400-966-9516
0755-86111281
400-966-9516
新闻中心

行为检测发展史系列:条件操作性行为发展简介

2021.08.23

分享:

原理

操作性条件反射箱也被称之为斯金纳箱,是指运用操作性条件反射原理、利用奖赏惩罚机制,让动物学会非本能动作(如按压杠杆,作揖等),形成刺激信号——操作行为反应——结果之间的操作条件反射的行为学仪器。

这一过程可以测试动物的学习记忆能力、注意力、自制力等,随着需要动物进行的动作的难度增加,也可以对不同脑区、不同疾病进行更深入的研究


起源

20世纪初期,约翰·布罗德斯·华生(英语:John B. Watson,1878年1月9日-1958年9月25日)出版了《一个行为主义者心目中的心理学》一书,主张心理学应该研究可以被观察和直接测量的行为,反对研究没有科学根据的意识。这根本性的推翻了当时将内省作为主要研究方法并轻视行为研究的构造论心理学界。

12.jpg

约翰·布罗德斯·华生

       华生研究人体之于环境的变化,更明确的说:研究特定的刺激会引导人体作出何种反应,属于比较心理学;并且深受俄国生理学家伊万·彼得罗维奇·巴甫洛夫(1849年9月26日-1936年2月27日)的影响。华生的理论强调生理学,认为以刺激能得到条件反射的反应—对比其他所有器官也会有类似的反射作用。

13.jpg

伊万·彼得罗维奇·巴甫洛夫

在这之后,美国心理学家爱德华·桑戴克(Edward Lee Thorndike,1874年8月31日-1949年8月9日)进行了一系列的经典的研究,如猫的问题箱等,他也是第一个系统性的研究操作性条件反射的人。他从该系列研究中领会到它们的学习过程,从而提出他的联结主义理论:刺激(S)-反应(R)公式。

伯尔赫斯·弗雷德里克·斯金纳(Burrhus Frederic Skinner,1904年3月20日-1990年8月18日)于1938年发明了斯金纳箱(《鸽子的迷信行为》'SUPERSTITION' IN THE PIGEON - 心理学空间),并引入操作条件性刺激来解释这一现象,堪称行为主义之父。

14.jpg

伯尔赫斯·弗雷德里克·斯金纳

斯金纳把行为分成两类:一类是应答性行为,这是由已知的刺激引起的反应;另一类是操作性行为,是有机体自身发出的反应,与任何已知刺激物无关。与这两类行为相应,斯金纳把条件反射也分为两类。与应答性行为相应的是应答性反射,称为S (刺激)型S型名称来自英文Stimulation;与操作性行为相应的是操作性反射,称为R(反应)型R型名称来自英文Reaction。S型条件反射是强化与刺激直接关联,R型条件反射是强化与反应直接关联。

斯金纳认为,人类行为主要是由操作性反射构成的操作性行为,操作性行为是作用于环境而产生结果的行为。在学习情境中,操作性行为更有代表性。斯金纳很重视R型条件反射,因为这种反射可以塑造新行为,在学习过程中尤为重要。(01 斯金纳  Skinner, B. F. - 心理学空间


发展

斯金纳出于对现有教学方法的不满,根据操作条件反射和积极强化的原理,为学生设计和制造有效学习的教学机器,在他的倡导下,不到一年,机器教学便在美国风行起来并波及了全世界。

关于机器教学的理论,也是贯穿着他的行为主义观点:学习就是行为,任何学习,甚至最复杂的学习都可以分解和编制成为详细的行为目录。正是由于这一点,在他的机器教学中,忽视了社会语言刺激对人的影响的复杂性,机器教学主张由于这种局限性而受到了批评。

至此,斯金纳箱演化成各种不同的形式进入了日常生活与疾病诊断中。


现状

20世纪70年代以来,由于计算机和有关信息加工技术的发展,原先应用在教学机器中的程序设计,已以计算机辅助教学技术中被广泛地应用了。

目前,模块化的斯金纳箱已经完全商业化并成为斯金纳箱实验的主要选择。它具有易拆卸,方便扩展,更换配件等特点。触屏斯金纳箱的出现使得许多曾经只能用于人认知程度测试的任务范例也可以在动物身上开展模拟实验,如5反应序列,配对连接式学习,连续表现等。


任务范式简介

       下面我们会介绍由剑桥大学Bussey-Saksida实验室开发并已经实现商用的10种常见斯金纳箱触屏程序范例,以及相关实验的实验方法。

01 视觉辨别逆转(PD)

