Формы научения

Существует несколько классификаций научения. В частности, все виды научения делят на две группы: неассоциативное (привыкание, сенситизация, импринтинг и подражание) и ассоциативное. Неассоциативное научение реагировать или не реагировать на раздражитель без использования сигнала, без связи (без ассоциации), т.е. без совпадения с каким-то сигналом. Ассоциативное – научение при совпадении индифферентного раздражителя с деятельностью организма. При этом формируется связь (ассоциация) между сигналом и раздражителем (подкреплением). Кроме того, целесообразно все формы научения объединить в четыре основные группы преимущественно по критерию активности животного или человека в ходе научения: 1) пассивное (реактивное) научение; 2) оперантное научение (от лат. operatic – действие); 3) научение с помощью мышления (когнитивное, рассудочное); 4) научение путем инсайта.

А. Пассивное (реактивное) научение имеет место во всех случаях, когда организм пассивно, т.е. не прилагая целенаправленных усилий, реагирует на какие-то внешние факторы и когда в нервной системе формируются новые следы памяти. Пассивным научением являются следующие формы.

1. Привыкание – угасание ориентировочной реакции (рефлекса «что такое?» по И. П. Павлову). Если раздражитель многократно повторяется и не имеет особого значения для организма, то организм прекращает на него реагировать, таким образом, развивается привыкание (габитуация). Ориентировочная реакция угасает. Например, появление звука в лаборатории, где находится подопытное животное (собака), первоначально вызывает у него ориентировочную реакцию: поворот головы, ушей в сторону источника звука. После многократного повторения звука, не сопровождающегося другими воздействиями на животное, оно прекращает на него реагировать. У человека и животных новый раздражитель вызывает не только соматические, но и вегетативные реакции: изменение частоты сердечных сокращений, десинхронизацию ЭЭГ, изменение частоты и глубины дыхания. Если оказывается, что раздражитель не имеет значения для организма, то при последующем его повторении угасают и вегетативные, и соматические реакции. Так, человек, живущий на шумной городской улице, не обращает внимания на посторонний шум транспорта ночью и крепко спит.

Привыкание – это не только самая простая, но, вероятно, и самая распространенная форма научения у человека и животных. За счет него нам удается игнорировать раздражители, не несущие никакой новизны и не имеющие для нас значения, сосредоточивая внимание на более важных явлениях. Привыкание всегда специфично в отношении стимула: если человек не замечает уличного шума, он проснется либо от неожиданного звука на его фоне, либо от внезапно наступившей тишины. Привыкание – это не утомление, а особый приспособительный нервный процесс. Его не следует путать и с адаптацией анализаторов, т.е. снижением их чувствительности при непрерывной стимуляции. Согласно мнению Е.Н. Соколова, привыкание – это стимул-зависимое обучение, являющееся универсальной формой простейшего отрицательного условного рефлекса, в котором условным сигналом может быть любой раздражитель, а безусловным – биологическая безразличность (подкреплением в этом случае выступает внутреннее состояние, соответствующее отсутствию раздражителя), т.е. привыкание формируется по механизму торможения условных рефлексов (угасательное торможение).

На клеточном уровне привыкание формируется с помощью механизмов памяти, как вырабатываются и сами условные рефлексы.

2. Сенситизация – усиление реакции организма на повторяющийся стимул, если он вызывает каждый раз неприятные ощущения. Например, неоднократное капание воды из крана и многократно повторяющееся жужжание назойливой мухи или пронзительный писк комара становятся непереносимыми, неприятными. В данном случае научение носит негативный характер и выражается в соответствующих поведенческих реакциях типа стимул-ответ (после нескольких повторений действия раздражителя). В основе механизма этого вида научения лежит механизм синаптического облегчения.

Посттетаническая потенциация (синаптическое облегчение) – это улучшение проведения в синапсах после короткого раздражения афферентных путей. Кратковременная активация увеличивает амплитуду постсинаптических потенциалов. Облегчение наблюдается и во время раздражения (вначале), в этом случае феномен называют тетанической потенциацией. Степень выраженности облегчения возрастает с увеличением частоты импульсов, оно максимально, когда импульсы поступают с интервалом в несколько миллисекунд.

