Научением является условное торможение условных рефлексов и гаснущий тормоз. Постоянный тормоз и запредельное торможение не являются научением (см. ниже). Имеются безусловное и условное торможение условных рефлексов.
Безусловное (врожденное) торможение условных рефлексов возникает сразу, его не надо вырабатывать. Оно включает два варианта.
Внешнее торможение условных рефлексов — ослабление или прекращение наличной условно-рефлекторной реакции при действии какого-либо постороннего раздражителя, например неожиданного звука. При этом возникает ориентировочно-исследовательская реакция (рефлекс «что такое?», по И.П. Павлову). Рефлекс «что такое?» состоит в реакции настораживания и подготовке организма на случай внезапно возникающей необходимости к действию. Имеется два варианта этого вида торможения:
1. Гаснущий тормоз — это посторонний раздражитель, который с повторением своего действия утрачивает тормозное влияние, так как не имеет существенного значения для организма. В обыденной жизни на человека действует множество посторонних сигналов, на которые он сначала обращает внимание, а затем просто перестает их замечать.
2. Постоянный (негаснущий) тормоз — раздражитель, который с повторением своего действия не утрачивает тормозного влияния (например, болевые раздражители, раздражения от переполненных внутренних органов). Эти раздражители имеют существенное значение для организма и требуют от него принятия решительных мер к их устранению.
Механизм внешнего торможения заключается в том, что посторонний раздражитель вызывает появление в коре большого мозга нового очага возбуждения, вне дуги условного рефлекса (отсюда и название — внешнее торможение), который оказывает угнетающее влияние на текущую условно-рефлекторную деятельность по механизму доминанты. Значение внешнего торможения — организм сосредотачивает свое внимание на новом раздражителе, чтобы решить, как действовать в новой ситуации.
Запредельное торможение возникает при действии чрезвычайно сильного или длительного условного раздражителя. Между силой условного раздражителя и величиной ответной реакции имеется определенное соответствие (закон силы): чем сильнее условный сигнал, тем сильнее условно-рефлекторная реакция. Однако закон силы сохраняется до определенной величины силы раздражителя, выше которой эффект начинает уменьшаться, несмотря на увеличение силы или частоты раздражения. Возможно развитие торможения, если условный сигнал включается сразу очень сильным (например, звук).
При медленном развитии торможения могут формироваться уравнительная, парадоксальная, тормозная фазы. При уравнительной фазе ответные реакции на сильные и слабые условные сигналы уравниваются, при парадоксальной — сильные сигналы вызывают меньшие ответы, чем слабые; при тормозной фазе отсутствуют ответные реакции на разные по силе раздражители. Иногда наблюдается ультрапарадоксальная фазе, при которой на условный сигнал реакция отсутствует, а на любой другой возникает ответ, например условно-рефлекторное слюноотделение.
Яркий пример ультрапарадоксальной стадии демонстрирует следующее наблюдение. Мать предлагает ребенку перед сном поесть, а он отворачивается, но если еду убирают, то ребенок начинает плакать и требовать ее (А. Ф. Белов).
Механизм запредельного торможения. Согласно И.П. Павлову, в данном случае нервный центр условного рефлекса сильно возбужден (предел работоспособности). Значение запредельного торможения — оно играет охранительную роль.
Условное (приобретенное) торможение условных рефлексов вырабатывается как сам условный рефлекс, поэтому оно называется условно-рефлекторным торможением. Согласно И.П. Павлову, оно локализовано в пределах («внутри») центральных структур условно-рефлекторного акта, что и определяет второе его название — внутреннее торможение. Его называют также отрицательным условным рефлексом.
Выделяют четыре вида условного торможения.
Угасательное торможение — в жизнедеятельности организма встречается наиболее часто. Формируется при повторном включении условного сигнала без подкрепления. Если во время действия условного угасательного торможения подействовать посторонним сигналом, возникает ориентировочно-исследовательский рефлекс, который ослабляет угасательное торможение и восстанавливает угасший ранее положительный рефлекс (явление растормаживания).
Запаздывательное торможение — развивается при отставлении подкрепления на 1—3 мин относительно начала действия условного сигнала. При многократном повторении этого опыта положительная условная реакция сдвигается к моменту подкрепления.
Дифференцировочное торможение — формируется при дополнительном включении другого раздражителя, близкого к подкрепляемому сигналу, но без подкрепления дополнительного раздражителя. Например, если собаке предъявлять круг и подкреплять его пищей, а эллипс не подкреплять и при этом чередовать круг и эллипс в течение одного опыта, то через некоторое время животное начинает различать оба сигнала: на круг возникает положительная условная реакция, например слюноотделение, а на эллипс слюноотделения не наблюдается.
