Instrumentelles Konditionieren II
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- Waltraud Hanna Burgstaller
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1 Professur für Allgemeine Psychologie Vorlesung im WS 2013/14 Lernen und Gedächtnis Instrumentelles Konditionieren II Prof. Dr. Thomas Goschke 1
2 Überblick Thorndikes Gesetz des Effekts Skinners Forschung zum operanten Konditionieren Shaping und Verhaltenssequenzen Was wird beim O.K. gelernt? Arten von Verstärkern Verstärkungspläne Wahlverhalten Kontiguität und Kontingenz Bestrafung, Flucht- und Vermeidungstraining Generalisierung und Diskrimination Neurobiologische Grundlagen des instrumentellen Konditionierens 2
3 3 Wahlverhalten
4 Zwei konkurrierende Verstärkungspläne? VI 60 Verstärkt wird die erste Reaktion, die nach einem Intervall von durchschnittlich 60 Sekunden gezeigt wird VI 120 Verstärkt wird die erste Reaktion, die nach einem Intervall von durchschnittlich 120 Sekunden gezeigt wird 4
5 Herrnsteins (1961) Matching Law Optimales Verhalten = Maximierung des erhaltenen Futters 66% 33% R1 R1+R2 = V1 V1+V2 5 Gluck, Mercado and Myers Copyright 2008 by Worth Publishers
6 Verhaltensökonomie 6 Gluck, Mercado and Myers Copyright 2008 by Worth Publishers
7 Premack-Prinzip: Verhalten als Verstärker David Premack (1959, 1961) Tierexperiment Ratten erhielten freien Zugang zu Trinkwasser und einem Hamsterrad Ratten verbrachten anfangs ca. 5 x soviel Zeit mit Rennen als mit Trinken Danach erhielten Ratten nur Zugang zum Laufrad, wenn sie bestimmte Wassermenge getrunken hatten Ratten tranken doppelt so lange wie zu Beginn Ratten lernten zu trinken, um Zugang zum Laufrad zu erhalten Ein Verhalten (Rennen) wurde zum Verstärker für ein anderes Verhalten (Trinken) Analoge Effekte bei Menschen Kinder, die Flipper spielen oder Süßigkeiten essen konnten Die Möglichkeit ein bevorzugtes Verhalten auszuführen kann ein weniger präferiertes Verhalten verstärken
8 8 Kontiguität vs. Kontingenz: Instrumentelles Konditionieren als kausale Inferenz
9 Zeitliche Kontiguität Dickinson et al. (1992): Kürzere Abstand zwischen Verhalten und Verstärkung effektivere Konditionierung 9
10 Effekt des Zeitabstands zwischen Reaktion und Konsequenz Schlinger & Blakey (1994): Ratten erhielten nach Drücken eines Hebels nach 0, 4 oder 10 Sekunden Futter als Belohnung 2008 by Worth Publishers
11 Bedeutung der Kontingenz Hammon et al. (1980): Ratten wurden trainiert, Hebel zu drücken, um Futter zu erhalten Reaktion innerhalb 1 s 5% Chance eines Verstärkers 5% Chance eines Verstärkers nach 1 s egal ob Reaktion oder nicht Wie Phase 1 Wie Phase 2 11
12 Instrumentelles Konditionieren als kausale Inferenz Wasserman (1990) Vpn konnten Taste drücken Dies führte manchmal dazu, dass Licht aufleuchtete UV1: p(licht Taste) = 0; 0.25; 0.5; 0.75; 1.0 UV2: p(licht keine Taste) = 0; 0.25; 0.5; 0.75; 1.0 vgl. Rescorla-Wagner-Theorie des klassischen Konditionierens! 12 (O = Outcome; R = Response)
13 Nicht-kontingente Verstärkung und abergläubisches Verhalten Skinner (1948): Tauben erhielten alle 15 s Futterkörner unabhängig vom Verhalten Einige Tiere entwickelten bizarre Rituale (z.b. mehrmals gegen den Uhrzeigersinn drehen) und verhielten sich, als ob sie glaubten, durch ihr Verhalten die Verstärkergabe kontrollieren zu können Skinners Erklärung: Verstärker erhöht die Wahrscheinlichkeit jedes Verhaltens, dass zufällig unmittelbar vor der Verstärkergabe gezeigt wurde höhere Wahrscheinlichkeit, dass dieses Verhalten (zufälligerweise) erneut vor der Verstärkergabe auftritt weitere Verstärkung Im Lauf der Zeit können sich komplexe Verhaltensmuster bilden (analog zu natürlicher Selektion) 14
