Automaticity in a?Connectionist Model - Modeling the Stroop Task

本期的主要內(nèi)容是用聯(lián)結(jié)主義的模型來(lái)模擬Stoop任務(wù)。

?

【回顧Stoop任務(wù)】

斯特魯普效應(yīng) Stroop Effect

觀察下面的三組有色文字，請(qǐng)說(shuō)出每個(gè)詞語(yǔ)顯示出來(lái)的顏色（比如這一文本是黑色）。

第一組：如果文字的意義與顯示的字體顏色相同，例如綠色顏色的“綠色”二字，那么說(shuō)出顯示文字的顏色的名稱比較容易且迅速，反應(yīng)時(shí)RT會(huì)很短。

第二組：如果文字是以紅色這一顏色顯示，而文字是“綠色”二字，那么反應(yīng)時(shí)RT會(huì)變長(zhǎng)，且辨識(shí)很容易出錯(cuò)。

第三組：如果文字的意義與顯示的字體顏色沒(méi)有關(guān)系，例如老鼠等詞語(yǔ)，那么說(shuō)出顯示文字的顏色的名稱比第二組容易且迅速，RT比第二組短。

?

斯特魯普效應(yīng)展示了人們對(duì)事物的認(rèn)知過(guò)程是一個(gè)自動(dòng)化的過(guò)程。當(dāng)有一個(gè)新的刺激出現(xiàn)時(shí)，如果它的特征和原先的刺激相似或一致，其會(huì)加速人們的認(rèn)知；反之，若新的刺激特征與原先的刺激不相同，則會(huì)干擾人們的認(rèn)知，使人們反應(yīng)時(shí)變長(zhǎng)。

?

【回顧第15期內(nèi)容】

自動(dòng)思考的關(guān)鍵

·為什么在Stroop任務(wù)中人們通常會(huì)在不一致的情況下比在一致的情況下慢（反應(yīng)時(shí)更長(zhǎng)）？

- 閱讀文字是“自動(dòng)”的；

- 墨水顏色的感知不是“自動(dòng)”的；

- 要感知出墨水的顏色，我們必須禁止（或用其它替代）我們的自動(dòng)化響應(yīng)，以便更刻意地作出反應(yīng)，這需要時(shí)間。

?

·IAT與Stroop測(cè)試：

- 兩個(gè)都是測(cè)試反應(yīng)時(shí)的任務(wù)；

- 兩者似乎都在利用更多或者更少的自動(dòng)化流程。

認(rèn)知科學(xué)家對(duì)兩組測(cè)試的看法：

- 競(jìng)爭(zhēng)：都是將兩種回應(yīng)相互抗衡；

- 控制：讓參與者通常在兩個(gè)方面都“正確”回應(yīng)。

- 自動(dòng)化：干擾（自動(dòng)過(guò)程會(huì)干擾非自動(dòng)過(guò)程，使非自動(dòng)過(guò)程變慢）

?

對(duì)Stroop任務(wù)建模

結(jié)果：人們對(duì)單詞的命名速度很快，而對(duì)顏色的命名速度卻很慢，尤其是在發(fā)生沖突時(shí)。

建模

- 兩種信息類型：墨水顏色、顏色文字

-目標(biāo)：識(shí)別墨水顏色/顏色字

- 過(guò)程：（1）單詞學(xué)習(xí)過(guò)度（自動(dòng)；系統(tǒng)1）；（2）墨水顏色的學(xué)習(xí)不多（系統(tǒng)2）；（3）發(fā)生沖突時(shí)，閱讀顏色文字會(huì)干擾識(shí)別墨水顏色。

?

單元類型?Unit Types

每個(gè)圓圈都代表一個(gè)“單元”。

- 輸入?Input：

(1) 輸入信息：顏色信息包括紅色墨水或者綠色墨水；文字信息包括紅色red或者綠色green文字。

(2) 輸入任務(wù)：墨水命名?或者 文字命名；

- 輸出?Output：紅色墨水 + 紅色文字 以及 綠色墨水 + 綠色文字

- 心智表征 Mental Representation

數(shù)值

- 信息輸入時(shí)為1，沒(méi)有輸入時(shí)為0.

- 舉例：

【例1】信息輸入：

顏色信息輸入：紅色墨水0，綠色墨水1。

任務(wù)輸入：墨水命名1，文字命名0.

文字信息輸入：紅色文字“red”1，綠色文字“green”0.

【例2】信息輸入：

顏色信息輸入：紅色墨水0，綠色墨水1。

任務(wù)輸入：墨水命名0，文字命名1.

文字信息輸入：紅色文字“red”0，綠色文字“green”1.