Условный тормоз — формируется при добавлении к условному сигналу другого раздражителя и неподкреплении этой комбинации. Например, условный сигнал «звонок» подкрепляют пищей, а комбинацию «звонок и свет» не подкрепляют. После этого «свет» становится условным тормозом для любого условного рефлекса. Посторонний раздражитель при действии условного тормоза вызывает явление растормаживания.
Механизм внутреннего торможения условных рефлексов изучен недостаточно. Установлено, что при этом регистрируется гиперполяризация корковых нейронов.
Функциональные изменения при выработке положительных и отрицательных условных рефлексов (изменения возбудимости, ЭЭГ и др.) имеют общие черты (А. Ф. Белов).
Значение всех видов внутреннего торможения условных рефлексов заключается в тонком приспособлении организма к окружающей среде — устранение ненужной в данных условиях деятельности организма (экономный характер деятельности).
Другие формы научения
Все виды научения делят надве группы: неассоциативное (привыкание, сенситизация, импринтинг и подражание) и ассоциативное. Неассоциативное — научение реагировать или не реагировать на непосредственное действие раздражителя без сочетания его с действием какого-либо другого сигнала (без ассоциации). Ассоциативное — научение при совпадении безусловно-рефлекторной деятельности организма с каким-либо раздражителем, который приобретает сигнальное значение. При этом формируется связь (ассоциация, от лат. associatio — соединение, связь, сочетание) между этим раздражителем (сигналом) и деятельностью организма. Все формы научения можно объединить в четыре основные группы по критерию активности животного или человека в ходе научения.
Пассивное (реактивное) научение формируется само собой при действии на организм внешних факторов, и организм не предпринимает усилий для этого научения. В эту группу следует включить следующие варианты.
Привыкание (габитуация) — угасание ориентировочной реакции (рефлекса «что такое?», по И. П. Павлову). Оно формируется, если раздражитель многократно повторяется и не имеет особого значения, поэтому организм прекращает на него реагировать. Так, появление звука в лаборатории, где находится подопытное животное (собака), первоначально вызывает у него ориентировочную реакцию: поворот головы, ушей в сторону источника звука, изменение частоты сердечных сокращений, десинхронизацию ЭЭГ, изменение частоты и глубины дыхания. После многократного повторения звука, не сопровождающегося другими воздействиями на животное, все реакции затормаживаются.
Привыкание — это самая распространенная форма научения у человека и животных. За счет него организм игнорирует раздражители, не несущие никакой новизны и не имеющие для него значения. Привыкание всегда специфично, например, спящий человек не замечает уличного шума, но проснется от неожиданного звука на его фоне или от внезапно наступившей тишины.
Сенситизация — усиление реакции организма на повторяющийся стимул, если он вызывает каждый раз неприятные ощущения. Например, многократно повторяющийся пронзительный писк комара становятся неприятным, непереносимым. В основе сенситизации лежит механизм синаптической потенциации — это улучшение проведения в синапсах после повторной активации их вследствие увеличения амплитуды постсинаптических потенциалов (рис. 95).
Рис. 95. Экспериментальная модель кратковременного научения – привыкание и сенситизация в синапсе аплизии (Aplysia) (Камкин, 2004)
На рис. 95 показаны нейрофизиологические изменения в синапсе при сенситизации. С лева: синапс в контрольной ситуации. При распространении потенциала действия по нервному окончанию возникает вход Na+ через натриевые каналы, в результате отрываются кальциевые каналы и происходит высвобождение нейромедиатора. Посередине: в процессе ритмической активности уменьшилось количество открываемых кальциевых каналов и, следовательно, снизился уровень высвобождения нейромедиатора. Справа: сильная ритмическая стимуляция активирует серотонинергический интернейрон; серотонин, высвобождаемый из синапса на пресинаптическом окончании, повышает внутриклеточную концентрацию цАМФ; уменьшается количество открываемых калиевых каналов; увеличивается длительность пресинаптического потенциала действия; высвобождается больше нейромедиаторов.
Степень выраженности потенциации возрастает с увеличением частоты импульсов.
Условные рефлексы (кроме инструментальных) — положительные и отрицательные — это один из вариантов ассоциативного научения. Отрицательными условными рефлексами называют условное торможение условных рефлексов.
Импринтинг (англ, imprint — оставлять след, запечатлевать, фиксировать) — запечатление в памяти новорожденного окружающей действительности. Это особая форма реагирования, занимающая промежуточное положение между условными и безусловными рефлексами, которая проявляется в раннем онтогенезе.
