VL 3 KlassKond Teil2 - Fachsymposium

Professur für
Allgemeine Psychologie
Vorlesung im WS 2011/12
Lernen und Gedächtnis
Klassisches Konditionieren
Teil 2
Prof. Dr. Thomas Goschke
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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2
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Grundlegende Phänomene: Akquisition, Extinktion,
Spontanerholung, Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Zeitliche Relation zwischen CS und US
1. Effekt der zeitlichen Relation zwischen CS und US
2. Merkmale des CS: Generalisierung und Diskrimination
3. Merkmale der CR
4
Zeitliche Relation zwischen CS und US
CS-US Intervall und Lidschlagkonditionierung
Optimales CS-US-Interval
variiert je nach Stimuli,
Reaktionen und Lebewesen
zwischen 0,5 bis > 30 sec
5
McAllister, W. R. (1953). Eyelid conditioning as a function of the CS-UCS interval. Journal of Experimental Psychology, 45, 417-422.
Zeitliche Relationen zwischen CS und US
CS
Verzögerte
Kond.
US
Starke
Konditionierung
CS
Spurenkond.
US
CS
Simultane
Kond.
US
CS
Rückwärtskond.
6
US
schwächere
Konditionierung
schwache oder
keine Konditionierung
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Grundlegende Phänomene: Akquisition, Extinktion,
Spontanerholung, Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Generalisierung und Diskrimination


8
Reizgeneralisierung
• Auch ein dem CS ähnlicher Reiz löst die CR aus
• Bsp.: Summton statt Glockenton als CS
• Stärke der CR hängt von Ähnlichkeit der Reize ab
Reizdiskrimination
• Nur ganz bestimmter CS wird von US gefolgt
• Ähnliche CS  kein US
• Lebewesen lernt, immer feiner zwischen Reizen zu
unterscheiden
Reizgeneralisierung



Lidschlussreaktion beim Kaninchen wurde auf Ton
einer bestimmten Frequenz konditioniert
Wird CR auch durch Töne einer anderen Frequenz
ausgelöst?
Ergebnis: Generalisierungsgradienten
Siegel et al. (1968). Generalization gradients obtaine from individual subjects
following
classical conditioning. Journal of Experimental Psychology, 78, 171-174.
9
Generalisierungsgradienten
11
© Zimbardo & Gerrig (2004)
Reizdiskrimination


12
CR wird nur durch ganz spezifischen CS ausgelöst (Bsp.
Kreis vs. Ellipse)
Grenzen der Diskriminationsfähigkeit: Experimentelle
Neurose
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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13
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Grundlegende Phänomene: Akquisition, Extinktion,
Spontanerholung, Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Was ist die konditionierte Reaktion?
Hypothese 1: Reizsubstitution

Reiz-Substitutions-Hypothese (Pawlow)
• auf den CS wird so reagiert, als ob er der US wäre
• CS aktiviert eine neuronale Repräsentation des US, die
reflexhaft die UR (=CR) auslöst
US (Futter)
USZentrum
CS (Ton)
CSZentrum
15
Reaktionszentrum
Reaktion
(Speicheln)
Was ist die konditionierte Reaktion?
Probleme der Reiz-Substitutions-Theorie

CR und UR sind oft unterschiedlich (Stärke, zeitliches Muster)
•

CR umfasst nicht alle Komponenten der UR
•

Z.B. reagiert Hund auf Futter (US) nicht nur mit Speichelfluss, sondern
Kauen und Schlucken  ist nicht Bestandteil der CR
CR kann Komponenten beinhalten, die nicht Teil der UR sind
•

Z.B. konditionierte Lidschlussreaktion oft schwächer und langsamer
als UR
Z.B. reagieren Hunde auf Glocke oft mit Kopfdrehung und Hinschauen
 ist nicht Bestandteil der UR auf das Futter
CR ist manchmal sogar das Gegenteil der UR
Z.B. steigt bei Meerschweinchen Herzfrequenz als Reaktion auf
Elektroschock, aber sinkt in Reaktion auf den CS (Black, 1965)
 „konditionierte kompensatorische Reaktion“
•
16
Was ist die konditionierte Reaktion?
Alternative Hypothese: Vorbereitende Reaktion

