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Se planteó la pregunta de qué es lo que se está aprendiendo, o asociando, en este aprendizaje por condicionamiento clásico. Por una parte, en EEUU se consideró que la asociación que se estaba aprendiendo era una asociación entre el metrónomo y la salivación (entre el EC y la RI) y por tanto se trataría de una asociación estímulo-respuesta (E-R).

Por otro lado, el mismo Pavlov creía que lo que el perro estaba asociando era el metrónomo con la comida (el EC con el EI), por lo que se estaría estableciendo una asociación estimulo-estimulo (E-E), y que la RC, en consecuencia, sería elicitada por medio de la representación del EI por el EC (el sonido representaba la comida)

Tenemos de esta forma dos tipos de aprendizaje posible:

¿Cómo saber cuál de los dos está teniendo lugar? Uno de los métodos para poner a prueba qué aprendizaje se estaba dando ha sido someter a una devaluación al EI. Por ejemplo, en un experimento con ratas se condicionó el miedo a una luz (EC) asociándola con un ruido intenso (EI). Tras completar el condicionamiento a un grupo de ratas se les expuso varias veces al ruido solo, haciendo que se habituaran a él. De esta forma al presentar después la luz, el grupo de ratas que había sido habituado presentaba menos miedo ante la luz que el grupo de control (no habituadas).

Esto demuestra que en la primera fase del aprendizaje de CC la asociación es de estímulo-estímulo, puesto que si se hubiera asociado estímulo- respuesta (en este caso, luz-miedo) tanto las ratas de control como las habituadas hubieran presentado el mismo nivel de condicionamiento, y por tanto de miedo, ante la luz en la segunda fase. Por tanto actualmente se considera que el CC produce una asociación entre el EC y el EI, aunque a veces pueda ocurrir un aprendizaje E-R

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