I cani di Pavlov e la scienza del condizionamento

In un laboratorio di San Pietroburgo, intorno al 1901, un fisiologo russo era alle prese con un problema profondamente pratico: capire come l'apparato digerente produce i suoi succhi. Per misurare la salivazione con precisione, la sua squadra aveva dotato i cani di piccole fistole che drenavano la saliva in provette di raccolta, così che ogni goccia potesse essere pesata e contata. L'apparato funzionava splendidamente, salvo per una fastidiosa irregolarità. I cani cominciavano a salivare prima che qualunque cibo toccasse la loro lingua. Sbavavano alla vista dell'inserviente che di solito portava la ciotola, al rumore dei suoi passi nel corridoio, persino al tintinnio dell'apparecchiatura di alimentazione che veniva preparata.

Per la maggior parte degli sperimentatori questo era rumore di fondo, una contaminazione scomoda dei dati da tenere sotto controllo ed eliminare. Ivan Pavlov fece qualcosa di più raro. Decise che la contaminazione era proprio la parte interessante. Quello in cui si era imbattuto non era un difetto dei suoi esperimenti sulla digestione, ma una porta d'accesso a una domanda che la fisiologia non aveva ancora imparato a porsi: come arriva un animale a rispondere a un segnale che, di per sé, non significa assolutamente nulla? Quel solo spostamento dell'attenzione trasformò un gocciolare incontrollato di saliva nell'esperimento fondativo di uno dei modelli più duraturi della psicologia.

Dal tubo digerente al riflesso condizionato

Ivan Pavlov nacque nel 1849 e si formò nella rigorosa tradizione della fisiologia ottocentesca, una scuola che apprezzava la misurazione esatta e la spiegazione fisica più dei vaghi discorsi sulla mente o sullo spirito. Per formazione, non era affatto uno psicologo. Il suo grande successo iniziale fu una meticolosa descrizione di come le ghiandole digestive secernono su comando, un lavoro abbastanza accurato da valergli il premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina del 1904. Quando arrivò il premio, i suoi interessi avevano già cominciato a spostarsi verso l'enigma della saliva anticipatoria.

Pavlov affrontò questa nuova domanda con gli stessi istinti che lo avevano servito nella sua ricerca sulla digestione. Voleva qualcosa che potesse controllare, quantificare e ripetere, perciò provocò deliberatamente la situazione invece di aspettare che accadesse per caso. Faceva risuonare un tono, o avviava un metronomo, e poi, un istante dopo, somministrava il cibo al cane. Dopo un numero sufficiente di ripetizioni, il cane salivava al solo tono, senza alcun cibo in vista. Pavlov poteva ora misurare la forza di questa reazione appresa contando le gocce, cronometrando la rapidità con cui compariva e osservando come cambiava al variare delle condizioni. Aveva convertito un fenomeno psicologico sfuggente in uno fisiologico, e quella traduzione spiega in buona parte perché il suo lavoro si sia rivelato così duraturo.

I quattro termini che organizzano l'intero modello

La forza del modello di Pavlov nasce da un vocabolario piccolo e preciso che permette di descrivere quasi ogni caso di questo tipo di apprendimento. Tutto poggia su quattro termini, e vale la pena coglierli con esattezza.

Il cibo in bocca fa salivare un cane senza alcun addestramento preliminare; è semplicemente il modo in cui l'animale è fatto. Il cibo è lo stimolo incondizionato, ciò che in modo naturale e automatico innesca una risposta, e la salivazione che produce è la risposta incondizionata. Nessuno dei due va appreso. Un tono, al contrario, non significa nulla per un cane affamato all'inizio. È uno stimolo neutro, il genere di cosa che l'animale potrebbe notare e poi ignorare. L'intero esperimento consiste nell'associare il tono neutro al cibo, ancora e ancora, finché il tono smette di essere neutro. Una volta che il cane saliva al solo tono, il tono è diventato uno stimolo condizionato, e la salivazione che ora innesca è la risposta condizionata. Qui la parola condizionato porta con sé il senso di condizionale, una risposta che dipende da una storia di associazioni piuttosto che dal cablaggio innato dell'animale.

Esposta in questo modo, la logica è quasi aritmetica. Uno stimolo incondizionato suscita in modo affidabile una risposta incondizionata. Associa uno stimolo neutro a quello stimolo incondizionato abbastanza volte, e lo stimolo neutro diventa uno stimolo condizionato capace di suscitare da solo una risposta condizionata. La risposta condizionata e quella incondizionata sono spesso simili, entrambe salivazione nel caso di Pavlov, ma non sono identiche e nascono da cause diverse. Questo insieme compatto di definizioni è il vocabolario operativo che gli studiosi dell'apprendimento usano ancora oggi, più di un secolo dopo, e gran parte di ciò che segue è in realtà uno studio di come si comportano queste associazioni una volta formate.

