対称性の生物学的由来
Biological origin of symmetry
山﨑 由美子
独立行政法人理化学研究所
象徴概念発達研究チーム
非論理的推論としての対称性/ 刺激等価性
Stimulus equivalence/ Equivalence relations
刺激等価性/ 等価関係 (Sidman) > 対称性
- A relation that arises between stimuli
without any perceptual similarity
- Formed through the shaping of
functionally identical responses
APPLE
- Stimulus substitutability (Green &
Saunders, 1998)
ity
tiv
si
an
Tr
ry
et
m
m
Sy
Symmetry
B
e
nc
le
va
ui
Eq
A
(Yamamoto, 1992)
Trained
Untrained
APPLE
C
対称性
Symmetry
APPLE
ORANGE
Auditory stimulus
Visual stimulus
Matching-to-sample procedure
Sample
Conditional discriminations
vs.
Matching-to-sample?
Conditional discriminations
If a, then b
Matching-to-sample
aRb
ならば
ならば
いくつかの条件性弁別
見本刺激と比較刺激の交換可能性を
含めた刺激間の学習
Robust evidence in human subjects
Sidman (1971):Microcephaly
Sidman & Cresson (1973):Down’s syndrome
Sidman et al. (1982):4- and 5-year children
Lipkens et al. (1993):symmetry in normal children up to
17-months old
Yamamoto (1994):severe autistic child without
productive language
O'Donnell & Saunders (2003): severe mental retardation
without functional language
・言語が対称性の必要条件ではない
・シンボルを使ったコミュニケーションを可能にする条件の一つ?
Failures found in Non-human subjects
Authors
Year
Subject
Equivalence?
Sidman et al.
1982
アヌビスヒヒ
アカゲザル
No (symmetry)
D’Amato et al.
1985
フサオマキザル
No (symmetry, equivalence)
Transitivity
No (symmetry, equivalence,
Transitivity)
デンショバト
Lipkens et al.
1988
デンショバト
No (symmetry, equivalence)
Tobayama &
Murayama
1997
シロイルカ
No (symmetry, equivalence)
Transitivity
Dugdale & Lowe
1990
2000
チンパンジー
No (symmetry)
Yamazaki
2001
デンショバト
ハシブトガラス
No (symmetry, equivalence,
Transitivity)
なぜヒト以外の動物では対称性が
ほとんど示されないのか
ヒトとヒト以外の動物では対称性に限らず、
認知能力一般に違いが大きい --- 基本的認
知能力の差
対称性もヒト以外の動物に教えればできる
--- 行動履歴の差
対称性を支える神経基盤がヒト以外の動物
にはないのでは --- 神経機構の差
認知能力の差?
symmetry
この辺?
Discrimination
Categorization
by rote
by feature
Concept
natural concept
relational concept
abstract concept
symmetry
この辺?
Discrimination
Categorization
Abstraction
Concept
Reasoning
Numerosity
....
Modified from Herrnstein (1990)
行動履歴の差?
確かに、行動履歴は対称性成立に影響を
及ぼしている
・”Multiple exemplar training” --- たくさん訓練した後、
未訓練刺激を使って転移をテストする
Schusterman & Kastak (1993)
・equivalence relations in a sea lion
・trained with 12 pairs, tested on remaining 18 pairs
・”Repeated training and testing” --- 訓練とテストを
重ねると等価性反応が増えていく
Yamamoto & Asano (1995)
・Facilitation was observed after repeated training and
testing in a chimpanzee
対称性テストにさらされることが大事?
行動履歴の差?
Symmetry can be generalized in any species?
A1-B1
A2-B2
A3-B3
A4-B4
A1-B1
A2-B2
A3-B3
A4-B4
1. BASELINE
2. SYMMETRY
TRAINING
デンショバト
A1-B1
A2-B2
A3-B3
A4-B4
3. SYMMETRY
TEST
Functional equivalence:
Equivalence through sharing outcomes
行動履歴の差?
みかん
=
Orange
GO (food)
りんご
=
A
B
みかん
Orange
りんご
Apple
Apple
NOGO (no food)
Repeated reversals
Arbitrary MTS
“A≡B”
“if A, then B”
(Functional equivalence)
(Equivalence relations)
行動履歴の差?
Functional Equivalence
Symmetry in Set 1
Stimulus equivalence
Symmetry in Set 2
対称性は”般化”、”転移”するような性質のものではない
行動履歴の差?
言語訓練を受けたことのある被験体は?
Author
Year
Subject
Equivalence?
Premack, D.
1976
チンパンジー
Sarah
Symmetry(?)
Transitivity
Kojima
1984
チンパンジー
Ai
No
(facilitation)
Tomonaga et al.
1991
チンパンジー
Chloe
Symmetry
Schusterman et al.
