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스키너 상자

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1. 개요

스키너 상자는 동물의 행동을 연구하기 위해 설계된 장치로, 특정 자극에 대한 동물의 반응을 통해 조작적 조건 형성을 연구한다. 동물은 정확한 행동을 하면 보상을 받고, 부정확한 행동을 하면 처벌을 받도록 설계되어 있다. 1898년 에드워드 손다이크의 '효과의 법칙'을 바탕으로 B. F. 스키너에 의해 개발되었으며, 동물 학습, 행동 약리학 등 다양한 분야에서 활용된다. 스키너 상자는 상업적으로 슬롯머신, 온라인 게임, 소셜 네트워크 서비스 등에서 사용되기도 한다.

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스키너 상자
기본 정보
명칭작동 조건화 챔버
다른 이름스키너 상자
행동 연구 장비
개요
유형실험 장비
목적동물 행동 연구
사용 분야행동 심리학, 실험 심리학
고안자B. F. 스키너
발명 시기1930년대
디자인 및 기능
특징일반적으로 쉽게 관찰할 수 있도록 투명한 벽이 있음.
빛과 소리를 제어할 수 있도록 설계됨.
작동 원리동물이 특정 행동을 했을 때 보상(예: 먹이) 또는 처벌(예: 전기 충격)을 제공하여 학습을 유도함.
구성 요소레버 또는 단추 (동물이 누르는 장치)
먹이 공급 장치
전기 충격 장치 (선택 사항)
기록 장치 (행동 횟수 및 시간 기록)
사용법
주요 용도작동 조건화 연구, 행동 수정
실험 절차

장점
장점행동 연구에 대한 통제된 환경 제공
객관적인 데이터 수집 가능
다양한 동물 종에 적용 가능
단점
단점실험실 환경이 실제 환경과 다르다는 비판 존재
동물의 윤리적 문제 제기 가능성
관련 개념
관련 개념작동 조건화
강화
처벌
행동 수정

2. 목적

스키너 상자는 동물에게 특정 자극에 대한 반응으로 특정 행동을 학습시켜 조작적 조건화를 연구하는 도구이다. 동물이 정확한 행동을 하면 음식과 같은 보상을 받고, 부정확한 반응을 보이면 처벌을 받는다.[26] '열 상자'는 초파리와 같은 무척추동물의 조건 형성을 연구하는 데 사용되는 변형된 장치인데, 온도 변화가 가능한 영역과 그렇지 않은 영역으로 나뉘며, 무척추동물이 온도 변화 영역으로 이동하면 해당 영역이 가열된다. 결국 무척추동물은 온도 변화가 없는 쪽에 머무르도록 조건화된다.[26] 이러한 장치를 통해 연구자들은 보상/처벌 메커니즘을 통해 조건 형성과 교육을 연구할 수 있다.

조작적 조건화 챔버에서 쥐가 버튼을 누르고 있다.


조작적 조건화 챔버는 연구자들이 동물 행동과 조작적 조건화에 대한 반응을 연구할 수 있도록 해준다. 연구자들은 특정 자극에 대한 반응으로 동물이 특정 행동(예: 레버 누르기)을 수행하도록 가르치는 방식으로 연구를 진행한다. 올바른 행동을 수행하면 동물은 음식이나 다른 보상의 형태로 긍정적인 강화를 받는다. 어떤 경우에는 챔버가 부적절한 반응을 억제하기 위해 긍정적 처벌을 가할 수도 있다.[10]

3. 구조

스키너 상자는 실험용 동물을 수용할 수 있는 크기의 상자로, 보통 실험 쥐를 포함한 설치류, 비둘기, 영장류 등이 사용된다. 이 상자는 외부 자극을 차단하기 위해 방음 및 방광 처리가 되기도 한다.[11]

스키너 상자에는 최소한 한 개의 조작 장치가 있으며, 두 개 이상이 있는 경우도 있다. 이 장치는 동물의 조건반응이나 동작을 자동으로 감지한다. 영장류와 쥐는 주로 반응 레버를 사용하며, 레버를 누르면 컴퓨터가 이를 감지한다.[11] 비둘기와 같은 조류는 반응 키를 사용하는데, 새가 충분한 힘으로 쪼아야 작동한다.[5] 또한, 스키너 상자에는 음식이나 물과 같은 기본 강화제나 LED 신호와 같은 조건 자극을 제공하는 장치가 있다.[12]

왼쪽에는 두 개의 레버와 빛 신호를 포함한 두 가지 메커니즘이 있다. 상단에는 광원과 스피커가 있고 하단에는 전기가 통하는 바닥이 있다.


자극에 올바른 반응을 보이는 비둘기는 음식 펠릿으로 보상을 받는다.


