Apprendimento e comportamento

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1 Apprendimento e comportamento Abbiamo già introdotto il condizionamento classico di Pavlov e la legge dell effetto di Thorndike. Pavlov e Thondike concepivano l apprendimento come un meccanismo adattivo all interno di una prospettiva evolutiva. Metre la selezione naturale funziona bene in un ambiente stabile (ambiente ancestrale) l apprendimento è efficace in un ambiente in cambiamento (ambiente individuale) 1 Procedura di Pavlov (rinforzo stimolo neutro) L a procedura di Pavlov è basata sull associazione tra due stimoli ambientali, uno stimolo che provoca naturalmente una risposta e uno neutro. Alla fine della procedura di condizionamento è lo stimolo neutro che produce la risposta. La procedura di Pavlov è chiamata condizionamento classico o rispondente. Il rinforzo (stimolo ambientale efficace) segue lo stimolo neutro. 2

2 Procedura di Thorndike (risposta rinforzo) Si aumenta la probabilità di un comportamento rinforzandolo: lo stimolo ambientale segue il comportamento. Puzzle Box. La procedura di Thondike è stata chiamata in seguito condizionamente operante o strumentale. Il rinforzo (stimolo ambientale efficace) segue la risposta. 4

3 Confronto tra Pavlov e Thorndike Lo stimolo precede la risposta L effetto è una conseguenza della risposta L animale è passivo L animale è attivo

4 Condizioni necessarie per l apprendimento: requisito di contiguità temporale Terminologia: Uno stimolo ambientale (Stimolo Incondizionato, SI) elicita naturalmente una risposta (Risposta Incondizionata, RI). Uno stimolo neutro (Stimolo Condizionato, SC) viene presentato assieme allo stimolo ambientale. Dopo un numero suffiente di presentatzioni SC da solo produce la risposta che a questo punto prende il nome di Risposta Condizionata (RC). 7 Condizionamento retrogrado e anterogrado 8

5 t=t(si)-t(sc) 0 ( t è negativo quando la relazione è retrograda!) Quindi... Solo il condizionamento anterogrado funziona. I processi fondamentali del condizionameto classico avvengono in un intervallo di tempo molto breve. Osservazioni analoghe valgono per il condizionamento operante. 10

6 Il condizionamento applicato al comportamento umano Le fobie. L oggetto fobico è di fatto uno stimolo condizionato. Però ci sono alcuni oggetti che funzionano più di altri (as es I ragni o I serpenti). Perchè? Questi oggetti non sono stimoli neutri, ma sono già connotati biologicamente. Attacchi di panico. Sono spiegati attraverso il condizionamento classico. Uno stimolo neutro causa un attacco di panico perchè è stato associato ad uno stimolo aversivo. Il caso delle tossicodipendenze. Sono state molto studiate applicando lo schema interpretativo del condizionamento classico. Il contesto in cui si assume la droga (SC) viene associato alla droga (SI). Normalmente si instaura un assuefazione. I problemi nascono quando cambia il contesto. Una dose inefficace in un contesto può essere mortale in un contesto nuovo. 11 Il comportamento superstizioso (Skinner, 1948) La nostra vita è piena di comportamenti superstiziosi (premiamo il bottone dell ascensore anche se è già stato premuto da qualcun altro ed è illuminato). Non c è nessun legame causale tra il comportamento e suoi effetti. Ma noi siamo convinti che ci sia una relazione. Esperimento. Compito: devi massimizzare il punteggio premendo dei bottoni. Bisogna trovare le sequenze che ti fanno realizzare più punti. Il punti vengono aumentati a caso o a intervalli regolari senza alcuna relazione con la pressione dei bottoni. Si instaura velocemente un comportamento superstizioso. In generale quando si dà un rinforzo intermittente è facile che si intaurino comportamenti superstiziosi (dei rituali) 12

