Archiv der Kategorie: Shaping

Tauben erkennen sich selbst im Spiegel

Auf Gallup (1970) geht der Spiegeltest (Markierungstest) zurück. Sich selbst im Spiegel zu erkennen, gilt als eine höhere Bewusstseinsleistung. Beim Spiegeltest wird an einer Stelle des Körpers, die das Tier (oder Kind) nicht sehen kann (beim Kind z. B. im Gesicht) und von diesem unbemerkt, eine Markierung angebracht (z. B. ein roter Fleck). Wenn das Kind oder Tier beim eigenen Anblick im Spiegel auf diese Markierung reagiert (z. B. versucht, sie sich wegzuwischen), hat es den Spiegeltest bestanden und damit Selbst-Bewusstsein demonstriert. Menschliche Kinder ab einem Alter von etwa zwei Jahren bestehen den Spiegeltest regelmäßig. Aber auch bestimmte Tierarten konnten den Spiegeltest erfolgreich absolvieren, darunter die großen Menschenaffen, möglicherweise auch Kapuzineräffchen. Bei den Vögeln zeigen Elstern das richtige Verhalten, Krähen und Dohlen dagegen bestehen den Test nicht zuverlässig. Gemeinhin werden phylogenetische Unterschied zwischen den Arten als Grund für das erfolgreiche und nicht-erfolgreiche Bestehen des Spiegeltests angeführt.

Epstein, Lanza und Skinner (1981) berichteten von erfolgreichen Spiegeltests mit Tauben, nachdem diese explizit darauf trainiert worden waren. Die Tauben lernten zunächst, nach einem Punkt zu picken der für sie sichtbar am Körper angebracht war. Zudem lernten sie, mittels eines Spiegels einen Punkt zu finden, den sie ohne Spiegel nicht sehen konnten. Im Experiment von Epstein et al. (1981) gelang es den Tauben, diese beiden Teilfertigkeiten anschließend im Spiegeltest zu integrieren und nach den am eigenen Körper, für sie nur im Spiegel sichtbaren Punkten zu picken.

Zwei andere, unveröffentlichte Studien (Gelhard et al., 1982; Thompson & Contie, 1986), über die in einem Buchkapitel berichtet wird (Thompson & Contie, 1994), konnten die Ergebnisse von Epstein et al. (1981) nicht replizieren. Über die Versuche werden jedoch nur wenige Details berichtet, sodass es schwer fällt, den Grund für das Scheitern der Versuche zu bestimmen. Die Tauben von Epstein et al. (1981) waren erfahrene Versuchstiere, die bereits in vielen Experimenten zum operanten Konditionieren eingesetzt worden waren. Die Tauben in den gescheiterten Versuchen waren dagegen relativ naiv. Zwei andere unveröffentlichte Studien (Cardinal et al., 1999; Christensen et al., 2004) berichten davon, dass die verwendeten Tauben den Spiegeltest bestanden hatten, doch werden auch hier zu wenige Details berichtet, als dass belastbaren Schlussfolgerungen möglich wären.

Uchino und Watanabe (2014) trainierten zwei Tauben, die bereits seit längerem als Versuchstiere dienten. Die Tauben trugen einen grauen Kragen, der verhinderte, dass sie einen bestimmten Bereich unter ihrer Brust sehen konnten. Zudem trugen sie eine Art Strumpf über dem Körper, auf dem später die Punkte angebracht wurden. Der Strumpf sollte verhindern, dass die Taube durch die Berührung beim Anbringen des Punktes „wissen“ konnte, wo sich der Punkt befand. In der ersten Phase des Experiments lernten die Tauben, auf eine blaue Markierung zu picken, die sich an der Stirnseite des Versuchskäfigs befand. In der zweiten Phase wurden sie trainiert, auf einen blauen Punkt an ihrem eigenen Körper zu picken. Der Punkt war an der Schulter, dem Flügel oder einer anderen Stelle des Körpers angebracht, die von der Taube trotz des Kragens eingesehen werden konnten. Diese Markierung wurde im Lauf dieser Phase mehrfach immer wieder an anderen Stellen des Körpers angebracht. In der dritten Phase wurde an der hinteren Seite des Käfigs ein Spiegel angebracht. An der Vorderseite befanden sich zwei Schalter. Wenn die Taube sich im Käfig nach hinten orientierte und in den Spiegel sah, war einer der beiden Schalter kurz erleuchtet. Sobald die Taube sich umdrehte, waren die Schalter wieder dunkel. Nur wenn die Taube dann auf den zuvor erleuchteten Schalter, den sie im Spiegel gesehen hatte, pickte, erhielt sie Futter. Diese drei Phasen des Versuches wurden mehrfach wiederholt, sodass die Tauben in den Teilfertigkeiten des Spiegeltests gut trainiert waren.

