자극통제(Stimulus Control)와 일반화경사도(Generalization Gradients)

자극 통제와 일반화의 측정

행동은 어떻게 자극에 따라 달라지고, 그 범위는 어떻게 확인할 수 있을까?

자극통제란

📘 자극 통제의 개념

자극 통제는 특정한 선행 자극의 존재 또는 부재에 따라
행동의 빈도, 반응 지연 시간, 지속 시간, 강도 중 하나 이상이
체계적으로 변화하는 기능적 관계를 의미한다.
— 쿠퍼, 헤론, 휴어드, 『응용행동분석』 제3판

‘기능적 관계’란, 자극이 바뀌면 행동도 바뀌는 일정한 규칙이 있다는 뜻입니다.

🧮 함수 구조와 자극–행동의 관계

수학의 함수는 입력 x를 넣으면 결과 f(x)가 정해진 규칙에 따라 출력되는 구조입니다.

f(x) = x + 1

입력 x	결과 f(x)
1	2
2	3
3	4

🧪 자극 통제의 실제 예시

자극을 입력값 x, 행동을 출력값 f(x)로 표현할 수 있습니다.

자극 조건	함수 표현	행동 결과
불빛이 켜져 있음	f(불빛 O)	레버를 누름
불빛이 꺼져 있음	f(불빛 X)	레버를 누르지 않음

이처럼 행동이 특정 자극에 따라 달라진다면, 자극이 그 행동을 조절하고 있는 것입니다.

⚠️ 자극 통제의 어려움

현실 세계는 훨씬 복잡하여, 하나의 자극이 아닌 여러 자극들이 동시에 작용합니다.

f(x₁, x₂, x₃, …) = 행동 y

• x₁: 불빛
• x₂: 소리
• x₃: 시간
• x₄: 배경

이처럼 다변수 조건 속에서, 행동을 결정짓는 핵심 자극을 파악하기는 어렵습니다.

자극 일반화란?

🌈 자극 일반화의 개념

자극 일반화란, 훈련된 자극과 유사한 자극들에 대해서도 동일하거나 유사한 반응이 나타나는 현상입니다.

현실에서는 완전히 동일한 자극이 반복되지 않습니다.
유사한 자극이 주어졌을 때도 반응이 유지된다면,
우리는 그 행동이 일반화되었다고 말합니다.

 

🧮 수학적 함수 구조와의 연결

함수 f(x) = x + 1 에서,

• f(1) = 2
• f(1.1) = 2.1
• f(1.2) = 2.2

입력값이 조금 달라져도 결과는 크게 바뀌지 않습니다.
이는 학습된 자극 외에도 유사한 자극이 ‘같은 범주’로 처리되어
비슷한 반응이 일어나는 심리적 구조와 유사합니다.

🧪 심리학적 현상으로서의 자극 일반화

f(노란 불빛) = 레버를 누름

이후,

• 연노랑
• 주황
• 밝은 베이지색

등의 자극에서도 레버 누르기 행동이 유지된다면,
이는 자극이 노란 불빛과 유사하다고 인식되어 동일한 행동을 유도한 것입니다.

2025.05.10 - [심리학/학습심리학(James E. Mazur, Amy L. Odum )] - 고전적조건화: 자극일반화와 자극차별 정리

고전적조건화: 자극일반화와 자극차별 정리

자극일반화 경사의 측정

📐 자극 일반화의 측정

자극 일반화는 관찰만으로는 알 수 없습니다.
“어디까지 일반화가 일어나는지”를 확인하려면,
정량적 측정 방법이 필요합니다.

이를 시각적으로 표현한 것이 일반화 경사도(generalization gradient)입니다.
이는 자극이 원래 자극에서 멀어질수록 행동 반응률이 어떻게 변화하는지를 보여주는 그래프입니다.

 

실험1 🧪 Probe Trials의 도입

🎯 측정이 필요한 이유

예를 들어, 노란 불빛에 대해 훈련을 마친 비둘기가 있다고 가정합니다.
이제 우리는 파랑, 초록, 주황, 빨강 등의 불빛에 대해서도 반응이 나타나는지를 알고 싶습니다.

