Классификация научения

Формы обучения животных весьма многообразны и поэтому существует целый ряд их классификаций.

В зоопсихологии есть два подхода к классификации научения.

Первый подход к классификации научения принадлежит необихевиористу Э. Толмену. Подход основан на осознании того факта, что механизмы научения разнородны у представителей различных систематических групп. (Подтверждением этому может выступать например, поведение голубей, решающих задачу различения сложных фигур быстрее людей и иными способами.).

Толмен классифицировал способности животных и человека к научению и выделил следующие группы способностей:

1) способность ожидать появления раздражителя и действовать в соответствии с этим предвидением;

2) способность к различению и манипулированию;

3) способность к сохранению опыта;

4) способность предвидеть результат своих действий в случае альтернативного выбора вариантов простых моторных реакций;

5) способность к формированию представлений, позволяющая сравнивать альтернативные пути решения задачи;

6) “творческая гибкость”.

Для интерпретации условных рефлексов требуются только первые три типа способностей. Обучение в лабиринте включает еще и четвертый тип способностей. Для сложных форм обучения необходимы все перечисленные способности.

Второй подход предполагает, что все многообразие выученного поведения можно свести к нескольким основным типам. Таковы классификации Торпа, Годфруа, Фабри. Первая трудность - сложно определить уровень, на котором должен производиться анализ. Вероятно, на субклеточном уровне выученное поведение самых различных типов может описываться одними и теми же процессами. На физиологическом уровне многообразие выученного поведения можно так же свести к двум процессам: процессам кратковременного и долговременного хранения следов памяти. Можно свести все виды научения у животных к безусловным и условным рефлексам.

Вторая трудность создания классификации научения касается выбора принципа обобщения. Этот принцип во многом зависит от целей, которые ставятся перед исследователем. Важно анализировать разнообразие видов обучения именно на поведенческом уровне (т.е. с учетом адаптивности тех или иных поведенченских актов, иначе можно «скатиться» на физиологический уровень).

Рассмотрим классификацию научения, предложенную Ж.Годфруа. Классификация основана на степени участия особи в процессе научения, причем при активном участии организма выделяется еще и когнитивный уровень.

Классификация научения по Ж. Годфруа:

Когнитивное научение объединяет высшие формы обучения, свойственные в большей степени взрослым животным с высокоразвитой нервной системой и основанные на ее свойстве формировать целостный образ окружающей среды. При когнитивных формах научения происходит оценка ситуации, в которой участвуют высшие психические процессы; при этом используется как прошлый опыт, так и анализ имеющихся возможностей, и в результате формируется оптимальное решение.

Из существующих в настоящее время определений феномена " научение" предпочтение отдается определению У. Торпа (1963).

Классификация видов научения, предложенная в 1963 г. У. Торпом - описательная по историческому принципу с моментами обобщения. Торп выделяет виды научения, изучавшиеся зоопсихологами в тот или иной период развития науки зоопсихологии. Торп считает, что у различных видов могут быть разные механизмы, ответственные за обучение; он оставляет открытым вопрос о том, в какой мере случаи однотипного обучения у представителей разных таксономичских типов обусловлены сходными механизмами.

Торп выделяет две группы процессов, связанных с научением: неассоциативное и ассоциативное, при этом в понятие " ассоциативное" он включает и те типы, которые у предыдущих авторов рассматриваются в качестве когнитивных.

Классификация научения по У.Торпу:

Неассоциативное научение заключается в ослаблении реакции при повторных предъявлениях раздражителя. Способность к обучению базируется на присущем центральной нервной системе свойстве пластичности, которая проявляется в способности системы изменять реакции на повторяющийся многократно раздражитель, а также в случаях его совместного действия с другими факторами. Пластичность может иметь разную направленность: чувствительность к раздражителю может повышаться - это явление называется сенсибилизацией, или снижаться - тогда говорят о привыкании.

Асcоциативное научение принято подразделять на два вида: классические и инструментальные условные рефлексы. При ассоциативном научении в ЦНС формируется временная связь между двумя стимулами, один из которых изначально был для животного безразличен, а другой выполнял роль вознаграждения или наказания. Формирование этой связи обнаруживается в виде изменений в поведении животного, которые и называются условными рефлексами.

