Temporal discrimination and errorless learning

Tese de doutoramento em Psicologia (área de conhecimento em Psicologia Experimental e Ciências Cognitivas)
Two of the most well-known accounts of nonhuman timing are the cognitive Scalar
Expectancy Theory (SET) and the behavioral Learning-to-Time (LeT) model. In this thesis I
compared them by using a task called double bisection. In this procedure, subjects are
exposed to two conditional discriminations, for example, 1 s (red) versus 4 s (green), and 4 s
(blue) versus 16 s (yellow). During testing, sample durations ranging from 1 s to 16 s are
presented, followed by the choice between the green and the blue stimuli, which are both
associated during training with 4-s durations. Previous research (e.g., Machado & Arantes,
2006; Machado & Keen, 1999) has shown that as the sample duration increases, preference
for the green stimulus also increases. This result is known as the context effect, and is
predicted by LeT but not SET.
My goals were to test the robustness of the context effect, and – because LeT, contrary
to SET, attributes an important role to the errors made during learning – to investigate the role
of errors in temporal discriminations, specifically their impact on the context effect. For that, in
Experiment 1 and 2 two common features from the prior experiments that used the double
bisection task were modified in order to analyze if the context effect depends on procedural
details or if it is a general phenomenon. Specifically, in Experiment 1 the two conditional
discriminations, 1 s versus 4 s and 4 s versus 16 s, were always presented in different
sessions throughout the training and testing phases, instead of being intermixed within the
same session. In Experiment 2, only one stimulus was presented on each trial, and subjects
had to learn whether to respond or not depending on the prior duration. Results showed that
the context effect remained even with these procedural changes, suggesting that it is a robust
phenomenon. LeT is strengthened because it predicts the context effect, whereas SET is
weakened because it cannot predict this phenomenon.
In Experiment 3 and 4 an errorless learning procedure – which consisted of training
subjects on a simplified version of the task, and then gradually increasing its complexity – was
used in order to teach temporal discriminations with a small number of errors and compare
the animals‟ performance with those that learned with a larger number of errors. Specifically,
in Experiment 3 errorless learning was used to teach pigeons a single conditional discrimination, 2 s versus 10 s. Results showed that it is possible to teach a conditional
temporal discrimination with few and even no errors. In addition, the performance during
testing of the pigeons that learned with few or no errors was mostly similar to that of animals
that made a larger number of errors, suggesting that the number of errors was not crucial for
learning. In Experiment 4 pigeons learned a double bisection task through the errorless
procedure and made significantly fewer errors than a group of pigeons that learned it via trial
and error. Results from testing showed that the context effect was obtained with similar form
and magnitude for the two groups of pigeons. Furthermore, there was no systematic
relationship between the magnitude of the context effect and the number of errors, suggesting
that the context effect is independent of the errors made during discrimination learning.
Implications for SET and LeT are discussed.
O objectivo principal desta tese é o teste de dois modelos fundamentais das
regulações temporais: o “Scalar Expectancy Theory” (SET) e o “Learning to Time” (LeT). Para
isso utilizei a tarefa de dupla bissecção, que consiste na apresentação de duas discriminações
temporais na mesma sessão. Por exemplo, nos ensaios Tipo 1 um animal aprende a escolher
uma tecla vermelha após um estímulo de 1 s e uma tecla verde após um estímulo de 4 s, e
nos ensaios Tipo 2 aprende a escolher uma tecla azul depois de um estímulo de 4 s e uma
tecla amarela depois de um estímulo de 16 s. Na fase de teste o animal é exposto a estímulos
de 1 a 16 s e tem de escolher entre as teclas verde e azul (particularmente significativas uma
vez que, durante o treino, ambas estavam associadas à mesma duração de estímulo de 4 s).
Enquanto que SET prevê que a escolha não é afectada pela duração do estímulo, LeT prevê
que a preferência pela tecla verde aumenta monotonicamente com a duração do estímulo.
Experiências prévias onde esta tarefa foi utilizada (Machado & Arantes, 2006; Machado &
Keen, 1999; Machado & Pata, 2005) obtiveram resultados consistentes com LeT, mas não
com SET, isto é, à medida que a duração do estímulo aumentava, a preferência pela tecla
verde também aumentava – um resultado conhecido como efeito de contexto.
O meu objectivo geral divide-se em dois: 1) analisar se o efeito de contexto é um
fenómeno robusto; e 2) investigar o papel dos erros nas discriminações temporais, em
particular o impacto que estes têm no efeito de contexto, uma vez que o modelo LeT,
contrariamente a SET, atribui um papel importante aos erros dados durante a aprendizagem.
Para isso, nas Experiências 1 e 2 alterei parcialmente a tarefa de dupla bissecção de modo a
determinar se o efeito de contexto é um fenómeno geral ou se depende de detalhes
experimentais. Especificamente, na Experiência 1 apresentei as duas discriminações, Tipo 1 e
Tipo 2, em sessões separadas. Na Experiência 2 apresentei as teclas (vermelha, verde, azul e
amarela) sucessivamente, isto é, o animal era exposto a apenas uma tecla iluminada em cada
ensaio. Os resultados mostraram que apesar das alterações nos procedimentos, o efeito de
contexto foi observado em ambas as experiências, o que sugere que é um fenómeno robusto.
Uma vez que o efeito de contexto é apenas previsto pelo LeT, os resultados das Experiências 1
e 2 fortalecem este modelo e enfraquecem SET. Nas Experiências 3 e 4 utilizei um procedimento de aprendizagem sem erros – que
consiste em apresentar uma versão simplificada da tarefa, e gradualmente aumentar a sua
complexidade – de modo a ensinar discriminações temporais com um número reduzido de
erros a um grupo de pombos e comparar a performance destes animais com um grupo que
deu um número mais elevado de erros durante a aquisição da tarefa. Em particular, na
Experiência 3 os animais aprenderam uma discriminação entre 2 s e 10 s e posteriormente
foram expostos a três tipos de teste de modo a analisar se existiam diferenças
comportamentais entre os dois grupos. Os resultados mostraram que é possível ensinar uma
discriminação temporal condicional com zero ou poucos erros através do procedimento de
aprendizagem sem erros. Além disso, a performance destes animais na fase de teste foi
semelhante à performance daqueles que aprenderam a discriminação através do método
tradicional de tentativa-erro, e que deram um número mais elevado de erros. Estes resultados
sugerem que o número de erros não é crucial para a aprendizagem.
Na Experiência 4 ensinei uma tarefa de dupla bissecção a um grupo de pombos
através de um procedimento de aprendizagem sem erros semelhante àquele utilizado na
Experiencia 3 e, comparado com um grupo que aprendeu a tarefa através de tentativa-erro,
estes animais deram um número reduzido de erros. Os resultados mostraram ainda que o
efeito de contexto foi obtido em ambos os grupos com uma forma e magnitude semelhante, e
a inexistência de uma relação sistemática entre a magnitude do efeito de contexto e o número
de erros, o que sugere que o efeito de contexto é independente do número de erros dados
durante a aquisição das discriminações. As implicações destes resultados para os modelos
LeT e SET são discutidas em detalhe.