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经典条件反射

经典条件反射 (又称巴甫洛夫条件反射),是指一个刺激和另一个带有奖赏或惩罚的无条件刺激多次联结,可使个体学会在单独呈现该一刺激时,也能引发类似无条件反应的条件反应。 经典条件反射最著名的例子是巴甫洛夫的狗的唾液条件反射。经典条件反射具有获得、消退、恢复、泛化四个特征,它与操作性条件反射既有区别,又有相似之处。以经典条件反射理论为基础的行为治疗方法主要包括厌恶疗法和系统脱敏感疗法。

经典条件反射(巴甫洛夫条件、反应条件、alpha条件),又译古典制约

经典条件反射(classical conditioning)的典型范例,包含了可重复的中性刺激和非条件刺激。非条件刺激(unconditioned stimulus、US)能够引起非条件反应(unconditioned response、UR),且不需要经过学习,非条件刺激和非条件反应的关系,称做非条件反射。条件刺激(conditioned stimulus、CS)则是能够引起条件反应(conditioned response、CR)的初始中性刺激(neutral stimulus、NS),这是需要学习的。且条件刺激与心理学上立即性和长期性的期待、满足与恐惧有关,条件刺激和条件反应的关系,称做条件反射。当非条件刺激重复性地或是猛烈地伴随着某个中性刺激,这个中性刺激会成为一个条件刺激,并产生条件反射。

以下实验俱可简化为三部分:

非条件前提:非条件刺激 → 非条件反应

非条件插入:非条件刺激 + 中性刺激 → 非条件反应

条件效果:条件刺激(=中性刺激) → 条件反应(=非条件反应) [1]

巴甫洛夫早先致力于研究狗的消化系统。他发现,当把食物置入狗的胃里时,胃壁会分泌胃液以促进消化。一系列研究表明,胃液分泌的数量和持续的时间,是随放入胃里的食物的种类和数量而变化的。为了清楚地测定胃里发生的变化,巴甫洛夫以其精湛的外科手术,使狗的胃一部份外露出来。他把狗胃的一部分组织切开,接着在躯体一边切开一个洞口,外面再连接一个囊袋。这样,狗实际上就有了两个胃:一个是原来的胃,其绝大部分组织都仍在起着它的基本功能;另一个是通过手术连接在外面的小胃(或称为“巴甫洛夫囊袋(Pavlovian Pouch)”),这个囊袋的内部是可以观察到的。巴甫洛夫发现,囊袋分泌的情况与胃的分泌活动完全一样。完成了这些准备工作后,巴甫洛夫就能了解消化过程的细节。他也由此获得了诺贝尔医学奖。

巴甫洛夫根据实验研究得出的基本结论是:动物有一种固有的生理反射,它以一种非常精确的方式随胃里食物的种类和数最进行胃液分泌。这一结论也适用于唾液分泌,因为狗唾液分泌的情况,是与嘴里食物的种类和数量完全吻合的。例如,当嘴里有食物时会分泌一种稠的唾液以开始消化过程,而当在嘴里滴一点酸液时,就会分泌大量淡的唾液以稀释酸液。 巴甫洛夫在实验过程中遇到了一种新的情况。如果把狗的食管切开,从颈部移到外部,这样,食物可以咀、可以咽,但不会到胃里去,而是从颈部流了出去。巴甫洛夫发现,狗的胃液分泌几乎仍然像食物进入胃一样多。这就使他得出结论:引起反射性分泌的刺激,不仅可以是胃里的食物(即适当的刺激(appropriate stimulus)),而且还可以是嘴里的食物(即信号刺激(signaling stimulus))。 巴甫洛夫后来又发现,引起狗胃液分泌活动的,可以是狗原先吃过食物的盘子,甚至只要看到以前喂过食物的人,也会引起胃液分泌活动。这种情况完全不同于属于生理反射的那种分泌活动。巴甫洛夫由此认为,存在着两种反射:一种是生理反射(physiological reflex),这是一种内在的、任何动物的所有成员都会表现出来的反射,它们是神经系统固有组织的一部分;另一种是心理反射(psychic reflex),后来他改称为条件反射(conditioned reflex),这种反射是特定动物作为特定经验的结果而产生的。例如,所有狗在胃里有食物时都会分泌胃液,但只有那些具有某种经验的狗才会在听到铃声时产生胃液分泌活动。