Перейдем к рассмотрению индивидуально-приспособительной деятельности животных характерных для форм научения по классификации Торпа.

4.2.1. ПРИВЫКАНИЕ (ГАБИТУЦИЯ)

Наиболее примитивная форма научения. Это самая элементарная индивидуально вырабатываемая реакция снижения возбудимости. Она возникает при многократном систематическом повторении определенного раздражителя, не грозящего организму существенными последствиями, и заключается в постепенном достаточно устойчивом ослаблении самой реакции или уменьшении частоты появления вплоть до полного ее исчезновения. Иными словами, животное " обучается" не реагировать на раздражитель, не причиняющий ему вреда, и привыкание становится как бы " отрицательным обучением". Так, например, человек, живущий в непосредственной близости от железной дороги, вскоре совершенно перестает реагировать на шум проходящих поездов, хотя вначале они его заметно раздражают и мешают спать.

Мы привыкаем к тиканью часов, к шуму текущей воды, к рекламным щитам и вывескам. Эти раздражители перестают доходить до нашего сознания. Для нас привыкание означает возникновение такого состояния, когда мы легко узнаем раздражители, с которыми постоянно приходится сталкиваться; воспринимая эти раздражители как вполне обыденное явление, мы игнорируем их.

Реакция привыкания не является утомлением. Не удается обнаружить ни мышечной усталости, ни усталости рецепторных аппаратов - так называемой сенсорной адаптации. После выработки привыкания условный раздражитель продолжает восприниматься животным. Если его чуть усилить, он тотчас же вызовет реакцию.

Привыкание распространено чрезвычайно широко: от примитивных существ до человека включительно. Оно обеспечивает адекватность реакций организма, устраняя все лишние, необязательные, не приносящие ощутимой пользы, не затрагивая лишь самые необходимые, что позволяет экономить массу энергии. Животное способно притерпеться к любым воздействиям, с которыми ежедневно встречается на своей территории, и не откликаться на них ни ориентировочной, ни оборонительной реакциями, адаптироваться к товарищам по стаду и ограничить свои реакции, возникающие в их присутствии, лишь действительно необходимыми. Короче говоря, не будь привыкания, любое животное было бы похоже на пуганую ворону, которая от каждого куста шарахается. Благодаря привыканию происходит стандартизация общественного поведения любого сообщества животных, что одновременно приводит к обострению восприятия важнейших ключевых стимулов.

Привыкание - результат изменения в нервной системе, а не форма сенсорной адаптации, так как новое поведение здесь устойчиво и после привыкания стимул уже никогда не вызывает реакции.

4.2.2. СЕНСИБИЛИЗАЦИЯ

Сенсибилизацией называется повышение чувствительности организма к воздействию какого-либо агента. В качестве примера сенсибилизации можно привести аллергию, когда повышается чувствительность к определенным химическим стимулам, обычно безвредным, но у сенсибилизированных организмов способным вызывать целый комплекс патологический реакций. Сенсибилизацией называют три типа реакций, имеющих между собой мало общего. Главное, а может быть, и единственное, что их объединяет, - это повышение возбудимости организма по отношению к определенным раздражителям.

К первому типу реакции относят модификацию поведения, возникающую под воздействием какого-либо стимула. Ярким примером такого рода может служить так называемое обучение инфузорий.

В обычных условиях инфузории-туфельки передвигаются в воде как бы толчками. Их движения носят хаотичный характер. Никаких закономерностей и ни малейшей целенаправленности в поведении инфузорий не наблюдается.

Если же инфузорию перенести в небольшую емкость, имеющую форму круга, глубиной не больше 1 мм и диаметром 3-5 мм, то ее поведение резко изменится. Сначала она будет хаотично двигаться по сосуду, изредка натыкаясь на его стенки. Спустя некоторое время движения инфузории примут упорядоченный характер и она будет двигаться по вполне определенной траектории: в круглом аквариуме это будет почти правильной восьмиугольник; в квадратном - квадрат, расположенный косо по отношению к стенкам аквариума; в пятиугольном сосуде - пятиугольник; в шестиугольном - шестиугольник и т.д.

