Temporal discrimination and errorless learning

Abstract

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.