душ Сантуш: Рядом не значит взаимосвязано

По мотивам главы «Controlar para conhecer» из сборника «Experimentos Clássicos em Análise do Comportamento» про классические эксперименты поведенческих аналитиков.

Как работает павловское обусловливание

Расскажу историю одной кофейной франшизы в моем городе. За каждую выпитую чашку кофе бариста делал отметку на карточке. Собрав определенное количество марок, можно было выиграть призы. Поскольку мне уже нравился их кофе и было интересно получить конкретный приз, я начал пить кофе в этих заведениях два или три раза в день, вместо привычных двух-трех раз в неделю (что лишний раз демонстрирует, что режимы подкрепления работают). Спустя несколько дней подобного кофеинового режима, я стал чувствовать себя как-то странно. Поискав возможные причины в интернете, я узнал о существовании отравления кофеином (оставлю на усмотрение читателя, хочет ли он обременять себя подобным знанием). Полагая передозировку кофеина как наиболее вероятную причину беспокоящих меня симптомов, я переключился на кофе без кофеина и симптомы исчезли в течение нескольких дней.

Я довольно часто демонстрирую ипохондрическое поведение, поэтому не удивился, когда задумался: "Может ли быть, что симптомы исчезли по совпадению?". Возможно, это было какое-либо заболевание, у которого симптомы проходят за определенное время, ровно когда я решил попробовать кофе без кофеина. Не знаю, правда ли это, но в моменте идея казалась мне логичной. Как я мог убедиться в поставленном диагнозе? Вернувшись к обычному кофе! Сказано — сделано. Симптомы вернулись. Перешел обратно на кофе без кофеина — проблема ушла. Экспериментальный дизайн, в котором переменная вводится, а затем удаляется, называется реверсивным.

Не таким способом, но мы пытаемся устанавливать причинно-следственные связи каждый день. Когда кто-то плохо обращается с нами, то мы предполагаем, ведет ли себя человек так "со всеми" или он "пережил стресс в последнее время". Получившийся вывод связан со степенью близости: если мы хорошо знаем человека, то у нас есть наблюдения, что обычно он так себя не ведет, поэтому предполагается, что произошло что-то необычное; незнакомцу за недостатком данных проще приписать "раздражительный темперамент". Как мы можем быть уверены в своих предположениях о причине поведения?

В примере с кофе небольшой проведенный на себе "эксперимент" позволил с большей уверенностью связать симптомы и состав употребляемых напитков. К сожалению, напитки являются сложными продуктами и состоят из множества элементов, каждый из которых может быть причиной симптомов. Чтобы точно идентифицировать ответственный за проблему симптом было бы недостаточно отказаться от кофе. Требовалось продолжить потреблять привычные напитки со всеми их компонентами за исключением предполагаемой причины изменений в состоянии здоровья — в данном случае, кофеина. Удобно что в кофейне предлагали по всем признакам стандартный капучино, но без кофеина. Поскольку симптомы исчезли и единственной переменной был кофеин, то я могу с точностью сказать, что за симптомы был ответственен именно кофеин.

Процедура, в которой мы сохраняем неизменными все элементы ситуации, кроме одного интересующего, называется экспериментальным контролем. На возможности экспериментального контроля построен весь процесс научного познания. Порой может быть неочевидно, что нужно контролировать, особенно если идет речь о новом объекте исследования с малоизученными переменными. Систематическое изучение поведения организмов — практика сравнительно недавняя, по сравнению с другими естественными науками, поэтому чаще неизвестно, что действительно важно подвергать экспериментальному контролю. Хорошая демонстрация, насколько много белых пятен в науке о поведении — статья Роберта Рескорлы 1967 года об участвующих в респондентном обусловливании переменных.

Респондентное обусловливание, известное еще как классическое или павловское, является типом обусловливания поведения, возникающим как следствие определенных взаимоотношений между двумя стимулами, без вмешательства во взаимодействие стимула и поведения (см. обзор Латталя от 2013 года за более подробным описанием). Один из участвующих в обусловливании стимулов называется безусловным (БС). Он с высокой вероятностью вызывает реакцию организма без предварительного опыта обучения. Другой стимул изначально не обладает заметным влиянием на поведение, но как следствие связи с БС приобретает новую поведенческую функцию. Этот стимул называется условным (УС).