При этом, будучи перенесенными в сосуд другой формы, инфузории в течение некоторого времени продолжают двигаться по предыдущей траектории. Подобных опытов было проведено множество. Почти всегда инфузории демонстрировали высокую способность к обучению. Выработанные у них реакции по своему характеру и по способу их образования напоминали условные рефлексы высших животных. Некоторые исследователи их так и называли: " условные рефлексы" простейших. Более тщательно проведенные исследования полностью опровергли представления о высоких способностях инфузорий. Грубая ошибка произошла из-за незнания особенностей врожденных форм поведения туфелек. Наблюдения за инфузориями показали, что хаотические движения сохраняются у них только до тех пор, пока они находятся в культуральной жидкости, где всегда много углекислого газа и мало кислорода. Когда ту же жидкость наливают в экспериментальный сосуд тонким слоем, она обогащается кислородом. В таких условиях движения инфузорий становятся прямолинейными, а при столкновении с препятствием туфелька отскакивает от него под углом 20°. Поэтому после помещения инфузории в широкий и мелкий сосуд путь инфузории начинает повторять его конфигурацию. Подобная реакция на изменения внешней среды представляет собой типичную сенсибилизацию первого типа, но никак не обучение.

Вторым типом реакций, относимых к сенсибилизации, является способность организма под воздействием одних раздражителей изменять чувствительность к другим. Многие виды реснитчатых червей-полихет недолюбливают яркий свет и предпочитают прятаться от него в норки. Кормление животных заметно усиливает любовь к темноте. Сытые полихеты охотнее и быстрее голодных доползают до самого конца норок. Повышенная чувствительность к свету сытых червей имеет адаптивный характер: теперь полихетам нет смысла оставаться на свету, где их легко может заметить любой хищник. Реакции подобного типа встречаются у любых организмов. Так, свет улучшает восприятие человеком музыки, вот почему в филармониях во время концертов зрительный зал остается освещенным.

Описанные выше реакции сенсибилизации развиваются экстренно. Часто однократного воздействия оказывается достаточно, чтобы на определенный отрезок времени изменить поведение организма.

Третий тип реакции для своего возникновения нуждается в систематическом воздействии раздражителя: только в этом случае чувствительность к нему повышается.

Так, например, сильно напуганный человек вздрагивает от любого звука, от любого внезапного раздражителя. Причина повышения возбудимости - суммация возбуждения. Удар электрическим током вызывает возбуждение нервной сети гидры. Если каждое следующее воздействие обрушивается на гидру, когда эффект предыдущего еще частично сохранен, новая порция возбуждения суммируется с остатками старого. После ряда электрических воздействий возбуждение в нервных цепях гидры накапливается и становится столь велико, что добавления даже небольшой его порции оказывается достаточно, чтобы вызвать оборонительную реакцию. Вот почему свет заставляет теперь гидру сжиматься. Этот тип реакций в нашей стране называют суммационным рефлексом.

Суммационный рефлекс по многим признакам существенно отличается от условного рефлекса. Как известно, для образования условного рефлекса необходимо сочетание во времени малозначимого для животного раздражителя с раздражителем, вызывающим безусловный рефлекс, причем первый должен действовать раньше второго. Для образования суммационного рефлекса такие сочетания необязательны, хотя они и облегчают его возникновение. Причина этого явления заключается в том, что в нервных клетках, воспринимающих свет, в свою очередь, развивается суммация возбуждения, что серьезным образом облегчает возникновение оборонительной реакции. Образование суммационного рефлекса возможно у любых существ. Он возникает у животных с совершенно примитивной нервной системой и даже у одноклеточных организмов, еще не имеющих на нее и намека. Суммационный рефлекс имеет явно адаптивное значение: организму, подвергшемуся вредному воздействию, выгодно отреагировать оборонительной реакцией на любой новый раздражитель, так как в этой ситуации достаточно велика вероятность, что и он связан с опасностью. Образование суммационного рефлекса должно повышать приспособленность животных к условиям существования и увеличивать их шанс на выживание.

4.2.3. КЛАССИЧЕСКОЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБУСЛОВЛИВАНИЕ

Классический условный рефлекс. При исследовании ассоциативного научения применяют два основных метода - выработку классических и выработку инструментальных условных рефлексов. Различие между этими двумя методами очень простое. При выработке классического условного рефлекса последовательность событий в опыте никак не зависит от поведения животного. Что бы животное ни делало, ход событий установлен либо экспериментатором, либо аппаратурой, действующей по определенной программе. В отличие от этого при инструментальном научении поведение животного служит одним из важных факторов, определяющих ход событий. Обычно процедура инструментального обучения состоит в том, что подкрепление или наказание подаются или устраняются при определенной реакции животного-“правильной” или “неправильной”. При выработке классического условного рефлекса типичный опыт начинается со стимула (безусловного), который вызывает совершенно определенный ответ (безусловный рефлекс). Затем на протяжении ряда проб почти одновременно с безусловным стимулом предъявляют второй стимул, который, как правило, не вызывает безусловный рефлекс (потенциальный условный стимул). В результате повторяющегося сочетания условный стимул и безусловный рефлекс появляется условный рефлекс, который вызывается условным стимулом. Условный рефлекс подобен, но не обязательно идентичен безусловному рефлексу.

При выработке классического условного рефлекса последовательность событий в опыте никак не зависит от поведения животного. Она устанавливается либо экспериментатором, либо специальной программой, в соответствии с которой включаются те или иные стимулы, и в ответ на них можно наблюдать образование условных реакций.

Иначе обстоит дело при образовании инструментальных условных рефлексов. Здесь условно-рефлекторная реакция не является копией безусловно-рефлекторной, возникающей в результате действия подкрепляющего раздражителя. На том же пищевом подкреплении может быть выработан инструментальный условный рефлекс: нажим лапой на педаль - у собак, клевание диска - у голубей или прыжок на полку - у кошек. К инструментальным УР относится также обучение подопытного животного находить путь к пище или избегать неприятных стимулов в лабиринте. Инструментальным УР является и реакция избегания - навык переходить в тот отсек экспериментальной камеры, где отсутствует болевое подкрепление.

Между классическими и инструментальными условными рефлексами существуют определенные различия. При классических - временная связь между условным сигналом и безусловной реакцией возникает непроизвольно при действии безусловного раздражителя (подкрепления). При инструментальных условных рефлексах подкрепление, например пища, дается только после того, как животное совершает определенное действие, которое не имеет прямой связи с безусловным раздражителем.

Начало исследований инструментальных условных рефлексов связано с именем Э. Торндайка. Этим ученым была создана методика, получившая название метода " проблемных ящиков". Она заключалась в том, что посаженное в ящик животное должно было найти выход из него, открыв дверцу. Сначала животное совершало много разных действий (проб), допуская при этом много ошибок, пока ему не удавалось случайно нажать на задвижку, запирающую дверь ящика. При последующих пробах оно освобождалось все быстрее и быстрее. Такое обучение Торндайк и назвал " методом проб и ошибок". В дальнейшем обучение животного подобным действиям получило название инструментальных, или оперантных, условных рефлексов.

Дальнейшее развитие метод инструментальных условных рефлексов получил в работах Б. Скиннера, а затем он стал основным в исследованиях бихевиористов (анализ связей " стимул-реакция"). При этом они полагали, что инструментальные условные рефлексы настолько отличаются от классических, что результаты их образования не стоит даже и сравнивать. Предполагалось, что инструментальные рефлексы являются реакциями более высокого ранга, чем классические, и потому их можно использовать в качестве критерия уровня развития высшей нервной деятельности. Однако дальнейшие исследования не подтвердили данное предположение и показали, что эти рефлексы в ряду беспозвоночных могут быть выработаны начиная уже с кольчатых червей, а у позвоночных - с костистых рыб.

Скиннер считал, что любое поведение, относящееся к категории " оперантное", можно эффективно модифицировать, если при его выполнении давать животному подкрепление. Например, крысу можно обучить нажимать на рычаг, если сначала сопровождать подкреплением любые ее действия в той части камеры, где она находится. Постепенно крыса обучается держаться вблизи рычага, и тогда подкрепление дают только если она касается рычага мордой или лапкой (для этого иногда на рычаг даже кладут пищу). Через некоторое время подкрепление дается только после выполнения четких движений - нажатий (одного или нескольких) лапкой на рычаг.

