動物の本能行動は、さまざまな個々の反応や行動が、目的に合った形で一定の順番で組み合わされている。それらがどのような仕組みで行われるかについて、ニコ・ティンバーゲンは実験的な研究を行った。その結果、ある個体の表すごく限られた視覚的刺激などが、それを受け取った個体に決まった反応や行動を引き起こすきっかけとなっていることを見つけた。このような、特定の反応や行動を引き起こすきっかけとなる信号のことを、信号刺激と呼ぶ。モデルに取り組んではグレーのガチョウ役割撮影 オファーの信号刺激と呼ばれる。
具体例.
ティンバーゲンの研究したトゲウオの一種イトヨでは、雄は繁殖期になると、腹面が真っ赤になり、水草をまとめて小鳥の巣のような巣を作る。雄はそのそばに陣取り、近くに雄がやってくると激しくつついて追い出す。つまり、縄張りを作る。雌が近づくと、巣へ誘って産卵させようとする。つまり、やってくる個体が雄であった場合と雌であった場合では対応する行動が異なっている。そこで、ティンバーゲンは雄に対する攻撃的な反応が何によって引き起こされるかを調べようとした。
まず試験管の中に雄をいれて縄張り内に持ち込んでみると、縄張り雄は試験管内のオスにガラス越しに攻撃をしかけてくる。ここから、攻撃行動は雄から分泌されている何らかの化学物質、言い換えれば「臭い」がきっかけではないことが分かる。そうなると雄の攻撃は視覚的情報によって引き起こされている可能性が高い。
そこでティンバーゲンは、魚の模型を棒の先に着け、縄張り内に持ち込んでみる実験を行なった。その結果、単色の模型では、それがどんな精巧なものでも反応しなかった。しかし模型の下側を赤く塗ってみると、みごと縄張り雄が攻撃を仕掛けてきた。さらには、魚の模型を簡単にして、単なる楕円形の模型に目を付け、下面を赤く塗るだけでも、縄張り雄は攻撃をかけてくることが分かった。それどころか、窓の外を通り過ぎる赤い郵便車に向かって威嚇姿勢を見せたことをティンバーゲンは記載している。以上のことから、イトヨの雄は魚の姿を見て、雄が来たからどうとか判断している訳ではなく、下面が赤いかどうかだけを見て反応していることが分かる。
この場合、下面の赤い色が、雄が縄張り防衛行動としての攻撃を仕掛ける反応を誘発する信号刺激だと言うことができる。