Правила выработки и стадии образования условных рефлексов

Правила выработки и стадии образования условных рефлексов

Условные рефлексы постоянно образуются в течение жизни, и мы не замечаем, как это происходит. Мы купили новый музыкальный центр или телефон, разобрались с расположением и значением клавиш, прошло несколько дней, и пальцы «сами» выполняют нужные операции. Произошло ассоциативное научение и выработался инструментальный условный рефлекс. Для образования условного рефлекса необходимо выполнение нескольких условий,  или правил выработки рефлексов.

1. Условие времени – условный раздражитель должен или предшествовать безусловному, или подаваться одновременно.  Интервал между воздействием нового условного раздражителя и действием подкрепляющего не должно быть значительным. Так, у собак рефлексы особенно хорошо вырабатываются при длительности времени предшествования 5—10 сек. При сочетании в обратном порядке, когда подкрепляющий раздражитель начинает действовать ранее индифферентного, условный рефлекс не вырабатывается. Значение этого условия заключается в том, что нейроны центров безусловного рефлекса и чувствительные центры, реагирующие на условный раздражитель должны оказаться в состоянии возбуждения одновременно.

2. Условие силы – оба раздражителя должны быть пороговой силы (в противном случае реакции просто не будет), но безусловный раздражитель должен быть сильнее нового, условного. Если новый раздражитель окажется сверхпороговым, то и реакция будет на этот раздражитель, а не на безусловный. Чрезмерно сильные раздражители вызывают развитие в нервных клетках охранительного (запредельного) торможения, что также затрудняет или исключает возможность образования условных рефлексов. Примерный уровень силы условного раздражителя - до ориентировочного рефлекса.

3. Условие индифферентности условного раздражителя. Раздражитель не должен быть биологически значимым, например, сигналом опасности, плачем детенышей, потому что в этом случае ответная реакция будет именно на этот сигнал.

4. Условие сенсорного ограничения. При доминировании в центральной нервной системе центров, не связанных с образованием данных условных рефлексов, формирование этих рефлексов затрудняется. Так, если у собаки возникло резкое возбуждение, например, при виде кошки, то в этих условиях образование пищевого слюноотделительного рефлекса на звук звонка или свет лампочки не происходит. У человека, поглощенного каким-либо делом, образование условных рефлексов на другие виды деятельности в это время также резко затрудняется. Не случайно по pаспоpяжению Павлова в его институте для проведения опытов были построены специальные «башни молчания», поскольку внешние pаздpажители (напpимеp, шум или пpиход постоpоннего человека) способны помешать пpоявлению уже выpаботанных pефлексов и затоpмозить обpазование новых.

5. Условие нормальной активности ЦНС. Образование условно-рефлекторных связей, легко протекающее в условиях бодрого состояния организма, затрудняется при его заторможенности. Так, у животных, находящихся в сонливом состоянии, условные рефлексы или не образуются совсем, или же образуются медленно, с трудом. Заторможенное состояние затрудняет формирование условных рефлексов и у человека. Условные рефлексы образуются только при наличии достаточной возбудимости центров этих подкрепляющих рефлексов. Например, при выработке у собак пищевых условных рефлексов опыты ставятся на фоне высокой возбудимости пищевого центра (голодном состоянии животного).

6. Условие повторения: повторное сочетание действия ранее индифферентного условного раздражителя с действием подкрепляющего безусловного или ранее хорошо выработанного условного раздражителя. Связи, которые появляются  в ЦНС, не должны образовываться на случайные сочетания сигнала и безусловного раздражителя, повторное сочетание – это сигнал для ЦНС о том, что оно не случайно.

Процесс формирования условного рефлекса проходит три основные стадии. Прежде всего,  наступает стадия прегенерализации. Эта стадия характеризуется значительным повышением активности различных областей мозга. Происходит возбуждение в проекционных зонах коры условного и безусловного раздражителей. В это время никакой поведенческой реакции еще нет.

