A kutya meséje: a tanulás feltalálása
Az "Örvényféreg meséjének" második bejegyzésében láttuk, hogy egy hálózatba genetikusan rögzült szinaptikus súlyok hogyan képesek viszonylag bonyolult helyzetekben is megfelelő, „ösztönös” válaszokkal reagálni a környezet kihívására.
Az élőlények egyik alapreflexe a visszahúzódási reflex, ha valamilyen káros, és ezért fájdalmasnak érzékelt inger ér egy élőlényt, akkor visszahúzódik, vagy visszahúzza csápját, tapogatóját, végtagját, amelyikkel az ingert érzékelte. Ez igen gyors reakció, hiszen csak egy érzéksejt és egy mozgatósejt elég hozzá.
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.