Такое постепенное видоизменение поведения животного в результате вмешательства экспериментатора называется методом последовательного приближения или формированием поведения. Именно такой подход скиннер предложил как эффективный способ анализа поведения. Если для выработки классических условных рефлексов необходимы сочетания условных сигналов и подкрепления, то при методике свободного оперантного поведения, предложенной Скиннером, экспериментатор сопровождает подкреплением выполнение животным только определенного, намеченного им действия.

С помощью метода " последовательного приближения" у животных удается сформировать самые разнообразные, сложные и иногда неожиданные навыки. Данный метод широко используется при практической дрессировке животных.

Образование инструментальных условных рефлексов по механизму " последовательного приближения" играет важную роль в организации поведения животных не только в эксперименте, но и в естественных условиях.

4.2.4. ЛАТЕНТНОЕ НАУЧЕНИЕ

Впервые феномен латентного (скрытого, неявного) научения был обнаружен в лабораторных условиях на крысах, которые обследовали лабиринт без всякого подкрепления. Оказалось, что в дальнейшем крыса с таким опытом обучается проходить лабиринт быстрее и с меньшим количеством ошибок. Был сделан вывод, что в процессе обследования лабиринта, животное приобретает определенный опыт, который затем использует в организации целенаправленного поведения.

Также к латентному научению относится обучение не соответствующее ведущей мотивации. Так, голодную, но не испытывающую жажды крысу обучали проходить Т-образный лабиринт, в котором один из коридоров приводит к пище, а другой - к воде. Оказалось, что если впоследствии та же крыса будет испытывать жажду, то она начнет выбирать коридор с водой. Это означает, что процесс обучения шел и в отсутствие соответствующей мотивации.

Биологическое значение латентного научения заключается в том, что благодаря ему происходит накопление информации о свойствах внешнего мира, его образа или освоение двигательных реакций как возможно необходимых для построения поведения в будущем. Латентное научение не пассивно, в основе его лежит потребность в новой информации, проявляющаяся в форме исследовательского поведения и характеризуемая как любопытство. Потребность в новой информации, в конечном счете, обеспечивает возможность развития организма, обеспечивая его будущее.

Как и при негативном научении, в латентном ведущую роль играет ориентировочная реакция на раздражители, образы и ситуации, особенно ее исследовательский компонент. Но, механизм заключается в образовании причинно-следственных связей между индифферентными раздражителями. Образование ассоциативной связи может происходить между раздражителями различной модальности, а подкреплением этому служит безусловнорефлекторный компонент последующего раздражителя. С психологической точки зрения, подкреплением при латентном научении, служит удовлетворение потребности в новой информации.

Торп (1975) определяет латентное научение как “образование ассоциации между индифферентными раздражителями или ситуациями в отсутствие явного подкрепления”.

То есть в процессе латентного научения сочетание нескольких сенсорных раздражителей приводит к образованию временной связи, которую относят к типу сенсорно-сенсорных ассоциаций. В случае сочетания в дальнейшем одного из сенсорных раздражителей с биологически значимым подкреплением, быстро возникнет устойчивая условнорефлекторная реакция.

Согласно современным понятиям (Ж. Годфруа, 1992), латентное научение относится к когнитивному научению, то есть научению связанному с мыслительными, интеллектуальными процессами у животных. И речь должна идти не просто об ассоциативной связи между какими-то двумя ситуациями или между ситуацией и ответом организма, а об оценке данной ситуации с учетом прошлого опыта и возможных ее последствий. Предполагается, что при латентном научении в центральной нервной системе формируется своеобразная карта окружающей среды с определением возможной значимости ее составляющих для животного.

Элементы латентного обучения присутствуют практически в любом процессе обучения, но могут быть выявлены только в специальных опытах.

В естественных условиях латентное обучение возможно благодаря исследовательской активности животного в новой ситуации. Оно обнаружено не только у позвоночных. Эту или сходную способность для ориентации на местности используют, например, многие насекомые. Особенно хорошо латентное обучение изучено у перепончатокрылых. Так, пчела или оса, прежде чем улететь от гнезда, совершает “рекогносцировочный” полет над ним, что позволяет ей фиксировать в памяти “мысленный план” данного участка местности.

