Эндеманн и Пессоа: Парадигма сенсорных реакций и как посчитать зрение

По мотивам главы «A resposta de observação: o papel das respostas sensoriais para o estabelecimento da discriminação» из сборника «Experimentos Clássicos em Análise do Comportamento», посвященного изложению классических экспериментов из анализа поведения.

Дискриминация стимулов и как она формируется

Понятие «сенсорная реакция» появилось как способ рассматривать восприятие с поведенческой точки зрения. В повседневной жизни зрение, слух, вкус или осязание определяется как способность получать определенный чувственный опыт. С поведенческой точки зрения восприятие определяется в терминах дискриминации и генерализации, то есть дифференцированной реакции на стимулы окружающей среды.

В «Поведении организмов» (1938 год) Скиннер пишет, что «организм „видит два стимула как разные“, если заметно какое-либо различие в его поведении по отношению к ним». Такие дифференцированные реакции формируются во время тренинга дискриминации, при котором реакции подкрепляются в присутствии одного стимула (S+ или Sᴰ) и не подкрепляются в присутствии другого стимула (S- или SΔ).

Определение Скиннера предполагает, что для полноценного изучения дискриминации нет нужды исследовать что-то кроме самой дифференцированной реакции, например, чтобы понять зрительное восприятие достаточно изучить дискриминацию визуальных стимулов. Эта позиция в вопросе исследования восприятия получила название «непрерывной» — восприятие есть непрерывный процесс наращивания стимульного контроля над какой-либо реакцией, не вовлекающий в себя каких-либо дополнительных активностей. Помимо Скиннера непрерывного подхода придерживался Кеннет Спенс.

Если зрение это просто дискриминированное относительно зрительных стимулов поведение, то к какому классу активности относится подойти посмотреть на вывеску поближе или водить глазами по тексту? В оппозицию версии непрерывности формировался «дискретный» подход к анализу восприятия.

Дискретники считали, что зрительным восприятием является не дискриминированное относительно визуального стимула поведение, а поведение, функцией которого является доступ к зрительному стимулу, например, посмотреть назад (сенсорная реакция) и пойти на остановку в контексте подъезжающего автобуса.

Первые посвященные сенсорным реакциям работы опубликовал Карл Лэшли (см. например, его работу 1938 года). В них он руководствовался работами гештальтпсихологов (не путать с гештальт-терапией) и сформулированным ими принципом избирательности. Согласно принципу избирательности, организмы воспринимают и обращают внимание не на всю среду в целом, а только на некоторые её части. Лэшли и, параллельно ему, Кречевский (1938) интерпретировали предложенный гештальтпсихологами принцип так, что испытуемый во время тренинга дискриминации может обратить внимание не на всю ситуацию, а только отдельные стимулы, порой нерелевантные для дискриминации, например, температуру в экспериментальной камере, и реагировать под действием этих случайных стимулов.

В случае подобной неудачной избирательности, поведение испытуемого могло никогда не перейти под нужный исследователям стимульный контроль. Избирательность существует раньше тренинга дискриминации, испытуемый сперва реагирует на любые отдельные стимулы, а только затем переходит к дифференцированному стимульному контролю, то есть данные о сенсорных реакциях могли бы упростить тренинг дискриминации, но к 50-м годам все еще не было экспериментального способа даже собирать такие данные.

Например, Кеннет Спенс признавал существование сенсорных реакций и их роль в экспериментальном анализе: «Если ситуация дискриминации такова, что орган чувств животного не вынужден воспринимать соответствующий аспект стимула с первой попытки, то ассоциации между реакцией и этим конкретным аспектом стимула не возникнут» (1945). Вместо изучения сенсорных реакций он предлагал воспользоваться рекомендаций Скиннера и исключить их из исследовательской ситуации. Скиннер считал, что эксперименты должны проводиться «в звуконепроницаемых, темных камерах с гладкими стенами».

Консенсус в споре дискретности и непрерывности на момент докторской диссертации Бенджамина Вайкоффа, главного героя этой статьи, гласил, что «от животного требуется, помимо дискриминации реакции, научиться соответствующей (перцептивной) реакции, которая приводит к восприятию ожидаемых экспериментатором аспектов стимула. <…> животное должно научиться поворачивать голову и глаза так, чтобы видеть нужные для дискриминации стимулы» (Спенс, 1945). Эти реакции были названы ориентационными реакциями органов восприятия. Единственный вопрос — стоит ли изучать эти реакции (и если да, то как) или проще жестче контролировать экспериментальные условия?

