Investigations on relational control of time perception

Tese de Doutoramento em Psicologia Básica
For any given set of stimuli, several relations can be found among its elements based
on their physical properties. If we consider two squares, for example, one can focus on their
size and conclude that one is larger than the other. Two well-known effects illustrate how the
relations in a set of stimuli can affect how subjects respond to a particular set member. In a
simple discrimination procedure, subjects may learn to choose a bright gray square (gr+) and
to avoid a dark gray square (gr-). Later, given a choice between gr+ and a new, brighter gray
square (gr++), subjects surprisingly avoid gr+ and choose gr++. The effect is called
transposition, because it has been claimed that subjects transpose to the new set of squares a
response based on the relation between the members of the previous set (in this case, they
would respond ‘choose the brighter of the squares’). In another protocol, a compound
stimulus contains a bright gray square (g+) surrounded by a brighter gray square (gr++), and
in another compound the same bright gray (gr+) is surrounded by a dark gray square (gr-).
When compared, gr+ looks darker in the first than in the second compound. The effect is
called contrast, because the differences between the elements in the compound are
emphasized. Despite their intriguing nature and their relevance to understand how stimulus
properties control responding, both transposition and contrast effects research has been
circumscribed to stimulus dimensions such as brightness and size. Little is known on how
these effects alter responding controlled by stimulus duration. We present here a series of
studies in which we tried to reduce this gap and investigate whether and how the relations
between a set of time intervals affect responding to these same intervals.
Study 1 followed the tradition on transposition research. Pigeons were presented with
two sample intervals (T1 and T2, with T1 < T2) and given a choice between two response
options (S and L). S was correct following T1 and L was correct following T2. At issue was
whether they had learned to choose based on the relative (‘shortS, longL’), or on the
absolute value (‘T1S, T2L’) of the intervals. Later, they learned a new discrimination
with the sample intervals T2 and T3 (T2 < T3). For half of them, the Relative group, the new
discrimination preserved the relative mapping of the task (‘T2S, T3L’; that is, ‘shortS,
longL’). For the other half, the Absolute group, it preserved the absolute mapping (‘T2L, T3S’). If in the first discrimination pigeons had learned the relative value of intervals, the
Relative group should learn the new discrimination faster than the Absolute group, for the
task favored transfer of relational responding. If the pigeons had learned the absolute value of
the intervals, the Absolute group should learn the new discrimination faster than the Relative
group, for the task favored absolute responding. We also simulated the subjects’ performance
with the Learning-to-Time (LeT) model and compared the models’ predictions against the
pigeon data. Study 2 improved Study 1 by introducing generalization tests at the end of
training with the first discrimination. We used the generalization data to predict the
acquisition curves of the new discrimination. The results of Studies 1 and 2 showed that (a)
both groups learned the new discrimination; (b) the generalization gradients from Study 2
predicted the acquisition of the new discrimination for both groups; (c) LeT accounted for the
major trends in acquisition (Studies 1 and 2) and generalization curves (Study 2) for both
groups. Based on this results, we concluded that there was no evidence of relational
responding in this temporal discrimination task.
In Study 3 we used a production task to assess if different temporal contexts affect the
judgements pigeons make of interval durations. Under two different contexts, subjects had to
produce durations within three ranges, a short [0.5 s – 1.5 s], an intermediate [1.5 s- 4.5 s],
and a long [4.5 s – 13.5 s] ranges. The ranges were combined to form two contexts, a ‘short
context’ with the short and intermediate ranges, and a ‘long context’ with the intermediate
and long ranges. We evaluated if the durations produced within the intermediate range,
common to both contexts, differed depending on the contexts. The results revealed a small
contrast effect whereby the mean of the durations produced within the intermediate range was
greater in the ‘short context’ than in the ‘long context’. We simulated the pigeons’
performance with the LeT model and found that it accounted for the Gaussian-like shape and
for the spread of the distributions of the produced durations.
Together the studies provided unprecedented evidence on the effects of the relations
between time intervals on responding. They also successfully extended LeT to few explored
empirical problems, and proved for the breadth of the model in accounting for timing.