20
Hypothese: Die CR ist eine Vorbereitung auf den US
•
CS liefert Information über den US und ermöglicht dem
Organismus, das Auftreten des US zu antizipieren (Rescorla,
1988)
•
CR ist eine Vorbereitung auf den US, nicht eine Reaktion auf
ihn
•
Z.B. ist konditionierte Speichelreaktion eine Vorbereitung auf
das Fressen und die Lidschluss-CR eine Vorbereitung auf den
Luftstoß
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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21
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Grundlegende Phänomene: Akquisition, Extinktion,
Spontanerholung, Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Was wird beim klassischen Konditionieren gelernt?
S-R-Lernen
US
(Futter)
UR
(Speicheln)
US
(Futter)
UR
(Speicheln)
CS
(Ton)
S-S-Lernen
CS
(Ton)
22
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
1. S-R-Lernen: Assoziation zwischen CS und CR
Glocke
Speicheln
oder
2. S-S-Lernen: Assoziation zwischen CS und US
Glocke
23
„Antizipation“ von
Futter
Speicheln
Was wird beim Klass. Kond. gelernt?
Empirische Untersuchungen
1.
2.
3.
4.
24
Response-Prevention Paradigm
US Devaluationsparadigma
Sensorische Präkonditionierung
Konditionierung zweiter Ordnung
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
1. Response-Prevention Paradigm
1. Lernphase: Paarung des CS mit US, Verhinderung der UR
(z.B. durch Drogen; temporäre Curare-Lähmung)
Ton Schock
Reaktion nicht
möglich
2. Testphase: Absetzen der Droge, Präsentation des CS
Ton
Vermeidungsverhalten
• Spricht für S-S Lernen, da CS nie mit UR gemeinsam auftrat
• Aber: vielleicht wurde zwar die motorische Reaktion blockiert, aber der CS
nach wie vor mit einer zentralnervösen Repräsentation der Reaktion
assoziiert
25
Fitzgerald et al., 1973; Leaf, 1964
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
2. US Devaluation Paradigm
1. Lernphase: Klassische Konditionierung von CS mit US bis der CS die
CR auslöst.
Licht Futter
Erhöhte Aktivität
2. Sättigungsphase: Ratten werden so lange gefüttert, bis Futter (US)
keine UR mehr auslöst.
3. Testphase: Löst Präsentation von CS die CR aus?
Licht
Keine erhöhte
Aktivität
Wird der US „entwertet“, löst auch der CS keine Reaktion mehr aus.
Spricht für S-S Lernen.
26
Holland & Rescorla, 1975
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
3. Sensorische Präkonditionierung
1. Präkonditionierungsphase: Paarung zweier neutraler Reize CS1 + CS2
Licht (CS2)
Ton (CS1)
2. Konditionierungsphase: Paarung von CS1 (Ton) mit US (Schock) bis
CS1 die CR (Vermeidungsverhalten) auslöst.
Ton
Schock
Ton
Vermeidungsverhalten
Vermeidungsverhalten
3. Testphase: Löst CS2 die CR aus?
Licht
Vermeidungsverhalten
• Spricht für S-S Lernen (da CS2 nie mit UR gepaart wurde)
• CS2 löst Antizipation des CS1 aus, der Antizipation des US auslöst
27
Rizley & Rescorla, 1972
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
4. Konditionierung zweiter Ordnung
1. Lernphase: Paarung von CS1 mit US bis CS1 die CR auslöst
Licht
Futter
CR
Licht
CR
2. Lernphase: Paarung von CS2 mit CS1
Ton
Licht
3. Testphase: CS2 löst die CR aus
Ton
CR
Spricht für S-S-Lernen (CS2-CS1-> Erwartung des US)
(Mögliche alternative Interpretation: S-R-Lernen (CS1 wird zum neuen US für die UR; in
Phase 2 führt dann CS2-CS1-Paarung dazu, dass CS2-CR-Assoziation gelernt wird)
28
Holland & Rescorla, 1975
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
4. Konditionierung zweiter Ordnung und US-Entwertung
Nach Konditionierung zweiter Ordnung wurde US entwertet, indem
Ratten gesättigt wurden, so dass CS1 nicht länger UR auslöst
Licht
Keine CR
Löst CS2 die CR aus?
Ton
CR
Spricht dafür, dass Assoziation zwischen CS2 und CR gelernt wurde
29
Holland & Rescorla, 1975
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
Drei Paradigmen und die erworbenen Assoziationen
2
30
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
Schlussfolgerungen





31
Reiz- und reaktionsbezogene Aspekte von Ereignissen
konkurrieren darum, mit dem neutralen Reiz assoziiert zu werden
Verschiedene Paradigmen führen zu S-S oder S-R-Assoziationen,
je nachdem welcher Aspekt (S oder R) salienter ist
Sensorische Vorkonditionierung:
• S-S-Lernen, weil keine salienten Reaktionen mit dem CS1
assoziiert werden
Konditionierung 1. Ordnung
• Führt meist zu S-S-Lernen, weil der US meist sehr salient ist
Konditionierung 2. Ordnung
• S-R-Lernen, weil die vorhergehende Konditionierung 1.
Ordnung dem CS1 reaktionsbezogene Merkmale verleiht, die
salienter sind als seine reizbezogenen Merkmale
Holland, 1985
Was wird beim Klassischen Konditionieren gelernt?
Bedeutung der Konditionierung höherer Ordnung


Durch Kond. höherer Ordnung werden neutrale Reize zu
konditionierten Reizen, ohne direkt mit einem US gepaart werden
zu müssen
Beispiel: Evaluative Konditionierung
•
•
•

