Проверка комбинированных гипотез

 

С появлением факторных схем в технике экспериментирования совершается еще один шаг вперед. Теперь исследователи попытаются проверять гипотезы о том, каким образом влияют на поведение сразу две независимые переменные, сочетаясь друг с другом. Есть немало примеров, когда мы совершенно уверены, что данная деятельность определяется не единственной независимой переменной. Еще до экспериментов Йеркса и Додсона (1908) было известно, что на количество проб, необходимых для научения, будет влиять как сила электроудара, так и трудность различения стимулов. Стернберг (1969), давая задачи на узнавание, тоже заранее знал, что с увеличением количества знаков в предварительно предъявленном наборе для опознания одного знака потребуется больше времени. Знал он и о том, что время опознания увеличится, если тестовый стимул будет трудно различить. Вы помните (по главе 7), что у Йеркса и Додсона были основания для конкретного предположения об отношении между комбинациями силы электроудара и трудности различия, с одной стороны, и количеством проб, необходимых для достижения критерия научения, — с другой. Мы увидим, что и Стернберг выдвинул гипотезу об отношении между комбинацией двух своих независимых переменных и временем реакции опознания, применив информационную модель этого процесса. И в том и в другом эксперименте экспериментальная гипотеза касалась взаимодействия независимых переменных. Мы познакомим вас также с двумя новыми экспериментами, причем в каждой проверяемой гипотезе будет представлен один из основных типов взаимодействия, описанных нами выше.

 

Закон Йеркса—Додсона: определение оптимального уровня

 

Предварительное описание этого факторного эксперимента, проведенного много лет назад на танцующих мышах и посвященного изучению влияния силы электроудара на успешность научения различать черное и белое, было дано в главе 7. Йеркс и Додсон повторили свой эксперимент, введя новые условия, затруднявшие и облегчавшие различение стимулов. Различение облегчали, сокращая доступ света в черный туннель и делая его тем самым еще чернее, а затрудняли, сокращая доступ света в белый туннель, так что он больше походил на черный.

 

Затем отдельным группам мышей давали задачи с легким различением (при пяти разных уровнях электроудара) и с трудным различением (четыре уровня электроудара). По каждой группе определяли количество проб, необходимых для достижения критерия успешного решения задач. Все полученные результаты, в том числе и те, что уже были представлены в главе 7, — для задач средней трудности (см. рис. 7.3), показаны на рис. 8.5. Очевидно, что основной результат воздействия переменной трудности различения очень высокий. Выделяются следующие общие закономерности; во-первых, при всех уровнях интенсивности электроударов быстрее всего научение протекало в тех случаях, когда различать туннели было легко. Во-вторых, можно говорить о некотором преимуществе при сильных ударах: правые ветви каждого из графиков несколько ниже левых. Однако по-настоящему интересно именно взаимодействие между двумя независимыми переменными, силой электроудара и трудностью различения. Гипотеза, о которой мы говорили в главе 7, подтвердилась. Мы уже знаем, что для задач средней трудности минимальное количество проб, необходимых для успешного научения, приходится, на силу удара в 300 единиц. Теперь мы видим также, что для задач с трудным различением этот минимум наступает при более слабом ударе — 195 единиц. И наконец, для самых легких задач результаты продолжают улучшаться даже при 420 единицах; весьма вероятно, что при еще более сильном ударе мыши будут научаться еще быстрее.

 

Еще раз об изучении опознания: отсутствие взаимодействия переменных

 

Вспомните эксперимент Стернберга (1969), описанный в главе 7. В нем измеряли время, необходимое испытуемым для того, чтобы мысленно просмотреть набор ранее предъявленных цифр и определить, входит ли в него тестовая цифра. Было установлено отношение типа абсолютно-абсолютное. С каждым увеличением запоминаемого набора на один знак прирост времени, необходимого для опознания, был одним и тем же — примерно 35 мс. Но это было в том случае, когда тестовый стимул был очень четко виден. А что если бы он был нечетким, окажем, плохо отпечатанным? Мы понимаем, что время опознания должно увеличиться. Но будет ли этот прирост одинаковым, независимым от количества цифр в запоминаемом наборе? Возможно, что с увеличением набора воздействие недостаточной четкости тестового стимула будет нарастать. Однако Стернберг выдвинул гипотезу о постоянстве прироста времени опознания (нулевое взаимодействие), а не о возрастании этого прироста с увеличением запоминаемого набора (расходящееся взаимодействие).

