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).