현대의 스키너 상자는 하나의 스위치, 하나의 먹이 공급 장치, 누가반응기록기[27] 외에도 다양한 자극을 제시하기 위해 여러 개의 스위치, 보상 장치, LCD 패널 등을 사용하기도 한다.[12]

일부 스키너 상자에는 동물에게 전기 충격을 주기 위한 전기 그물이나 바닥이 있으며, 음식 제공 시간 정보를 제공하는 색 조명도 있다.[13]

4. 역사

에드워드 손다이크가 설계한 오리지널 퍼즐 박스


1898년, 미국의 심리학자 에드워드 손다이크는 조작적 조건형성의 기초가 되는 '효과의 법칙'을 제안했다.[8] 손다이크는 고양이를 이용한 퍼즐 상자 실험을 통해 시행착오 학습 과정을 관찰했다. 그는 고양이가 환경을 통찰력 있게 관찰하기보다는 시행착오 과정을 통해 배우는 것처럼 보인다는 것을 발견했다. 동물들은 자신의 행동이 어떤 결과를 초래한다는 것을 배우게 되었고, 그 결과의 유형은 그 행동이 반복될지 여부에 영향을 미쳤다.[9]

B. F. 스키너는 손다이크의 연구를 확장하여 강화, 소거, 처벌, 일반화 등 조작적 학습의 법칙을 발견했다. 스키너는 어떤 행동 뒤에 보상이 따르면 그 행동이 반복될 가능성이 높아지지만, 어떤 종류의 처벌이 따르면 반복될 가능성이 낮아진다고 보았다.[15]

학생들이 스키너 상자를 사용하고 있다


스키너는 특정 가설 검증과 행동 관찰을 위해 조작적 조건형성 상자를 설계했다. 그는 자연에서의 행동 관찰이 예측 불가능할 수 있으므로, 더 통제된 환경에서 동물을 관찰할 수 있는 방법을 만들고 싶어했다.[2]

1951년, 스키너는 미국 국내외 여러 대학에 스키너 상자를 보냈으며, 일본의 도쿄 대학에는 쥐용 스키너 상자를, 게이오기주쿠 대학에는 비둘기용 스키너 상자를 증정했다. 그러나 체중 조절이나 반응 형성과 같은 스키너 상자 사용에 대한 기초 지식과 조작적 조건화에 대한 지식이 아직 보급되지 않아 동물을 넣어도 전혀 반응하지 않자 고장이 아닌가 하는 문의가 있었다고 한다.

4. 1. 명칭 논란

스키너는 자신의 이름을 딴 '스키너 상자'라는 명칭을 선호하지 않았다. 그러나 다른 학자들이 '스키너 상자'라는 이름을 사용하기 시작했고, 스키너는 '레버가 달린 상자'와 같은 다른 명칭을 제안하기도 했다.

스키너는 이름이 되는 것에 대해 불쾌감을 표현한 것으로 알려져 있다.[6] 심리학자 클라크 L. 헐과 예일 대학교 학생들이 "스키너 상자"라는 표현을 만들어냈다고 여겨진다. 스키너는 그 용어를 스스로 사용하지 않았다고 말했으며, 심지어 E. 하워드 헌트에게 출판된 문서에서 "스키너 상자" 대신 "레버 상자"를 사용해 달라고 요청하기까지 했다.[7]

4. 2. 오해와 비판

스키너의 급진적 행동주의에 대한 반발 때문인지, 스키너 상자에 관해서는 과학적이지 않은 소문이 돌기도 했다.[1]

그중 최악의 것은 "스키너는 자신의 딸을 스키너 상자에 넣어 교육했다. 그 때문에 그녀는 발광해 버렸다"는 것이다.[1] 이는 스키너가 개발한 티칭 머신과 스키너 상자의 혼동, 조작적 조건형성에 대한 반감 등이 뒤섞인 오해였다.[1]

로렌 슬레이터는 실제로 스키너의 딸을 취재하여 이 소문이 사실무근임을 확인했다.[1]

5. 연구의 영향

스키너 상자는 행동 약리학을 포함한 다양한 연구 분야에서 일반적으로 쓰인다. 행동 경제학과 같은 심리학 바깥의 여러 다른 분야에서도 이 실험을 통해 정보를 얻는다.

1945년 스키너는 그의 아내가 어린 딸을 키우는 데 있어서 기존의 요람을 개선한 진보적 사고에서 과학적인 기술이 가정에서의 편한 육아 생활에도 긍정적으로 적용될 수 있다는 점을 보여주는 자료를 제공한 바 있다.[28] 조작적 조건형성 상자는 다양한 연구 분야, 특히 동물 학습 분야에서 널리 사용되고 있다. 상자 설계는 동물을 쉽게 모니터링할 수 있게 해주며, 특정 행동을 조작할 수 있는 공간을 제공한다. 이러한 통제된 환경은 현장에서는 수행할 수 없는 연구와 실험을 가능하게 한다.

조작적 조건형성은 다양한 방식으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 아이의 행동 형성은 칭찬, 언급, 승인 및 불승인에 의해 영향을 받는다.[14] 조작적 조건형성의 중요한 요소는 실제 상황에서의 학습을 설명할 수 있다는 점이다. 어릴 때부터 부모는 아이가 성취(기거나 첫걸음마)를 했을 때 보상과 칭찬을 사용하여 그러한 행동을 강화함으로써 아이의 행동을 길러준다. 아이가 잘못된 행동을 할 경우, 언어적 비난이나 특권 박탈의 형태로 벌을 주어 아이가 그러한 행동을 반복하지 않도록 한다.

