Sverker Runeson

Kompetens som förvärvad perceptuell förmåga

Projektets syfte är att studera utvecklandet av kompetens, sett som förmåga till direkt-perceptuellt ("automatiskt", "intuitivt") utnyttjande av avancerad information. Projektet är en vidareutveckling av en forskningslinje som behandlar visuell perception av dynamiska (dvs. kausala) egenskaper, i enlighet med KSD-principen (Kinematic Specification of Dynamics).
Principen beskriver kunskapsinhämtande systems uppgift: att inhämta information om bakomliggande källor till de mönster som når sinnesorganen. På denna teorigrund samt tidigare empiriska resultat har en teori om kompetensförvärvande utvecklats, där skillnaden mellan noviser och experter förklaras med att experter utnyttjar mer avancerad och relevant information, och att detta sker på kvalitativt olika sätt. Studiet av dessa sätt, nybörjarens inferentiella mod kontra den kompetenta direkt-perceptuella moden, utgör projektets huvudtema.
Som träningsuppgift används främst perception av relativ massa hos kolliderande föremål, vilka simuleras med en unik icke-digital apparatur. Uppgiften har en naturlig komplexitet samtidigt som strikt analys och simulering är möjlig. Planerade studier gäller:
A) jämförelse mellan naturlig och arbiträr eller symbolisk information
B) kritisk prövning av exemplarbaserade modeller för kategorisering
C) konfidenskalibrering som mod-indikator samt frågor rörande experimentteknisk kvalitet
D) EEG-registreringar som konvergerande evidens för mod-distinktionen.
Flertalet experiment utförs i Uppsala, i samarbete med forskare vid universiteten i Amsterdam, Connecticut, Tartu och Umeå.

Sverker Runeson, institutionen för psykologi, Uppsala universitet

Den större delen av verksamheten har gällt en brett upplagd studie avseende flera aspekter på den i projektet centrala kvalitativa mod-distinktionen, dvs. nybörjares kognitivt-inferentiella kontra den kompetentes direkt-perceptuella fungerande. Vårt förslag är baserat på resultat i den egna tidigare forskningen (Runeson, Juslin & Olsson, 2000) och skiljer sig på ett avgörande sätt från tidigare försök till liknande distinktioner inom psykologin. Vi hävdar, och har visat, att olika slags information används i de två moderna. I den inferentiella moden används variabler av begränsat informationsvärde (ledtrådar; cues) vilka är analytiskt enkla nog för att kunna hanteras medvetet, medan man i den direkt-perceptuella moden kan utnyttja högvärdiga informationsvariabler vilka är alltför komplicerade för att kunna hanteras medvetet. Tvärt emot gängse uppfattningar framstår därigenom det perceptuella som ett mer sofistikerat kunskapssystem än det kognitivt inferentiella, vilket motiverar dess roll i skicklighetsförvärvande och kompetens.

En rad av frågeställningar behöver studeras för att mod-distinktionen skall kunna etableras och vidareutvecklas. Genomgående används den uppgift som visat sig mycket lämplig för detta: bedömning av relativ massa hos kolliderande föremål. Den gjorda studien var omfattande och hade flera syften och rapporteringen av har därför delats upp på tre artiklar av vilka den första (Runeson & Andersson, 2004) gällde preliminära delresultat. Den andra artikeln (Runeson & Andersson, 2007) har nyligen publicerats i den ledande tidskriften på området, Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance; den tredje är inskickad till samma tidskrift.

Falsk feedback, invariantens överlägsenhet över cue-kombinationer samt vektorbaserad modell:

I den andra publicerade artikeln, "Achievement of specificational information usage with true and false feedback in learning a visual relative-mass discrimination task", redovisas en testning av i vad mån den förmåga man förvärvar nödvändigtvis formas av den feedback (korrekt eller falsk) man får eller om det finns någon naturlig perceptuell fallenhet (evolutionary pre-attunement) som kan aktualiseras i uppgiften. Detta skulle kunna vara en allmän förmåga att utnyttja KSD-information (Kinematisk Specifikation av Dynamik) och därigenom uppfatta händelser i termer av dynamiska egenskaper (i enlighet med projektets teoretiska grunder: Runeson, 1977, 1977/1983; Runeson & Frykholm, 1983). Huvudresultatet är att för en majoritet av deltagare leder falsk återkoppling till användning av fel information. En del av dem uppvisade dock ett påtagligt motstånd mot falsk feedback och vissa t.o.m. förbättrade sin förmåga använda korrekt information trots att de fick en felaktig feedback. Detta tyder alltså på att en naturlig fallenhet finns, även om den ofta inte står emot en konsekvent felaktig feedback.