Наличие такого “латентного знания” выражается в том, что животное, которому предварительно дали ознакомиться с обстановкой опыта, обучается быстрее, чем контрольное, не имевшее такой возможности.

В настоящее время термин “латентное обучение” употребляется редко и лишь в определенном контексте. Однако на самом деле этот феномен достаточно широко распространен. Птицы (вороны и голуби) запоминают число единиц подкрепления, получаемого при действии стимулов разного цвета, а затем используют эту информацию в новой ситуации.

4.2.5. ИНСАЙТ

Вероятно, инсайт - это высшая форма научения. Он не является результатом прямого научения методом проб и ошибок, а основан на информации, полученной ранее при других в чем-то сходных обстоятельствах. Инсайт возможен лишь при достаточном развитии интеллектуальных функций. Присущ только птицам и млекам, обладающим интеллектом. Оказавшись в проблемной ситуации, животное остается неподвижным и только оценивает обстановку, не совершая никаких действий, после чего начинает действовать с учетом реально существующих связей между компонентами среды.

Гештальт-психологи полагали, что животные способны решать проблемы посредством инсайта (озарения) благодаря врожденной способности воспринимать ситуацию как целое. В классических экспериментах Кёлера шимпанзе для того, чтобы достать корм, должны были использовать орудие (например, палку). Кёлер отмечал, что после безуспешных попыток достать приманку рукой, шимпанзе переключались на другие объекты, находящиеся в клетке. Начав играть с палкой, шимпанзе вдруг возвращались к прежней деятельности и доставали приманку с помощью палки. Кёлер считал, что животные при этом проявляли инсайт - понимание отношений между стимулами или событиями. Мак-Фарленд в связи с этим подчеркивает, что шимпанзе в описанной ситуации всегда опирались на прежний опыт манипулирования с объектами, и считает, что говорить об отрыве инсайта от других форм научения некорректно.

Торп дал наиболее удачное определение инсайта как внезапное осуществление новой адаптивной реакции без предварительных проб и ошибок.

Основные различия между инсайтом и другими формами научения, по-видимому, состоят в способности более умных животных пользоваться опытом, приобретенном в других условиях.

К классическому инсайту относят реакции, протекающие по схеме: ознакомление с задачей, попытка решить ее методом проб и ошибок, обдумывание сложившейся ситуации, во время которой наступает принятие решения - озарение (латентный, скрытый период) и, наконец, решение проблемы.

При научении путем инсайта решение проблемы может происходить и благодаря объединению опыта, накопленного памятью и информации, поступающей из вне, При этом научение путем рассуждений будет включать два этапа: на первом из них учитываются имеющиеся данные и связи между ними, а на втором формируются гипотезы, которые в дальнейшем проверяются, и в результате находится решение.

И все-таки для озарения необходимы пробы, ошибки и образованные (на их основе непосредственно в данный момент или в отдаленном прошлом) различные ассоциации - то есть для обучения в форме инсайта очень важен предыдущий опыт животного. И потому инсайтом считают также способность переносить предшествующий опыт или его элементы в новую обстановку и на его основе решать стоящую перед животным задачу.

К инсайту в этом смысле очень близко понятие переноса, принятое отечественными психологами. Под переносом подразумевается влияние ранее сформированного действия (навыка) на овладение новым действием. Перенос обнаруживается в том, что освоение нового действия происходит легче и быстрее, чем овладение предыдущим. При этом различают положительный и отрицательный перенос. Положительный перенос обычно имеет место тогда, когда задачи обучения прежде и теперь в чем-то сходны. Хотя уже накопленная информация может затруднить приобретение слишком сходной информации, и тогда возникает отрицательный перенос. Он проявляется также в тех случаях, когда в двух сходных ситуациях требуются различные или даже противоположные формы поведения. Так или иначе, невозможно говорить о научении (тем более когнитивном) без учета информации, уже имеющейся в памяти.

Полагают, что явление переноса и инсайта свидетельствует о наличии и участии примитивного мышления животных в решении задач и характеризуется некоторым обобщением явлений.