Предположим, человек употребляет испорченную пищу, то есть зараженную вредными для организма бактериями. Присутствие микроорганизмов в еде с высокой вероятностью вызовет ряд физиологических реакций, например, лихорадку, тошноту, рвоту и диарею. Поскольку эти физиологические реакции возникли в результате употребления определенной пищи (следовательно, не возникали в результате употребления другого типа пищи), возникшие отношения между едой (УС) и бактериями (БС) повлияют на поведение: человек, скорее всего, почувствует тошноту при виде этой конкретной пищи и будет избегать ее употребления, даже если она не загрязнена. Аналогичным способом респондентное обусловливание изучают в лаборатории. Эта процедура называется пищевой аверсией.

Предполагается, что респондентное обусловливание происходит в результате сочетания двух стимулов. К сожалению, процедура пищевой аверсии не демонстрирует, каким именно образом происходит обусловливание. Всегда остается вероятность, что представление стимулов само по себе оказывается влияние на поведение, вне зависимости от отношений между ними. Например, пища сама по себе может вызывать тошноту, без истории загрязнения. У меня такие взаимоотношения с сельдереем. Разумеется, исследователи знают об этой проблеме и разработали несколько вариантов удостовериться, чем конкретно вызваны изменения в поведении во время пищевой аверсии. Процитируем шесть способов экспериментального контроля по обзору Рескорлы.

Первый способ — предоставить только УС другой группе испытуемых столько же раз, сколько и экспериментальной. Это позволяет исключить влияние знакомства с УС на поведение. Как еще один способ оценить безусловный эффект стимула, можно предъявить новый УС, который не использовался в обучении. Третий способ — предъявлять контрольной группе только БС. Это позволяет проверить, есть ли у БС эффекты сенсибилизации или привыкания, увеличение или уменьшение вероятности или интенсивности реакции при повторной экспозиции. Четвертая процедура — рассинхронизация. При рассинхронизации между БС и УС создается временная пауза. Пятый подход — обратное сопряжение, при котором БС предъявляется перед УС, а не после как обычно. Шестой способ продемонстрировать, что УС получил эффект из-за связи с БС, а не в силу совпадения — это дискриминированное обусловливание. В эксперименте участвуют два УС, один предъявляется сопряженно с БС, другой — как при рассинхронизации. Если эффект УС возникает в результате сочетания с БС, то сопряженный и рассинхронизированный УС должны влиять на поведение по-разному.

В статье 1967 года Рескорла писал, что логическим критерием для оценки, является ли контрольная процедура адекватной, является то, сохраняет ли она характеристики эксперимента, устраняя только отдельные важные для изучения элементы. В случае респондентного обусловливания, предполагаемая ответственная за поведенческие изменения переменная — это устанавливаемые между стимулами отношения. С точки зрения введенного Рескорлой критерия, все шесть перечисленных ранее протоколов проблемны. По его мнению, эти проблемы одного происхождения: они исходят из предположения, что наиболее важной переменной в респондентном обусловливании является временная смежность между стимулами.

Представление только условного стимула не подвергает субъектов контрольной группы такому же количество предъявлений БС, а повторяющиеся предъявления УС без БС могут не создавать такой же уровень привыкания, который испытывает экспериментальная группа. Второй протокол, предъявление нового УС, в дополнение к предыдущей проблеме не контролирует, что субъекты экспериментальной группы уже имеют опыт работы с УС. При предъявлении только БС субъекты контрольной группы не подвергаются сопоставимому количеству предъявлений УС. Рассинхронизация, обратное сопряжение и дискриминированное обусловливание имеют схожую проблемы: эти протоколы удаляют положительную корреляцию УС и БС, но в вводят между ними отрицательную взаимосвязь, то есть БС никогда не последует за УС.

Чтобы обойти эти проблемы Рескорла предложил другой вариант экспериментального контроля взаимосвязи БС и УС, который он назвал случайным. Предъявление обоих стимулов запрограммировано случайно. Обе группы контактируют с одинаковым количеством экспозиций УС и БС. Случайная природа процедуры предполагает, что какое-то количество сопряжений стимулов будет происходить в любом случае, но разница между группами заключается в отсутствии у контрольной группы систематической корреляции БС и УС. По сравнению с описанными ранее протоколами, предложенная Рескорлой процедура позволяет контролировать респондентное обусловливание, исключая из уравнения все нерелевантные обусловливанию факторы одновременно, без необходимости указывать, какой конкретно фактор исключается.

