Эксперимент Толмена: есть ли у крыс карта в голове?

Что происходило в лаборатории Толмена

Эдвард Толмен работал с крысами в Калифорнийском университете в Беркли с 1920-х до 1950-х годов. Устройство опыта простое: животное помещают в лабиринт, где в одном месте лежит еда, и смотрят, как меняется его поведение от попытки к попытке. Голодная крыса быстро учится доходить до кормушки, и для бихевиористов того времени это означало одно: закрепилась цепочка связей между поворотами и наградой.

Ключевое было в том, как Толмен менял условия. В лабиринте с четырьмя рукавами, расходящимися крестом, крысу запускали по очереди из разных точек, а кормушка всегда оставалась на одном месте. Если бы животное выучило последовательность движений — «второй поворот налево, потом направо», — при старте из другого рукава оно бы ошибалось. Крысы уверенно шли к тому самому месту, откуда бы ни начинали. Толмен назвал это обучением месту, а не реакции.

Второй опыт известен как лабиринт-«солнце». Крысу сначала учили бежать к кормушке длинным кружным путём. Затем её вынимали, ставили в центр, а привычный коридор закрывали, оставляя несколько радиальных дорожек. Большинство животных выбирало не тот коридор, который совпадал с началом заученного маршрута, а тот, что вёл в сторону кормушки. Похоже, животное держало в голове не набор движений, а расположение цели относительно себя и ориентиров вокруг.

Латентное научение: знания, которые себя не выдают

Самый известный опыт Толмен провёл вместе с Чарльзом Хонзиком в 1930 году. Крыс разделили на три группы. Одну подкармливали в конце лабиринта каждый раз, вторую — никогда, третью первые десять дней оставляли без награды, а с одиннадцатого дня начинали кормить на финише.

Первые десять дней третья группа выглядела почти так же безнадёжно, как группа без награды: много ошибок, бестолковые метания. Но стоило появиться еде, как число ошибок у неё резко пошло вниз — почти до уровня тех, кого подкармливали с самого начала.

Вывод, который сделал Толмен: крысы учились всё это время. Они накапливали знание о лабиринте, но не показывали его, пока не появилась причина бежать быстро и точно. Такое обучение без видимого подкрепления назвали латентным, то есть скрытым. Термин появился в конце 1920-х годов и связан с работой Хью Блоджетта, изучавшего поведение крыс в лабиринте.

Почему прогресс идёт рывками: три бытовых примера

Латентное научение легко узнать по характерному рисунку: человек или животное долго «ничего не умеет», а потом почти внезапно начинает делать всё правильно.

• Ребёнок месяцами слышит речь и сам говорит мало, а затем за короткое время переходит к фразам — запас понимания копился всё это время.
• Новый сотрудник первые недели присматривается и задаёт вопросы, а потом уверенно ведёт проект: он собирал в голове схему процессов, а не просто выполнял отдельные поручения.
• Человек, осваивающий новый район, сначала ходит по навигатору, а потом вдруг замечает, что понимает связи между улицами и может идти напрямик.

Чем когнитивная карта отличается от рефлекса и ассоциации

Классический бихевиоризм Джона Уотсона описывал поведение как цепочку «стимул — реакция»: увидел поворот, повернул, получил еду, связь закрепилась. У Толмена между стимулом и реакцией появилось промежуточное звено — внутреннее представление о ситуации. Такие звенья он называл промежуточными переменными: увидеть их напрямую нельзя, но поведение выглядит так, будто они существуют.

Различить два объяснения проще всего по тому, что произойдёт при изменении условий.

• Если животное выучило последовательность движений, при запуске из новой точки оно ошибётся или начнёт действовать наугад.
• Если у него есть представление о расположении цели, оно выберет новый маршрут, ведущий туда же.
• Если еду из знакомого места убрать, крыса с картой будет искать именно там, а не сразу сменит поведение — это похоже на ожидание, которое не подтвердилось.

Откуда взялось понятие когнитивной карты

Толмен был бихевиористом, но не ортодоксальным. Свою позицию он называл целевым бихевиоризмом: поведение животных и людей он рассматривал как направленное к цели, а не как механическую реакцию на стимулы. Книга с этим названием вышла в 1932 году.

Термин «когнитивная карта» появился позже, в статье Толмена 1948 года «Когнитивные карты у крыс и у человека». В ней он обобщил свои опыты и прямо поставил вопрос: не стоит ли описывать поведение людей через такие же внутренние схемы. Для своего времени это был вызов школе Кларка Халла, где поведение объясняли связкой потребности и подкрепления.

Понятие прижилось далеко за пределами психологии обучения: о когнитивных картах говорят в нейробиологии, в исследованиях навигации и даже в проектировании интерфейсов.

Что в этих опытах спорно

Главная уязвимость — интерпретация. Поведение крысы в лабиринте мы видим, а карту в её голове — нет. Толмен и сам признавал, что говорит о ненаблюдаемых переменных, а значит, у других объяснений тех же данных есть право на существование.

• Запаховые следы. В старых опытах крыс запускали по одним и тем же дорожкам много раз, и они могли ориентироваться по запаху своих и чужих следов, а не по внутренней схеме.
• Простые правила. Вместо карты животное может пользоваться примитивными стратегиями: двигаться вдоль стены, держаться подальше от яркого света, поворачивать туда, где раньше было свободно.
• Разная мотивация. Сытые и голодные крысы ведут себя по-разному, и часть результатов объясняется не обучением, а силой голода.
• Перенос на человека. Из того, что крыса находит короткий путь, не следует напрямую, что человек принимает решения по той же схеме.

Подтвердилось ли это позже

Часть идей Толмена получила независимую поддержку уже в нейробиологии. В гиппокампе нашли нейроны места, которые возбуждаются, когда животное находится в определённой точке пространства, и клетки решётки, задающие регулярную координатную сетку. За эти работы в 2014 году присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Это не оправдывает все выводы Толмена и не переписывает задним числом его старые опыты. Но это показывает, что внутренняя схема пространства — не только красивая метафора, а явление, у которого есть измеримая основа в мозге.

Как этим пользоваться в учёбе, работе и быту

Идея латентного научения полезна прежде всего как поправка к ожиданиям — своим и чужим.

• Не оценивайте обучение только по внешнему результату первых дней. Отсутствие видимого прогресса часто означает, что человек собирает общую картину.
• Давайте время на «фон»: экскурсию по компании, обзор всей темы, прогулку по новому району без спешки. Именно из этого потом складывается схема.
• Планируйте момент, когда накопленное можно применить. Без повода знание остаётся скрытым и не превращается в навык.
• Когда у человека что-то резко «щёлкает», это обычно не чудо, а накопленный опыт, которому наконец нашлось место.
• И обратная сторона: награда не создаёт знание, она делает его видимым. Если результата нет месяцами даже при хорошем подкреплении, стоит искать причину — усталость, отсутствие обратной связи, неподходящий формат обучения.

Частые вопросы