Anschließend absolvierten die Tauben den Spiegeltest. Siebenmal war dabei der Spiegel frei, siebenmal war er umgedreht, sodass die Taube ihn nicht nutzen konnte. Die Tauben erhielten während des Tests keine Verstärker. Während jedes Versuchsdurchgangs befand sich ein blauer Punkt direkt unterhalb des grauen Kragens auf dem Strumpf, den die Taube trug, in dem Bereich, den die Taube nicht einsehen konnte. Die Forscher nahmen die Spiegeltest mit Video auf und ließen das Verhalten der Tauben durch unabhängige Beobachter auswerten. Die Tauben zeigten während der Testphase die unterschiedlichsten Verhaltensweisen, darunter auch viele „normale“, taubentypische Verhaltensweisen (wie das Scharren, Flügelschlagen usw.), die mit dem Experiment nichts zu tun hatten. Alle diese Verhaltensweisen zeigten die Tauben unabhängig davon, ob der Spiegel zu sehen war oder nicht, etwa gleich häufig. Einzig bei zwei Verhaltensweisen gab es Unterschied zwischen den Tests, bei denen der Spiegel zur Verfügung stand und bei denen er umgedreht war: Die Tauben beugten sich insgesamt 21 (Taube 1) und 39mal (Taube 2) nach dem Punkt und sie pickten fünf (Taube 1) und neunmal (Taube 2) nach dem Punkt, den sie nur mit Hilfe des Spiegels sehen konnten – nur dann, wenn der Spiegel zur Verfügung stand. War der Spiegel nicht vorhanden, beugten sich die Tauben kein einziges Mal nach dem Punkt und sie pickten auch nicht danach. Der Versuch wurde dadurch etwas verfälscht, dass der Kragen mehrmals über den Punkt rutschte, wenn die Taube sich vorbeugte, um auf den im Spiegel gesehenen Punkt zu picken. Ansonsten wären vermutlich noch deutlich mehr „Picks“ auf den Punkt zu verzeichnen gewesen.

Warum funktionierte der Versuch bei Uchino und Watanabe (2014), nicht aber in einigen anderen Fällen zuvor? – Die Tauben von Uchino und Watanabe (2014) waren erfahren Versuchstiere. Interessant ist der Umstand, dass Taube 1, die die etwas schlechteren Ergebnisse erzielte, die weniger erfahrene Versuchstaube war. Das Training zur Vorbereitung des Spiegeltest war bei Uchino und Watanabe (2014) sehr intensiv. Die Tauben konnten die Teilfertigkeiten des Spiegeltest ausgiebig üben, ehe im eigentlichen Test ihre „Transferleistung“ gefragt war. Andere Autoren gingen davon aus, dass die Deutlichkeit der Markierung für den Erfolg beim Spiegeltest von Bedeutung ist. Das intensive Training, so Uchino und Watanabe (2014), könnte das deutliche Erkennen der Markierung begünstigt haben.

