Experiments on temporal learning : from intra and interdimensional gradients to a generalization-based account of complex behavior

Tese de doutoramento em Psicologia (área de especialização em Psicologia Experimental e Ciências Cognitivas)In a temporal double bisection task pigeons learn two temporal discriminations. They learn to choose Red over Green after 1-s samples and Green over Red after 4-s samples (Type 1 discrimination) and to choose Blue over Yellow after 4-s samples and Yellow over Blue after 16-s samples (Type 2 discrimination). Subsequently, pigeons choose between Green and Blue after samples ranging from 1 to 16 s and, even though the two choices were previously associated with the same duration of 4 s, the probability of choosing Green increases with sample duration – the context effect. This complex result seems to suggest relational learning because Green was associated with the longer sample in the Type 1 discrimination and Blue was associated with the shorter sample in the Type 2 discrimination. The first goal of this thesis was to investigate whether the context effect could be explained from the combination of the temporal generalization gradients for Green and Blue induced by the discriminative training in a double bisection task, following a strategy used in other stimulus dimensions. The timing model Learning-to-Time (LeT) instantiates this generalization-based account of the context effect. The second goal of this thesis was to investigate whether both the temporal generalization gradients and the context effect were consistent with LeT. In contrast to more familiar stimulus dimensions, such as light wavelength or tone frequency, little research has been directed to the study of generalization gradients in the temporal domain. Little is known about their features and the variables that affect them. The third goal of this thesis was to explore the effects of different training protocols, namely the intradimensional and interdimensional protocols, on the temporal generalization gradient. The thesis comprises three studies. Study 1 and Study 2 addressed the first two goals and also investigated the shape of intradimensional temporal generalization gradients. Study 3 explored the effects of interdimensional training on the temporal generalization gradient. In Study 1, pigeons learned a simplified version of the double bisection task, whereby only the two responses critical to the context effect, Green and Blue, were trained. Namely, pigeons learned to peck Green after 4 s but not to peck it after 1 s and to peck Blue after 4 s but not to peck it after 16 s. Next, temporal generalization gradients for Green and Blue were obtained by varying the sample duration from 1 to 16 s. Finally, pigeons were given a choice between Green and Blue after samples ranging from 1 to 16 s. Study 2 extended Study 1 to a standard double bisection task and, additionally, it involved testing with durations outside the training range. First, pigeons learned to choose Red over Green after 2 s and Green over Red after 6 s and to choose Blue over Yellow after 6 s and Yellow over Blue after 18 s. Second, sample duration was varied from 0.7 to 51.4 s and temporal generalization gradients for Green (over Red) and for Blue (over Yellow) were obtained. And third, pigeons were given a choice between Green and Blue after samples ranging from 0.7 to 51.4 s. The results of the two studies showed that a) the generalization gradients for Green and Blue were either ramp-like or bitonic; b) the preference for Green over Blue increased with sample duration – the context effect; c) the two generalization gradients predicted the observed context effect well; and d) the LeT model accounted for the major trends in the data. In Study 3 pigeons were trained to discriminate the presence and the absence of a t-s sample: they learned to choose Green after the illumination of a houselight for t s and to choose Red after a period in the darkness. Subsequently, the houselight duration was varied and the preference for Green was assessed to obtain temporal generalization gradients. The results showed negative-exponential-like temporal generalization gradients, with proportion Green increasing with houselight duration from the shortest test duration to t s and remaining high for longer durations. Additionally, these gradients were shown from the beginning of testing, suggesting that temporal control can be established without explicit discrimination training along the temporal continuum. Together the three studies showed that phenomena observed in more familiar stimulus dimensions also occur in the temporal domain.Numa tarefa de dupla bissecção temporal, pombos aprendem duas