Длительность посттетанической потенциации зависит от свойств синапса и характера раздражения: после одиночных стимулов она выражена слабо, после раздражающей серии потенциация (облегчение) может продолжаться от нескольких минут до нескольких часов. По-видимому, главной причиной возникновения синаптического облегчения является накопление Са²⁺ в пресинаптических окончаниях, поскольку Са²⁺, который входит в нервное окончание во время ПД, накапливается там, так как ионная помпа не успевает выводить его из нервного окончания. Соответственно увеличивается высвобождение медиатора при возникновении каждого импульса в нервном окончании, возрастает ВПСП. Кроме того, при частом использовании синапсов ускоряется синтез медиатора и ускоряется мобилизация пузырьков медиатора, напротив, при редком использовании синапсов синтез медиаторов уменьшается (важнейшее свойство ЦНС). Поэтому фоновая активность нейронов способствует возникновению возбуждения в нервных центрах.

Значение синаптического облегчения заключается в том, что оно создает предпосылки улучшения процессов переработки информации на нейронах нервных центров, что крайне важно, например для обучения в ходе выработки условных рефлексов. Повторное возникновение явлений облегчения в нервном центре может вызвать переход центра из обычного состояния в доминантное.

3. Импринтинг – запечатление в памяти новорожденного окружающей действительности. Это – особая форма неассоциативного научения, основанная на врожденной предрасположенности к определенным сочетаниям раздражителей и возникающих ответных реакций в ранний период развития организма. При наблюдениях за животными этологов особенно интересует относительная роль в их поведении врожденного и приобретенного.

Работы австрийского этолога Конрада Лоренца помогли понять взаимодействие между этими двумя факторами в некоторых явлениях. В частности, К. Лоренц занимался изучением гусят, вылупившихся в инкубаторе. Первым движущимся объектом, с которым встречались гусята в момент вылупления, была не их биологическая мать, а сам К. Лоренц. Произошло удивительное явление: вместо того чтобы присоединяться к стаду гусей, эти гусята повсюду следовали за К. Лоренцом и вели себя так, как если бы он был их матерью (рис. 5.5). Оказавшись в присутствии своей настоящей матери, они не обращали на нее никакого внимания и возвращались под защиту К. Лоренца. Проявление этой привязанности к человеку стало особенно необычным, когда, достигнув половой зрелости, эти гуси принялись искать брачных партнеров, сходных с человеком, не проявляя ни малейшего интереса к представителям собственного вида.

Рис.5.5. Привязанность к Лоренцу – объекту импринтинга, который гусята увидели после вылупления,

заставляет их относиться к нему как к своей настоящей матери

[Годфруа Ж., 1992]

К. Лоренц назвал эту глубокую привязанность к первому движущемуся объекту, который увидели гусята после вылупления из яйца, импринтингом (запечатлением). Другие исследователи показали, что в условиях эксперимента импринтинг может быть вызван любым объектом: мячиком для пинг-понга, футбольным мячом, подушкой, картонной коробкой или животным, относящимся к иному виду, при условии, что этот объект движется. Механизм импринтинга важен для выживания. В природных условиях первый движущийся объект, попавший в поле зрения гусят, это обычно их мать; естественно, что импринтинг у них направлен именно на нее и она становится той моделью, которая дает им возможность адекватно проявлять формы поведения, присущие данному виду.

Такие явления, хотя они продемонстрированы главным образом у выводковых птиц, у некоторых рыб и ряда млекопитающих, по-видимому, существуют и у птенцовых птиц. У обезьян, т. е. животных, у которых детеныши гораздо дольше зависят от родителей, импринтинг происходит намного позднее и выражен сильнее. У ребенка социальные связи устанавливаются очень рано и носят более глубокий характер. Если индивид первые годы жизни находится в изоляции, то это приводит к отклонениям (иногда значительным) в его поведении.

Различают несколько разновидностей (форм) проявления импринтинга. 1. Запечатление образов и объектов: родителей, братьев, сестер, вида пищи и т.д. 2. Усвоение поведенческих актов (дети повторяют действия родителей). Это так называемое имитационное поведение, разновидностью этого импринтинга является половой импринтинг – половое поведение особей внутри своего вида. Но половое поведение у животных может быть направлено и на особь другого вида, с которым воспитывался детеныш. Например, половое поведение кота будет направлено не на кошку, а на собаку, если кот с момента рождения «воспитывался» в семье собаки. 3. Реакция следования – «слепое» (автоматическое) следование новорожденного за родителями. Эта форма импринтинга наиболее демонстративна и хорошо изучена. Считают, что моторным эквивалентом реакции следования животных у ребенка является улыбка, постоянная смена мимики, появление комплекса оживления уже на 2-м месяце жизни.

