1920-е годы оказались наиболее продуктивными в научной деятельности Толмена. В духе утверждавшейся бихевиористской методологии он проводил многочисленные опыты на крысах с целью раскрыть основные механизмы научения. Именно благодаря Толмену крысы, которых он считал наиболее подходящими для экспериментирования, воцарились в поведенческих лабораториях, потеснив прочее зверье. Сам ученый поначалу относился к своим «испытуемым» без энтузиазма. «Не люблю их, – говорил он своему другу. – У меня от них мурашки по коже…» Но годы пристальных наблюдений за поведением хвостатых испытуемых заставили ученого изменить свое мнение. В 1945 г. он написал: «В отличие от людей, крысы не напиваются в стельку накануне эксперимента. Они не истребляют друг друга в войнах; они не изобретают машин для разрушения, а если бы даже они это сделали, то уж, конечно, не оказались бы столь беспомощны в управлении этими машинами; они не ввязываются в расовые или классовые конфликты; они избегают политики, не читают и не пишут статей по психологии. Одним словом, они восхитительные, чистые и приятные существа». Однажды со свойственной ему иронией в академическом собрании, где демонстрировался документальный фильм о его опытах, Толмен рискнул вмонтировать в пленку 30-секундный сюжет из мультфильма о Микки Маусе, чем немало позабавил почтенную аудиторию.
Результаты опытов Толмена, изложенные в его основной работе «Целенаправленное поведение у животных и человека» (1932), заставили критически переосмыслить краеугольную схему бихевиоризма S – R («стимул – реакция»). Сама по себе идея целенаправленного поведения противоречила программным установкам основателя бихевиоризма Уотсона. Для бихевиористов классического толка целенаправленность поведения подразумевает допущение о наличии сознания. На это Толмен заявлял, что для него не имеет значения, обладает организм сознанием или нет. Как и подобает бихевиористу, он сосредоточил внимание на внешних, наблюдаемых реакциях. Он предположил, что причины поведения включают пять основных независимых переменных: стимулы окружающей среды, психологические побуждения, наследственность, предшествующее обучение и возраст. Поведение является функцией всех этих переменных, что может быть выражено математическим уравнением.
Между наблюдаемыми независимыми переменными и результирующим поведением Толмен ввел набор ненаблюдаемых факторов, которые назвал промежуточными переменными. Эти промежуточные переменные фактически являются детерминантами поведения. Они представляют собой те внутренние процессы. Которые связывают стимулирующую ситуацию с наблюдаемой реакцией. Таким образом, формула S – R должна читаться как S – O – R; промежуточными переменными является все, что связано с О, то есть с организмом, и формирует данную поведенческую реакцию на данное раздражение.
Однако, оставаясь на позициях бихевиоризма, Толмен отдавал себе отчет: поскольку промежуточные переменные не подлежат объективному наблюдению, то они не представляют никакой практической пользы для психологии, если только их не удается увязать с экспериментальными (независимыми) и поведенческими (зависимыми) переменными.
Классическим примером промежуточной переменной является голод, который невозможно увидеть у подопытного существа (будь то животное или человек). И тем не менее голод можно вполне объективно и точно увязать с экспериментальными переменными – например с длительностью того отрезка времени, на протяжении которого организм не получал пищу. Кроме того его можно увязать с объективной реакцией или с переменной поведения – например, с количеством съеденной пищи или со скоростью ее поглощения. Таким образом данный фактор становится доступным для количественного измерения и экспериментальных манипуляций. В теории промежуточные переменные оказались весьма полезной конструкцией. Однако практическое воплощение такого подхода потребовало такой громадной работы, что Толмен в конце концов оставил всякую надежду «составить полное описание хотя бы одной промежуточной переменной».
Полученные в опытах результаты заставили Толмена отказаться и от принципиального для всей поведенческой доктрины закона эффекта, открытого Торндайком. По его мнению, подкрепление оказывает на научение довольно слабый эффект. Толмен предложил собственную когнитивную теорию научения, полагая, что повторяющееся выполнение одного и того же задания усиливает возникающие связи между факторами окружающей среды и ожиданиями организма. Таким путем организм познает окружающий его мир. Такие создаваемые научением связи Толмен назвал гештальт-знаками.