シーケンス学習

認知心理学では、シーケンス学習は意識的学習と無意識的学習、そして活動の統合された部分であるため、人間の能力に固有のものです。情報のシーケンスや動作のシーケンスは、さまざまな日常的なタスクで使用されます。「音声のシーケンスから、タイピングや楽器演奏の動作のシーケンス、自動車の運転の動作のシーケンスまで」^{[ 1 ]} 。シーケンス学習は、スキルの習得の研究や、神経心理学的患者から乳幼児までさまざまなグループの研究に使用できます。^{[ 1 ]。}リッターとネルブによると、「教材が提示される順序は、学習内容、パフォーマンスの向上速度、そして場合によっては教材が学習されるかどうかに大きく影響する可能性があります」^{[ 2 ]。}明示的学習の一形態としてよりよく知られ、理解されているシーケンス学習は、現在では暗黙的学習の一形態として、また他の学習形態としても研究されています。シーケンス学習は、連続行動、行動シーケンス、行動の連続順序とも呼ばれます。

20世紀前半、マーガレット・フロイ・ウォッシュバーン、ジョン・B・ワトソン、その他の行動主義者たちは、行動の順序付けは反射連鎖によって支配されると考えていた。反射連鎖とは、最初の動きによって引き起こされる刺激が別の動きを引き起こし、それがさらに別の動きを引き起こす、といった具合である。1951年、ハーバード大学の神経生理学者カール・ラシュレーは、「行動における連続順序の問題」を発表し、順序学習に関する当時の考え方を取り上げ、自身の仮説を提示した。彼は、以下の6つの証拠に基づいて、それまでの見解を批判した。

まず、感覚フィードバックが中断されても運動は起こり得るということ。次に、一部の運動シーケンスは、先行する要素からのフィードバックによってシーケンスの要素がトリガーされるには速すぎるということ。続いて、行動のエラーは、後で行われることに関する内部計画を示唆しているということ。また、運動シーケンスを開始するまでの時間は、シーケンスの長さや複雑さとともに増加する可能性があるということ。次の行は、シーケンスの初期に発生する運動の特性が、後の特徴を予測できるということ。最後に、神経活動は、比較的長期的な将来の行動イベントを含む、今後の行動イベントの準備を示すことができるということ。^{[ 3 ]}

ラシュリーは、行動の順序付けや行動の連続性といったシーケンス学習は、感覚フィードバックによるものではないと主張した。むしろ、神経系は一部の行動には準備するが他の行動には準備しないため、行動には計画が存在すると提唱した。彼は、計画には階層的な組織化があると述べた。彼はいくつかの証拠を提示した。その1つ目は、文脈によって同じ行動の機能的解釈が変わるという点である。例えば、「wright、right、right、rite、write」という単語は、文脈によって解釈が異なる。「right」は、文脈によって方向や良いこととして解釈される。2つ目の証拠は、人間の行動には階層的な組織化としてエラーが関わっているという点である。さらに、「計画の階層的な組織化は、行動シーケンスのタイミングから生じる」という。フレーズが長くなるほど反応時間が長くなり、それが階層的な計画の「解読」や「展開」に影響を与える。追加の証拠は、シーケンスを学習することの容易さや難しさである。心は「これから起こることの記憶」と「起こったことの記憶」の両方を作り出すことができる。計画の階層的組織化の最終的な証拠は「チャンキング」によって特徴づけられる。このスキルは複数の単位をより大きな単位に結合する。^{[ 3 ]}

シーケンス学習には、明示的学習と暗黙的学習という2つの大きなカテゴリがあり、それぞれにサブカテゴリがあります。明示的シーケンス学習は、シーケンス学習の発見以来知られ、研究されてきました。しかし、近年、暗黙的シーケンス学習がより多くの注目を集め、研究されています。暗黙的学習の一形態として、暗黙的シーケンス学習は、人々が意識していない、つまり知らず知らずのうちに行われる学習方法に関係しています。暗黙的学習の正確な特性とメカニズムの数については議論があります。^{[ 4 ]}暗黙的シーケンス学習の他の形態には、運動シーケンス学習、時間的シーケンス学習、および連合的シーケンス学習があります。

シーケンス学習問題は、さまざまな種類のシーケンス学習をより深く理解するために用いられます。シーケンス学習問題には、シーケンス予測、シーケンス生成、シーケンス認識、シーケンス意思決定という4つの基本的な問題があります。これらの「問題」は、シーケンスがどのように構成されるか、シーケンスがどのようなパターンに従うか、そしてこれらの異なるシーケンス学習問題が互いにどのように関連しているかを示しています。

シーケンス予測は、先行するすべての要素に基づいて、シーケンスの次の要素を予測しようとします。シーケンス生成は基本的にシーケンス予測と同じで、自然に発生するようにシーケンスを一つずつ組み立てようとします。シーケンス認識は特定の基準に基づいて、シーケンスが正当かどうかを判断します。アクションによる逐次的な意思決定またはシーケンス生成は、目標指向、軌道指向、および報酬最大化の 3 つのバリエーションに分類されます。これら 3 つのバリエーションはすべて、将来的に目標につながるアクションまたはステップを選択しようとします。^{[ 5 ]}

これらの順序学習問題は、計画の階層的な組織構造を反映している。なぜなら、順序内の各要素は、前の要素に基づいて構築されているからである。

1967 年に発表された古典的な実験で、アルフレッド L. ヤーバスは、肖像画を見た被験者は肖像画全体を認識したと報告したが、眼球運動は画像の中で最も情報量の多い部分に順次固定されたことを実証した。これらの観察は、一見並行した顔認識プロセスの根底には、連続的な眼球運動プロセスが隠されていることを示唆している。^{[ 6 ]}スキルを習得する際、最初の段階ではより注意を払うが、繰り返し練習するとスキルはほぼ自動的になるという観察は一般的である。 ^{[ 7 ]}これは無意識的熟練としても知られている。その後、以前に学習した動作を巧みに実行しながら、新しい動作の学習に集中することができる。したがって、学習したスキルの神経コードまたは表現が脳内に作成され、これは通常、手続き記憶と呼ばれる。手続き記憶は、事実ではなく手順またはアルゴリズムを符号化する。

シーケンス学習には他にも多くの応用分野があります。人間がどのようにして順序付けられた手順を学習するかは、認知科学における長年の研究課題であり、現在では神経科学における主要なトピックとなっています。人工知能、ニューラルネットワーク、工学など、いくつかの分野で研究が進められています。 ^{[ 8 ]} 哲学的観点からは、帰納的推論と帰納の問題を参照してください。理論計算機科学の観点からは、ソロモノフの帰納的推論理論と帰納的プログラミングを参照してください。数学的観点からは、外挿を参照してください。

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