Формирование «систем» дифференцировочных условных рефлексов

После достижения определенного, выбранного экспериментатором критерия выработки различения (например, 80% правильных реше­ний.) условия получения подкрепления меняются на противополож­ные: теперь реакция на стимул, ранее подкреплявшийся, перестает сопровождаться пищей, а реакцию на стимул, на который животное только что научилось не реагировать, начинают подкреплять.

Последовательные переделки сигнального значения дифференцировочных стимулов

Переделка сигнального значения условных раздражителей (ее ча­сто называют переделкой дифференцировки) — это разновидность дифференцированного обучения.

Американский исследователь М. Биттерман (1973) предложил про­водить такие переделки многократно. Эта процедура получила назва­ние метода последовательных (или обратимых) переделок (discrimination reversal learning). Автор исходил из того, что после многократных смен сигнального значения стимулов у животных может сформироваться единая стратегия (или правило), и они не будут каждый раз обучаться совершенно заново.

Опыты проводились на разных видах позвоночных. При каждой следующей переделке число ошибок снижалось, и в конце концов наступал момент, когда при очередной смене сигнального значения стимулов животное уже со второй пробы начинало выбирать «пра­вильно» без дополнительного обучения.

^в Снижение числа проб, необходимого для очередной передел-| ки реакции, происходит тем быстрее, чем выше уровень эволю-в ционного развития данного животного.

3.3.2. формирование «установки на обучение»

Метод формирования «установки на обучение» (object learning-set formation) разработал американский исследователь Г. Харлоу (Harlow, 1949; 1958). Согласно классическому варианту этой методики, живот­ное (в опытах Харлоу макака-резуса) обучают простой дифференци-ровке — выбору одного из двух стимулов: игрушек или мелких пред­метов обихода. По достижении определенного критерия выработки

дифференцировки начинают следующую серию: животному предла­гают два новых стимула, ничем не похожих на первые. По завершении второй стадии обучения формируют третью дифференцировку и т.д. После выработки 100—150 таких реакций (их число зависит от уровня организации данного вида и может доходить до 1500 у крыс и голу­бей, занимая многие месяцы) животное уже при втором предъявле­нии новой пары стимулов действует не наугад, не методом проб и оши­бок, а в соответствии с усвоенным им ранее правилом, которое при­нято называть установкой. Оно запоминает результат первой пробы и далее реагирует в соответствии с этой «установкой».

Правило состоит в том, чтобы «выбирать тот же предмет, что и в первой пробе, если его выбор сопровождался подкреплением, или другой, если подкрепление получено не было (в дальнейшем эта стратегия получила название "win-stay, Jose-shift"}-».

Принято считать, что при обучении с использованием метода последовательных переделок и при формировании установки проис­ходят сходные процессы, так что первый можно считать частным слу­чаем формирования установки.

Впоследствии было создано несколько модификаций исходной методики. Например, Д. Уоррен (Warren, 1977) в своих опытах не вырабатывал каждую дифференцировку до достижения критерия обученности, а предъявлял каж­дую пару определенное число раз и затем предлагал следующую. Именно этот вариант был использован рядом авторов для сравнения обучаемости разных видов приматов (Passingham, 1982; Rumbaugh et al., 1987, 2000).

Методом формирования установки на обучение впервые была получена широкая сравнительная характеристика обучаемости живот­ных разных систематических групп, которая в определенной степени коррелировала с показателями организации мозга. Вместе с тем, как и данные М. Биттермана, эти результаты свидетельствовали о суще­ствовании у животных каких-то процессов, выходящих за рамки про­стого образования дифференцировочных УР. Считают, что в ходе та­кой процедуры животное «учится учиться». Оно освобождается от свя­зи «стимул-реакция» и «переходит от ассоциативного обучения к инсайт-подобному обучению с одной пробы» (Harlow, 1958). При этом, по мнению Р. Бирна (Вугпе, 1998), у животного должна сформиро­ваться характеристика подкрепляемого стимула в какой-то отвлечен­ной форме, т.е. должно сформироваться абстрактное правило. Человек выразил бы это правило, как «выбирай подкрепляемое» вместо того, чтобы запоминать каждый раз целый список стимулов (например, крас­ный мяч «+», блюдце «—»; штопор «+», свисток «—» и т.д.).