7 Osservazioni sulle condizioni dell apprendimento Occorre che la coppia stimolo-rinforzo (condizionamento classico) o la coppia risposta-rinforzo (condizionamento operante): 1. siano presentate più volte 2. siano contigui temporalmente. Ci sono casi di apprendimento in cui l associazione viene presentata una sola volta (fobie, alcuni comportamenti superstiziosi) Ci sono casi in cui la contiguità temporale non è una condizione necessaria. 13 Comportamento discrepante (Kamin, 1969) L apprendimento si verifica quando il rinforzo induce un cambiamento nel comportamento, cioè se evoca una risposta nuova. Se c è già un associazione simolo-rinforzo (oppure risposta-rinforzo) il condizionamento non ha luogo. Procedura di blocking. Uno stimolo S1 (rumore) viene associato ad un rinforzo (soffio nell occhio del coniglio). Dopo che il condizionamento si introduce un secondo stimolo S2 (luce). S1 e S2 vengono presentati assieme e ad essi segue il rinforzo. S2 non assume il ruolo di SC. Vedere la figura per l esperimento di controllo. 14

8 (suono) Attenzione: La figura sul libro è sbagliata! Osservazione Valore adattivo dell apprendimento. Il meccanismi di apprendimento servono a far fronte ai cambiamenti inaspettati che avvengono nell ambiente (il fattore sorpresa). Se gli eventi sono attesi non succede nulla perchè sappiamo già quello che dobbiamo fare. 16

9 Risultati dell apprendimento Acquisizione ed estinzione di comportamenti Generalizzazione Discriminazione di uno stimolo Punizioni 17 Esempio della Gabbia di Skinner come situazione tipica di apprendimento

10 Acquisizione Come si addestra un animale. Esempio del topo nella gabbia di Skinner (ma la procedura è generalizzabile ad ogni tipo di addestramento). 1. Il topo viene inserito nella gabbia. L ambiente elicita delle risposte di esplorazione e di abituazione all ambiente. Caratteristiche specifiche dell ambiente causano risposte specifiche (ad es la risposta di orientamento). Si attende che il topo si abitui all ambiente. 2. L addestratore somministra un po di cibo per assicurasi che sia un rinforzo efficae con quel topo specifico e predominante rispetto ai rinforzi già presenti nell ambiente (può succedere se non c è stata abituazione). 3. L addestratore rinforza (presentando il cibo immediatamente dopo) la risposta che si vuole condizionare (ad esempio schiacciare la leva). 19

11 Shaping (modellaggio) A volte la risposta che si vuole condizionare non si presenta naturalmente. Allora si condiziona nel repertorio comportamentale dell animale quella risposta che è più vicina al comportamento desiderato. Si può in seguito raffinare questa risposta condizionata, selezionando tra le varie risposte quella più appropriata con un nuova procedura di condizionamento. Si continua così fino al conseguimento del risultato che ci si è prefissato. In queste procedure occorre molta pazienza, ma sono efficaci (anche con i bambini piccoli e i disabili). Provate ad addestrare il cane o il gatto di casa. 21 Problema Avete un neonato che non dorme di notte. Si sveglia ogni 10 minuti e pinge come un aquila. Come fate per risolvere il problema utilizzando il condizionamento (classico o operante), lo shaping e tutti e mezzi che la vostra inventiva mette a disposizione? Esistono un libretti che spiegano come fare. Metodo Ferber: Ogni bambino può imparare a dormire. Metodo Estivil: Fate la nanna. 22

12 Modellaggio automatico La conoscenza di fare dei progressi e di avvicinarsi alla meta prefissata costituiscono un feed-back positivo (rinforzo) che intaura una procedura di modellaggio automatico. NB. Verificare I concetti di controllo a feed-back e feed-forward. Il concetto di feed-back (retrorazione, comportamento atteso o desiderato, comportamento osservato, comparatore). E il meccanismo che mantiene la temperatura costante ad un valore prefissato a casa vostra. Il termostato è basato su un controllo a retoazione. L altro tipo di controllo che vi capiterà di incontrare a quello a feed-forward. 23 Le avversioni gustative (Garcia e Koelling, 1966) Sono un esempio interessante di interazione tra la selezione naturale e l acquisizione di un comportamento. E un esempio di condizionamento in cui la condizione di contiguità temporale non è necessaria. L animale ingerisce del cibo con un gusto caratteristico (ad es limone). In seguito gli viene iniettato cloruro di litio che provoca una forte nausea. Il condizionamento avviene anche quando la nausea segue il pasto anche ore dopo. La chemioterapia provoca spesso delle avversioni gustative condizionate. 24

