Knowledge Representation, Heuristics, and Awareness in Artificial Grammar Learning

Abstract

People can become sensitive to the general structure of different parts of the environment, often without studying that general structure directly, but through being incidentally exposed to instances that conform to the structure. When such learning proceeds unintentionally and gives rise to knowledge that is difficult to verbalize it is often referred to as implicit learning. One of the most commonly used experimental paradigms in the study of implicit learning is artificial grammar learning, in which participants are exposed to sequences that conform to a set of rules without being informed about the presence of rules. In a subsequent test phase, participants can usually distinguish between sequences that conform to and sequences that violate the rules, without being able to say much about the underlying rules. There are many different theories about the kind of knowledge representations that underlie sensitivity to general structure in artificial grammar learning, and there are also different viewpoints concerning how to measure the conscious status of the knowledge acquired in artificial grammar learning. Investigating these different theories is important, partly because it may provide an understanding of the extent to which complex learning and abstraction of structure proceeds unconsciously.

Study I of this thesis investigated artificial grammar learning and the use of a fluency heuristic, which involves relying on the surprising ease of processing an item as a basis for making a judgment. Other studies have shown that the fluency heuristic is used in a wide variety of judgments (e.g., recognition and preference). Study I showed that participants rely on a fluency heuristic in artificial grammar learning as well, but mainly under non-analytic pro¬ces¬sing conditions when participants were encouraged to respond rapidly and thereby make global judgments about items without processing details to any large extent. This is consistent with the idea that fluency may provide a cue for indirect sensitivity to general structure.

Study II investigated the effect of non-analytic processing on the conscious status of knowledge as assessed by confidence judgments. It was found that non-analytic processing increased the availability of conscious knowledge, consistent with the idea that part of the knowledge acquired in artificial grammar learning may be, not inherently unconscious, but of a kind that is available through a non-analytic form of introspection. One possibility is that, relative to more analytic forms of introspection, non-analytic introspection may be more sensitive to the non-focal peripheral contents of consciousness, the so called “fringe consciousness”. This could explain why the knowledge acquired in artificial grammar learning often seems intuitive, even though it is not necessarily unconscious.

Study III investigated whether artificial grammar learning gives rise to knowledge that is independent from the surface features of the exposure material. A number of claims have been offered in the literature for such surface-independent knowledge, particularly as a result of extended exposure to regularities. The results clearly suggested that the knowledge formed under observational learning conditions in artificial grammar learning is not independent from the surface features of the exposure material. The results are consistent with a variety of computational models of artificial grammar learning that rely on surface-dependent perceptual representations.

Finally, Study IV investigated whether the knowledge acquired in artificial grammar learning is unconscious in the sense that it may be expressed unintentionally. The results showed that, to the extent that knowledge was expressed, it was expressed intentionally. However, the low levels of performance in Study IV limit the generality of the findings. Possible reasons for the low performance are discussed in the context of different models of artificial grammar learning.

Taken together, the studies in this thesis illuminate issues regarding both knowledge representation and the conscious status of knowledge in artificial grammar learning. In general, the studies are in line with an episodic framework according to which the general abstract structure of a domain is not automatically extracted. Instead, both learning and awareness proceeds as a function of task demands, intentions, expectations, and processing strategies.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Människor (och andra arter) har en grundläggande förmåga att anpassa sig till och lära sig hur omgivningen är strukturerad. Ofta lär vi oss struktur indirekt, utan att direkt och avsiktligt studera strukturen ifråga. Klassiska vardagsexempel på tämligen oavsiktlig strukturinlärning är språkinlärning, utveckling av musikaliska preferenser, inlärning av sociala regler, och, mer generellt, inlärning av olika typer av beteendemönster i förhållande till omgivningen. När inlärning av strukturella regelbundenheter sker oavsiktligt och ger upphov till kunskap som är svår att verbalisera så kallas det för implicit inlärning, vilket kan kontrasteras mot explicit inlärning som är avsiktlig och ger upphov till mer verbal kunskap.

