A kutya meséje: a tanulás feltalálása

De jó-e az, hogy minden fájdalmas esetben visszarántjuk kezünket, lábunkat? Aki nyúlt vagy lépett már szederbokorba, és megszúrta a tüske tudja, hogy nem jó ötlet mindig reflex-szerűen visszakapni kezünket, hiszen akkor a visszahajló tüske csak még mélyebbre fúródhat a bőrünkbe. Egy drágább példa: képzeljük el, hogy nagymamánk megkér, a család féltett kincseként őrzött levesestálat vigyük a konyhából az ebédlő asztalra. Sajnos Nagyi a tűzforró levest merte bele, és ahogy visszük elkezdi egyre jobban égetni a kezünket. Nyilván legyűrjük a reflexet és legalább a legközelebbi bútorig szaladunk vele letesszük, nem pedig elhajítjuk.

A két példából érezhető, hogy a merev idegrendszeri válaszok egy ideig hasznosak, de egy idő után gondokhoz vezetnek, nem elegek. Az evolúció során hasonló „érvek” szóltak a mellett, hogy az élőlények válaszai ne merevek, hanem módosíthatók legyenek, az idegsejtek kapcsolatai ne előre meghatározottak, hanem változtathatók legyenek. Hogyan is oldotta meg ezt a természet? Az asszociatív tanulási szabállyal.

Ezzel már biztos találkozott mindenki, ha nem is ilyen formában kimondva. Pavlov kutyájáról van szó. Mond valamit?
A komoly arcszőrzettel rendelkező Ivan Pavlov, akit ma bármaly hipster helyen szívesen látnk, orosz élettanászként 1904-ben kapott Nobel díjat az emésztés élettanának vizsgálatáért. Számos megfigyelése közül számunkra a feltételes reflex leírása fontos. Mi is ez?
„A nyál összefut a számban” mondást járta körül Pavlov, aki kutyákat használt kísérleti alanyokként. Mint ahogy nekünk összefut a nyálunk amikor megpillantunk egy ízletesnek ígérkező ételt, vagy megérezzük annak illatát, a kutyáknak is elkezd folyni a nyála, ha megérzik vagy meglátják az ételt. Mivel ez mindig - azaz feltétlenül - bekövetkezik, ezért az illat a feltétlen inger és a nyálelválasztás a feltétlen válasz. Pavlov miközben az emésztés rejtelmeit vizsgálta megfigyelte, hogy számos esetben a kutya nyála máskor is megindul. Az ember agya (különösen a kutatóké) ugye mindig összefüggéseket keres, nagyon érzékeny a korrelációkra, időbeli összefüggésekre (erről majd bőven lesz szó később). Hamar rá is jött az összefüggéseket kereső agyával - amire már a vásári állatidomárok és állattartó gazdák évezredek óta rájöttek -, hogy az állatok agya is érzékeny két inger időbeli együttállására. Gyerekkoromban onnan tudtam, hogy édesanyám hamarosan hazaérkezik a munkából, hogy tengerimalacaink elkezdtek visítani. Az állatkák meghallották amikor a 300 méterre levő buszmegállóban édesanyám leszáll és dohányos köhögésével elindul hazafelé. Még öt perc volt hátra mire hazaért, de ők már visítoztak örömükben, mert megtanulták, hogy ez a távoli zaj hamarosan salátalevelet, répát vagy káposztatorzsát eredményez.
Pavlov ezt a jelenséget formalizálta, boncolta fel és pontosította kísérlettel. Keresett egy ingert, ami a kutyáknál nem váltott ki alapban nyálelválasztást. Ez esetében csengőszó volt. Kiinduláskor, ha húst mutogatott a kutyáknak (feltétlen inger) az ebek nyálzottak (feltételen válasz). Ha csengetett akkor nem nyálzottak. Azonban, ha nem sokkal a csengőszó után húst mutogatott (oda is adta a kutyáknak) akkor néhány alkalom (társítás) után az állatok már akkor elkezdtek nyáladzani amikor a csengőszót meghallották, hús már nem is kellett a nyáladzáshoz. Mivel a csengőszóra való nyáladzásnak kezdetben (de később már nem) feltétele volt a hús is, ezért azt az ingert (csengőszó) feltételes ingernek nevezte el és az általa kiváltott választ feltételes reflexnek.