现在我们来看看经典条件作用的实验,他把狗用一副套具固定住,唾液是用联结在狗颚外侧的管道收集的,管道连结到一个既可以测量以立方厘米计的总量、也可以记录分泌的滴数的装置。如前所述,当狗嘴里有食物时,会产生分泌唾液的反应。这种反应是本能固有的,巴甫洛夫把这种食物称为无条件刺激,简称“UCS”,把反射性唾液分泌称为无条件反射,简称“UCR”。为了使狗对某一种刺激(如铃声)形成条件作用,把这种原来只会引起探索性反射的中性刺激(即铃声)与无条件刺激(即肉)配对。经过一系列配对尝试后,单是发出铃声,不提供肉,也能引起狗产生唾液分泌。在这种情况下,铃声就成了条件刺激,简称“CS”,铃声引起的唾液分泌就是条件反射,简名“CR”。由此可见,条件反射仅仅是由于条件刺激与无条件刺激配对呈现的结果。

需要指出的是,在巴甫洛夫看来,重要的是引起反射的刺激,反射之后的结果是没有任何理论上的意义的。这样,尽管巴甫洛夫和桑代克都在分析刺激与反应之间的联系,但他俩对形成这种联系的程序以及对学习过程的解释是完全不同的,我们可以用下列程式来比较巴甫洛夫与桑代克的实验程序:

由于巴甫洛夫的无条件刺激(UCS)与桑代克强化刺激(S’)呈现的时间和所起的作用不同,前者可以说是一种刺激辨别学习,后者则是通过强化刺激加强刺激一反应的联结,因此,如果我们把巴甫洛夫的无条件刺激称为强化物,容易引起某种混淆。

诺贝尔奖金获得者、俄国生理学家伊凡巴甫洛夫(Ivan Pavlov, 1849-1936)是最早提出经典性条件反射的人。他在研究消化现象时,观察了狗的唾液分泌,即对食物的一种反应特征。他的实验方法是,把食物显示给狗,并测量其唾液分泌。在这个过程中,他发现如果随同食物反复给一个中性刺激,即一个并不自动引起唾液分泌的刺激,如铃响,这狗就会逐渐“学会”在只有铃响但没有食物的情况下分泌唾液。一个原是中性的刺激与一个原来就能引起某种反应的刺激相结合,而使动物学会对那个中性刺激做出反应,这就是经典性条件反射的基本内容。

条件反射的情境涉及四个事项,两个属于刺激,两个属于机体的反应。一个是中性刺激:它引起预期的、需要学习的反应,在条件反射形成之前,即条件刺激(CS)在巴甫洛夫的实验中就是铃响。第二个刺激是无条件刺激(UCS):它在条件反射形成之前就能引起预期反应(本能)条件反射形成之前,出现了肉,即UCS,就引起唾液分泌。对于无条件刺激的唾液分泌反应叫作无条件反应(UCR),这是在形成任何程度的条件反射之前就会发生的反应;由于条件反射的结果(被刺激)而开始发生的反应(流口水)叫作条件反应(CR),即没有肉,只有铃响的唾液分泌反应。当两个刺激紧接着(在空间和时间上相近),反复地出现,就形成条件反射。通常,无条件刺激紧跟着条件刺激出现,条件刺激寄生于无条件刺激。条件刺激和无条件刺激相随出现数次后,条件刺激就逐渐引起唾液分泌,这时,动物就有了条件反应。一个中性的条件刺激(铃响)单独出现即可引起条件反应(唾液分泌)。

中性刺激与无条件刺激在时间上的结合称为强化,强化的次数越多,条件反射就越巩固。条件刺激并不限于听觉刺激。一切来自体内外的有效刺激(包括复合刺激、刺激物之间的关系及时间因素等)只要跟无条件刺激在时间上结合(即强化),都可以成为条件刺激,形成条件反射。一种条件反射巩固后,再用另一个新刺激与条件反射相结合,还可以形成第二级条件反射。同样,还可以形成第三级条件反射。在人身上则可以建立多级的条件反射。

当条件刺激不被无条件刺激所强化时,就会出现条件反射的抑制,主要有消退抑制和分化。条件反射建立以后,如果多次只给条件刺激而不用无条件刺激加以强化,结果是条件反射的反应强度将逐渐减弱,最后将完全不出现。例如,对以铃声为条件刺激而形成唾液分泌条件反射的狗,只给铃声,不用食物强化,多次以后,则铃声引起的唾液分泌量将逐渐减少,甚至完全不能引起分泌,出现条件反射的消退。

巴甫洛夫认为,消退是因为原先在皮质中可以产生兴奋过程的条件刺激,当前变成了引起抑制过程的刺激,是兴奋向抑制的转化。这种抑制称为消退抑制。巴甫洛夫指出,消退抑制是大脑皮质产生主动的抑制过程,而不是条件刺激和相应的反应之间的暂时联系已经消失或中断。因为如果将已消退的条件反射放置一个时期不做实验,它还可以自然恢复;同样,如果以后重新强化条件刺激,条件反射就会很快恢复,这说明条件反射的消退不是原先已形成的暂时联系的消失,而是暂时联系受到抑制。消退发生的速度,一般是,条件反射愈巩固,消退速度就愈慢;条件反射愈不巩固,就愈容易消退。