32
CS 1.Ordnung: z.B. positive oder negative Wörter
CS 2.Ordnung: z.B. Gesichter, die mit den Wörtern gepaart werden
CR: Gesichter werden nach Kond. Positiver bzw. negativer bewertet
(selbst wenn sich die Versuchspersonen nicht daran erinnern, welche
Wörter mit welchen Gesichtern gepaart wurden)
Findet häufig Anwendung in der Werbung
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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34
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Basisphänomene: Akquisition, Extinktion, Spontanerholung
Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Was ist entscheidend für die Verknüpfung
von CS und US?
Kontiguität



Ereignisse werden assoziiert,
wenn sie in raum-zeitlicher Nähe
auftreten
Pro: oft ist Konditionierung bei
kurzem CS-US-Intervall optimal
Contra: mitunter erfolgt
Konditionierung auch bei sehr
langen CS-US-Intervallen!
Kontingenz



Zwei Ereignisse werden
assoziiert, wenn das eine das
andere Ereignis vorhersagt
Raum-zeitliche Nähe ist nicht
hinreichend für Konditionierung
Entscheidend ist, ob der CS ein
valider Prädiktor des US ist
Kontiguität (raum-zeitliche Nähe von CS und US)
oder
Kontingenz (Vorhersagekraft des CS)?
36
Kontiguität oder Kontingenz?
Das Experiment von Rescorla (1968)





37
Ratten lernten, Hebel zu drücken, um Futter zu bekommen
Danach wurde ab und zu ein Ton für 2 Minuten dargeboten (CS)
Während des Tons erhielten Ratten mit einer bestimmten
Wahrscheinlichkeit einen Elektroschock (US)
Mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit trat ein Elektroschock auch
in Phasen ohne Ton auf
Abhängige Variable: Ausmaß der Unterdrückung des Hebeldrückens
während des Tons (= konditionierte emotionale Reaktion)
(Stärkere Konditionierung  stärkere Unterdrückung)
Rescorla, R. A. (1968). Probability of shock in the presence and
absence of CS in fear conditioning. Journal of Comparative and
Physiological Psychology, 66, 1-5.
Kontiguität oder Kontingenz?
Das Experiment von Rescorla (1968)

Variiert wurde:
1. Die Wahrscheinlichkeit, mit der der Stromschlag während des
Tons auftrat: P(US|CS) = CS-US-Kontiguität
2. Wahrscheinlichkeit, mit der der Stromschlag in Abwesenheit des
Tons auftrat: P(US|¬CS) = Basisrate des US

38
Kontingenz zwischen CS und US = P(US|CS) - P(US|¬CS)
Rescorla, R. A. (1968). Probability of shock in the presence and
absence of CS in fear conditioning. Journal of Comparative and
Physiological Psychology, 66, 1-5.
Kontiguität oder Kontingenz?
Das Experiment von Rescorla (1968)
P(US|CS) = 1 und P(US|¬CS) > 0 (d.h. CS liefert weniger Information über
das Auftreten des US, da der US häufig auch ohne CS auftritt)
P(US|CS) = 1 und P(US|¬CS) = 0 (perfekte Kontingenz)
39
Kontiguität oder Kontingenz?
Das Experiment von Rescorla (1968)
Gruppe A: P(US|CS) = 1 aber P(US|¬CS) > 0
Gruppe B: P(US|CS) = 1 und P(US|¬CS) = 0
40
Kontiguität oder Kontingenz?
Das Experiment von Rescorla (1968)

Bedingte Wahrscheinlichkeiten im Experiment von Rescorla
p(US|CS)
0
0
.1
.2
.4
0
.1
.2
.4
0
.1
.3
0
.2
p(US|¬CS)
.1
.2
.4
0
In den Zellen steht jeweils die Kontingenz = p(US|CS) - p(US|¬CS)
42
Kontiguität oder Kontingenz?
Ergebnisse von Rescorla (1968)
0 = Verhalten wird
während des CS
vollständig unterdrückt
p(US|¬CS) = 0
p(US|¬CS) = .1
p(US|¬CS) =.2
p(US|¬CS) = .4
0.5 = Reaktionshäufigkeit wird nicht
durch CS beeinflusst
p(US|CS)
43
Kontiguität oder Kontingenz?
Ergebnisse von Rescorla (1968)




46
Erhöhung der Kontiguität hatte keinen Einfluss auf das Lernen,
wenn die US-Basisrate im gleichen Maß erhöht wurde ( CS
vermittelte keine Information über das Auftreten des US)
Bei gegebener Kontiguität führt jede Verringerung der Basisrate
zu einer Erhöhung der Kontingenz  Verbesserung der
Konditionierung
Das Ausmaß der Konditionierung hängt davon ab, wie gut der CS
den US vorhersagt
Klass. Kond. kann als eine Art statistischer Inferenz betrachtet
werden
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Basisphänomene: Akquisition, Extinktion, Spontanerholung
Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Konditionierte Inhibition