После этого следует стадия генерализации условного рефлекса. В основе этого процесса лежит иррадиация возбуждения. Сущность генерализации заключается в том, что условные раздражители обобщаются, и условный рефлекс, образовавшийся на определенный раздражитель, воспроизводится и при действии других, сходных с ним, раздражителей. Процесс возбуждения, возникающий при действии какого-либо одного раздражителя, в результате иррадиации переходит и на корковые центры других, близких по характеру, раздражителей. В двигательных условных рефлексах, например, при образовании двигательных навыков, феномен генерализации проявляется в участии в двигательном акте значительного числа мышц, сокращение которых не является необходимым.

 Далее, по мере подкрепления условного стимула, реакции на сходные раздражители, которые не подкреплялись, становится все менее выраженной. Условная реакция возникает только на сигнальный раздражитель – наступила стадия специализации. Этот процесс обеспечивает дифференцировку, тонкое различение сходных стимулов (звуки разного тона, цвета, похожие буквы и др.)

Скорость выработки условного рефлекса зависит от биологической значимости раздражителя и в целом, и в данный момент (пища для голодного животного, боль). Медленно вырабатываются рефлексы на незначимый раздражитель. Подкрепление – это ситуации, которых нужно избегать, или к которым нужно стремиться, поэтому условные рефлексы одинаково быстро вырабатываются и на положительное, и на отрицательное подкрепление.

Роль доминанты в выработке условного рефлекса похожа на роль катализатора химической реакции – на фоне доминирующей мотивации условные рефлексы вырабатываются очень легко и быстро, если они работают на доминанту (вспомним свойство доминанты притягивать возбуждение, сохранять возбуждение в тех центрах, которые связаны с доминирующей мотивацией, и тормозить деятельность других центров).

Классификация условных рефлексов

Обратимся к классификации условных рефлексов, хотя бы для того, чтобы убедиться в том, что значительная часть нашего поведения представлена условнорефлекторной деятельностью, условный рефлекс может вырабатываться на любой раздражитель, ответная реакция может быть очень разнообразной, рефлексы могут быть сложными и очень сложными - динамические стереотипы.

Остановимся подробнее на классификации по варианту реакции. Существует два варианта  поведенческого ответа. 1.  Реакция в виде изменения деятельности органа или органов – выделение слюны и желудочного сока, изменение частоты дыхания, силы и частоты сердечных сокращений. Эти рефлексы являются классическими, их иногда называют вегетативными. 2. Реакция в виде движения, обеспечивается скелетной мускулатурой. Такие рефлексы называются инструментальными, или оперантными.

В качестве корковых представительств инструментальных рефлексов выступают моторные зоны коры головного мозга. Опеpантное поведение (лат. operatio - действие) фоpмиpуется пpи научении методом проб и ошибок. Пpи появлении потpебности в пище, воде, избавлении от неприятных ощущений и т. д. возникает спонтанная двигательная активность, котоpую часто определяют термином драйв (англ. drive - двигать). Всякие действия сопровождаются какими-то последствиями, от хаpактеpа которых зависит, будет ли субъект эти действия повтоpять или, напpотив, постаpается в дальнейшем их избегать: все зависит от получившегося результата. В конечном счете эмпиpически находится наиболее эффективный способ действий, он закрепляется в памяти и применяется впредь при возникновении сходных обстоятельств. Этот тип научения был откpыт амеpиканским исследователем Эдваpдом Тоpндайком (Thorndike E.) в опытах с использованием т. н. пpоблемных клеток, куда помещали голодных кошек. Чтобы добраться до пищи, находящейся рядом с клеткой, кошка должна была задеть запорный крючок, и тогда двеpь клетки откpывалась. Поначалу действия кошки были случайными, хаотичными и потому выбраться из клетки ей удавалось не скоро. Но, после того, как пpавильное pешение было однажды найдено, проводимое в клетке время быстро сокращалось.

Сравнительная характеристика

классического и инструментального  условных рефлексов

Модификация условных рефлексов (виды торможения)

Значение торможения в условнорефлекторной деятельности. Наряду с процессами возбуждения существенная роль (как при безусловнорефлекторной, так и при условнорефлекторной деятельности) принадлежит процессам торможения, т. е. угнетения, подавления деятельного состояния. Возбуждение и торможение, непрерывно взаимодействуя, определяют возможность осуществления одних реакций и задержки других (нарушающих координацию безусловно - или условнорефлекторной ответной реакции или не являющихся необходимыми). Следовательно, образование любого условного рефлекса в виде координированного ответного акта требует возбуждения одних корковых нервных центров и торможения других. Кроме того, мы уже говорили о том, что условные рефлексы непостоянны, могут видоизменяться и вовсе исчезать. Эти процессы тоже невозможны без торможения.

