用眼动跟踪范式界定语言在婴儿对象分类中的作用
Summary
在这里, 我们提出了一个熟悉测试范式的协议, 它提供了婴儿分类的直接测试, 并有助于定义语言在早期类别学习中的作用。
Abstract
评估婴儿类别学习是研究婴儿认知的一个具有挑战性但至关重要的方面。通过采用熟悉测试范式, 我们直接衡量婴儿在学习一个新的类别方面的成功, 同时只依靠他们的长相行为。此外, 该范式可以直接衡量不同听觉信号对不同年龄婴儿分类的影响。例如, 我们评估了2岁儿童是如何在各种标签环境中学习类别的: 在我们的任务中, 2岁的孩子在所有样本都贴上标签或前两个样本被标记时成功地学习了分类, 但他们没有在什么时候进行分类。没有标记样本, 也没有标记最后的两个样本。为了确定婴儿在这些任务中的成功, 研究人员可以检查婴儿在每种情况下表现出的总体偏好, 以及婴儿在测试阶段的观察模式, 使用眼动仪提供细粒度的时间过程数据.因此, 我们提出了一个强大的范式, 以确定语言或任何听觉信号在婴儿的对象类别学习中的作用。
Introduction
分类是人类认知的一个基本组成部分: 婴儿的分类能力在婴儿期早期就出现, 并随着年龄的增长而变得越来越复杂。1,2,3研究还揭示了语言在婴儿分类中的强大作用: 从3个月大的年龄开始, 婴儿在类别样本与语言配对时学习类别会更成功。4 个,5,6此外, 到第一年结束时, 婴儿已经适应了计数名词标签在分类中的作用。将类别示例与一致的标签短语 (“这是一个 vep!”) 配对, 以促进婴儿的类别学习, 相对于为每个样本提供一个独特的标签 (“这是一个 vep”, “这是一个 dax,” 等) 或一个非标签短语 (“看看这个”)。7.,8,9
然而, 在婴儿的日常经历中, 他们遇到的绝大多数物体很可能会保持没有标签。没有一个照顾者可以给婴儿看到的每一个物体贴上标签, 更不能提供适用于每一个物体的标签 (例如, “malamute”、”狗”、”宠物”、”动物”)。这就提出了一个悖论: 我们如何调和婴儿分类中标签的力量与婴儿日常生活中相对稀缺的力量？
为了回答这个问题, 我们开发了一个协议来评估婴儿如何在各种不同的学习环境中学习类别, 包括当他们收到标记和未标记的样本的混合物。具体来说, 我们建议, 即使在学习之初接受一些标记的样本, 也可以通过提高婴儿从后续的、未贴上标签的样本中学习的能力来促进分类。这种使用少量标记样本作为学习大量未标记样本的基础的策略已在机器学习领域得到广泛实施, 从而产生了一个半监督学习系列 (ssl)算法10,11,12。当然, 不同类型的学习者所实施的学习策略并不相同: 在机器学习中, 算法通常会接触到更多的示例, 对每个示例进行明确的猜测, 并学习多个类别同时。然而, 机器和婴儿学习者都可能受益于成功地整合标记和未标记的样本, 以便在稀疏的标签环境中学习新的类别。
我们的设计重点是2岁的孩子, 在获取许多新类别的单词的过程中, 是否有能力进行这种半监督学习。我们采用标准的婴儿分类措施: 熟悉测试任务。在这个范式中, 2岁的孩子在熟悉阶段接触到了一系列来自新类别的榜样。每个样本都与不同的听觉刺激配对, 具体取决于条件 (即标签或非标记短语)。然后, 在测试中, 所有2岁的孩子都看到了两个新的物体在沉默中呈现: 一个来自现在熟悉的类别, 一个来自一个新的类别。
如果2岁的孩子在熟悉阶段成功地形成了这个类别, 那么他们应该区分在测试中提出的两个样本。重要的是, 由于对新颖或熟悉的测试图像的系统偏好反映了区分它们的能力, 熟悉和新奇的偏好都被解释为成功分类的证据。请注意, 在给定的任务中, 这种偏好的性质是婴儿对刺激材料的处理效率的函数, 与效率较低的刺激处理4,13相关的熟悉偏好,14,15,16,17. 在沉默中提出测试阶段, 可以直接评估婴儿在对象分类方面的成功, 以及这种成功如何根据熟悉情况期间样本所附信息的不同而有所不同。因此, 这种范式提供了一个引人注目的检验标准, 即不同类型的语言环境如何影响类别学习。如果贴标签可以在半监督和完全监督的环境中增强类别学习, 那么在这些环境中, 2岁的孩子应该比其他环境中的婴儿表现出更强的测试偏好。
Protocol
Representative Results
Discussion
在这里, 我们提出了一个评估标签在分类中的作用的过程。通过向2岁的孩子提供一个有标签和无标签的标签样本的现实组合, 我们证明了非常年幼的孩子有能力在半监督的环境中学习, 扩大与成人和年龄较大的儿童 24,25岁的工作.因此, 这种方法提供了一个解决方案, 上面提出的悖论: 即使几个标记的样本可以激发类别学习, 那么标签可以是罕见的和强大的?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这里报告的研究得到了国家卫生研究院国家儿童健康和人类发展研究所的支持, 该研究所的奖项号为 r01hd083310, 并得到了国家科学基金会研究生研究研究金的支持。DGE‐1324585, 我的时间, 我的内容完全由作者负责, 不一定代表国家卫生研究院或国家科学基金会的官方观点。
Materials
| Final Cut Pro X | Apple | N/A | Video editing, composition software |
| MorphX | Norrkross | N/A | Image-morphing software |
| PhotoShop | Adobe | N/A | Image-editing software |
| R | R Core Team | N/A | Statistical analysis software |
| T60XL Eyetracker | Tobii Pro | Discontinued | Large, arm-mounted eyetracker suitable for work with infants and children |
| Tobii Pro Studio | Tobii Pro | N/A | Software directing eyetracker display, data collection |
References
- Eimas, P. D., Quinn, P. C. Studies on the Formation of Perceptually Based Basic-Level Categories in Young Infants. Child Development. 65 (3), 903-917 (1994).
