Собака Павлова: відкриття умовного рефлексу

Лекційна зала, перед слухачами на станку стоїть собака. Поки нічого не відбувається, слинні залози тварини мовчать. Лектор вмикає метроном. Минає дев'ять секунд, і зі слинної залози починає крапати: за сорок п'ять секунд набігає одинадцять крапель. Собака повертається туди, звідки йому зазвичай подають їжу, і облизується. Їжі при цьому немає — є лише стукіт метронома.

Так фізіолог Іван Павлов (Ivan Pavlov) показував слухачам умовний рефлекс. Цю демонстрацію він описав у другій лекції книжки «Умовні рефлекси», яка 1927 року вийшла англійською в перекладі Г. В. Анрепа (G. V. Anrep). Вислів «собака Павлова» давно став приказкою про людину, яка реагує не думаючи. Проте справжня історія багатша за приказку: у ній немає одного собаки, майже немає дзвоника, а сам дослідник не збирався нікого дресирувати.

Фізіолог, який не збирався вивчати психіку

Павлов народився 1849 року в Рязані в родині священника, навчався в духовній семінарії, але покинув її заради природничих наук. Із 1890 року він керував відділом фізіології в Інституті експериментальної медицини в Петербурзі й там, як сказано в біографії на сайті Нобелівського комітету, у 1891–1900 роках виконав більшість своїх досліджень травлення.

Його метод називали «хронічним експериментом». До нього головним методом фізіології була «гостра» вівісекція: орган вивчали під час самої операції, порушуючи його звичні зв'язки з рештою організму. Павлов робив інакше: оперував собаку, виводив протоку залози назовні через отвір у шкірі — фістулу, — давав тварині одужати, а потім тривалий час стежив, як орган працює за майже звичайних умов.

1904 року він отримав Нобелівську премію з фізіології або медицини. Формулювання комітету не згадує ані рефлексів, ані психіки: премію присуджено «на знак визнання його праць із фізіології травлення».

Але саме травлення підвело його до нової теми. Слина й шлунковий сік у собак виділялися не тільки тоді, коли їжа потрапляла до рота, а й коли тварина лише бачила її здалеку. Фізіологи називали це «психічною секрецією» і не знали, що з нею робити.

Від «психічної секреції» до умовного рефлексу

Саме явище новиною не було. У нобелівській лекції 12 грудня 1904 року Павлов сам зауважив: давно відомо, що в голодної людини від вигляду смачної їжі тече слина. Новим був спосіб це вивчати. Спершу Павлов разом з одним зі співробітників узявся досліджувати «психічну секрецію» звичним на той час способом. У першій лекції «Умовних рефлексів» він згадує, що ця робота залишила в ньому тверде переконання в марності суб'єктивних методів.

Тож він вирішив, за його словами, залишитися фізіологом, а не ставати психологом: не гадати про душевний стан тварини, а точно записувати, які зовнішні події діють на собаку і скільки слини виділяється у відповідь. Виявилося, що «психічна секреція» підкоряється правилам і її можна відтворювати за бажанням.

У тій самій стокгольмській лекції Павлов назвав дві речі своїми іменами. Слиновиділення на їжу в роті — рефлекс постійний, безумовний. Слиновиділення на вигляд їжі мінливе, воно залежить від умов, тому цей рефлекс — умовний. І додав головне: будь-яке явище зовнішнього світу можна зробити тимчасовим сигналом їжі, якщо воно кілька разів збіглося з годуванням.

Один дослід показав, що навіть реакція на вигляд їжі не вроджена. Кількох цуценят забрали від матері й довго годували самим молоком. Коли їм уперше показали хліб і м'ясо, слина не виділилася. Вона з'явилася лише після того, як цуценята кілька разів цю їжу з'їли.

