Когнитивные карты и методы их изучения

Дифференцировочный условный рефлекс - выработка у животного  навыка выбирать нужный условный раздражитель из двух или большего числа похожих. Такие методики могут различаться  по своим основным параметрам. В  настоящее время различные методики, основанные на выработке у животных дифференцировочных условных рефлексов  и их систем широко применяются на практике, например при обучении розыскных  собак, а также для изучения когнитивных  процессов у животных.

Выработка дифференцировочных условных рефлексов в экспериментальной  обстановке. Опыты по выработке дифференцировочных условных рефлексов нередко проводят в лабораторных критериях, преследуя разные научные цели.

Данный опыт проводится в  несколько шагов.

1. У животного вырабатывают  подходящий условный рефлекс.  Как понятно, сначала формирования  условного рефлекса животное  реагирует не только лишь на  строго определенный условный  стимул, к примеру звук определенной  частоты, да и на сходные  с ним звуки, хотя не на  сто процентов ему схожие, к  примеру звуки близких частот. Эта стадия выработки условного  рефлекса именуется генерализацией.

2. Опосля того, как условный  рефлекс выработан, экспериментатор  продолжает подкреплять (едой  либо избавлением от угрозы) условную  реакцию лишь на определенный  сигнал не подкрепляет ответов  на сходные, и в итоге они  равномерно угасают. К примеру,  собака получает подкрепление  лишь при положительной реакции  на вспышку лампочки 60 вт. Положительные  реакции на вспыхивание лампочек  иной яркости не поощряются. В  конце концов собака научается  дифференцировать очень похожие  сигналы.

Как было показано Л.Г. Ворониным (1984), при композиции отдельных условных рефлексов появляются новейшие характеристики, не сводимые к свойствам суммы  начальных рефлексов. Происходит образование  так именуемых систем дифференцировочных условных рефлексов, либо просто «систем». Такие системы Л. Г. Воронин считал целостными многофункциональными единицами, из которых складывается психологическая  деятельность.

В базе формирования дифференцировочных условных рефлексов лежит дифференцировочное торможение – один из видов внутреннего  торможения.

Способ выработки дифференцировочных УР в различных его композициях  является одним из ведущих в физиологии ВНД и употребляется как инструмент для исследования целого ряда заморочек. Так, с помощью выработки у  животного дифференцировки 2-ух цветовых стимулов, можно учить механизмы  восприятия цвета, выравнивая их остальные  характеристики (яркость, цвета). В случае невозможности выработать устойчивую дифференцировку таковой пары стимулов у животного, можно сделать правомочный  вывод о том, что оно не способно принимать различия меж 2-мя зрительными  стимулами (цветами диапазона) в  силу особенностей развития органов  эмоций.

Выработки различных дифференцировок  обширно употребляются для оценки когнитивных возможностей животных и довербального мышления. С данными целями могут употребляться различные методы выработки дифференцировочных условных рефлексов.

Экспериментальные данные, приобретенные при помощи способа  дифференцировочных условных рефлексов, сделали базу для сравнительной  оценки возможности животных к обучению, и проявили, что в процессе такового обучения, вместе с ассоциативными, участвуют и механизмы другого  уровня – когнитивные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Пространственное  обучение.

 

 Метод обучения в лабиринтах. Метод лабиринта является одним из самых давних и широко распространенных методов изучения сложных форм поведения животных. Лабиринты могут иметь разную форму и, в зависимости от ее сложности, могут использоваться как при исследовании условно рефлекторной деятельности, так и для оценки когнитивных процессов животных. Перед подопытным животным, помещенным в лабиринт, ставится задача нахождения пути к определенной цели, чаще всего пищевой приманке. В некоторых случаях целью может служить убежище или другие благоприятные условия. Иногда при отклонениях животного от правильного пути оно получает наказание.

