古典制约

古典制约（classical conditioning，又称巴夫洛夫制约、反应制约、alpha制约），是一种关联性学习。俄罗斯心理学家伊凡·彼得罗维奇·巴夫洛夫将这种产生制约行为的学习形态描述为“动物对特定制约刺激的反应”。最简单的形式，是亚里士多德曾经提出的“接近律”，也就是当两件事物经常同时出现时，大脑对其中一件事物的记忆会附带另外一件事物。

古典制约理论一开始的重点放在反射行为或是非自愿行为，任何一个反射都是“中性刺激”与“产生的反应”两者的关系。近年来对古典制约理论所做的反射限制被抛弃，且自愿行为的制约刺激也成为重要研究。

## 概观

古典制约的典型范例，包含了可重复的中性刺激和非制约刺激。非制约刺激（unconditioned stimulus、US）能够引起非制约反应（unconditioned response、UR），且不需要经过学习；非制约刺激和非制约反应的关系，称做“非制约反射”。制约刺激（conditioned stimulus、CS）则是能够引起制约反应（conditioned response、CR）的初始中性刺激（neutral stimulus、NS），这是需要学习的。且制约刺激与心理学上立即性和长期性的期待、满足与恐惧有关，制约刺激和制约反应的关系，称做“制约反射”。当非制约刺激重复性地或是猛烈地伴随着某个中性刺激，这个中性刺激会成为一个制约刺激，并产生制约反射。

以下实验俱可简化为三部分：

- 非制约前提：非制约刺激 US → 非制约反应UR
- 非制约插入：非制约刺激 US + 中性刺激NS → 非制约反应 UR
- 制约效果：制约刺激 CS（=中性刺激 NS） → 制约反应 CR（=非制约反应）

### 原则

- 习得（acquisition）：将条件刺激与无条件刺激多次结合呈现，可以获得条件反应和加强条件反应。如将声音刺激与喂食结合呈现给狗，狗便会获得对声音的唾液分泌反应。
- 消退（extinction）：对条件刺激反应不再重复呈现无条件刺激，即不予强化，反复多次后，已习惯的反应就会逐渐消失，如学会对铃声产生唾液分泌的狗，在一段时间听到铃声而不喂食之后，可能对铃声不再产生唾液分泌反应。

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- 自发恢复（spontaneous recovery）：消退了的条件反应，即使不再给予强化训练，也可能重新被激发，再次出现，这称为自然恢复作用。
- 泛化（generalization）：指某种特定条件刺激反应形成后，与之类似的刺激也能激发相同的条件反应，如狗对铃声产生唾液分泌反应后，对近似铃声的声音也会产生反应。“一朝被蛇咬，十年怕草绳”便是获得与泛化的一个例证。
- 差异（discrimination）：辨别相似但不同刺激的能力。生物体在相似刺激间的辨别随着辨别训练而变得非常敏锐，继而渐渐知道哪一种与事件相关的信号能够预测UCS的到来，哪些则不能。

### 伊万·巴甫洛夫的狗

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古典制约最著名的例子，是巴甫洛夫的狗的唾液制约反射。狗能够对食物自然而然的分泌唾液，此时巴甫洛夫将食物看作非制约刺激（US）、唾液分泌看作非制约反应（UR），并将两者的关系称为非制约反射。而如果在提供食物之前的几秒钟发出一些作为中性刺激（NS）的声响，将会使得这个声响转变为制约刺激（CS），能够单独在没有食物的状况下引起作为制约反应（CR）的唾液分泌，两者的关系则被称做制约反射。

这种与食物相关的刺激与所引起的反应的关系便是所谓古典制约。食物引起唾液分泌是先天性的，而声响之所以能够引起唾液分泌，源自动物个体的所经历的经验。

本实验简化如下：

- 食物 （US） =>唾液分泌（UR）
- 食物 （US） + 声音 （NS） =>唾液分泌（UR）
- 声音 （CS） =>唾液分泌（CR）

### 约翰·华生的小阿尔伯特

约翰·华生认为人类的情绪（如恐惧）也能被制约，并相信行为的产生，能够透过由非制约刺激伴随原来无法产生任何反应的中性刺激，在自然而然地产生非制约反应之后，使中性刺激成为能够单独产生制约反应的制约刺激。

