高校生物 条件付け—刺激の組合せと行動の結果から学習の成立条件を読む｜武蔵野個別指導塾

合図と刺激の組合せ、行動に続く結果を区別し、無対提示の対照から条件付けの成立を検討します。

よくあるのは、動物が餌をもらう前後という時刻だけを手がかりに、2種類の条件付けを決める場面です。しかし餌が出た時刻を知るだけでは、何が何に続いたのかが定まりません。合図と餌の関係なのか、動物の行動と餌の関係なのかを記録から取り出す必要があります。以下の資料は説明のための自作であり、数値は実在の動物の測定値ではありません。

何と何が結び付いたかを探す

出題の型は大きく3つあります。第一に、合図となる刺激と、もともと反応を起こす刺激の提示順を読み、合図への反応が変化したかを問う型です。第二に、ある行動の後にどんな結果が生じ、その行動の頻度がどう変化したかを問う型です。第三に、条件を変えた群を比べ、観察された変化をどこまで説明できるかを考える型です。

いずれも、行動名や餌という単語だけで分類しないことが出発点です。表には刺激、行動、結果の3つを別々に書き、矢印には時間順と条件の関係を添えます。行動の結果が次の行動の頻度に関わる場合と、刺激が別の刺激を予告する場合は、同じ餌を使っていても問いの中心が異なります。

2つの随伴性を図にする

図1のように、古典的条件付けでは、刺激同士の関係に注目します。たとえば、初めは特定の反応をあまり起こさない光を、もともとその反応を起こす刺激に先立って繰り返し提示します。その後、光を単独で示したときに反応が現れるようになれば、条件付けによる変化を考えます。光は条件刺激、もともと反応を起こす刺激は無条件刺激と呼びます。無条件刺激に対する反応は無条件反応、条件刺激への学習後の反応は条件反応です。

一方、オペラント条件付けでは、自発的に現れる行動と、その直後に生じる結果の関係を調べます。ある行動の後に餌が与えられ、その行動が増えた場合、餌はその条件下で行動を強める結果、すなわち強化子として働いたと考えます。強化は行動が増えることから判断します。餌が提示されたという事実だけでは、強化が成立したかは決まりません。

図1の矢印は、観察上の順序と条件の関係を示し、動物の意図を示すものではありません。光に続く刺激が行動の有無に関係なく与えられたのか、行動が起きたことを条件として餌が与えられたのかを、資料に戻って確認します。実際の行動には複数の過程が関わりうるので、情報が不足した記録から必ず一方に決められるとは限りません。

獲得とは、条件付けの過程で条件刺激への反応や特定の行動が現れやすくなることです。古典的条件付けの消去では、獲得後に条件刺激を無条件刺激なしで繰り返し提示すると、条件反応が弱まります。オペラント条件付けの消去では、それまで行動に続いていた強化子を与えなくすると、その行動の頻度が低下します。消去は記憶が完全に消えたと証明する言葉ではありません。時間をおいた後に反応が再び現れることもあり、測定した時点と条件を明記します。

刺激を組み合わせた群で反応が増えても、刺激を何度も受けた影響などが残ります。そこで無対提示対照を用います。これは条件刺激と無条件刺激を両方提示しながら、両者が一定の順序で結び付かないようにした条件です。提示回数などをそろえた上で、一定の順序で対にした群と比較します。無対提示でも偶然に近接する場合はありうるので、提示の記録を確かめ、差の解釈を慎重にします。動物を扱う操作の具体的な実施手順ではなく、ここでは資料の設計として考えます。

基本例題：合図を単独で調べる

ある自作資料で、2群の動物に音と餌を同じ回数提示しました。対提示群では毎回、音の後に餌を与え、無対提示群では音と餌の間に一定の対応を設けませんでした。餌の提示はどちらの群でも動物の行動を条件としません。提示前後に、音だけを聞かせたときの反応を調べました。10回の音提示のうち反応が見られた回数を図2に示します。提示後の両群の差を整数で求め、学習について比較から言えることを40字程度で述べてください。

