阻礙效應的理論研究述評*

陳 琳 莫 雷 徐貴平 鄭允佳

(1．中山大學國際漢語學院，廣州 510275;2．華南師范大學心理應用研究中心，廣州 510631;3．廣東金融學院應用心理研究所，廣州 510521)

阻礙效應的理論研究述評*

陳 琳1莫 雷2徐貴平2鄭允佳3

(1．中山大學國際漢語學院，廣州 510275;2．華南師范大學心理應用研究中心，廣州 510631;3．廣東金融學院應用心理研究所，廣州 510521)

阻礙效應的研究對學習機制的探討具有重要意義。聯結主義學派和認知主義學派都對阻礙效應的機制進行了系統探討。聯結主義學習理論認為阻礙效應的存在是刺激之間競爭的結果，而認知學習理論認為阻礙效應是人們理性推理的結果。文章對阻礙效應的相關理論進行了回顧，并從學習雙機制角度對阻礙效應的研究方向進行了展望。

阻礙效應;聯結主義;認知主義;學習雙機制

一、引 言

學習機制研究一直是教育心理學關注的核心問題，而阻礙效應(blocking)的研究則為學習機制的探討提供了一個新視角。從聯結學習、因果學習、偶然學習到類別學習①②③④⑤⑥，當前阻礙效應的研究已經滲入到學習研究的各個方面。阻礙效應最早是Kamin在老鼠聯結學習的實驗中所發現②，Kamin發現當老鼠學會燈光預測電擊的聯結后，就不會再去學習聲音預測電擊的聯結。實驗包括兩個學習階段和一個測驗階段。在第一個學習階段，當有燈光出現時老鼠就會遭到電擊，老鼠就形成燈光和電擊的條件反射，即一出現燈光，老鼠就會表現出被電擊的生理反應。在第二個學習階段，同時出現燈光和一種聲音，老鼠就遭到電擊，老鼠就形成燈光、聲音和電擊的復合條件反射。測驗階段，測驗聲音單獨出現時，老鼠是否會表現出被電擊的生理反應。結果發現，相對于控制組的老鼠(該組老鼠沒有進行第一個學習階段)，實驗組老鼠不會習得聲音同電擊的聯結。Kamin認為，實驗組老鼠僅根據燈光就能正確預測電擊，因此當燈光與聲音同時出現時老鼠就不會關注聲音對電擊的預測，老鼠先前形成的燈光與電擊的條件反射阻礙了后來的聲音同電擊的條件反射的建立。

根據Kamin的發現，阻礙效應被界定為:在學習由多個條件刺激構成的復合刺激與強化刺激的聯結時，如果在先前的學習階段已經形成某個條件刺激與強化刺激的聯結，那么對該條件刺激的預先學習會阻礙復合刺激中其他條件刺激與強化刺激的聯結學習。阻礙效應的發現對學習機制的研究意義重大。早期的聯結主義學習理論認為刺激空間上的臨近性對刺激之間聯結的建立有重要影響，空間上臨近的刺激更容易建立聯結。但阻礙效應的研究結果表明，刺激之間的聯結強度不單純依賴于刺激空間上的臨近性，在Kamin的研究中聲音與電擊同時出現，在空間上的臨近性很高，但是聲音與電擊之間并沒有建立聯結。

自Kamin提出阻礙效應的概念之后，研究者進一步發現阻礙效應是學習中的普遍現象，在聯結學習和因果學習中都發現了阻礙效應⑦⑧。因此研究者試圖通過探討阻礙效應去了解學習的內在機制，也逐漸成為聯結主義學習理論和認知學習理論爭論的焦點③⑨⑩[11][12][13]。接下來在對不同派別學習理論進行簡要介紹的基礎上，將重點介紹它們對阻礙效應機制的解釋。