14 Allgemeinere Schlussfolgerungen Organismen lernen kausale Regularitäten, die es ermöglichen, Effekte des eigenen Verhalten zu antizipieren Dies ermöglicht es Organismen, sich adaptiv ( rational ) zu verhalten = Verhalten zu selektieren, dass positive Konsequenzen hat und negative Konsequenzen zu vermeiden Adaptives Verhalten muss nicht auf bewusster Überlegung oder Einsicht in die relevanten Kontingenzen beruhen Relativ einfache assoziative Mechanismen können Verhalten erzeugen, das rational und zielgerichtet erscheint 17
15 18 Abbau unerwünschter Verhaltensweisen: Löschung und Bestrafung
16 Arten von Verstärkern Verhaltenskonsequenz Reiz erscheint nach Reaktion Angenehm Positive Verstärkung (Belohnung) Unangenehm Bestrafung 1. Art Reiz verschwindet nach Reaktion Bestrafung 2. Art Negative Verstärkung (Flucht / Vermeidung) 19
17 Abbau unerwünschter Verhaltensweisen 3 Möglichkeiten: Löschung: die das Verhalten aufrechterhaltenden Verstärker entziehen Bestrafung des unerwünschten Verhaltens Alternativverhalten aufbauen, das das unerwünschte Verhalten ablöst Bestrafung kann sehr wirksam sein: Eine einzige Lernerfahrung kann Verhalten eliminieren (z.b. heiße Herdplatte) 20
18 Löschung Die das unerwünschte Verhalten aufrecht erhaltenden Bedingungen (Verstärker) identifizieren Entzug eben dieser Verstärker Beispiel: Kind erhält durch ständiges Stören mehr Aufmerksamkeit Entzug der Aufmerksamkeit Löschung des Verhaltens Löschung ist besonders effektiv, wenn gleichzeitig Alternativverhalten positiv verstärkt wird Bsp.: Kind erhält Aufmerksamkeit für erwünschtes Verhalten 21
19 Mittlere Anzahl von Reaktionen Bestrafung und Zeitverzögerung 1.Phase: Ratten wurden trainiert, Hebel zu drücken, um Futter zu bekommen 2. Phase: Auf 50% der Hebeldrücke folgt ein Elektroschock sofort, nach 7,5 oder nach 30 Sekunden (Kontrollgruppe: gleiche viele Schocks, aber kein Zusammenhang zu den Reaktionen) ,5 30 Kontrolle 22 Camp, Raymond & Curch, 1967
20 Ausmaß der Unterdrückung (%) Intensität der Bestrafung Unterdrückung eines Verhaltens (Hebeldrücken) steigt mit Intensität der Bestrafung 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,15 0,5 2 Stärke des Schocks (ma) 23 Church, 1969
21 Reaktionen / min. Bestrafung und Verhaltensalternativen Unterdrückung eines Verhaltens durch Bestrafung ist effektiver, wenn alternative Verhaltensmöglichkeiten bestehen (insbesondere, wenn diese belohnt werden) Anzrin & Holz (1966): Phase 1: Tauben lernten, auf einen Schalter zu picken, um Futter zu erhalten Phase 2: Auf Picken folgte Schock Gruppe A: Taube konnte auf anderen Schalter picken Gruppe B: Nur ein Schalter Alternative Reaktion verfügbar keine alternative Reaktion verfügbar Ergebnis: Tauben in Gruppe A zeigten stärkere Unterdrückung des Pickens auf den ursprünglichen Schalter Bestrafungsintensität (V) 24
22 Kontingenz der Bestrafung Vortraining: Ratten lernten, Hebel zu drücken, um Futter zu bekommen Phase 1: Experimentalgruppe: Elektroschocks unabhängig vom Verhalten Kontrollgruppe: Nur Belohnung Phase 2: Beide Gruppen erhalten nur Belohnung Phase 3: Beide Gruppen erhalten reaktionskontingente Schocks 25 Church, 1969
23 Reaktionsrate (% der Baseline) Kontingenz der Bestrafung Nicht Erneutes Kontingente Training Bestrafung (Belohnung) Kontingente Bestrafung Kontrollgruppe (keine Schocks in Phase 1) Exp.-gruppe Schocks in Phase 1) Bestrafung war nur wirksam, wenn sie kontingent auf das Verhalten folgt Erfahrung nicht-kontingenter Bestrafung verhinderte späteres Lernen einer reaktions-kontingenten Bestrafung ( vgl. erlernte Hilflosigkeit)