Toda und Watanabe (2008) brachten Tauben bei, zwischen Videoaufnahmen, die sie selbst „live“ zeigten und anderen Videos zu unterscheiden. Später zeigten sie den Tauben zeitlich leicht versetzte Videoaufnahmen von sich selbst. Auch jetzt gelang es den Tauben, diese Aufnahmen von anderen Aufnahmen zu unterscheiden. Je größer jedoch die Zeitverzögerung der Videoaufnahmen war, desto schlechter wurde die Diskriminationsleistung der Tauben. Uchino und Watanabe (2014) vermuten daher, dass die „Selbst-Erkenntnis“ der Tauben im Spiegeltest durch die zeitliche Kontiguität des eigenen Verhaltens und des Verhaltens im Spiegel begünstigt wird.

Tauben bewältigen Aufgaben, bei denen sie ein Exemplar dem Muster zuordnen müssen (matching to sample). Dazu sind sie über viele Variationen hinweg, generalisiert in der Lage. Auch das Konzept der Symmetrie scheint ihnen zugänglich. Im Spiegeltest müssen die Tauben ein Exemplar (den Punkt, den sie im Spiegel sehen) einem Muster (dem Punkt am eigenen Körper) zuordnen.

Wieder einmal (vgl. auch Watanabe et al., 1995) stellen Tauben unter Beweis, dass auch sie, die richtigen Bedingungen in der Umwelt und entsprechendes Training vorausgesetzt, in der Lage sind, hochkomplexe, scheinbar „kognitive“ Leistungen zu vollbringen. Angesichts der geringen Größe des Taubenhirns sollte das einigen kognitiven Neurowissenschaftlern zu denken geben.

Videoclips des Versuchs finden Sie hier.

Literatur

Cardinal, C. D.; Allan, R. W. & DeLabar, J. S. (1999). Self-recognition in the pigeon: A replication and controls. Paper presented at the Annual Meeting of the Association for Behavior Analysis, Chicago, IL.

Christensen, C. J.; Sanders, R. B. & Cheney, C. D. (2004). Self-recognition in the pigeon: An objective model for learning through experience. Poster presented at the Annual Meeting of the California Association for Behavior Analysis, San Francisco, CA.

Epstein, R.; Lanza, R. P. & Skinner, B. F. (1981). “Self-awareness” in the pigeon. Science, 212(4495), 695-696. doi:10.1126/science.212.4495.695.

Gallup, G. G. (1970). Chimpanzees: self-recognition. Science, 167(3914), 86-87. doi:10.1126/science.167.3914.86.

Gelhard, B. S.; Wohlman, S. H. & Thompson, R. K. R. (1982). Self-recognition in the pigeon: a second look. Paper presented at the Northeast Regional Meeting of the Animal Behavior Society.

Thompson, R. K. R. & Contie, C. (1986). Further reflections on mirror usage by pigeons. Paper presented at the Annual Meeting of the Psychonomic Society, New Orleans.

Thompson, R. K. R. & Contie, C. (1994). Further reflections on mirror-usage by pigeons: lessons learned from Winnie-the-Pooh and Pinnochio too. In S. T. Parker, R. W. Mitchell, & M. L. Boccia (Eds.), Self-recognition in animals and humans: developmental perspectives (pp. 392-409). Cambridge: Cambridge University Press.

Toda, K. & Watanabe, S. (2008). Discrimination of moving video images of self by pigeons (Columba livia). Animal Cognition, 11(4), 699-705. DOI: 10.1007/s10071-008-0161-4

Uchino, E. & Watanabe, S. (2014). Self-recognition in pigeons revisited. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 102(3), 327-334. doi: 10.1002/jeab.112

Watanabe, S.; Sakamoto, J. & Wakita, M. (1995). Pigeons‘ discrimination of paintings by Monet and Picasso. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 63(2), 165-174. doi: 10.1901/jeab.1995.63-165 PDF, 1,25 MB

