Lernen und Gedächtnis
Vorlesung
Christian Kaernbach
Teil 1: Lernen
Konditioniertes Lernen
• Hauptparadigma des Behaviorismus
– Der Mensch als Reiz-Reaktions-System
– Mentale Größen sind
• nicht erfaßbar
• nicht existent
• Implizites Gedächtnis
• Klassisches Konditionieren
• Instrumentelles Konditionieren
• Implizites Lernen
Klassisches Konditionieren
• unkonditionierter Stimulus (US)
– Pawlow: Fleisch
– z. B. Luftstrom gegen Hornhaut
• unkonditionierte Reaktion (UR)
– Pawlow: Speichelbildung
– hier: Lidschlag
• konditionierter Stimulus (CS)
– Pawlow: Klingel
– z. B. Ton
• konditionierte Reaktion (CR)
– Pawlow: Speichelbildung
– hier: Lidschlag
– CR  UR
Klassisches Konditionieren
• Die CR wird schnell gelernt.
– eine CS-US Koppelung kann ausreichen.
• Sie kann zwar gelöscht werden,
– wiederholte Darbietung von CS ohne US.
• aber sie wird nie vergessen.
– bei weiterer CS-US Koppelung:
• Ersparnis
– ohne weitere CS-US Koppelung:
•
•
•
•
spontane Erholung
Kontext (Erneuerung)
US o.ä. (Wiederherstellung)
Relevanz: Stabilität der Phobie
• Gegenkonditionieren
• Clockwork Orange
Stanley Kubrick / Anthony Burgess
Zeitverhältnisse
• simultan
CS
US
• verzögert
CS
• rückwirkend
US
CS
US
Zeitverhältnisse
• simultan
250
CS
US
500
750
• verzögert
CS
US
125
• rückwirkend
CS
US
CR ist antizipatorische Reaktion auf den US
Paßfähigkeit von US und CS
•
Experiment mit Ratten:
–
•
•
US1:
Stromschlag
US2:
Brechmittel
– CS1:
Ton
CS2:
Süßstoff
 CS1+CS2+US1: CR nur bei CS1
 CS1+CS2+US2: CR nur bei CS2
Ein Geschmacksreiz ist ein besserer Prädiktor für Brechreiz
als ein Ton
Ein externer Reiz ist ein besserer Prädiktor für Stromschlag
als ein Geschmack
Neurophysiologie
des klassischen
Konditionierens
•
us1 Mantelrand/
us2 Siphon berühren
 ur schwacher Kiemenrückzug
• US Stromschlag Schwanz
 UR starker Kiemenrückzug
•
CS1 Mantelrand/
CS2 Siphon berühren
 CR starker Kiemenrückzug
selektiv auf CS1 oder CS2
(CS+ bzw. CS–)
•
Hebb Lernregel (1949)
Klassische Konditionierung:
Was wird gelernt?
• konditionierter „Reflex“?
–
–
–
–
Reflex US  UR
neue Verbindung CS  UR = neuer Reflex?
CS  CR  UR!
gelernt wird nicht CS  CR, sondern CS  US
• UR verhindern: CR wird trotzdem gelernt
• US entwerten (US: Futter bei hungrigen/satten Ratten)
• CS2 mit CS1 paaren, dann CS1 mit US: CR auf CS2
Klassische Konditionierung:
Was wird gelernt?
• Informationswert des CS
– Hauptparameter: Kontiguität P(US|CS)
Wahrscheinlichkeit, daß US auftritt,
wenn CS gegeben wurde
– ebenfalls wichtig: Basisrate P(US|–CS)
Wahrscheinlichkeit, daß US auftritt,
wenn kein CS gegeben wurde
– Informationswert:
Kontingenz P = P(US|CS) – P(US|–CS)
P(US|–CS)
Klassische Konditionierung:
Was wird gelernt?
• Informationswert des CS
– Hauptparameter: Kontiguität P(US|CS)
Wahrscheinlichkeit, daß US auftritt,
wenn CS gegeben wurde
– ebenfalls wichtig: Basisrate P(US|–CS)
Wahrscheinlichkeit, daß US auftritt,
wenn kein CS gegeben wurde
– Informationswert:
Kontingenz P = P(US|CS) – P(US|–CS)
Menschen 
Instrumentelles Konditionieren
• klassisches Konditionieren:
respondentes Verhalten
(Reaktion auf einen Reiz)
• instrumentelles Konditionieren:
operantes Verhalten
zur Herbeiführung
einer Konsequenz
• benötigt: „Verstärker“
nach
Reaktion
geschieht
entfällt
Konsequenz
positiv
negativ
positive
Bestrafung
Verstärkung
Bestrafung
negative
Verstärkung
Instrumentelles Konditionieren
• benötigt: „Verstärker“
nach
Reaktion
geschieht
entfällt
Konsequenz
positiv
negativ
positive
Bestrafung
Verstärkung
Bestrafung
negative
Verstärkung
• Verstärker  (operationale Def.)