連接方式：加權(quán)

單元之間的連接通過(guò)權(quán)重?cái)?shù)值表示。

四個(gè)心智表征單元中，第一個(gè)心智表征負(fù)責(zé)紅色墨水顏色，第二個(gè)心智表征負(fù)責(zé)綠色墨水顏色，第三個(gè)心智表征負(fù)責(zé)“紅色red”文字，第四個(gè)心智表征負(fù)責(zé)“綠色green”文字。心智表征的負(fù)責(zé)與其左邊的輸入對(duì)應(yīng)。

數(shù)值：

- 單元數(shù)值：0到1之間取值；

- 連接的權(quán)重?cái)?shù)值：-∞到+∞之間取值。

- 權(quán)重?cái)?shù)值的量級(jí)取決于其絕對(duì)值。隨著學(xué)習(xí)過(guò)程的深入，權(quán)重量級(jí)會(huì)增加。上圖中深色的連接線就有較大量級(jí)的權(quán)重。

- 權(quán)重?cái)?shù)值的正負(fù)對(duì)應(yīng)了加強(qiáng)與減弱。正權(quán)重畫為實(shí)線，負(fù)權(quán)重畫為虛線。

?

權(quán)重值：

- 紅色墨水顏色輸入會(huì)加強(qiáng)第一個(gè)心智表征，因此加權(quán)值為正數(shù)；綠色墨水顏色的輸入加權(quán)就是負(fù)數(shù)。而第一個(gè)心智表征會(huì)加強(qiáng)紅色墨水顏色的輸出，因此權(quán)重為正數(shù)，但其對(duì)綠色墨水顏色的輸出就是負(fù)數(shù)。

- 因?yàn)槲覀兏煜っ淖?，因此文字心智表征到輸出的?quán)重量級(jí)更大。上圖中深色的連接線就代表較大量級(jí)的權(quán)重，這是長(zhǎng)期學(xué)習(xí)的結(jié)果。

?

擴(kuò)展激活：激活如何在模型中擴(kuò)展？

舉例：綠色墨水的“紅色”文字，要求識(shí)別墨水顏色。

第一步：從 輸入 到 心智表征（Input to Mental Representation）

- 輸入值：綠色墨水顏色1，紅色red文字輸入1，命名顏色任務(wù)輸入1.

- 權(quán)重：第一步的權(quán)重絕對(duì)值一致，正負(fù)代表了加強(qiáng)或者減弱的關(guān)系。

?

激活擴(kuò)展

心智表征一共有四個(gè)單元，上圖中黃色箭頭指向的單元的數(shù)值來(lái)源于紫色、藍(lán)色、橙色 三種連接，計(jì)算方法：

[1] 輸入乘以權(quán)重：紫輸入0權(quán)重1，藍(lán)輸入1權(quán)重-1，橙色輸入1權(quán)重1. 輸入看單元值，權(quán)重看連接值。

[2] 結(jié)果相加：紫色0*1 + 藍(lán)色1*-1 + 橙色1*1 = 0

[3] 轉(zhuǎn)換為“激活”：到心智表征的凈輸入值為0，根據(jù)方程圖像：

從輸入單元 到 第一心智表征單元 的凈輸入值為0（x軸） - 對(duì)應(yīng)激活值0.5（y軸）

綜上：心智表征的激活值

另一個(gè)墨水顏色命名的心智表征：

從輸入單元 到 第二心智表征單元 的凈輸入值為：

凈輸入值為2（x軸） - 對(duì)應(yīng)激活值大約為0.8（y軸）

同理，計(jì)算出剩下兩個(gè)心智表征單元的激活值：

從輸入單元 到 第三心智表征單元 的凈輸入值為：

凈輸入值為1（x軸） - 對(duì)應(yīng)激活值大約為0.6（y軸）

以及：

從輸入單元 到 第四心智表征單元 的凈輸入值為：

凈輸入值為-1（x軸） - 對(duì)應(yīng)激活值大約為0.2（y軸）

綜上，第一步 - 輸入到心智表征：

第二步：從 心智表征 到 輸出（Mental Representation to Output）

輸出1：

從心智表征單元 到 輸出1單元 的凈輸入值為：

凈輸入值為1.85（x軸） - 對(duì)應(yīng)激活值大約為0.8（y軸）

輸出2：

從心智表征單元 到 輸出2單元 的凈輸入值為：

凈輸入值為-1.85（x軸） - 對(duì)應(yīng)激活值大約為0.1（y軸）

綜上，第二步 - 心智表征到輸出：

輸出：0.8激活的紅色墨水的red文字 以及 0.1激活的綠色墨水的green文字。

小結(jié)

要點(diǎn)1：任務(wù)和刺激可以看作是信息；

要點(diǎn)2：信息之間的關(guān)聯(lián)可以用連接的方式來(lái)考慮（權(quán)重表示關(guān)聯(lián)的量級(jí)/加強(qiáng)關(guān)系）；

要點(diǎn)3：這些模型中的認(rèn)知處理涉及通過(guò)連接的“擴(kuò)展激活”；

要點(diǎn)4：此框架可以在計(jì)算機(jī)程序中實(shí)現(xiàn)，該程序顯示出與人類相同的行為模式。

練習(xí)圖：

本期內(nèi)容到此結(jié)束，感謝您的閱讀！下期內(nèi)容將繼續(xù)本期有關(guān)聯(lián)結(jié)主義的討論。

作者：離久-張所長(zhǎng)