24 Konsequenzen nicht-kontingenter Bestrafung: Erlernte Hilflosigkeit Exp. von Overmier & Seligman (1967) / Maier & Seligman (1976) mit Hunden Phase 1: Experimentgruppe: Glockenton -> unausweichlicher Stromstoß Kontrollgruppe: Konnten Schock durch eigenes Verhalten vermeiden Phase 2: Beide Gruppen Vermeidungstraining Stromstoss wurde durch Ton angekündigt; Tiere konnten Stromstoss durch Sprung über eine Barriere vermeiden Ergebnis: Kontrolltiere lernten schnell die Vermeidungsreaktion Tiere der Experimentalgruppe zeigten Anzeichen von Furcht, aber machten keine Anstalten, dem Schock zu entfliehen Erlernte Hilflosigkeit : Erfahrung, dass Bestrafung nicht durch eigenes Verhalten beeinflusst werden kann, erschwert Erwerb und/oder Ausführung instrumenteller Reaktionen Tiere lernen, dass eigenes Verhalten keinen Effekt hat 27
25 28 Konsequenzen nicht-kontingenter Bestrafung: Erlernte Hilflosigkeit
26 Erlernte Hilflosigkeit bei Menschen Hiroto (1974) Phase 1: unangenehme laute Geräusche Gruppe 1: Töne weder vermeidbar noch kontrollierbar Kontrollgruppe 2: Töne nicht vermeidbar; per Knopfdruck abstellbar Kontrollgruppe 3: keine Vorbehandlung Phase 2: Ton wurde durch 5 sec. Lichtsignal angekündigt und konnte durch Schieberegler abgestellt werden A.V: Latenzzeit für das Lernen Abstell-Reaktion Ergebnis: Gruppe 1 lernte langsamer als Gruppe 2 und 3 Interpretation: Erfahrung der Unkontrollierbarkeit hat drei Effekte: (1) motivationales Defizit (keine Anstrengung zu fliehen) (2) kognitives Defizit (verzögertes Lernen) (3) emotionales Defizit (Apathie, Depression ) 30
27 Negative Folgen von Bestrafung Bestrafung kann unter bestimmten Bedingungen zur Unterdrückung von jeglichem Verhalten führen Diskriminative Hinweisreize, die Bestrafung signalisieren, können zu Täuschungsverhalten führen (Bsp.: Radarfalle) Bestrafung unterdrückt oft lediglich Verhalten (Performanz); aber hohe Wahrscheinlichkeit, dass unerwünschtes Verhalten wieder gezeigt wird, sobald keine Bestrafung mehr erwartet wird Beziehung zwischen Bestrafendem und Bestraftem leidet (kann Ärger und Aggression erzeugen) Falsche Vorbildfunktion: Kinder könnten lernen, dass Bestrafung (Aggression) ein angemessenes Mittel zur Konfliktlösung ist Wenn Bestrafung, sollte stets erwünschtes Alternativverhalten ermöglicht und verstärkt werden 33
28 36 Negative Verstärkung: Flucht- und Vermeidungsverhalten
29 Negative Verstärkung Verhalten kann verstärkt / aufrechterhalten werden, weil es Bestrafung vermeidet Exp. von Solomon & Wynne (1953): Hunde in Käfig mit Stahlgitter als Boden Licht aus 10 Sek. Hund springt Elektroschock über Barriere in sicheren Käfig Licht aus Hund springt über Barriere in sicheren Käfig 37
30 Negative Verstärkung und Vermeidungsverhalten Vermeidungsverhalten kann sehr löschungsresistent sein Auch wenn kein Schock mehr gegeben wird, springen Hunde weiter (mitunter 200 mal) über Barriere (Solomon, Kamin, & Wynne, 1953) Latenz des Vermeidungsverhaltens nimmt sogar weiter ab Warum wird Vermeidungsverhalten nicht gelöscht wird, obwohl die Tiere nie mehr einen Schock erhalten? Vermeidungsverhalten verhindert, dass die Hunde lernen, dass die Kontingenz zwischen Licht und Schock gar nicht mehr besteht Erklärt die Aufrechterhaltung von Vermeidungsverhalten bei phobischen Ängsten (z.b. soziale Angst; Flugangst) 38
31 Negative Verstärkung und Vermeidungsverhalten Wie kann Vermeidungsverhalten gelöscht werden? (1) Bestrafung (z.b. Schock) wird erteilt, obwohl das Vermeidungsverhalten gezeigt wird Organismus lernt, dass es keine Kontingenz zwischen Verhalten und Bestrafung gibt (2) Verhindern, dass das Vermeidungsverhalten ausgeführt wird Baum (1969): Vermeidungstraining (Ton Schock Flucht) Danach wurden Ratten daran gehindert, beim Ton in sicheren Teil des Käfigs zu flüchten Nach kurzer Zeit hatten Ratten gelernt, dass es keine Kontingenz mehr zwischen Ton und Schock gab 39 Klinische Anwendung: Reizkonfrontationstherapie bei Phobien
32 Zwei-Prozess-Theorie des Vermeidungslernens (Mowrer, 1947) 1. Phase: Klassisches Konditionieren CS (Ton) US (Schock) UR (Angst) CS (Ton) CR (Angst) 2. Phase: Operantes Konditionieren Angstreaktion ist mit wahrnehmbaren inneren Reizen verbunden (z.b. Veränderung der Herzrate, Atmung, etc.) Vermeidungsreaktion Ton aus Angstreduktion 40 (Vermeidungsreaktion wird als Fluchtreaktion (vor dem angstauslösenden CS) uminterpretiert)
