Definir o papel da linguagem na categorização de objeto dos infantes com paradigmas de Eye-tracking
Summary
Aqui nós apresentamos um protocolo para teste de familiarização paradigmas que fornecem um teste direto de categorização infantil e ajudam a definir o papel da linguagem na aprendizagem precoce de categoria.
Abstract
Avaliação de aprendizagem da categoria infantil é um desafio mas um aspecto vital de estudar a cognição infantil. Empregando um paradigma de familiarização-teste, direta medimos o sucesso dos infantes em aprender uma nova categoria ao mesmo tempo, contando apenas com seu comportamento olhando. Além disso, o paradigma diretamente pode medir o impacto de diferentes sinais auditivos na categorização infantil através de uma gama de idades. Por exemplo, foram avaliados como 2 anos aprendem categorias em uma variedade de ambientes de rotulagem: em nossa tarefa, 2 anos aprenderam com sucesso categorias quando todos os exemplares foram rotulados ou os dois primeiros exemplares foram rotulados, mas eles não conseguiram categorizar quando Não há exemplares foram rotulados ou apenas os finais dois exemplares foram rotulados. Para determinar o sucesso dos infantes em tais tarefas, pesquisadores podem examinar ambos a preferência geral exibida por bebês em cada condição e padrão dos infantes de olhar ao longo da fase de teste, usando um olho-tracker para fornecer dados de tempo-curso refinados . Assim, apresentamos um paradigma poderoso para identificar o papel da linguagem, ou qualquer sinal auditivo, na categoria de objeto dos infantes de aprendizagem.
Introduction
Categorização é um componente fundamental da cognição humana: habilidades de categorização dos infantes surgem cedo na infância e tornam-se cada vez mais sofisticadas com a idade. 1 , 2 , 3 pesquisa revelou também um papel poderoso para linguagem em categorização infantil: de 3 meses de idade, crianças aprendem categorias com mais sucesso quando exemplares de categoria estão emparelhados com o idioma. 4 , 5 , 6 além disso, no final do primeiro ano, bebês estão em sintonia com o papel de substantivo de contagem de etiquetas na categorização. Exemplares de categoria com uma frase de rotulagem consistente de emparelhamento (“Este é um vep!”) facilita a categoria dos infantes de aprendizagem em relação ao fornecimento ou um rótulo distinto para cada exemplar (“Este é um vep,” “Isto é uma dax,” etc.) ou um não-rotulagem frase (“Olhe para isso.”). 7 , 8 , 9
Em experiências cotidianas dos infantes, no entanto, a grande maioria dos objetos que encontram provavelmente permanecerá sem rótulo. Nenhum cuidador pode etiquetar cada objeto que uma criança vê muito menos fornecer as etiquetas que se aplicam a cada objeto (por exemplo, “malamute,” “cão”, “pet”, “animal”). Isso apresenta um paradoxo: como podemos conciliar o poder dos rótulos na categorização infantil com sua escassez relativa na vida diária dos bebês?
Para responder a esta pergunta, nós desenvolvemos um protocolo para avaliar como bebês aprendem categorias em uma variedade de ambientes de aprendizagem diferentes, incluindo quando eles recebem uma mistura de amostras etiquetadas e sem rótulo. Especificamente, propomos que receber mesmo alguns exemplares etiquetados no início da aprendizagem pode facilitar a categorização — aumentando a capacidade dos bebês aprender com subsequente, unlabeled exemplares também. Esta estratégia de usar um pequeno número de exemplares rotuladas como uma base para a aprendizagem de um número maior de exemplares sem rótulo foi amplamente implementada no campo da aprendizagem de máquina, gerando uma família de aprendizado semisupervisionado (SSL) algoritmos de11,10,12. Claro, as estratégias de aprendizagem implementadas não são idênticas em diferentes tipos de alunos: em aprendizado de máquina, algoritmos são normalmente expostos a muitos mais exemplares, fazer suposições explícitas sobre cada exemplar e aprender várias categorias ao mesmo tempo. No entanto, ambos máquina e alunos infantis podem beneficiar com sucesso integrando exemplares etiquetados e sem rótulo para aprender novas categorias em ambientes de rotulagem esparsas.
Nosso projeto centra-se sobre se as crianças de 2 anos de idade, no processo de aquisição de palavras para inúmeras novas categorias, são capazes de fazer este tipo de aprendizado semisupervisionado. Nós empregamos uma medida padrão de categorização infantil: uma tarefa de familiarização-teste. Neste paradigma, 2 anos de idade foram expostos a uma série de exemplares de uma categoria romance durante uma fase de familiarização. Cada exemplar foi emparelhado com um estímulo auditivo diferente, dependendo da condição (ou seja, um rótulo ou uma frase não-rotulagem). Então, no teste, todos os 2 anos de idade viram dois novos objetos apresentados em silêncio: um objeto de categoria agora familiar e uma de uma categoria de romance.
Se as crianças de 2 anos com sucesso formam a categoria durante a fase de familiarização, devemos distinguir entre os dois exemplares apresentados no teste. Importante, porque uma preferência sistemática para qualquer imagem teste romance ou familiar reflete a capacidade de distinguir entre eles, tanto a familiaridade e a novidade de preferências são interpretadas como evidência de categorização bem sucedida. Note que em uma determinada tarefa, a natureza desta preferência é uma função da eficiência de processamento dos bebês para os materiais de estímulo, com preferências de familiaridade associados com estímulo menos eficiente processamento 4,13, 14 , 15 , 16 , 17. apresentando a fase de teste em silêncio torna possível avaliar diretamente o sucesso dos infantes na categorização do objeto e como este sucesso varia de acordo com as informações que acompanhou os exemplares durante a familiarização. Assim, este paradigma fornece uma prova convincente de como diferentes tipos de aprendizagem de categoria linguística ambientes afetam. Se rotulando melhora a aprendizagem de categoria em ambientes semi controlados e totalmente supervisionados, então 2 anos nestas condições devem mostrar preferências de teste mais fortes do que bebês em outros ambientes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui, apresentamos um procedimento para avaliar o papel da rotulagem na categorização. Apresentando 2 anos com uma mistura realista de exemplares etiquetados e sem rótulo, demonstramos que crianças muito jovens são capazes de aprendizagem em ambientes semi-supervisionadas, estendendo o trabalho com adultos e mais velhos crianças24,25 . Assim, este método oferece uma solução para o paradoxo colocado acima: se mesmo alguns exemplares rotulados podem desenc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
A pesquisa relatada aqui foi apoiada pelo Instituto Nacional de saúde infantil e desenvolvimento humano dos institutos nacionais de saúde, sob número de prêmio R01HD083310 e um nacional Science Foundation Graduate bolsa de pesquisa sob concessão não. DGE‐1324585. O conteúdo é exclusivamente da responsabilidade dos autores e não representa necessariamente a opinião oficial dos institutos nacionais de saúde ou National Science Foundation.
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).
