Biasing temporal performance of pigeons and humans

Abstract

Interval timing pertains to the ability of organisms to adapt their behavior to the temporal regularity of stimuli such as lights, sounds, or food. Although a set of properties have been established to characterize timing, researchers will encounter phenomena such as temporal distortions, or biases. That is, temporally controlled behaviors may be sensitive to nontemporal variables, such as payoffs (reinforcement probabilities) and base-rates (frequency of stimulus intervals). How timing is affected by these variables in different tasks and species is debatable. In the present dissertation, we discuss these issues throughout four studies investigating how payoff and base-rate affect pigeons and humans in a temporal bisection task. This temporal discrimination task is tested in its standard version – subjects choose one arbitrary key after a short interval sample and another after a long sample (e.g., short—green, long—red) – and a novel version – subjects choose based on location (e.g., short—left, long— right), and their motion is recorded throughout the intervals. While pigeons were placed in either a standard or long operant chamber, human participants were exposed to a standard computer task or a game that required them to move a spaceship horizontally and shoot one of the two aliens at the top corners of the screen. All subjects learned the task and produced a psychometric function (i.e., proportion of “long” responses), characterized by a location (bias) and a scale (sensitivity) parameter. After learning the task, subjects each went through three experimental conditions: Long-Bias, No-Bias, and Short-Bias, indicating the expected effects from the base-rate and payoff manipulations. In general, while bias effects (horizontal shifts of the psychometric functions) were consistent, no significant change was observed in sensitivity to the intervals. The novel task produced stereotypical motion patterns during baseline training – on the long sample trials, subjects approached the short key after sample onset, stayed there for some time, then departed to the long key. During the manipulations, new patterns emerged, especially for the pigeons, and motion was no longer always a good predictor of the proportion of “long”. These results contribute to our understanding of the basic mechanisms involved in interval timing and learning and challenge current timing models to account for competition of stimulus control and new measures of temporal performance, such as motion.

A perceção temporal intervalar se refere à habilidade dos organismos em adaptarem seu comportamento à regularidade temporal de estímulos como luzes, sons, ou comida. Apesar de uma série de propriedades terem sido estabelecidas para characterizar a perceção temporal, pesquisadores encontrarão fenômenos como distorções, ou viéses, temporais. Isto é, comportamentos temporalmente controlados podem ser sensíveis a variáveis não temporais, como ganhos (payoffs; probabilidades de reforço) e taxas-base (base-rates; frequencia dos estímulos). Como a perceção temporal é afectada por essas variáveis é debatível. Na presente tese, discutimos esses temas através de quatro estudos que investigam como ganhos e taxasbase afetam pombos e humanos em uma tarefa de bisecção. Essa tarefa de discriminação temporal é testada em sua versão padrão – os sujeitos escolhem uma chave após um intervalo curto e outra após um intervalo longo (e.g., curto—verde, longo—vermelho) – e uma versão nova – os sujeitos fazem escolhas baseadas em localização (e.g., curto—esquerda, longo— direita), e seu movimento é registrado durante os intervalos. Enquanto os pombos eram colocados em uma caixa operante padrão ou em uma caixa longa, participantes humanos foram expostos a uma tarefa de computador padrão ou um jogo que exigia que movessem uma nave espacial horizontalmente e atirassem em um dos dois extraterrestres nos cantos superiores do ecrã. Todos os sujeitos aprenderam a tarega e produziram funções psicométricas (i.e., proporção de respostas “longo”), caracterizadas por um parâmetro de localização (viés) e um de escala (viés). Após aprender a tarefa, cada sujeito foi exposto a três condições experimentais: Viés-Longo, Sem-Nenhum e Viés-Curto, que indicam os efeitos experados das manipulações de ganhos e taxas-base. Em geral, enquanto efeitos de viés (deslocação horizontal da função psicométrica) foram consistentes, não houve mudanças significativas na sensibilidade aos intervalos de tempo. A nova tarefa produziu padrões de movimento esteriotipados durante o treino da linha de base – nos ensaios com duração longa, os sujeitos se aproximaram à chave curta após o início do intervalo, permaneceram ali por algum tempo, então partiram para a chave longa. Durante as manipulações apareceram novos padrões, especialmente nos pombos, e o movimento já não era sempre um bom preditor da proporção de “longo”. Esses resultados contribuem com a nossa compreensão dos mecanismos básicos envolvidos na perceção temporal intervalar e na aprendizagem, e desafiam modelos atuais a considerar a competição por controle de estímulos e novas medidas de desempenho temporal, como padrões de movimento.