Рисунок 8 Выработка классических (1) и инструментальных (2) условных рефлексов

Виды торможения. Наблюдаемые при условнорефлекторной деятельности виды торможения можно разделить на две основные группы — внешнее торможение и внутреннее.

Внешнее (безусловное) торможение условных рефлексов.

Внешнее торможение по своей природе является врожденным видом торможения, присущим всем отделам центральной нервной системы и свойственным как безусловным, так и условным рефлексам. Оно возникает «с места» — без предварительной выработки. К этому виду торможения относятся внешнее торможение и запредельное. Первое из них основано на взаимодействии центров условного рефлекса и постороннего раздражителя. Например, если в момент действия условного сигнала начинает действовать сильный посторонний раздражитель, то условная реакция тормозится. Сильное возбуждение, возникающее в центре постороннего раздражителя, резко снижает возбудимость корковых центров определенного условного рефлекса. Внешнее торможение постоянно встречается в практике физической культуры и спорта. Например, условнорефлекторные связи, обеспечивающие в обычной обстановке на тренировочном занятии отличное выполнение гимнастических комбинаций, могут нарушаться под влиянием сильных раздражителей (соревнование, присутствие посторонних лиц, резкие замечания тренера и др.), действующих как внешний тормоз. При повторных воздействиях внешнее торможение угасает или проявляется незначительно. Из практики спорта известно, что прочно закрепившиеся условные рефлексы меньше нарушаются под влиянием внешнего торможения. Степень выраженности внешнего торможения определяется функциональным состоянием и типом нервной системы. У лиц с уравновешенным типом нервной системы внешнее торможение выражено слабее, чем у представителей неуравновешенного типа. Запредельное (охранительное) торможение, развивающееся при действии сверхсильных или обычных, но длительно продолжающихся раздражении, представляет собой защитный механизм, охраняющий нервные клетки от истощения и способствующий восстановлению их химического состава и нормального функционального состояния. По своей физиологической природе охранительное торможение может вызываться факторами, связанными как с безусловно, так и с условнорефлекторной деятельностью. Травмы, резкие и длительные раздражения анализаторов и др. способны вызывать охранительное торможение. Необходимо указать, что внешнее торможение значительно сильнее сказывается на мало закрепленных условных рефлексах. Из спортивной практики известно, что чем прочнее в процессе тренировки закреплены двигательные условные рефлексы, тем меньше они нарушаются при наличии внешнего торможения.

Внутреннее торможение условных рефлексов.

Если торможение условных рефлексов первично возникает в их центрах, то такого рода торможение называют внутренним. Существует несколько видов внутреннего торможения, к которым относятся: угасательное, дифференцировочное и торможение при запаздывании подкрепления условного раздражения. Особой формой дифференцировочного торможения является условный тормоз

Угасательное торможение. Если раздражители, вызывающие условный рефлекс, не подкреплять действием безусловных раздражителей, или инструментальный рефлекс не приводит к желаемому, привычному результату, то рефлексы постепенно угасают. Выстрел стартового пистолета, а мы никуда не бежим, сегодня мы только зрители. Через некоторое время, если не принимать участие в соревнованиях, классический рефлекс «на старт» - увеличение частоты и силы сердечных сокращений, повышение МОД -  угаснет. Особенно нуждаются в постоянном подкреплении инструментальные, или оперантные рефлексы. Мы очень быстро и без ошибок умеем набирать текст на компьютере, однако если сделать перерыв на несколько месяцев, и скорость, и точность работы станет значительно хуже. Такое изменение условных рефлексов является не полным разрывом установившихся временных связей, а лишь их торможением. Во-первых, после перерыва угашенный рефлекс самостоятельно постепенно восстанавливается. Лишь при многократном повторном неподкреплении условного раздражителя безусловным рефлексом угасание становится стойким. Во-вторых, угашенный рефлекс сразу же восстанавливается, если во время действия «забытого» условного раздражителя внезапно воздействовать каким-либо сильным посторонним раздражителем. Это явление называется растормаживанием и касается преимущественно классических рефлексов. Угасание условных рефлексов имеет большое биологическое значение, так как при этом устраняются именно те условные раздражители, которые потеряли свое сигнальное значение.