在条件反射开始建立时,除条件刺激本身外,那些与该刺激相似的刺激也或多或少具有条件刺激的效应。例如,用500赫的音调与进食相结合来建立食物分泌条件反射。在实验的初期阶段,许多其他音调同样可以引起唾液分泌条件反射,只不过它们跟500赫的音调差别越大,所引起的条件反射效应就越小。这种现象称为条件反射泛化。以后,只对条件刺激(500赫的音调)进行强化,而对近似的刺激不给予强化,这样泛化反应就逐渐消失。动物只对经常受到强化的刺激(500赫的音调)产生食物分泌条件反射,而对其他近似刺激则产生抑制效应。这种现象称为条件反射的分化。

巴甫洛夫所做工作的重要性是不可估量的。他的研究公布以后不久,一些心理学家,如行为主义学派的创始人华生,开始主张一切行为都以经典性条件反射为基础。虽然在美国这一极端的看法后来并不普遍,但在俄国以经典性条件反射为基础的理论在心理学界在相当长的时间内曾占统治地位。无论如何,人们一致认为,相当一部分的行为,用经典性条件反射的观点可以作出很好的解释。

巴甫洛夫认为学习是大脑皮层暂时神经联系的形成、巩固与恢复的过程。

巴甫洛夫认为“所有的学习都是联系的形成,而联系的形成就是思想、思维、知识”。他所说的联系就是指暂时神经联系。他说:“显然,我们的一切培育、学习和训练,一切可能的习惯都是很长系列的条件的反射。”巴甫洛夫利用条件反射的方法对人和动物的高级神经活动作了许多推测,发现了人和动物学习的最基本的机制。

例如:一定频率的节拍器声响(条件刺激CS)与肉粉(无条件刺激US)多次结合,原先只由肉粉(US)引起狗的唾液分泌(无条件反应UR),节拍器单独出现可以引起类似的唾液分泌反应(CR)。也就是说当CSCR之间形成了巩固的联系时,学习出现了。我们可以说,在此情境中狗学会了听一定频率的节拍器声响。

获得:将条件刺激与无条件刺激多次结合呈现,可以获得条件反应和加强条件反应。如将声音刺激与喂食结合呈现给狗,狗便会获得对声音的唾液分泌反应。

消退:对条件刺激反应不再重复呈现无条件刺激,即不予强化,反复多次后,已习惯的反应就会逐渐消失,如学会对铃声产生唾液分泌的狗,在一段时间听到铃声而不喂食之后,可能对铃声不再产生唾液分泌反应。

恢复:消退了的条件反应,即使不再给予强化训练,也可能重新被激发,再次出现,这被称为自然恢复作用。

泛化:指某种特定条件刺激反应形成后,与之类似的刺激也能激发相同的条件反应,如狗对铃声产生唾液分泌反应后,对近似铃声的声音也会产生反应。"一朝被蛇咬,十年怕草绳"便是获得与泛化的最好例证。

以上4种特征在行为疗法中得到了广泛的应用。

巴甫洛夫经典条件反射是在非条件反射的基础上建立的,是暂时性的神经联系,建立联系的基本条件是强化过程。斯金纳的操作性条件反射又称工具性条件反射,是通过动物自己的某种活动,某种操作才能得到强化而形成的某种条件反射。它们的共同点在于都十分强调强化的作用,不同的强化方式效果不同,因此它们在本质上是相同的,都依赖于强化。

它们的不同点在于:

(1)经典条件反射的无条件刺激物十分明确,而操作性条件反射的无条件刺激物不明确,一般认为是机体自身的一些因素促使机体操作动作的。

(2)经典条件反射中动物往往是被动接受刺激,而在形成操作条件反射过程中,动物是自由活动的,通过自身的主动操作来达到目的。

(3)在经典条件反射中,强化刺激引起非条件反应,而在操作性条件反射中,非条件反应不是由强化刺激引起的,相反非条件反应引发了强化刺激。

一个无关刺激经与较强的非条件刺激多次结合后,无关刺激即能产生有效的反应。经典条件反射可以保持较敏感化更长的时间,细胞机制也比敏感化更为复杂。刺激喷水管皮肤或外套膜分别与强电击尾部相结合,经多次训练后刺激喷水管的反应比刺激尾部的反应有明显的增强。