Импринтинг имеет сходство с безусловным и условным рефлексами: а) подобно безусловным рефлексам эти реакции сохраняются, как правило, всю жизнь; б) реакции являются врожденными, но для их проявления нужны определенные условия. Например, реакция следования является врожденной, но в процессе жизни превращается в приобретенную (так, если изолировать детеныша от родителей сразу после рождения на определенный промежуток времени, то реакция следования не формируется, т. е. сама конкретная реакция по наследству не передается, имеется только готовность к ее выполнению у новорожденного).

Импринтинг отличается и от условных, и от безусловных рефлексов, а) импринтинг проявляется в определенные критические периоды (чаще сразу или после рождения, причем в короткие сроки, иногда сроки могут быть отдалены); б) запечатление происходит очень быстро, иногда с первого раза, например реакция следования, которую иногда называют условным рефлексом «с одного подкрепления», что, с нашей точки зрения, неверно, так как условный рефлекс надо вырабатывать, а для безусловного рефлекса ни запечатления, ни выработки не требуется.

Наблюдение за развитием детей свидетельствует о том, что важную роль в нервно-психическом развитии ребенка имеет импринтинг, влияющий на будущее поведение, предопределяя его на долгие годы. По-видимому, в развитии детей имеются критические периоды, определяющие дальнейшее развитие ребенка, но эти периоды, очевидно, сдвинуты на более поздние сроки, чем у животных. В частности, существует мнение, что возраст от шести недель до шести месяцев является критическим для формирования отношений ребенка с матерью.

У новорожденных детей первых месяцев жизни определяющим фактором в возникновении привязанности к матери является чувство комфорта и ощущение безопасности, существенное значение имеют кормление матерью своего ребенка, гигиенический уход, интонация голоса и звуки речи, обязательные при общении с бодрствующим ребенком грудного возраста. Таким образом, импринтинг – это особая, третья форма реагирования (кроме условного и безусловного рефлексов) на окружающую среду.

4. Классические условные рефлексы по И. П. Павлову – положительные и отрицательные (см. разделы 5.2.4 и 5.2.5).

Оперантное научение (от лат. operatio – действие) – это научение, в ходе которого организм добивается полезного результата с помощью активного поведения. Имеется два основных подобных вида научения – метод проб и ошибок и инструментальный условный рефлекс.

1. Метод проб и ошибок. Американский ученый Э. Торндайк (1890), видный представитель направления бихевиоризма (от англ. behaviour – поведение) помещал голодных кошек в так называемые проблемные клетки, которые открывались в том случае, если кошка предпринимала какие-то определенные действия: тянула за веревку, приподнимала запорный крючок и т. д. Когда кошка выходила из клетки, она получала пищу. По мере повторения процедуры выхода из клетки (увеличения числа проб и ошибок) скорость выполнения задачи возрастала. Эти исследования были продолжены Скиннером. 2. Инструментальный условный рефлекс – научение действию с помощью вознаграждения (подкрепления). Животное (крыса) по световому сигналу нажимает на рычаг и выключает электрический ток, чтобы избежать раздражения. Крыса также научается реагировать на световой раздражитель: нажимает на рычаг, чтобы получить пищу (рис. 5.6), т.е. она использует какой-то инструмент, отсюда и название этого вида научения. Дети быстро учатся говорить, когда родители одобряют их при правильном произнесении отдельных звуков и слов. В случае неправильного произнесения слова дети не получают подобного подкрепления, в результате чего эти слова постепенно исчезают из употребления в результате неподкрепления. Научение с помощью инструментального условного рефлекса происходит по сигналу, а научение методом проб и ошибок – без сигнала.

Стимулятор

и самописец

Рис. 5.6. Выработка инструментального условного рефлекса в камере Скиннера. Когда стимулятор автоматически предъявляет раздражитель (здесь – свет), животное может нажать на рычаг и получить пищевое вознаграждение (подкрепление). Раздражители и реакция регистрируются самописцем в виде кривой научения: на абсциссе – день с начала обучения; на ординате – процент правильных реакций на раздражитель

3. Самораздражение структур мозга для получения удовольствия, положительных эмоций или избегание самораздражения (см. раздел 12.3).