В основе идеи случайной процедуры Рескорлы лежит понятие сопряженности, которое определяется как зависимость в вероятностях событий. Событие A называется сопряженным с событием B, если вероятность увидеть первое в присутствии второго p(A/B) отличается от вероятности A когда B отсутствует p(A/~B). Важно, что взаимосвязь может быть как положительной, когда p(A/B) больше p(A/~B), так и отрицательной, p(A/B) меньше p(A/~B). Варьируя параметр взаимосвязи в случайной процедуре можно изучать как возбуждающие (стимул повышает вероятность возникновения реакции), так и тормозящие (стимул делает реакцию менее вероятной) функции стимулов. Помимо этого, можно исследовать, как работают УС в отсутствие корреляции с БС, то есть когда p(A/B) равно p(A/~B). Проведенный на следующий год после публикации обзора эксперимент Рескорлы благодаря разработанной процедуре продемонстрировал, что респондентное обусловливание происходит не из-за временной близости стимулов, а корреляции между ними.

Разделить тайминг и корреляцию

Как упоминалось ранее, до статьи Рескорлы 1968 года респондентное обусловливание считалось результатом временной близости стимулов. Первый эксперимент Рескорлы демонстрировал, что это представление неверно — если оставить временную близость, но убрать корреляцию стимулов, то обусловливание не происходит.

В эксперименте участвовали 24 крысы. Они подвергались процедуре условного подавления (впервые сформулирована в работе Estes & Skinner, 1941) в классических оперантных камерах с рычагом, кормушкой, лампой общего освещения, громкоговорителем для презентации звукового сигнала, и возможностью электрифицировать пол камеры. Изначально крыс обучали нажимать на рычаг в соответствии с режимом подкрепления с варьирующимся интервалом (VI) 2 минуты.

После пяти дней формирования нажатий рычага, операндумы удалялись из коробки и начиналось респондентное обусловливание. Для одной группы крыс, R-1 (n=8), в среднем раз в 8 минут звучал двухминутный звуковой сигнал (УС), 12 раз за сессию. Параллельно с этим, крысы получали за сеанс 12 электрических ударов (БС). Для этой группы, УС и БС предъявлялись без какой-либо корреляции, то есть p(шок/тон)=p(шок/~тон).

Вторая группа, G, прошла аналогичное обусловливание, но для них были устранены все разряды в отсутствие звукового сигнала. Крысы из группы G получали такое же количество разрядов в контексте звука, что и крысы R-1, но не испытывали ударов токов без звукового предупреждения, то есть отношения между БС и УС можно было описать как положительные, p(шок/звук)>p(шок/~звук).

Рескорла заметил, что группа G получала меньше шоков, чем R-1, поэтому добавил третью группу, R-2, которая получала столько же разрядов, сколько и G, но без корреляции с УС. После фазы обусловливания начиналось тестирование. Десять аналогичных тренировочным сеансом, но поверх привычного для крыс режима подкрепления с варьирующимся интервалом накладывалось предъявление 4 звуковых сигналов без последующих ударов током.

Второй эксперимент оценивал влияние корреляции УС и БС на поведение параметрически, то есть вводя различные значения взаимосвязи. Каждая из 10 набранных для второго эксперимента групп подвергалась определенной пары вероятностей, например, 0.4-0.4, 0.4-0.2 и так далее. Первое значение относится к вероятности шока в присутствие УС, второе — когда УС отсутствует. Прочие детали процедуры повторяли первый эксперимент.

Зависимой переменной исследования был коэффициент подавления — отношение частоты ответов во время УС к отношению частоты активности за 2 минуты до его появления. Чем больше значение отклоняется от 0.5, тем сильнее УС повлиял на поведение. Если подавление равно 0.5, значит активность при УС и без него одинаковая, то есть эффекта нет, но если оно близится к нулю, значит в присутствии УС активности становится сильно меньше.