二、阻礙效應的聯結主義解釋

聯結學習理論主要分為成分理論(elemental theories)和完形理論(configural theories)，兩派理論主要在復合條件反射的形成過程上存在分歧，也是其對阻礙效應的機制持不同觀點的根本原因。所謂復合條件反射(compound conditioning)是指多個條件刺激同時與一個無條件刺激(強化刺激)建立的條件反射。以Rescorla-Wagner模型、Mackintosh的選擇性注意學習理論(the theory of selective attention)和Pearce-Hall模型為代表的成分理論認為:復合條件反射的建立過程是每個條件刺激分別與無條件刺激(強化刺激)建立聯結的過程，阻礙效應是不同子條件刺激之間對無條件刺激的競爭;而從Pearce的聯結網絡模型(connectionist network model)為代表的完形理論則認為:復合條件反射的形成并不是各個子條件刺激與無條件刺激(強化刺激)聯結強度的累加，而是將所有子條件刺激形成一元表征，并與無條件刺激(強化刺激)形成單一的聯結，阻礙效應是在形成一元表征的過程中不同輸入單元對完形單元的競爭①[14]。

(一)成分理論

1．Rescorla-Wagner模型

Rescorla-Wagner模型提出復合條件反射的聯結強度V等于各個子條件刺激聯結強度V之和，如果當前復合條件反射中同時包括條件刺激A和B，那么VAB=VA+VB，并且ΔVA=αAβ(λ-VAB)，ΔVB=αBβ(λ-VAB)。ΔVA表示條件刺激A在第N個訓練輪次中聯結強度的變化，ΔVB表示條件刺激B在第N個訓練輪次中聯結強度的變化。λ表示當前無條件刺激條件下，條件刺激與無條件刺激所能形成的最佳聯結強度。α、β的值在0-1之間變化，α表示該條件刺激的聯結性(associability)，由該條件刺激的顯著性(salience)決定，即所能分配給條件刺激的注意力，0表示條件刺激不被注意，1表示條件刺激受到了最大程度的關注。β表示無條件刺激在當前學習輪次中發生的強度，反映了無條件刺激能夠與條件刺激建立聯結的能力。如果在學習復合條件刺激AB與無條件刺激的復合條件反射之前，已經形成了條件刺激A與無條件刺激的條件反射，即條件刺激A與無條件刺激之間的聯結強度為1，那么根據Rescorla-Wagner模型，無論經過多少個學習輪次，條件刺激A與無條件刺激形成的聯結強度VA永遠為1，條件刺激B與無條件刺激形成的聯結強度VB永遠為0。

根據Rescorla-Wagner模型，在復合條件反射形成過程中，對條件刺激的選擇性加工效應即阻礙效應的發生是由于不同條件刺激之間聯結強度的競爭，該模型成功地解釋了學習中的阻礙效應，對后來的模型產生了深遠的影響。但是該模型過分強調無條件刺激在阻礙效應的發生中起決定作用，忽略了對條件刺激加工的貢獻[15][16][17]。

2．選擇性注意學習理論

為了克服Rescorla-Wagner模型的缺陷，Mackintosh的選擇注意理論從注意的選擇性角度去闡釋阻礙效應③。該理論認為在有限注意資源下，條件刺激的聯結性α并非固定不變，而是隨著被試在每個學習輪次中體驗的不同而變化，由該條件刺激對強化刺激的預測性決定。當一個條件刺激可以很好地預測一個強化刺激時，該條件刺激的聯結性α就高，對該條件刺激分配的注意就會增加;當先前關于條件刺激A的學習已經證實了條件刺激A能夠很好的預測強化刺激，而復合條件刺激AB同時出現時對強化刺激的預測與條件刺激A單獨出現時沒有差異，條件刺激B的預測性即為0，條件刺激B對強化刺激的低預測性導致低αB，因此在學習過程中會抑制對條件刺激B的注意而出現阻礙效應。

相對于Rescorla-Wagner模型，選擇注意理論強調了條件刺激的加工過程對阻礙效應的影響，即從條件刺激聯結性的角度闡述了阻礙效應的發生，是對阻礙效應解釋的一大進步。但是選擇注意理論卻不能很好的解釋“Hall-Pearce負遷移”現象，即如果老鼠在學習一個聲音與高強度電擊的聯結之前先學習了該聲音同一個低強度電擊的聯結，那么相對于控制組老鼠(控制組老鼠在學習聲音同高強度電擊的聯結之前，學習輪次中只有聲音沒有電擊)，實驗組的老鼠更難建立聲音與高強度電擊之間的聯結，阻礙效應更明顯[18]。而根據選擇注意理論，實驗組老鼠的阻礙效應應該弱于控制組老鼠。據此，Pearce和Hall發展了自己的學習模型。