En vanlig experimentell metod för att studera implicit inlärning är artificiell grammatikinlärning. I den här metoden får deltagarna observera sekvenser av symboler som följer ett underliggande komplext regelsystem, men deltagarna får inte till en början veta att sekvenserna följer regler. Efter att ha observerat sekvenser en viss tid så får deltagarna veta att de sekvenser de har sett följer regler och att de nu ska få observera nya sekvenser, varav hälften följer reglerna och hälften bryter mot reglerna. Uppgiften är nu att klassificera vilka sekvenser som följer reglerna. Ofta kan deltagarna klassificera korrekt bättre än slumpnivå, vilket indikerar att de har lärt sig något om den underliggande strukturen i sekvenserna, men deltagarna kan oftast inte säga särskilt mycket om reglerna som styr sekvenserna.

Det finns för närvarande många olika teorier om vilken typ av kunskap som underligger deltagarnas förmåga att klassificera strukturerade sekvenser i artificiell grammatikinlärning, och det finns också olika synsätt angående hur man bör mäta hur pass medveten deltagarnas kunskap är i de här sammanhangen. I den här avhandlingen har jag undersökt både kunskapsrepresentation och den medvetna statusen hos kunskap i samband med artificiell grammatikinlärning. Att undersöka dessa frågor utgör ett viktigt projekt, delvis eftersom det kan hjälpa till att belysa i vilken utsträckning komplex inlärning och abstraktion av struktur sker utan medvetna influenser.

Studie I i den här avhandlingen undersökte om deltagarna förlitar sig på ”fluency” när de klassificerar sekvenser i artificiell grammatikinlärning. Att förlita sig på fluency innebär att man tar beslut beroende på hur pass smidigt man bearbetar informationen ifråga. Testsekvenser (de man klassificerar i testfasen) som följer reglerna i artificiell grammatikinlärning delar oftast mer egenskaper med träningssekvenserna (de man såg i observationsfasen) än vad testsekvenser som inte följer reglerna gör. Detta möjliggör potentiellt högre fluency för testsekvenser som följer reglerna än de som inte följer reglerna. Studie 1 manipulerade fluency på ett artificiellt sätt i testfasen genom en teknik som kallas för maskerad priming och innebär att testsekvensen ibland visas väldigt snabbt på datorskärmen innan den återigen dyker upp på skärmen mer permanent för klassificering. Resultaten visade att deltagarna förlitar sig på fluency främst när klassificeringsbesluten togs under tidspress, vilket är i linje med att använd¬andet av fluency ökas vid icke-analytiskt processande som betonar globala bedöm¬ningar av stimuli snarare än fokus på detaljer. Generellt sett visar resultaten att fluency kan utgöra en indirekt ledtråd till känslighet för struktur i sekvenser, men att användandet av fluency som en ledtråd inte är ovillkorligt.

Studie II undersökte effekten av icke-analytiskt processande i testfasen på den medvetna statusen hos deltagarnas klassificeringsbeslut. Ett vanligt sätt att mäta den medvetna statusen hos deltagarnas klassificeringsbeslut är att be deltagarna att avge konfidensbedömningar efter varje klassificeringsbeslut. Alltså, efter varje klassificeringsbeslut (”Den här testsekvensen följer/följer inte reglerna”) så får deltagarna säga hur säkra de är på att beslutet är korrekt (”Jag är X % säker på att beslutet är korrekt”). Om deltagarna är mer säkra på sina beslut när de är korrekta än när de är inkorrekta så tyder det på att deltagarna i viss mån vet om när de har rätt och när de har fel (dock inte nödvändigtvis varför de har rätt eller fel), vilket i sin tur är en betydelse i vilken kunskap kan vara medveten. Studie II visade att icke-analytiskt processande i testfasen kan öka graden av medveten kunskap, vilket är i linje med att en del av den kunskap som införskaffas i artificiell grammatikinlärning är, inte direkt omedveten, men av ett slag som är tillgänglig via icke-analytisk introspektion. En möjlighet är att icke-analytisk introspektion är mer känsligt för de mer perifera och subtila delarna av medvetandeinnehållet när deltagarna gör sina bedömningar. Detta kan i sin tur förklara varför deltagarna ofta har svårt att verbalisera det som de lär sig i artificiell grammatikinlärning och varför man ofta anser att kunskapen är tämligen intuitiv.