Не занимая сторон, Вайкофф указывал, что упрощение экспериментальной среды для сведения к минимуму необходимости изучения ориентационных реакций (по определению Спенса) может накладывать ограничения на максимальную сложность изучаемых в лаборатории моделей. Ни в повседневных ситуациях, ни в контролируемых лабораторных условиях невозможно определить, будут ли животные подвергаться воздействию стимулов, коррелирующих с подкреплением, поэтому Вайкофф предложил процедуру, в которой ориентационная реакция рецепторов (которая после Вайкоффа стала известна как сенсорная реакция) — это не мешающая исследованию аномалия, а основной предмет изучения.

Парадигма сенсорных реакций Вайкоффа

Основной целью эксперимента Вайкоффа был анализ роли ориентационных реакций органов восприятия в формировании дискриминации. Уайкофф предложил техническое определение этих реакций и назвал их реакциями, приводящими организм в контакт со стимулами, коррелирующими с подкреплением. Чтобы отличить их от реакций, непосредственно вызывающих подкрепление (например, поклевывание диска в опытах с голубями, нажатие рычага в опытах с крысами — эффективные реакции), Вайкофф назвал их сенсорными реакциями (observing response, OR).

Основываясь на функции OR (то есть приведение организма в контакт со стимулами, коррелирующими с подкреплением) и принципах оперантного обусловливания, описанных Скиннером, Вайкофф исследовал, будет ли предъявление коррелирующих с подкреплением стимулов оказывать подкрепляющее влияние на OR во время тренинга дискриминации. Это исследование, по мнению Уайкоффа, позволило бы не только решить локальную проблему регистрации ориентационных реакций, но и дать дорогу поведенческой интерпретации восприятия.

Для регистрации OR проявил изобретательность и подошел к вопросу максимально функционально-аналитически. Вместо попыток фокусироваться на внешнем виде поведения и анализе направления взгляда голубя он создал машину, в которой голубю нужно было нажимать рычаг, чтобы увидеть коррелирующие с подкреплением (S+ или S-) стимулы, то есть, голуби контактировали со стимулами только при нажатии на педаль. Стимулы оставались открытыми до тех пор, пока испытуемый нажимал на педаль, что, в свою очередь, определяло показатель, который регистрировался и анализировался Вайкоффом: длительность реакции наблюдения. Вайкофф смог превратить зрение голубей в нажатия педали, максимально простую для регистрации и количественного анализа переменную!

В эксперименте участвовали 20 голубей, содержавшихся до начала эксперимента в стандартной для поведенческих экспериментов небольшой пищевой депривации. Голубей разделили на две группы (контрольную и экспериментальную). В экспериментальной камере, помимо педали, находилась лампочка, которая могла подсвечиваться белым, красным или зеленым светом, и выдвижная кормушка для подачи пищи.

На предварительном этапе, который длился 45 минут, голуби в обеих группах адаптировались к условиям эксперимента. В течение первых 15 мин этого этапа диск освещался белым светом, первый клевок диска обеспечивал доступ к кормушке в течение 4 секунд по схеме с фиксированным интервалом (FI) 30 секунд. В течение оставшихся 30 минут этой фазы диск последовательно освещался зелёным и красным цветом по 30 секунд.

Реакции в виде поклевывания диска давали доступ к кормушке так же, как и в первые 15 мин. этой фазы (т.е. в условиях 30-секундного FI). В этой предварительной фазе у нажатия на педаль не было последствий и не было корреляции между зелёным и красным светом и доступом к кормушке, то есть лампочка не являлась дискриминативным стимулом. Голуби контрольной группы находились в этих условиях на протяжении всего эксперимента.

В экспериментальной фазе (формирование дискриминации), применявшейся только к голубям экспериментальной группы, было проведено пять 75-минутных сессий и одна 15-минутная сессия. Во время сеансов этой фазы реакции поклевывания диска поддерживались по режиму FI 30 секунд. Этот режим чередовался с режимом гашения каждые 30 секунд. Во время гашения поклевывание диска не приводило к доступу к кормушке. На этом этапе исследования для экспериментальной группы красный свет коррелировал с FI 30 секунд (то есть с подкреплением), а зелёный — с гашением.

Однако зелёный или красный свет горел только если голубь нажимал на педаль, то есть когда происходила сенсорная реакция, OR. Если голубь совершал OR и действовало гашение, то диск загорался зелёным. Если голубь нажимал на педаль и действовала схема FI 30 сек., то на диске загорался красный свет. Если голубь не производил OR, то диск оставался освещенным белым светом независимо от действующего режима подкрепления (на эффективную реакцию, поклевывание диска, режим подкрепления все еще влиял). Говоря более коротко, нажатие на педаль (OR) превращало смешанную схему гашения и FI 30 сек. в схему сигнализированной смены гашения и FI 30 сек.