3．Pearce-Hall模型

Pearce-Hall模型與選擇注意理論，都認為條件刺激之間聯結性(預測性)的競爭是導致學習中出現阻礙效應的主要原因，但不同的是，Pearce-Hall模型(1980)認為當學習達到穩定的漸近線后，就不需要對刺激分配額外的注意力[19]。該模型認為條件刺激的聯結性是由無條件刺激的意外程度決定，無條件刺激越意外，條件刺激的聯結性就越好。具體而言，條件刺激A在第N個學習輪次中的聯結性，取決于λ和VA之間差異的絕對值如果條件刺激之后出現的強化刺激是意外的，那么λ和之間的差異增大，條件刺激A的聯結性變大，如果條件刺激之后出現的強化刺激在意料之中，那么λ和之間差異變小，條件刺激A的聯結性變小。

Pearce-Hall模型很好地解釋了“Hall-Pearce負遷移”現象，即如果老鼠在學習聲音與一個高強度電擊的聯結之前學習了該聲音同一個低強度電擊的聯結，那么聲音與低強度電擊的聯結強度V趨近于低強度電擊的λ，從而導致λ-V趨近于0，因此聲音的聯結性α會趨近于0。如果在當前學習輪次中老鼠學習高強度電擊與聲音的聯結，由于聲音的聯結性趨近于0，所以在當前學習輪次中不會發生聲音與高強度電擊的聯結學習，聲音與高強度電擊的學習受到阻礙。控制組老鼠在學習聲音與高強度的電擊之前，進行了幾個只有聲音沒有電擊的學習輪次，導致λ為0，那么VA會反超λ，由于聯結性α取的是λ與VA差異的絕對值，所以聯結性α反而會增加，所以更容易掌握聲音與高強度電擊的聯結。

(二)完形理論

完形理論認為當主體面臨任何形式的刺激時都會激活一個輸入網絡(input network)，該網絡包括一層輸入單元，這些輸入單元要么處于激活水平要么處于睡眠狀態，每個輸入單元都同大量的完形單元(configural units)相聯結。例如:圖1表示沒有任何學習發生的狀態，輸入單元和完形單元之間的聯結強度都為0，因此沒有激活任何完形單元(虛線表示無效聯結，實線表示有效聯結);圖2是給主體呈現刺激A和刺激C時，輸入單元和完形單元之間的聯結情況。如果復合刺激A和C總是與無條件刺激配對出現，那么復合刺激AC的完形單元就會與無條件刺激US建立聯結。當接下來呈現復合刺激AC時，會激活復合刺激AC的完形單元，從而激活無條件刺激，導致出現條件反應CR。條件反應的強度取決于完形單元AC的激活程度以及條件刺激AC和無條件刺激的聯結強度。

圖1 沒有學習發生的狀態

圖2 有學習發生的狀態

完形理論可以有效地解釋阻礙效應。根據完形理論，在條件反射形成的第一個階段僅有條件刺激A，因此在學習條件刺激A與無條件刺激之間的聯結時，會首先激活條件刺激A的完形單元，并且條件刺激A的完形單元會同無條件刺激建立絕對的聯結，從而引起絕對的條件反應CR。在接下來的學習輪次中當同時呈現復合條件刺激A和B時，復合條件刺激AB的完形單元會被激活，而條件刺激A的完形單元則不能被完全激活，會導致條件反應不能趨近漸近線。由于條件刺激A的完形單元提供了無條件刺激激活所需要的大部分激活單元，因此復合了條件刺激AB的完形單元與無條件刺激的聯結強度會很弱。在阻礙效應研究的測驗階段，測驗條件刺激B對無條件刺激的激活。由于復合條件刺激AB的完形單元與無條件刺激之間的聯結強度本來很弱，再加之只能激活復合刺激AB的部分完形單元，當僅呈現條件刺激B時幾乎不能引起條件反應，即表現為阻礙效應。