För att utröna vilken information deltagarna använder gjordes PROBIT-analyser på individnivå. Man kan då på ett tydligt sätt följa hur var och en av deltagarna varierat sin informationsanvändning under träningens gång - i många fall hur de prövat olika möjligheter, fram och tillbaka. Detta har givit stöd för projektets teori om inlärning som en kaotisk söka-och-finna-process. Det är då ej förvånande att man finner stora individuella variationer, särskilt bland nybörjare på uppgiften; prestationsförbättringen under träning innebär därefter en konvergens mot det kompetenta fullgoda sättet att utföra uppgiften.

I artikeln redovisas också några viktiga oplanerade fynd. I våra tidigare resultat gällande kvantitativ bedömning av relativ massa (erhållna i samarbetet med David Jacobs och Claire Michaels, 2000-2001) har förklaringsvärdet hos invarianten kunnat utmanas av linjärkombinationer av två cue-variabler. I den aktuella studien är så inte fallet; invarianten är klart överlägsen. Att vi kunde visa detta har sin grund i att den binära uppgiftstypen ger ett skarpare test i tröskelintervallet där prediktions-skillnaderna mellan de enkla ledtrådarna och invarianten är störst. Detta resultat föranledde dock avsevärt merarbete eftersom tidskriften krävde statistiskt stöd för vår slutsats och något standardtest inte kunde tillämpas på de PROBIT-korrelationer vi baserar slutsatserna på. Vi lyckades dock tillgodose kravet genom att göra en modifiering av det s.k. Bayesian Information Criterion för ändamålet. Resultatet bekräftade vår slutsats klart. Ytterligare en fördel vanns genom att BIC-testet korrigerar för skillnader i antal fria parametrar vilket visade att invariantens överlägsenhet var större än vad som dessförinnan framgått.

Ytterligare ett fynd är att urskillnadsförmågan (precisionen) för den korrekta informationen (invarianten) är lägre än för de alternativa enkla ledtrådarna. Innebörden av detta är att det föreligger en trade-off mellan precision och validitet i uppgiften. Större noggrannhet (färre slumpfel) kan vinnas på bekostnad av en viss proportion stora systematiska fel, vilket ger utrymme för individuella preferenser och optimering till specifika uppgiftssituationer. Detta visar sig ha stor betydelse vid tolkningen av konfidensresultaten (se nedan) och har också viktiga pedagogiska implikationer, bl.a. visar det att urvalet av träningsexempel är viktigt och kanske bör anpassas till individen för bästa inlärning.

De nya resultaten ger underlag för omfattande teoretiska diskussioner i artikeln. Först behandlas frågan om de kan ge stöd åt en cue-heuristisk tolkning med utgångspunkt i den relativa analytiska enkelheten hos de aktuella informationsvariablerna (i enlighet med vad som förespråkas av den teoretiska motståndarsidan i projektets tidigare skeden). Visserligen är nybörjares favoritvariabel också den som är enklast (exit speeds), men med en närmare analys visar vi att den cue-heuristiska modellen inte håller, bl.a. eftersom den näst mest använda variabeln är den mest komplicerade (invarianten) och inte den näst enklaste.