在他的实验中，华生先制造一个恐惧反应，对象是医院中一位孤儿阿尔伯特。在实验开始之前，华生经过测试之后发现这位男孩不害怕包括老鼠、兔子、猴子、狗、棉絮和没有头发的面具之类的东西，并发现阿尔伯对铁锤敲打的巨大声响产生恐惧。

为了使阿尔伯特对老鼠产生恐惧的制约反应。华生使作为中性刺激（NS）的老鼠和作为非制约刺激（US）的巨大声响同时出现，并产生了作为非制约反应（UR）的恐惧反应。在一段时间内多次的反复之后，老鼠转变为制约刺激（CS），也就是阿尔伯特对老鼠的单独出现产生了制约反应（CR），包括恐惧和逃避。华生更证明了兔子、毛皮外套、华生的头发、狗，诸如此类的东西都能用和老鼠实验相同的方法产生类似的反应，即使在不同的房间进行实验也是一样，表示这个实验对不同的物品和环境皆有效。一个月后再度测试出阿尔伯特依然会对这些东西产生恐惧。

这个实验证明了人类的行为能够被刻意的制约，并与佛洛伊德学说中认为人类行为来自非刻意产生的潜意识有所差异。

本实验简化如下：

声音 （US） =>恐惧（UR）

声音 （US） + 老鼠 （NS） =>恐惧（UR）

老鼠 （CS） =>恐惧（CR）

## 影响制约的因素

### CS-US配对时机

#### 提前制约

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学习得最快就是透过提前制约 （Forward conditioning）。常见有

- 延宕制约 delay conditioning：先显示CS，但CS消失前已经显示US（有重叠存在）。
- 痕迹制约 trace conditioning：先显示CS，然后CS消失后才显示US。例如主人先向猫说“开餐/吃饭”，然后再提供食物，久而久之，每当小猫听到这句话就会走来准备。

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#### 并行制约

并行制约 （simultaneous conditioning）指CS与US同时显示，但会制造较弱的反应。

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#### 逆向制约

逆向制约（backward conditioning），指US反先显示，然后US消失后才显示CS。而这个方法很难令到目标有反应。从巴甫洛夫的实验，他要427次配对香草气味（CS）才做到只用痕迹制约只要20次配对就做到的效果。或者在教育方面，父母想让小孩子学生字（CS），若用此法，先给一些有趣的图片（US）再给字他看，小孩子的注意力反放在有趣的图片而对文字没有兴趣。

### CS与US的突显性或强度

- 强度 （intensity），只有轻微的反应效用当然很少，例如例如向目标吹1/4镑气与5镑的气（CS），后者比前者有更大反应。或者用较大的电击 （CS）会令到受试动物更快习得。
- 突显性 （salience），若该刺激物与生理需求有关（如食物与肚子饿）或者容易在正常环境找到的东西类似（对动物而言）就会引起较大的制约反应。

### CS与US相关性

有些进化学上的关连会容易习得。例如大声（audiovisual-CS）与电击（US）配对。

### CS与US偶然性

- 偶然性 （Contingency）指当CS出现有几好能预测到US的出现。例如2种刺激经常一齐出现（co-occurence）又经常一齐都不出现，目标会知道只有CS出现的时候，US才会发生。
- CS冗余 （CS redundancy），好像主人经常用不同指令/同义词 （CS），如“开餐”、“有东西吃”、“来吃吧”，来配对提供食物（US）令到小猫很难去判断什么才是有食物的讯号。

### CS与US接近性

接近性 （contiguity）指CS与US出现的时间间隔。一般来说，两者越近就制约效果越好。

### 中间的思维过程

人们如果没有特意去反省发生了的事情就不能察觉CS的出现。此方法带来en，应用有系统减敏感疗法，透过让目标留意想刺激物来加强制约反应。

### 之前的经验

- en / CS-preexposure，CS本身应该一开始不会对目标引起任何反应。在配对之前，目标应该从未得知CS的存在。
- US-preexposure 指US不经意地与背景连在一起，有点像近墨者黑的概念。例子是一个人经常见到两个陌生人（US），甲君与乙君，但因为他因一些事不喜欢甲君，而导致其也讨厌了乙君。