Первый эксперимент показал очень сильное подавление в первом тесте группы G. Остальные группы не демонстрировали подавления, то есть вели себя одинаково при УС и его выключении, независимо от общего количества полученных разрядов. Второй эксперимент воспроизвел результат: чем меньше вероятность получить удар током в отсутствие звукового сигнала, тем сильнее подавление от звукового УС. Если вероятность шока при включенном и выключенном УС была одинаковой, то и подавления не наблюдалось.

Таким образом, Рескорла продемонстрировал, что основной влияющей на респондентное обусловливание переменной является взаимосвязь стимулов, одной временной близости недостаточно. В проведенном им эксперименте если за УС шел БС, то это происходило сразу же, то есть наблюдалась временная близость, но в отсутствие взаимосвязи подобные совпадения не влияли на поведенческую функцию УС, не приводили к подавлению оперантной активности.

Молярный бихевиоризм

То что началось как простой литературный обзор протоколов респондентного обусловливания, закончилось полным переосмыслением процесса. Эксперимент Рескорлы заставил ученых пересмотреть укоренившееся в психологии того времени мнение, что одного близкого расположения событий во времени достаточно для изменения их поведенческой функции.

Тридцать лет спустя, в работах Уильяма Баума, наблюдение Рескорлы стало основой для молярного подхода к анализу поведения, который его приверженцами противопоставляется подходу молекулярному. Молярная парадигма предполагает, что поведение и влияющие на него переменные растянуты во времени, то есть их можно анализировать в терминах статичных взаимосвязей, а не динамичных пространственно-временных смежностей. Разумеется, молярный подход не игнорирует локальные эффекты, как можно увидеть в анализуе Дэвисона и Баума (2000), а молекулярный учитывает влияние растянутых во времени переменных, например, корреляции между стимулами.

Даже если сторонники молекулярной позиции признают существование растянутых во времени переменных, они все стремятся объяснить, каким образом эти переменные влияют на поведение организмов, например, вводя промежуточные, порой гипотетические, переменные, как это делает двухкомпонентная теория избегания, которая вводит гипотетический страх как дискриминативный стимул для избегающего поведения. Сравните это с молярным анализом избегания, который рассматривает избегание как результат растянутого во времени процесса, наказания всех альтернатив кроме избегающего поведения (так наказываемая однофакторная модель). За примером вписывания локальных эффектов в молярную модель можно обратиться к анализу самоконтроля Говардом Рахлиным (2000).

Помимо толчка к новому концептуальному фреймворку для анализа поведения, эксперименты Рескорлы расширили набор используемых в эмпирических исследованиях протоколов экспериментов. До Рескорлы, исследователи знали о феномене условного торможения, снижения оперантной активности под влиянием некоторых БС, но плохо представляли как плодотворно воспользоваться этим эффектом.

В открытом Рескорлой эффекте тоже имели место молярно-молекулярные дебаты. Например, Рескорла предложил случайную процедуру как контрольное условие обучение, исходя из предположения, что без корреляции никакого обусловливания не случится в принципе. Через несколько лет были получены свидетельства, что отсутствие взаимосвязи между стимулами затрудняет дальнейшее обусловливание с теми же стимулами при добавлении корреляции, то есть отсутствие отношений между событиями — это тоже событие, которое влияет на поведение организма (Baker, 1976; Baker & Mackintosh, 1979).

В 1988 году Рескорла писал, что респондентное обусловливание как область сильно изменилось за 20 лет, прошедших с публикации его ставшей классической работы, но книги не отражают прошедший прогресс. Отчасти, эта проблема связана с впечатлением, что мы уже знаем все, что можно знать о павловском процессе. В конце концов, это всего лишь один стимул, который связан с другим и приобретает новую функцию. Возможно, из-за того что респондентное обусловливание кажется таким простым, стала возможна ситуация, в которой исследователи 60 лет искренне не задумывались, что не понимают каким конкретно образом работает то, что они исследуют.

Роберт Рескорла продемонстрировал, что респондентное обусловливание работает за счет взаимосвязи между событиями, а не простой временной близости стимулов. Разработанная им процедура случайной презентации стимулов легла в основу молярного подхода к анализу поведения, основанного на анализе растянутых во времени корреляций.