I diskussionens fortsättning utvecklas ett förslag till en modell för hur synsinnet kan utnyttja den typ av information som är fullgod (invariant) i kollisionsuppgiften. Vi visar att detta kan förstås genom en utveckling av Gunnar Johanssons (1950/1994) berömda vektormodell för perception. En översikt av denna och dess påvisade giltighet beträffande flera olika perceptuella funktioner ges och dess potential som fundamental funktionsprincip för synsinnet betonas. Johanssons grundresultat är att synsinnet genomgående arbetar genom att komponent-uppdela rörelsemönster i helhetsrörelser och enskilda rörelser inom helheterna. Vi visar sedan att de kolliderande föremålens relativa massa specificeras av ändringen i rörelseriktning hos den helhet som de två föremålen utgör. Vad som då krävs för att bemästra kollisionsuppgiften är, enligt den modell vi föreslår, att synsinnet utnyttjar helhetsrörelsen i stället för att, som det vanligen gör, undertrycka denna till förmån för de interna komponenterna (residualrörelserna). Skicklighetsförvärvandet skulle alltså innebära att en befintlig fundamental perceptuell mekanism utnyttjas på ett annorlunda sätt och att man upptäcker dess användbarhet för den nya uppgiften.

De erhållna resultaten och den föreslagna modellen ger underlag för vidare studier, bl.a. skall testas om de ofullkomligheter i den perceptuella vektoruppdelningen som påvisats i tidigare forskning kan förklara de ofullkomligheter som uppvisas i kollisionsuppgiften. Detta skulle i så fall ge empiriskt stöd för den föreslagna modellen.

Det är speciellt tillfredsställande att på detta sätt ha kunnat återknyta till Gunnar Johanssons centrala bidrag. Detta för dess stora vetenskapliga potentials skull, men också för att utgångspunkten för den aktuella forskningslinjen var just några fenomen som dök upp i Johanssons labb vid mitten av 1970-talet.

Kvalificerad användning av konfidenskalibrering som mod-indikator:

Den tredje artikeln (Andersson & Runeson, submitted) har titeln "Modes of Apprehension, Realism of Confidence, and Variable-use in Visual Discrimination of Relative Mass" är inskickad sen ett par månader; svar väntas inom kort.
Konfidenskalibrering som indikator på i vilken mod uppgiften utförs introducerades tidigare i projektserien (Runeson, Juslin & Olsson, 2000). Vid användning av konfidensskattningar som metod, i motsats till forskning om bedömningskonfidens som sådan, kan man inte på förhand känna till vilken informationsvariabel som används, utan vill just fastställa denna och dess eventuella ändringar under inlärning. Ett problem som då uppstår är att om bedömningarna rättas mot de "sanna" svaren och jämförs med avgivna konfidensskattningar framstår det som överkonfidens, vilket alltså felaktigt indikerar inferentiell mod. Av dessa skäl har användbarheten av konfidenskalibrering som metod för att särskilja de två moderna (Runeson, Juslin & Olsson, 2000) ifrågasatts (Hajnal et al., 2006; Jacobs, et al., 2001a, 2001b; Withagen, 2004).

I artikeln redovisas våra försök att hantera detta genom att med PROBIT-teknik först individuellt fastställa vilken informativ variabel som faktiskt använts i varje enskilt block och sedan utvärdera konfidensskattningarna mot denna. Korrigeringar görs även för en annan felkälla, den s.k. hard-easy-effekten". Bland annat har därigenom visats att underkonfidens, dvs. indikation på perceptuell mod, erhålles då den korrekta variabeln används, men trots de beskrivna åtgärderna nås inte underkonfidens då enkla ledtrådsvariabler används, vilket alltså indikerar att dessa används i inferentiell mod.

Det senare resultatet är dock inte slutgiltigt eftersom det kan tänkas, och finns tecken på, att mod-växlingar även görs inom enskilda block. Den beskrivna blockvisa motåtgärden lämnar därför ändå utrymme, ehuru minskat, för oegentlig överkonfidens. Idealet vore att fastställa vilken variabel som används i varje enskild kollision men detta är inte möjligt. I artikeln redovisas några försök att ta ytterligare steg i denna riktning. En växande osäkerhet i jämförelserna kommer då in eftersom antalet observationer i kategorierna minskar. De indikationer som erhållits ger dock visst ytterligare stöd åt de tidigare.

