Onderzoeksproject P7/33 (Onderzoeksactie P7)
De omvattende doelstelling van dit project bestaat erin een bijdrage te leveren aan het begrijpen van de mechanismen van bewust en onbewust leren. Leren, het vermogen om adaptief te reageren op veranderende omstandigheden, is een fundamenteel vermogen van elk levend organisme. Dankzij recente ontwikkelingen in methodes van neuronale beeldvorming is duidelijk geworden dat de hersenen een fundamenteel adaptief orgaan is waarvan de architectuur voortdurend aangepast wordt op basis van ervaring. Vanuit dit perspectief kan men beargumenteren dat leren een dwingend gevolg is van het verwerken van informatie: We leren voortdurend, ongeacht of we dit nu willen of niet. Leren kan verschillende vormen aannemen. Vergelijk, bijvoorbeeld, het leren van het feit dat Steve Jobs recent is overleden met het leren uitvoeren van complexe bewegingen die betrokken zijn in flamenco dansen. Neem de verschillen tussen het leren oplossen van een rekenkundig probleem en het leren van een tweede taal. Vergelijk de manier waarop een baby leert wandelen met hoe een volwassen persoon leert tennissen, of hoe een rat leert om een elektrische schok te vermijden met hoe mensen over de Honderdjarige Oorlog leren.
Tussen al die situaties kan men gelijkenissen maar ook verschillen zien. Elk van die situaties omhelst een verandering in het representationele en gedragsrepertorium van een organisme maar elke situatie lijkt te berusten op fundamenteel verschillende processen. Eén van de gevolgen van die diversiteit is dat onderzoek naar leren op een onproductieve manier opgedeeld wordt in verschillende deeldomeinen die weinig met mekaar interageren. Bijvoorbeeld, onderzoek naar impliciet leren – het proces waardoor geleerd kan worden zonder intentie om te leren en bewustzijn van het geleerde – heeft tot dusver weinig contact gemaakt met onderzoek naar hogere-orde, bewuste vormen van leren zoals deze betrokken in causaal redeneren en probleem oplossing. Op gelijkaardige wijze blijft onderzoek naar de fundamentele mechanismen van leren door dieren bijna volledig los staan van onderzoek naar de fundamentele mechanismen van leren bij mensen.
Het domein van leerpsychologisch onderzoek blijft zeer controversieel. Minstens drie controverses kunnen geïdentificeerd worden. De eerste controverse betreft de vraag of leren gebaseerd is op associatieve mechanismen, op intentionele, propositionele redeneerprocessen, of op een combinatie van beide. Met betrekking tot de experimentele bevindingen, doen recente controversiële studies vermoeden dat zelfs dieren zoals ratten in staat zijn tot flexibele redeneren, waardoor deze studies een fundamentele assumptie van associatieve processen in vraag stellen. Op conceptueel vlak veronderstellen sommige theorieën dat alle leren gebaseerd is op associatieve processen (vb., connectionisme) terwijl andere theorieën postuleren dat alle leren gebaseerd is op een manipulatie van propositionele symbolische representaties, en nog andere onderzoekers veronderstellen dat deze twee types van processen samen werken of mekaar bevechten. Het tweede controversiële thema betreft de rol die bewustzijn speelt in leren en meer in het bijzonder de mate waarin leren kan optreden zonder bewustzijn van het geleerde. Het derde controversiële thema gaat over de interactie tussen top-down en bottom-up leerprocessen (vb., de wijze waarop fenomenen zoals conditionering beïnvloedbaar zijn door instructies). Wat cruciaal is voor het huidige project is dat deze verschillende thema’s vaak gezien worden als overlappend. Er wordt bijvoorbeeld soms verondersteld dat we over één leersysteem beschikken dat verantwoordelijk is voor het vormen van associaties op een automatische, onbewuste manier die berust op bottum-up processen. Het tweede leersysteem wordt dan gezien als gedreven door hypothese toetsing en deductie, als resulterend in propositionele representaties die beschikbaar zijn voor bewuste processen, en als gebaseerd op top-down processen.
Het voorgestelde onderzoeksprogramma wil deze overlapping van dichotomieën in vraag stellen. In plaats van te veronderstellen dat associatief leren steeds gebaseerd is op onbewuste, automatische, en bottom-up processen, en dat hogere-orde cognitieve leerprocessen steeds een bewust, automatisch, en top-down karakter hebben, stellen we voor dat leerprocessen voortdurend werkzaam zijn op alle cognitieve niveaus. Vanuit dit perspectief zijn de hersenen constant en op onbewust niveau aan het leren om te anticiperen op de gevolgen van acties op het eigen organisme, de wereld, en andere personen. Er is aanzienlijke evidentie voor het bestaan van een dergelijk voorspellend mechanisme in de menselijke hersenen. Dit idee vormt zelfs de kern van een Bayesiaans perspectief op informatie verwerking en van Friston’s “free energy” principe dat stelt dat de hersenen constant trachten om de mate van verassing te minimaliseren of conflict trachten te anticiperen door het voorspellen van toekomstige activiteit.