          В простейшем виде лабиринт  имеет вид Т-образного коридора  или трубки. В этом случае при  повороте в одну сторону животное  получает награду, при повороте  в другую его оставляют без  награды или даже наказывают. Более сложные лабиринты слагаются  из разных комбинаций Т-образных  или подобных им элементов  и тупиков, заход в которые  расценивается как ошибки животного.  Результаты прохождения животным  лабиринта определяются, как правило,  по скорости достижения цели  и по количеству допущенных  ошибок.

          Метод лабиринта позволяет изучать  как вопросы, связанные непосредственно  со способностью животных к  обучению, так и вопросы пространственной  ориентации, в частности роль  кожно-мышечной и других форм  чувствительности, памяти, способности  к переносу двигательных навыков  в новые условия, к формированию  чувственных ощущений и т.д. (см. Видео)

          Для изучения когнитивных способностей  животных чаще всего используют  радиальный и водный лабиринты.

 

          Обучение в радиальном лабиринте. Методика изучения способности животных к обучению в радиальном лабиринте была предложена американским исследователем Д. Олтоном.

          Обычно радиальный лабиринт состоит  из центральной камеры и 8 (или  12) лучей, открытых или закрытых (называемых в этом случае отсеками, или коридорами). В опытах на  крысах длина лучей лабиринта  варьирует от 100 до 140 см. Для экспериментов  на мышах лучи делают короче. Перед началом опыта в конец  каждого коридора помещают пищу. После процедуры приучения к  обстановке опыта голодное животное  сажают в центральный отсек,  и оно начинает заходить в  лучи в поисках пищи. При повторном  заходе в тот же отсек животное  пищи больше не получает, а  такой выбор классифицируется  экспериментатором как ошибочный.

          По ходу опыта у крыс формируется  мысленное представление о пространственной  структуре лабиринта. Животные  помнят о том, какие отсеки  они уже посетили, а в ходе  повторных тренировок "мысленная  карта" данной среды постепенно  совершенствуется. Уже после 7-10 сеансов  обучения крыса безошибочно (или  почти безошибочно) заходит только  в те отсеки, где есть подкрепление, и воздерживается от посещения  тех отсеков, где она только  что была. [15]

Метод радиального лабиринта  позволяет оценивать:

формирование пространственной памяти животных;

соотношение таких категорий  пространственной памяти, как рабочая  и референтная.

Рабочей памятью называют обычно сохранение информации в пределах одного опыта.

          Референтная память хранит информацию, существенную для освоения лабиринта  в целом.

          Деление памяти на краткосрочную  и долгосрочную основано на  другом критерии - на продолжительности  сохранения следов во времени.

          Работы с радиальным лабиринтом  позволили выявить у животных (главным образом крыс) наличие  определенных cmpameгий поиска пищи.

В самой общей форме  такие стратегии подразделяются на алло- и эгоцентрические:

• при аллоцентрической стратегии животное при поиске пищи полагается на свое мысленное представление о пространственной структуре данной среды;
• эгоцентрическая стратегия основана на знании животным конкретных ориентиров и сопоставлении с ними положения своего тела.

Такое деление в большой  степени условно, и животное, в  особенности в процессе обучения, может параллельно использовать элементы обеих стратегий. Доказательства использования крысами аллоцентрической стратегии (мысленной карты) базируются на многочисленных контрольных экспериментах, в ходе которых либо вводятся новые, "сбивающие" с пути ориентиры (или, наоборот, подсказки), либо меняется ориентация всего лабиринта относительно ранее  неподвижных координат и т.д.

 

          Обучение в водном лабиринте Морриса (водный тест). В начале 80-х гг. шотландский исследователь Р. Моррис предложил для исследования способности животных к формированию пространственных представлений использовать "водный лабиринт". Метод приобрел большую популярность, и его стали называть "водным лабиринтом Морриса".