13 Meccanismi neurali del rinforzo condizionato Lo stimolo condizionato può essere interpretato e utilizzato come rinforzo in una procedura di condizionamento operante. Viene cioè presentato dopo la risposta da condizionare. Si può distinguere tra rinforzo primario (che rinforza naturalemte una risposta comportamentale) e rinforzo secondario (che inizialmente era uno stimolo neutro che è stato condizionato a trasformarsi in rinforzo). Rinforzo primario e secondario attivano gli stessi circuiti neurali all interno del cervello (sistema dopaminergico dell area tegmentale-ventrale del mesencefalo) 25

14 Estinzione Esiste il fenomeno contrario all apprendimento. Capita di disimparare qualcosa che sppiamo fare. La cosa curiosa è che alcune cose si possono disimparare, ad es una lingua, ma altre no come il saper andar in bicicletta. Le abilità che non si possono disimparare sono classificate come conoscenze procedurali (vedi il capitolo sulla memoria). NB. Vedremo studiando la memoria che in realtà non si disimparano i contenuti ma come recuperarli. Le cause per cui si disimpara possono essere molteplici. I comportamentisti hanno studiato a fondo il fenomeno dell estinzione. 27 Definizione di estinzione Un comportamento condizionato si indebolisce progressivamente quando cessa di essere rinforzato. Consideriamo la figura seguente. 28

15 A B C Condizionamento del movimento della mebrana nittitante nel coniglio Regole generali Da B si ricava la prima regola: Un comportamento acquisito può essere mantenuto efficacemente anche con un rinforzo intermittente (o parziale). (svantaggio: si possono instaurare comportamenti superstiziosi) Da C si ricava la seconda regola: I comportamenti mantenuti attraverso un rinforzo parziale sono più resistenti all estinzione. 30

16 Un comportamento estinto è dimenticato? La risposta è no. Infatti il comportamento estinto si può recuperare a volte completamente con un solo rinforzo. Inoltre ci sono fenomeni di recupero spontaneo. 31 Generalizzazione e discriminazione Fenomeno della generalizzazione. C e una certa tolleranza per le caratteristiche di S1: stimoli simili ad S1 producono la risposta condizionata. Questa tolleranza può essere misurata anche attraverso una procedura di discriminazione. I piccioni vedono la differenza tra verde smeraldo e verde pino? Come posso ottenere una risposta? Psicofisica e capacità sensoriali negli animali

17 Generalizzazione dello stimolo Si condizionano i piccioni a beccare un disco giallo-verde (550 nm). Una volta stabilizzato il condizionamento se si prenta un disco di colore diverso cosa succede? In questo modo si può studiare la sensibilità sensoriale dei piccioni: quanto è generalizzabile quel colore specifico, in altre parole qundo il piccione comincia a discriminare, cioè a pensare che il colore che vede è diverso da quello a cui è stato condizionato? La curva delle risposte è simile a quella che si ottiene negli esperimenti di psicofisica con gli umani (PSE, CE e jnd, vedi figura). 33 Quella che vedete è una tipica distribuzione normale (tipica di tutte le procedure di misura). E molto usata anche la cumulata di questa distribuzione, cioè l integrale della normale.

18 Discriminazione dello stimolo Lo studio della sensibilità visiva negli animali può essere affrontata usando una procedura complementare a quella precedentemente illustrata: attraverso dei rinforzi posso spronare un piccione a distinguere tra due stimoli e verificare fino a che punto posso spingermi perchè il piccione continui a discriminare i due dischi (stimoli discriminativi). Condiziono un piccione a beccare il solito disco giallo-verde (550 nm). Ogni tanto presento un dico giallo (555 nm) che però non rinforzo. In seguito presentando a caso i due dischi cosa succederà. Il piccione ad esempio beccherà furiosamente il disco giallo-verde (200 risposte/min) ma solo poche volte il disco giallo (25 risposte/min). Se il colore non condizionato è molto diverso non beccherà mai il disco. 35 Domanda... Che cosa mi dicono le due procedure sulla sensibilità dei piccioni a discriminare i colori? Le informazioni sulla sensibilità sensoriale del piccione sono diverse. In un caso sto misurando la sua capacità discriminativa potenziale, mentre nell altro caso la loro capacità di discriminare in condizioni ambientali naturali (generalizzazione). 36