Resultaten har även givit underlag för mer detaljerade hypoteser om hur de två moderna används och kombineras. Den första är relativt närliggande: Även vid kompetent användning av invariant information kommer det att finnas fall då skillnaden mellan föremålens massor är så liten att de ser ut att vara lika. Om man ändå måste välja görs detta inte genom gissning, vilket skulle ge slumpmässig felfördelning, utan man söker då medvetet efter ledtrådar, vilket vanligen ger systematiska fel. Den andra hypotesen innebär att de tillgängliga variablernas relativa storlek (tydlighet; salience) kan spela en roll för hur uppgiften utförs. När relativa massan är klart urskiljbar, men inte mer, kan det förekomma att man faller för en ledtråd om denna är mycket stark. Här finns alltså utrymme för ökad skicklighet genom speciell optimering eftersom typen och mängden fel som erhålles även beror på vilka typer av kollisioner som förekommer i uppgiftssituationen och den relativa "kostnaden" för olika typer av fel (många småfel kontra enstaka stora fel).

De sammantagna resultaten ger underlag för fördjupad diskussion om relationen mellan enkla och avancerade informativa variabler och dessas förhållanden till perceptuella och kognitiva funktioner samt skicklighetsförvärvande. Allmänt har visats att konfidenskalibrering är en svåranvänd metod för att urskilja de två moderna, men med de särskilda åtgärder som användes i studien och försiktighet vid resultattolkningen kan denna metod ändå anses ge användbar kompletterande evidens.

Resultaten i den utförda studien ger en rad uppslag till fortsatt forskning. Ett par exempel gäller vad som kan vara gynnsamma och ogynnsamma betingelser för skicklighetsförvärvande. Det första gäller svårighetsgraden i övningsmaterialet. Vid för låg andel svåra fall sker ingen förbättring eftersom även enkla ledtrådar ger ganska gott resultat (tidigare visat för kvantitativ masskvotsbedömning: Jacobs, Runeson & Michaels, 2001). Å andra sidan, vid hög andel svåra fall händer det att deltagare ger upp sina försök trots att vi i efterhand har kunnat se i PROBIT-analyserna att de varit på god väg. Detta kan troligen förklaras med det ovan beskrivna fyndet att användning av den korrekta informationen är förenad med lägre precision, åtminstone till en början. När en nybörjare prövar invarianten gör detta att de systematiska felen försvinner men den upplevda förbättringen uteblir genom att frekvensen slumpfel ökar. Optimeringen av svårighetsgrad tycks alltså vara mer delikat än väntat.

Ett annat uppslag som kommit fram ur resultaten är att binär feedback i form av rätt/fel-signaler kanske inte är den mest effektiva i binära diskriminationsuppgifter. Enligt arbeten i projektets föregångare (Runeson, Juslin & Olsson, 2000) uppkommer fel av två olika skäl: Antingen har man gjort fel i princip, t.ex. använt fel information eller fel heuristisk regel, eller så beror felet på att den faktiska skillnaden var för liten för att kunna urskiljas (Brunswikian vs. Thurstonian errors; se Juslin & Olsson, 1997). För att bli bättre behöver man kunna skilja mellan dessa feltyper. Vid principiella fel bör man pröva andra sätt men vid slumpfel bör man hålla fast vid det sätt man använt sig av och endast skärpa uppmärksamheten el. dyl. Eftersom systematiska fel i regel är stora och slumpmässiga är små skulle graderad feedback kunna underlätta inlärningen, t.ex. genom att man förutom rätt/fel även får veta hur stor den faktiska masskillnaden var i varje kollision.

ÖVRIGA STUDIER

EEG-korrelat

En studie avseende EEG-korrelat till moddistinktionen är genomförd i samarbete med psykologiinstitutionen vid universitetet i Tartu, Estland (Jyri Allik och Kairi Kreegipuu; delfinansierat av KVA). Syftet med studien var att finna ytterligare bevis för mod-distinktionen och för att inlärning i massbedömningsuppgiften sker i form av en övergång från den inferentiella moden till den perceptuella. Vi använde tre nya indikatorer för moderna: självrapporteringar om den mod som användes, responstider samt event related potentials (ERP). ERP mäter den elektrofysiska aktiviteten i hjärnan, här mätt över ett antal kollisioner.

