Kognitive Karten und latentes Lernen

Wenn wir einen Raum erkunden, bildet sich in unserem Kopf eine „kognitive Landkarte“ heraus, die wir später dazu benutzen können, um uns in diesem Raum zu orientieren – oder? – Schön, wenn es so wäre, die Hersteller von Navigationssystemen könnten einpacken. Tatsächlich läuft die zunehmend bessere Orientierung im Raum ganz anders ab, als uns die meisten einführenden Lehrbücher der Psychologie weismachen wollen.

Das (behauptete) latente Lernen ist von entscheidender Bedeutung für den Kognitivismus. Latentes Lernen bedeutet, dass bestimmte Inhalte (Verhaltensweisen oder Pläne für Verhaltensweisen), ohne dass ein Verhalten verstärkt wurde, „im Kopf“ gespeichert werden. Erkennen könne man latentes Lernen daran, dass ein zuvor nicht trainiertes Verhalten auf einmal spontan gezeigt werde. Dies widerspricht angeblich dem behavioristischen Grundsatz, dass Lernen nur dann stattfindet, wenn ein offenes Verhalten verstärkt wird. Latentes Lernen ist beispielsweise relevant für die Theorie des Modelllernens nach Albert Bandura (1986). Bandura geht davon aus, dass das beobachtete Verhalten einer anderen Person zunächst nur gespeichert wird. Der Abruf dieses Verhaltens erfolgt dann, wenn das imitative Verhalten des Beobachters verstärkt wird. Verhaltensanalytiker gehen dagegen davon aus, dass Lernen eine Änderung im Verhalten ist (nicht eine Änderung in den „Verhaltensmöglichkeiten“). Latentes Lernen ist so gesehen nicht möglich.

Der häufig zitierte experimentelle Beleg für latentes Lernen ist ein Experiment von Edward Tolman (Tolman & Honzik, 1930a, 1930b). Tolman und Honzik ließen drei Gruppen von (nahrungsdeprivierten) Ratten einmal täglich ein vierzehnteiliges T-Labyrinth über zweiundzwanzig Tage hinweg durchlaufen. Die erste Gruppe fand vom ersten Tag an immer am Ende des Labyrinths eine Futterbelohnung. Die zweite Gruppe fand nie Futter am Ende des Labyrinths. Die dritte Gruppe fand an den ersten zehn Tagen kein Futter, aber ab dem elften und an allen darauffolgenden Tagen. Gemessen wurde die Zahl der Fehler, die die Ratte beim Durchlaufen des Labyrinths machte und die Zeit, die sie dazu benötigte. Sowohl die Zeit als auch die Fehlerzahl nahm in allen drei Gruppen von Anfang an ab, wobei die erste Gruppe (die immer Futter fand) ab etwa dem fünften Tag deutlichere Fortschritte machte als die anderen Gruppen. Der entscheidende Beleg für latentes Lernen soll nun aber sein, dass die dritte Gruppe vom elften auf den zwölften Tag deutlich weniger Fehler machte und weniger Zeit benötigte. Die Leistungen waren nun sogar besser als die der ersten Gruppe. Tolman vermutete, dass die Ratten schon die ganze Zeit über den Plan des Labyrinths (latent) gelernt hatten (ohne auch nur ein Krümelchen Futter dafür zu bekommen). Das Futter am Ende des Labyrinths motivierte die Ratten lediglich, das bereits Gelernte auch offen zu zeigen.