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Tagteach beim Tanzen

Ähnlich wie beim „Clicker-Training“ nutzt man auch beim „Tagteach“ einen konditionierten Verstärker. Der „Tag“ (Markierer) ist in der Regel ein kurzes Geräusch (auch ein Clicker wird gerne verwendet), mit dem man bestimmte, erwünschte Verhaltensweisen markiert. Die unmittelbare zeitliche Nähe von Verhalten und Markierung erleichtert das Lernen. Bei menschlichen Versuchspersonen muss man in der Regel den Clicker nicht „aufladen“ (mittels eines primären Verstärkers zum konditionierten Verstärker machen). Bei Versuchspersonen, die bereits sprechen können, genügt es zumeist, wenn man der Person, die mittels Tagteach etwas lernen soll, vorher sagt, dass der „Click“ anzeigt, dass das gerade gezeigte Verhalten „richtig“ war. Diese Instruktion wirkt dabei als etablierende Operation (establishing operation), durch die das Klickgeräusch (regelgeleitet) zum Verstärker wird.

Quinn et al. (2015) berichten vom Einsatz des Tagteaching bei vier Mädchen im Alter von sechs bis neun Jahren, die in einem Studio Jazztanz lernten. Zur Didaktik des Tanzens gibt es recht wenig empirische Untersuchungen (Nemecek & Chatfield, 2007). Die meisten Tanzlehrer setzen unbewusst vor allem aversive Techniken (Bestrafung und negative Verstärkung) ein: Wenn die Schülerin alles richtig macht, wird sie nicht geschimpft. Der zeitliche Bezug (die Kontiguität) zwischen dem Verhalten (der jeweiligen richtigen oder falschen Tanzbewegung) ist dabei meist sehr schwach, die Rückmeldung erfolgt unsystematisch und zeitverzögert. All das erschwert das Lernen.

Tagteach ist schon bei anderen Sportarten, bei denen es auf gute Körperbeherrschung ankommt, erfolgreich eingesetzt worden, z. B. beim Golfspielen (Fogel et al., 2010) und beim Schießen (Mononen, 2007).

Quinn et al. (2015) nutzen das verhaltensorientierte Fertigkeitstraining (Behavioral Skills Training, BST), um den Tanzlehrerinnen das Tagteaching zu vermitteln. Anschließend erklärten die Tanzlehrerinnen die Schülerinnen, was es mit dem „Tagger“ (dem Clicker) auf sich hat: Immer, wenn die Schülerin eine Bewegung, die ihr zuvor erklärt wurde, richtig ausführte, wird sie unmittelbar dieses Geräusch hören. Den Schülerinnen wurde der Einsatz des Taggers demonstriert und sie durften ihn auch selbst verwenden, um das Verhalten der Lehrerin zu formen. Anschließend wurde der Tagger im normalen Unterricht eingesetzt. Dabei wurde das Tagging im Schnitt nur vier Minuten lang pro Bewegungsart und pro Woche eingesetzt, in der restlichen Zeit fand normaler Unterricht statt.

Die Lehrerin erklärte zunächst immer, was in der folgenden Übung der „Tag-Punkt“ sein solle (z. B. „Der Tag-Punkt ist: Zehen zum Knie“). Bei der jüngsten Schülerin erwies sich der Tagger alleine als nicht ausreichend, um eine stabile Verhaltensänderung zu erreichen. Das Tagging wurde daher durch ein Token-System ergänzt. Für jedes „Click“ erhielt die Sechsjährige einen Punkt, sie konnte ihre Punkte am Ende der Stunde gegen ein kleines Geschenk (einen Aufkleber oder eine Süßigkeit) eintauschen.

Die Forscher untersuchten die Wirkung des Tagteaching bei drei verschiedenen Bewegungsarten, die die Kinder lernen sollten (Drehen, Springen, Schwingen). Das Tagteaching wurde bei jeder dieser Verhaltensweisen zeitversetzt eingeführt, in der Form eines Multiplen-Basisratendesigns. Die Schülerinnen verbesserten ihre Leistungen in den einzelnen Verhaltensweisen mit Beginn des Tagteaching jeweils deutlich und dauerhaft. Der Anteil korrekt ausgeführter Bewegungen verbesserte sich, je nach Schülerin und geforderter Bewegungsart um 20 % bis 50 % innerhalb weniger Termine.