Num conjunto de estímulos, podemos identificar relações entre seus elementos com
base em suas propriedades físicas. Se consideramos dois quadrados, por exemplo, podemos
focar em seus tamanhos e concluir que um é maior do que o outro. Dois famosos efeitos
ilustram como as relações inerentes a um conjunto de estímulos podem afetar a maneira como
os sujeitos respondem aos elementos do conjunto. Numa procedimento de discriminação
simples, os sujeitos podem aprender a escolher um quadrado cinzento claro (gr+) e a evitar
um quadrado cinzento escuro (gr-). Posteriormente, dada a escolha entre gr+ e um novo
quadrado cinzento mais claro (gr++), os sujeitos surpreendemente evitam gr+ e escolhem
gr++. O efeito é chamado de transposição por que se alega que os sujeitos transpuseram para
o novo conjunto de quadrados uma reposta baseada na relação entre os elementos do primeiro
conjunto (neste caso, eles aprendem a ‘escolher o mais claro dos quadrados’). Num outro
protocolo, um estímulo composto contém um quadrado cizento claro (gr+) rodeado por um
quadrado cinzendo mais claro (gr++), ao passo que num outro estímulo composto gr+ está
rodeado por um quadrado cinzento escuro (gr-). Quando comparados, gr+ parece mais escuro
no primeiro do que no segundo estímulo composto. O efeito é chamado de contraste, por que
as diferenças entre os elementos do composto estão enfatizadas. A despeito de sua natureza
intrigante e de sua relevância para compreendermos como as propriedades dos estímulos
controlam o responder, as investigações sobre transposição e contraste têm estado
circunscritas a dimensões de estímulo como o brilho e o tamanho. Pouco se sabe sobre como
estes efeitos alteram o responder controlado pela duração dos estímulos. Nós apresentamos
aqui uma série de estudos em que tentamos preencher esta lacuna e investigamos se e como
as relações entre um conjunto de intervalos temporais afetam o responder a estes mesmos
intervalos.
O Estudo 1 seguiu a tradição da investigação em transposição. Dois intervalos de
tempo (T1 e T2, T1 < T2) eram apresentados, e pombos deviam escolher entre duas opções
de resposta (S e L). S era correta após T1 e L após T2. Estava em causa se os sujeitos
aprenderam a responder com base no valor relativo (‘curtoS, longoL’) ou no valor
absoluto (‘T1S, T2L’) dos intervalos. Posteriormente, os sujeitos aprenderam uma nova discriminação com os intervalos T2 e T3 (T2 < T3). Para metade deles, o grupo Relativo,
manteve-se o mapeamento relativo da tarefa (‘T2S, T3L’, isto é, ‘curtoS, longoL’).
Para a outra metade, manteve-se o mapeamento absoluto (‘T2L’). Se na primeira
discriminação os pombos aprenderam o valor relativo dos intervalos, o grupo Relativo
deveria aprender a nova discriminação mais rapidamente do que o grupo Absoluto, por que a
nova tarefa daquele grupo favorecia a transferência do responder relacional. Se aprenderam o
valor absoluto, o grupo Absoluto deveria aprender mais rapidamente, por que a tarefa deles
favorecia a transferência do responder absoluto. Também comparamos o desempenho dos
sujeitos com simulações que fizemos com o modelo Learning-to-Time (LeT). O Estudo 2
replicou o Estudo 1 e introduziu testes de generalização ao fim da primeira discriminação.
Nós usamos os dados de generalização para prever as curvas de aquisição da nova
discriminação. Os resultados de ambos os estudos revelaram que (a) ambos os grupos
aprenderam as discriminações; (b) os gradientes de generalização previram a aquisição da
nova discriminação; (c) o LeT previu as principais características das curvas de aquisição e
generalização de ambos os grupos. Concluímos que não houve evidência de responder
relacional nesta tarefa de discriminação temporal.
O Estudo 3 usou uma tarefa de produção para avaliar se diferentes contextos
temporais afetam os julgamentos que pombos fazem de intervalos de tempo. Sob dois
diferentes contextos, os sujeitos produziram durações pertinentes a três ranges, um curto [0.5
s – 1.5 s], um intermédio [1.5 s- 4.5 s] e um longo [4.5 s – 13.5 s]. Combinamos os ranges
curto e intermédio para formar um ‘contexto curto’, e os ranges intermédio e longo para
formar um ‘contexto longo’. Avaliamos se as durações produzidas dentro do range
intermédio, comum a ambos os contextos, diferiram a depender dos contextos. Os resultados
revelaram um pequeno efeito de contraste, por que a média das durações produzidas para o
range intermédio foi maior no ‘contexto curto’ do que no ‘contexto longo’. Simulações do
desempenho dos pombos com o modelo LeT reproduziram as principais características das
distribuições das durações produzidas.
Tomados em conjunto, os estudos produziram evidências inéditas sobre o efeito da
relação entre intervalos de tempo no controlo do responder. Eles também extenderam o LeT
para questões empíricas pouco exploradas e confirmaram a polivalência do modelo.
Marilia Pinheiro de Carvalho beneficiou de uma bolsa de doutoramento financiada pela Fundação Portuguesa para a Ciência e a Tecnologia (SFRH/BD/73875/2010).