Оперантное научение (от лат. operatio — действие) — это научение, в ходе которого организм добивается полезного результата с помощью активного поведения. Различают три вида подобного научения:
Метод проб и ошибок. Американский ученый Э. Торндайк (1890), видный представитель направления бихевиоризма (от англ, behaviour — поведение), помещал голодных кошек в так называемые проблемные клетки, которые открывались в случае, если кошка предпринимала определенные действия, например приподнимала лапой запорный крючок. Когда кошка выходила из клетки, она получала пищу. При повторении процедуры выхода из клетки число проб и ошибок уменьшалось.
Самораздражение структур мозга для получения удовольствия, положительных эмоций (рис. 96) или избегание самораздражения, которое сопровождается возникновением неприятных ощущений и отрицательных эмоций ().
Рис. 96. Опыт с самораздражением через вживленные электроды (схема): А – раздражение не включено; Б – электроды замкнуты, раздражение включено
Когнитивное научение (с помощью мышления). В данную форму научения следует включить научение путем наблюдения и правильное действие организма в ситуации, с которой он впервые встретился.
Инструментальный условный рефлекс — научение действию по сигналу с помощью вознаграждения (подкрепления).
Рис. 97. Выработка инструментального рефлекса в камере Скинера. Когда стимулятор автоматически предъявляет раздражитель (здесь – свет), животное может нажать на рычаг и получить пищевое вознаграждение (подкрепление). Раздражители и реакция регистрируются самрписцем в виде кривой научения: на абсциссе – день начала обучения, на ординате – процент правильных реакций на раздражитель
Животное, например крыса, по световому сигналу нажимает на рычаг и выключает электрический ток, чтобы избежать раздражения. Крыса также научается реагировать на световой раздражитель: нажимает на рычаг, чтобы получить пищу (рис. 97), т.е. она использует какой-то инструмент; отсюда и название этого вида научения.
Различие в двух формах научения (инструментального и метода проб и ошибок) заключается в том, что научение с помощью инструментального условного рефлекса происходит по сигналу, а научение методом проб и ошибок — без сигнала.
Научение путем наблюдения. Различают два вида подобного научения.
Простое подражание. Например, обезьяна, общаясь с исследователями в экспедиции, научилась мыть банан перед едой, не понимая, зачем это делается. Особенно часто используют научение путем наблюдения (подражания) дети, причем в раннем онтогенезе оно является преимущественно подражательным.
Викарное научение, которое также осуществляется посредством наблюдения, но при этом результат действия оценивается. Например, наблюдение за выполнением гимнастических упражнений и последующее их выполнение, если обучающийся их запомнил.
Научение путем мышления в ситуации, впервые встретившейся организму. Например, способность животного определять направление движения предмета, другого животного, движущихся по прямой линии, после исчезновения из их поля зрения. Сложное приспособительное поведение строится из трех основных компонентов — инстинктов, условных рефлексов и мышления, благодаря которым сразу вырабатывается программа адаптивного поведения в новых условиях, внезапно сложившихся ситуациях и возможность выбора наиболее адекватной тактики поведения в новой обстановке с учетом прогноза развития событий (Л. В. Крушинский).
Научение путем инсайта (англ. insite — озарение) — внезапное нестандартное правильное решение задачи с помощью подсознательной деятельности мозга. Этот вид научения может сформироваться после отдельных проб и ошибок, когда возникает идея результативного действия, которое может совершенствоваться в процессе достижения цели. Так, например, находящаяся в клетке обезьяна сначала пыталась достать банан одной короткой палкой в виде трубки, но, не достигнув результата, воспользовалась другой такой же палкой — и опять безрезультатно. Тогда она принялась разглядывать находящиеся рядом с ней предметы, после чего вдруг быстро проделала логическую последовательность действий: схватила обе палки, вставила их одна в другую, просунула между прутьев клетки — и банан достала (рис. 98).
Рис. 98. Обезьяна путем инсайта находит способ, позволяющий ей достать далеко находящийся банан с помощью вставленных одна в другую трубок
Следует, однако, заметить, что инсайт, с нашей точки зрения, не является полностью особой (самостоятельной) формой научения. Подобное научение является результатом объединения опыта, накопленного в памяти, с той информацией, которой располагает индивид при решении проблемы. Оно сочетает в себе элементы научения с помощью мышления, метода проб и ошибок, а также интуицию (лат. intueri — пристально, внимательно смотреть). Сама же интуиция — это результат подсознательной (неосознаваемой) деятельности мозга: догадка, чутье на основании накопленных знаний и навыков. В этом плане инсайт является частным случаем интуиции (интуиция — более широкое понятие). Интуиция может проявиться в любой сфере деятельности (решение математической задачи, правильное решение задачи поведенческого характера — научение и т.п.).
В конкретных ситуациях для достижения того или иного полезного приспособительного результата индивид чаще всего и спользует не один, а несколько видов научения.