33 Probleme der Zweifaktorentheorie I Phase 1: Klassisches Konditionieren Wenn konditionierte Angst die Vermeidungsreaktion auslöst (bzw. Angstreduktion der Verstärker ist), sollte Angst umso größer sein, je stärker Vermeidungsreaktion ist Aber: Vermeidungsverhalten tritt auch auf, wenn CS keine Anzeichen von Furcht mehr auslöst (z.b. Kamin, Brimer, & Black, 1963) Nachdem Vermeidungsreaktion gelernt wurde, verschwinden oft Anzeichen von Angst (z.b. Solomon & Wynne, 1953) Alternative Erklärung: Gelernt wird nicht CS-CR-Assoziation (Ton-Furcht), sondern CS-US-Assoziation (Ton-Schock) CS (Ton) Antizipation des US (Schock) Vermeidungsreaktion wird durch Antizipation des US ausgelöst 41
34 Probleme der Zweifaktorentheorie II Phase 2: Operantes Konditionieren Zweifaktorentheorie: Elimination des CS und damit verbundene Angstreduktion soll verstärkend sein Aber: Elimination des CS ist gar nicht nötig für Vermeidungslernen Kamin (1956): Tiere lernen Vermeidungsverhalten, auch wenn der CS nach dem Vermeidungsverhalten andauerte 43
35 Probleme der Zweifaktorentheorie II Sidmans (1953, 1966): Freie operante Vermeidung Schock kommt ohne Warnung (kein äußerer CS) Tier kann Schock für 30 Sekunden aufschieben, indem es Hebel drückt Tiere lernen, Schock komplett zu vermeiden, indem sie Hebel rechtzeitig drücken Vermeidungsverhalten obwohl kein CS durch das Verhalten eliminiert wird (a) Wenn das Individuum nicht reagiert, wird alle 5 Sekunden ein Schock verabreicht. a) Elektroschocks Reaktionen Zeit (Sekunden) Sekunden 30 Sekunden (b) Jede Reaktion verschiebt den nächsten Schock um 30 Sekunden. b) Elektroschocks Reaktionen 44 Zeit (Sekunden)
36 Schlussfolgerung und alternative kognitive Erklärung Lebewesen lernen Kontingenzen zwischen CS, Reaktionen und Verhaltenskonsequenzen Dies ermöglicht es, negative Konsequenzen zu antizipieren und Verhalten auszuwählen, dass negative Konsequenzen vermeidet 45
37 47 Generalisierung und Diskrimination
38 48 Das Generalisierung-Diskriminations-Dilemma
39 Das Generalisierung-Diskriminations-Dilemma Grundproblem für Lebewesen beim klassischen Konditionieren: Wann signalisiert ein neuer (dem CS mehr oder weniger ähnlicher) Reiz den gleichen US? Generalisierung: Auslösung der konditionierten Reaktion durch ähnliche Reize Diskrimination: Auslösung der Reaktion nur durch ganz bestimmte Reize Grundproblem beim instrumentellen Konditionieren: Wann führt die gleiche Reaktion auf einen neuen (mehr oder weniger ähnlichen) diskriminativen Hinweisreiz zur gleichen Konsequenz und wann nicht? 49
40 Reizgeneralisierung Guttman & Kalish (1956) Trainierten Tauben, auf eine beleuchtete Taste zu picken Picken auf Licht einer bestimmten Wellenlänge wurde mit Futter belohnt Transferphase: Licht anderer Wellenlänge beleuchtet 50
41 Generalisierung als Suche nach ähnlichen Effekten Generalisierung spiegelt die erwartete Wahrscheinlichkeit, dass die gleiche Reaktion auf zwei verschiedene Reize die gleiche Konsequenz haben wird 52
42 Differenzielles Training und Generalisierungsgradienten (Jenkins & Harrison 1960) Nichtdifferenzielles Training Tauben wurden nach variablem Intervallplan trainiert, auf eine beleuchtete Scheibe zu picken, wenn ein 1000-Hz Ton dargeboten wurde Löschungsphase: Töne anderer Frequenz oder kein Ton 3 0 N o. 7 0 N o. 7 1 Differenzielles Training Durchgänge mit beleuchteter Scheibe und 1000 Hz Ton Verstärkung Durchgänge mit beleuchteter Scheibe ohne Ton Keine Verstärkung N o. 8 N o. 5 2 N o. 5 4 N o. 5 8 N o N o S N o F r e q u e n z i n Z y k l e n p r o S e k u n d e T o n e S D N o T o n e F r e q u e n z i n Z y k l e n p r o S e k u n d e Mazur (2006). Pearson Studium.