總之，雖然各派聯結學習理論對阻礙效應的機制持有不同的觀點，但各理論都強調學習的過程就是建立刺激之間聯結的過程，都強調強化在學習過程中的重要作用。近年來隨著認知心理學的發展，研究者越來越關注語言、認知和意識的控制在學習中的作用。

三、阻礙效應的認知解釋

認知學習理論認為學習過程是對刺激之間關系表征的過程，人類的學習是受到注意控制和充滿理性推理的過程[20]，該理論主要闡述人們如何對所處環境中的關系進行表征從而形成認知模型并對之進行調整。而隨著相關研究開始發現在人類的因果推理學習和偶然學習(contingency learning)中都存在阻礙效應⑤⑩[21]，該理論認為阻礙效應的產生正是由于人們進行了如下的推理:當刺激線索B和刺激線索A一起出現時，引發的結果與刺激線索A單獨出現時引發的結果相同，因此，刺激線索B并不是導致結果產生的原因，會出現對刺激線索B的阻礙學習[22][23][24]。在阻礙效應的認知解釋中，除了早期的Cheng等人提出的概率對照模型(probabilistic contrast model)[25]，比較代表性的是 Waldmann 和 Holyoak 的因果模型理論④[26][27]和 De Houwer，Beckers 等人的推論解釋觀[11][12][28][29][30]。

(一)因果模型理論(causal model theory，CMT)

Waldmann和Holyoak提出:聯結主義學習理論認為事件之間的因果關系僅僅與時間順序有關，是形成線索和結果之間的聯結，先發生的事件被當作線索而后發生的事件被當作結果。在聯結學習中線索和輸出結果之間不存在必然的因果聯系，線索既可以做原因也可以做結果。而因果模型理論認為事件之間因果關系的形成依賴于現實生活中事件所扮演的因果角色。現實生活中的線索指的是在因果關系中扮演原因角色且導致結果產生的事件④。因此，因果模型理論強調因果關系學習中的方向性，人們對學習中因果關系的方向性也非常敏感，并且人們由于對因果關系中不同方向性的感知會導致預測學習(predictive learning)和診斷學習(diagnostic learning)中的阻礙效應不同。

預測學習即根據原因推理可能結果的學習(見圖3);診斷學習則是根據結果推理可能原因的學習(見圖4)。根據聯結主義學習理論，兩種學習都是建立由輸入線索到結果輸出的聯結，因此，二者是對稱的。在預測學習中，當推論結果時多個可能的原因之間會出現競爭，在診斷學習中，當推論原因時多個可能的結果之間也會出現競爭，因此根據聯結學習理論預測學習和診斷學習中都會發生阻礙效應。但根據因果模型理論，在進行預測學習時學習是按照由因到果的順序，多個可能的原因或線索之間會存在競爭，所以會出現對某些原因或線索的阻礙學習。在進行診斷學習時學習是按照由果到因的順序，多個可能的結果之間并不存在競爭，因此并不會出現阻礙效應。而Waldmann和Holyoak的研究發現，阻礙效應只發生在預測學習中，進一步支持了因果模型理論。

圖3 預測學習

圖4 診斷學習

因果模型理論的提出具有重要意義⑩，該理論首次探討了原因事件和結果事件自身的特性對學習的影響，提出在學習中人們不僅可以獲得抽象的因果知識，同時還可以利用這些抽象的因果知識進行新的學習。此外，因果模型理論對后來的認知學習理論，尤其是De Houwer等人提出的推論解釋觀產生了重要影響。

(二)推論解釋觀(Inferential Account)

De Houwer，Beckers等人的推論解釋觀認為，在學習中之所以會出現對某些線索的阻礙學習，是人們對該線索在學習中所處的角色進行推理后產生的結果[11][12][28][29][30]。當人們推論出某線索并不是引起結果產出的重要原因，即對結果產出沒有貢獻時，人們對該線索的學習就會受到阻礙，出現阻礙效應;反之，如果人們根據已有的信息推論出某線索是結果產出的重要原因，即對結果產出有重要貢獻時，人們就會對該線索進行學習，阻礙效應就會變弱。在對線索角色推理的過程中，線索自身的特性以及結果產出的特性都會影響到人們對線索角色的推理，從而對學習中的阻礙效應產生影響。