Дифференцировочное торможение. Приспособление организма к условиям окружающей среды характеризуется тончайшим соответствием ответных реакций особенностям раздражителя. Это соответствие приобретается благодаря возможности осуществлять высокую степень дифференцирования (различения) условных раздражителей внешней среды. Условные рефлексы вначале образуются, как уже указывалось, в генерализованной форме. В дальнейшем происходит процесс дифференцирования, т. е. специализации условных раздражителей, который связан с торможением реакции на раздражители, не подкрепляемые безусловными или ранее выработанными условными рефлексами. Например, при образовании условного рефлекса на тон 1000 гц при первой пробе рефлекс будет обнаруживаться и на высокие (2500 гц) и более низкие (500 гц) тоны. Но если тон 2500 и 500 гц не подкреплять, рефлекс на них постепенно угаснет. Дифференцирование простых раздражителей у животных может быть не только не хуже, но даже лучше, чем у человека. Например, собаки прекрасно различают запахи, тонкие оттенки серого цвета, разницу в высоте различных тонов и пр., которые совершенно недоступны человеку. Однако по способности к образованию дифференцировок при сложных комплексных раздражениях человек превосходит животных. Специальные опыты показали, что если, например, для человека дифференцирование таких двух комплексов, как «шипение — высокий тон — низкий тон — звонок» и «шипение — низкий тон — высокий тон — звонок» не представляет никаких трудностей (различение наблюдается после двух-пяти сочетаний), то для собак такая дифференцировка является уже предельной и для образования ее требуются многие месяцы работы.

Сложнейшие дифференцировки образуются у человека при формировании  второй сигнальной системы. Именно дифференцировочное торможение лежит в основе различения ребенком таких сходных по звучанию сигналов этой системы – слов – как «сом» и «сон», «дым» и «дом». Человек неодинаково реагирует не только на различные слова, но и на интонации, с которыми эти слова сказаны, на место того или иного слова в предложении и др. Сложные процессы дифференцирования происходят при образовании инструментальных (двигательных) условных рефлексов. В данном случае результат действия сам является подкреплением: фальшиво звучащий фрагмент музыкального произведения требует дополнительной тренировки двигательных центров и пальцев при игре на музыкальных инструментах.

Скорость образования дифференцировок зависит от степени филогенетического и онтогенетического развития организма, его индивидуальных особенностей, функционального значения раздражений, которые необходимо дифференцировать. У человека в раннем детском возрасте дифференцировки вырабатываются труднее, чем в более позднем. Большое значение имеет и функциональное состояние нервной системы. Например, при утомлении, при заболевании дифференцировки вырабатываются у человека труднее. В отдельных случаях дифференцирование сложных и вместе с тем близких по характеру раздражении требует огромного труда, особенно в процессе выработки дифференцировок при образовании двигательных рефлексов. Например, для образования дифференцировок в речедвигательных условных рефлексах, позволяющих говорить без акцента на иностранном языке, нужна большая практика. Она необходима и при обучении многим видам физических упражнений, в выработке профессиональных навыков, например у хирургов, когда определенный характер движений, необходимый для достижения максимального результата, нужно дифференцировать с другими (близкими по форме, но менее эффективными) движениями.

Условный тормоз. Если новый раздражитель, действующий непосредственно перед (или вместе) раздражителем, вызывающим хорошо выработанный условный рефлекс, сочетается с изменением подкрепления (отрицательное вместо положительного, отсутствие подкрепления) то этот раздражитель превращается в условный тормоз. Например, после выработки слюноотделительного условного рефлекса на звук метронома к нему присоединяют какой-либо новый раздражитель — свет. Если действие метронома всегда подкреплять введением в рот кислоты, а при действии последовательной комбинации «свет — метроном» не давать такого подкрепления, то свет станет условным тормозом.  Метроном будет вызывать условный рефлекс, но если  перед ним будет действовать свет («свет + метроном») то рефлекс окажется заторможенным. Именно модифицирование условных рефлексов путем включения условного тормоза лежит в основе воспитания: ваша собака никогда не украдет кусок колбасы в присутствии хозяина, хотя легко сделает это, оставшись наедине с накрытым столом (есть очень интеллигентные животные, которые не сделают этого никогда, здесь условным тормозом будет стол). Некоторым из вас трудно говорить связными предложениями, потому что присутствие преподавателя является условным тормозом для произнесения слов, которые мы относим к ненормативной лексике. Условное торможение часто проявляется при выполнении физических упражнений, например в спортивных играх (запрещение некоторых действий в определенных зонах игры).

