Investigations on relational control of time perception

Abstract

For any given set of stimuli, several relations can be found among its elements based on their physical properties. If we consider two squares, for example, one can focus on their size and conclude that one is larger than the other. Two well-known effects illustrate how the relations in a set of stimuli can affect how subjects respond to a particular set member. In a simple discrimination procedure, subjects may learn to choose a bright gray square (gr+) and to avoid a dark gray square (gr-). Later, given a choice between gr+ and a new, brighter gray square (gr++), subjects surprisingly avoid gr+ and choose gr++. The effect is called transposition, because it has been claimed that subjects transpose to the new set of squares a response based on the relation between the members of the previous set (in this case, they would respond ‘choose the brighter of the squares’). In another protocol, a compound stimulus contains a bright gray square (g+) surrounded by a brighter gray square (gr++), and in another compound the same bright gray (gr+) is surrounded by a dark gray square (gr-). When compared, gr+ looks darker in the first than in the second compound. The effect is called contrast, because the differences between the elements in the compound are emphasized. Despite their intriguing nature and their relevance to understand how stimulus properties control responding, both transposition and contrast effects research has been circumscribed to stimulus dimensions such as brightness and size. Little is known on how these effects alter responding controlled by stimulus duration. We present here a series of studies in which we tried to reduce this gap and investigate whether and how the relations between a set of time intervals affect responding to these same intervals. Study 1 followed the tradition on transposition research. Pigeons were presented with two sample intervals (T1 and T2, with T1 < T2) and given a choice between two response options (S and L). S was correct following T1 and L was correct following T2. At issue was whether they had learned to choose based on the relative (‘shortS, longL’), or on the absolute value (‘T1S, T2L’) of the intervals. Later, they learned a new discrimination with the sample intervals T2 and T3 (T2 < T3). For half of them, the Relative group, the new discrimination preserved the relative mapping of the task (‘T2S, T3L’; that is, ‘shortS, longL’). For the other half, the Absolute group, it preserved the absolute mapping (‘T2L, T3S’). If in the first discrimination pigeons had learned the relative value of intervals, the Relative group should learn the new discrimination faster than the Absolute group, for the task favored transfer of relational responding. If the pigeons had learned the absolute value of the intervals, the Absolute group should learn the new discrimination faster than the Relative group, for the task favored absolute responding. We also simulated the subjects’ performance with the Learning-to-Time (LeT) model and compared the models’ predictions against the pigeon data. Study 2 improved Study 1 by introducing generalization tests at the end of training with the first discrimination. We used the generalization data to predict the acquisition curves of the new discrimination. The results of Studies 1 and 2 showed that (a) both groups learned the new discrimination; (b) the generalization gradients from Study 2 predicted the acquisition of the new discrimination for both groups; (c) LeT accounted for the major trends in acquisition (Studies 1 and 2) and generalization curves (Study 2) for both groups. Based on this results, we concluded that there was no evidence of relational responding in this temporal discrimination task. In Study 3 we used a production task to assess if different temporal contexts affect the judgements pigeons make of interval durations. Under two different contexts, subjects had to produce durations within three ranges, a short [0.5 s – 1.5 s], an intermediate [1.5 s- 4.5 s], and a long [4.5 s – 13.5 s] ranges. The ranges were combined to form two contexts, a ‘short context’ with the short and intermediate ranges, and a ‘long context’ with the intermediate and long ranges. We evaluated if the durations produced within the intermediate range, common to both contexts, differed depending on the contexts. The results revealed a small contrast effect whereby the mean of the durations produced within the intermediate range was greater in the ‘short context’ than in the ‘long context’. We simulated the pigeons’ performance with the LeT model and found that it accounted for the Gaussian-like shape and for the spread of the distributions of the produced durations. Together the studies provided unprecedented evidence on the effects of the relations between time intervals on responding. They also successfully extended LeT to few explored empirical problems, and proved for the breadth of the model in accounting for timing.