Научение с помощью мышления (когнитивное научение). Во-первых, имеется в виду такой вариант, когда организм оказывается в ситуации, с которой он ранее не встречался, и находит правильное решение в результате мышления. При условном рефлексе по сигналу тоже имеет место мышление, т. е. оценка результата действия, но это происходит после выполнения действия. Однако в научении с помощью мышления первично мышление, а потом – действие, так как это целенаправленное научение. В эту форму научения следует включить научение с помощью рассудочной и психонервной деятельности, признавая, что между ними различий нет. Во-вторых, в эту форму научения следует включить и научение путем наблюдения.

Научение путем наблюдения. Различают два вида подобного научения. 1. Простое подражание. Например, обезьяна в общении с исследователями в экспедиции научилась мыть банан перед едой, не понимая, зачем это делается. 2. Викарное научение, которое также осуществляется посредством наблюдения, но при этом результат действия оценивается. Такое научение свойственно только человеку. Особенно часто используют научение путем наблюдения (подражания) дети, причем в раннем онтогенезе оно является преимущественно просто подражательным. С возрастом викарное научение начинает все больше превалировать над подражательным научением.

Экстраполяционные рефлексы, описанные Л. В. Крушинским (1960), состоят в способности животных определять направление дальнейшего перемещения значимого для него раздражителя, например, перемещение пищи, движущейся по прямой линии после исчезновения ее из поля зрения. Способность к экстраполяции хорошо развита у птиц, хищных млекопитающих, дельфинов. Как отмечал Л.В. Крушинский, сложное приспособительное поведение животных строится из трех основных компонентов ВИД: инстинктов, условных рефлексов и рассудочной деятельности, благодаря которой организм сразу вырабатывает программу адаптивного поведения в новых условиях, внезапно сложившихся ситуациях и способен выбрать наиболее адекватную тактику поведения в новой обстановке, прогнозируя развитие событий.

Психонервная деятельность. В 1935 г. появилась концепция И.С. Бериташвили, из которой следует, что у высших позвоночных животных и у человека имеется особая форма деятельности мозга – психонервная деятельность, или образная память. Суть психонервной деятельности состоит в том, что у животных возникает определенный образ при однократном восприятии конкретных явлений окружающей действительности (пищи, врага и т.д.), т.е. всех тех объектов внешней среды, которые имеют какую-либо связь с биологически важным состоянием животного (кормлением, самозащитой или размножением). Такой тип поведения включает информационный (образ) и мотивационно-эмоциональный компоненты. Целостные «представления» о среде животным приобретаются при первом же попадании в данную среду, в процессе ее активного ориентировочно-исследовательского освоения.

Следует, однако, заметить, что в научении, описанном И.С. Бериташвили и Л. В. Крушинским, различий нет, причем в обоих случаях используется предыдущий опыт. Термины «психонервная деятельность» и «рассудочная деятельность» отражают историю дискуссии о том, думают ли животные. В настоящее время способность животных мыслить не вызывает сомнений. Об этом свидетельствуют, в частности, и экстраполяционные рефлексы, которые описал Л.В. Крушинский.

Таким образом, научение с помощью мышления осуществляется, во-первых, путем наблюдения, во-вторых, путем решения задачи в условиях, в которых организм оказывается впервые.

Научение путем инсайта (озарения) - внезапное нестандартное правильное решение задачи. Иногда после отдельных проб и ошибок возникает идея результативного действия, которое может совершенствоваться в процессе достижения цели. Этот вид научения является следствием объединения опыта, накопленного в памяти, с той информацией, которой располагает индивид при решении проблемы. Так, находящаяся в клетке обезьяна в эксперименте с недосягаемым для нее бананом сначала пытается достать плод одной палкой в виде трубки, потом другой такой же. Но обе палки были слишком коротки. Тогда она, прекратив свои попытки, стала разглядывать находящиеся возле нее предметы и вдруг быстро проделала логическую последовательность действий: схватила обе палки, вставила их одну в другую, просунула между прутьев клетки и достала банан (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Обезьяна путем инсайта находит способ, позволяющий достать далеко расположенный банан с помощью вставленных одна в другую трубок

Следует подчеркнуть, что в конкретных ситуациях для достижения того или иного полезного приспособительного результата индивид чаще всего реализует не один, а несколько видов научения. Частное научение (обучение игре на музыкальном инструменте, обучение работе на компьютере и т.д.) по своей структуре всегда является комплексным, сложным. Большинство форм научения, кроме пассивного и простых (классических, павловских) условных рефлексов, являются сложной формой научения.

5.3. Память*

* Раздел 5.3 написан совместно с В. А. Правдивцевым и А.Ф. Беловым.