Як був улаштований дослід

Усім собакам, які брали участь у дослідах з умовними рефлексами, заздалегідь робили операцію, яку Павлов називає невеликою: протоку слинної залози виводили з рота назовні, на щоку або під підборіддя. Коли рана загоювалася, слина стікала не в рот, а на шкіру. До цього місця приклеювали скляну лійку або герметичну півкулю з трубками. Спочатку краплі просто рахували. Згодом слина витісняла забарвлену рідину в горизонтальній трубці з поділками, а ще пізніше краплі реєстрував електричний прилад.

Друга проблема виявилася несподіваною: дослідам заважав сам дослідник. Собака реагував на його рухи, дихання, навіть на кліпання повік. Заважали й кроки в коридорі, розмови за стіною, грюкіт дверей, тінь у вікні. Тому при Інституті експериментальної медицини коштом московського підприємця збудували окрему лабораторію. Будівлю оточили ізоляційним рівчаком, а кожну дослідну кімнату розділили звуконепроникною перегородкою: в одній половині стояв собака, у другій сидів експериментатор. Подразники він подавав, а слину вимірював на відстані — електричними й пневматичними пристроями.

Сам дослід був простий:

1. Собаці давали їжу, і в нього текла слина. Це безумовний рефлекс: вчитися тут нічого не треба.
2. Вмикали метроном. Слина не виділялася: звук був нейтральним подразником, який сам по собі з їжею не пов'язаний.
3. Метроном вмикали й одразу давали їжу. Так повторювали кілька разів.
4. Вмикали метроном без їжі — і слина текла. Звук став умовним подразником, а слиновиділення у відповідь на нього — умовним рефлексом.

Важив і порядок подій. Сигнал мав починатися раніше за їжу. В одному з дослідів запах ваніліну 427 разів подавали через 5–10 секунд після того, як собаці вливали в рот кислоту, — і рефлекс не утворився. Коли порядок змінили й запах (цього разу іншої речовини) випереджав кислоту, вистачило 20 повторень. Те саме з їжею: електричний дзвоник, який умикали через 5–10 секунд після початку годування, не став сигналом навіть після 374 повторень, а зумер, увімкнений перед їжею, — після першого ж разу.

Рефлекс, який згасає і повертається

Умовний рефлекс недарма так названо: він тримається, лише поки сигнал справджується. У четвертій лекції Павлов показав це на тому самому собаці. Метроном вмикали на 30 секунд кожні дві хвилини, але їжі не давали. За першим разом виділилося 10 крапель слини, далі 7, 8, 5, 7, 4 і нарешті 3. Час від початку звуку до першої краплі зріс із 3 до 13 секунд. Павлов назвав це згасанням.

Лекція тривала далі, і через 23 хвилини метроном увімкнули знову. Собака відповів шістьма краплями, перша з'явилася вже за 5 секунд. Рефлекс частково повернувся сам, без жодного нового годування. Сьогодні це називають спонтанним відновленням. Павлов зробив із цього висновок: згасання не руйнує утворений зв'язок, а лише гальмує його.

Далі відкриття пішли одне за одним. Собака, якого навчили реагувати на один звук, спершу відповідає й на схожі — це генералізація. Якщо ж їжу дають лише після одного тону, а після іншого ні, тварина навчається їх розрізняти. Як пише підручник OpenStax, що більше новий подразник схожий на умовний, то ймовірніша реакція на нього. На час лекцій дослідження тривали вже двадцять п'ять років, і в них, за словами Павлова, взяло участь понад сто співробітників.

Ціна для собак

Павлов наголошував, що оперує тварин так, як хірург оперує людей: зі знеболенням, у чистоті, з доглядом за ранами. У нобелівській лекції він пояснював це і бажанням якомога більше щадити піддослідних тварин, і розрахунком: результат має сенс лише тоді, коли собака після операції живе довго й нормально. Водночас він визнавав, що такі втручання неминуче завдають тварині більшої чи меншої шкоди.

Операції бували тяжкі. Щоб вивчати шлунковий сік, собаці перерізали стравохід і обидва кінці вшивали в шкіру шиї: тварина їла, але їжа випадала назовні й до шлунка не доходила. Це називали удаваним годуванням.