Was passiert, wenn der US nie zusammen mit dem CS auftritt (Kontiguität
= 0), aber die US-Basisrate hoch ist?
Schock
¬Schock
Ton
0
8
8
¬Ton
6
2
8
6



49
10
Kontiguität:
p(US|CS) = 0/8= .0
Kontingenz:
p(US|CS) - p(US|¬CS) = 0 – 6/8 = -.8
Negative CS-US Relation wird gelernt
CR wird seltener oder schwächer gezeigt als es ansonsten der Fall wäre
CS wird zum Signal dafür, dass kein US folgt: CS = „conditioned inhibitor“
Konditionierte Inhibition, „Compound CS“ und
Summationstest
1. Training
Klick
Schock
Klick
CER
Keine CER
Licht
2. Summationstest
Ton
Ton
Schock
CER
reduzierte CER
Licht
50
Pawlow, 1927; Zimmer-Hart & Rescorla, 1974
Konditionierte Inhibition: Verzögerungstest
1. Training
Klick
Schock
Klick
CER
Keine CER
Licht
2. Verzögerungstest
Licht
51
Schock
Verzögerter Erwerb
der CER
Pearce, Nicholas und Dickinson (1982)
Konditionierte Inhibition:
Schlussfolgerungen

Ein CS, der die Abwesenheit des US vorhersagt, führt zu einer
Inhibition der CR
 Kontingenz (in diesem Fall negative Korrelation) ist entscheidend
für klassisches Konditionieren
52
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Basisphänomene: Akquisition, Extinktion, Spontanerholung
Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Blocking
(Kamin, 1969)
16 Durchgänge
8 Durchgänge
Licht
Kontrollgruppe
Test
Schock
CER
Licht
CER
Schock
CER
Licht
Keine CR
Ton
Ton
Experimentalgruppe
Schock
Licht
CER
Ton
Das Licht erhöht in der Exp-Gruppe nicht die Vorhersagbarkeit
des US und wird auch nicht gelernt
56
Blocking
(Kamin, 1969)
57
Blocking und relativer Informationsgehalt
(Wagner, 1969)
Gruppe 1
Licht
Ton
Schock
(200 x)
Ton
CR
Ton
Keine
CR
Licht
Gruppe 2
Ton
Schock
(200 x)
gemischt mit
Licht Schock
(200 x)
Licht ist besserer Prädiktor
Licht
Gruppe 3
Ton
Schock
(200 x)
Ton
gemischt mit
58
Licht
Kein Schock (200 x)
Stärkere
CR
Licht ist kein guter Prädiktor
Schlussfolgerung


59
Wenn CS1 ein besserer Prädiktor des US ist als ein CS2, dann
blockiert der CS1 die Konditionierung des CS2
Ausmaß der Konditionierung hängt vom relativen Vorhersagewert
des CS ab
Überblick zum Klassischen Konditionieren
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60
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Basisphänomene: Akquisition, Extinktion, Spontanerholung
Disinhibition und Rekonditionierung
Varianten: Lidschlagkonditionierung und konditionierte emotionale
Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Die Rescorla-Wagner-Theorie



61
Ziel: möglichst viele Phänomene beim Klassischen Konditionieren
durch einen einheitlichen Lernmechanismus zu erklären
Mathematische Formalisierung
Die von Rescorla & Wagner angenommene Lernregel entspricht
der sog. Delta-Regel in Lernmodellen auf der Basis neuronaler
Netze
Rescorla, R. A. & Wagner, A. R. (1972). A theory of Pavlovian conditioning:
Variations on the effectiveness of reinforcement and nonreinforcement. In A. H.
Black & W. F. Prokasy (Eds.), Classical conditioning: II. Current research and
theory (pp. 64-99). New York: Appleton-Century-Crofts.
Die Rescorla-Wagner-Theorie
Grundannahmen
1. Ist die Intensität des US größer als erwartet, werden alle CS, die mit dem
US gepaart werden, exzitatorisch konditioniert
2. Ist die Intensität des US geringer als erwartet, werden alle CS, die mit
dem US gepaart werden, inhibitorisch konditioniert
3. Ist die Intensität des US so wie erwartet, findet keine Konditionierung
statt
4. Je größer die Diskrepanz zwischen erwarteter und tatsächlicher Intensität
des US (der Vorhersagefehler), desto stärker ist die Konditionierung
5. Je auffälliger (salienter) ein Reiz ist, desto schneller wird er konditioniert
6. Werden zwei oder mehr CS präsentiert, werden die mit diesen
verbundenen Erwartungen des US zu einer Gesamterwartung summiert
62
Die Rescorla-Wagner-Theorie
Mathematische Fomulierung
V = ( - V)
V
=Veränderung der CS-US-Assoziationsstärke im aktuellen
Lerndurchgang
V
= erwartete Stärke des US (spiegelt die aktuelle Stärke der CSUS-Assoziation, die bestimmt wie stark der CS die
Repräsentation des US aktiviert)

