Умовні рефлекси: як працює класичне зумовлення

Класичне зумовлення (classical conditioning; пишуть також «класичне обумовлення») — це вид навчання, за якого сигнал, що раз у раз передує важливій події, сам починає викликати пов'язану з нею реакцію. Набуту так реакцію називають умовним рефлексом. Явище відкрив і описав фізіолог Іван Павлов (Ivan Pavlov), тому його називають ще й павловським зумовленням.

Людина, якій кілька разів було боляче в кріслі стоматолога, згодом помічає: серце калатає, а долоні пітніють уже в коридорі, щойно з-за дверей долинає дзижчання бормашини. Сам звук болю не завдає. Але він кілька разів передував болю, і тіло почало готуватися заздалегідь. Ніхто цього не вирішував і не заучував: зв'язок утворився сам.

Як це явище відкрили, розповідає стаття про собаку Павлова, а про першу спробу виробити так страх у дитини — стаття про «маленького Альберта». Тут ідеться про саме явище: з чого воно складається, що з'ясували після Павлова і де воно трапляється в житті. За сто років уявлення про нього помітно змінилося. Сьогодні в ньому бачать не механічне «склеювання» двох подій, а спосіб, у який мозок вчиться передбачати.

Основні поняття простими словами

• Безумовний подразник (unconditioned stimulus) — подія, що викликає реакцію без жодного навчання: їжа в роті, біль, різкий звук. Реакція на неї — безумовна: слина, здригання, пришвидшене серцебиття.
• Нейтральний подразник — те, що спершу такої реакції не викликає: звук, світло, запах, кімната.
• Умовний подразник (conditioned stimulus; у частині перекладів — «умовний стимул») — колишній нейтральний, який після навчання став сигналом. Реакція на нього — умовна.
• Набуття (acquisition) — час, коли зв'язок утворюється. Зазвичай сигнал має починатися трохи раніше за подію; коли він запізнюється, навчання майже немає.
• Згасання (extinction) — умовна реакція слабшає, коли сигнал раз у раз з'являється, а події за ним немає.
• Спонтанне відновлення (spontaneous recovery) — згасла реакція після перерви повертається сама, без нового навчання.
• Генералізація — реакція й на подразники, схожі на умовний: що більша схожість, то вона ймовірніша. Розрізнення (discrimination; у фаховій мові — диференціювання) — протилежне вміння: реагувати на один сигнал і не реагувати на схожі, за якими нічого не настає.
• Зумовлення вищого порядку (higher-order conditioning) — сигналом стає те, що передує вже не самій події, а іншому сигналу. Якщо дзижчанню бормашини щоразу передує запах стоматологічного кабінету, тривогу згодом викликатиме й запах. Далі другого щабля такий ланцюжок, за підручником OpenStax, зазвичай не тягнеться.

Навчання передбачати, а не «склеювання» двох подій

Підручники довго описували зумовлення так: нейтральний подразник багато разів поєднують із безумовним, і він переймає його реакцію. 1988 року американський психолог Роберт Рескорла (Robert Rescorla) у статті «Павловське зумовлення: це не те, що ви думаєте» написав, що в таких описах хибне «майже все».

Головний доказ він здобув сам ще 1968 року. Щурам по дві хвилини вмикали звук і час від часу давали слабкий удар струмом. В одній групі удари траплялися лише під час звуку. У другій під час звуку їх було стільки само, але не рідше били й у решту часу, тож звук нічого не повідомляв. Звук збігався з ударом в обох групах однаково часто, проте боятися його навчилася тільки перша.

У другому досліді взяли участь 80 щурів і було десять поєднань імовірностей. Страх був то сильніший, що ймовірніший удар під час звуку, і то слабший, що частіше били без звуку. Коли ймовірності зрівнювалися, навчання не було. Щури, яких під час звуку били зрідка, а без звуку ніколи, боялися його помітно більше, ніж ті, кого били часто, але однаково зі звуком і без нього. Отже, важить не кількість збігів, а залежність між сигналом і подією; у фаховій мові її називають контингентністю (contingency).

Друге відкриття належить Леонові Каміну (Leon Kamin); Рескорла переказує його так. Двом групам тварин подавали світло і звук разом, а потім удар струмом. Одна група ще до цього навчилася, що удар провіщає саме світло. Звук для неї нічого нового не додавав — і про нього вона майже нічого не навчилася. Це назвали блокуванням (blocking).

1972 року Рескорла з Алланом Ваґнером (Allan Wagner) звели ці спостереження в математичну модель. Її суть Рескорла згодом пояснив одним реченням: зв'язок утворюється не тому, що дві події сталися разом, а тому, що їхній збіг був несподіваним. Що більша різниця між очікуваним і тим, що сталося, то більше мозок змінює свої очікування. Модель Рескорли — Ваґнера має відомі вади: вона, зокрема, не зважає на те, як події розташовані в часі. Але сама ідея навчання на помилках передбачення лягла в основу пізніших теорій.

