Pszichológia Doktori Iskola (Kognitív Tudomány) 

BME Természettudományi Kar, Kognitív Tudományi Tanszék

Témavezető: Dr. Racsmány Mihály

Az előhívás-alapú tanulás mechanizmuasainak viselkedéses és elektrofiziológiai vizsgálata

A kutatási téma néhány soros bemutatása

Az egyik leggyakoribb tanulással, emlékezettel kapcsolatos tévhit, hogy minél többször olvassuk el a megtanulni kívánt anyagot, az annál jobban megmarad az emlékezetünkben. A valóságban azonban ez a tanulási módszer csak rövidtávon hatékony, ahogyan azt gyakran tapasztaljuk is, amikor egy-egy vizsga után akár már napokkal is képtelenek vagyunk felidézni a megtanult tananyag nagy részét. A megjegyzendő információ hosszú távú megtartásához önmagunk kikérdezésén, a tanultakról való emlékeink tesztelésén keresztül vezet az út: ezt írja le a tesztelési hatás jelensége, azaz hogy az ismételt előhívás jobban elősegíti a későbbi felidézést, mint az újraolvasás. Jelen kutatásunkban a tesztelési hatás hátterében meghúzódó folyamatokat vizsgáltuk, melyek megértésének nem csupán a kutatásban, hanem az oktatási gyakorlatban is fontos szerepe lehet.

 

A kutatóhely rövid bemutatása

A BME Kognitív Tudományi Tanszékének Emlékezet Laboratóriumában évek óta folynak az emlékezeti folyamatokat, többek között az előhívást, a konszolidációt és a tesztelés memóriát segítő hatásait vizsgáló kutatások.  Jelen kutatásban a viselkedéses vizsgálatok mellett végzett elektroenkefalográffal (EEG) történő mérések a BME KTT Elektrofiziológiai Laboratóriumában zajlottak.

 

A kutatás történetének, tágabb kontextusának bemutatása

Az emberi emlékezet működésének megértése, hanyatlásának és rehabilitációs lehetőségeinek minél alaposabb feltárása mind az oktatás, mind az elöregedő társadalom számára egyre jelentősebb kérdéssé válik. A tanulás és emlékezés kutatásának talán egyik legnagyobb áttörése volt annak kimutatása, hogy az előhívás szerepe nem csupán a korábban rögzült emlékekhez való hozzáférés, hanem jelentősen befolyásolja magát a tanulás folyamatát is. Az ismételt előhívás önmagában is hatékony tanulási stratégia, mely az emlékek hosszú távú megtartását hatékonyabban segíti, mint az újraolvasás. Az előhívás ezen hosszú távú memóriára gyakorolt pozitív hatását tesztelési hatásnak nevezzük [1]. Habár a tesztelési hatás tudományos körökben ma már jól ismert, az oktatási gyakorlatban még mindig nem terjedt el széles körben a tesztelésnek, mint tanulást segítő módszernek az alkalmazása [2]. A tanulást segítő stratégiák között a tesztelés hatékonyság tekintetében kiemelkedő [3], így a tesztelési hatás jellemzőinek és a kialakulásáért felelős folyamatoknak megismerése nem csupán tudományos, de gyakorlati jelentőséggel is bír. Az ismételt előhívás és a hosszú távú emlékezet kapcsolatának magyarázatára több elmélet [4, 5, 6, 7] is született, azonban jelenleg nincs egyetlen, széles körben elfogadott elmélet a tesztelési hatás hátterének leírására.

A tesztelési hatás irodalmát áttekintve több párhuzamra is figyelmesek lehetünk az ismételt előhívással való gyakorlás és a készségtanulás között. Az előhívás-alapú gyakorlás a készségtanuláshoz hasonlóan ellenállóvá tesz a felejtéssel [1] és az interferenciahatásokkal [8] szemben, valamint az ismételt [9] és az egymástól időben távolabb eső [10] gyakorlási alkalmak is eredményesebbek. A készségek tanulásakor a gyakorlás során lezajló automatizációs folyamatoknak köszönhetően az előhívás egyre kevésbé támaszkodik a figyelmikontroll-folyamatokra [11]. Az előhívás- alapú gyakorlás szintén a figyelmi folyamatok válaszadásban betöltött szerepének csökkenését eredményezi [12], a kontrollfunkciókért felelős prefrontális kérgi területeken pedig csökkent aktivitás figyelhető meg [13]. A fenti párhuzamok alapján körvonalazódik az az elképzelés, miszerint az ismételt előhívással való gyakorlás során az előhívás automatizációja következik be, és többek között ez az automatizációs folyamat áll a tesztelés hosszú távú emlékezeti megtartást elősegítő hatása hátterében [14].