= tatsächliche Stärke/Intensität des US
-V = Vorhersagefehler (prediction error)

= konstante Lernrate (Funktion der Salienz des CS; 0 ≤ K ≤ 1)
Die Änderung der Assoziationsstärke als Folge einer einzelnen CS-USPaarung ist proportional zur (mit der Lernrate gewichteten) Differenz
zwischen erwarteter und tatsächlicher US-Intensität
Lernen findet statt, wenn die erwartete und tatsächliche Stärke des
US voneinander abweichen: ( - V) > 0
63
Die Rescorla-Wagner-Theorie
Ein Beispiel
V = ( - V)
 = 100,  = .2
Stärke der CS-US-Assoziation = 0
100
90
V = .2 x (100 - 0) = 20
Assoziationsstärke: V = 0 + 20 = 20
Nach 2. Lerndurchgang:
V = .2 x (100 - 20) = 16
Assoziationsstärke: V = 20 + 16 = 36
Assoziationsstärke
Nach 1. Lerndurchgang:
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
64
3
5
7 9 11 13 15 17 19
Lerndurchgänge
Die Rescorla-Wagner-Theorie
[Gluck, Mercado & Myers: Learning and Memory, 1st ed.]
Copyright © 2008 by Worth Publishers
Überblick zum Klassischen Konditionieren

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

69
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Basisphänomene: Akquisition, Extinktion, Spontanerholung
Disinhibition und Rekonditionierung
Lidschlusskonditionierung u. konditionierte emotionale Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung
Das Rescorla-Wagner-Modell
Anwendungen des Rescorla-Wagner-Modells
Occasion setting und Kontextkonditionierung
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Neurobiologische Gundlagen
Klassisches Konditionieren im Alltag
Vorhersagen des R-W-Modells für mehrere CS



US: Futter, CSA: Ton, CSB: Licht
Die Gesamtassoziationsstärke beider CS ist gleich der Summe der
einzelnen Assoziationsstärken des CSA und CSB mit dem US
Bei gleicher Lernrate (Salienz) für CSA und CSB ergibt sich:
VAB = VA + VB
VA = ( - VAB)
VB = ( - VAB)

71
für beliebig viele CSN gilt: V = ( - VN)
Vorhersagen des R-W-Modells für mehrere CS
Compound conditioning und kompetitives Lernen
V = ( - VN)
Trial 1:
VA = VB = .20(100 – 0) = 20
VAB = 40
Trial 2:
VA = VB = .20(100 – 40) = 12
(statt: VA = .20(100 – 20) = 16 bei einem CS)
100
CS allein
Assoziationsstärke
90
80
CS zusammen
mit zweitem CS
70
60
50
40
30
20
10
0
1
72
2
3
4
5
6
7
8
Lerndurchgänge
9
10
Vorhersagen des R-W-Modells für mehrere CS
Compound conditioning und kompetitives Lernen
Copyright © 2008 by Worth Publishers
Vorhersagen des R-W-Modells für mehrere CS
Compound conditioning und kompetitives Lernen



74
Die einzelnen CS müssen sich die maximale Assoziationsstärke
teilen (d.h. sie „konkurrieren“ darum, mit dem US assoziiert zu
werden)
Ein CS, der zusammen mit einem weiteren CS dargeboten wird,
kann daher nur noch einen Teil der maximalen Stärke erreichen
Das Modell sagt eine Reihe von Effekten vorher:
• Überschattung
• Blocking
• Konditionierte Inhibition
Anwendungen des Rescorla-Wagner-Modells
Überschattung
Zwei CS mit unterschiedlicher Salienz:
Trial 1:
VA = .40(100 – 0) = 40
VB = .10(100 – 0) = 10
VAB = 50
Trial 2:
VA = .40(100 – 50) = 20
VB = .10(100 – 50) = 5
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
salient
wenig salient
1
75
2
3
4
5
6
Lerndurchgang
7
8
Anwendungen des Rescorla-Wagner-Modells
Blocking
16 Durchgänge
8 Durchgänge
Licht
Kontrollgruppe
Test
Schock
CER
Licht
CER
Schock
CER
Licht
Keine CR
Ton
Ton
Experimentalgruppe
Schock
Licht
CER
Ton
Nach ersten 16 Durchgängen hat Ton (CSA) nahezu maximale Assoziationsstärke
erreicht (VA =  = 100), daher wird Licht (CSB) nicht mehr konditioniert
VA = 100
VB = 0
VAB = VA + VB = 100
VB = ( - VAB) = (100 - 100) = 0
76
Anwendungen des Rescorla-Wagner-Modells
Blocking
77
Copyright © 2008 by Worth Publishers
Blockierungseffekte bei Menschen
Kategorien-Lern-Experiment (Bower & Trabasso, 1964)
78
Konditionierte Inhibition: Verzögerungstest
1. Training
Klick
Schock
Klick
CER
Keine CER
Licht
2. Verzögerungstest
Licht
80
Schock
Verzögerter Erwerb
der CER
Pearce, Nicholas und Dickinson (1982)
Konditionierte Inhibition im Rescorla-Wagner-Modell
82
Zusammenfassung des Rescorla-Wagner-Modells