De Houwer等人的研究首先探討了線索的特性對阻礙效應的影響[31]，研究中分別探討了線索作為結果產出的原因和預示者時，對阻礙效應強度的影響。研究結果發現線索角色不同對阻礙效應產生的影響不同，當線索被描述為結果產出的原因時，容易出現強烈的阻礙效應，當線索被描述為結果產出的預示者時，阻礙效應的強度遠遠弱于前者。該結果表明人們對線索角色的不同認知會導致學習中阻礙效應的強度不同，支持阻礙效應的認知解釋。而聯結學習理論則無法進行解釋。

此外，De Houwer和Beckers等人還發現結果產出的特性，尤其是結果產出的可加性(additivity)和極大性(maximality)也會對阻礙效應的強度產生影響，再次證明人類的學習是一個理性推理過程[11][12][28][32]。結果產出的可加性是指當多個線索都對結果產出有貢獻時，多個線索同時出現所引起的結果產出幅度會大于單個線索出現時所引起的結果產出幅度。如果結果產出具有可加性而新增的線索沒有導致結果產出的幅度增大時，對新增加線索的學習容易出現阻礙效應;而如果已知結果產出不具有可加性，對新線索學習的阻礙效應就會明顯變弱。結果產出的極大性是指當多個線索同時出現時引起的結果產出的幅度是否達到了極大值。如果結果產出沒有達到極大值，而新增的線索沒有引起結果產出的幅度增加時，那么對新增加的線索更容易出現阻礙效應;如果已知結果產出已經達到極大值，對新線索學習的阻礙效應就會明顯變弱[11][28]。

關于阻礙效應的認知解釋，還有大量相關研究。例如:Matute等人的一系列研究發現不同學習任務類型會影響對原因線索和結果產出的學習[33][34]。此外，還有研究者在De Houwer和Beckers等人的基礎上通過研究次極大性來支持阻礙效應的認知解釋[35][36][37][38]。

四、小結與展望

聯結主義學習理論和認知學習理論關于阻礙效應機制的研究和探討，對了解和認識學習機制發揮了重要作用。但是由于兩種理論都只能解釋阻礙效應中的部分現象，兩種理論爭論也一直存在，而當前心理學界內關于高級認知過程的雙加工機制理論的發展或許可以為阻礙效應的研究以及解決兩種理論的分歧提供一個新的思路。

雙加工機制理論認為人類的高級認知活動包括兩個認知加工系統:一個是無意識的、快速的自動加工系統，另一個是意識控制的加工緩慢的認知系統[39]。雙加工機制理論在推理、決策和社會認知的研究中都得到了支持。那么雙機制的加工系統是否能夠解釋學習中的阻礙效應?先前關于阻礙效應的聯結主義解釋與認知主義解釋得出不一致的結論，是否是由于分別關注了雙機制系統中的某一個系統所致?人類的學習過程是否同時包括聯結學習和認知學習?Shanks在關于聯結主義學習理論和認知學習理論的回顧中也曾提到“人類的學習過程是充滿意識控制的，并且個體的信念會對學習產生很大影響，但是聯結主義在人類的學習中仍發揮了重要作用”[40]。

事實上，隨著阻礙效應研究的不斷深入，一些研究結果也從側面支持了阻礙效應的發生符合學習雙機制理論的解釋。有研究發現人們對事件線索的學習一方面受到線索聯結性的影響，線索聯結性會影響到對該事件線索分配的注意力，同時人類的學習也是一個理性推理過程，并且該推理過程受分配到的注意力的影響[41]。

Cobos和Lopez等人對學習機制進行的一系列研究也同時發現了支持聯結主義學習和認知學習的證據[42][43]。他們的研究結果表明對事件之間關系的闡述方式在大部分情況下會影響到阻礙效應的出現，這與因果模型理論的觀點一致;但學習有時也會對事件的描述方式免疫而獨立于事件的因果結構，又支持聯結主義學習的觀點。而Le Pelley和Mclaren對因果學習中阻礙效應的研究結果發現人類的因果學習的確與動物的聯結學習相似，強化在學習中發揮了重要作用，如果在刺激呈現后不給予相應的強化物，學習中的阻礙效應就會消失。但同時Le Pelley等也發現當采用更容易進行理性推理的實驗程序時，即使在刺激呈現之后沒有給予強化物，學習中的阻礙效應也不會消失，這表明人類的因果學習中包括了認知加工過程，在一些特定情況下人們的學習也不僅僅依賴于強化⑧[44]。

