Лекция 5 Тема АССОЦИАТИВНОЕ НАУЧЕНИЕ Принципы рефлекторной теории

Лекция 5. Тема: АССОЦИАТИВНОЕ НАУЧЕНИЕ. Принципы рефлекторной теории. Классический условный рефлекс как ассоциативная память. Классификация условных рефлексов. Правила выработки условного рефлекса. Динамика формирования условного рефлекса. Инструментальные условные рефлексы, их особенности.

Принципы рефлекторной теории И. П. Павлов открыл условные рефлексы и использовал их как объективный метод изучения психической деятельности (высшей нервной деятельности). И. П. Павлов сформулировал три принципа рефлекторной теории: детерминизма, структурности, анализа и синтеза. Рефлекс это ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая посредством возбуждения центральной нервной системы и имеющая приспособительное значение. 1. Принцип детерминизма (причинности), согласно которому любая рефлекторная реакция причинно обусловлена. ” Нет действия без причины”. Всякая деятельность организма, каждый акт нервной деятельности вызван определенной причиной, воздействием из внешнего мира или внутренней среды организма. Целесообразность реакции определяется специфичностью раздражителя, чувствительностью организма к раздражителям.

А) нейроны спинномозгового ганглия [8] воспринимают сенсорн. стимулы и через задние корешки передают сигналы в задн. рог серого вещества. Б) нейроны заднего рога [1] осуществляют первичную обработку сенсорных сигналов (не пропускают Команды головного мозга слабые и/или постоянно действующие сигналы). В) нейроны промежуточного ядра [4] сопоставляют сенсорные сигналы и команды головного мозга; 8 в результате возможен запуск реакции. 5 1 Г) дальнейшая передача сигнала в передний рог [3] стимул означает запуск двигательной реакции. 5 Д) дальнейшая передача сигнала в боковой рог [2] означает запуск вегетативной реакции 7 4 2 3 6 скелетн. мышцы внутр. органы

Принцип структурности. Каждая рефлекторная реакция осуществляется с помощью определенных структур, и чем больше структурных элементов участвует в осуществлении этой реакции, тем она совершеннее. В мозге нет процессов, которые не имели бы материальной основы, каждый физиологический акт нервной деятельности приурочен к структуре.

3. Принцип единства процессов анализа и синтеза в составе рефлекторной реакции. Нервная система анализирует, т. е. различает, с помощью рецепторов все действующие внешние и внутренние раздражители и на основании этого анализа формирует целостную ответную реакцию – синтез. В мозге непрерывно происходит анализ и синтез как поступающей информации, так и ответных реакций. В результате организм извлекает из среды полезную информацию, перерабатывает, фиксирует ее в памяти и формирует ответные действия в соответствии с обстоятельствами и потребностями.

Функции различных зон новой коры: 5 3 7 6 4 1 2 Память, потребности Запуск поведения 1. Затылочная доля – зрительная кора. 2. Височная доля – слуховая кора. 3. Передняя часть темен ной доли – болевая, кожная и мышечная чувствительность. 4. Внутри боковой борозды (островковая доля) – вестибулярная чувст вительность и вкус. 5. Задняя часть лобной до ли – двигательная кора. 6. Задняя часть теменной и височной долей – ассоциативная теменная кора: объединяет потоки сигналов от разных сенсорных систем, речевые центры, центры мышления. 7. Передняя часть лобной доли – ассоциативная лобная кора: с учетом сенсорных сигналов, сигналов от центров потребностей, памяти и мышления принимает решения о запуске поведенческих программ ( «центр воли и инициативы» ).

Классический условный рефлекс как ассоциативная память Условный рефлекс (УР) – это индивидуально приобретенная реакция организма на ранее индифферентный раздражитель, воспроизводящая безусловный рефлекс. В основе УР – формирование новых или модификация существующих нервных связей, происходящие под влиянием изменений внешней и внутренней среды. Это временные связи, которые тормозятся при отмене подкрепления, изменении ситуации. Все УР были разделены на классические и инструментальные. Это два вида поведенческих реакций, которые описывают как условнорефлекторное поведение и оперантное поведение (Б. Скиннер) или классическое и инструментальное обусловливание (Э. Р. Хилгард), или условные рефлексы I и II типов (Ю. Конорский). Ю. Конорский

Характеристика условных рефлексов Отличия условных рефлексов от безусловных рефлексов Безусловные рефлексы Врожденные, организма отражают видовые Условные рефлексы особенности Приобретаются в течение жизни, индивидуальные особенности организма отражают Относительно постоянны в течение жизни особи Образуются, изменяются и отменяются, когда они становятся неадекватными условиям жизни особи Реализуются по анатомическим путям, определенным генетически Реализуются по функционально-организующимся временным (замыкательным) связям Свойственны всем уровням ЦНС и осуществляются преимущественно ее низшими отделами (спинной мозг, стволовой отдел, подкорковые ядра) Для своего образования и реализации требуют целостности коры большого мозга, особенно у высших млекопитающих животных Каждый рефлекс имеет свое специфическое рецептивное поле и специфические раздражители Рефлексы могут образовываться с любого рецептивного поля на самые разнообразные раздражители Реагируют на действие наличного раздражителя, которого уже нельзя избежать Приспосабливают организм к действию стимула, которое еще предстоит испытать, т. е. имеют предупредительное значение