84
Lernzuwachs ist proportional zur Differenz der aktuellen
Assoziationsstärke und der erwarteten Assoziationsstärke
Lernen findet nur statt, wenn es eine Diskrepanz zwischen
erwarteter und tatsächlicher US-Intensität gibt (entspricht der
sog. Delta-Regel in neuronalen Netzwerkmodellen)
Mehrere CS konkurrieren darum, mit dem US assoziiert zu werden
R-W-Regel sagt viele Befunde zum klass. Kond. korrekt vorher
(Überschattung, Blockierung, kond. Inhibition)
Probleme des Rescorla-Wagner-Modells
1. Latente Inhibition

Wiederholte Darbietung des CS vor der Lernphase („preexposure“) führt zu langsamerer Konditionierung
Lidschlagkonditionierung bei Kaninchen
Gluck, Mercado and Myers: Learning and Memory, First Edition
85
Copyright © 2008 by Worth Publishers
Probleme des Rescorla-Wagner-Modells
1. Latente Inhibition



Wiederholte Darbietung des CS vor der Lernphase
(„preexposure“) führt zu langsamerer Konditionierung
Wird nicht durch Rescorla-Wagner vorhergesagt
Kann durch Zusatzannahme erklärt werden, dass vorherige
Darbietung die Salienz des CS und damit die Lernrate  reduziert
 = .2
V = ( - V)
Vor der Darbietung des CS:
VA = 0
Trial 1: Klick allein, d.h.  = 0
VA = .20(0 – 0) = 0
VA = 0
86
Eine alternative Theorie:
Aufmerksamkeitstheoretischet Ansatz von Mackintosh




87
Hypothese von Mackintosh (1975): Salienz () ändert sich mit
dem Informationswert des CS
Je besser CS den US vorhersagt, umso größer wird seine Salienz
 umso mehr Aufmerksamkeit wird ihm zugewendet
Erklärt latente Inhibition: Während Präexposition lernt
Lebewesen, dass der CS keinen Informationsgehalt hat und
beachtet ihn daher nicht mehr
Erklärt Blocking-Effekt:
• Phase 1: CS1 gewinnt an Informationswert (sagt US vorher) 
Salienz steigt  wird stärker beachtet
• Phase 2: CS2 hat keinen zusätzlichen Informationswert 
geringe Salienz  wird nicht beachtet  keine Konditionierung
Mackintosh, N.J. (1975). A theory of attention: Variations in the associability of
stimuli with reinforcement. Psychological Review, 82, 276-298.
Probleme des Rescorla-Wagner-Modells
2. Lernen von Reizkonfigurationen (Patterning)



Rescorla-Wagner: bei zusammengesetzten Reizen (compound
stimuli) ist die Assoziationsstärke für die Kombination (CS1+CS2)
gleich der Summe der Assoziationsstärken der einzelnen CS
Aber: viele Befunde sprechen dafür, dass bei zusammengesetzten
Reizen die einzelnen CS nicht isoliert voneinander konditioniert
werden (z.B. Pearce, 1994)
Z.B. positives und negatives Patterning
[CS1+CS2  US] aber [CS1  ¬US] und [CS2  ¬US]
[CS1  US] or [CS2  US] aber [CS1+CS2  ¬US]
88
Probleme des Rescorla-Wagner-Modells
2. Lernen von Reizkonfigurationen (Patterning)
Positive patterning
Licht
Ton
Schock
Negative patterning
Licht
Schock
Ton
Schock
Aber:
Licht
Ton
Kein
Schock
Kein
Schock
CR wenn Licht+Ton
Keine CR, wenn Licht oder Ton allein
Aber:
Licht
Ton
Kein
Schock
CR wenn Licht oder Ton allein
Keine CR, wenn Licht+Ton
Ist nicht durch Bildung isolierter CS-US-Assoziationen zu erklären!
Gelernt werden Assoziationen auf Reizkonfigurationen!
89
Probleme des Rescorla-Wagner-Modells
2. Lernen von Reizkonfigurationen (Patterning)

90
Negatives Patterning bei der Lidschlag-Konditionierung von
Kaninchen (Kehoe, 1988)
Überblick zum Klassischen Konditionieren

