Die Frage nach dem latenten Lernen inspirierte eine über dreißig Jahre währende Debatte unter den Anhängern der Stimulus-Response-Psychologie. Auf der einen Seite dieser Debatte standen Watson, Tolman, Spence, Guthrie und Leeper, die leugneten, dass die Erreichung eines Ziels oder Verstärkung notwendig sei, damit die (hypothetischen) Lernvorgänge im Organismus stattfinden können. Auf der anderen Seite standen Hull, Thorndike, Meehl und MacCorquodale, die daran festhielten, dass für das Lernen eine motivationaler Zustand (z. B. ein Bedürfnis oder ein Trieb) und eine Art von Verstärker notwendig sind. Für Hull (1952, S. 7) etwa stellte das „latente Lernen“ den Aufbau und die Veränderung von Stimulus-Response-Assoziationen infolge einer Veränderung des Erregungs- oder Reaktionspotenzials dar. Hull (1952, S. 145-150)  konnte zeigen, dass die von ihm so bezeichnete fraktionale vorwegnehmende Zielreaktion in Kombination mit der Größe des Anreizes (das heißt der Einführung des Futters) am elften Tag des Experiments die Ergebnisse von Tolman und Honzik erfolgreich vorhersagen konnte. Dies wiederum wurde von Guthrie und anderen angezweifelt. Immer elaboriertere Experimente wurden durchgeführt, um immer komplexere Theorien zu bestätigen oder zu widerlegen.

Spätestens Mitte der sechziger Jahre des 20. Jahrhunderts wurde die Debatte von vielen Psychologen als überholt betrachtet. Doch hatte keine Theorie über die andere gesiegt, die Frage nach dem latenten Lernen wurde einfach als unbeantwortbar ad acta gelegt. Dennoch wird das Experiment von Tolman und Honzik in vielen einführenden Lehrbüchern der Psychologie als Beleg für das latente Lernen angeführt. Während frühe Texte noch eine ausgewogenere Position einnehmen, haben neuere Autoren die Angelegenheit längst in ein Schema gepresst, dass sich wie folgt darstellen lässt: Da im Experiment gelernt wurde und da es keine Verstärkung gab und die S-R-Theorien dies nicht erklären konnten, muss es einen kognitiven Faktor geben, der verursacht, dass gelernt wurde. Dieser „kognitive Faktor“ ist die von Tolman (1948) vorgeschlagene „kognitive Karte“. Da nun aber die S-R-Psychologie nur noch von historischem Interesse ist, wird Skinner als der einzig relevante Behaviorist betrachtet und zum Mit-Schuldigen gemacht. Das latente Lernen soll somit nicht nur die frühen Behavioristen diskreditieren, sondern auch Skinners Behaviorismus widerlegen – obschon Skinner an dieser Debatte nicht aktiv beteiligt war und die Unterschiede zwischen Skinners radikalem Behaviorismus und der S-R-Psychologie kaum zu übersehen sind. Argumentiert wird (wenn überhaupt), dass auch Skinners Theorie auf S-R-Assoziationen fuße, dass Verstärkung für das Lernen als notwendig angesehen werde und dass kognitive oder mentale Faktoren als Erklärungen zurückgewiesen werden. Daher können auch Skinner nicht das (behauptete) latente Lernen erklären.

So versichert Gleitman (1981) dass Skinner nicht erklären könne, was geschehe, wenn ein Schüler auf einmal die Lösung einer mathematischen Aufgabe finde, oder ein Mechaniker nach langem Nachdenken auf die Lösung eines Problems komme. Auch Kosslyn und Rosenberg (2001) behaupten, dass sowohl klassisches als auch operantes Konditionieren das Speichern von Informationen, welche sodann das Verhalten leiten, erfordere. Unglücklicherweise vermengen sie dabei Tolman und Honziks Forschungen mit deren Experimenten zum Lernen durch Einsicht (siehe Ciancia, 1991, für eine Bewertung dieser Studien). Zimbardo (1988) erklärt uns, dass man bis vor kurzem glaubte, das Individuum spiele bei der Konditionierung eine passive Rolle. Man hätte geglaubt, dass Lernen feste Assoziationen und spezifische Reaktionen bedeute. Tolman dagegen habe die Bedeutung kognitiver Prozesse entdeckt.

Jensen (2006) evaluierte 48 einführende Lehrbücher der Psychologie und fand in praktisch keinem eine angemessene Darstellung der Debatte ums latente Lernen. Was nie erwähnt wird, ist, dass auch Hull und Guthrie eine auf der Stimulus-Response-Theorie fußende Theorie hatten, die dieses Phänomen erklären konnte. Insbesondere wird das letztliche Ergebnis der Debatte verfälscht: Es sei bewiesen worden, dass Verstärkung für das Lernen nicht nötig sei. Dagegen entdeckt man beim Studium der zeitgenössischen Literatur ein anderes Ergebnis: Es gab kein Ergebnis, die Debatte wurde beendet, ohne das es zu einer Entscheidung gekommen wäre, weil ihre Proponenten starben oder sich anderen Themen zuwendeten.