Классический условный рефлекс, образующийся при сближении во времени индифферентного раздражителя с действием раздражителя, вызывающего безусловный рефлекс. В результате повторных сочетаний первый начинает вызывать к действию второй, приобретая свойства безусловного раздражителя. Так за счёт установления временной связи вначале индифферентный для организма условный раздражитель становится сигналом определённой врождённой деятельности. Если собака впервые услышит звонок, она на него даст общую ориентировочную реакцию, но слюны при этом отделяться не будет. Подкрепим теперь звучащий звонок едой. При этом в коре больших полушарий возникнут два очага возбуждения один в слуховой зоне, а другой в пищевом центре. После нескольких подкреплений звонка едой в коре больших полушарий между двумя очагами возбуждения возникает временная связь Пример классического условного рефлекса Sусл → Rбез.

С точки зрения бихевиоризма, схема формирования инструментального (оперантного) рефлекса такова: внутренний, безусловный стимул Sбез порождает поисковую активность. Организм, побуждаемый этим стимулом, пробует самые разные реакции. Наконец, организм обнаруживает полезную реакцию, которая отличается от всех других тем, что за ней следует награда.

Классификация условных рефлексов. Все условные рефлексы подразделяют на группы. 1. По биологическому значению различают рефлексы пищевые, оборонительные, половые и др. 2. По виду рецепторов, с которых идет выработка, условные рефлексы делят на экстерорецептивные, проприорецептивные, интерорецептивные (по афферентному звену рефлекторной дуги). Экстероцептивные – зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые, тактильные и температурные. Они могут быть выработаны на вид предметов, отношения между ними, на различные запахи и т. д. Эктероцептивные рефлексы играют роль во взаимоотношениях организма с окружающей средой, поэтому они образовываются быстро.

Интероцептивные условные рефлексы – образуются медленнее экстероцептивных. Интерорецепторы всех типов выполняют 2 функции: они составляют афферентное звено специальных вегетативных рефлексов–играют важную роль в поддержании гомеостаза в организме, посылая информацию о состоянии внутренних органов. 3. Проприорецептивные – лежат в основе научения животного и человека двигательным навыкам. С ними связано овладение всеми видами локомоций.

По эфферентному звену рефлекторной дуги, выделяют две группы: вегетативные и двигательные. 1 вегетативные – слюноотделительный УР, а так же сосудистые, дыхательные, пищевые, зрачковый, сердечный и т. д. Вегетативные рефлексы подробно описал ученик И. П. Павлова – К. М. Быков. Например, желудок собаки наполняли водой через фистулу Басова так, чтобы животное не видело процедуры подготовки к вливанию. Эта процедура побуждает почки к усилению деятельности. Если процедуре вливания в желудок предшествовала подача индифферентного сигнала, то через несколько подобных сочетаний вырабатывался условный рефлекс на деятельность почки: условный сигнал без вливания воды вызывал усиление работы почек в виде повышения мочеотделения (диуреза). Примером условно рефлекторного изменения деятельности внутренних органов могут служить условные рефлексы на фармакологические (лекарственные) средства. Например, если неоднократно сочетать звук метронома с введением апоморфина, вызывающего рвоту, то через некоторое время метроном сам по себе будет вызывать у человека рвоту без введения апоморфина

2 двигательные или инструментальные – могут формироваться на базе безусловно рефлекторных двигательных реакций. Инструментальный условный рефлекс состоит в реализации такого действия, которое позволит достичь или избежать последующего безусловного подкрепления.

По отношению сигнального раздражителя к безусловному (подкрепляющему) раздражителю: натуральные – формируются на сигналы, являющиеся естественными признаками подкрепляющего раздражителя. Например, запах, цвет мяса могут быть условными сигналами подкрепления мясом. искусственные (лабораторные) – УР на такие сигнальные раздражители, которые в природе не имеют отношения к безусловному (подкрепляющему) раздражителю. По сложности условного сигнала: простые условный сигнал состоит из 1 раздражителя (например, свет, звук); сложные - условный сигнал состоит из комплекса раздражителей (одновременных или последовательных) или цепи раздражителей. Естественные сигналы всегда состоят из многих компонентов, другими словами, являются комплексными раздражителями.

Условные рефлексы на цепи раздражителей Если индифферентные раздражители, из которых образуется комплексный сигнал, действуют последовательно, т. е. не совпадают друг с другом, а безусловное подкрепление присоединяется к последнему из них, то на такой сигнал можно образовать условный рефлекс на цепь раздражителей. Сигнальное значение отдельного члена цепи оказывается тем большим, чем ближе он стоит к подкреплению, т. е. к концу цепи. Образование условных рефлексов на цепи раздражителей лежит в основе выработки различных т. н. двигательных навыков путем подкрепления случайных или вынужденных движений. Например, сказав собаке: «Дай лапу!» , мы «поднимаем» ее лапу сами, «награждая» собаку кусочком печенья Вскоре собака, услышав эти слова, «подает лапу» самостоятельно.