 

Чтобы сделать тестовую цифру нечеткой, Стернберг проецировал на нее модель шахматной доски. Разглядеть цифру было, конечно, можно, но довольно трудно. На рис. 8.6 показано время реакции опознания при различных сочетаниях двух независимых переменных — размера запоминаемого набора и четкости тестового стимула. Видно, что основные результаты действия и той и другой переменной достаточно велики. При увеличении запоминаемого набора от одного до четырех знаков время реакции возросло в целом на 115 мс. Это лишь немногим больше, чем ожидалось: если с каждой новой цифрой время опознания возрастает на 35 мс, то увеличение на 3 знака даст общий прирост времени в 105 мс. Видно также, что когда тестовая цифра была нечеткой, время реакции возрастало в среднем примерно на 70 мс.

 

Напротив, взаимодействие переменных оказалось весьма незначительным. При наборе в 1 знак различие между опознанием четкой и нечеткой цифр составило 60 мс, а при наборе из 4 цифр — 75 мс. Максимальная величина взаимодействия доходит до 15 мс. В сравнении с основными результатами действия переменных это очень мало и может объясняться простой случайностью. Короче говоря, Стернберг предсказал нулевое взаимодействие между двумя независимыми переменными, влияющими на время обработки информации, и получил результат, подтверждающий его гипотезу.

 

Прошлый опыт и решение задач: неравное действие независимой переменной

 

Гостю, который приходит вторым, всегда легче. Когда эксперимент уже проведен и полученный результат оказался неожиданным, всегда можно сказать исследователям, что они должны были его предвидеть и даже объяснить. Многие из нас, включая и автора этой книги, крепки задним умом. И это стоит учесть при обсуждении еще одного исследования — с прошлым опытом и решением задач в лабиринте, поставленном на крысах Виктором Дененбергом и Джоном Мортоном (1962).

 

Эксперимент включал две независимые переменные. Первая переменная — приручение детенышей в период вскармливания. В течение 24 дней после рождения, когда крысята обычно находятся с матерью, половину из них ежедневно забирали из клетки (а другая половина всегда оставалась с матерью и остальным потомством). «Приручение заключалось в том, что крысят вынимали и на 3 минуты помещали «каждого в специальную коробку, частично заполненную стружкой, после чего возвращали в домашнюю клетку» (с. 1096).

 

Было проведено три эксперимента, в каждом из которых несколько изменяли вторую независимую переменную — окружающую обстановку по окончания периода вскармливания. Вот как описывают Дененберг и Мортон свой третий эксперимент (который мы и обсудим): «После периода вскармливания (в возрасте 25 дней) несколько прирученных и неприрученных детенышей помещали в тесные клетки размером 17Х24Х17см, где они и оставались до полного созревания. Оставшуюся часть детенышей, тоже прирученных и неприрученных, сажали в просторные ящики, где можно было свободно бегать. Таких ящиков было четыре: в двух из них содержались прирученные детеныши, в двух других — нет» (с. 1097). Таким образом, окружающей обстановкой были либо тесные клетки (первый уровень переменной), либо просторные ящики (второй уровень). Клетки были разделены перегородками, и обстановка была очень однообразной. В ящиках же на площади в 4 квадратных фута размещали «всевозможные платформы, туннели, скаты и проходы» (с. 1096), я все это обогащало окружающую обстановку. Как в «летках, так и в ящиках крысы жили до полного созревания (до возраста 50 дней).

 

Затем крыс запускали в лабиринт. Лабиринт Хебба — Вильямса можно составить по-разному и сделать несколько путей к приманке. Каждая трасса считалась отдельной задачей. Крысы по очереди пробегали но лабиринту, сначала для тренировки (в течение 15 дней), а затем — на оценку (в течение 12 дней по одной задаче ежедневно). «Показателем успешности решения задач каждым животным служило общее количество ошибок за весь испытательный период» (с. 1097). Зависимая переменная — среднее число ошибок по каждой из следующих подгрупп: прирученные животные в клетках, прирученные и свободной обстановке, неприрученные в клетках и неприрученные в свободной обстановке.

