An operant conditioning chamber (also known as a Skinner box) is a laboratory apparatus used to study animal behavior. The operant conditioning chamber was created by B. F. Skinner while he was a graduate student at Harvard University. The chamber can be used to study both operant conditioning and classical conditioning.

Skinner created the operant conditioning chamber as a variation of the puzzle box originally created by Edward Thorndike. While Skinner's early studies were done using rats, he later moved on to study pigeons. The operant conditioning chamber may be used to observe or manipulate behaviour. An animal is placed in the box where it must learn to activate levers or respond to light or sound stimuli for reward. The reward may be food or the removal of noxious stimuli such as a loud alarm. The chamber is used to test specific hypotheses in a controlled setting.

Name 
Skinner was noted to have expressed his distaste for becoming an eponym. It is believed that Clark Hull and his Yale students coined the expression "Skinner box". Skinner stated he did not use the term himself, and went so far as to ask Howard Hunt to use "lever box" instead of "Skinner box" in a published document.

History 

In 1898, American psychologist, Edward Thorndike proposed the 'law of effect', which formed the basis of operant conditioning. Thorndike conducted experiments to discover how cats learn new behaviors. His work involved monitoring cats as they attempted to escape from puzzle boxes. The puzzle box trapped the animals until they moved a lever or performed an action which triggered their release. Thorndike ran several trials and recorded the time it took for them to perform the actions necessary to escape. He discovered that the cats seemed to learn from a trial-and-error process rather than insightful inspections of their environment. The animals learned that their actions led to an effect, the type of effect influenced whether the behavior would be repeated. Thorndike's 'law of effect' contained the core elements of what would become known as operant conditioning. B. F. Skinner expanded upon Thorndike's existing work. Skinner theorized that if a behavior is followed by a reward, that behavior is more likely to be repeated, but added that if it is followed by some sort of punishment, it is less likely to be repeated. He introduced the word reinforcement into Thorndike's law of effect. Through his experiments, Skinner discovered the law of operant learning which included extinction, punishment and generalization.

Skinner designed the operant conditioning chamber to allow for specific hypothesis testing and behavioural observation. He wanted to create a way to observe animals in a more controlled setting as observation of behaviour in nature can be unpredictable.

Purpose 

An operant conditioning chamber allows researchers to study animal behaviour and response to conditioning. They do this by teaching an animal to perform certain actions (like pressing a lever) in response to specific stimuli. When the correct action is performed the animal receives positive reinforcement in the form of food or other reward. In some cases, the chamber may deliver positive punishment to discourage incorrect responses. For example, researchers have tested certain invertebrates' reaction to operant conditioning using a "heat box". This box has two walls used for manipulation; one wall can undergo temperature change while the other cannot. As soon as the invertebrate crosses over to the side which can undergo temperature change, the researcher will increase the temperature. Eventually, the invertebrate will be conditioned to stay on the side that does not undergo a temperature change. After conditioning, even when the temperature is turned to the lowest the invertebrate will avoid that side of the box.

Skinner's pigeon studies involved a series of levers, when the lever was pressed the pigeon would receive a food reward. This was made more complex as researchers studied animal learning behaviours. A pigeon would be placed in the conditioning chamber and another one would be placed in an adjacent box separated by a plexiglass wall. The pigeon in the chamber would learn to press the lever to receive food as the other pigeon watched. The pigeons would then be switched, and researchers would observe them for signs of cultural learning.

Structure 

The outside shell of an operant conditioning chamber is a large box big enough to easily accommodate the animal being used as a subject. Commonly used animals include rodents (usually lab rats), pigeons, and primates. The chamber is often sound-proof and light-proof to avoid distracting stimuli.

Operant conditioning chambers have at least one response mechanism that can automatically detect the occurrence of a behavioral response or action (i.e., pecking, pressing, pushing, etc.). This may be a lever or series of lights which the animal will respond to in the presence of stimulus. Typical mechanisms for primates and rats are response levers; if the subject presses the lever, the opposite end closes a switch that is monitored by a computer or other programmed device. Typical mechanisms for pigeons and other birds are response keys with a switch that closes if the bird pecks at the key with sufficient force. The other minimal requirement of an operant conditioning chamber is that it has a means of delivering a primary reinforcer such as a food reward.A simple configuration, such as one response mechanism and one feeder, may be used to investigate a variety of psychological phenomena. Modern operant conditioning chambers may have multiple mechanisms, such as several response levers, two or more feeders, and a variety of devices capable of generating different stimuli including lights, sounds, music, figures, and drawings. Some configurations use an LCD panel for the computer generation of a variety of visual stimuli or a set of LED lights to create patterns they wish to be replicated.

