O Jogo do Goleiro: Assinaturas comportamentais associadas à identificação de regularidades estatísticas em sequências de eventos

Orientando: Paulo Roberto Cabral Passos

Ano: 2021

Tese (Doutorado em Ciências Biológicas - Fisiologia) - Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2021.

RESUMO

A conjectura de que o cérebro possui a habilidade de detectar regularidades em uma sequência de estímulos é conhecida como aprendizagem estatística. Ao longo das últimas décadas, vários estudos investigaram como o tempo de respostas motoras condicionadas a uma sequência estocástica é influenciado pelas regularidades presentes na sequência. Esses estudos utilizaram majoritariamente o paradigma de tempo de reação serial (NISSEN; BULLEMER, 1987). Neste trabalho, é introduzido um novo paradigma para investigação desse fenômeno, o Jogo do Goleiro (NeuroMat-FAPESP). No Jogo do Goleiro, o participante controla um goleiro numa sequência de cobranças de pênaltis. Por sua vez, um batedor emite uma sequência de chutes definida por um modelo de árvore de contexto probabilística. Nesse paradigma o participante deve tentar predizer o estímulo seguinte, correspondente a direção do chute. Foram investigadas as escolhas e tempos de resposta de 26 participantes ao longo de uma sequência de 1000 jogadas geradas com base em uma mesma árvore de contexto. Houve dois intervalos de descanso, a cada 334 jogadas. Os experimentos foram realizados de maneira remota. As escolhas dos participantes foram analisadas com base em medidas de taxa de sucesso global. A aplicação do teste de Kruskal-Wallis indicou que os participantes aumentaram sua capacidade de predição entre os intervalos do jogo (χ2 = 27,69, p = 9,70×10−7). Também foi mostrado que parte dos participantes adota a estratégia de emulação das probabilidades de transição do modelo de árvore de contexto e outros adotam a estratégia de maximização dos acertos, escolhendo sempre a opção mais provável conforme a aponta o teste t aplicado (t(25) = 3,155 , p = 0.0021). A investigação do tempo médio de resposta indicou que este depende do contexto (p < 0,002). Mais importante, a modelagem e análise de parâmetros estimados para a distribuição dos tempos de resposta indicou que, em um mesmo contexto, o tempo de resposta depende do resultado de predições anteriores (Z = 4, 44, p = 4,401×10−6; Z = 2,514, p = 0,006; Z = 4,36, p = 6,256×10−6), conforme apontado pelo teste de postos sinalizados de Wilcoxon. Esses resultados permitem compreender melhor a natureza dos efeitos observados em respostas motoras condicionadas a sequências estocásticas.

Palavras-chave: aprendizagem estatística, predição, tempo de resposta, cadeias estocásticas com memória de alcance variável, Jogo do Goleiro.

ABSTRACT

The conjecture that the brain is able to detect regularities in a sequence of stimulus is known as statistical learning. Through the last decades, studies investigated how the response time conditioned to a stochastic sequence is influenced by the regularities of the sequence. Most of these studies made use of the serial reaction time task paradigm (NISSEN; BULLEMER, 1987). In the present study, we introduce a new paradigm to investigate the same phenomenon, The Goalkeeper Game (Neuromat-FAPESP). In the Goalkeeper Game, the subject plays the role of a goalkeeper in a sequence of penalty kicks. The penalty taker makes his sequence of kicks based on a context tree model. In the Goalkeeper Game the subject must predict the upcoming stimulus that corresponds to the direction of the kick. We investigated the choices and response times of 26 subjects during a sequence of 1000 trials generated from the same context tree model. There were two resting pauses, each after 334 trials. The experiment was conducted remotely. The choices of the subjects were analysed using global success rate. Kruskall-Wallis test indicated that the subjects improved their prediction ability between the intervals of the game (χ2 =27,69, p=9,70×10−7). It was also shown, based on the choices in one of the contexts, that some subjects adopt the strategy of emulating the probabilities of the context tree model and others adopt the strategy of maximization of the successes (t-test results: t(25) = 3,155, p = 0.0021). It was shown that the response time depends on the context (p < 0,002). By modeling and analysing the estimated parameters for the distribution of response times, it was shown that, for a given context, the response time depends of the results of previous predictions (Z = 4,44, p = 4,401 × 10−6; Z = 2,514, p = 0,006; Z = 4,36, p = 6,256 × 10−6) according to the Wilcoxon signed-rank test. These results allow for better understanding the nature of the effects observed in response times conditioned to stochastic sequence.

Keywords: statistical learning, prediction, response time, stochastic chains with memory of variable length, Goalkeeper Game.

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