Come le risposte condizionate si costruiscono, si perdono e si recuperano

Una risposta condizionata non compare già formata alla prima associazione. Si costruisce gradualmente attraverso prove ripetute, diventando più forte e più affidabile man mano che lo stimolo condizionato e lo stimolo incondizionato continuano ad arrivare insieme. Questa fase di costruzione si chiama acquisizione, e osservarla mentre si svolge consente allo sperimentatore di vedere l'apprendimento come un processo con una pendenza misurabile anziché come un interruttore improvviso.

Altrettanto istruttivo è ciò che accade quando l'associazione si interrompe. Se Pavlov faceva risuonare il tono molte volte senza mai farlo seguire dal cibo, la salivazione condizionata svaniva e alla fine scompariva. Questo indebolimento si chiama estinzione, e il nome è leggermente fuorviante, perché suggerisce che l'apprendimento originario sia stato cancellato del tutto. Il risultato più rivelatore dell'intera sequenza mostra che non è così. Dopo un periodo di riposo di ore o giorni, quando il tono veniva fatto risuonare di nuovo, la salivazione tornava da sola, senza nuove associazioni. Questo recupero spontaneo ci dice qualcosa di importante sulla memoria: l'estinzione non cancella l'associazione originaria, ma sovrappone ad essa un nuovo apprendimento, un'inibizione appresa che dice che questo segnale non predice più il cibo. La prima lezione è ancora lì sotto, e questo ha plasmato il modo in cui gli psicologi pensano al perché paure e abitudini, una volta apparentemente sconfitte, possano tornare.

Quando l'apprendimento si diffonde e quando si affina

Altri due fenomeni completano il quadro e, comodamente per Pavlov, fungevano anche da strumenti per indagare ciò che i suoi cani riuscivano a percepire. Il primo è la generalizzazione. Un cane addestrato a salivare a un tono di una certa altezza saliverà anche, in misura minore, a toni vicini che non ha mai sentito associare al cibo. La risposta condizionata si estende a stimoli che assomigliano allo stimolo condizionato originario, e più stretta è la somiglianza, più forte è la risposta. Questo non è un difetto dell'apprendimento ma un'impostazione predefinita sensata, poiché nel disordine del mondo reale un segnale raramente si ripresenta esattamente nella stessa forma due volte.

Il processo opposto è la discriminazione. Se Pavlov nutriva costantemente il cane dopo un tono specifico mentre presentava un tono simile mai seguito dal cibo, il cane imparava gradualmente a rispondere solo al tono rinforzato e a trattenere la risposta nei confronti dell'altro. Questo offrì a Pavlov uno strumento inaspettatamente elegante. Avvicinando sempre di più due toni, o due forme, e osservando quando il cane non riusciva più a tenerli distinti, poteva misurare dall'esterno i limiti dell'udito o della vista dell'animale, leggendo l'acuità sensoriale da una ghiandola salivare. Un metodo nato come studio dell'apprendimento diventò un modo per interrogare la percezione stessa.

Dalla saliva di un cane alla paura di un bambino

Per molto tempo restò una questione aperta se qualcosa di tutto ciò valesse anche per gli esseri umani, e in particolare per le emozioni che sentiamo come le più personali e le meno meccaniche. La risposta, dimostrata in un modo che da allora ha turbato il campo, arrivò nel 1920. Alla Johns Hopkins, lo psicologo John Watson e la sua collaboratrice Rosalie Rayner lavorarono con un neonato di undici mesi ricordato come il piccolo Albert. All'inizio il bambino non mostrava alcuna paura di un ratto bianco da laboratorio. Watson e Rayner cominciarono allora a colpire una barra d'acciaio con un martello dietro la testa di Albert, producendo un rumore improvviso e spaventoso, ogni volta che il ratto compariva. In breve tempo il solo ratto faceva piangere e indietreggiare il bambino, anche senza alcun rumore.

La corrispondenza con i termini di Pavlov è esatta. Il fragore intenso era uno stimolo incondizionato che produceva una risposta incondizionata di paura; il ratto, inizialmente neutro, divenne uno stimolo condizionato che innescava una paura condizionata; e la paura si generalizzò persino, con Albert che, a quanto si riferisce, si turbava di fronte ad altre cose pelose su cui non era stato addestrato. L'esperimento stabilì che le risposte emotive umane, non solo i riflessi ghiandolari, sono condizionabili in senso classico. Fu anche, secondo qualunque criterio moderno, un grave fallimento etico: un neonato vulnerabile fu deliberatamente spaventato, senza un piano chiaro per riparare il danno. Il disagio che lo studio suscita ancora oggi è parte del motivo per cui resiste nei manuali, perché l'indignazione che generò contribuì a spingere la psicologia verso gli standard formali di etica della ricerca, compresi il consenso informato e la protezione dei partecipanti, che governano la disciplina oggi.