Some operant conditioning chambers can also have electrified nets or floors so that shocks can be given to the animals as a positive punishment or lights of different colors that give information about when the food is available as a positive reinforcement.

Research impact 
Operant conditioning chambers have become common in a variety of research disciplines especially in animal learning. The chambers design allows for easy monitoring of the animal and provides a space to manipulate certain behaviours. This controlled environment may allow for research and experimentation which cannot be performed in the field.

There are a variety of applications for operant conditioning. For instance, shaping the behavior of a child is influenced by the compliments, comments, approval, and disapproval of one's behavior. An important factor of operant conditioning is its ability to explain learning in real-life situations. From an early age, parents nurture their children's behavior by using reward and praise following an achievement (crawling or taking a first step) which reinforces such behavior. When a child misbehaves, punishment in the form of verbal discouragement or the removal of privileges are used to discourage them from repeating their actions.

Skinner's studies on animals and their behaviour laid the framework needed for similar studies on human subjects. Based on his work, developmental psychologists were able to study the effect of positive and negative reinforcement. Skinner found that the environment influenced behaviour and when that environment is manipulated, behaviour will change. From this, developmental psychologists proposed theories on operant learning in children. This research was applied to education and the treatment of illness in young children. Skinner's theory of operant conditioning played a key role in helping psychologists understand how behavior is learned. It explains why reinforcement can be used so effectively in the learning process, and how schedules of reinforcement can affect the outcome of conditioning.

Commercial applications 
Slot machines and online games are sometimes cited as examples of human devices that use sophisticated operant schedules of reinforcement to reward repetitive actions.

Gamification, the technique of using game design elements in non-game contexts, has also been described as using operant conditioning and other behaviorist techniques to encourage desired user behaviors.

See also 
Behaviorism
Radical behaviorism
Operant conditioning
Punishment (psychology)
Reinforcement
Synchronicity

References

External links 
 B.F. Skinner Foundation

Laboratory equipment
Behaviorism
Behavioral neuroscience
Learning
Animal testing techniques
스키너 상자(Skinner box, Operant conditioning chamber라고도 함)는 동물 행동을 연구하는 데 사용되는 실험 기구이다. 하버드 대학교 버러스 프레더릭 스키너가 1930년과 1931년 사이에 창안했으며, 폴란드의 신경과학자 예지 코노스키(Jerzy Konorski)의 연구에서 영감을 받았을 수도 있다. 스키너 상자는 조작적 조건형성과 고전적 조건형성 양쪽 모두를 연구하는 데 사용된다.

스키너는 에드워드 손다이크가 만든 퍼즐 상자의 한 변형으로 이 기구를 만들었다.

목적 
스키너 상자는 실험용 동물에게 빛이나 소리 신호와 같은 특정한 자극에 대한 반응으로 특정한 동작(레버를 누르는 것과 같은)을 학습시켜 조건형성을 연구할 수 있는 도구이다. 실험용 동물이 정확한 행동을 취하면 스키너 상자의 장치가 음식이나 다른 보상을 준다. 실험용 동물이 부정확하거나 누락된 반응을 보이면, 스키너 상자는 그에 상응한 처벌(punishment)을 가하기도 한다. 예를 들어 초파리를 비롯한 특정한 무척추동물에 대해 조작적 조건형성이 어떻게 작용하는지를 시험하기 위해 심리학자들은 “열 상자”라고 알려진 장비를 사용한다. 본질적으로 열 상자는 스키너 박스와 같은 모양이지만, 상자는 온도 변화가 가해질 수 있는 영역과 그렇지 않은 영역으로 나뉘어 있다. 무척추동물이 온도 변화가 가해질 수 있는 쪽으로 넘어가면 그 영역은 가열된다. 결국에는 그 무척추동물은 온도 변화가 가해지지 않는 쪽에 머무르도록 조건화된다. 결국, 초파리는 상자가 최저 온도로 변하더라도 차가운 영역에 남아있으려 한다. 이러한 유형의 기구 덕택에 실험자들은 보상/처벌 메커니즘을 통해 조건형성과 교육을 연구할 수 있다.