После первых шести сессий экспериментальной фазы экспериментальная группа была разделена на три подгруппы A, B и C. В подгруппе А дискриминация формировалась по прежним правилам, поэтому OR продолжали предъявлять зелёный и красный свет, а они, в свою очередь, оставались связанными с гашением и подкреплением соответственно. В подгруппе В связь стимулов с подкреплением была изменена на противоположную (зеленый свет связан с FI 30 сек., а красный — с гашением); а подгруппа С вернулась к условиям, аналогичным последним 30 минутам предварительного этапа (недискриминированное подкрепление), в которых лампочка загоралась при нажатии педали, но уже не была сигнализировала подкрепление.

Сенсорные реакции как операнты

В качестве зависимой переменной Вайкофф регистрировал время нажатия на педаль, то есть продолжительность реакции наблюдения. С её помощью он проанализировал изменения частоты сенсорной реакции в зависимости от того, как производимые этой реакцией стимулы коррелировали с подкреплением. Продолжительность реакции наблюдения в контрольной группе была относительно высокой вначале, но затем быстро уменьшилась и оставалась низкой до конца эксперимента.

В экспериментальной группе продолжительность OR также начиналась с высоких значений для всех голубей и оставалась такой для подгруппы А, которую продолжали обучать дискриминации. Для подгруппы В продолжительность OR уменьшалась когда корреляция стимулов менялась на противоположную, но увеличивалась по мере формирования нового паттерна стимульного контроля. Для подгруппы С, которая после обучения вернулась к условиям предварительной фазы (зелёный и красный свет мог загораться, но не было корреляции с подкреплением), продолжительность OR уменьшилась по сравнению с фазой, в которой наблюдалась корреляция между зелёным и красным светом и подкреплением.

Результаты Вайкоффа показали, что воздействие и контакт испытуемых с дискриминативными стимулами оказывают подкрепляющий эффект на OR (то есть нажатие на педаль). Таким образом, Вайкофф подтвердил, что предъявление дискриминативных стимулов в ответ на нажатие на педаль устанавливает и поддерживает нажатия педали как сенсорную реакцию. Это следует из того, что (1) вероятность OR возрастает или остается высокой в условиях дифференцированного подкрепления, реализуемого при обучении дискриминации; (2) при изменениях в корреляции стимулов вероятность OR временно снижается, а затем возвращается к высокому значению; и (3) вероятность OR снижается или остается низкой в ситуациях несигнализированного подкрепления, когда стимулы, вызываемые OR, не коррелируют с подкреплением.

Таким образом, Вайкофф смог продемонстрировать сенсорные реакции как с одной стороны подчиняющееся общим правилам оперантного обусловливания активности, с другой стороны — как отличный от получающихся на выходе тренинга дискриминации эффективных реакций класс поведения. Согласно Вайкоффу, сенсорная реакция — это оперантное поведение, следствием которого является предъявление дискриминативных стимулов.

Определение сенсорной реакции по ее функции, а не по ее топографии, позволило Вайкоффу разработать эксперимент, в котором сенсорную реакцию было очень просто наблюдать. Этот гениальный подход сделал его исследование классическим в анализе поведения и позволил распространить использование концепции дискриминации на ситуации, в которых сложно установить, как конкретно сенсорный аппарат индивида работает во время формирования дискриминации.

Следует подчеркнуть, что единственным последствием OR является предъявление дискриминативных стимулов и, следовательно, она не влияет на получение или отсутствие подкрепления, запрограммированного для эффективной реакции. Подкрепление можно получить и без OR (то есть в контексте белой лампочки). При последовательной дискриминации (чередовании стимулов, коррелирующих с подкреплением и угасанием) все запрограммированные подкрепления можно было получить без единой сенсорной реакции со стороны голубей, но они все равно выполняли сенсорные реакции, если предъявляемые в результате стимулы коррелировали с подкреплением.

В методике Вайкоффа, названной процедурой сенсорной реакции, усиление OR не имело прямой зависимости от получения первичного подкрепляющего стимула (т.е. доступа к пище). Как видно в исследовании Вайкоффа, условная подкрепляющая ценность зелёного и красного света возникала как следствие их соотношения с режимами подкрепления (т.е. FI 30 сек.) и гашения.