111.jpg

       首先,动物需要学习辨别在屏幕上同时显示的两个形状哪个是正确的。触摸正确的刺激(S+)将得到食物的奖励。触摸不正确的内容刺激物(S-)将受到惩罚。其次,当动物学会了这个任务操作后,刺激就会发生相反,S+刺激现在变成了S-刺激,反之亦然。这个逆转学习需要前抑制反应,已知依赖于前额叶皮层。


02 配对连接式学习(PAL)

112.jpg

       在本任务中,动物需要学习并记住三个形状以及各自所在的位置。在实验中,系统会同时给出两个不同的形状,一个在正确的位置,另一个在错误的位置。动物需要选出哪个形状是在正确的位置,从而获得奖励。该任务已被证明对胆碱能传递和海马功能障碍敏感,并能区分谷氨酸与海马乙酰胆碱受体功能。


03 视觉运动条件学习(VMCL)

113.jpg

       这是一种习惯或刺激反应任务,在这个任务中,啮齿动物学习一种规则:“如果形状A出现,则对左边的位置作出反应,如果形状B出现,则响应右边的位置”。这种测试对背侧纹状体的损伤很敏感,因此与亨廷顿舞蹈症和帕金森病有关。


04 位置辨别学习(LDL)

114.jpg

        本任务中,屏幕上会同时出现2个方块图像。啮齿动物要求区别这两个方块的位置,触碰左边的方块则会获得奖励,而触碰右边的方块则会收到惩罚。不同试验中,方块之间的距离不同。背侧海马体损伤的动物的辨别能力受损,当两个方块的位置很近甚至挨着时,动物无法分辨两个物体的位置,而离得很远时则不会。


05 非匹配位置学习(TUNL)

1111.jpg

      本任务中,首先向动物呈现1个图像的位置,在延迟之后,屏幕会出现2个图像,一个在原来图像的位置(不正确,S-),一个不在原来的位置(正确的,S +)。触碰S+即可获得奖励。当两个图像位置靠近时,背侧海马区有损伤或海马神经发生减少的动物这种辨别功能受损,但当两个图像相距很远时则不然。该特征还使该任务对海马功能障碍非常敏感,同时利用海马在记忆和模式分离中的作用。


06 5反应序列时(5CSRT)

1112.jpg

       本任务要求啮齿动物对5个位置中随机1位置出现的短暂视觉刺激做出响应,随着短暂刺激时间的缩短,对动物注意力的要求越来越高。此任务对皮质层处理能力敏感,特别是那些涉及到前额皮质和高度依赖胆碱能传递的功能方面。


07 5反应序列持续时(5C-CPT)

11111.jpg

      5选择反应序列时的进阶版本。动物进行5选择反应时的任务的同时,还需要对随机出现的5个位置全部提示的视觉刺激做出抑制反应,否则就会收到惩罚。此任务不仅对皮质层处理能力敏感,还需要依赖前额叶皮层的能力。


08 消退(EXT)

1111111111.jpg

       这是一个最简单的经典斯金纳箱任务,它也是一种行为抑制的测试。动物首先需要学会触碰中心窗口中出现的白色方块,以此获得奖励。当动物达到标准,则进行测试阶段。在本阶段,动物不会因为触碰白色方块而获得奖励,触碰反应则会消退。


09 连续表现(ICPT)

222222222.jpg

        本任务为临床中ICPT任务的动物版,使用了5幅不同的黑白图像。它们会以随机的顺序在触摸屏上短暂的显示,而其中只有一张图片被指定为目标刺激。为了获得奖励,动物必须接触目标刺激,并克制自己不接触非目标刺激。这个任务是所有任务中最接近临床试验的任务范例。


10 4选择赌博(4C-GT)

1111111111111111111.jpg

       在本任务中,动物需要在四个提示位置中做出选择。触碰任意一个位置都可能发生获得奖励或受到惩罚(更长一段时间没有奖励)。触碰每个位置获得的奖励数额是不一样的。相关奖励越大,获得奖励的概率就越低,且试验失败受到的超时周期也就越长。动物必须学会避免高风险、高回报的选择,以使收益最大化。该测试对血清素能和多巴胺能药物敏感。


任务范式应用

111111111111111111111111111111.jpg

斯金纳箱的每个任务程序都蕴含着较为复杂的程序逻辑设定,在接下来的文章中,我们会逐一介绍上述每个任务程序的程序设计方法。

相关新闻

related news