УР на комплекс раздражителей, состоящий из слова, проприоцептивных сигналов поднятия лапы и натуральных сигналов пищи. Анализ механизма образования такого типа рефлекса показал, что вначале образуется временная связь между тремя очагами возбуждения: слухового, двигательного и пищевого центров. Затем закрепляется последовательность действия членов цепи. При многократном предъявлении комплекса раздражителей в качестве условного стимула они могут сливаться в единый раздражитель, при этом компоненты комплекса, предъявленные по отдельности, уже не будут вызывать условной реакции. Естественные сигналы практически всегда комплексные. Схема синтеза одновременного комплекса раздражителей (по Л. Г Воронину, 1975) I - в начале образования временной связи, II — после укрепления временной связи, П — корковый пищевой центр, А, Б, В — корковые очаги возбуждения от компонентов комплекса, Г — «функциональный комбинационный центр» , образовавшийся после синтеза компонентов, а, б, в — связи между отдельными очагами возбуждения и пищевым «центром» , г — связи между «комбинационным» и пищевым центрами, 1 — действующие временные связи, 2 — заторможенные

По показателю временных соотношений между ассоциируемыми раздражителями делят на две группы: 1)наличные – в случае совпадения во времени условного сигнала и подкрепления; 2)следовые – когда подкрепление предъявляется лишь после окончания условного раздражителя. УР по показателю временных соотношений между ассоциируемыми раздражителями делят на две группы: наличные — в случае совпадения во времени условного сигнала и подкрепления, и следовые условные рефлексы, когда подкрепление предъявляется лишь после окончания условного раздражителя. Наличные рефлексы в свою очередь по величине интервала между включением ассоциируемых раздражителей делят на несколько видов — совпадающие, отставленные и запаздывающие. Схема временных отношений между условными и безусловными стимулами (по Л. Г. Воронину, 1979). А — совпадающий, Б — отставленный, В — запаздывающий, Г — следовой, Д— поздний следовой; светлым — условный стимул, черным — подкрепление

Условный рефлекс n-го порядка – условный рефлекс, в котором в качестве подкрепления используется не биологически значимый стимул, а какой либо исходно нейтральный стимул, который ранее приобрел значимость благодаря условнорефлекторной ассоциации с другим значимым стимулом. По выработке УР на базе другого условного рефлекса различают УР второго, третьего и других порядков. Рефлексы 1 го порядка – это УР, выработанные на базе безусловных рефлексов (классические условные рефлексы). Рефлексы 2 го порядка вырабатываются на базе УР 1 го порядка, при которых безусловный стимул отсутствует. Рефлекс 3 го порядка образуется на базе УР 2 го порядка. Чем выше порядок условных рефлексов, тем труднее идет их выработка. Жесты могут быть использованы для управления собакой на расстоянии; в большинстве это условные раздражители 2 го порядка

Условные рефлексы на время – особая разновидность УР. Они образуются при регулярном повторении безусловного раздражителя (например, кормление животного каждые 30 мин). Легко возникают УР без специальной выработки на время. Так, прием пищи в одно и то же время ведет к выделению пищеварительных соков и других реакций организма.

Важным понятием в физиологии ВНД является целостность в условно рефлекторной деятельности. Она проявляется прежде всего в системности, стереотипии, «настройках» и «переключениях» реакций по сигналам обстановки. В результате поведение животных определяется не одиночными сигналами, а всей целостной картиной окружения. Реальные раздражители, с которыми имеет дело организм, образуют динамический стереотип раздражителей. Сложившийся стереотип раздражителей направляет образование новых рефлексов по определенному руслу. Например, при усвоении новых объектов охоты хищник использует наиболее надежные из уже знакомых ему охотничьих приемов. Стереотип позволяет адекватно реагировать, несмотря на некоторые изменения в обстановке.

Условно-рефлекторная настройка Образование последовательных комплексов из обстановочных и основных условных раздражителей по типу цепи с далеко расставленными звеньями является физиологическим механизмом так называемой условно рефлекторной настройки. Само название «настройка» указывает, что речь идет не о совершении какой то деятельности, а только о вызванном по механизму временной связи состоянии готовности к этой деятельности.

Условно-рефлекторные переключения Образование комплексов разного сигнального значения из одних и тех же основных сигналов с добавлением разных обстановочных раздражителей является физиологическим механизмом условно рефлекторного переключения. Процесс выработки временной связи сопряжен с образованием УР на экспериментальную обстановку. При выработке любого УР образуется несколько видов временных связей: обстановочный рефлекс (вид данной экспериментальной камеры, запахи, освещение и пр. ), рефлекс на время, рефлекс на данный раздражитель и др. Каждая условная реакция состоит из ряда соматических и вегетативных компонентов. Для понимания физиологического механизма обстановочных УР Э. А. Асратян ввел понятие «условно рефлекторного переключения» . Оно состоит в том, что один и тот же раздражитель может стать условным сигналом различных условных реакций.

