你能夠觀察到什么取決于你使用了何種理論，正是理論決定了你能觀察到的東西。

——艾爾伯特·愛(ài)因斯坦

操作性條件反射箱也被稱之為斯金納箱，是指運(yùn)用操作性條件反射原理、利用獎(jiǎng)賞懲罰機(jī)制，讓動(dòng)物學(xué)會(huì)非本能動(dòng)作（如按壓杠桿，作揖等），形成刺激信號(hào)——操作行為反應(yīng)——結(jié)果之間的操作條件反射的行為學(xué)儀器。

這一過(guò)程可以測(cè)試動(dòng)物的學(xué)習(xí)記憶能力、注意力、自制力等，隨著需要?jiǎng)游镞M(jìn)行的動(dòng)作的難度增加，也可以對(duì)不同腦區(qū)、不同疾病進(jìn)行更深入的研究。

20世紀(jì)初期，約翰·布羅德斯·華生（英語(yǔ)：John B. Watson，1878年1月9日－1958年9月25日）出版了《一個(gè)行為主義者心目中的心理學(xué)》一書(shū)，主張心理學(xué)應(yīng)該研究可以被觀察和直接測(cè)量的行為，反對(duì)研究沒(méi)有科學(xué)根據(jù)的意識(shí)。這根本性的推翻了當(dāng)時(shí)將內(nèi)省作為主要研究方法并輕視行為研究的構(gòu)造論心理學(xué)界。
 

^{▲約翰·布羅德斯·華生}

華生研究人體之于環(huán)境的變化，更明確的說(shuō)：研究特定的刺激會(huì)引導(dǎo)人體作出何種反應(yīng)，屬于比較心理學(xué)；并且深受俄國(guó)生理學(xué)家伊萬(wàn)·彼得羅維奇·巴甫洛夫（1849年9月26日－1936年2月27日）的影響。華生的理論強(qiáng)調(diào)生理學(xué)，認(rèn)為以刺激能得到條件反射的反應(yīng)—對(duì)比其他所有器官也會(huì)有類似的反射作用。
 

^{▲伊萬(wàn)·彼得羅維奇·巴甫洛夫}

^{▲伯爾赫斯·弗雷德里克·斯金納}

斯金納把行為分成兩類：一類是應(yīng)答性行為，這是由已知的刺激引起的反應(yīng)；另一類是操作性行為，是有機(jī)體自身發(fā)出的反應(yīng)，與任何已知刺激物無(wú)關(guān)。與這兩類行為相應(yīng)，斯金納把條件反射也分為兩類。與應(yīng)答性行為相應(yīng)的是應(yīng)答性反射，稱為S （刺激）型S型名稱來(lái)自英文Stimulation；與操作性行為相應(yīng)的是操作性反射，稱為R（反應(yīng)）型R型名稱來(lái)自英文Reaction。S型條件反射是強(qiáng)化與刺激直接關(guān)聯(lián)，R型條件反射是強(qiáng)化與反應(yīng)直接關(guān)聯(lián)。

斯金納認(rèn)為，人類行為主要是由操作性反射構(gòu)成的操作性行為，操作性行為是作用于環(huán)境而產(chǎn)生結(jié)果的行為。在學(xué)習(xí)情境中，操作性行為更有代表性。斯金納很重視R型條件反射，因?yàn)檫@種反射可以塑造新行為，在學(xué)習(xí)過(guò)程中尤為重要。（01 斯金納 Skinner, B. F. - 心理學(xué)空間）

斯金納出于對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方法的不滿，根據(jù)操作條件反射和積極強(qiáng)化的原理，為學(xué)生設(shè)計(jì)和制造有效學(xué)習(xí)的教學(xué)機(jī)器，在他的倡導(dǎo)下，不到一年，機(jī)器教學(xué)便在美國(guó)風(fēng)行起來(lái)并波及了全世界。

關(guān)于機(jī)器教學(xué)的理論，也是貫穿著他的行為主義觀點(diǎn)：學(xué)習(xí)就是行為，任何學(xué)習(xí)，甚至最復(fù)雜的學(xué)習(xí)都可以分解和編制成為詳細(xì)的行為目錄。正是由于這一點(diǎn)，在他的機(jī)器教學(xué)中，忽視了社會(huì)語(yǔ)言刺激對(duì)人的影響的復(fù)雜性，機(jī)器教學(xué)主張由于這種局限性而受到了批評(píng)。