Рескорла виправив і два інші звичні уявлення. Умовна реакція не мусить бути схожою на безумовну: на удар струмом щур кидається, а на звук, що його провіщає, завмирає. І навчання не завжди повільне: у сучасних дослідах досить п'яти-шести спроб, а часом однієї. Студентам він радив уявляти тварину науковцем: зв'язок виникає за тих самих обставин, за яких дослідник вирішив би, що одна подія є причиною другої.

Біологічні межі: не все пов'язується з усім

Ранні теорії припускали, що сигналом будь-чого може стати будь-що. 1966 року Джон Ґарсія (John Garcia) і Роберт Келлінґ (Robert Koelling) показали, що це не так. Щури пили воду, і кожен дотик язика до поїлки супроводжували смак (солодкий чи солоний), а водночас спалах лампи і клацання. Потім одних тварин опромінювали рентгеном або давали їм речовину, від якої нудить, а інших били струмом по лапах. Ті, кого нудило, почали уникати води зі смаком, але не «яскраво-гучної». Ті, кого били струмом, — навпаки. Автори припустили, що добір сприяв зв'язку між смаком і нездужанням, і приписали хворому щурові здогад: «Мабуть, я щось не те з'їв».

Того ж року Ґарсія з колегами з'ясував, що смакова відраза (taste aversion) утворюється навіть тоді, коли нудота настає нескоро: після п'яти поєднань вона була помітна за затримки до 75 хвилин. У звичайних дослідах навчанню шкодять уже затримки в кілька секунд. За підручником OpenStax, у людини відраза до їжі може виникнути після єдиного випадку, навіть якщо між їжею й нудотою минуло кілька годин.

1971 року Мартін Селіґман (Martin Seligman) поширив цю думку на страхи. Фобії, зауважив він, стосуються обмеженого й невипадкового кола речей, часто виникають з одного разу і погано згасають; він назвав це підготовленістю (preparedness) до певних зв'язків. Ідея вплинула на дослідників, але підтверджується гірше, ніж смакова відраза. Систематичний огляд 2018 року охопив 32 досліди з 1887 учасниками: страх, вироблений на зображення змій і павуків, згасав повільніше, ніж на нейтральні картинки, лише в 10 дослідах із 32.

Де це працює в житті

Страхи і їх згасання

На згасанні ґрунтується експозиційна терапія (exposure therapy): людина під наглядом фахівця повторно стикається з тим, чого боїться, а лихо, на яке вона чекає, не настає. Як пише Мішель Краск (Michelle Craske) з колегами в огляді 2014 року, першим такий підхід наприкінці 1950-х запропонував Джозеф Вольпе (Joseph Wolpe).

Довго вважали, що згасання стирає вивчене. Психолог Марк Бутон (Mark Bouton) в огляді 2004 року зібрав докази протилежного: згасання — це нове навчання, яке лягає поверх старого. Сигнал відтоді має два значення, як багатозначне слово, і яке з них спрацює, залежить від обстановки. Згасла реакція повертається з часом, у новій обстановці, після нової зустрічі з самою подією, а вдруге часто набувається швидше, ніж уперше. В одному з дослідів страх повернувся в початковій обстановці після 84 спроб згасання, хоча вироблено його було за вісім. Краск пояснює цим, чому страх часом повертається після успішної терапії, і тому дослідники шукають способи зробити нове навчання міцнішим.

Нудота перед хімієтерапією

Частину пацієнтів починає нудити ще до введення ліків — від вигляду лікарні, запаху, появи медсестри. За оглядом Джозефа Роско (Joseph Roscoe) з колегами, у давніших дослідженнях це траплялося у 25–30% пацієнтів до четвертого курсу. У новішому, де 574 пацієнти діставали сучасні протиблювотні ліки, — менш ніж у 10% за курс. Важать і очікування: в одному дослідженні 63 жінок така нудота розвинулася в 40% тих, хто на неї чекав, і в жодної з тих, хто не чекав.

Звикання до речовин і роль обстановки

Канадський психолог Шепард Сіґел (Shepard Siegel) показав, що тіло вчиться випереджати й дію речовин. Обстановка, у якій їх зазвичай приймають, сама запускає реакції, протилежні дії речовини; це частина того, що називають толерантністю, як пояснює журнал Американської психологічної асоціації. У досліді 1982 року щурам 15 разів вводили героїн, поволі збільшуючи дозу, в одному приміщенні, а розчин цукру — в іншому. Потім усі дістали велику дозу. У звичному для героїну приміщенні загинуло 32% тварин, у тому, де раніше був лише цукор, — 64%, а серед щурів, які героїну доти не діставали, — 96%. Свідчень щодо людей менше, і вони слабші.