Подражательные условные рефлексы как один из видов приспособительных реакций животных они широко распространены в природе. В наиболее простой форме этот рефлекс обнаруживается в виде рефлекса следования. Например, стайные рыбы следуют за своими сородичами или даже за силуэтами рыб. Особенно легко вырабатываются у животных, ведущих групповой образ жизни. Например, если у одной обезьяны из стада выработать пищевой инструментальный условный рефлекс (нажатие на рычаг, приводящее к появлению пищи) на виду у всего стада, то и у других членов также образуется этот условный рефлекс. По своему физиологическому механизму подражательные УР сходны, очевидно, с условными рефлексами п-порядка.

Ассоциации образуются при сочетании индифферентных раздражителей без подкрепления. Впервые такие условные связи были исследованы у собак в лаборатории И. П. Павлова. В опытах производили сочетания тона и света без пищевого подкрепления. Уже через 20 сочетаний появились первые признаки образования временной связи между этими раздражителями: при действии света собака поворачивалась к источнику звука (бездействующему в это время), а при звучании тона смотрела на лампочку (которая не горела), как бы ожидая ее включения. Особенно убедительно выявилось наличие связи между индифферентными раздражителями после того, как на один из них (например, на звук) был выработан условный пищевой рефлекс. Оказалось, что свет при первом же применении стал вызывать у собаки слюноотделительную реакцию, т. е. стал условным сигналом пищевого рефлекса. Исследования показали, что временная связь между индифферентными раздражителями (экстероцептивными) образуется у млекопитающих после 10— 40 сочетаний, причем между раздражителями одной модальности она образуется быстрее, чем на сигналы разной модальности.

Условные рефлексы на отношение Эти УР вырабатываются не на абсолютные, а на относительные признаки раздражителей. Например, если животному одновременно предъявлять малый и большой треугольники, а пищей подкреплять только малый треугольник, тогда, согласно правилам образования УР, на малый треугольник образуется положительный условный рефлекс, а на большой — отрицательный условный рефлекс (дифференцировка). Если теперь предъявить новую пару треугольников, в которой малый треугольник по абсолютному размеру будет равен большому треугольнику, то у животного «с места» проявится условный пищевой рефлекс на меньший треугольник в этой паре. + +

Сравнительная характеристика формирования довербального понятия «больше» у шимпанзе, макаков, собак и крыс (по Фирсов, Чиженков 2003)

Дельфины смогли обучиться выбирать из трех предъявленных предметов средний, поскольку в предварительных экспериментах они получали подкрепление (рыбу) только при выборе среднего Важно, что животные уловили признак «средний предмет» . Биологическое значение УР на отношение, так же как временной связи между индифферентными раздражителями, как рефлекса n го порядка, состоит в том, что имеет место «перенос» выработанного УР в сходную ситуацию. Есть все основания считать, что рефлекс на отношение, временная связь между индифферентными раздражителями, как и условные рефлексы высшего порядка, лежат в основе физиологического механизма таких явлений, как «перенос опыта» , «предвидение» , «озарение» и т. п. , возникающих как бы без предварительного вырабатывания УР.

Цепной условный рефлекс В первое время образования УР на цепь раздражителей устанавливаются частные условные связи (а, б, в) между его компонентами (А, Б, В) и пищевым (П) «центром» . После более или менее длительной тренировки рефлекса эти связи затормаживаются и образуется общая связь (г) между возникшим в результате синтеза отдельных раздражений функциональным комбинационным центром (Г) и корковым представительством пищевого (П) «центра» . Однако параллельные связи не исчезают совсем, а только затормаживаются. Например, они растормаживаются при повышении пищевой или общей возбудимости (голодание, действие фармакологических веществ). В таких случаях компоненты сложного раздражителя в течение некоторого времени снова будут вызывать УР

Возможность получения УР на цепь раздражителей зависит от филогенетического уровня развития нервной системы данного вида животного. Так, у обезьян (макак, павианов, капуцинов), как показали опыты Л. Г. Воронина (1958), после 40 — 200 применений цепного раздражителя его компоненты, испытанные в отдельности, в большинстве случаев не вызывают УР. У низших позвоночных (рыбы, рептилии) даже после 700— 1300 применений цепи раздражителей ее компоненты сохраняют сигнальное значение. У этих животных УР на цепь раздражителей вырабатывается довольно легко, но сложный раздражитель не становится единым: каждый из его компонентов сохраняет свое сигнальное значение. На основании данных опытов Л. Г. Воронин пришел к заключению, что у высших животных в результате упрочения условного рефлекса на сложные раздражители создается функциональный комбинационный центр (ФКЦ).

Цепные двигательные условные рефлексы У высших млекопитающих (кошек, собак, обезьян и др. ) можно довольно легко вырабатывать однородные (с одного эффектора) или разнородные (с нескольких эффекторов) цепные двигательные условные рефлексы. Схема цепи условно-рефлекторных движений, выработанной путем объединения отдельных двигательных условных рефлексов (по Л. Г Воронину, 1975): А, Б, В — экстероцептивные условные раздражения, 1, 2, 3 — двигательные акты, П — подкрепление, а — временные связи

На раздражитель А выработано 1 е, на раздражитель Б — 2 е и на раздражитель В — 3 -е движение. З Если затем раздражители свести в цепь А— Б—В, то в соответствии с их последовательностью осуществятся условные движения 1, 2, 3. Как показали исследования, в начале выработки главную роль играют прямые условные связи между внешним раздражителем и выработанным на него движением (А > 1, Б > 2, В->3). В дальнейшем, по мере синтеза раздражителей и движений, ведущее значение приобретают последовательные связи: А—> / —> 2 —> 3 —> П. Поэтому, после достаточно длительной тренировки достаточно применить первый компонент цепи раздражителей (А), чтобы осуществилась вся цепь движений.