Торможение при запаздывании подкрепления условного раздражения. Торможение может развиваться при выработанных условных рефлексах с большим отставлением от начала действия условного раздражителя до подкрепления безусловным раздражителем. Удлинение скрытого периода условного рефлекса при длительном отставлении подкрепления безусловным или ранее хорошо выработанным условным раздражителем основано на развитии торможения в первый период действия условного раздражителя. Торможение при запаздывании подкрепления условного рефлекса возникает не сразу, а вырабатывается постепенно. При этом, чем сильнее условный раздражитель, тем с большим трудом вырабатывается этот вид торможения. Существенное значение имеет и сила подкрепляющего раздражителя. Например, при повышении после голодания возбудимости пищевого центра происходит растормаживание и скрытый период условных рефлексов резко уменьшается. У человека многие условные рефлексы имеют запаздывающий характер. Кратковременные явления запаздывания наблюдаются, например, при строевых командах. Торможение запаздывания формирует нашу жизнь во времени.

Виды торможения по И.П. Павлову

Динамический стереотип

Различные условные рефлексы постоянно взаимодействуют друг с другом. Если раздражители повторяются в определенном порядке, то между ними формируется взаимосвязь, характеризующаяся стереотипной последовательностью возникновения ответных реакций. При этом рефлексы соответствуют не столько данному раздражителю, сколько месту раздражителя в последовательной цепи их. Стереотип внешних проявлений реакций в виде секреции или движения был назван И. П. Павловым динамическим стереотипом или функциональной системностью. Термин «динамический» подчеркивает функциональный характер этого стереотипа (формирование и закрепление его только после соответствующих упражнений, возможность его переделки, угасание при длительных перерывах, ухудшение при утомлении, сильных эмоциях, заболеваниях и пр.). В двигательной деятельности спортсмена стереотип проявляется, например, в последовательности фаз сложных гимнастических, тяжелоатлетических и других стандартно выполняемых движений. Переделка стереотипа в некоторых случаях представляет для нервной системы трудный процесс. Чтобы выработать новый стереотип, необходимо сначала угасить старый. Но хорошо закрепленный стереотип трудно подается угашению и может проявляться вновь при возникновении условий, которым он соответствовал. Динамический стереотип может быть связан не только с отдельными вегетативными или двигательными функциями, но и с деятельностью организма вцелом: режимом жизни человека. Формирование таких динамических стереотипов имеет большое значение для человека. Социальная среда, воздействующая на него,— быт, учеба, работа, как правило, в течение более или менее длительного времени остается относительно постоянной (домашний и рабочий режимы, их темп и др.). За счет следового возбуждения клеток в нервных центрах стереотип запечатлевается в них в виде сложной функциональной системы, в которой все воздействующие компоненты среды сливаются в единый комплекс. Таким образом, стереотип можно характеризовать как систему условных рефлексов на совокупность раздражителей естественной среды. Системность облегчает деятельность. Человек, научившийся изо дня в день делать одну и ту же работу, обычно выполняет ее с большей легкостью. Однако образование прочного динамического стереотипа может наряду с положительным значением иметь и отрицательное. Привычка действовать по определенному стандарту затрудняет приспособление к новым условиям выполнения работы, к новому режиму жизни. В некоторых случаях при изменении ситуации, прочный динамический стереотип задерживает приспособление организма к реакциям, более соответствующим новым условиям труда и быта. Изменение привычных форм работы, режима жизни переживается тяжело и может привести к нарушениям некоторых функций организма, особенно у лиц пожилого возраста. Поэтому, как указывал И. П. Павлов, установление динамического стереотипа является положительным при стандартных условиях деятельности и отрицательным при варьировании этих условий и резком их изменении