Аналогичной точки зрения придерживается Л. А. Фирсов. Он счи­тает, что этот вид обучения по своей сути и по лежащим в его основе механизмам близок к процессу обобщения (подробнее см. гл. 5), и с

какого-то момента «первичное» обучение — выработка конкретной лифференцировки — сопровождается «вторичным» обучением — не­кими когнитивными процессами, при которых выявляется общее пра­вило решения многих однотипных задач.

То же мнение разделяет английский специалист по теории обуче­ния Н. Макинтош (Mackintosh, 2000): в основе формирования уста­новки на обучение лежит переход от простых ассоциативных механиз­мов (образования УР и дифференцировок) к когнитивным, т.е. к про­цессам, основанным на формировании представлений об общем правиле решения серии однотипных задач. По его образному выражению, жи­вотные «переходят от заучивания наизусть к заучиванию по смыслу».

Данные, полученные с помощью метода последовательных пе­ределок и метода формирования «установки», впервые создали основу для широкой сравнительной характеристики обучаемости животных и показали, что в процессе такого обучения наряду с ассоциативными участвуют механизмы другого уровня — когни­тивные (см. 8.1 и 3.4).

В работах Л. Г. Воронина (1984) также было показано, что при комбинации отдельных УР возникают новые свойства, не сводимые к свойствам суммы исходных рефлексов. Происходит образование так называемых систем дифференцировочных УР, или просто «систем». Такие системы Л. Г. Воронин считал целостными функциональными единицами, из которых складывается психическая деятельность.

У животного вырабатывают несколько дифференцировочных УР, объединенных в систему таким образом, что выполнение одного УР зависит от усвоения другого.

Одна из таких процедур составляет необходимый этап в изучении способности к транзитивному заключению — форме дедуктивного мышления, свойственной и животным, и человеку.

Программа эксперимента по выработке систем дифференцировок состоит в следующем. Животное учится дифференцировать несколько пар раздражителей (как правило, цветовых стимулов). При выработке дифференцировки каждой следующей пары стимулов производится смена сигнального значения части из них в соответствии с определенным пра­вилом: стимул, бывший положительным в паре А— В+ (где «В+» — подкрепляемый стимул, а «А—» — неподкрепляемый), становится от­рицательным в паре В— С+. В процессе обучения животное должно ус­воить информацию о том, что значения стимулов В, С, D могут быть как положительными (В+, С+, D+), так и отрицательными (В—, С—,

D—), в зависимости от пары, в которой они в данный момент предъяв­ляются. Стимулы А- и F+, т.е. первый и последний в последователь­ности, остаются во всех комбинациях только положительным (F) или только отрицательным (А). Высокая доля правильных выборов при чередовании всех пар стимулов, когда животное выбирает, напри­мер, стимул С в паре В— С+, но не реагирует на него в паре С— D+, свидетельствует, что оно усвоило принцип данной системы. Такую систему дифференцировок успешно усваивают дети, начиная с 4 лет (Bryant, Trabasso, 1971), взрослые шимпанзе (Gillan, 1981; Boysen, Berntson, 1995), а также голуби и вороны (Зорина и др., 1989). Меж­видовые различия в динамике и успешности формирования такой си­стемы дифференцировок у этих видов птиц оказались незначительны­ми и недостоверными. В то же время при обратимых последовательных переделках и формировании установки на обучение голуби существенно отставали как от врановых, так и от приматов.

В⁰ Метод выработки дифференцировочных УР в разных его ком­бинациях является одним из ведущих в физиологии ВНД и ис-в пользуется как инструмент для исследования целого ряда проблем.

К этим проблемам, помимо оценки возможностей органов чувств животных разных видов, относится изучение следующих более слож­ных когнитивных способностей:

* к обобщению;

* к транзитивному заключению;

* к формированию установки на обучение.

Такие экспериментальные исследования будут подробнее рассмот­рены ниже.