Можно предположить, что если внешний раздражитель (А) вызывает движение 1, то в двигательно кинестезическую область коры поступают импульсы, создающие там очаг возбуждения (а). При постоянном сочетании очагов возбуждения, возникающих от экстероцептивного раздражителя (А) и от проприоцептивного (а), создается условный комбинационный центр (Аа). Таким же образом возникает центр Бб вследствие сочетания раздражителя Б и движения (2) Когда такие синтезированные очаги возбуждения (Аа, Бб, Вв и т. д. ), вызывающие соответствующие им движения (1, 2, 3), сочетаются многократно и в определенной последовательности, то в конечном счете это внешне выглядит так, что цепь экстероцептивных раздражителей (А, Б, В) всегда вызывает цепь движений (1, 2, 3). На самом же деле, как это следует из схемы, цепь движений осуществляется в ответ на цепь комбинаций экстероцептивных и проприоцептивных раздражителей (Аа, Бб, Вв). При этом ведущее значение приобретают либо экстероцептивные раздражения, либо первое звено этих движений и цепь кинестезических раздражений (А —> а—>б —> в). Схема образования «функциональных комбинационных центров» в случае цепи условно рефлекторных движений (по Л. Г. Воронину, 1975): а, б, в — кинестезические раздражения

В первом случае это будет цепь движений 1, 2, 3, соответствующая своей последовательностью цепи условных раздражителей АБВ. Во втором случае может быть выработано три варианта условно рефлекторных ответов: на раздражитель А — цепь движений 1 -2 -З, на раздражитель Б — цепь движений 2 ->3, на раздражитель В — движение 3. Это значит, что одна система рефлексов, вызываемая в определенной последовательности системой раздражителей, может быть разбита на три самостоятельных УР благодаря тому, что производилось подкрепление реакций, появляющихся раньше «опережающих» их раздражителей. Схема образования «функциональных комбинационных центров» в случае цепи условно рефлекторных движений (по Л. Г. Воронину, 1975): а, б, в — кинестезические раздражения

Известно четыре способа образования цепных условных рефлексов у животных. 1 выше был описан первый способ — объединение в цепь экстероцептивных одиночных раздражителей и одиночных двигательных реакций. 2 наращивание цепи движений с подкрепляемого конца. Сначала обучают животное (голубя) по условному сигналу (включение лампочки) клевать первую полку. Затем, пустив достаточно голодное животное в камеру, не подают условного сигнала, заставляя животное совершать поисковые реакции. На вторую полку кладут приманку. Как только животное прикоснется ко второй полке, сразу же включают лампу (условный сигнал), и после клевания второй полки животное получает пищевое подкрепление. После этого вводят другой экстероцептивный сигнал — включение звонка, предшествующее клеванию (нажиманию) второй полки. Таким образом образуется двучленная, трехчленная и т. д. цепь движений. 3 формирования цепи двигательных рефлексов осуществляется «вклинивание» новых движений подобным образом, но между последним звеном в цепи и подкреплением. 4 свободный выбор: животное не ограничивают в движениях, но подкрепляют только те цепи, которые являлись «правильными» .

У животных цепи движений вырабатываются с различной степенью трудности в зависимости от филогенетического уровня развития нервной системы. У черепах, например, в течение длительного времени с большим трудом можно выработать весьма нестойкую трехчленную цепь движений, у голубей удается образовать довольно прочную цепь из 8 — 9 движений, а у млекопитающих — из еще большего числа движений. Был сделан вывод, что существует зависимость скорости образования отдельных звеньев и всей цепи движений в целом от уровня филогенеза животного. Объект исследовани я Число сочетаний, потребовавшееся для образования условных рефлексов (средние цифры) 1 членного 2 членного 3 членного 4 членного 5 членного Черепаха 8 58 116 Голубь 10 16 15 24 30 Кролик 15 18 14 18 21 Крыса 9 12 13 28 18 Кошка 21 15 28 24 18 Собака 11 12 15 12 14 Человек 2 1 1 1 Не вырабатывается 1 ^ МІСК 1 Ш 97 і

Автоматизация условных рефлексов Очень многие условные рефлексы у животных и человека после длительной тренировки автоматизируются, становятся как бы независимыми от остальных проявлений ВНД. Автоматизация, как правило, развивается постепенно. Вначале она может выражаться в том, что отдельные движения опережают соответствующие сигналы. Затем наступает период, когда цепь движений полностью осуществляется в ответ на первый, «пусковой» , компонент цепи раздражителей. Это происходит вследствие того, что возбуждение, сконцентрированное в районе данной временной связи, получило там возможность быстро распространяться по уже готовым связям при незначительном «толчке» извне — первом сигнале в Схема автоматизиро ванной цепи условнорефлекторных движений (по Л. Г. цепи. Воронину, 1975) Заштрихованы заторможенные корковые экстероцептивные очаги возбуждения