A XIX-XX század fordulóján a kutatók – lévén az emberi tudáshalmaz még jelentősen kisebb volt – még megengedhették maguknak, hogy széleseb látókörben gondolkodjanak. Pavlov a feltételes reflexből levont következtetéseit a nyelvre is kiterjesztette és kialakította az első és második jelzőrendszer fogalmait. Az ember a környezetből és a belső ingerek megszerzésére érzékszerveit, az elsődleges jelzőrendszert használja. A második, kifinomultabb jelzőrendszer a nyelvet és a fogalmakat használja arra, hogy az elsődleges jelzőrendszer ingereit leírja, helyettesítse, reprezentálja. Ugye ez egy nagyon fontos gondolat, valami valóst, konkrétat egy elvont, virtuális dologgal helyettesítünk (mint ahogy telefonunk kamerája a képet bitekkel). Ez rengeteg lehetőséget nyit meg. Nem kell elmutogatnunk tárgyakkal vagy mások rugdosásával, hogy hogyan kell valamit összerakni, vagy fáj ha ezt meg ezt csináljuk. És persze további szintekre is lehet lépni a helyettesítésben. Mindenki ismeri a viccet arról, amikor a bolondok házában vicceket mesélnek. Ugye itt már nem is a viccet mondják el, hanem csak a vicc számát. Magát a történetet is helyettesítették egy számmal. De ne vágjunk elébe, a negyedik részben lesz még bőven szó a reprezentációkról.

Pavlov feltételes reflexét és a másodlagos jelzőrendszert a kutyatrénerek és a gyakorló szülők is hatékonyan használják a mindennapi életben. Kutyákat és gyerekeket sok mindenre rá lehet vezetni jutifalival, simogatással és dicsérettel. Ugye amikor egy kutya vagy gyermekünk helyesen cselekszik és azt megerősítjük valami feltétlen ingerrel (kutyakeksz vagy csoki) akkor agyukban a helyes cselekedethez rögzül a jutalmazás, ami itt az elsődleges jelzőrendszeren keresztül történik. Ugye se kutyánkat, se csemeténket nem akarjuk kerekre hizlalni, ezért az elsődleges jutalmazást kutyáknál egy simogatás, gyerekeknél egy „de ügyes vaaaagy!” váltja le. Ugye ez a csere is feltételes reflexen keresztül történi. A jutifalival egyidőben megpaskoljuk a kutyát, csemeténknek meg fennhangon lelkesedünk, miközben ölelgetjük, így egy idő után a dicséret is hasonló jutalomnak számít. [Megjegyzendő, bár vélem mindenki tudja, hogy a főemlősöknél (és kisebb mértékben a kutyáknál is) fontos az érintés, tehát már egy ölelés vagy simogatás is elsődleges jutalmazó, csak sokszor a jutifali/csoki egyszerűbb, illetve apróbb sikerek jelzésére tartogatjuk.]

A következő nagy lépést Donald O. Hebb kanadai pszichológus tette meg. Ő a neurobiológia, azaz az agyműködés sejtszintű értelmezése és a pszichológia, azaz a viselkedés és gondolkodás értelmezése közötti híd, a neuropszichológia egyik megteremtője. A neuropszichológia azt a nézőpontot alapozza meg, hogy mentális folyamatainkat (gondolkodásunk, érzelmeink, döntéseink) az agyban lejátszódó fizikai folyamatok okozzák, azaz a tudat az agyműködés eredménye. Ezzel ugye elveti a dualisták nézőpontját (én is, én is...) miszerint az elme és az agy két független dolog. Hebb mind kutatóként, mind tanárként figyelemreméltó örökséget hagyott maga után. Gimnazista korom meghatározó olvasmánya volt 1949-ben megjelent műve: The Organization of Behavior, mely magyar fordításban: A pszichológia alapkérdései címmel számos kiadásban jelent meg. Mindenkinek ajánlom, hogy merüljön el benne.
Számunkra itt és most fontos, hogy részben a Pavlovi eredmények, részben saját tapasztalatai alapján, megfogalmazta a tanulás általános szabályát, melyet azóta, mint Hebb szabály ismerünk:

„Amikor A sejt axonja elég közel van B sejthez ahhoz, hogy azt gerjessze, és ismételten vagy tartósan részt vesz annak aktiválásában, akkor az egyik vagy mindkét sejtben valamilyen növekedési folyamat, vagy anyagcsere-változás megy végbe, melynek hatására A hatékonyabban lesz képes a számos bemenet közül arra, hogy B sejtet aktiválja.”

Igazából ezt a szabályt az agyműködés számos szintjén meg lehet figyelni: Ha két agyi egység időben egyszerre aktív akkor a közöttük levő kapcsolat megerősödik és hatékonyabban váltják ki egymás aktiválódását. Ezek az egységek lehetnek: két fogalom, két viselkedés, két agyterület vagy ahogy ez kiderült a folyamatok alapjául szolgáló két idegsejt. Szerintem ez az agyműködésnek egy olyan alapvető alap mechanizmusa, mint Darwin természetes kiválasztódási mechanizmusa. Hebb felismeréséért érdemelt volna egy Nobel díjat, de sajnos nem kapta meg.

Hogy Hebb javasolt anyagcsere változása mi is azt a kutatók csak egy évtizeddel később tudták elkezdeni vizsgálni, amikor már rendelkezésükre álltak a molekuláris szintű vizsgálódások módszerei.

Erről a következő bejegyzésben a tengerinyúl és a csikóhal meséjében lesz szó.

Szerző: Gulyás Attila