Trots att försökspersonerna använde en icke-specificerande variabel i ett förtest, för att under träning ändra sig till att använda invarianten i ett eftertest, angav de i lika hög grad att de "såg" respektive "infererade" den relativa massan i båda testen. Responstiderna var dock avsevärt kortare när de angav "såg" än "infererade" i båda testen. Amplituden av ERP var avsevärt starkare när de angav "såg" än när de angav "infererade" i båda testen. I förtestet påverkade storleksskillnaden hos den icke-specificerande variabeln självrapporterna, responstiderna samt ERP amplituden. I eftertestet påverkades dessa av den faktiska masskvoten. Dessa skillnader mellan de använda variablernas effekter på självrapporter och responstider undersöks för närvarande i en ny serie experiment.

Jämförelse mellan invariant- och EBM-modeller:

Ett experiment har körts (i samarbete med professor Peter Juslin) i vilket vi använder kollisionsuppgiften för en kritisk testning av exemplarbaserade modeller (EBM). Det kan tänkas att EBM-forskningens resultat i viktiga avseenden är artefakter av de extremt konstlade uppgifter som vanligen används i forskningen på detta område (se den långtgående kritik som framförts av Smith & Minda, 2000). Den relativt naturliga kollisionsuppgiften torde ha större potentiell relevans för naturligt perceptuellt och kognitivt fungerande. En prediktion från EBM-modellerna är att extrapolation från träningsexemplaren ej skall vara möjlig. I det körda experimentet har vi funnit att extrapolation görs utan svårigheter, vilket alltså är ett viktigt kritiskt resultat.

Rörlig naturlig presentation kontra statiskt-grafisk och statiskt-symbolisk:


I samma experiment görs ytterligare en jämförelse av relevans för frågan om naturliga kontra onaturliga uppgifter. Kollisionsuppgiften presenteras på tre olika sätt. Utöver den naturliga rörliga presentationen ges i två andra grupper statiska presentationer av samma informationsinnehåll, dels isomorft i form av vektordiagram över rörelserna före och efter kollisionen, dels symboliskt då dessa rörelser representeras av åtta staplar i ett stapeldiagram. De hittills erhållna resultaten visar att ehuru den naturliga formen ger bäst prestation så ger de statiska varianterna efter träning inte radikalt mycket sämre prestationer. Vi finner dock att jämförelsen såhär långt kan vara missvisande i det att informationen i de statiska varianterna var tillgänglig för deltagarna utan tidsgräns medan den i den naturliga betingelsen är tillgänglig bara ett ögonblick. Studien måste därför kompletteras med betingelser i vilka den statiska informationen visas under t.ex. två sekunder.

Denna komplettering har fått stå tillbaka för de ovan beskrivna studierna men avsikten är att fullborda och publicera studien under 2007. För detta krävs också att vi ställer våra resultat i relation till ett nyligen publicerat arbete (Cohen, 2006) i vilket, med utgångspunkt i Runeson, Juslin & Olsson (2000), en variant av kollisionsuppgiften används likaledes för en jämförelse mellan EBM- och invariantbaserade modeller. Cohens resultat ger ett blandat och oklart stöd för båda modelltyperna och vi anser att vår studie kan ge viktiga bidrag i denna forskningssituation.