1993, 1998,
2001, 2002
カリフォルニアアシカ
Rio, Rocky
ALL (sym, Trans,
equiv)
Yamamoto &
Asano
1995
チンパンジー
Ai
No equivalence
Transitivity
Dugdale & Lowe
1990
2000
チンパンジー
Lana, Sarah
No symmetry
行動履歴の差?
・どんな種でも、ある特定の履歴を、一定時間与
えればよいというものではない
・それ以上の要因があるはず(種特異的なバイア
スの存在、特殊な神経基盤)
“own biases of operation” (Rumbaugh, 1995)
行動履歴以上とは?
Perfect establishment
of equivalence
relations in California
sea lions
- BA, CB, AC, CA
- functional equivalence
- generalized identity
- exclusion
Schusterman & Kastak, 2002
行動履歴以上とは?
対称性を示す種のバイアスの源は何か
Intimate relationship between mother and child
multi-modal matching is required in pups
Social structure
within-group communication
Social communications
between-group communication (ex. fighting)
(Schusterman et al., 2000)
他者との関係
社会構造
A組
B組
C組
行動履歴以上とは?
Lessons from successful subjects:
対称性が成立したヒト以外の動物間の共通性
対称性が成立したヒト以外の動物の共通項
Chimpanzee (Tomonaga et al. 1991)
California sea lions (ex. Schusterman & Kastak, 1993)
Generalized identity matching
「同じ」の概念
Matching by exclusion
排他律
行動履歴以上とは?
Generalized Identity Matching
- A ならば A, B ならばB
- どんな時、どんな場所にあろうと、「おなじ」とみなす
Sample
Sample
Matching by Exclusion
- A ならば B → A でないならば Bでない
- 相互排他性、一対一対応の原則
Sample
訓
練
- アシカ、イルカ、チンパンジー
テ
ス
ト
行動履歴以上とは?
“Logical” development of exclusion
involving “illogical” inference
Trained
A
m
.
Verbal exclusion: 27 m.
APPLE
APPLE
B
Untrained
.
m
対偶
~q→~p
Lipkens et al., 1993
17
q→p
対称性
~p→~q
排他律
17
p→q
条件法
24 m.
C
1. 条件法ができる
1. 条件法ができる
2. 対称性が成立する
2. 対称性、続いて排他律が成立する
3. 1と2の対偶ができる (排他律)
3. 1の対偶ができる
はじめに非論理的推論(生物学的バイアスのかかった発達)
その後論理的推論(認知操作の発達)
神経機構の差?
Dickins et al. (2001)
Verbal fluency
推移性○
推移性×
No Broca’s area, Left lateralization in DLPFC & BA10
Dickins et al., 2001
Ogawa, Yamazaki, Ueno, Cheng, Iriki (2007).
Neural correlates of human specific illogicality in stimulus
equivalence paradigm.
A
Subject :
adult human
B
C
Feedback
0ms
1500
2300
Response
Training (feedback)
A
B
C
Check (>90% Correct)
fMRI (differential/ nondifferential
feedback)
Fixation
Baseline
Test
Trained relations (10)
Untrained (5) and trained (5) relations
*
*
*
*
*
n.s.
Behavioral result
*
Generalization : CB symmetry?
n.s.
Imaging Result (p<.005, FDR corrected)
 BA (BA > AB)
 CB (CB > BC)
 AC (AC > AB, BC)
 CA (CA > AB, BC)
IPA (intraparietal area, area 7) : illogically
symmetrical inference is made by ignoring relational orders
RPFC (right prefrontal cortex, 46) :
decision that presented pairs are trained or untrained,
abstract category in fornto-parietal network.
MFC (medial prefrontal cortex, 8(6,9)) : finding
whether the presented stimuli were trained or untrained.
Category formation involved. Sensitive to conflict, discrepancy
and error (Yeung 2006; Ridderinkhof 2004; Rushworth 2001).
p
q
Generalized Identity Matching
Symmetry
Conditional discriminations
Generalized Identity
Matching
Symmetry
Exclusion, Transitivity
Illogical + logical
1. p→q
条件法
3. ~p→~q
排他律
2. q→p
対称性
3. 対偶
~q→~p
Conditional discriminations
Generalized Identity Matching
Symmetry
Exclusion, Transitivity
logical
Conditional discriminations
Generalized Identity
Matching
Symmetry, Exclusion,
Transitivity, Equivalence
Conditional discriminations
Generalized Identity Matching
Symmetry, Exclusion,
Transitivity, Equivalence
Symbol acquisition/
Symbol manipulation
General Cognitive
manipulation
IPC
Parieto-frontal connection
PFC
Illogical
logical
対称性の成立に関わる脳部位、神経連絡の推定
神経連絡を構築するアプローチ?
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動物における刺激等価性と論理的推論 Stimulus equivalence and