図2の横軸は群と測定時点、縦軸は10回中の反応回数です。まず提示後の棒を読むと、対提示群は8回、無対提示群は3回です。差は8 − 3 = 5回となります。提示前は両群とも2回なので、前後の変化はそれぞれ6回と1回です。差を前後の変化で比べても6 − 1 = 5回となります。

答えは5回、記述例は「音と餌の対提示は、無対提示に比べて音への反応の増加に関係すると考えられる」です。音だけの試験で測っているので、餌そのものへの反応を数えたのではありません。また、餌は行動の有無によらず提示されるため、資料は刺激間の関係に注目した古典的条件付けの設計です。8回が10回中という分母を落として、別の試験回数の資料とそのまま比較しないようにします。

測定のばらつきや群の個体差が大きければ、差が見えても一般化の程度は限られます。提示順、測定時の環境、群の構成をそろえ、複数の個体や繰り返しの結果を調べると判断の根拠が増えます。音の提示後に餌が出るという規則以外にも条件が違えば、その違いが結果に関係した可能性を排除できません。

標準例題：行動の後を追跡する

次の自作資料では、区画内の動物の「板に触れる行動」を同じ長さの観察時間ごとに数えました。期間Aではその行動の後に餌を与えません。期間Bでは板に触れるたびに餌を与えます。期間Cでは再び餌を与えません。回数は順に4回、12回、5回でした。Bで強化が示唆される理由と、Cで消去が示唆される理由を、それぞれ行動と結果を含めて述べてください。

まずAとBでは、行動後に餌が得られる条件が異なり、回数は4回から12回に増えました。Bでは行動と餌の関係があり、その行動の増加が観察されたので、餌による強化が示唆されます。次にBとCでは、餌が行動に続かなくなり、回数は12回から5回に減りました。したがってCは、強化子を取り去った後の行動頻度の低下として消去が示唆されます。

ただし、順番が常にA、B、Cなので、時間経過による変化などが重なる可能性は残ります。餌を行動と無関係に与える比較群や、同じ期間を餌なしで観察する条件を設けると、行動と結果の随伴性をよりよく検討できます。観察時間の長さが違えば回数も変わりうるため、同じ長さで比べることも必要です。回数が5回に減ったことは、行動が二度と起きないことを意味しません。

別の整理法として、各期間を「行動後の餌」と「回数」の2列に書きます。Aは餌なし・4回、Bは餌あり・12回、Cは餌なし・5回です。この表から、刺激が別の刺激を予告するかではなく、行動の結果が変化していることを確かめられます。餌が行動より後という語だけで分類せず、行動が餌の条件になっている点を答案に入れます。

発展例題：対照が取り除く別の説明

自作の3群P、Q、Rに、光と振動を同じ回数提示しました。Pでは光の直後に振動を提示し、Qでは両者を一定の対応なしに提示し、Rでは光のみを提示しました。処理後に光だけを提示すると、一定の姿勢変化を示した割合はPが70%、Qが30%、Rが20%でした。処理前の割合はいずれも20%とします。PとQの比較が検討することと、QとRの比較で残る注意点を、それぞれ50字程度で述べてください。百分率の差は整数のポイントで答えます。

PとQは光と振動の提示回数をそろえ、対応の仕方を変えています。処理後の差は70 − 30 = 40ポイントです。処理前の差は0ポイントなので、差の変化も40ポイントです。対応のある提示が光への反応の増加に関係するかを検討できます。Pの70%をそのまま条件付けによる増加とするのは誤りで、処理前からの増加は70 − 20 = 50ポイントです。

QとRは振動の提示の有無が違い、処理後の差は30 − 20 = 10ポイントです。ただしこの差だけで振動の特定の作用を断定できません。提示の時刻や群の個体差など、資料でそろっていない条件があれば別の説明が残るからです。無対提示であっても偶然の近接がありうること、割合には個体数やばらつきの情報が必要なことも限界です。