Referenser

Cohen, A. L. (2006). Contributions of invariants, heuristics, and exemplars to the visual perception of relative mass. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 32, 574-598.
Hajnal, A., Grocki, M., Jacobs, D. M., Zaal, F. T. J. M., & Michaels, C. F. (2006). Mode transition and change in variable use in perceptual learning. Ecological Psychology, 18, 67-91.
Jacobs, D. M., Michaels, C. F., & Runeson, S. (2000). Learning to perceive the relative mass of colliding balls: The effects of ratio-scaling and feedback. Perception and Psychophysics, 62, 1332-1340.
Jacobs, D. M., Michaels, C. F., Zaal, F. T. J. M., & Runeson, S. (2001). Developing expertise: Mode transitions or mere change in variable use? In D. M. Jacobs (Ed.), On perceiving, acting, and learning: Toward an ecological approach anchored in convergence (pp. 127-143). Amsterdam: Free University.
Jacobs, D. M., Michaels, C. F., Zaal, F. T. J. M., & Runeson, S. (2001). Developing expertise: Mode transitions or mere change in variable use? In G. Burton & R. Schmidt (Eds.), Studies in perception and action VI: Eleventh International Conference on Perception and Action (pp. 181-184). Mawah, NJ: Erlbaum.
Jacobs, D. M., Runeson, S., & Michaels, C. F. (2001). Learning to visually perceive the relative mass of colliding balls in globally and locally constrained task ecologies. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 27, 1019-1038.
Johansson, G. (1950/1994). Configurations in event perception. In G. Jansson, S. S. Bergström, & W. Epstein (Eds.), Perceiving events and objects (pp. 29-122). Hillsdale, NJ: Erlbaum. (Originally published 1950).
Juslin, P., & Olsson, H. (1997). Thurstonian and Brunswikian origins of uncertainty in judgment: A sampling model of confidence in sensory discrimination. Psychological Review, 104, 344-366.
Runeson, S., & Frykholm, G. (1983). Kinematic specification of dynamics as an informational basis for person and action perception: Expectation, gender recognition, and deceptive intention. Journal of Experimental Psychology: General, 112, 585-615.
Runeson, S. (1977). On the possibility of 'smart' perceptual mechanisms. Scandinavian Journal of Psychology, 18, 172-179.
Runeson, S. (1977/1983). On visual perception of dynamic events. Acta Universitatis Upsaliensis: Studia Psychologica Upsaliensia, 9. (Original work published 1977).
Runeson, S., Juslin, P., & Olsson, H. (2000). Visual perception of dynamic properties: Cue heuristics versus direct-perceptual competence. Psychological Review, 107, 525-555.
Withagen, R. (2004). The pickup of nonspecifying variables does not entail indirect perception. Ecological Psychology, 16, 237-253.

Publikationslista

Runeson, S., & Andersson, I. E. K. (2007). Achievement of specificational information usage with true and false feedback in learning a visual relative-mass discrimination task. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 33, 163-182.
Runeson, S., & Andersson, I. E. K. (2004). On two modes of apprehension. Ecological Psychology, 16, 37-44.
Andersson, I. E. K., & Runeson, S. (2006, submitted for publication). Modes of Apprehension, Realism of Confidence, and Variable-use in Visual Discrimination of Relative Mass. Department of Psychology, Uppsala University, Sweden.
Andersson, I. E. K., Kreegipuu, K., Runeson, S, & Allik, J. (2007, to be submitted). Event-related potentials, response times and phenomenological reports of modes of apprehension in judging relative mass in collisions.  Department of Psychology, Uppsala University, Sweden. 
Runeson, S. (2005). Direkt perception -- perceptuell kompetens. In P. Hwang, I. Lundberg, J. Rönnberg & A-C Smedler (Eds.), Vår tids psykologi (pp. 141-142). Lund, Sweden: Natur & Kultur.
Runeson, S., & Andersson, I. E. K. (2005). A smart mechanism for pickup of the relative-mass invariant in observed collisions. Paper presented at the Thirteenth International Conference on Perception and Action, Asilomar Conference Center, Monterey, CA, USA. July 5-10, 2005.
Runeson, S., & Andersson, I. E. K. (2002). On modes of apprehension. Paper presented at the Human Movement Sciences Symposium on Perception and Action, Free University, Amsterdam, The Netherlands. January 18, 2002.
Runeson, S., & Andersson, I. E. K. (2005). Användning av invarianter och cues i binära kontra kvantitativa bedömningsuppgifter, samt skillnader i diskriminerbarhet. Paper presented at Områdesgruppen för perceptionsforskning (VR), Gösta Ekmans Laboratorium, Stockholms Universitet. 2005-02-9/10.
Runeson, S. (2005). Perception: Ett fullständigt kunskapssystem – inte bara ett förstadium till kognition. Paper presented at the Gösta Ekman Lab, Stockholm. 2005-4-1.
Runeson, S. (2005). Perception: Ett fullständigt och kompetent kunskapssystem. Paper presented at the Department of Psychology, Lund University, Lund. 2005-10-12.