对于经典条件反射来说,条件刺激必须早于非条件刺激,一半不少于0.5秒,这种严格的时序关系的机制是什么?在海兔缩腮反射的条件化过程中一个很重要的时序关系是条件刺激和非条件刺激在感觉神经元的汇聚。非条件刺激作用于尾部,然后激活具有易化作用的中间神经元(facilitating interneurons),这些中间神经元与接受条件刺激的感觉神经元之间有轴突-轴突的连接,在这种连接处产生了突触前易化,从而导致行为的敏感性。假如在感觉神经元对条件刺激反应后,中间神经元立即被非条件刺激激活,那么甚至可获得较大的突触前易化,相反,如果中间神经元激活早于感觉神经元被激活,那么就没有易化现象,也就是说感觉神经元激活跟随在非条件刺激之后是不可能建立条件反射的。由于条件刺激在感觉神经元产生的动作单位正好早于非条件刺激的到达,这样就造成易化的增强,这种易化增强称为活动依赖的异化增强。未经结合的非条件刺激通路上,感觉神经元在条件刺激前没有活动,所以Ca2+通道关闭,只有非条件刺激作用于尾部,才使中间神经元激活而释放5-HT,并引起一系列的生化过程。cAMP第二信使系统对突触可塑性以及学习与记忆都是至关重要的。

狗能够对食物自然而然的分泌唾液,此时巴甫洛夫将食物看作非条件刺激(US)、唾液分泌看作非条件反应(UR),并将两者的关系称为非条件反射。而如果在提供食物之前的几秒钟发出一些作为中性刺激(NS)的声响,将会使得这个声响转变为条件刺激(CS),能够单独在没有食物的状况下引起作为条件反应(CR)的唾液分泌,两者的关系则被称做条件反射

这种与食物相关的刺激与所引起的反应的关系便是所谓经典条件反射。食物引起唾液分泌是先天性的,而声响之所以能够引起唾液分泌,源自动物个体的所经历的经验。

本实验简化如下:

食物 (US) => 唾液分泌 (UR)

食物 (US) + 声音 (NS) => 唾液分泌 (UR)

声音 (CS) => 唾液分泌 (CR)

约翰华生认为人类的情绪(如恐惧)也是能够被条件的。并相信行为的产生,能够透过由非条件刺激伴随原来无法产生任何反应的中性刺激,在自然而然地产生非条件反应之后,使中性刺激成为能够单独产生条件反应的条件刺激。

在他的实验中,华生制造了一个恐惧反应,对象是医院中一位孤儿阿尔伯特。在实验开始之前,华生经过测试之后发现这位男孩不害怕包括老鼠、兔子、猴子、狗、棉絮、和没有头发的面具之类的东西。并发现阿尔伯对铁锤敲打的巨大声响产生恐惧。

为了使阿尔伯特对老鼠产生恐惧的条件反应。华生使作为中性刺激(NS)的老鼠和作为非条件刺激(US)的巨大声响同时出现,并产生了作为非条件反应(UR)的恐惧反应。在一段时间内多次的反复之后,老鼠转变为条件刺激(CS),也就是阿尔伯特对老鼠的单独出现产生了条件反应(CR),包括恐惧和逃避。华生更证明了兔子、毛皮外套、华生的头发、狗,诸如此类的东西都能用和老鼠实验相同的方法产生类似的反应,即使在不同的房间进行实验也是一样,表示这个实验对不同的物品和环境皆有效。一个月后再度测试出阿尔伯特依然会对这些东西产生恐惧。

这个实验证明了人类的行为能够被刻意的条件,并与佛洛伊德学说中认为人类行为来自非刻意产生的浅意识有所差异。

本实验简化如下:

声音 (US) => 恐惧 (UR)

声音 (US) + 老鼠 (NS) => 恐惧 (UR)

老鼠 (CS) => 恐惧 (CR)

心理学以经典条件反射理论为基础推导出了多种心理治疗理论, 包括了厌恶疗法、系统脱敏感疗法、泛滥疗法、爆炸疗法。其中泛滥疗法和爆炸疗法被用来使个体对事物产生焦虑,并因为潜在的危险而受到道德争议。

经典条件反射可以短期使用,与人道的治疗不一样的是,花较少治疗者的时间和被治疗者的努力,这些疗法最后可以使人对某些事物感到厌恶,也可以使人减少对某些事物的厌恶。

厌恶疗法(Aversion therapy)又称惩罚法,利用某些非条件刺激(如反胃、呕吐),以经典条件反射的原理使某些中性刺激(如性行为)转变为条件刺激。治疗之后使被治疗者不再产生某种行为。这种疗法通常被用在治疗酗酒和毒瘾,甚至性罪行。

许多人都有对某些特定事物感到恐惧或是敏感,而系统脱敏感疗法(Systematic desensitization)以渐进的方式建立一套疗程,其中每一个步骤都以条件方式使得被治疗者对这些事物的恐惧或敏感稍微减弱,在疗程结束之后,被治疗者将失去对这些特定事物的恐惧或是敏感。 [2]


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