Die Schülerinnen und die Lehrerinnen wurden zudem auch nach ihrer Einschätzung bezüglich des Tagteaching befragt (soziale Validität des Verfahrens). Die Kinder äußerten übereinstimmend, dass das Tagteaching ihnen dabei half, sich zu konzentrieren und dass es besser als der normale Unterricht sei. Die Lehrerinnen verglichen Videoaufnahmen von vor und nach dem Tagteaching und bewerteten das Verfahren ebenfalls als sehr hilfreich.

Literatur

Fogel, Victoria A.; Weil, Timothy M. & Burris, Heather. (2010). Evaluating the efficacy of TAGteach as a training strategy for teaching a golf swing. Journal of Behavioral Health and Medicine, 1(1), 25-41.

Mononen, Kaisu. (2007). The effects of augmented feedback on motor skill learning in shooting. Studies in Sport, Physical Education, and Health, 122, 1-63. DOI: 10.1080/0264041031000101944

Nemecek, Sarah M. & Chatfield, Steven J. (2007). Teaching and technique in dance medicine and science. A descriptive study with implications for dance educators. Journal of Dance Education, 7(4), 109-117. doi: 10.1080/15290824.2007.10387348

Quinn, Mallory J.; Miltenberger, Raymond G. & Fogel, Victoria A. (2015). Using tagteach to improve the proficiency of dance movements. Journal of Applied Behavior Analysis, 48(1), 11-24. DOI: 10.1002/jaba.191

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Hunde erkennen Krankenhauskeime

Hunde (und andere Tiere) können mit ihrem überlegenen Geruchssinn das Vorhandensein von Krankenhauskeimen anzeigen – wenn sie dazu mit verhaltensanalytischen Methoden trainiert wurden.

Clostridium difficile ist ein Darmbakterium, das vor allem in Krankenhäusern immer wieder zu schweren Erkrankungen führen kann. Das Vorhandensein von C. difficile im Stuhl wird üblicherweise durch eine Zellkultur nachgewiesen. Dieser Test ist sehr sensitiv, mit ihm können fast alle Fälle einer Infektion nachgewiesen werden. Er gilt aber auch als nicht sehr spezifisch, d. h. auch Proben, die eigentlich kein C. difficile enthalten, werden gelegentlich als „positiv“ erkannt. Der Test benötigt rund ein bis zwei Tage Zeit, bis er ein Resultat liefert. Vom Auftreten erster Symptome (z. B. Durchfall) bis zum Beginn der Behandlung vergehen daher, verschiedenen Studien zufolge, im Schnitt zwischen 2,8 und 7,7 Tagen. Bis dahin hat der Keim reichlich Gelegenheit, sich weiter auszubreiten.

C. difficile kann von erfahrenem Krankenhaus- und Laborpersonal auch am Geruch der Stuhlprobe des Patienten erkannt werden. Angeblich riecht eine entsprechende Probe leicht nach Pferdemist. Geschultes Personal kann infizierte Proben mit einer Trefferquote von 55 % bis 82 % (Sensitivität) korrekt identifizieren, nicht infizierte Proben werden zu 77 % bis 83 % (Spezifität) als solche erkannt.