3.4. Когнитивные (познавательные) процессы 3.4.1. Общая характеристика

Термин «.когнитивные», или и познавательные», процессы употреб­ляют для обозначения тех видов поведения животных и человека, в основе которых лежит не условнорефлекторный ответ на воздей­ствие внешних стимулов, а формирование внутренних (мысленных) представлений о событиях и связях между ними.

И. С. Бериташвили называл их психонервными образами, или пси­хонервными представлениями, Е. Н. Соколов — нервной моделью сти­мула, Л. А. Фирсов (1972; 1993) и Т. А. Натишвили (1987) — образной памятью. Д. Мак-Фарленд (1988) подчеркивает, что когнитивная дея­тельность животных относится к мыслительным процессам, которые

ячастую недоступны прямому наблюдению, однако их существова­ние возможно выявить в эксперименте.

Наличие представлений обнаруживается в тех случаях, когда субъект (человек или животное) совершает действие без влияния какого бы то ни было физически реального стимула. Такое возможно, напри­мер, когда он извлекает информацию из памяти или мысленно вос­полняет отсутствующие элементы действующего стимула. В то же вре­мя формирование мысленных представлений может никак не прояв­ляться в исполнительной деятельности организма и обнаружится лишь позднее, в какой-то определенный момент.

Внутренние представления могут отражать самые разные типы сен­сорной информации, не только абсолютные, но и относительные при­знаки стимулов, а также соотношения между разными стимулами и между событиями прошлого опыта. По образному выражению, жи­вотное создает некую внутреннюю картину мира, включающую ком­плекс представлений «что», «где», «когда». Они лежат в основе обра­ботки информации о временных, числовых и пространственных ха­рактеристиках среды и тесно связаны с процессами памяти. Различают также образные и абстрактные (отвлеченные) представления (Premack, 1983). Последние рассматривают как основу формирования довербаль-ных понятий (см. гл. 5).

Метод отсроченных реакций. Мысль о существовании у животных некоего «процесса представления», т.е. такой активности мозга, кото­рая соответствует полученной ранее стимуляции, но которая может поддерживаться в ее отсутствие, была впервые высказана У.Хантером в 1913 г. Для оценки способности животного реагировать на воспоми­нание о стимуле в отсутствие этого реального стимула У. Хантер пред­ложил метод отсроченных реакций (2.4.4).

Животное (в опытах Хантера — енота) помещали в клетку с тремя одина­ковыми и симметрично расположенными дверцами для выхода. Над одной из них на короткое время зажигали лампочку, а потом еноту давали возможность подойти к любои из дверец. Если он выбирал дверцу, над которой зажигалась лампочка, то получал подкрепление. При соответствующей тренировке живот­ные выбирали нужную дверцу даже после 25-секундной отсрочки — интервала между выключением лампочки и возможностью сделать выбор.

В опытах других исследователе!) задача ставится иначе. На глазах у голод­ного животного в один из двух (или трех) ящиков помещают корм. По истече­нии периода отсрочки животное выпускают из клетки или (как на рис. 3.9) убирают отделяющую его преграду. Его задача выбрать ящик с кормом.

Выполнение теста на отсроченные реакции на неслучайном уровне считается доказательством наличия у животного мысленного представ­ления о спрятанном предмете (его образа), т.е. существования какой-то активности мозга, которая в этом случае подменяет информацию от органов чувств. С помощью этого метода были исследованы представи­тели различных видов животных и было подтверждено, что их поведе­ние может направляться не только действующими в данный момент

стимулами, но также и хранящимися в памяти следами, образами или пред­ставлениями об отсутствующих стимулах (рис. 3.9).

Опыты на разных животных были дополнены исследованиями на детях. Эту методику стали довольно широко применять и в нашей стра­не, начиная с 30-х годов, но многие ученики И. П. Павлова (например, Э. Г. Вацуро) отождествляли ее с методом следового УР, когда выполне­ние условной реакции происходит как бы на основе «следов действия УС». Метод отсроченных реакций стали использовать как тест на форму особой (образной или декларативной) памяти, которая не идентична памяти, формирующейся при УР (см. словарь терминов).

Между условнорефлекторной (ассоциативной или процедурной) и образной (декларативной) памятью существуют тонкие функцио­нальные различия. От особенностей их взаимодействия зависят, на­пример, различия в организации сложного поведения низших и выс­ших обезьян (Фирсов, 1972; 1993).