43 Reizdiskrimination (Jenkins & Harrison, 1962) Standardtraining: 1000-Hz-Ton auf Taste picken Verstärkung Diskriminationstraining: Zusätzlich 950-Hz-Ton keine Verstärkung 56 Gluck, Mercado and Myers (2008) Copyright 2008 by Worth Publishers
44 Negative Generalisierungsgradienten (Terrace 1972) Tauben wurden trainiert, bei Licht auf Scheibe zu picken, erhielten aber keine Verstärkung, wenn das Licht gelb-rot (570nm) war Testphase: Licht unterschiedlicher Wellenlänge 58
45 Spences (1937) Theorie des Diskriminationslernens Verstärkung in Anwesenheit eines Reizes positiver Generalisierungsgradient Keine Verstärkung negative Generalisierungsgradient Peak Shift Verhalten ist Kombination positiver und negativer G.-Gradienten 59
46 Relationales Lernen Anwendung von Spence s Theorie auf Auswahl zwischen zwei Reizen: Training, zwischen Reizen von 160 und 256 cm 2 zu diskriminieren Test: Tier bekommt Wahl zwischen Reizen von 256 und 409 cm 2 Tiere wählen meist Reiz von 409 cm 2 Steht in Einklang mit Spence-Theorie Alternative Erklärung: Tiere lernen die Relation zwischen den Reizen ( Wähle den größeren Reiz ) 60
47 Relationales Lernen (Lawrence & DeRivera, 1954) Karten in unterschiedlichen Grauschattierungen (1= weiß; 7 = schwarz) Ratten wurden trainiert, sich nach rechts zu drehen, wenn obere Karte heller war sich nach links zu drehen, wenn obere Karte dunkler war Ratten drehten sich nach links Ratten drehten sich nach rechts 61 Tiere haben die relationale Information gelernt!
48 66 Biologische Einschränkungen beim operanten Konditionieren
49 Biologische Einschränkungen beim operanten Konditionieren: Instinktive Drift Breland & Breland (1961): Trainierten Waschbären, Holzmünzen aufzuheben und in einen Behälter zu legen Tiere zeigten bald nicht verstärkte Verhaltensweisen (z.b. Waschen der Münzen) machte Trainingsprogramm zunichte Entspricht artspezifischem Verhalten bei der Nahrungssuche Analoge Ergebnisse für andere Spezies Lerneffizienz wird durch angeborene Lernbereitschaften moduliert 67 Breland, K. & Breland, M. (1961) The misbehavior of organisms. American Psychologist, 16,
50 Biologische Einschränkungen beim operanten Konditionieren: Reizmerkmale Organismen sind biologisch prädisponiert, bestimmte Reize als bedeutsam zu betrachten und andere zu ignorieren Foree & LoLordo (1973): Trainierten Tauben mit kombiniertem CS (Licht + Ton) Verstärker = Futter Verhalten wurde durch Licht kontrolliert Verstärker = Schock Verhalten wurde durch Ton kontrolliert In natürlicher Umwelt ist visuelle Information oft kritisch, um Futter zu identifizieren Signalisieren Geräusche oft Gefahr 72
51 Biologische Einschränkungen beim operanten Konditionieren: Reaktionsmerkmale Shettleworth (1975): Hungrige Hamster zeigten bestimmtes Verhalten häufiger Auf Hinterbeine aufrichten An Wänden kratzen Graben Andere Verhaltensweisen traten nicht häufiger auf Waschen; kratzen; markieren Im Experiment wurden Hamster dann für unterschiedliche Verhaltensweisen mit Futter belohnt Tiere sind biologisch prädisponiert, bestimmte Reaktions-Verstärker Assoziationen besser zu lernen als andere Mittlere Zeit, die die verstärkte Reaktion innerhalb 120 sek ausgeführt wurde 73
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