Реклама

Реклама ставить товар поруч із тим, що подобається й так. Зміну ставлення після таких поєднань називають оцінним зумовленням (evaluative conditioning). Метааналіз Вільгельма Гофманна (Wilhelm Hofmann) з колегами 2010 року охопив 214 досліджень: у середньому ефект був помірний (d = 0,52), але дуже нерівний. Він слабшав, коли люди не помічали поєднання, і коли ставлення вимірювали не опитуванням, а непрямими тестами. 2021 року відомий дослід, який мав доводити, що ставлення формується непомітно для людини, повторили з 1478 учасниками. Ефект виявився малим і зникав за трьох із чотирьох способів визначати, чи помітила людина поєднання. Огляд 2023 року головним відкритим питанням назвав те, наскільки все це стосується життя поза лабораторією.

Наукова суперечка: чи потрібне усвідомлення

Чи може людина набути умовну реакцію, не помітивши, що за чим іде? Пітер Ловібонд (Peter Lovibond) і Девід Шенкс (David Shanks) 2002 року переглянули досліди попереднього десятиліття й виснували: більшість даних узгоджується з тим, що усвідомлення зв'язку потрібне, хоч і не достатнє. А в роботах, які нібито довели протилежне, усвідомлення часто вимірювали ненадійно. На їхню думку, в людей зумовлення спирається на ту саму систему, якою ми формулюємо судження, а не на окремий «нижчий» механізм.

Того ж року Сьюзен Мінека (Susan Mineka) й Арне Еман (Arne Öhman) обстоювали інше: страх перед небезпечними для наших предків об'єктами виробляється навіть на зображення, показані так коротко, що людина їх не усвідомлює. Навчання, за їхньою думкою, має два рівні — емоційний і свідомий. Суперечку не розв'язано, хоча перевірки останніх років частіше свідчать на користь Ловібонда й Шенкса.

Як зазвичай розуміють класичне зумовлення — і що тут не так

«Це про слину й дзвоник»

Рескорла згадує професора, який називав цю тему «самі слина та посмикування». Насправді вже тоді, 1988 року, американські лабораторії слиновиділення майже не вивчали. Досліджують страх, відразу, потяг, реакції тіла на ліки — усе, де сигнал провіщає щось важливе.

«Умовна реакція — копія безумовної»

Часто вона інша, а буває й протилежна. Щур на удар струмом кидається, а на його сигнал завмирає. Тіло у відповідь на ознаки близького введення речовини готується їй протидіяти.

«Згасання стирає навчене»

Згасла реакція повертається після перерви, в іншій обстановці, після нового потрясіння. Старий зв'язок лишається, поверх нього лягає новий: «тут і тепер цей сигнал нічого не означає».

«Так можна запрограмувати будь-кого на будь-що»

Навчання потребує сигналу, який справді щось провіщає, і не кожен сигнал легко пов'язується з кожною подією. У людей багато залежить від того, чи помітили вони зв'язок. Реакції нестійкі: страх «маленького Альберта» доводилося підновлювати, а вплив рекламних поєднань у дослідах нерівний.

«Класичне й оперантне зумовлення — те саме»

У класичному сигнал провіщає подію, хай що робить тварина чи людина, і йдеться про мимовільні реакції. В оперантному (operant conditioning) вчаться зв'язку між власною дією і її наслідком. Слина на шурхіт пакета з кормом — класичне. Пес, який сідає, щоб дістати ласощі, — оперантне. У житті вони часто переплетені. Є й третій шлях — навчання через спостереження, про яке розповідає стаття про ляльку Бобо.

Що з цього випливає на практиці

• Реакція на сигнал — не примха і не слабкість. Серцебиття від звуку бормашини чи нудота від лікарняного запаху виникають без нашого рішення. Це робота системи, яка намагається попередити.
• Сигнал, що перестав справджуватися, втрачає силу, але не назавжди. Якщо згасла реакція повернулася після перерви чи в новому місці, це властивість такого навчання, а не знак, що «нічого не допомогло».
• Обстановка — частина вивченого. Те, чого тіло навчилося чи відвчилося в одному місці, не завжди переноситься в інше.
• Одного збігу мало. Картинка поруч із товаром не «перепрошиває» смаків: ефекти таких поєднань у дослідах помірні й нестійкі.
• Зі страхами й нудотою, які заважають жити чи лікуватися, працюють фахівці. Це привід звернутися до лікаря або психотерапевта, а не перевіряти теорію на собі.