- Madole, K. L., Oakes, L. M. Making sense of infant categorization: Stable processes and changing representations. Developmental Review. 19 (2), 263-296 (1999).
- Gelman, S. A., Markman, E. M. Categories and induction in young children. Cognition. 23 (3), 183-209 (1986).
- Ferry, A. L., Hespos, S. J., Waxman, S. R. Categorization in 3- and 4-month-old infants: An advantage of words over tones. Child development. 81 (2), 472-479 (2010).
- Fulkerson, A. L., Waxman, S. R. Words (but not Tones) Facilitate Object Categorization: Evidence From 6- and 12-Month-Olds. Cognition. 105 (1), 218-228 (2007).
- Balaban, M. T., Waxman, S. R. Do words facilitate object categorization in 9-month-old infants?. Journal of Experimental Child Psychology. 64 (1), 3-26 (1997).
- Waxman, S. R., Braun, I. Consistent (but not variable) names as invitations to form object categories: New evidence from 12-month-old infants. Cognition. 95 (3), B59-B68 (2005).
- Balaban, M. T., Waxman, S. R. An examination of the factors underlying the facilitative effect of word phrases on object categorization in 9-month-old infants. Proceedings of the 20th Boston University Conference on Language Development. 1, 483-493 (1996).
- Waxman, S. R., Markow, D. B. Words as invitations to form categories: evidence from 12- to 13-month-old infants. Cognitive Psychology. 29 (3), 257-302 (1995).
- Zhu, X. . Semi-supervised learning literature survey. , (2005).
- Chapelle, O., Scholkopf, B., Zien, A. . Semi-supervised learning: Adaptive computation and machine learning. , (2006).
- Zhu, X., Goldberg, A. B. Introduction to semi-supervised learning. Synthesis lectures on artificial intelligence and machine learning. 3 (1), 1-130 (2009).
- Ferry, A. L., Hespos, S. J., Waxman, S. R. Nonhuman primate vocalizations support categorization in very young human infants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (38), 15231-15235 (2013).
- Hunter, M. A., Ames, E. W. A multifactor model of infant preferences for novel and familiar stimuli. Advances in infancy research. , (1988).
- Rose, S. A., Feldman, J. F., Jankowski, J. J. Infant visual recognition memory. Developmental Review. 24 (1), 74-100 (2004).
- Wetherford, M. J., Cohen, L. B. Developmental changes in infant visual preferences for novelty and familiarity. Child Development. , 416-424 (1973).
- Perone, S., Spencer, J. P. Autonomous visual exploration creates developmental change in familiarity and novelty seeking behaviors. Frontiers in psychology. 4, 648 (2013).
- Havy, M., Waxman, S. R. Naming influences 9-month-olds’ identification of discrete categories along a perceptual continuum. Cognition. 156, 41-51 (2016).
- Althaus, N., Plunkett, K. Timing matters: The impact of label synchrony on infant categorisation. Cognition. 139, 1-9 (2015).
- Maris, E., Oostenveld, R. Nonparametric statistical testing of EEG- and MEG-data. Journal of Neuroscience Methods. 164 (1), 177-190 (2007).
- Raudenbush, S. W., Bryk, A. S. Hierarchical Linear Models: Applications and Data Analysis Methods. SAGE. , (2002).
- LaTourrette, A., Waxman, S. R. A little labeling goes a long way: Semi-supervised learning in infancy. Developmental Science. , e12736 (2018).
- Dink, J., Ferguson, B. . eyetrackingR: An R library for eyetracking data analysis. , (2015).
- Kalish, C. W., Zhu, X., Rogers, T. T. Drift in children’s categories: When experienced distributions conflict with prior learning. Developmental Science. 18 (6), 940-956 (2015).
- Gibson, B. R., Rogers, T. T., Zhu, X. Human semi-supervised learning. Topics in Cognitive Science. 5 (1), 132-172 (2013).
- Keates, J., Graham, S. A. Category Markers or Attributes Why Do Labels Guide Infants’ Inductive Inferences?. Psychological Science. 19 (12), 1287-1293 (2008).
- Booth, A. E., Waxman, S. R. A horse of a different color: Specifying with precision infants’ mappings of novel nouns and adjectives. Child development. 80 (1), 15-22 (2009).
- Perszyk, D. R., Waxman, S. R. Listening to the calls of the wild: The role of experience in linking language and cognition in young infants. Cognition. 153, 175-181 (2016).
- Althaus, N., Mareschal, D. Labels direct infants’ attention to commonalities during novel category learning. PLoS ONE. 9 (7), e99670 (2014).
- Fulkerson, A. L., Haaf, R. A. The influence of labels, non-labeling sounds, and source of auditory input on 9- and 15-month-olds’ object categorization. Infancy. 4 (3), 349-369 (2003).