스키너(B.F. Skinner)의 동물과 그들의 행동에 대한 연구는 인간을 대상으로 한 유사한 연구에 필요한 틀을 마련했다. 그의 연구를 바탕으로 발달 심리학자들은 긍정적 및 부정적 강화의 효과를 연구할 수 있었다. 스키너는 환경이 행동에 영향을 미치며, 그 환경을 조작하면 행동이 변화한다는 것을 발견했다. 이를 바탕으로 발달 심리학자들은 아동의 조작적 학습에 대한 이론을 제안했다. 이 연구는 교육 및 어린 아동의 질병 치료에 적용되었다.[15] 스키너의 조작적 조건형성 이론은 심리학자들이 행동이 어떻게 학습되는지 이해하는 데 중요한 역할을 했다. 이는 왜 강화가 학습 과정에서 그렇게 효과적으로 사용될 수 있는지, 그리고 강화 계획이 조건형성의 결과에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 설명한다.

6. 상업적 활용

슬롯 머신이나 온라인 게임은 반복 보상 행동을 강화하는 복잡한 자극 스케줄을 이용하는 스키너 상자의 예시로 언급된다. 페이스북, 트위터를 비롯한 SNS들도 사용자들이 서비스를 계속 이용하도록 스키너 상자 연구를 활용하는 것으로 알려져 있다.[16][17][18][19] 게임화(Gamification)는 사용자가 디자이너가 원하는 행동을 하도록 조작적 조건화와 다른 행동주의 기법을 사용한다.[20]

파칭코

6. 1. 현대적 발전

콘스탄츠 대학교의 J.D. 델리우스 등은 비둘기용 신형 조작적 조건 형성 장치인 MPP(multistimulus, portable, and programmable) 조건 형성 패널을 개발하고 있다. 이 패널은 본체를 홈 케이지에 부착해 사용할 수 있으며, 여러 시각 자극을 사용한 실험을 여러 패널에서 병렬로 컴퓨터 제어할 수 있게 프로그램되어 있다.[1]

참조

[1] 서적 Psychology-the science of behavior https://archive.org/[...] Pearson Education Canada; 4th edition
[2] 저널 Animal behaviour. From Skinner box to the field
[3] 서적 Psychology Macmillan 2014-01-02
[4] 서적 Encyclopedia of Psychology, Vol. 5 American Psychological Association
[5] 저널 The Other Shoe: An Early Operant Conditioning Chamber for Pigeons 2016-05
[6] 서적 Cumulative record B.F. Skinner Foundation 1959
[7] 서적 A Matter of Consequences. Alfred A. Knopf, Inc. 1983
[8] 서적 Psychology Worth Publishers
[9] 웹사이트 Edward Thorndike – Law of Effect https://www.simplyps[...] 2021-11-14
[10] 저널 Operant conditioning in invertebrates https://epub.uni-reg[...] 2003-12
[11] 저널 When and Where Learning is Taking Place: Multisynaptic Changes in Strength During Different Behaviors Related to the Acquisition of an Operant Conditioning Task by Behaving Rats 2018-03
[12] 저널 Token reinforcement, choice, and self-control in pigeons 1996-07
[13] 서적 The Concise Corsini Encyclopedia of Psychology and Behavioral Science 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc. 2004
[14] 웹사이트 Operant Conditioning https://www.psychest[...] 2021-11-14
[15] 저널 The Impact of B. F. Skinner's Science of Operant Learning on Early Childhood Research, Theory, Treatment, and Care 2021-01-17
[16] 뉴스 Behavioral game design https://www.gamasutr[...] 2019-04-27
[17] 서적 Psychology: A modular approach to mind and behavior https://books.google[...] Thomson Wadsworth
[18] 웹사이트 The science behind those apps you can't stop using https://www.afr.com/[...] 2024-01-23
[19] 뉴스 The scientists who make apps addictive https://www.economis[...] 2024-01-23
[20] 웹사이트 Slot machines perfected addictive gaming. Now, tech wants their tricks https://www.theverge[...] 2015-05-06
[21] 뉴스 Behavioral game design https://scholar.goog[...] 2001-04
[22] 서적 Psychology: A modular approach to mind and behavior https://books.google[...] Thomson Wadsworth
[23] 서적 Psychology-the science of behavior https://archive.org/[...] Pearson Education Canada; 4th edition
[24] 저널 Animal behaviour: From Skinner box to the field
[25] 서적 Psychology Macmillan
[26] 저널 Operant conditioning in invertebrates http://linkinghub.el[...]
[27] 문서 Cumulative record B.F. Skinner Foundation 1959
[28] 웹인용 BABY IN A BOX ,B.F. Skinner,Ladies Home Journal, October 1945 https://www.aubreyda[...] 2020-05-09



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