ein Reiz, der die
Auftretenswahrscheinlichkeit
einer Reaktion erhöht
(Skinner, 1938)
Echogedächtnis bei Tieren
• Wüstenrennmäuse (Kooperation mit Holger Schulze, Magdeburg)
• Naive Tiere (N=21, 4 pro Gruppe):
– shuttle box, go/no-go task
– Periodenlänge 20...100 ms
– 60 EV pro Tag
Trainingsleistung
30
25
20 ms
20
15
40 ms
10
60 ms
80 ms
100 ms
5
0
0
5
10
15
Trainingsdauer [Tage]
• Hochtrainierte Tiere (N=2),
Periode wird bei guter Leistung verlängert:
– 160 Tage Training (9600 EV!)
– maximal 400 ms
20
Zeitverhältnisse, Paßfähigkeit
• CS-US Abstand am besten ca. 500 ms
• R-V Abstand am besten ca. 500 ms
• US und CS müssen paßfähig sein
• R und V müssen paßfähig sein
– instinctive drift
Instrumentelles Lernen:
Was wird gelernt?
• Wasserman et al. (1993):
– VPn drücken Taste.
– Manchmal geht dann das Licht an:
P(O|R).
– Manchmal geht das Licht auch so an:
P(O|–R).
– Kausalurteil: VPn-Urteile
reflektieren die Größe von
P(O|R) – P(O|–R)
Instrumentelles Lernen:
Was wird gelernt?
• Wasserman et al. (1993):
– VPn drücken Taste.
– Manchmal geht dann das Licht an:
P(O|R).
– Manchmal geht das Licht auch so an:
P(O|–R).
– Kausalurteil: VPn-Urteile
reflektieren die Größe von
P(O|R) – P(O|–R)
 Ratten
shaping, chaining
• Verstärken erst von Bewegungsansatz,
dann peu à peu von weitergehender Bewegung.
• Separates Einlernen von Teilbewegungen,
dann Verkettung verstärken.
• Dressur
Aberglauben
• Skinner (1948):
– keine Kontingenz
zwischen Reaktion
und Verstärker:
alle 15 s Futter
– Tauben lernen
irrelevante Bewegungsmuster
• Staddon & Simmelhag (1971)
– Replikation von Skinner, aber
gleichförmigeres Verhalten, antizipatorisch
• Brown & Jenkins (1968): “autoshaping”
– in zufälligen Intervallen wird Tastatur beleuchtet, dann kommt Futter
– Tauben picken auf Taste, als ob dadurch das Futter käme
Der Behaviorismus
und die Pädagogik
• Give me a dozen healthy infants, well-formed, and my own specified world
to bring them up in and I'll guarantee to take any one at random and train
him to become any type of specialist I might select--doctor, lawyer, artist,
merchant-chief and, yes, even beggar-man and thief, regardless of his talents,
penchants, tendencies, abilities, vocations, and race of his ancestors.
I am going beyond my facts and I admit it, but so have the advocates of the
contrary and they have been doing it for many thousands of years.
(Watson, Behaviorism, 1924, S.104)
• Denn wir können die Kinder nach unserem Sinne nicht formen;
So wie Gott sie uns gab, so muß man sie haben und lieben,
Sie erziehen aufs beste und jeglichen lassen gewähren.
Denn der eine hat die, die anderen andere Gaben;
Jeder braucht sie, und jeder ist doch nur auf eigene Weise
Gut und glücklich.
(Goethe, Hermann und Dorothea)
Instrumentelles Lernen
aus Sicht der Betroffenen
Ich habe ihn gut dressiert.
Kaum drücke ich den Hebel herunter,
kommt er gerannt und gibt mir eine Nuß.
Implizites Lernen
• findet beiläufig statt
• ohne Aufmerksamkeitszuwendung
• bleibt unbewußt
experimentelle Paradigmen
•
•
•
•
Steuerung komplexer Systeme
Erlernen von versteckten Kovarianzen
Sequenzenlernen
Erlernen einer finite state Grammatik
finite state Grammatik
S
X
S
T
in
X
out
P
P
K
T
•
•
•
•
K
TXS
PKPS
TSSSXXTTTKPS
TXSS
Unbewußtes Lernen
• Ist Wissen, daß in Paradigmen des impliziten
Lernens demonstriert wird, wirklich unbewußt?
• Wie sensitiv ist der Test auf Bewußtheit verglichen
mit dem Test der Fertigkeit?
– Sensitivität kaum vergleichbar
– multiple choice statt freier Bericht
• aber: Aha-Erlebnis bei Befragung vermeiden
– z. B. Wissensfragmente beim Grammatiklernen
– gute Abschätzung der Kausalstärke beim instr. Lernen
• Sind sich klassische konditionierte Ratten
(Kontiguität + Basisrate) ihres Wissens „bewußt“? (mental map)

Lernen und Gedächtnis