В классическом тесте на отсроченные реакции виды животных проявляют себя по-разному. Собаки, например, после того как корм положен в один из ящиков, ориентируют тело по направлению к нему и сохраняют эту неподвижную позу в течение всего периода отсрочки, а по ее окончании сразу бросаются вперед и выбирают нужный ящик. Другие животные в подобных случаях не сохраняют определенной позы и могут даже разгуливать по клетке, что не ме­шает им, тем не менее, правильно обнаруживать приманку. У шим­панзе формируется не просто представление об ожидаемом подкреп­лении, но ожидание определенного его вида. Так, если вместо пока­занного в начале опыта банана после отсрочки обезьяны обнаруживали салат (менее ими любимый), то отказывались его брать и искали ба­нан. Мысленные представления контролируют и гораздо более слож­ные формы поведения. Многочисленные свидетельства этого были получены и в специальных экспериментах, и в наблюдениях за по­вседневным поведением обезьян в неволе и естественной среде оби­тания (см., например: Ладыгина-Коте, 1923; 1935; Гудолл, 1992; под­робнее об этом см. гл. 7).

Тест на оценку представлений о константности свойств предметов. Один из способов изучения роли представлений в поведении и пси­хике животного — тест на «константность свойств предмета» («object permanence»), т.е. на способность субъекта понимать, что предмет, скрыв­шийся из поля зрения, продолжает существовать, может быть отыс­кан и не меняет при этом своих свойств. Тест широко применяется в исследованиях психического развития животных и человека (Пиаже, 1969; Бауэр, 1979).

Для оценки способности животных оперировать представлениями о константности свойств предмета существуют тесты:

С

• на «неисчезаемость»;

• на «вмещаемость»;

• на «перемещаемость» и др.

Термины были введены Л. В. Крушин-ским (1986) и соответствующие тесты на­званы им «эмпирическими законами». Они соответствует 4-й и 6-й стадиям развития по Пиаже (1969) (подробнее об оценке этих способностей у животных см. 4.6.1).

f\ В основе понимания животным или ребенком принципа «неисчезае-мости» лежит эмпирическое знание того, что предметы существуют, даже если в данный момент они недоступ­ны непосредственному восприятию органами чувств.

По мнению Л. В. Крушинского, по­нимание животным этого принципа со­ставляет необходимое условие для прояв­ления способности к экстраполяции направления движения стимула и реше­нию ряда других элементарных логичес­ких задач (см. гл. 4).

«Мысленный план» лабиринта. Одним из первых гипотезу о роли представлений в обучении животных выдвинул Э. Толмен в 30-х годах XX века (1930, 1997). Иссле­дуя поведение крыс в лабиринтах разной конструкции, он пришел к выводу, что общепринятая в то время схема «стимул-реакция» не может удовлетворительно описать поведение животного, усвоившего ориентацию в такой сложной среде, как лабиринт. Толмен высказал предположе­ние, что в период между действием сти­мула и ответной реакцией в мозге совер­шается определенная цепь процессов («внутренние или промежуточные пере­менные»), которые определяют последу­ющее поведение. Сами эти процессы, по мнению Толмена, можно исследовать строго объективно по их функциональ­ному проявлению в поведении.

Рис. 3.9. Схема опытов по изу­чению отсроченных реак­ций.

А — демонстрация приман­ки и пустого контейнера; Б — приманку и пустой контей­нер закрывают от животного непрозрачным экраном; В — экран убирают, и животное имеет возможность достать приманку, положение кото­рой не изменилось При сле­дующем предъявлении этого теста контейнер с приманкой может располагаться слева.

В процессе обучения у животного формируется «когнитивная кар­та» всех признаков лабиринта, или его «мысленный план». Затем на основе этого «плана» животное выстраивает свое поведение.

Толмен и его последователи исследовали формирование «мыслен­ного плана» («карты») с помощью лабиринтов разных конструкций, траекторию движения в которых животные могли менять в зависимо­сти от того, были ли им доступны более короткие пути.