19 Discriminazioni contestuali La procedura di discrimanzione differenziale appena vista è un caso tipico di procedura con contingenza a tre termini. Il condizionamento classico o operante (stimolo-rinforzo, oppure risposta-rinforzo) è una procedura con contingenza a due termini. E possibile realizzare una procedura con contigenza a quattro o più termini. In quest ultimo caso si parla di discriminazione contestuale (vedi figura). 37 La risposta dipende dal colore e dalla forma.

20 Classi di equivalenza Umani e animali imparano le discrinazioni con contingenza a quattro termini. Negli umani tali procedure portano alla formazioni di classi di equivalenza (proprietà transitiva: se S1=S2 e S2=S3, allora S1=S3). Non è chiaro se succede anche con gli animali. Metodo per insegnare a leggere ai bambini con ritardo mentale (vedi figura) 39 parola detta=figura

21 La punizione Terminologia: Rinforzo: aumenta la probabilità della risposta Punizione: diminuisce la probabilità della risposta Positivo: presenza dell effetto Negativo: assenza dell effetto 41 Risposta-rinforzo-effetto Se mettiamo assieme il condizionamento classico e quello operante abbiamo la seguente situazione: Ogni stimolo (rinforzo) è preceduto da una risposta (operante) e seguito da una risposta (incondizionata/condizionata). Più semplicemente potremmo parlare della sequenza: risposta-rinforzo- effetto (oppure comportamento-rinforzo-effetto, dove l effetto è il risultato di un condizionamento classico). Normalmente risposta ed effetto non interagiscono tra di loro (premere la leva non interagisce con la salivazione). Tuttavia se l effetto è una punizione siamo in presenza di una situazione conflittuale. 42

22 Procedura di soppressione del condizionamento (Estes e Skinner, 1941) L interazione tra risposta ed effetto è stata studiata attraverso la procedura della risposta emotiva condizionata (REC). Una punizione scatena una reazione emotiva che può essere interpretata come risposta incondizionata conseguente allo stimolo incondizionato (punizione). Quindi riassumento avremo questa concatenazione: risposta operante rinforzo punizione (SI) risposta incondizionata (RI). Nella REC si associa uno stimolo neutro (SC) a una punizione (SI) e lo si presenta occasionalmente quando l animale mette in atto un comportamento operante rinforzato (risposta operante rinforzo ) 43 Risposta operante e incondizionata Risposta ed effetto sono normalmente identici. La presentazione di un disco (SI) induce naturalmente il piccione a beccarlo (RI). Questo comportamento di beccare il disco (risposta operante) è lo stesso che viene rinforzato. Nel caso della punizione si crea un conflitto tra risposta operante e risposta incondizionata generata dalla punizione. Le cose si complicano se consideriamo la possibilità che esistano punizioni condizionate (SC nella terminologia del condizionamento classico). Ad esempio ogni volta che si somministra la scossa elettrica (SI) si accende una luce rossa (SC). La luce rossa assume il ruolo di punizione condizionata. 44

23 Rinforzo e punizione Riprendiamo lo schema da cui siamo partiti. Rinforzo e punizione non sono la stessa cosa (un rinforzo negativo non è una punizione). Il rinforzo aumenta la probabilità di una risposta operante o perchè fa cessare uno stimolo avversivo (rinforzo negativo) o perchè premia direttamente il comportamento (rinforzo positivo). Anche una punizione può essere negativa nel senso che fa cessare uno stimolo positivo (possibile rinforzo). Vedi figura. 45

