经典条件反射是指当一个中性刺激与一个已经能引发某种反应的刺激配对时发生的学习过程。经过反复配对后，中性刺激本身也开始引发类似的反应。
伊万·巴甫洛夫的狗实验至今仍是经典的例证。实验中，在食物出现前播放节拍器的声音，起初与食物无关。食物自然会引起唾液分泌。几次配对后，仅节拍器的声音就能引起唾液分泌。食物是无条件刺激；对食物的唾液分泌是无条件反应；节拍器变成了条件刺激；对节拍器的唾液分泌是条件反应。
这种现象十分普遍。人们对地点、人物和广告的情感反应往往是经典条件反射的结果。一次接触新食物后，如果之后出现不适症状，就可能形成味觉厌恶。诸如系统脱敏疗法之类的治疗方法，正是利用同样的原理反向操作，来减轻条件性恐惧。
经典条件反射表明，即使生物体没有试图学习任何东西，神经系统也会自动记录事件之间的预测关系。
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