反証を考えると、もし刺激を対にすることが無関係なら、他の条件を十分にそろえたときPとQの差は再現しにくいはずです。複数回の比較で差が一貫するかを見ると、1回の差だけに頼らずに済みます。逆に、Qでも光が振動を予告する規則が残っていれば、無対提示のつもりでも比較の意味が弱くなります。表の群名ではなく、実際の提示系列を読むことが必要です。

間違いを条件へ戻す

図3のように、「餌の前の反応は古典的、餌の後の反応はオペラント」と分類する答えは不十分です。原因は時刻の前後だけを見て、餌が何に依存して現れたかを見ていないことにあります。光の後に餌が与えられる場合でも、その提示が動物の行動に依存するなら、行動と結果の関係を調べる設計になりえます。

修正するときは、図3に示した2つの問いを順に置きます。まず合図と別の刺激の対応を調べ、次に行動が結果の条件かを調べます。資料に両方の情報がないときは、分類に必要な条件が不足すると答えます。「餌があるから強化」という誤答も、行動頻度の前後比較に戻すことで直せます。

もう1つの誤りは、条件反応が弱くなった結果をすべて消去と呼ぶことです。消去と呼ぶには、獲得後に条件刺激だけを繰り返したなど、対応する手続きが必要です。反応の低下は感覚の変化や疲労などでも生じうるため、低下の数値だけから原因を決められません。何を提示し、何を省いたかを確認します。

練習問題

以下はすべて自作資料です。割合の差は整数のポイント、回数は整数で答え、記述は各40字程度を目安にしてください。

1. 合図と別の刺激を対にした群は、合図単独への反応率が処理前15%、処理後55%でした。前後の増加は何ポイントですか。
2. 上の1とは別の資料で、対提示群の処理後の反応率は65%、無対提示群は25%でした。処理前は両群とも10%です。処理後の群間差と、前後の増加量の群間差を求めてください。
3. 行動の後に餌が出る期間の回数は、同じ観察時間で6回から15回に増えました。餌が強化子として働いたと考える根拠を述べてください。
4. 獲得後の合図を、もとの無条件刺激を伴わずに繰り返したところ、合図への反応が低下しました。この操作と変化を何と呼ぶか、理由とともに述べてください。
5. 合図の後に餌が出たという記録だけがあります。古典的条件付けかオペラント条件付けかを判断するために必要な追加情報を述べてください。

練習の答えと考え方

1. 55 − 15 = 40ポイントです。処理前の15%に40ポイントを加えると処理後の55%に戻ります。55%そのものを増加量としないようにします。
2. 処理後の差は65 − 25 = 40ポイントです。増加量は対提示群が65 − 10 = 55ポイント、無対提示群が25 − 10 = 15ポイントなので、その差も55 − 15 = 40ポイントです。両群とも処理前が10%だったことに戻して確かめます。
3. 解答例は「行動後に餌が与えられる条件で、同じ時間の行動回数が6回から15回に増えたため」です。増加は9回で、6回に戻して加えると15回です。他の条件の変化がないかも調べる必要があります。
4. 消去です。条件刺激だけを繰り返し、以前に続いていた無条件刺激を与えなくした後、条件反応が低下したためです。消去後に反応が完全に失われるとまでは結論できません。
5. 解答例は「餌が行動の有無に依存するか、合図と餌の提示関係がどう定められたか」です。時刻に加えて、結果を生じさせる条件が必要です。実際の提示記録に戻り、判断できるかを確かめます。

要点

条件刺激と無条件刺激の関係を調べるのが古典的条件付けです。 行動とその結果の関係を調べるのがオペラント条件付けです。 獲得後に対応を変えたときの反応低下を消去として検討します。 無対提示対照は刺激の提示と刺激間の対応を分ける助けになります。

答案が止まったら、まず本人の図に刺激、行動、結果を別の箱で書き、どの箱が次の提示の条件になっているかを確かめます。個別指導では、対提示群と無対提示群で同じ点と異なる点を指さして説明できるかを見ます。反応が減った資料なら、獲得後に何が省かれたかも尋ねます。矢印の意味を言葉に戻すと、条件付けの判断の根拠が見えてきます。