем образования ассоциации между индифферентными раздражителями или ситуациями в отсутствие явного подкрепления.

Этот тип приобретения опыта можно продемонстрировать на примере поведения крысы в лабиринте. Если поместить сытую крысу в лабиринт (в нем нет пищи), то она начнет его обследовать, бегать по коридорам, обнюхивать углы и т.д. Обучается ли она в это время чему-нибудь? С точки зрения бихевиоризма животное в этом случае не приобретает никакого опыта, так как нет подкрепления (крыса сытая, а пищи в лабиринте нет). Э.Толмен же доказал, что это не так. На самом деле, у животного в этом случае происходит латентное (скрытое) обучение. Она запоминает определенные стимулы, расположение коридоров и т.д. Это научение скрытое потому, что результаты его могут проявиться только в определенных условиях, а именно тогда, когда этот опыт понадобиться. Это доказывается тем, что, если после такого предварительного знакомства эту крысу (уже голодную) обучать находить пищу, которую кладут в строго определенное место лабиринта, то она научиться оптимальному поведению в этих условиях намного быстрее, нежели крыса, которая в этом лабиринте никогда не была. Другими словами, в период знакомства с новыми условиями животное без всякого внешнего подкрепления извлекает значимую информацию, которая может пригодиться в определенных условиях.

В какой форме извлекается эта информация? Э.Толмен предположил, что латентное научение происходит в виде появления в мозге у животного “когнитивной карты” обследуемой территории. Когнитивная карта – это образ знакомого пространственного окружения, который создается и видоизменяется у животного в процессе активного взаимодействия с этим окружением. Именно наличие когнитивной карты позволяет животному наиболее оптимально ориентироваться в знакомой обстановке, а, если понадобиться, быстро и эффективно обучаться выполнять в ней различные задачи. Э.Толмен и его последователи пытались экспериментально доказать появление когнитивной карты в голове животного в процессе научения. Вот эксперимент, который с точки зрения Э.Толмена доказывает его концепцию формирования познавательных структур. Он обучал крыс в лабиринте, в котором было 5 путей к пище. Эти пути отличались по длине, а, следовательно, по времени, которое надо было затратить на добывание пищи. В ходе опыта все крысы обучились, в конце концов, находить корм по наиболее короткому маршруту. Потом его перекрывали. С точки зрения бихевиоризма крысы в этом случае должны были снова методом проб и ошибок обучаться находить другой путь, ведущий к пище. Но это оказалось не так. Они намного быстрее отыскали новый оптимальный способ передвижения по лабиринту, чем тем крысы, которые в этом лабиринте еще не были. Некоторые крысы спонтанно, без какого-либо дополнительного научения, сразу же стали бегать по новому, более длинному пути.

Более обстоятельные эксперименты, подтверждающие наличие когнитивных карт у животных, были проведены в 60-70-хт годах нашего века американским ученым Ричардом Моррисом, который сконструировал, так называемый, “водяной лабиринт”. Крысу помещали в чан с водой, в котором на определенном месте находилась полка, невидимая в мутной воде. Чан находился в комнате, на стенах которой были легко узнаваемые ориентиры: на северной стене – часы, на южной – источник света, на восточной – клетка и т.д. Помещенная в чан крыса начинала беспорядочно плавать, пока более или менее случайно не натыкалась на полку и не взбиралась на нее. После нескольких тренировок крыса стала быстро направляться почти прямо к полке. Как крыса учиться находить невидимую полку? Есть два предположительных ответа. Она либо запоминает расстояние, которое проплывает от точки старта (объяснение бихевиористов), либо руководствуется ориентирами, которые видит на стенах комнаты (когнитивный подход). Было показано, что крысы использует именно внешние ориентиры. С одной стороны, изменение начальной точки плавания почти не влияет на способность крысы находить полку. С другой стороны, при изменении относительного положения настенных ориентиров, крыса перестает справляться с задачей. Следовательно, животное определяет свое местоположение в пространстве, используя в качестве ориентиров окружающие объекты. Данное поведение крыс можно интерпретировать, как формирование когнитивной карты внешней среды, на которую они опираются при разрешении задачи отыскания полки.

Американские ученые О’Киф и Нейдл на основании нейрофизиологических исследований сделали вывод о том, что формирование когнитивной карты, вероятно, связано с гиппокампом, структурой мозга, которая, по общему мнению, отвечает за кратковременную память. Когнитивная карта в понимании О’Киф и Нейдл – это не просто топографическое отображение пространства, в котором находится животное: она отражает также распределение клеточных систем, осуществляющих анализ и интеграцию пространственных ориентиров в контексте их значения для действий животного.

Э.Толмена критиковали за то, что он сильно преувеличивал возможности животных, переводил объяснение поведения во внутренний план, другими словами, возвращался к идеям классической психологии конца 19-го начала 20-го века. Но, как выразительно пишет Мак-Фарленд, критическим высказываниям о том, что теория Э.Толмена “похоронит животное в размышлениях”, не дав ему возможности “предугадать” своего поведения, можно противопоставить тезис о том, что согласно бихевиоризму, животное должно “погибнуть в деятельности”.

Когнитивный аспект ассоциативного научения.

Когнитивные процессы входят в структуру не только когнитивных форм научения, но, по-видимому, они сопровождают и ассоциативные формы приобретения опыта. Вероятно, ассоциативное научение – это не просто образование автоматической связи меду стимулом и реакцией. Существует предположение о том, что животные обладают механизмами обнаружения и узнавания причинных отношений. В природе временная связь между какими-либо событиями не всегда является причинной связью. Например, если кошка прыгает на яблоню, когда лает собака, а затем на землю падает яблоко, то мы скорее подумаем, что кошка, а не лай собаки, была причиной его падения. Точно также животные легче образуют ассоциации между одними типами стимулов, чем между другими. Например, крыса связывает отравление именно с незнакомой пищей, которую она съела несколько часов назад, а не с ударом молнии, который прозвучал недавно. Таким образом, можно сказать, что животные научаются ассоциировать два события, если отношение между ними соответствует тому, что обычно называют причинно-следственной связью. Таким образом, они способны усвоить, что одно событие (причина) предвещает второе (следствие) или говорит о его отсутствии в будущем (в отсутствие следствия). Условия для такого рода ассоциативного научения существуют, если исходить из гипотезы, что животные приспособлены для приобретения знаний о причинных связях в окружающей их среде. Итак, животные при ассоциативном научении, вероятно, умеют отличать потенциальные причины от фоновых (незначимых) стимулов, связывать истинные причинно-следственные отношения. Другими словами, животные способны приобретать знания о причинных связях в окружающей среде даже в условиях ассоциативного научения, в котором когнитивный компонент выражен те так ярко, как в когнитивных формах научения.