### CS与US的次数

一般来说没有太大影响，不过重点是最初的配对比起之后的配对更有效用。

### 试验间间隔

试验之间隔得更远则效果更佳。一个完整的试验包含CS出现、US出现、目标反应三个步骤，例如，亮灯（CS）、为老鼠提供食物（US）、老鼠去享受美食（R）就是一个完整的试验过程。但如果这个过程每隔5分钟就出现1次，那么灯光（CS）对老鼠来说就没有太大意义，因为无论如何都会有食物，CS的出现无法带来额外的讯息。这时，CS就失去了其预测功能。

### 年龄

与年幼制约的配对效果越佳。

### 压力

施加轻度压力的配对效果越佳，但过多反会削弱学习效果。

## 更高阶制约

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二阶制约（second-order conditioning）指当一个刺激物制约成功后，用该刺激物去学习新的刺激物的制约关系。例如“吃饭”指令（CS1）与“食物”（US）引起了小猫的准备（R）之后，主人每次说“吃饭”指令（CS1）就打开储物柜门（CS2）。久而久之，每当小猫听到打开储物柜门（CS2）的声音，就会准备（R）。

一般来说，此制约关系会较上述的直接制约效果较弱，因为没有US的参与（“食物”）。也会令消退（extinction）更易出现，小猫很快就忘记门与食物的关系。透过en，实验员将一些受试者从未看过的人脸配上一些正面或负面的形容词（像是诚实或残忍），一段时间后人们开始也对这些人脸出现相对的感觉。

## 反古典制约

厌恶疗法（Aversion therapy）就是透过这个方法反古典制约（Countercondioning）来消除原本的制约关系，而制造新的制约关系。举例来说，吸烟（CS1）为人们带来愉快的感觉（CR1）。透过新的配对，用一些吓人的穿肺相片（CS2/US2）令人们感到不自在或恶心（CR2/UR2），而令到原本制约关系消弱，达到戒烟的目的。

## 背后作用机制

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### 瑞思考勒-韦格纳模型

$$\Delta V=\alpha\beta (\lambda - \Sigma V)$$

在心理学中，en 指的是目标对US的期望 （associative value, $V$）与US实际有多少。学习是因为期望$V$的改变。而$(\lambda - \Sigma V)$量度US有多“意外”。目标在制约之前会得“惊喜”，因为在最初当CS在目标者前出现，就带来US。但之后，因为目标见到CS就能预计US而不再感到惊喜。这个方程式解释了en是如何发生。

## 以古典制约理论为基础的行为治疗

心理学以古典制约理论为基础推导出了多种心理治疗理论，包括了厌恶疗法、系统脱敏感疗法、泛滥疗法、爆炸疗法。其中泛滥疗法和爆炸疗法被用来使个体对事物产生焦虑，并因为潜在的危险而受到道德争议。

古典制约可以短期使用，与人道的治疗不一样的是，花较少治疗者的时间和被治疗者的努力，这些疗法最后可以使人对某些事物感到厌恶，也可以使人减少对某些事物的厌恶。

### 厌恶疗法

厌恶疗法（Aversion therapy）又称惩罚法，利用某些非制约刺激（如反胃、呕吐），以古典制约的原理使某些中性刺激（如性行为）转变为制约刺激。治疗之后使被治疗者不再产生某种行为。这种疗法通常被用在治疗酗酒和毒瘾，甚至性罪行。

### 系统减敏感疗法

许多人都有对某些特定事物的感到恐惧或是敏感，而系统减敏感疗法（Systematic desensitization）以渐进的方式建立一套疗程，其中每一个步骤都以制约方式使得被治疗者对这些事物的恐惧或敏感稍微减弱，在疗程结束之后，被治疗者将失去对这些特定事物的恐惧或是敏感。

### 洪水疗法

洪水疗法（flooding therapy）又称暴露疗法，它与系统脱敏疗法正好相反。洪水疗法不需要进行任何放松训练，而一下子呈现最强烈的恐怖、焦虑刺激（冲击）或一下子呈现大量的恐怖、焦虑刺激，以迅速校正病人对恐怖、焦虑刺激的错误认识，并消除由这种刺激引发的习惯性恐怖、焦虑反应。这种疗法通常被用在焦虑症和恐怖症。

## 神经科学的研究

许多神经科学的研究以加州海兔（California sea slug）这种被鳃类海洋腹足动物为实验对象，这种动物拥有较小的神经系统，大约2000个神经元，并且能受到古典制约的影响，改变感受性（sensitization）和习惯化（habituation）。这种特性使它们被用来做有关学习的研究。

## 延伸阅读

- wiki book on Animal behavior