Studie III undersökte om artificiell grammatikinlärning ger upphov till kunskap som är abstrakt i bemärkelsen att kunskapen är oberoende av den perceptuella formen av inlärningsmaterialet. I en del tidigare studier har det hävdats att sådan abstrakt kunskap formas mer eller mindre automatiskt via implicit inlärning, särskilt i samband med förlängd inlärningsfas. Resultaten från Studie III visade tydligt att den kunskap som etableras via observations¬inlärning i artificiell grammatikinlärning inte är oberoende av den perceptuella formen i materialet. För¬längd inlärningsfas leder till bättre kunskap om regelbundenheterna i sekvenserna, utan att samtidigt leda till mer abstrakt kunskap. Resultaten är i linje med diverse matematiska beräkningsmodeller av artificiell grammatikinlärning, nämligen modeller som utvecklar representationer som är knutna till den perceptuella formen av inlärningsmaterialet. Andra studier visar att abstraktion över perceptuella former kan ske i viss mån i artificiell grammatikinlärning, men sådan abstraktion verkar ske tämligen avsiktligt och medvetet.

Studie IV undersökte om artificiell grammatikinlärning ger upphov till kunskap som är omedveten i bemärkelsen att kunskapen yttrar sig utan att deltagarna har för avsikt att tillämpa kunskapen. Resultaten visade att, i den utsträckning kunskap om regelbundenheter tillämpades, så tillämpades kunskapen avsiktligt, vilket är i linje med att artificiell grammatikinlärning inte ger upphov till omedveten kunskap som är bortom deltagarnas kontroll. Det bör dock nämnas att denna slutsats begränsas av deltagarnas låga prestation i Studie IV. Olika möjligheter till den låga prestationen diskuteras i Studie IV i samband med olika modeller av artificiell grammatikinlärning.

Sammantaget så belyser de olika studierna i den här avhandlingen frågor gällande både kunskapsrepresentation och den medvetna statusen hos kunskap i samband med artificiell grammatikinlärning. Generellt sett så är resultaten i linje med ett episodiskt synsätt på artificiell grammatikinlärning. Enligt det synsättet så sker inlärning av struktur inte automatiskt, utan är istället en kombinerad funktion av de (direkta eller indirekta) krav som uppgiften involverar, deltagarnas intentioner, förväntningar, och de strategier deltagarna använder för att bearbeta informationen ifråga. Ett sådant synsätt har potential att föra samman resultat från olika domäner (t ex minnesforskning och kategoriseringsforskning) inom ett mer enhetligt perspektiv.

• author: Johansson, Tobias
• supervisor: Carl Martin Allwood; Mats Dahl
• opponent: Associate Professor Tunney, Richard, School of Psychology, University of Nottingham, Nottingham, UK
• organization: Department of Psychology
• publishing date: 2008
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Psychology
• keywords: abstraction, awareness., non-analytic processing, Artificial grammar learning, fluency, implicit learning
• pages: 144 pages
• defense location: Hörsal 128, Stora Algatan 4, Lund, Sweden
• defense date: 2008-09-26 10:00:00
• ISBN: 978-91-628-7563-3
• language: English
• LU publication?: yes
• id: eaa071aa-b9ce-4704-9c44-a9e478289fca (old id 1219020)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:09:32
• date last changed: 2021-03-08 11:55:42