Bild von einem Hund

Hunde verfügen über einen hervorragenden Geruchssinn

Hunde können um ein Vielfaches besser riechen als Menschen. Ein Team niederländischer Forscher (Bomers et al., 2012) trainierte den zweijährigen Beagle Cliff darin, den Geruch von C. difficile anzuzeigen. Zunächst wurden kleine Holzstäbchen über Nacht über einer Kultur mit C. difficile aufgehängt, sodass diese den Geruch annehmen konnten (später sollte sich zeigen, dass es genügt, die Holzstäbchen für nur fünf Minuten über die Petrischale zu halten). Cliff wurde sodann an den Holzstäbchen vorbeigeführt und nach und nach (durch die verhaltensanalytische Methode des Shaping) darin trainiert, sich dann vor dem Holzstäbchen auf den Boden zu setzen oder zu legen, wenn dieses Holzstäbchen nach C. difficile roch. War seine Wahl korrekt, wurde er mit kleinen Futterhappen belohnt. Dies wurde in verschiedenen Umgebungen mit verschiedenen Trägermaterialen (statt des Holzstäbchens) trainiert, die Intensität des Geruchs wurde nach und nach verringert. Nach diesem Training war Cliff in der Lage, Stuhlproben mit C. difficile zu 100 % (Sensitivität) richtig zu identifizieren. Bei keiner Stuhlprobe ohne C. difficile zeigte Cliff fälschlich das Vorhandensein des Bakteriums an (100 % Spezifität). Cliff benötigte für seine Entscheidung zudem nur wenige Sekunden.

Die Forscher gingen noch einen Schritt weiter. Auf einem Krankenhausflur, in dessen Zimmern mehrere Patienten mit und ohne eine Infektion mit C. difficile untergebracht waren, übte Cliff, ob er auch hier die Anwesenheit des Keims allein aufgrund des Geruchs, den die Patienten ausströmten, anzeigen konnte. Cliff sollte sich vor die geöffnete Tür des Krankenzimmers setzen oder legen, wenn er C. difficile roch. Auch dies gelang ihm mit erstaunlicher Sicherheit: 25 von 30 Patienten, die C. difficile in sich trugen, konnte er richtig identifizieren (Sensitivität 83 %). Bei 265 von 270 Patienten, die keine Infektion mit C. difficile hatten, zeigte Cliff dies auch richtig an, indem er an deren Zimmer vorbeilief, ohne sich hinzusetzen oder zu legen (Spezifität 98 %). Für das Screening der Patienten eines Krankenhausflures benötigte Cliff im Schnitt weniger als zehn Minuten.

Literatur

Bomers, Marije K.; van Agtmael, Michiel A.; Luik, Hotsche; van Veen, Merk C.; Vandenbroucke-Grauls, Christina M. J. E. & Smulders, Yvo M. (2012). Using a dog’s superior olfactory sensitivity to identify Clostridium difficile in stools and patients: Proof of principle study. BMJ, 345 (e7396), 1-8. doi: 10.1136/bmj.e7396. PDF 625 KB

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Tauben spielen Tischtennis

Immer wieder schön: Was man mit Shaping alles hinkriegt… Zu Ehren von B. F. Skinner, der heute vor 24 Jahren starb.

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18/08/2014 · 21:32

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.

Ein Kommentar

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Bärendressur mittels kontingenter Verstärkung mit Futter

Wenn Bären dressiert wurden, kam dabei in der Regel massive Gewalt zur Anwendung. Diesem Herrn ist es gelungen, seinem Bären mittels kontingenter Gabe von essbaren Verstärkern etliche, ganz erstaunliche Kunstsstücke beizubringen, anscheinend ohne den Einsatz aversiver Reize (ob das alles überhaupt sein muss, will ich nicht beurteilen).

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06/07/2013 · 08:47

Verhaltensanalyse in der Neurorehabilitation

Constraint-Induced-Movement-Therapie : Die eingeschränkte Bewegungsfähigkeit nach einem Schlaganfall lässt sich durch eine verhaltensanalytisch fundierte Rehabilitationsmethode wieder herstellen.

