CS-US상관관계 연구, CS가 얼마나 US를 잘 예측하는가?

🔷 조건 억제 실험 (Conditioned Suppression Experiment)을 통한 CS-US상관연구

✅ 서론

고전적 조건화는 학습의 중요한 원리로, 조건 자극(CS)와 무조건 자극(US) 사이의 연관을 통해 조건 반응(CR)을 형성하는 과정입니다. Rescorla의 연구에서는 CS와 US 사이의 상관관계가 조건 반응의 강도에 어떻게 영향을 미치는지를 실험적으로 입증했습니다. 본 실험에서는 소리 자극(톤)을 조건 자극(CS)으로 사용하고, 전기충격을 무조건 자극(US)으로 설정하여 조건 반응을 유도하고, 이들 간의 상관관계를 실험적으로 측정하였습니다.

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✅ 1. 초기 학습 (기본 조건화)

• 목표: 쥐가 레버를 누르면 먹이를 얻는다는 연관을 학습합니다.
• 이 단계에서는 레버 누르기가 조건 자극(CS)으로, 먹이는 무조건 자극(US)로 주어집니다. 쥐는 레버를 누르면 먹이를 얻는다고 학습하게 됩니다.

레버 누르기 -> 먹이

• 설명: 이 단계에서는 레버 누르기와 먹이가 연결되며, 쥐는 레버를 누르면 보상을 얻는 행동을 학습합니다.

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✅ 2. 조건 억제 학습 (Conditioned Suppression)

• 목표: 소리 자극(CS)과 전기충격(US)을 결합하여 소리 자극이 전기충격을 예고하는 신호로 사용되도록 합니다. 쥐는 이 자극을 통해 두려움 반응을 학습하고, 레버 누르기를 억제하게 됩니다.
• 소리 자극(톤)은 처음에 중립 자극(CS)으로 주어지며, 이후 전기충격(US)과 결합되어 두려움 반응을 유발하는 조건 자극(CS)로 변합니다.
• 소리 자극(톤)의 지속 시간은 2분입니다. 이 소리 자극은 전기충격(US)과 결합되어 쥐에게 두려움을 유발하는 신호로 작용합니다.

소리 자극 (CS) -> 전기충격 (US)
소리 자극 (CS) -> 두려움 (CR)

• 설명: 소리 자극(톤)은 전기충격과 반복적으로 결합되며, 두려움 반응을 유발하는 조건 자극(CS)로 변합니다. 소리 자극은 전기충격을 예고하는 신호로 인식되고, 쥐는 이를 통해 두려움을 느끼게 됩니다.

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✅ 3. CS–US 상관관계 (CS–US Correlations)

• CS–US 상관관계에 대한 실험과 수치적 예시를 설명드립니다. 이 실험은 Rescorla의 연구에서 중요한 역할을 하며, 조건 자극(CS)과 무조건 자극(US)의 상관관계가 조건 반응(CR)의 강도에 어떻게 영향을 미치는지를 보여줍니다.

🔹 1. 실험 세부 내용

Rescorla는 쥐들을 대상으로 조건 억제 실험을 진행했습니다. 실험에서 CS는 2분 동안 랜덤 간격으로 제시되는 톤이었고, US는 전기 충격이었습니다. 각 실험에서 CS와 US의 관계를 다르게 설정하여 조건 반응(CR)의 강도를 측정했습니다.

🔹 세 가지 실험 조건:

1. 흥분성 조건화 (Excitatory Conditioning)

• CS(톤)가 울릴 때 전기 충격이 발생할 확률은 40%였고, CS가 울리지 않을 때는 20%의 확률로 충격이 발생했습니다.
• 결과: 톤은 흥분성 CS로 작용했고, 톤이 울리면 쥐는 레버를 누르는 행동이 억제되었습니다. 즉, 톤이 US의 발생을 예측하기 때문에, 이 CS는 강력한 조건 반응을 유발했습니다.

소리 자극 O -> 전기충격(40%) -> 레버누르기 
소리 자극 X -> 전기충격(20%) -> 레버누르기

• 소리 자극이 있을 때 전기충격이 있을 확률이 크기에 소리 자극은 흥분성 조건 자극으로 작용하여 레버 누르기를 억제합니다.

소리 자극 -> 레버 누르기 억제

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2. 중립적 조건화 (Neutral Conditioning)

• CS(톤)과 US(전기 충격) 사이의 확률이 동일했습니다. 즉, CS가 울릴 때와 울리지 않을 때 모두 40%의 확률로 충격이 발생했습니다.
• 결과: 톤은 중립적 자극이었으며, 쥐는 톤에 대해 어떤 억제적인 반응도 보이지 않았습니다. CS와 US 사이에 상관관계가 없었기 때문에 조건 반응이 나타나지 않았습니다.

소리 자극 O -> 전기충격(40%) -> 레버누르기
소리 자극 X -> 전기충격(40%) -> 레버누르기

• 소리 자극이 레버 누르기를 억제하지 못합니다.

소리 자극 -> 레버 누르기 억제 실패

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3. 억제성 조건화 (Inhibitory Conditioning)

• CS(톤)이 울릴 때, US의 발생 확률이 톤이 울리지 않을 때보다 낮았다는 실험 조건입니다.
• 결과: 톤은 억제성 CS로 작용하여, 쥐는 US의 부재를 예고하는 신호로 인식하고, 톤이 울리면 레버를 누르지 않는 억제적 반응을 보였습니다.

소리 자극 O -> 전기충격(20%) -> 레버누르기
소리 자극 X -> 전기충격(40%) -> 레버누르기

• 소리 자극(CS)은 조건반응(레버 누르기)을 만들어내지 못하며 억제성으로 작용합니다.

소리 자극 -> 레버 누르기 억제 실패

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✅ 최종 요약

조건	CS와 US의 상관관계	결과	조건 반응
흥분성 조건화	CS가 US의 발생을 예측	CS가 US의 발생 확률을 높여 흥분성 조건 반응 유발	소리 자극 -> 레버 누르기 억제
중립적 조건화	CS와 US가 동일 확률로 발생	상관관계가 없어 조건 반응이 나타나지 않음	소리 자극 -> 레버 누르기 억제 실패
억제성 조건화	CS가 US의 발생을 예측하지 않거나 낮춤	CS가 US의 부재를 예고하는 신호로 작용	소리 자극 -> 레버 누르기 억제 실패

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✅ 결론

Rescorla는 이 실험을 통해 CS와 US 사이의 상관관계가 고전적 조건형성에서 조건 반응의 강도를 결정한다고 결론지었습니다. 구체적으로:

• 긍정적 상관관계 (Excitatory Conditioning): CS가 US의 발생을 예측할 때 흥분성 조건화가 일어나며, 강한 조건 반응을 유발합니다.
• 중립적 상관관계: CS와 US가 예측할 수 없을 때 중립적인 자극으로 작용하며, 조건 반응이 발생하지 않거나 약하게 나타납니다.
• 부정적 상관관계 (Inhibitory Conditioning): CS가 US의 발생을 예측하지 않거나 낮추면 억제성 조건화가 일어나며, 조건 반응을 억제합니다.

따라서, CS가 US의 발생 가능성을 예측하는 정도가 고전적 조건형성에서 중요한 역할을 하며, 이 상관관계를 통해 우리가 학습하는 방식과 반응을 이해할 수 있습니다.