綜上所述，如何有效利用學習雙機制理論對阻礙效應進行解釋是今后研究的一個重要內容。畢竟在雙機制加工理論內部，各派對于兩個認知加工系統與學習形式之間的關系還存在很大爭議。在學習過程中，是認知系統決定了加工方式，還是學習形式決定了加工方式，各派觀點不一。如果是認知系統決定了加工方式，那么對于任何形式的學習，是否是都可以采用自動無意識的加工?如果是學習形式決定了加工方式，是否某些特定的學習形式，只能被某種特定的認知系統加工，而不能被另外一種加工系統加工?此外，在利用學習雙機制理論對阻礙效應進行解釋時，研究者還需要關注不同物種和不同學習方式在阻礙效應強度上量的差異，在動物身上發現的阻礙效應是否能夠全部推廣到人類還有待于商榷。即使是對人類而言，在內隱學習和外顯學習兩種不同的學習方式下在阻礙效應的強度上都有所不同，而關注這些差異對于了解阻礙效應的內在機制具有重要意義。

注 釋:

①Aydin，A．，＆ Pearce，J．M．Prototype effects in categorization by pigeons．Journal of Experimental Psychology:Animal Behavior Processes，1994，20:264-277．

②Kamin，L．J．Predictability，surprise，attention，and conditioning．In Church，R．M．＆ Campbell，B．A．(Eds．)，Punishment and aversive behavior．New York:Appleton-Century Crofts，1969，279-296．

③Mackintosh，N．J．A Theory of Attention:Variations in the Associability of Stimuli with Reinforcement．Psychological Review，1975，82:276-298．

④Waldmann，M．R．Competition among causes but not effects in predictive and diagnostic learning．Journal of Experimental Psychology:Learning，Memory，and Cognition，2000，26:53-76．

⑤Beckers，T．，De Houwer，J．，＆ Matue，H．Editorial:Human contingency learning．The Quarterly Journal of Experimental Psychology，2007，60:289-290．

⑥Bott，L．，Hoffman，A．B．，＆ Murphy，G．L．Blocking in Category Learning．Journal of Experimental Psychology:General，2007，136:685-699．

⑦Aitken，M．R．F．，Larkin，M．J．W．，＆ Dickinson，A．Re-examination of the role of within-compound associations in the retrospective revaluation of causal judgements．The Quarterly Journal of Experimental Psychology，2001，54:27-51．

⑧Le Pelley，M．E．，Oakeshott，S．M．，Wills，A．J．＆ McLaren，I．P．L．The outcome specificity of learned predictiveness effects:parallels between human causal learning and animal conditioning．Journal of Experimental Psychology:Animal Behavior Processes，2005，31:226-236．

⑨Beckers，T．，De Houwer，J．，Pineno，O．，＆ Miller，R．R．Outcome additivity and outcome maximality influence cue competition in human causal learning．Journal of Experimental Psychology:Learning，Memory，and Cognition，2005，31:238-249．

⑩De Houwer J．，＆ Beckers T．A review of recent developments in research and theories on human contingency learning．The Quarterly Journal of Experimental Psychology，2002a，55B:289-310．

[11]Lovibond，P．F．，Been，S．L．，Mitchell，C．J．，Bouton，M．E．，＆ Frohardt，R．Forward and backward blocking of causal judgment is enhanced by additivity of effect magnitude．Memory＆ Cognition，2003，31:133-142．

[12]Mitchell，C．J．，＆ Lovibond，P．F．Backward and forward blocking in human electrodermal conditioning:Blocking requires an assumption of outcome additivity．Quarterly Journal of Experimental Psychology，2002，55B:311-329．

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* 本研究得到中山大學青年教師起步資助計劃(18000-3181402)資助