 

Результаты эксперимента, представленные на рис. 8.7, оказались неожиданными. Легко убедиться, что основной результат действия приручения в период вскармливания весьма невелик: прирученные и неприрученные животные решали задачи в среднем примерно одинаково. Основной результат действия различной окружающей обстановки оказался несколько выше: как прирученные, так и неприрученные животные, содержавшиеся в просторных ящиках, допускали меньше ошибок, чем находившиеся в клетках. Однако это различие не было статистически значимым. А вот расходящееся взаимодействие между приручением и окружающей обстановкой выражено настолько ярко, что просто бросается в глаза. Различие по среднему числу ошибок у прирученных животных, содержавшихся в тесных клетках и в просторных ящиках, составило 14 единиц, а у неприрученных — 83; взаимодействие равно 69. Иначе говоря, обнаружено неравное действие окружающей обстановки: небольшое — для прирученных животных и высокое — для неприрученных.

 

 

Причины подобного взаимодействия могут быть следующими. Известно, что приручение в период вскармливания делает крыс менее тревожными, менее дикими. Они становятся более зависимыми от человека, менее рискующими. А свободная обстановка только тогда способствует успешному решению задач в лабиринте, когда животное стремится использовать предоставленные ему возможности. Поэтому содержание в просторных ящиках и помогало прежде всего неприрученным животным, неизбалованным человеческой заботой и независимым от нее, но почти не помогало прирученным.

 

Однако сами исследователи не проявили интереса к указанному взаимодействию, не попытались его объяснить. Их вывод довольно категоричен: опыт, полученный в период вскармливания, не оказывает никакого влияния на дальнейшее решение задач. Они утверждают, что взаимодействие «можно, по-видимому, отнести за счет случайных изменений в поведении» (с. 1097). А как мы знаем из главы 6, для того и нужна проверка статистической значимости (а здесь вероятность нуль-гипотезы — менее 1/100), чтобы получить определенный эталон, а уж затем решать, приемлем полученный результат или его можно приписать случайным изменениям.

 

Эксперимент с нерелевантной информацией

 

Итак, мы убедились, что экспериментаторы сталкиваются подчас с совершенно непредвиденными результатами. А иногда (хотя и не часто) полученные данные настолько неожиданны и вместе с тем так ясны, что становятся подлинным открытием. «Способность совершать открытия» — так называют умение разглядеть одно, когда ищешь другое. Нередко оно оказывается просто необходимым. Нечто подобное пережили Ричард Саймон и Алан Руделл (1967). Открытый ими результат представится вам сейчас таким очевидным, что, казалось бы, исследователи должны были ожидать его с самого начала. Однако на самом деле эта очевидность свидетельствует о ясности и четкости обнаруженного отношения между независимой и зависимой переменными. И до проведения эксперимента оно очевидным не было. Помимо всего прочего, данное исследование было посвящено изучению времени реакции, а в этой области эксперименты ведутся уже 100 лет, и никто еще не получал подобных данных.

 

Саймон и Руделл предположили, что время реакции должно быть короче, если сигнал подается в доминантное полушарие мозга. Для правшей — это левое полушарие, для левшей — правое.

 

Экспериментальная гипотеза состояла в следующем. Звуковой сигнал, подаваемый на правое ухо (связанное, с левым полушарием), будет вызывать у правшей более быструю реакцию, чем сигнал на левое ухо (связанное с правым полушарием). У левшей это отношение окажется обратным: короче будет реакция на сигнал, подаваемый на левое ухо. Эксперимент по проверке этой гипотезы был прекрасно продуман и организован. В опытах приняли участие студенты колледжа: 16 левшей девушек, 16 правшей девушек, 16 левшей юношей и 16 правшей юношей. Им нужно было выполнять команды, подаваемый в левый пли правый наушники: по команде «левая» — нажимать одну кнопку левой рукой, а по команде «правая» — другую кнопку правой рукой. Выполнять команду следовало независимо от того, из какого наушника она поступала. Был составлен блок из 132 проб с равным числом команд «левая» и «правая», набранных в случайном порядке. На каждое ухо команды подавались также в случайной последовательности с одинаковой частотой. Саймон и Руделл ожидали, что у правшей время реакции всегда будет короче в тех случаях, когда команда поступает справа, чем когда она поступает слева, а у левшей — наоборот.