Используя предложенный Вайкоффом дизайн, последующие исследователи пытались разобраться, что конкретно предъявление дискриминативных стимулов превращается в подкрепление какой-либо отличной от эффективной реакции. Две основные гипотезы известны как «гипотеза уменьшения неопределенности» и «гипотеза уменьшения задержки».

Авторы, выдвигающие гипотезу уменьшения неопределенности (например, Дэниел Берлин в статье 1957 года), утверждают, что необходимым условием для формирования и контроля OR является уменьшение неопределенности, порождаемой реакциями на нескоррелированные стимулы (нерелевантные стимулы, например, белый свет смешанном режиме подкреплений в исследовании Вайкоффа), то есть в отсутствие нажатий педали клевки диска будут обладать меньшей корреляцией с получением еды.

Авторы, выдвигающие гипотезу сокращения задержки (например, Эдмунд Фантино и Шерил Логан, 1979 год), утверждают, что необходимым условием для формирования условной подкрепляющей ценности стимула является относительное сокращение времени между эффективной реакцией и подкреплением в случае предварительного осуществления эффективной реакции. Клевки диска в отсутствие нажатия педали были более отдалены от подкрепления, поэтому чаще воспроизводится комбинация из нажатия педали и клевка диска.

С развитием технологий отслеживания движений глаз, концепция реакции наблюдения уточняется и обсуждается. Регистрация параметров саккадических движений (пиковая скорость, амплитуда, кривизна) и фиксации глаз (частота, длительность) позволила проанализировать формирование классов эквивалентных стимулов и как происходит обучение чтению (например, Endemann, Pessôa, Perez и Tomanari, 2010). Дональд Блу в 1957 году разработал оперантную процедуру настройки, в которой голубям предлагалось регулировать интенсивность источников света до одинаковой и таким образом смог в реальном времени на графике увидеть процесс адаптации глаза к темноте. Постепенно благодаря концепции сенсорной реакции как отдельной активности в область анализа поведения получилось включить совместное внимание — характерное для людей поддержание зрительного контакта во время социальных взаимодействий и перевод взгляда вслед за взглядом собеседника (например, обзор Уильяма Дуби и соавторов, 2004).

Стремясь ввести восприятие в область оперантного анализа, Скиннер утверждал, что дискриминация и лежащий в её основе сенсорный опыт должны определяться и анализироваться на основе только одного класса поведения — эффективных реакций, которые в результате подкрепления находятся под контролем дискриминативных стимулов. Вайкофф смог отделить восприятие от непосредственного подкрепляемого поведения и показал, что восприятие можно изучать как самостоятельный класс активности — как поведение, которое обеспечивает контакт дискриминативных стимулов и эффективных реакций. Сегодня основанные на анализе движения глаз исследования дизайна интерфейсов не кажутся чем-то удивительным, но дорогу к ним проложил классическая серия экспериментов Бенджамина Вайкоффа.

Список литературы

1. Wyckoff, L. B. (1952). The role of observingresponses in discrimination learning: Part I.Psychological Review, 59, 431-442.
2. Skinner, B. F. (1938). The behavior of organisms: an experimental analysis. New York: Appleton-Century-Crofts.
3. Spence, K. W. (1945). An experimental test of the continuity and noncontinuity theories of discrimination learning. Journal of Experimental Psychology, 35, 253-266.
4. Lashley, K. S. (1938). The mechanism of vision: XV. Preliminary studies of the rat’s capacity for detail vision. Journal of General Psychology, 18, 123-193.
5. Krechevsky, I. (1938). A study of the continuity of the problem-solving process. Psychological Review, 45, 107-133.
6. Berlyne, D. E. (1957). Uncertainty and conflict: A point of contact between information theory and behavior concepts. Psychological Review, 64, 329-333.
7. Fantino, E., & Logan, C. A. (1979). The experimental analysis of behavior: A biological perspective. New York: W. H. Freeman.
8. Endemann, P., Pessôa, C. V. B. B., Perez, W.F., & Tomanari, G. Y. (2010). Identificação deoperantes verbais constituintes da leiturapor meio da análise dos movimentos dosolhos. Psicologia: Teoria e Pesquisa, 27, 139-148.
9. Blough, D. S. (1957). Spectral sensitivity in the pigeon. Journal of the Optical Society of America, 47, 827–833.
10. Dube, W. V., Macdonald, R. P., Mansfield, R. C., Holcomb, W. L., & Ahearn, W. H. (2004). Toward a behavioral analysis of joint attention. The Behavior analyst, 27(2), 197–207.

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