Binnen dit perspectief willen we ons toespitsen op de volgende drie centrale lijnen van onderzoek:
Het eerste onderzoeksthema heeft betrekking op computationele mechanismen en de neuronale correlaten van associatieve en hogere-orde leerprocessen, inclusief de interactie tussen deze processen. Een eerste reeks van vragen betreft de het voorkomen en de beperkingen van elk type leerprocessen. Hebben associatieve leerprocessen voldoende vermogen om een verklaring te bieden voor alle vormen van leren? Mensen en dieren delen een gelijkaardige neuronale organisatie, maar er zijn ook veel verschillen, vooral wat betreft het vermogen van mensen om via taal symbolische structuren met elkaar te delen en te leren via instructies. Langs de andere kant is er ook evidentie voor de rol van symbolische, propositionele structuren in het leren door niet-menselijke dieren. Een tweede reeks vragen betreft de dynamiek van de overgang tussen associatieve en hogere-orde leerprocessen (vb., inzicht; de invloed van de slaap-waak cyclus in het consolideren van geheugensporen; de mechanismen van automatisatie in het leren van een vaardigheid). Het blijft dus een prangende vraag hoe men kan gaan van associatief, sub-symbolisch leren naar hogere-orde vormen van leren.
Het tweede thema dat in ons onderzoeksprogramma aan bod komt, is de relatie tussen bewustzijn en leren. Er blijft een intens debat bestaan over de mate waarin mensen kunnen leren zonder bewustzijn van het geleerde. Op dit vlak willen we systematisch de grenzen aftasten van wat onbewust geleerd kan worden. De rol die bewustzijn speelt in leren en de rol die leren speelt in het vormen van de inhoud van bewustzijn, zijn fundamentele maar alsnog onopgeloste vraagstukken. Zijn de processen die betrokken zijn in bewust en onbewust leren onderbouwd door dezelfde of verschillende neuronale structuren? Wat zijn de beperkingen van leren zonder bewustzijn? Wat is de invloed van hogere-orde bewuste processen op veronderstelde lagere-orde fenomenen zoals conditionering en habituatie? Hoe karakteriseren we best de verschillen en gelijkenissen tussen leren door mensen en leren door dieren?
Een derde thema heeft betrekking op de invloed van top-down en bottom-up processen en hun interacties. Functies zoals executieve controle en aandacht worden meestal gezien als bewuste top-down processen maar er is ook evidentie voor onbewuste executieve controle. We zullen vooral nadruk leggen op het begrijpen van (1) hoe hogere-orde processen zoals redeneren, het volgen van instructies, en bewustzijn een invloed kunnen hebben op lagere-orde, associatieve vormen van leren en (2) de wijze waarop lagere-orde, onbewuste vormen van leren een invloed hebben op bewuste, intentionele verwerking zoals bij het maken van beslissingen of intentionele actie.
Deze onderzoekslijnen zullen uitgewerkt worden in een reeks van acht onderling verbonden werkpakketten die elk gericht zijn op het benutten van de expertise van de partners. Ons netwerk omvat experten met betrekking tot onderzoek rond bewustzijn (P1 ULB – Cleeremans), slaap en geheugen (P1 ULB – Peigneux), taalontwikkeling (P1 ULB – Content), geletterheid (P1 ULB – Kolinsky), associatief leren en evaluatieve conditionering( P2 Ugent – De Houwer), intentionele actie en cognitieve controle (P3 Ugent – Brass), associatief leren bij dieren en kinderen (P4 KUL – Beckers), en plasticiteit in visuele perceptie (P5 UCK – Rossion). Verder doet het netwerk beroep op de expertise van twee buitenlandse partners: Prof. Patrick Haggard (INT1, University College London) voor zijn kennis rond vrije wil en intentionele actie, en Prof. Zoltan Dienes (INT2, University of Sussex) voor zijn expertise rond impliciet leren en onbewuste processen. De verschillende partners kennen elkaar zeer goed en hebben al vaak met elkaar samengewerkt. Ze delen niet enkel een fundamentele interesse in leren en plasticiteit binnen hun respectievelijke onderzoeksdomeinen maar beschikken ook over complementaire vaardigheden die ten volle benut zullen worden in het kader van dit onderzoeksprogramma. De bijdrage van elke partner aan het programma wordt onvoorwaardelijke gesteund door hun onderzoeksinstelling.
COOL is gestructureerd in acht werkpaketten die elk onder de verantwoordelijkheid vallen van één van de partners. Het voorgestelde onderzoek wordt gedreven door een coherent perspectief op hoe men de eerder beschreven dichotomieën dient te conceptualiseren. Het biedt een nieuwe aanpak van de fundamentele rol die bewuste en onbewuste leerprocessen spelen in verschillende fenomenen (vb., geheugen, waarneming van gezichten, perceptueel leren, taalvaardigheid, leren door dieren, conditionering, het maken van beslissingen, habituatie, impliciet leren, subliminale perceptie, vrije wil). Deze vernieuwende visie zal leiden tot een belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van de fundamentele vaardigheid van mensen en andere organismes om zich aan te passen aan een steeds veranderde omgeving.