구조 
스키너 상자는 실험용 동물을 쉽게 수용할 수 있을 만큼 큰 상자이다.(일반적으로 사용되는 동물은 실험용 생쥐를 비롯한 설치류, 비둘기 그리고 영장류가 포함된다.) 상자는 외부의 자극에 교란되지 않도록 차음성, 내광성을 갖추기도 한다.

스키너 상자에는 레버와 같은 조작 장치가 최소한 한 개가 들어있으며, 때때로 두 개나 그 이상을 포함하여 조건반응이나 동작을 자동적으로 감지할 수 있다. 영장류와 쥐를 이용하는 일반적인 조작 장치는 반응 레버이다. 실험용 동물이 레버를 누르면 반대쪽 끄트머리가 움직이고 컴퓨터나 다른 장비에 의해 모니터링되는 개폐기를 닫는다. 비둘기를 비롯한 조류를 이용하는 일반적인 조작 장치는 새가 충분한 힘으로 쪼았을 때 동작하는 반응 키이다. 스키너 상자의 또 다른 최소 구성요소는 기본 강화제(음식과 같은 보상)나 물 또는 펠릿과 같은 무조건 자극이다. 토큰으로 이용되는 LED신호와 같은 조건자극도 강화물로 이용될 수 있다.

스키너 상자는 하나의 스위치, 하나의 먹이 공급기 그리고 이러한 반응에 대한 누가반응기록기(Cumulative record)로 구성되는 비교적 간단한 구성이지만, 많은 심리학적 현상을 조사할 수 있는 과학적 연구방법에 적합한 장치이다. 현대의 스키너 상자는 일반적으로 많은 스위치들과 둘 이상의 보상 장치 및 빛과 소리, 음악, 형상, 그래픽 등을 출력하는 다양한 장치를 가지고 있다. 어떤 구성에서는 다양한 시각 자극들을 제시하기 위해 LCD 패널을 사용하기도 한다.

일부 스키너 상자에는 동물에게 전기충격을 가하기 위해 전기 그물이나 바닥이 있다. 또, 음식이 나오는 시간 정보를 색으로 표시하는 조명을 포함하기도 한다. 전기충격의 이용이 전례가 없는 건 아니지만, 동물에 대한 실험을 규제하는 국가에서는 승인이 필요하다.

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

1945년 스키너는 그의 아내가 어린 딸을 키우데 있어서 기존의 요람을 개선한 진보적 사고에서 과학적인 기술이 가정에서의 편한 육아생활에도 긍정적으로 적용될수있다는 점을 보여주는 자료를 제공한바있다.

상업적 활용 
슬롯머신이나 온라인 게임들은 반복 보상 행동을 강화하는 복잡한 자극 스케줄을 이용하는 인간용 스키너 박스의 예로 들어지기도 한다. 구글이나 페이스북, 트위터를 비롯한 SNS들도 이용자들이 서비스를 바쁘게 이용하도록 스키너리안 마케팅 등 스키너 상자에 관한 연구를 이용하는 것으로 알려졌다. 게임 외적 맥락에서 게임 디자인 요소를 사용하는 ‘게임화’는 유저들로 하여금 디자이너가 원하는 행동을 하도록 부추기기 위해 조작적 조건화와 다른 행동주의 기법을 사용하는 것으로 설명할 수 있다.

‘스키너 상자’ 라는 이름 

스키너는 자신의 이름을 따서 스키너 상자라는 이름 짓는 것을 원하지 않았다. 그러나 다른 학자들이 '스키너 상자'라는 이름을 사용하기 시작했고, 스키너는 이것을 '레버가 달린 상자' 등의 이름으로 부를 것을 제안하기까지 하였다.

같이 보기 
 행동주의

참조

외부 링크 

 Pavlov에서 Skinner Box까지 - 배경 및 실험

행동주의
실험심리학
신경심리학
훈련
동물 실험
행동신경과학