至此，斯金納箱演化成各種不同的形式進(jìn)入了日常生活與疾病診斷中。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)和有關(guān)信息加工技術(shù)的發(fā)展，原先應(yīng)用在教學(xué)機(jī)器中的程序設(shè)計(jì)，已以計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)中被廣泛地應(yīng)用了。

目前，模塊化的斯金納箱已經(jīng)完全商業(yè)化并成為斯金納箱實(shí)驗(yàn)的主要選擇。它具有易拆卸，方便擴(kuò)展，更換配件等特點(diǎn)。觸屏斯金納箱的出現(xiàn)使得許多曾經(jīng)只能用于人認(rèn)知程度測(cè)試的任務(wù)范例也可以在動(dòng)物身上開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)，如5反應(yīng)序列，配對(duì)連接式學(xué)習(xí)，連續(xù)表現(xiàn)等。

下面我們會(huì)介紹由劍橋大學(xué)Bussey-Saksida實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用的10種常見(jiàn)斯金納箱觸屏程序范例，以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法。

01.視覺(jué)辨別逆轉(zhuǎn)（PD）

首先，動(dòng)物需要學(xué)習(xí)辨別在屏幕上同時(shí)顯示的兩個(gè)形狀哪個(gè)是正確的。觸摸正確的刺激(S+)將得到食物的獎(jiǎng)勵(lì)。觸摸不正確的內(nèi)容刺激物（S-）將受到懲罰。其次，當(dāng)動(dòng)物學(xué)會(huì)了這個(gè)任務(wù)操作后，刺激就會(huì)發(fā)生相反，S+刺激現(xiàn)在變成了S-刺激，反之亦然。這個(gè)逆轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)需要前抑制反應(yīng)，已知依賴于前額葉皮層。

02.配對(duì)連接式學(xué)習(xí)（PAL）

在本任務(wù)中，動(dòng)物需要學(xué)習(xí)并記住三個(gè)形狀以及各自所在的位置。在實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)給出兩個(gè)不同的形狀，一個(gè)在正確的位置，另一個(gè)在錯(cuò)誤的位置。動(dòng)物需要選出哪個(gè)形狀是在正確的位置，從而獲得獎(jiǎng)勵(lì)。該任務(wù)已被證明對(duì)膽堿能傳遞和海馬功能障礙敏感，并能區(qū)分谷氨酸與海馬乙酰膽堿受體功能。

03.視覺(jué)運(yùn)動(dòng)條件學(xué)習(xí)（VMCL）
 

這是一種習(xí)慣或刺激反應(yīng)任務(wù)，在這個(gè)任務(wù)中，嚙齒動(dòng)物學(xué)習(xí)一種規(guī)則：“如果形狀A(yù)出現(xiàn)，則對(duì)左邊的位置作出反應(yīng)，如果形狀B出現(xiàn)，則響應(yīng)右邊的位置”。這種測(cè)試對(duì)背側(cè)紋狀體的損傷很敏感，因此與亨廷頓舞蹈癥和帕金森病有關(guān)。

04.位置辨別學(xué)習(xí)（LDL）

本任務(wù)中，屏幕上會(huì)同時(shí)出現(xiàn)2個(gè)方塊圖像。嚙齒動(dòng)物要求區(qū)別這兩個(gè)方塊的位置，觸碰左邊的方塊則會(huì)獲得獎(jiǎng)勵(lì)，而觸碰右邊的方塊則會(huì)收到懲罰。不同試驗(yàn)中，方塊之間的距離不同。背側(cè)海馬體損傷的動(dòng)物的辨別能力受損，當(dāng)兩個(gè)方塊的位置很近甚至挨著時(shí)，動(dòng)物無(wú)法分辨兩個(gè)物體的位置，而離得很遠(yuǎn)時(shí)則不會(huì)。