그런데 이 새로운 자극들에 대해
강화를 주면 새로 학습이 되어버리고,
전혀 주지 않으면 행동이 사라질 수 있습니다.

따라서 고안된 것이 Probe Trial 방식입니다.

🧪 실험 설계

전체 실험의 90%는 노란 불빛 → 반응 시 먹이 제공
나머지 10%는 다른 색 불빛 → 반응 시 먹이 없음

이 방식의 핵심은 다음과 같습니다:

• 노란 불빛에는 계속 강화가 주어지므로 행동 수준이 유지됨
• 간헐적으로 다른 자극을 삽입하고 반응만 측정 → 강화 없이도 반응의 존재 유무를 파악
• 행동이 유지되는 조건 속에서 측정이 이루어지므로 정확도 향상

이러한 조건에서는
“다른 색에 대해서도 행동이 어느 정도 유지되는지”를 확인할 수 있고,
그 반응 강도를 기준으로 자극 간 거리(색상 유사도)에 따른 일반화 경사도를 그릴 수 있습니다.

✅ 정리

Probe trial 방식은

• 기존 학습된 반응을 유지한 채,
• 새 자극에 대한 반응 수준을 측정할 수 있다는 점에서
  일반화 연구에 있어 매우 유효한 방식입니다.

실험2 🧪 완전 소거 방식

Probe 방식의 대안으로,
훈련 이후 모든 조건에 대해 강화 없이 반응을 측정하는 방식도 존재합니다.

훈련된 자극(예: 노란 불빛)과
새로운 자극들(예: 초록, 주황 등)을 모두 강화 없이 제시한 후,
행동이 얼마나 오래 지속되는지를 측정합니다.

이 방법의 장점은 다음과 같습니다:

• 모든 자극에 동일한 조건(소거 상태)을 적용하여
  → 자극 간 반응 강도를 비교하기 좋음
• 일반화 경사도를 명확히 관찰 가능

하지만 단점도 존재합니다:

• 강화가 없기 때문에 반응이 빠르게 소거될 수 있음
• 짧은 시간 안에 여러 자극을 빠르게 측정해야 정확도 유지 가능

🧒 인간 대상 실험 사례 (Droit-Volet, 2002)

동물 실험 외에도 인간을 대상으로 한 자극 일반화 측정 사례가 존재합니다.

Droit-Volet(2002)은
어린이에게 4초짜리 소리를 반복적으로 들려준 뒤,
다양한 길이의 소리(예: 3초, 3.5초, 4초, 4.5초 등)를 들려주며
이전과 같은 소리인지 판단하게 했습니다.

• 아이들은 4초에 가장 많은 "예" 반응을 보였고,
• 길이가 달라질수록 "예" 반응이 점차 줄어들었습니다.

이 실험을 통해 자극 일반화 경사도가
시간 지각(청각적 자극)에도 적용될 수 있다는 점이 확인되었습니다.

요약

마무리

자극 통제는 자극과 행동 사이의 규칙적인 관계를 뜻하며,
일반화는 그 통제가 유사 자극으로 확장되는 현상입니다.

이를 측정하기 위해 사용되는 probe trial,
완전 소거 방식, 인간 실험 등의 연구 설계는
자극과 반응 사이의 구조를 이해하는 데 매우 중요한 도구입니다.

 

🧾 요약 정리

항목	설명
자극 통제	자극에 따라 행동이 달라지는 기능적 관계
함수적 구조	f(x): 자극(x)에 따라 행동(y)이 결정됨
자극 일반화	유사한 자극에 반응이 확장됨
일반화 경사도	자극 간 차이에 따른 반응 강도의 점진적 변화 곡선
Probe Trial 방식	기존 훈련 유지 + 새로운 자극 반응 측정 → 일반화 경사도 추정 가능
완전 소거 방식	모든 자극 조건에 대해 강화 없이 반응 비교 → 경사도 확인 가능
인간 대상 실험 사례	4초 음 자극 후 다양한 길이 음 제시 → 유사 자극에서 반응 확률 점차 감소 확인