В работе Н. Чапиуса и П. Скардигли (цит. по: Реагсе, 1998) хомячка поме­щали в камеру А гексагонального лабиринта (рис. 3.10А), в котором ему «над­лежало» пройти за пищей по пути, указанному штриховой линией. От этой дороги хомячок не отклонялся, поскольку все входы в другие отсеки были закрыты. После запоминания этого пути во время целого ряда предъявлении задачи в лабиринте открывали все дверцы, за исключением той, которая по­зволяла попасть к корму по прямой. Теперь кратчайшим путем к пище стала траектория через центр (сплошная линия). Этот путь можно уверенно найти, только имея «мысленный план» данного лабиринта. После определенной тре­нировки хомячки выбирали этот путь достоверно чаще, чем остальные.

Два других примера, взятых из работы самого Толмсна, показывают, как животное находит новый путь к пище, если знакомая дорога перекрыта (рис. 3.10Б и В).

Образование «мысленного плана» может происходить и в отсут­ствие подкрепления, в процессе ориентировочно-исследовательской активности. Этот феномен Толмен назвал латентным обучением (см. 3.4.2).

Сходных взглядов на организацию поведения придерживался И. С. Бериташвили (1974). Ему принадлежит термин — «поведение, на­правляемое образом». Бериташвили продемонстрировал способность собак к формированию представлений о структуре пространства, а также «психонервных образов» предметов. Ученики и последователи И. С. Бериташвили показали пути видоизменения и совершенствова­ния образной памяти в процессе эволюции (Натишвили, 1987), а так­же в онтогенезе (Бадридзе, 1987), базируясь на данных по простран­ственной ориентации животных.

Гипотеза о когнитивных механизмах многих форм поведения зако­номерно возникала у исследователей, пытавшихся осмыслить данные самых разнообразных экспериментов. Американский ученый Д. Гриф-фин (Griffin, 1984) в книге «Мышление животных» («Animal thinking») в популярной форме рассматривает факты, хотя и не всегда действи­тельно относящиеся к сфере мышления животных, но явно не полу­чавшие объяснения в терминах бихевиоризма (например, орудийная деятельность и сложные виды коммуникации).

Когнитивная психология человека — направление, возникшее как реакция на господство идей бихевиоризма в области изучения психики человека, — оказала влияние на исследования когнитивных процессов

Рис. 3.10. Лабиринты, в которых исследовали формирование «мысленных карт» у животных.

А —гексагональный лабиринт; Б — усвоение общего плана строения лаби­ринта при изменении его конфигурации. Слева — голодная крыса обучается находить путь к пище, следуя по траектории а-б-в-г-д-е. После упрочения навыка животное помещают в точку а, но теперь из круглой камеры можно выйти по множеству рукавов за исключением одного (в). При наличии у жи­вотного «мысленного плана» оно чаще, чем случайно, выходит к пище по рукаву 5. В — крысу помещали в точку старта (с) и обучили находить корм (К). Постепенно у нее сформировался «мысленный план» лабиринта. После того как убрали перегородку (П), она стала бегать по более короткому пути, кото­рый обозначен пунктирной линией.

у животных. Проведение аналогий между работой мозга и вычислитель­ной машиной позволило описывать память животных как процесс пе­реработки информации с привлечением соответствующего математи­ческого аппарата и понятий теории информации (Солсо, 1996).

Одно из наиболее популярных направлений в анализе когнитив­ных процессов у животных — это анализ обучения «пространственным» навыкам (главным образом, благодаря введению в лабораторную прак­тику методов водного и радиального лабиринтов, см. 3.4.2). Существу­ет даже тенденция считать эти феномены основным проявлением

когнитивной деятельности животных (в действительности же в эту категорию входит значительно более широкий круг индивидуально-приспособительных реакций животных, в том числе довербальные по­нятия, способность к усвоению и использованию символов, которая была обнаружена при обучении языкам-посредникам, и др.).

Понятие, «когнитивная деятельность животных» включает спо­собность к разным видам обучения и элементы довербального мыш­ления.

На формировании представлений основаны следующие виды обу­чения животных:

* латентное обучение;

* пространственное обучение;

* выбор по образцу;

* заучивание последовательностей.

Дата добавления: 2014-01-07