92
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Basisphänomene: Akquisition, Extinktion, Spontanerholung
Disinhibition und Rekonditionierung
Lidschlusskonditionierung u. konditionierte emotionale Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Anwendungen des Rescorla-Wagner-Modells
Occasion setting und Kontextkonditionierung
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Neurobiologische Gundlagen
Klassisches Konditionieren im Alltag
Occasion setting
•
•
Reize können beeinflussen, ob ein Lebewesen auf einen anderen CS reagiert
oder nicht
Ross & Holland (1981): Zwei Arten von Konditionierungsdurchgängen
50% Durchgänge:
Licht
Ton
Futter
Ton
Kein Futter
Ton
CR
Ton
Keine CR
Lernphase
50% Durchgänge:
Licht
Testphase
•
•
93
Das Licht wird zu einem “occasion setter”, der jene Gelegenheiten anzeigt,
in denen der Ton mit dem Futter kombiniert wurde
Reize können auch negative occasion setter werden, wenn sie anzeigen,
dass auf einen anderen CS kein US folgt
Occasion setting
Modell von Holland (1983)
Licht
Ton



CR
Vorhersage: Occasion setter (OS) sollte nur CR auf den Ton
beeinflussen, nicht aber CR auf andere CS, die mit dem US
kombiniert wurden
Rescorla (1985): OS erleichtert die Aktivierung der USRepräsentation durch jeden beliebigen CS (nicht nur den, mit dem er
während des Trainings auftrat)
Davidson & Rescorla (1986):
•
•
•
94
Futter
Ton als OS für Lichtblitz
Dauerhaftes Licht als OS für Klicken
In Testphase wurden Rollen der beiden OS vertauscht: Ton kontrollierte
nun die Reaktion auf das Klicken und das dauerhafte Licht die Reaktion auf
den Lichtblitz
Kontextkonditionierung



96
CS als auch US können mit Kontextreizen assoziiert werden (z.B.
Käfigumgebung, Gerüche, Hintergrundgeräusche)
Evidenz für Kontext-CS-Assoziation
• CS löst stärkere CR aus, wenn er im gleichen Kontext
dargeboten wird wie bei der Konditionierung (Bouton & Bolles,
1985)
Evidenz für Kontext-US-Assoziation
• Ortspräferenz: Wenn Ratten in einem bestimmten Teil eines
Labyrinths Futter erhalten, halten sie sich länger dort auf
• US-Präexpositionseffekt: Konditionierung eines CS ist
langsamer, wenn der US wiederholt vor der Konditionierung
allein im Kontext präsentiert wurde  US wird bereits
aufgrund des Kontexts erwartet  nach R-W geringes Lernen
(Domjan & Best, 1980)
98
Überblick zum Klassischen Konditionieren

















99
Standardparadigma des Klassischen Konditionierens
Basisphänomene: Akquisition, Extinktion, Spontanerholung
Disinhibition und Rekonditionierung
Lidschlusskonditionierung u. konditionierte emotionale Reaktionen
Effekte der zeitlichen Relation zwischen CS und US
Generalisierung und Diskrimination
Was ist die konditionierte Reaktion?
S-R Lernen oder S-S Lernen?
Kontiguität oder Kontingenz?
Konditionierte Inhibition
Blockierung und konfigurale Cues
Das Rescorla-Wagner-Modell
Anwendungen des Rescorla-Wagner-Modells
Occasion setting und Kontextkonditionierung
Biologische Einschränkungen und angeborene Lerndispositionen
Neurobiologische Gundlagen
Klassisches Konditionieren im Alltag
Angeborene Lerndispositionen
Kontiguität und Geschmacks-Aversions-Lernen



100
Um 1960: Annahme, dass Lernen nicht möglich, wenn zwischen
CS und US mehr als einige Sekunden liegen (Kimble, 1961)
Aber: Garcia, Ervin & Koelling (1966)
• Ratten erhielten Wasser mit Saccharingeschmack (CS)
• Danach Injektion, die Übelkeit verursacht (US)
• CS-US-Intervall: zwischen 5 – 22 Minuten (über 100 mal so
lang wie üblicherweise beim K.K.)
• Ratten lernten dennoch, Wasser nicht mehr zu trinken
• Spätere Experimente: Ratten lernen selbst bei 24 Std. CS-USIntervall
Ist evolutionär betrachtet adaptiv:
• vergiftete Nahrung führt oft erst nach längerer Zeit zu Übelkeit
etc.
• Lebewesen, die Übelkeit auch über längere Zeitintervalle mit
Nahrung assoziieren, haben höhere Überlebenschance
Angeborene Lerndispositionen
Preparedness

Dogma der klassischen Lerntheorie: Beliebige CS können mit
beliebigen US assoziiert werden
•