 

Результаты проверки этой гипотезы представлены на рис. 8.8 (а). Ясно, что ожидания не оправдались. При подаче команд как на правое, так и на левое ухо время реакции у правшей и у левшей оказалось почти одинаковым — от 404 до 410 мс. Возможное расходящееся взаимодействие настолько мало (7 мс), что им с уверенностью можно пренебречь.

 

Напротив, на рис. 8.8(6) мы видим, сколь велико оказалось взаимодействие между тем, с какой стороны поступала команда, и самим типом команды — «левая» и «правая». Это, конечно, пересекающееся взаимодействие, равное 85 мс. Как мы уже убедились по рис. 8.8(а), основной результат подачи команды на разные уши почти не различим (5 мс). Аналогично, основной результат действия команд разного типа составляет лишь 3 мс.

 

 

Следует еще раз подчеркнуть, что испытуемых просили не обращать никакого внимания на то, с какого наушника поступала команда, и реагировать только на само произносимое слово — «левая» и «правая». Однако пренебречь этой нерелевантной информацией они все-таки не смогли.

 

Достигнутые преимущества

 

Во всех четырех только что описанных исследованиях для проверки экспериментальных гипотез привлекалась вторая независимая переменная. Оперируя только одной независимой переменной, проверить эти гипотезы было нельзя. Мы убедились, что Далеко не все гипотезы, получившие подтверждение, были предусмотреть экспериментаторами заранее. Однако без привлечения второй переменной установить что-либо было бы вообще невозможно.

 

Проверка теоретического предположения о наличии двух базисных процессов, лежащих в основе различительного научения, стала возможной только благодаря использованию различных уровней электроудара. Экспериментальная гипотеза состояла в том, что с увеличением трудности задачи сила электроударов, при которых научение будет проходить наиболее эффективно, т. е. с минимальным числом проб, будет понижаться. Основания такой гипотезы понятны: более трудная задача требует лучшего перцептивного различения (первый предполагаемый базисный процесс). А с понижением силы электроудара танцующие мыши становились более «внимательны». И даже если связь степени белизны туннеля с электроударом (второй предполагаемый базисный процесс) была небольшой, ее вполне хватало для обеспечения необходимого различения. Напротив, при сильных электроударах животные были слишком встревожены, и их способность к различению 12не актуализировалась вообще. Закон Йеркса—Додсона дает ясное представление о влиянии силы мотивации на результаты деятельности и не теряет своей значимости по сегодняшний день.

 

В каждом из трех остальных исследований содержится пример одного из основных видов взаимодействия. Графически эти виды представлены с помощью монотонно возрастающих или убывающих линий (отражающих связь независимой и зависимой переменных), т. е. не имеющих максимума или минимума посередине. Как мы уже говорили, при нулевом взаимодействии разные уровни второй независимой переменной представлены параллельными отрезками. Если отрезки расходятся вправо (или влево), то говорят о расходящемся взаимодействии, а если отрезки пересекаются, причем независимо от того, какая переменная помещена на горизонтальной оси, то это — пересекающееся взаимодействие.

 

В эксперименте Стернберга взаимодействие между количеством знаков в запоминаемом наборе и четкостью тестового стимула приближалось к нулю. Отрезок, представляющий результаты по опознанию нечетких тестовых стимулов, расположен выше второго отрезка, но практически параллелен ему. Экспериментальная гипотеза о нулевом взаимодействии следует из информационной модели процесса опознания, предложенной Стернбергом. Мы уже показывали, что прямолинейная зависимость времени реакции от количества знаков в запоминаемом наборе подтверждает идею о сканировании каждого отдельного знака при опознании тестового стимула. Однако, согласно модели Стернберга, все это происходит на более поздней стадии переработки информации, чем опознание стимула — на стадии его «кодирования». Поэтому если тестовый стимул просто трудно различить, то прирост времени реакции будет постоянным, независимым от количества знаков в ранее предъявленном наборе. Если же это затрудняло само сканирование, то с увеличением числа запоминаемых знаков время опознания одного из них возрастало бы все больше и больше. Иначе говоря, если бы недостаток четкости воздействовал на ту же стадию процесса обработки информации, что и количество знаков, то взаимодействие между этими переменными было бы расходящимся: наблюдалось бы возрастание различий во времени реакции на четкие и нечеткие тестовые стимулы с увеличением ранее предъявленного набора знаков.

