Comment la variabilité façonne l’apprentissage et la généralisation


Le rôle de la variabilité : du tennis à l'apprentissage des langues

Un exemple de techniques d’augmentation de données visuelles utilisées dans l’apprentissage automatique qui capture le principe principal des effets de  : l’exposition à la variation selon des dimensions non discriminatoires (c’est-à-dire en faisant pivoter, en changeant de couleur ou en masquant partiellement l’ cible) améliore la capacité des réseaux de neurones à généraliser ( dans ce cas – pour identifier un renard), mais au prix d’un ralentissement de l’apprentissage initial. Les humains montrent un effet similaire : une entrée plus variable est plus difficile à apprendre, mais augmente finalement notre capacité à généraliser les connaissances apprises à de nouveaux contextes. En effet, la variabilité aide à mettre en évidence les caractéristiques de la catégorie qui sont réellement pertinentes et celles qui ne le sont pas. 1 crédit

La variabilité est la clé de l’apprentissage de nouvelles compétences. Envisagez d’apprendre à servir au tennis. Devriez-vous toujours vous entraîner à servir exactement au même sur le terrain et viser exactement le même endroit ? Bien que la pratique dans des conditions changeantes soit plus lente au début, cela fera probablement de vous un meilleur joueur de tennis à la fin. Parce que la variabilité conduit à une meilleure de ce qui a été appris.

Chihuahuas et Dogues Allemands

Ce principe se retrouve dans de nombreux domaines, notamment la perception du langage, la grammaire et l’apprentissage des mots et des catégories. Par exemple, les nourrissons auront du mal à apprendre la catégorie « chien » s’ils ne sont exposés qu’à des chihuahuas au lieu de nombreux types de chiens différents (chihuahuas, caniches et dogues allemands).

« Il existe plus de 10 noms différents pour ce principe de base », explique Limor Raviv du MPI, chercheur principal de l’étude publiée dans Tendances des sciences cognitives. « L’apprentissage à partir d’entrées moins variables est souvent rapide mais peut ne pas être transférable à de nouveaux stimuli. Mais ces informations importantes n’ont pas été rassemblées dans un cadre théorique unique, ce qui obscurcit le tableau d’ensemble.

Pour identifier les modèles clés et comprendre les principes sous-jacents des effets de variabilité, Raviv et ses collègues ont examiné plus de 150 études sur la variabilité et la généralisation dans des domaines tels que l’informatique, la linguistique, la catégorisation, l’apprentissage moteur, la cognition visuelle et l’éducation formelle.

Monsieur Miyagi

Les chercheurs ont découvert qu’il existe au moins quatre types différents de variabilité entre les études, tels que : . « Ces quatre types de variabilité n’ont jamais été directement comparés, ce qui signifie que nous ne savons pas actuellement lequel est le plus efficace pour l’apprentissage », explique Raviv.

L’impact de la variabilité dépend de sa pertinence ou non pour la tâche (la couleur du court de tennis n’a sans doute pas d’importance pour l’entraînement au service). Mais selon le « M. Le principe de Miyagi » (inspiré du film classique de 1984 The Karate Kid), pratiquer des compétences apparemment sans rapport (comme cirer des voitures) peut en fait encourager l’apprentissage d’autres compétences (comme les arts martiaux).

Le rôle de la variabilité : du tennis à l'apprentissage des langues

Un exemple de l’effet de plus ou moins de variation dans l’apprentissage de l’identification de la lettre « A ». Les éléments de formation initiale sont affichés dans le cercle central de chaque panneau, et le dégradé de couleurs symbolise les performances de généralisation : une plus grande et/ou certitude dans notre généralisation est représentée par des nuances de jaune, tandis qu’une précision et/ou une certitude inférieures dans notre généralisation sont représentées par nuances de bleu. Une moindre variabilité au cours de la formation initiale (panel A) peut amener les apprenants à formuler des hypothèses plus conservatrices sur ce à quoi la lettre « A » peut ressembler, conduisant à une généralisation plus étroite à des occurrences moins courantes de la lettre « A ». Des exemples plus variables lors de la formation initiale (panel B) conduisent à des hypothèses/catégorisations plus larges et permettent aux apprenants de classer plus précisément et/ou avec plus de confiance différentes instances de la lettre « A » qu’ils rencontrent plus tard. 1 crédit

Théories concurrentes

Mais pourquoi la variabilité affecte-t-elle l’apprentissage et la généralisation ? Une théorie est qu’une entrée plus variable peut mettre en évidence les aspects d’une tâche qui sont pertinents et ceux qui ne le sont pas (la couleur est utile pour faire la distinction entre les citrons et les limes, mais pas pour faire la distinction entre les voitures et les camions).

Une autre théorie soutient qu’une plus grande variabilité conduit à des généralisations plus larges. En effet, la variabilité représente mieux le monde réel, y compris les exemples atypiques (comme les Chihuahuas).

Une troisième raison tient au fonctionnement de la mémoire : lorsque l’apprentissage est variable, les apprenants sont contraints de reconstruire activement leurs souvenirs.

reconnaissance de visage

« Comprendre les effets de la variabilité est important pour littéralement tous les aspects de notre vie quotidienne. Outre la façon dont nous apprenons le langage, la motricité et les catégories, cela a même un impact sur notre vie sociale », explique Raviv. « Par exemple, la reconnaissance faciale est affectée par le fait que les gens ont grandi dans une petite communauté (moins de 1 000 personnes) ou dans une communauté plus grande (plus de 30 000 personnes). L’exposition à moins de visages pendant l’enfance est associée à une diminution de la mémoire faciale.

« Nous espérons que ce travail piquera la curiosité des gens et générera plus de travail sur le sujet », conclut Raviv. « Notre travail soulève de nombreuses questions sans réponse. Par exemple : la relation entre la variabilité et l’apprentissage est-elle globalement similaire d’une espèce à l’autre, ou existe-t-il des adaptations spécifiques à l’espèce ? Peut-on trouver des effets similaires de variabilité au-delà du cerveau, par exemple dans le système immunitaire. » ? »


La taille de la communauté compte lorsque les gens créent une nouvelle langue


Plus d’information:
Limor Raviv et al, Comment la variabilité façonne l’apprentissage et la généralisation, Tendances des sciences cognitives (2022). DOI : 10.1016/j.tics.2022.03.007

Fourni par la société Max Planck

Citation: Comment la variabilité façonne l’apprentissage et la généralisation (13 mai 2022), extrait le 14 mai 2022 de https://phys.org/news/2022-05-variability.html

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