discriminações temporais. Na discriminação Tipo 1, dada uma escolha entre Vermelho e Verde, aprendem a escolher Vermelho após amostras de 1 s e Verde após amostras de 4 s. Na discriminação Tipo 2, dada uma escolha entre Azul e Amarelo, aprendem a escolher Azul após amostras de 4 s e Amarelo após amostras de 16 s. Numa fase posterior, os animais têm de escolher entre Verde e Azul após amostras de 1 a 16 s e, apesar de as duas escolhas terem sido previamente associadas com a mesma duração de 4 s, a probabilidade de escolher Verde aumenta com a duração da amostra – o efeito de contexto. Este resultado complexo parece sugerir aprendizagem relacional, porque Verde foi associado com a amostra mais longa na discriminação Tipo 1 e Azul com a amostra mais curta na discriminação Tipo 2. O primeiro objectivo desta tese foi investigar se o efeito de contexto poderia ser explicado a partir da combinação dos gradientes de generalização temporal para o Verde e para o Azul induzidos pelo treino discriminativo numa tarefa de dupla bissecção, seguindo uma estratégia utilizada noutras dimensões do estímulo. O modelo de timing Learning-to-Time (LeT) instancia esta explicação do efeito de contexto baseada em gradientes. O segundo objectivo desta tese foi investigar se tanto os gradientes de generalização temporal como o efeito de contexto seriam consistentes com o LeT. Ao contrário do que acontece com dimensões do estímulo mais familiares, como o comprimento de onda da luz ou a frequência do som, a investigação sobre os gradientes de generalização no domínio temporal é escassa. Pouco se sabe sobre as suas características e as variáveis que os afectam. Neste quadro, o terceiro objectivo desta tese foi explorar os efeitos de diferentes protocolos de treino, nomeadamente os protocolos intradimensional e interdimensional, no gradiente de generalização temporal. A tese comporta 3 estudos. O Estudo 1 e o Estudo 2 foram conduzidos para alcançar os dois primeiros objectivos e também para investigar a forma dos gradientes de generalização temporal intradimensionais. O Estudo 3 foi conduzido para explorar os efeitos do treino interdimensional no gradiente de generalização temporal. No Estudo 1, pombos aprenderam uma versão simplificada da dupla bissecção, na qual apenas as duas respostas críticas para o efeito de contexto, Verde e Azul, foram treinadas. Nomeadamente, pombos aprenderam a bicar Verde após 4 s mas a não bicar Verde após 1 s e a bicar Azul após 4 s mas a não bicar Azul após 16 s. De seguida foram obtidos gradientes de generalização temporal para o Verde e para o Azul, variando a duração da amostra de 1 a 16 s. Por fim, os pombos tiveram de escolher entre Verde e Azul após amostras que variaram entre 1 e 16 s. O Estudo 2 alargou o Estudo 1 a uma tarefa de dupla bissecção padrão e, adicionalmente, usou durações de teste para além das durações de treino. Em primeiro lugar, os pombos aprenderam, dada uma escolha entre Vermelho e Verde, a escolher Vermelho após 2 s e Verde após 6 s e, dada uma escolha entre Azul e Amarelo, a escolher Azul após 6 s e Amarelo após 18 s. De seguida, variou-se a duração da amostra entre 0.7 e 51.4 s e foram obtidos gradientes de generalização temporal para o Verde (em relação ao Vermelho) e para o Azul (em relação ao Amarelo). Por fim, os animais tiveram de escolher entre Verde e Azul após amostras que variaram de 0.7 a 51.4 s. Os resultados dos dois estudos mostraram que a) os gradientes de generalização para o Verde e para o Azul demonstraram uma forma de função em rampa ou bitónica; b) a preferência pelo Verde sobre o Azul aumentou com a duração da amostra – efeito de contexto; c) os dois gradientes de generalização previram bem o efeito de contexto observado; e d) o modelo LeT explicou as principais tendências dos dados. No Estudo 3, pombos foram treinados a discriminar entre a presença e a ausência de uma amostra de t s: aprenderam a escolher Verde após uma luz se acender por t s e a escolher Vermelho após um período de tempo no escuro. De seguida, para obter gradientes de generalização temporal, variou-se a duração da luz e mediu-se a preferência pelo Verde. Os resultados mostraram gradientes de generalização temporal em forma de função exponencial negativa, com a proporção de escolhas do Verde a aumentar com a duração da amostra desde a duração de teste mais curta até t s e a manter-se elevada para durações mais longas. Adicionalmente os pombos mostraram estes gradientes desde o início do teste, sugerindo que controlo temporal pode ser estabelecido sem treino discriminativo explícito no contínuo temporal. Em conjunto, os três estudos mostraram que fenómenos observados em dimensões mais familiares do estímulo também ocorrem no domínio temporal