Auf der Höhe der Debatte um das latente Lernen legte Skinner (1950) in einem klassischen Artikel seine Position dar. Skinner stellte hier klar, dass man nicht „Assoziationen“ lernt, die sich dann in Verhalten ausdrücken. Vielmehr ist das Verhalten an sich der Untersuchungsgegenstand. Skinner behauptete zudem nie, dass Verstärkung nötig ist, damit man lernt. Dies war vielmehr Hulls Position.

Weder Skinner noch ein anderer Verhaltensanalytiker hat sich je aktiv mit dem Problem des angeblichen latenten Lernens auseinandergesetzt. Zum Teil liegt dies daran, dass Skinner das T-Labyrinth für keine geeignete Untersuchungsapparatur hielt. Zudem hatte sich der Schwerpunkt, den andere Forscher auf das Thema latentes Lernen legten, als fruchtlos erwiesen.

Jensen (2006) versucht sich an einer konzeptuellen Analyse des latenten Lernens. Verhaltensanalytiker beziehen sich auf die Artgeschichte und die gegenwärtigen Beziehungen zwischen Verhalten und Umweltereignissen, wenn sie ein Verhalten erklären wollen. Lernen wird dabei als eine Veränderung im Verhalten betrachtet, das Augenmerk gilt nicht den damit korrelierenden Veränderungen im Nervensystem.

Ironischerweise ist es Tolmans eigener Bericht, der hilft, das Phänomen verhaltensanalytisch zu erklären. Zunächst einmal fällt auf, dass sich bei allen drei Gruppen von Tolmans Ratten während der ersten fünf Tage die Zahl der Fehler verringerte. Anscheinend lernten die Ratten in allen Gruppen bereits zu diesem Zeitpunkt. In den folgenden sechs Tagen war in der dritten Gruppe, die immer Futter am Ziel vorfand, ein deutlicherer Rückgang der Fehler zu registrieren als in den andern Gruppen. Die Fehlerzahl ging ab dem elften Tag dann auch in der dritten Gruppe (die ab diesem Zeitpunkt Futter am Ziel vorfand) stark zurück.

Wie Tolman bemerkt hatte, fingen alle Ratten, sobald sie ins Labyrinth gesetzt wurden, an, sich umherzubewegen. Dabei zeigten sie ein sehr deutliches Muster an Kombinationen von Abbiegerichtungen (links, rechts, links, rechts, links usw.). Eine Öffnung, die geradeaus vor der Ratte lag, wurde häufiger betreten als eine, die auf der Seite lag. Wenn eine Ratte aus einer Sackgasse kam, war es wahrscheinlicher, dass sie weiterging als dass sie wieder zurücklief.

Nichts an dem Verhalten der Ratten erscheint einem Verhaltensanalytiker ungewöhnlich: Man weiß, dass eine normale Ratte sich umher bewegt, statt still zu sitzen. Warum? – Eine sitzende Ratte ist in der Natur bald eine tote Ratte, denn sie wird entweder bald von einem Raubtier gefressen oder aber sie verhungert. Eine von Futter deprivierte Ratte, die still sitzt, wird nicht mit Futter in Kontakt kommen. Tolmans Ratten zeigten also das zu erwartende Explorationsverhalten, das hungrige Ratten nun mal zeigen. Die Ratten gingen in eine Sackgasse nicht zurück. Natürlich taten sie das nicht, denn dort hatten sie kein Futter gefunden, das heißt „den Weg zurücklaufen, wenn man kein Futter gefunden hat“ war nie verstärkt worden, weder im Leben der Ratte noch hätte es je in der Entwicklungsgeschichte der Ratten einen Überlebensvorteil bedeutet.

