【心理学和AI】2020-05-28视网膜特异性的分类学习

Rosedahl, L. A., Eckstein, M. P., & Ashby, F. G. (2018). Retinal-specific category learning. Nature human behaviour, 2(7), 500-506.

视网膜特异性的分类学习

摘要:以往的认知理论都认为,分类学习是一个使用了抽象的高级功能,它与低层次的视觉信息是无关的。本研究挑战了这种观点,证明对于信息整合的分类(information-integration category)是视场(visual-field)依赖的,但对于基于规则的分类(rule-based category)是没有视场依赖的。

现在已有很多证据证明,分类学习与陈述性记忆和程序性记忆有关。在rule-based(简称RB)任务中,陈述性记忆,工作记忆和执行能力都很关键。在information-integration(简称II)任务中,只有两个或两个以上的刺激信息在决策前被整合了,分类正确率才会最大化,研究证明这种II(information-integration)任务与程序性记忆有关。

实验一

这是一个2×2的设计。两种任务类型(RB;II)×两种测试顺序(先左眼还是先右眼)

刺激:

图1:II任务的刺激示意图,每个刺激都是以光栅的形式呈现,有两个维度去描述:bar之间的宽度(横坐标),方向(纵坐标)。根据这两个指标一共八刺激分为了4类。

II任务刺激如图1所示,RB刺激是将II任务刺激顺时针旋转45°,虚线会变成水平和竖直,这时候分类间的rule更容易表述。

流程:

图2:实验一的流程示意图

一共四个阶段。阶段一蒙上左眼,进行训练,一共500个试次,会反馈分类正误。阶段二,50试次的测试,主要是测试被试学习阶段的成果,无反馈。阶段三,蒙住右眼,刺激位置不变,50个新试次,无反馈。阶段四,蒙住左眼,刺激位置换到左边,50个新试次,无反馈。阶段三和阶段四的顺序在被试间平衡。

结果:

对任务类型(II和RB),不同模块(control和test),不同测试条件(“新眼旧位置”和“旧眼新位置”)进行方差分析,结果显示,在II条件下,视网膜位置变化差异显著,其他不显著;在RB条件下,是模块间差异显著,但视网膜位置变化不显著。

图3:实验一结果示意图

图3a:训练阶段的结果,在500个试次后正确率都显著超过随机水平(25%),并且两种任务类型差别不显著。

图3b,c:圆点表示单个被试的正确率,柱状图表示平均结果。从图3b中可以看出,在II任务中,视网膜位置的改变显著地降低了正确率,而眼睛的变化并没有。从图3c中可以看出,在RB任务中,视网膜位置的改变并没有产生影响,正确率随着阶段的往后而不断下降。

实验二:

在实验一中,RB任务下的视网膜特异性不显著,这也可能是因为随着阶段推移,准确性下降从而掩盖了效应。实验二用另一种方式再去验证假设。我们的假设是,视网膜特异性在II任务中显著的,并且II任务与程序性记忆相关;在RB任务中不显著,RB任务是与陈述性记忆相关的。因此,以程序系统介导的分类学习是视网膜特异的,而已陈述系统介导的分类学习不是。

程序:

实验二在RB任务中将训练试次减少到300次,II任务的训练试次还是保持500次。并且在RB任务训练中,反馈会在选择之后延迟2.5秒再给出,中间也会有噪声掩盖(noise mask)。

结果:

结果显示,在II条件下,视网膜位置变化差异显著,其他不显著;在RB条件下,模块间差异,视网膜位置变化都不显著。

图4:实验二结果示意图

图4a:训练阶段的结果,RB和II任务的正确率达到相同水平,无显著差异。

图4b,c:圆点表示单个被试的正确率,柱状图表示平均结果。

从图4b中可以看出,与实验一相同,在II任务中,视网膜位置的改变显著地降低了正确率,而眼睛的变化并没有。

从图4c中可以看出,实验二的结果与实验一有所不同,在RB任务中,正确率并没有随着阶段有显著降低。新的眼睛和新的位置之间没有显著差异。实验二中RB任务没有体现出block之间的差异,也可以证实在实验一中,block之间的正确率递减并没有掩盖视网膜特异性的效应,也就是说,RB任务的确没有视网膜特异性。

讨论:

这两个实验共同验证了,在分类学习中视网膜特异性的存在,尤其是在类似II任务的程序性系统下的分类学习。

可能的解释是,RB任务是基于对规则的学习,主要调节的区域是前额叶,视觉输入也是下颞叶皮层和其他高级视觉区域,因此刺激换了位置之后,高级视觉区域还是会被激活,所以不会影响分类。而II任务更多依靠突触可塑性的介导,视觉输入是从视觉皮层是获取的,刺激位置的不同,视网膜受刺激的神经元不同,突触为受到训练,分类就会受到影响。

从这基础上引申出的问题是,(1)这种视网膜特异性在其他II任务能不能得到拓展,例如将刺激换成更复杂的人脸?(2)之前对视网膜特异性的研究都是在知觉学习的基础上,本研究是分类学习,结论有重叠的部分但也有不一样的部分,这其中还不够有一些共同的潜在机制在影响?

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