Die Constraint-Induced-Movement-Therapie basiert auf der Annahme, dass einseitige Bewegungseinschränkungen aufgrund eines Schlaganfalls oder einer anderen Verletzung oder Erkrankung auch das Resultat eines gelernten Nicht-Gebrauchs sind. Die betroffene Person kann bspw. den gelähmten Arm nicht so gut benutzen wie den nicht-gelähmten und nutzt daher fast ausschließlich den nicht-gelähmten Arm. Sie verlernt so nach und nach, den „gelähmten“ Arm zu benutzen. Diese Einschränkung der betroffenen Extremität ist größer als aufgrund des Schadens im Zentralnervensystem zu erwarten wäre. Der Ansatz der Constraint-Induced-Movement-Therapie besteht nun darin, den Patienten dazu zu bringen, das betroffene Körperteil zu nutzen, indem das nicht-betroffene Körperteil daran gehindert wird „mitzuhelfen“, z. B. indem es fixiert wird. Dieses Verfahren erwies sich bereits im Tierversuch als ausgesprochen wirksam (vgl. auch MPI für biologische Kybernetik, 2013; insbesondere bezüglich der unredlichen Reaktion der „Tierschutz“-Organisation „PETA“).

Über 300 Studien aus mittlerweile 25 Jahren, darunter solche von hoher methodischer Qualität (randomisierte und kontrollierte Studien, sog. RCT, z. B. Wolf et al., 2006) konnten die Wirksamkeit der Constraint-Induced-Movement-Therapie eindrucksvoll belegen. Auch Jahre nach der Schädigung sind so noch Verbesserungen möglich (im Schnitt 4,4, Jahre bei Taub et al., 1994).

Edward Taub (2012), der Begründer der Constraint-Induced-Movement-Therapie, legt in einem Artikel für die Zeitschrift The Behavior Analyst die verhaltensanalytischen Ursprünge dieser Therapie dar. Neben der Bewegungseinschränkung des nicht-betroffenen Körperteils spielte von Anfang an die Verhaltensformung (Shaping) beim betroffenen Körperteil eine große Rolle. Dabei werden die Prinzipien verhaltensanalytischen Trainings beachtet, so der Fortschritt in kleinen Schritten, der ausschließliche Einsatz von positiver Verstärkung u. v. m. Mittlerweile wird die physische Bewegungseinschränkung des nicht-betroffenen Körperteils in der Regel durch einen Verhaltensvertrag zwischen Therapeut und Patient ersetzt. Der Patient wird nicht mehr durch einen Verband o. ä. daran gehindert, das nicht-betroffene Körperteil zu nutzen, sondern durch „sein Wort“. Neben den Bewegungseinschränkungen können mit dieser verhaltensanalytisch fundierten Therapie auch zahlreiche andere Ausfälle erfolgreich behandelt werden, darunter auch sprachliche (Aphasien) und Phantomschmerzen.

Taub (2012) berichtet, dass er trotz der überwältigenden Evidenz für den Erfolg der Constraint-Induced-Movement-Therapie immer wieder auf Ablehnung trifft. Ein Arzt sprach ihn z. B. im Anschluss an einen Vortrag an und äußerte, dass es nicht sein könne, dass ein verhaltensorientierte Maßnahme eine neurologische Schädigung heilen könne. Die Plastizität des Gehirns aber macht dies möglich.

Literatur

MPI für biologische Kybernetik. (2013). Constraint-Induced Movement Therapy. Internetressource, Abruf am 26.4.2013.

Taub, Edward. (2012). The behavior-analytic origins of constraint-induced movement therapy: An example of behavioral neurorehabilitation. The Behavior Analyst, 35(2), 155-178. PDF 653 KB

Taub, Edward; Cargo, Jean E.; Burgio, L.ouis D.; Groomes, Thomas E.; Cook, Edwin W. III; DeLuca, Stephanie C. & Miller, Neal E. (1994). An operant approach to rehabilitation medicine: Overcoming learnd nonuse by shaping. Journal of the Experimental Analysis of Behavior, 61(2), 281-293. PDF 1,94 MB

Wolf, Steven L.; Winstein, Carolee J.; Miller J. Philip; Taub, Edward; Uswatte, Gitendra; Morris, David; Giuliani, Carol; Light, Kathye E. & Nichols-Larsen, Deborah. (2006). Effect of constraint-induced movement therapy on upper extremity function 3-9 months after stroke: The EXCITE randomized clinical trial. Journal of the American Medical Association, 296(17), 1095-2104.

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