Die bis jetzt genannten Faktoren haben die Ratte also in Bewegung gesetzt: Sie läuft im Labyrinth umher und zeigt dabei eine zu erwartenden Variabilität im Verhalten mit den genannten Einschränkungen: Die Startbox öffnet sich und die Ratte fängt an umherzulaufen, recht-links oder links-rechts, sie läuft bis ans Ende eines Weges und sucht nach neuen Bereichen, ohne alte Bereiche mehrfach aufzusuchen. Soweit erklärt die Artgeschichte der Ratten das Verhalten zufriedenstellend.

Welche Kontingenzen bestimmen nun das Verhalten der Ratten in Tolmans Experiment? Tolman bemerkt, dass die Ratten eine Sackgasse, die sie schon untersucht hatten, nicht noch mal betraten. Das lässt den Verhaltensanalytiker an den Prozess der Bestrafung oder der Extinktion denken. Das Betreten einer Sackgasse ist die Folge eines Abbiegens an einer T-Kreuzung. Nehmen wir an, die Ratte bog nach links ab und landete in der Sackgasse. Dieses Verhalten hat bei einer Sackgasse zur Folge, dass die Bewegung zu einem Ende kommt. Die Ratte muss umdrehen. Wenn die Ratte bei späteren Gelegenheiten an dieselbe T-Kreuzung kommt, steht sie wieder vor der Entscheidung, links oder rechts zu gehen. Das Abbiegen nach links wurde zuvor jedoch (in dieser Situation) bestraft oder extingiert. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Ratte wieder links abbiegt, ist also herabgesetzt. Je öfter dies passiert, desto geringer wird die Wahrscheinlichkeit, an dieser Kreuzung links abzubiegen. Alles in allem biegt die Ratte nach und nach immer seltener falsch ab. Durch diese Vorgänge kommt das Verhalten der Ratte im Labyrinth unter Stimuluskontrolle. Bestimmte Kreuzungen werden diskriminative Stimuli für ein bestimmtes Verhalten (links oder rechts abbiegen, geradeaus laufen). Das ursprünglich stark variierende Explorationsverhalten wird so geformt. Nichts in den Daten von Tolman erfordert die Annahme einer „kognitiven Karte“.

Welche Bedeutung hat nun das Futter in dieser Situation? Offenkundig kann der Rückgang der Fehler in den ersten fünf Tagen nicht auf Futter zurückgeführt werden (denn er verläuft bei allen drei Gruppen gleichartig). Wenn Futter die einzig interessierende Variable wäre, dann gäbe es entweder keinen Rückgang der Fehlerrate bei den nicht-gefütterten Ratten oder aber einen viel stärkeren Rückgang der Fehler bei den gefütterten Ratten in den ersten fünf Tagen.

Eine andere Versuchsanordnung von Tolman und Honzik (1930b) bringt uns zur Lösung des Problems: Auch hier gab es drei Gruppen von Ratten: Eine fand nie Futter am Ende des Labyrinths, eine zweite Gruppe fand immer Futter. Die dritte Gruppe aber fand die ersten elf Tage über Futter am Ende des Labyrinths, die letzten elf Tage aber nicht mehr. Wieder gab es nach den ersten Tagen einen deutlichen Unterschied zwischen den Fehlerraten der Ratten, die Futter am Ende des Labyrinths fanden und denen, die keines fanden; die „gefütterten“ machten schneller weniger Fehler. Die Ratten der dritten Gruppe machten jedoch ab dem zwölften Tag auf einmal wieder viel mehr Fehler als zuvor. Die entsprechende Grafik ist nahezu eine Spiegelung der Grafik des ursprünglichen Versuchs. Was haben wir nun hier vorliegen? Unter Anwendung derselben Logik wie im ursprünglichen Experiment müsste man jetzt von „latentem Vergessen“ ausgehen. – Verhaltensanalytiker überrascht dieser Befund nicht: Nachdem das Verhalten, das zum schnellen Erreichen des Ziels führte, nicht mehr durch Futter verstärkt wurde, trat die aus Extinktionsexperimenten bekannte Varianz im Verhalten (wieder) auf.