101
Pawlow (1928): „Jedes natürliche… Phänomen kann zu einem
konditioniertem Stimulus werden… jeder optische Reiz, jedes
beliebige Geräusch, jeder Geruch und die Stimulation
beliebiger Hautregionen“
Aber: Leichtigkeit, mit der verschiedene CS mit einem
bestimmten US assoziiert werden können, kann stark variieren
Ist Hinweis auf angeborene Lernbereitschaften
Angeborene Lerndispositionen
Experiment von Garcia & Koelling, 1966
Gruppe 1
Gruppe 2
CS
Geschmack
(Zuckerwasser)
+
Lichtblitz
+
Klick
Geschmack
(Zuckerwasser)
+
Lichtblitz
+
Klick
US
Gift  Übelkeit
Elektroschock
ZuckerWasser
Neutral
schmeckendes
Wasser
+
Lichtblitz
+
Klick
ZuckerWasser
CR = konsumierte Wassermenge
103
Neutral
schmeckendes
Wasser
+
Lichtblitz
+
Klick
Angeborene Lerndispositionen
Experiment von Garcia & Koelling, 1966
Geschmacksreiz ist ein
besseres Signal für
Übelkeit
Geräusch+Lichtreiz ist ein
besseres Signal für
Schmerz
104
Angeborene Lerndispositionen
Schlussfolgerung
•
Wie leicht ein CS mit einem US assoziiert wird, hängt von angeborenen
Lernbereitschaften ab, die durch natürliche Selektion entstanden sind
•

•
106
„the organism brings an associative apparatus, which has a long and
specialized evolutionary history… The organism may be more or less
prepared by the evolution of the species to associate a given CS and
US or a given response with an outcome.“ (Seligman, 1970, p. 407)
Erklärt Befunde von Garcia & Koelling
• Übelkeit wird meist durch schlechtes Essen verursacht, aber praktisch
nie durch akustische Reize
• Schmerz und Verletzungen sind häufig mit audio-visuellen Reizen
assoziiert
Weitere Beispiele
• Spinnen oder Schlangen sind häufiger Objekte von Phobien als z.B.
Steckdosen oder Autos (Öhman, Dimberg & Öst, 1985)
• Affen lernen schneller, auf Schlangen als auf Blumen mit
konditionierter Furcht zu reagieren (Cook & Mineka, 1990)
Angeborene Lerndispositionen
Experimente von Öhman et al. Zur Furchtkonditionierung
CS
107
US
CER (elektrodermale Reaktion)
+
leichte
Elektroschocks
CS ohne US: CER bleibt lange
Zeit erhalten
(hohe Löschungsresistenz)
+
leichte
Elektroschocks
CS ohne US: CER wird schnell
reduziert
(geringe Löschungsresistenz)
Angeborene Lerndispositionen
Präattentive Verarbeitung und unbewusste Furchtkonditionierung





108
Annahme angeborener Überwachungs- und Abwehrfunktionen für
furchtrelevante Reize
Ermöglichen schnelle und präattentive Identifikation gefährlicher
Reize
Läuft unbewusst ab und kann zu Schreckreaktion führen, ohne
dass Reiz bewusst erkannt wird
Reize, die aufgrund dieses präattentiven Mechanismen als
bedrohlich eingestuft wurden, werden danach bevorzugt weiter
verarbeitet / ziehen Aufmerksamkeit auf sich
Experimentelle Evidenz: Furchtkonditionierung auf unterschwellig
(maskiert) dargebotene Reize (z.B. Bilder von Schlangen)
Öhman, A., & Soares, J. J. F. (1998). Emotional conditioning to masked stimuli: Expectancies for aversive
outcomes following nonrecognized fear-relevant stimuli. Journal of Experimental Psychology: General, 127, 69-82
Angeborene Lernbereitschaften
vs. allgemeine Lernprinzipien



Ratten lernten, Hebel zu drücken
um Futter zu erhalten
Schocks sollten Verhalten
unterdrücken
U.V. Zeitabstand zwischen
Verhalten und Schock
a) nach Baron, Kaufman & Fazzini, 1969


b) nach Andrews & Braveman, 1975
100
10
50
5
0
0
20
40
60
Verzögerung des Elektroschocks
(Sekunden)
112
Geschmacks-Aversions-Lernen bei
Ratten
Saccharinlösung -> Übelkeit
U.V. Zeitabstand zwischen
Verhalten und Schock

0
0
5
10
15
20
Verzögerung der Giftgabe
(Stunden)
25
Klassisches Konditionieren außerhalb des Labors


K.K. spielt wichtige Rolle beim Erwerb emotionaler Reaktionen (
Phobien)
K.K. liegt bestimmten verhaltenstherapeutischen Interventionen
zugrunde
• systematische Desensibilisierung:
- durch allmähliche Annäherung an eine furchtauslösende Situation
bei gleichzeitiger Entspannung soll Furcht gelöscht werden
- Angsthierarchie – Entspannungstraining - allmähliche Annäherung
•
Aversive Gegenkonditionierung:
- unerwünschtes Verhalten (z.B. übermäßiger Alkoholkonsum) soll
durch Assoziation mit einer unvereinbaren aversiven Reaktion
unterdrückt werden
- CS(Alkohol) + US(Übelkeit)  CR(Ekel)
•
Exposition:
- Konfrontation mit einer furchtauslösenden Situation (z.B. hoher
Turm, Fahrstuhl, belebter Platz) ohne dass negative Konsequenz
eintritt  Löschung

113
Klass. Konditionierung des Immunsystem