Список литературы

1. Ader, R., & Cohen, N. (1975). Behaviorally conditioned immunosuppression. Psychosomatic Medicine, 37, 333-340.
2. Ader, R., Cohen, N., & Felten, D. (1995). Psychoneuroimmunology: Interactions between the nervous system and the immune system. The Lancet, 345, 99-103.
3. Allan, L. G. (1993). Human contingency judgments: Rule based or associative? Psychological Bulletin, 11, 435-448.
4. Baker, A. G. (1976). Learned irrelevance and learned helplessness: Rats learn that stimuli, reinforcers, and responses are uncorrelated. Journal of Experimental Psychology: Animal Behavior Processes, 2, 130-141.
5. Baker, A. G., & Mackintosh, N. J. (1979). Preexposure to the CS alone, US alone, or CS and US uncorrelated: Latent inhibition, blocking by context or learned irrelevance? Learning and Motivation, 10, 278-294.
6. Baum, W. M. (2002). From molecular to molar: A paradigm shift in behavior analysis. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 78, 95-116.
7. Bellack, A. S., Hersen, M., & Kazdin, A. E. (Eds.). (1990). International handbook of behavior modification and therapy. New York: Plenum Press.
8. Davison, M., & Baum, W. M. (2000). Choice in a variable environment: Every reinforcer counts. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 74, 1-24.
9. Dinsmoor, J. A. (2001). Stimuli inevitably generated by behavior that avoids electric shock are inherently reinforcing. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 75, 311-333.
10. Estes, W. K., & Skinner, B. F. (1941). Some quantitative properties of anxiety. Journal of Experimental Psychology, 29, 390-400.
11. Garcia, J., Kimeldorf, D. J., & Koelling, R. A. (1955). Conditioned aversion to saccharin resulting from exposure to gamma radiation. Science, 122, 157-158.
12. Herrnstein, R. J., & Hineline, P. N. (1966). Negative reinforcement as shock-frequency reduction. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 9, 421-430.
13. Lubow, R. E. (1973). Latent inhibition. Psychological Bulletin, 79, 398-407.
14. Mackintosh, N. J. (1974). The psychology of animal learning. Oxford: Academic Press.
15. Miller, R. R., Barnet, R. C., & Grahame, N. J. (1995). Assessment of the Rescorla-Wagner model. Psychological Bulletin, 117, 363-386.
16. Poulos, C. X., Hinson, R. E., & Siegel, S. (1981). The role of Pavlovian processes in drug tolerance and dependence: Implications for treatment. Addictive Behaviors, 6, 205-211.
17. Rachlin, H. (2000). The science of self-control. Cambridge: Harvard University Press.
18. Rescorla, R. A. (1967). Pavlovian conditioning and its proper control procedures. Psychological Review, 74, 71-80.
19. Rescorla, R. A. (1968). Probability of shock in the presence and absence of CS in fear conditioning. Journal of Comparative and Physiological Psychology, 66, 1-5.
20. Rescorla, R. A. (1969). Pavlovian conditioned inhibition. Psychological Bulletin, 72, 77-94.
21. Rescorla, R. A. (1980). Pavlovian second-order conditioning: Studies in associative learning. Hillsdale, NJ: Erlbaum
22. Rescorla, R. A., & Wagner, A. R. (1972). A theory of Pavlovian conditioning: Variations in the effectiveness of reinforcement and nonreinforcement. In A. H. Black & W. F. Prokasy (Eds.), Classical conditioning II: Current Research and Theory (pp. 64-99). New York: Appleton-Century Crofts.
23. Skinner, B. F. (1938). The behavior or organisms: An experimental analysis. New York: Appleton Century Crofts.
24. Skinner, B. F. (1948). Superstition in the pigeon. Journal of Experimental Psychology, 38, 168-172.
25. Skinner, B. F. (2003). Ciência e Comportamento Humano. São Paulo: Martins Fontes (Originalmente publicado em 1953).
26. Stein, L., Xue, B. G., & Belluzzi, J. D. (1993). A cellular analogue of operant conditioning. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 60, 41-53.

Автор перевода Иван Чистяков, иллюстрация и обложка — Вероника Романова. Подписывайтесь на не.психологию, чтобы не пропустить новые материалы!