Betrachten wir nun die Variable Futter im Rahmen einer Kontingenzmatrix: Das Futter machte im Grunde nicht nur das „Laufen zum Ziel“ wahrscheinlicher, es machte das Explorationsverhalten (oder anderes Verhalten, das nicht zum Ziel des Labyrinths führte) unwahrscheinlicher. Sobald gewissermaßen die „Konkurrenz“ durch das Futter weg fiel, ging das explorative Verhalten (und die damit verbunden „Fehler“ im Labyrinth) wieder auf sein altes Niveau.

Weitere Forschungen, die Tolmans kognitive Karte belegen sollen, stützen dieses Konzept nicht. O’Keefe und Nadel (1978) meinten, den Sitz der kognitiven Karten im Hippocampus zu finden, jedoch ließen sich diese Ergebnisse nicht bestätigen (Ellen, 1980).

Jensen (2006) bemerkt, dass der Reiz, den die recht einfache Metapher von der kognitiven Karte hatte, dazu führte, dass nach neuronalen Substraten dieser Karten gesucht wurde und Kombinationen von Metaphern zum Leben erweckt wurden (die Karte und der Computerprozessor), Die Autoren einführender Lehrbücher beziehen sich irrigerweise immer auf Tolman und Honzik (1930a, 1930b), wenn sie die kognitiven Karte besprechen. Tolmans Konzept der kognitiven Karte stützt sich jedoch auf seine Arbeit von 1946 (Tolman, Ritchie & Kalish, 1946). Hier wurde eine ganz andere Apparatur verwendet, ein sogenanntes Strahlenlabyrinth. Doch Olton (1979) stellt fest, dass sich die Ergebnisse dieser originalen Experimente zur kognitiven Karte nicht wiederholen ließen. Auch spätere Forschungen konnten das Konzept nicht wirklich stützen. Bennnett (1996) fasste die Theorien verschiedener Forscher zur kognitiven Karte zusammen und wertete die Forschungen aus. Sein Urteil ist eindeutig: Die kognitive Karte ist keine nützliche Hypothese, um das Verhalten von Menschen oder Tieren im Raum zu erklären. Der Begriff sollte vermieden werden.

Literatur

Bandura, A. (1986). Social foundations of thought and action. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

Bennett, A. T. D. (1996). Do animals have cognitive maps? Journal of Experimental Biology, 199, 219-242.

Ciancia, F. (1991). Tolman and Honzik (1930) revisited or the mazes of psychology (1930-1980). The Psychological Record, 41, 461-472.

Ellen, P. (1980). Cognitive maps and the hippocampus. Physiological Psychology, 8, 168-174.

Gleitman, H. (1981). Psychology. New York: Norton.

Hull, C. L. (1952). A behavior system: An introduction to behavior theory concerning the individual organism. New Haven, CT: Yale University Press.

Jensen, Robert. (2006). Behaviorism, latent learning and cognitive maps: Needed revisions in introductory psychology textbooks. The Behavior Analyst, 29(2), 187-209. PDF, 619 KB

Kosslyn, S. M. & Rosenberg, R. S. (2001). Psychology: The brain, the person, the world. Boston: Allyn & Bacon.

O’Keefe, J. & Nadel, L. (1978). The hippocampus as a cognitive map. Oxford: Clarendon Press.

Olton, D. S. (1979). Mazes, maps, and memory. American Psychologist, 34, 583-596.

Skinner, B. F. (1950). Are theories of learning necessary? Psychological Review, 57, 193-216.

Tolman, E. C. & Honzik, C. H. (1930a). Degrees of hunger, reward, and non reward, and maze learning in rats. University of California Publications in Psychology, 4, 241-256.

Tolman, E. C. & Honzik, C. H. (1930b). Introduction and removal of reward, and maze performance in rats. University of California Publications in Psychology, 4, 257-275.

Tolman, E. C.; Ritchie, B. F. & Kalish, D. (1946). Studies in spatial learning. I. Orientation and the short-cut. Journal of Experimental Psychology, 36, 13-24.

Zimbardo, P. G. (1988). Psychology and life (12th ed.). Glenview. IL: Scott, Foresman.