24 Fare degli esempi di: Quesito Rinforzo positivo Rinforzo negativo Punizione positiva Punizione negativa Soluzioni al quesito Rinforzo positivo: cibo, perché il verificarsi di un effetto aumenta la probabilità della risposta Rinforzo negativo: l abolizione di un effetto indesiderato atteso (ad es. una scarica elettrica) aumenta la probabilità di una risposta Punizione positiva: scarica elettrica, perché il verificarsi dell effetto diminuisce la probabilità della risposta Punizione negativa: l abolizione di un effetto desiderato atteso (ad es. il cibo) diminuisce la probabilità della risposta

25 In pratica... efficacia della punizione La punizione ha conseguenze indesiderate 1. Gli stimoli presenti durante la punizione possono diventare stimoli condizionati per le emozioni negative legate alla punizione 2. La punizione sopprime comportamenti indesiderati ma non promuove comportamenti sostitutivi desiderati Quindi è preferibile rinforzare le risposte desiderate e ignorare quelle indesiderate (modellaggio). Il rinforzo negativo ha senso in alcune situazioni. Tecnica del Time-Out (punizione negativa, soppressione di uno stimolo rinforzante) per comportamenti pericolosi (restrizione fisica, isolamento, allontanamento per un tempo limitato) 49 L Insight La soluzione dei problemi negli animali (pensiero produttivo nella terminologia di Duncker) è stata studiata da Wolfang Köhler ( ) mentre era internato a Tenerife durante la prima guerra mondiale (certe imprecisioni presenti nel vostro libro non sono accettabili!). 50

26 Pensiero produttivo Karl Dunker ( ). Esempi di Insight 51

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28 Meccanismi neuronali del rinforzo Leggete il vostro manuale. Da sapere: Studi di Eric Kandel sull Alypsia Apprendimento latente, mappe cognitive (Tolmann) e ippocampo. I meccanismi neuronali del condizionamento sono anche implicati nella memoria (e allora?). 55 I comportamenti umani complessi Il problema dei comportamentisti è quello di spiegare comportamenti complessi a partire dai comportamenti semplici ed elementari: I comportamenti complessi sono una catena di riflessi elementari associati attraverso le procedure di condizionamento. I modelli a reti neurali (a cui forse accenneremo più avanti) assumono un puntio di vista analogo. 56

29 Il controllo verbale Skinner (1984) distingueva tra comportamenti guidati dalle contingenze (rinforzi) e comportamenti guidati da regole (controllo verbale, istruzioni). Sono possibili esperimenti divertenti utilizzando regole false. In generale. L apprendimento di un comportamento guidato da istruzioni è efficace se ci sono dei rinforzi reali durante l apprendimento. 57 L apprendimento per osservazione I comportamentisti si sono interessati a lungo dell imitazione che l osservatore spesso mette in atto spontaneamente. L apprendimento per osservazione è basato sull imitazione. Questo tema è ritornato di moda con la scoperta dei neuroni specchio (vedi Rizzolatti e Craighero, 2004). E possibile condizionare il comportamento di imitazione. E una tecnica effcacemente usata con I disabili mentali. 58

30 Neuroni specchio 59 Esempio dell apprendimento di un esercizio ginnico 1. Spiegazione verbale (istruzioni) 2. Esecuzione durante le istruzioni verbali 3. Osservazione 4. Immaginazione 60

31 Per concludere Le tecniche di condizionamento possono essere molto utili per progettare degli esperimenti che hanno delle finalità diverse dallo studio dell apprendimento. Vi illustro un esempio. Ne vedremo altri durante il corso. 61 Un esempio di esperimento eseguito sfruttando le procedure di condizionamento La generalizzazione è fatta sulla base del significato e non sulla somiglianza nel suono o nell ortografia (Razran, 1939). Condizionamento: S1: [style, urn, freeze, surf] (stile, urna, congelare, cresta d onda) S2: succo di limone Riposta: Salivazione Una volta terminata la procedura di condizionamento cosa succede se si presenta: [stile, earn, frieze, serf], cioè parole somiglianti nel suono e nell ortografia, ma di significato diverso (scaletta, guadagnare, fregio, servo)? Cosa succede se si presenta: [fashion, vase, chill, wave], cioè parole diverse nel suono e nell ortografia ma simli nel significato (moda, vaso, freddo, onda)? 62