Психолог Метью Адамс (Matthew Adams) у статті для журналу Британського психологічного товариства 2020 року підсумовує цю історію без прикрас. За шість десятиліть через лабораторії Павлова пройшли тисячі собак. Їх тримали в неволі, морили голодом, оперували, чимало їх загинуло, поки відпрацьовували хірургічні методи. Досліди часто тривали по вісім-десять годин. І водночас собакам давали клички, про них дбали, а в лабораторних записах їм приписували складні характери. Фістула слинної залози була порівняно легким втручанням, і такі собаки жили довше.

Що уточнила пізніша наука

Американські психологи прочитали Павлова по-своєму. Джон Вотсон (John B. Watson), якого вважають засновником біхевіоризму, вимагав, щоб психологія вивчала лише поведінку, яку можна спостерігати й виміряти, і в досліді з «маленьким Альбертом» намагався показати, що страх теж можна виробити як умовний рефлекс.

Згодом просту схему «дві події поруч — і зв'язок готовий» довелося переглянути. Психолог Роберт Рескорла (Robert Rescorla) у статті 1988 року з промовистою назвою «Павловське зумовлення: це не те, що ви думаєте» показав, що самого збігу в часі не досить, а часом він і не потрібен. У його дослідах щури чули звук і отримували слабкий удар струмом. Якщо удари траплялися однаково часто і під час звуку, і без нього, тварини звуку не боялися, хоча той раз у раз збігався з ударом. Важить не збіг, а те, чи повідомляє сигнал щось нове. Рескорла пропонував бачити у тварині не автомат, а шукача інформації, який будує для себе картину світу.

Є й біологічні межі. Як розповідає OpenStax, щури в дослідах Джона Ґарсії (John Garcia) і Роберта Келлінґа (Robert Koelling) легко пов'язували нудоту зі смаком їжі, але не зі світлом чи звуком. Відраза до їжі, після якої стало зле, може виникнути після одного-єдиного випадку, навіть якщо між їжею і нудотою минуло кілька годин.

Як зазвичай розуміють досліди Павлова — і що тут не так

Популярна версія вміщується в одне речення: Павлов дзвонив у дзвоник, годував собаку, і той навчився пускати слину на дзвінок. Майже кожне слово тут потребує уточнення.

«Павлов дзвонив у дзвоник»

Історик науки Деніел Тодес (Daniel Todes) з Університету Джонса Гопкінса, автор великої біографії Павлова, стверджує, що дзвоника Павлов не використовував і для своїх наукових цілей не міг: англомовний світ повірив у дзвоник через неточний переклад слова, яке означало зумер. Справді, в англійському перекладі «Умовних рефлексів» слово «метроном» трапляється понад 160 разів, а «дзвоник» — тричі. Проте «ніколи» теж перебільшення. Психолог Роджер Томас (Roger Thomas) у статті 1997 року зібрав згадки про дзвоник у самого Павлова. У лондонській лекції 1906 року той говорив про «різке дзеленчання дзвоника» — як про сигнал, що діє гірше за слабші звуки. А 1923 року в США Павлов розповідав про досліди, де на електричний дзвоник бігли до годівниці білі миші. Найточніше сказати так: дзвоник у лабораторії траплявся, але головними інструментами були метроном, зумер, тони, світло й дотики до шкіри. Ними можна було точно керувати.

«Собака Павлова — це один собака»

Собак були тисячі. Співробітник зазвичай вів серію дослідів з однією твариною, тому в лабораторних записах собаки мають клички й характери. Сам Павлов, зауважує Адамс, досліди ставив рідко: він керував великою лабораторією.

«За це він отримав Нобелівську премію»

Премію 1904 року присудили за фізіологію травлення. Про умовні рефлекси Павлов розповів уже в нобелівській лекції, а систематично досліджував їх наступні три десятиліття.