Динамический стереотип и его роль в обучении и воспитании Динамический стереотип это форма целостной деятельности головного мозга, выражением которой является определённый, зафиксированный порядок условно рефлекторных действий высших животных и человека. Динамический стереотип нелегко вырабатывается, но в жизни он необходим, поскольку даёт возможность привычную работу осуществлять автоматически. Как правило, процессы одевания, умывания происходят автоматически и только тогда, когда возникают какие то трудности, когда мы сталкиваемся с непривычными обстоятельствами, нам приходится их анализировать и находить какие то новые решения. Если условно рефлекторные раздражители предъявляются в определённой последовательности, то через некоторое время вырабатывается динамический стереотип. Он считается сформированным, когда при предъявлении первого условного раздражителя развёртывается вся цепочка условно рефлекторных реакций.

При выработке динамического стереотипа, связанного с умыванием, ребёнку приходится поэлементно показывать, как мыть руки, лицо, уши. Затем он выполняет эти действия по команде, и, наконец наступает время, когда одно словесное побуждение "Иди умойся" вызывает всю цепочку рассмотренных действий. Вот с этого момента мы и можем говорить о том, что у ребёнка выработан динамический стереотип, или навык, умывания. В основе навыка лежит динамический стереотип, выработанный в результате сознательного многократного повторения одних и тех же движений или решения типовых задач в производственной или учебной деятельности.

Правила образования условного рефлекса. 1. Совпадение во времени действия индифферентного раздражителя с безусловным (подача индифферентного – за 1 с до безусловного); Условный р ль Безусл. р ль 2. Физиологическая сила безусловного раздражителя должна быть больше, чем индифферентного: 3. Отсутствие посторонних раздражителей на начальной стадии выработки УР 4. Нормальное физиологическое состояние животного, и в первую очередь состояние коры больших полушарий Скорость и прочность выработки УР зависит от интенсивности безусловного раздражителя

Динамика формирования условного рефлекса В процессе выработки УР выделяют 3 стадии: прегенерализации, специализации. 1. Стадия прегенерализации – характеризуется выраженной концентрацией возбуждения (гл. обр. , в проекционных зонах коры условного и безусловного раздражителей) и отсутствием условных поведенческих реакций. 2. Стадия генерализации – в основе лежит процесс «диффузного» распространения (иррадации) возбуждения. Наблюдаются условные реакции на сигнальный и др. раздражители (афферентная генерализация) + в интервалах между предъявлениями условного стимула (межсигнальные реакции). Наблюдается дистантная синхронизация биопотенциалов – синхронизация биоэлектрической активности во многих участках коры и подкорковых образований.

3. Стадия специализации – когда межсигнальные реакции угасают и условный ответ возникает только на сигнальный раздражитель (изменения биотоков более ограничены и приурочены в основном к действию сигнального стимула. Этот процесс обеспечивает дифференцировку, тонкое различение стимулов, специализацию условно рефлекторного навыка).

Условные рефлексы имеют несколько компонентов. При выработке условного рефлекса (например, оборонительного на звонок с раздражением конечности электрическим током) кроме двигательной реакции на электрокожное раздражение реагируют сердечно сосудистая и дыхательная системы (возможно увеличение частоты сердцебиений, повышение артериального давления вследствие возбуждения симпато адреналовой системы и выброса в кровь адреналина, изменение частоты и глубины дыхания, метаболические сдвиги). Во первых, они связаны с действием раздражителей, а во вторых – с обеспечением вегетативными сдвигами двигательной реакции. Впоследствии вегетативные сдвиги, хотя и в меньшей степени, сохраняются и при действии только условного сигнала (в данном случае – звонка), сопровождая условный оборонительный рефлекс.

Инструментальные условные рефлексы, их особенности Открытие инструментального обучения связывают с именем Э. Торндайка (конец XIX столетия) в Америке. И. П. Павлов называет Э. Торндайка своим предшественником: «Должен признать, что честь первого по времени вступления на новый путь должна быть предоставлена Edward L. Thorndike…, который на два три года предупредил наши опыты и книга которого должна быть признана классической как по своему взгляду на всю предстоящую грандиозную задачу, так и по точности полученных результатов» . [из предисловия И. П. Павлова к его книге «Двадцатилетний опыт изучения высшей нервной деятельности (поведения) животных» ] Эдвард Торндайк 1874— 1949 Данный вид обучения получил название обучения по принципу «проб и ошибок»

Э. Торндайк сформулировал ряд важных законов обучения: пользы, эффекта, упражнения и др. Согласно закону эффекта связь между ситуацией и реакцией организма со временем усиливается, если она вызывает удовлетворяющее животное состояние. И напротив, эта связь ослабляется, если вызывает неприятное для животного состояние. В соответствии с законом упражнений связь между ситуацией и реакцией организма усиливается от повторения и ослабляется от неповторения.