Num conjunto de estímulos, podemos identificar relações entre seus elementos com base em suas propriedades físicas. Se consideramos dois quadrados, por exemplo, podemos focar em seus tamanhos e concluir que um é maior do que o outro. Dois famosos efeitos ilustram como as relações inerentes a um conjunto de estímulos podem afetar a maneira como os sujeitos respondem aos elementos do conjunto. Numa procedimento de discriminação simples, os sujeitos podem aprender a escolher um quadrado cinzento claro (gr+) e a evitar um quadrado cinzento escuro (gr-). Posteriormente, dada a escolha entre gr+ e um novo quadrado cinzento mais claro (gr++), os sujeitos surpreendemente evitam gr+ e escolhem gr++. O efeito é chamado de transposição por que se alega que os sujeitos transpuseram para o novo conjunto de quadrados uma reposta baseada na relação entre os elementos do primeiro conjunto (neste caso, eles aprendem a ‘escolher o mais claro dos quadrados’). Num outro protocolo, um estímulo composto contém um quadrado cizento claro (gr+) rodeado por um quadrado cinzendo mais claro (gr++), ao passo que num outro estímulo composto gr+ está rodeado por um quadrado cinzento escuro (gr-). Quando comparados, gr+ parece mais escuro no primeiro do que no segundo estímulo composto. O efeito é chamado de contraste, por que as diferenças entre os elementos do composto estão enfatizadas. A despeito de sua natureza intrigante e de sua relevância para compreendermos como as propriedades dos estímulos controlam o responder, as investigações sobre transposição e contraste têm estado circunscritas a dimensões de estímulo como o brilho e o tamanho. Pouco se sabe sobre como estes efeitos alteram o responder controlado pela duração dos estímulos. Nós apresentamos aqui uma série de estudos em que tentamos preencher esta lacuna e investigamos se e como as relações entre um conjunto de intervalos temporais afetam o responder a estes mesmos intervalos. O Estudo 1 seguiu a tradição da investigação em transposição. Dois intervalos de tempo (T1 e T2, T1 < T2) eram apresentados, e pombos deviam escolher entre duas opções de resposta (S e L). S era correta após T1 e L após T2. Estava em causa se os sujeitos aprenderam a responder com base no valor relativo (‘curtoS, longoL’) ou no valor absoluto (‘T1S, T2L’) dos intervalos. Posteriormente, os sujeitos aprenderam uma nova discriminação com os intervalos T2 e T3 (T2 < T3). Para metade deles, o grupo Relativo, manteve-se o mapeamento relativo da tarefa (‘T2S, T3L’, isto é, ‘curtoS, longoL’). Para a outra metade, manteve-se o mapeamento absoluto (‘T2L’). Se na primeira discriminação os pombos aprenderam o valor relativo dos intervalos, o grupo Relativo deveria aprender a nova discriminação mais rapidamente do que o grupo Absoluto, por que a nova tarefa daquele grupo favorecia a transferência do responder relacional. Se aprenderam o valor absoluto, o grupo Absoluto deveria aprender mais rapidamente, por que a tarefa deles favorecia a transferência do responder absoluto. Também comparamos o desempenho dos sujeitos com simulações que fizemos com o modelo Learning-to-Time (LeT). O Estudo 2 replicou o Estudo 1 e introduziu testes de generalização ao fim da primeira discriminação. Nós usamos os dados de generalização para prever as curvas de aquisição da nova discriminação. Os resultados de ambos os estudos revelaram que (a) ambos os grupos aprenderam as discriminações; (b) os gradientes de generalização previram a aquisição da nova discriminação; (c) o LeT previu as principais características das curvas de aquisição e generalização de ambos os grupos. Concluímos que não houve evidência de responder relacional nesta tarefa de discriminação temporal. O Estudo 3 usou uma tarefa de produção para avaliar se diferentes contextos temporais afetam os julgamentos que pombos fazem de intervalos de tempo. Sob dois diferentes contextos, os sujeitos produziram durações pertinentes a três ranges, um curto [0.5 s – 1.5 s], um intermédio [1.5 s- 4.5 s] e um longo [4.5 s – 13.5 s]. Combinamos os ranges curto e intermédio para formar um ‘contexto curto’, e os ranges intermédio e longo para formar um ‘contexto longo’. Avaliamos se as durações produzidas dentro do range intermédio, comum a ambos os contextos, diferiram a depender dos contextos. Os resultados revelaram um pequeno efeito de contraste, por que a média das durações produzidas para o range intermédio foi maior no ‘contexto curto’ do que no ‘contexto longo’. Simulações do desempenho dos pombos com o modelo LeT reproduziram as principais características das distribuições das durações produzidas. Tomados em conjunto, os estudos produziram evidências inéditas sobre o efeito da relação entre intervalos de tempo no controlo do responder. Eles também extenderam o LeT para questões empíricas pouco exploradas e confirmaram a polivalência do modelo.