«Павлов відкрив, що в собак тече слина на їжу»

Це знали й до нього, і він сам про це казав. Його внесок в іншому: він знайшов спосіб вимірювати те, що вважалося «душевним» і невловним, і описав правила, за якими зв'язок утворюється, згасає і відновлюється.

«Умовний рефлекс — це дресирування»

За Тодесом, біхевіористи перетлумачили Павлова на власний лад. Для нього самого умовні рефлекси були не метою, а інструментом, щоб вивчати психіку, а собак він, на відміну від біхевіористів, вважав істотами з характером, емоціями й думками. Плутанину посилив переклад: в англійській мові закріпилося слово conditioned («зумовлений»), тоді як Павлов називав рефлекс умовним — таким, що за одних умов виникає, а за інших ні. Український термін «умовний рефлекс» передає цей зміст точно.

Собака Павлова в культурі

«Собака Павлова» — один із небагатьох наукових образів, які знають навіть ті, хто ніколи не відкривав підручника психології. У культурі він означає одне: реакцію, яка вмикається сама, без участі волі.

• «Механіка головного мозку» (Mechanics of the Brain, 1925–1926). Німий фільм режисера Всеволода Пудовкіна, знятий у лабораторії Павлова. Коли 1928 року стрічку показали американським психіатрам, журнал Time написав про собак, у яких «на звук дзвоника капала слина». Томас наводить цю цитату як одне з джерел образу дзвоника. Для наукових цілей фільм, за його ж даними, визнали незадовільним.
• Олдос Гакслі, «Прекрасний новий світ» (Brave New World). У романі-антиутопії немовлят виховують у «неопавловських кімнатах зумовлення»: восьмимісячним дітям нижчої касти показують книжки й квіти, а коли ті до них тягнуться, лунають вибухи й сирени, а підлогою пускають слабкий струм. Діти починають сахатися і книжок, і квітів. Це найвідоміший образ умовного рефлексу як знаряддя влади. З Павловом його єднає лише принцип: у лабораторії досліджували, як мозок навчається, а не як виховати покірних громадян.
• The Rolling Stones, «Bitch» (1971). У пісні з альбому Sticky Fingers герой порівнює себе з собакою Павлова, в якого тече слина, щойно його покличуть на ім'я. Тут рефлекс — метафора потягу, якому годі опиратися.
• «Офіс» (The Office, американська версія). Джим щоразу, коли його комп'ютер видає звук перезавантаження, пригощає колегу Двайта м'ятним льодяником. Зрештою Двайт сам простягає руку на цей звук. Том Стаффорд (Tom Stafford) у блозі про психологію Mind Hacks назвав сцену застосуванням класичного зумовлення. Читачі слушно заперечили: простягнута рука — не рефлекс, а довільна дія, тож це вже ближче до іншого виду научіння, оперантного.

Що випливає з дослідів Павлова

Відкриття Павлова пережило і біхевіоризм, і суперечки про дзвоник. Механізм, який він описав, сьогодні називають класичним, або павловським, зумовленням (classical conditioning), і він працює не тільки в собак.

• OpenStax наводить приклад пацієнтки, яку нудило після хімієтерапії: з часом її починало нудити вже в кабінеті лікаря. Кабінет став умовним подразником.
• Реклама ставить поруч із товаром те, що подобається саме по собі, — і привабливість переноситься на товар.
• Страхи можуть набуватися так само, як слиновиділення на метроном. На цьому ґрунтуються методи психотерапії, які поступово розривають зв'язок між сигналом і страхом.

Головний урок простий. Мозок постійно шукає сигнали, які щось провіщають: їжу, небезпеку, біль, задоволення. Ці зв'язки утворюються без нашого рішення, але вони не вічні: сигнал, який перестав справджуватися, втрачає силу. А історія з дзвоником нагадує, що навіть найвідоміший дослід варто знати за першоджерелом, а не за приказкою.