Американский психолог Дж. Уотсон, один из основоположников бихевиоризма, полагал, что поведение построено из секреторных и мышечных реакций, которые определяются внешними стимулами, действующими на животное. Поэтому экспериментальная психология должна изучать реакции на строго контролируемую стимуляцию. Таким образом, основным для бихевиористов был анализ связей между стимулами (S) и возникающими на их основе реакциями (R): S-R-связи.

Другую форму инструментального обучения (возникающую не по принципу «проб и ошибок» ) открыли в 20 х гг. независимо от бихевиористов польские физиологи Ю. Конорский и С. Миллер, работавшие в то время в лаборатории И. П. Павлова. Они исследовали, как формируется условная двигательная реакция у собаки. Для этого к лапе собаки была привязана веревка, и в любой момент можно было ее поднять. Формирующийся при этом условный двигательный рефлекс при пищевом подкреплении был назван Ю. Конорским и С. Миллером условным рефлексом 2 го рода, чтобы отличить его от классического УР, или классического УР 1 го рода. Однако вскоре американские исследователи Е. Хилгар и Д. Маркес назвали условные рефлексы 2 го рода инструментальными условными рефлексами, что должно было подчеркивать, что животное использует условно рефлекторную реакцию как инструмент для получения подкрепления В настоящее время в отечественной литературе данное явление чаще всего по прежнему называют инструментальным условным рефлексом или инструментальным обучением. В англоязычной литературе несколько позже закрепилось другой название – оперантное обучение или оперантное обусловливание (англ. operant conditioning).

Методики изучения инструментального рефлекса

Основные различия между инструментальными и ассоциативными УР. 1. Разная процедура образования УР. Для получения классического УР необходимо сочетанное предъявление двух раздражителей — условного и безусловного. При образовании инструментального УР активность организма направлена на поиск стимул объекта (пищи). 2. Разные эффекторные системы: в классическом УР это вегетативные системы, в инструментальном — двигательные движения лап, глаз и пр. ). 3. Разное количество сочетаний, необходимых для образования УР: для классического – сотни, для инструментального – десятки.

4. Условная реакция в классическом условном рефлексе является копией безусловного подкрепляющего рефлекса, в инструментальном – может быть любой. 5. Разная роль подкрепления (пищи): малые порции пищи способствуют образованию инструментального рефлекса, а при выработке классических УР на малые порции рефлекс не вырабатывался, а при больших животные быстро насыщались. 6. Классический УР формируется по принципу «ассоциация по смежности» , инструментальный – по принципу «проб и ошибок» .

При образовании инструментальных условных рефлексов основную роль играет «внутренняя активность животного» — его потребность и мотивация. То есть в основе поведения лежит не внешняя сигнализация, а внутренняя потребность животного. И считается, что выбор реакции животным определяется не вызывающим ее раздражителем, а установлением временной последовательности между реакцией, выполняемой животным в данной ситуации и подкрепляющим раздражителем. При классических условных рефлексах связь устанавливается между стимулами и результатом, а при инструментальном научении, она возникает между реакцией и результатом. Таким образом, действие животного приобретает сигнальную функцию по отношению к результату (подкреплению).

Роль мотивации. Подкрепление и его типы. В инструментальном обучении действует принцип эффекта, сформулированный еще Э. Торндайком: связь между ситуацией и реакцией организма со временем усиливается, если она вызывает удовлетворяющее животное состояние. Это же положение в терминах Ю. Конорского можно выразить следующими словами: инструментальный условный рефлекс основан на драйве (биологических мотивациях), тогда как классический условный рефлекс — на консумматорных рефлексах.

Одна из центральных проблем физиологии высшей нервной деятельности — физиологический механизм подкрепления. Известно, что И. П. Павлов подчеркивал важность последовательности применения сигналов — условного и безусловного. По определению И. П. Павлова (1935), подкреплением называется биологически существенное воздействие на организм, благодаря которому индифферентный для животного раздражитель приобретает ранее ему несвойственное сигнальное значение. Можно отметить, что и в теории оперантного обучения (Skinner, 1938), подкрепление также является фундаментальным принципом, оно определяется как любое обстоятельство или событие, которое увеличивает частоту действия, за которым оно следует.

Образование ассоциации, по Конорскому, возможно только при условии неспецифического облегчающего влияния драйва голода. Голод активирует вкусовой и обонятельный анализаторы, и это вызывает аппетит. Подтверждением справедливости этого заключения является то, что у недостаточно голодной собаки практически невозможно выработать пищевой условный рефлекс. «Буду нажимать на рычаг за еду» «Буду клевать [ключ] за еду»

Положительное подкрепление. В определении И. П. Павлова важным является выражение «биологически существенное воздействие» , поскольку в зависимости от обстоятельств и конкретного физиологического состояния животного, существенным моментом может быть различное воздействие, которое, например, удовлетворит голод или жажду, потребность в тактильной стимуляции и т. д. Это означает, что подкрепление относительно и зависит от потребности животного в том или ином факторе. Исследования И. П. Павлова показали, что у сытых собак пищевые условные рефлексы практически не вырабатывались.