Il condizionamento in natura e in clinica

Una volta acquisito il vocabolario, si comincia a vedere il condizionamento classico ovunque nella vita quotidiana, in particolare nelle nostre reazioni emotive e fisiologiche automatiche. Gli indizi associati a un desiderio impellente, un particolare angolo di strada, un'ora del giorno, un odore, possono innescare da soli quel desiderio, molto tempo dopo che la sostanza è sparita. L'ansia può agganciarsi a una situazione specifica che un tempo coincise con qualcosa di realmente minaccioso. Un esempio vivido è l'avversione condizionata al gusto, in cui un singolo episodio di intossicazione alimentare può rendere nauseante per anni un piatto un tempo amato, un'associazione potente formata in una sola prova. La portata del condizionamento si estende persino al sistema immunitario, poiché gli animali da laboratorio possono essere addestrati al punto che un sapore neutro associato a un farmaco immunosoppressore arriva, da solo, ad attenuare l'attività immunitaria.

Due terapie cliniche trasformano questi principi in trattamento operando in direzioni opposte. La terapia avversiva installa deliberatamente una nuova associazione, accoppiando un comportamento indesiderato a uno stimolo incondizionato sgradevole così che il comportamento stesso cominci a risultare avversivo. La terapia di esposizione esegue la logica dell'estinzione all'inverso della paura del paziente: presenta lo stimolo condizionato temuto ripetutamente, in sicurezza e senza che la conseguenza minacciata arrivi mai, così che la risposta condizionata disadattiva si indebolisca gradualmente. Lo stesso meccanismo che insegnò ad Albert a temere un ratto può, se gestito con cura ed etica, aiutare qualcuno a disimparare una fobia.

Dove vive il condizionamento nel cervello, e dove si ferma

Il modello di Pavlov fu costruito interamente a partire dal comportamento, ma le neuroscienze successive ne hanno localizzato buona parte in specifici tessuti cerebrali. Due substrati sono particolarmente ben caratterizzati. Il cervelletto sostiene le risposte condizionate motorie, l'esempio più pulito essendo l'ammiccamento condizionato, in cui un tono associato a un soffio d'aria sull'occhio arriva a innescare da solo un battito di palpebre protettivo. L'amigdala, invece, è centrale per la paura condizionata, e questo vale in modo notevolmente coerente in tutti i mammiferi, dai ratti agli esseri umani. Danneggia queste strutture e la corrispondente forma di condizionamento non riesce ad attecchire, il che è una forte prova che le astrazioni di Pavlov corrispondono a un meccanismo reale piuttosto che a comode metafore.

È altrettanto importante essere chiari su ciò che il condizionamento classico non spiega. È, dopotutto, soltanto uno dei paradigmi dell'apprendimento in psicologia, e rende conto specificamente delle risposte involontarie e riflesse, di ciò che un corpo fa più che di ciò che un organismo sceglie di fare. Dice poco su come un animale impara a compiere un'azione volontaria del tutto nuova per ottenere una ricompensa, su come impara osservando un altro individuo, o su come costruisce una mappa interna dello spazio in cui si muove. Quelli sono i territori del condizionamento operante, dell'apprendimento osservativo e delle mappe cognitive, paradigmi distinti con i propri fondatori e la propria logica. Pavlov ci ha dato il primo e il più rigoroso dei quattro, non l'intero apprendimento.

Punti chiave

Il condizionamento classico nacque come osservazione accidentale nel laboratorio sulla digestione di Ivan Pavlov a San Pietroburgo, intorno al 1901, dove i cani salivavano prima che arrivasse il cibo, e crebbe fino a diventare il primo modello sperimentale per l'apprendimento associativo, opera di un fisiologo che aveva già vinto il premio Nobel del 1904. Il suo nucleo poggia su quattro termini: uno stimolo incondizionato che produce naturalmente una risposta incondizionata, associato ripetutamente a uno stimolo inizialmente neutro finché quello stimolo diventa uno stimolo condizionato capace di suscitare da solo una risposta condizionata. Queste associazioni si costruiscono attraverso l'acquisizione, si indeboliscono attraverso l'estinzione e si dimostrano persistenti grazie al recupero spontaneo, mentre la generalizzazione diffonde la risposta a indizi simili e la discriminazione la affina verso uno solo. Lo studio del piccolo Albert condotto da Watson e Rayner nel 1920, eticamente indifendibile, dimostrò che le emozioni umane sono condizionabili e contribuì a spingere il campo verso l'etica moderna della ricerca, e gli stessi principi oggi illuminano i desideri impellenti, le ansie, le avversioni condizionate al gusto e persino le risposte immunitarie condizionate, e stanno alla base della terapia avversiva e della terapia di esposizione, con il cervelletto a sostenere le risposte condizionate motorie e l'amigdala a sostenere la paura condizionata. Per quanto potente, il condizionamento classico spiega soltanto le risposte involontarie e riflesse, un paradigma su quattro, lasciando l'azione volontaria, l'apprendimento per osservazione e le mappe spaziali ad altre spiegazioni.