          Принцип метода заключается в  следующем. Животное (обычно мышь  или крысу) выпускают в бассейн  с водой. Из бассейна нет  выхода, но имеется невидимая  (вода замутнена) подводная платформа,  которая может послужить убежищем: отыскав ее, животное может выбраться  из воды. В следующем опыте  животное через некоторое время  выпускают плавать уже из другой  точки периметра бассейна. Постепенно  время, которое проходит от  пуска животного до отыскания  платформы, укорачивается, а путь  упрощается. Это свидетельствует  о формировании у него представления  о пространственном расположении платформы на основе внешних по отношению к бассейну ориентиров. Подобная мысленная карта может быть более или менее точной, а определить, в какой степени животное помнит положение платформы, можно, переместив ее в новое положение. В этом случае время, которое животное проведет, плавая над старым местоположением платформы, будет показателем прочности следа памяти.

          Создание специальных технических  средств автоматизации эксперимента  с водным лабиринтом и программного  обеспечения для анализа результатов  позволило использовать такие  данные для точных количественных  сравнений поведения животных  в тесте.

 

          "Мысленный план" лабиринта. Одним из первых гипотезу о роли представлений в обучении животных выдвинул Э. Толмен в 30-х гг. XX в. Исследуя поведение крыс в лабиринтах разной конструкции, он пришел к выводу, что общепринятая в то время схема "стимул-реакция" не может удовлетворительно описать поведение животного, усвоившего ориентацию в такой сложной среде, как лабиринт. Толмен высказал предположение, что в период между действием стимула и ответной реакцией в мозге совершается определенная цепь процессов ("внутренние, или промежуточные, переменные"), которые определяют последующее поведение. Сами эти процессы, по мнению Толмена, можно исследовать строго объективно по их функциональному проявлению в поведении.

          В процессе обучения у животного  формируется "когнитивная карта"  всех признаков лабиринта, или  его "мысленный план". Затем  на основе этого "плана"  животное выстраивает свое поведение.

          Образование "мысленного плана"  может происходить и в отсутствие  подкрепления, в процессе ориентировочно-исследовательской  активности. Этот феномен Толмен  назвал латентным обучением.

          Сходных взглядов на организацию  поведения придерживался И.С. Бериташвили. Ему принадлежит термин - "поведение, направляемое образом". Бериташвили продемонстрировал способность собак к формированию представлений о структуре пространства, а также "психонервных образов" предметов. Ученики и последователи И.С. Бериташвили показали пути видоизменения и совершенствования образной памяти в процессе эволюции, а также в онтогенезе, базируясь на данных по пространственной ориентации животных.

 

          Способность животных к ориентации в пространстве. Существует целый ряд подходов к исследованию формирования у животного пространственных представлений. Некоторые из них связаны с оценкой ориентации животных в естественных условиях. Для изучения пространственной ориентации в лабораторной обстановке чаще всего используют две методики - радиальный и водный лабиринты. Роль пространственных представлений и пространственной памяти в формировании поведения в основном исследуется на грызунах, а также некоторых видах птиц.

          Экспериментальное изучение, главным  образом при помощи методов  лабиринтов, способности животных  ориентироваться в пространстве, показало, что при отыскании пути  к цели животные могут использовать  разные способы, которые по  аналогии с прокладыванием морских  путей эти способы называют:.

• счислением пути;
• использованием ориентиров;
• навигацией по карте.

Животное может одновременно пользоваться всеми тремя способами  в разных комбинациях, т.е. они взаимно  не исключают друг друга. Вместе с  тем эти способы принципиально  различаются по природе той информации, на которую животное опирается при  выборе того или иного поведения, а также по характеру тех внутренних "представлений", которые у  него при этом формируются.

Рассмотрим способы ориентации несколько подробнее.

Счисление пути - наиболее примитивный  способ ориентации в пространстве; он не связан с внешней информацией. Животное отслеживает свое перемещение, а интегральная информация о пройденном пути, по-видимому, обеспечивается соотнесением этого пути и затраченного времени. Данный способ неточен, и именно из-за этого у высокоорганизованных животных его практически нельзя наблюдать  в изолированном виде.