Отрицательное подкрепление и наказание. При обучении животных могут использоваться не только положительные, но и отрицательные раздражители. К ним относятся болевое воздействие и т. п. Отрицательные раздражители могут использоваться в качестве подкрепления и наказания поведения. Отрицательное подкрепление является процедурой, используемой для усиления реакции, которая устраняет или позволяет избежать действия неприятного раздражителя. Устранение отрицательного раздражителя предполагает действия животного, направленные на прекращение его воздействия (удаление, избавление от него). В другом случае животное предотвращает само воздействие отрицательного раздражителя.

Наказание – это другая процедура использования отрицательных раздражителей, при которой за действием следует отрицательный стимул или ситуация, которые приводят к устранению или подавлению данного действия. В отличие от отрицательного подкрепления, неприятный раздражитель следует за тем или иным поведением, а не предотвращает его. Кроме того, наказание, ослабляет или подавляет определенное поведение, а отрицательное подкрепление, как и положительное, усиливает его.

Позитивное и негативное подкрепление и наказание по Б. Скиннеру Положительное (позитивное) Подкреплени е Предъявление положительного стимула Наказание Предъявление аверсивного стимула Отрицательное (негативное) Удаление аверсивного стимула Удаление положительного стимула

Вторичное подкрепление. Выделяют два типа подкрепления. Первичное подкрепление это любое событие или объект, сами по себе обладающие подкрепляющими свойствами. они не требуют предварительной ассоциации с другими подкреплениями, чтобы удовлетворить биологическую потребность. Первичные подкрепляющие стимулы это пища, вода, физический комфорт. Их ценностное значение для организма не зависит от научения. Вторичное, или условное подкрепление это любое событие или объект, которые приобретают свойство осуществлять подкрепление посредством тесной ассоциации с первичным подкреплением.

Подкрепление при инструментальном обучении При исследовании характеристик процесса обучения бихевиористы очень большое внимание уделяют режимам подкрепления инструментальных реакций. Подкрепление можно было подавать в разных режимах: после каждого двигательного ответа, после некоторого количества ответов, после определенного временного интервала и т. д. Режимы подкрепления: Постоянное подкрепление – режим, при котором подкрепляются любые движения, которые соответствуют вырабатываемому у животного действию. Используется на первой стадии обучения животного нужному действию. Например, при обучении дельфина «пению» сначала подкрепляются любые вокализации у животного.

Режимы подкрепления при инструментальном обучении: постоянное подкрепление фиксированный режим с фиксированным интервалом с фиксированным отношением частичное (эпизодическое) подкрепление варьирующий режим с варьирующим интервалом с варьирующим отношением

Режим подкрепления с фиксированным количеством действий означает, что подкрепление дается после совершения животным определенного, фиксированного количества действий. Такой режим позволяет сформировать долговременную программу однотипного поведения. Например, сформировать серию из нескольких действий (прыжков и т. п. ). Но в этом случае нельзя выделять качественную сторону выполняемых животным действий. Инструментальное поведение голубя при фиксированном подкреплении количества ответов

Режим подкрепления с варьируемым количеством действий означает, что подкрепление дается после выполнения животным нескольких действий, количество которых варьирует в случайном порядке (например, от 1 до 7). Такой режим подкрепления дает возможность усовершенствовать качество выполняемого действия. Например, в случае вокализации, увеличить ее продолжительность, выделить звуки определенного типа, а при обучении прыжкам – выделить высокие прыжки и т. д.

Режим подкрепления с фиксированным или варьируемым интервалом времени. В другом режиме подкрепление производили по времени, например через фиксированный (или варьируемый) временной интервал последнего подкрепления (fixed interval Schedule — FI). Если этот интервал равен 2 мин (FI 2), то голубь может клевать ключ любое количество раз, но подкрепление производят с интервалом 2 мин после нажатия на рычаг. Например, при варьирующем интервале подкрепления 4 мин (VI 4) можно получить очень стабильные инструментальные ответы голубя при варьировании интервала подкрепления от 1 до 6 мин.

Как будет изменяться инструментальное поведение животного, если производить частичное подкрепление? Эксперимент, в котором осуществлялось обучение крыс в лабиринте и измерялась скорость прохождения ими этого лабиринта, было показано, что крысы, которые получали подкрепление после каждой побежки (100%), угасание произошло быстрее, чем в другой — т в 30% побежек. Такой режим под крепления вырабатывает более устойчивое обучение. При оперантном научении подкреплению придается особое значение, так как оно определяет скорость и эффективность научения.

Этапы оперантного научения: 1. Создание состояния выраженной потребности у животного. 2. Первичная инициация нужного поведения (поведенческого акта). При этом избегаются способы болевого воздействия (оборонительного поведения) и предпочитаются способы, основанные на отборе поведения. 3. Создание условий при которых животные самостоятельно воспроизводят первично инициированное поведение. 4. Введение стимула, санкционирующего данный поведенческий акт. 5. Использование свойств подкрепления и тренировочного процесса для закрепления поведенческого акта до навыка. Оперантное научение может быть основано на любой потребности, выбор которой определяется задачами дрессировки и особенностями животного. Например, для одной собаки при отработке навыка подхода к дрессировщику, можно применить социальную потребность (потребность в стае), для другой эффективней использование пищевой потребности, а с третьей — приходится применять потребность в самосохранении или оборонительную.