05.非匹配位置學(xué)習(xí)（TUNL）
 

本任務(wù)中，首先向動(dòng)物呈現(xiàn)1個(gè)圖像的位置，在延遲之后，屏幕會(huì)出現(xiàn)2個(gè)圖像，一個(gè)在原來(lái)圖像的位置（不正確，S-），一個(gè)不在原來(lái)的位置（正確的，S +）。觸碰S+即可獲得獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)兩個(gè)圖像位置靠近時(shí)，背側(cè)海馬區(qū)有損傷或海馬神經(jīng)發(fā)生減少的動(dòng)物這種辨別功能受損，但當(dāng)兩個(gè)圖像相距很遠(yuǎn)時(shí)則不然。該特征還使該任務(wù)對(duì)海馬功能障礙非常敏感，同時(shí)利用海馬在記憶和模式分離中的作用。

06.5反應(yīng)序列時(shí)（5CSRT）

本任務(wù)要求嚙齒動(dòng)物對(duì)5個(gè)位置中隨機(jī)1位置出現(xiàn)的短暫視覺(jué)刺激做出響應(yīng)，隨著短暫刺激時(shí)間的縮短，對(duì)動(dòng)物注意力的要求越來(lái)越高。此任務(wù)對(duì)皮質(zhì)層處理能力敏感，特別是那些涉及到前額皮質(zhì)和高度依賴膽堿能傳遞的功能方面。

07.5反應(yīng)序列持續(xù)時(shí)（5C-CPT）
 

5選擇反應(yīng)序列時(shí)的進(jìn)階版本。動(dòng)物進(jìn)行5選擇反應(yīng)時(shí)的任務(wù)的同時(shí)，還需要對(duì)隨機(jī)出現(xiàn)的5個(gè)位置全部提示的視覺(jué)刺激做出抑制反應(yīng)，否則就會(huì)收到懲罰。此任務(wù)不僅對(duì)皮質(zhì)層處理能力敏感，還需要依賴前額葉皮層的能力。

08.消退（EXT）
 

這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的經(jīng)典斯金納箱任務(wù)，它也是一種行為抑制的測(cè)試。動(dòng)物首先需要學(xué)會(huì)觸碰中心窗口中出現(xiàn)的白色方塊，以此獲得獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)動(dòng)物達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則進(jìn)行測(cè)試階段。在本階段，動(dòng)物不會(huì)因?yàn)橛|碰白色方塊而獲得獎(jiǎng)勵(lì)，觸碰反應(yīng)則會(huì)消退。

09.連續(xù)表現(xiàn)（ICPT）

本任務(wù)為臨床中ICPT任務(wù)的動(dòng)物版，使用了5幅不同的黑白圖像。它們會(huì)以隨機(jī)的順序在觸摸屏上短暫的顯示，而其中只有一張圖片被指定為目標(biāo)刺激。為了獲得獎(jiǎng)勵(lì)，動(dòng)物必須接觸目標(biāo)刺激，并克制自己不接觸非目標(biāo)刺激。這個(gè)任務(wù)是所有任務(wù)中最接近臨床試驗(yàn)的任務(wù)范例。

10.4選擇賭博（4C-GT）
 

在本任務(wù)中，動(dòng)物需要在四個(gè)提示位置中做出選擇。觸碰任意一個(gè)位置都可能發(fā)生獲得獎(jiǎng)勵(lì)或受到懲罰（更長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi)有獎(jiǎng)勵(lì)）。觸碰每個(gè)位置獲得的獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)額是不一樣的。相關(guān)獎(jiǎng)勵(lì)越大，獲得獎(jiǎng)勵(lì)的概率就越低，且試驗(yàn)失敗受到的超時(shí)周期也就越長(zhǎng)。動(dòng)物必須學(xué)會(huì)避免高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的選擇，以使收益最大化。該測(cè)試對(duì)血清素能和多巴胺能藥物敏感。

任務(wù)范式應(yīng)用



斯金納箱的每個(gè)任務(wù)程序都蘊(yùn)含著較為復(fù)雜的程序邏輯設(shè)定，在接下來(lái)的文章中，我們會(huì)逐一介紹上述每個(gè)任務(wù)程序的程序設(shè)計(jì)方法。

看完10 種任務(wù)范式，你對(duì)那些程序的設(shè)計(jì)更為感興趣呢？歡迎在留言告訴我們你的想法，我們可以更據(jù)你的需求優(yōu)先介紹相關(guān)程序噢！