 

В экспериментах Дененберга и Мортона (1962) было обнаружено расходящееся взаимодействие между влияниями специфического прошлого опыта животных во время и после вскармливания на научение в лабиринте. Если мы сочтем это взаимодействие значимым (чего сами исследователи не сделали), то можем получить ясное представление о комбинированном воздействии изучаемых ранних факторов на последующее поведение животного. Даже если окружающая обстановка, в которой находился детеныш после вскармливания, предоставляет ему возможность свободно передвигаться, это еще не значит, что он впоследствии будет успешно оправляться с задачами в лабиринте. Возможности останутся неиспользованными, если еще во время вскармливания детенышей приручали. Благодаря столь раннему опыту их восприятие окружающей среды (и потребность ее обследовать) всецело зависело теперь от участия экспериментатора. Вполне возможно, что, находясь в просторных ящиках, крысята просто ждали, когда их оттуда вынут.

 

Теперь мы подошли к последнему исследованию. Чтобы реакции были быстрыми, команды «левая» должны подаваться на левое ухо, а команды «правая» — на правое. При перекрестном отношении между ухом и рукой возникают трудности. Чем же это объяснить? Саймон и Руделл (1967) говорят о привычке реагировать в том же направлении, откуда получен сигнал, как о «массовом стереотипе» (с. 300). Он столь же прочен, как хорошо заученный навык. В Соединенных Штатах вы зажигаете свет, поворачивая ручку вверх, в Англии — вниз. Понятно, что подобные традиции могут приводить к образованию прочно усвоенных навыков. Однако трудно себе представить, каким образом можно было научиться столь прочной связи между ухом и рукой. Саймон и Руделл утверждают далее: «Полученные результаты свидетельствуют о наличии сильной природной тенденции связывать стимуляцию правого уха с реакцией правой руки, а стимуляцию левого уха — с реакцией левой руки» (с. 303). Но это значит, что ни о каком научении речи не идет. Несмотря на многочисленные последующие исследования указанной связи, природа процессов, лежащих в ее основе, пока остается неясной. Развитие психологии — это не только поиски разумных ответов, но и постановка новых интересных вопросов.

 

В своем обсуждении мы ограничились двумя независимыми переменными. Правда, при использовании кроссиндивидуальных схем позиционного уравнивания (например латинский квадрат в исследовании Кеннеди и Ландесмана (1963)) вторая независимая переменная — местоположение проб в последовательности их предъявления — возникает автоматически. И если такая схема применяется в эксперименте с двумя изучаемыми независимыми переменными (скажем, помимо высоты рабочей поверхности изменяется и размер обрабатываемых деталей), то чисто технически независимых переменных окажется три: высота рабочей поверхности, размер деталей и местоположение пробы. Поэтому в литературе по изучению комбинированных действий двух независимых переменных вы будете встречать трехфакторные схемы.

 

Но есть и такие эксперименты, в которых действительно используются и изучаются больше двух независимых переменных. Когда независимых переменных две, взаимодействие между ними называется взаимодействием первого порядка, а если их три, то это уже взаимодействие второго порядка. Например, в одном из своих экспериментов по времени реакции Стернберг изменял: (1) количество альтернатив (знаков в наборе); (2) четкость тестового стимула и (3) совместимость между стимулом и ответом. Это дало ему три однопорядковых взаимодействия между независимыми переменными: количествоХчеткость, количествоХсовместимость и четкостьХсовместимость, а также взаимодействие второго порядка: количествоХчеткостьХсовместимость. Ему удалось установить, что при четких и нечетких стимулах имеет место одинаковое расходящееся взаимодействие между количеством и совместимостью. Исследование взаимодействия более высокого порядка позволило проверить более детальную модель по сравнению с обсуждавшимися ранее. Но здесь, на трех независимых переменных, давайте и остановимся.