 

A kutatás célja, a megválaszolandó kérdések

Az automatizációs folyamatok egy további jellemzője, hogy a válaszadás az ismételt gyakorlás során gyorsul, méghozzá egy hatványfüggvénnyel leírható módon („power law of practice”; [11]). Mivel ezáltal az automatizáció mértéke a válasz gyorsulásában mérhető, első kísérletünkben [14] azt vizsgáltuk, hogy az ismételt előhívással való gyakorlás során a válaszok reakcióidejének csökkenése mennyire felel meg ezen hatványfüggvénynek, illetve a kettő illeszkedése összefügg-e az információ hosszú távú megtartásával.

A tesztelési hatás idegrendszeri hátterének megértéséhez nagyban hozzájárulhat a gyakorlás alatt végbemenő folyamatok elektrofiziológiai vizsgálata, mivel ezen módszer segítségével már a gyakorlás alatt összehasonlíthatóak a tesztelés és újratanulás alatt bekövetkező változások. A tesztelési hatást vizsgáló eddigi EEG kutatások azonban csak egyszeri gyakorlásra épülnek [pl.: 15, 16]. Mivel az előhívással való gyakorlás eredményességének egyik legfontosabb tényezője a gyakorlás ismétlése, így második vizsgálatunkban ismételt tesztelés és újratanulás alatt vizsgáltuk az elektromos kiváltott potenciálokban (EKP) bekövetkező változásokat.

 

Módszerek

A teszteléssel és újratanulással való gyakorlás későbbi memóriára való hatásának elkülönítésére az újabb vizsgálatok jellemzően a következő paradigmát alkalmazzák [2].  A feladat során a kísérleti személyek először megpróbálják a lehető legtöbbet megjegyezni az akár többszöri ismétléssel bemutatott ingeranyagból (esetünkben ezek szuahéli-magyar szópárok voltak). A kezdeti tanulás után következő gyakorlási szakaszban a résztvevők a szópárok felét ismét láthatják, és lehetőségük van őket újra megtanulni („újratanulás”), míg a másik felét kikérdezzük tőlük („tesztelés”). Jelen vizsgálatainkban a tesztelés asszociatív felidézéssel történt, azaz a kísérleti személyeknek a bemutatott szuahéli szó magyar megfelelőjét kellett válaszul adniuk. A többszörösen megismételt gyakorlási körök után bizonyos mennyiségű késleltetést követően a résztvevőknek az összes tanult szópárt fel kell idézniük egy végső kikérdezés során, mely általában a gyakorlás alatti teszteléshez hasonló módon zajlik (1. ábra).

 

 

1. ábra: Az első kísérlet eljárásának folyamatábrája. A második kísérlet az alkalmazott ingerek számában (összesen 60 szópár) és a kezdeti tanulás után beiktatott késleltetés hosszában (30 perc) tér el a fentiektől.

 

Első, a gyakorlás alatti reakcióidőt vizsgáló kísérletünkben a kísérleti személyek összesen 40, míg EEG kísérletünkben összesen 60 szuahéli-magyar szópárt tanultak. A kezdeti tanulás mindkét kísérletben 5 körön keresztül ismétlődött, melyek során minden szópár 5 másodpercig volt bemutatva. A tanulást az első kísérletben 5 perc, a második kísérletben az elektródák felrakásával egybekötött 30 perc késleltetés követte. A gyakorlási szakasz 6-6 újratanulási és tesztelési blokkból állt, melyek során 8 másodperc állt rendelkezésre az egyes szópárok újratanulására vagy az előhívásra. A kikérdezés során az első kísérletben a válaszok reakcióidejének mérésére a résztvevőknek a válasz begépelése előtt minél gyorsabban le kellett nyomniuk a szóköz billentyűt. A második kísérletben a gépeléssel járó többletmozgás elkerülése végett a válaszadás szóban történt. A végső kikérdezési alkalmat mindkét kísérletben 1 hét késleltetés előzte meg.

 

Második kísérletünkben a gyakorlás alatti EKP vizsgálatot egy 32 csatornás EEG rendszerrel végeztük, összehasonlítva a gyakorlás első felében mért kiváltott válaszokat a gyakorlás második felében mértekkel.

 

Az első kísérletben 39, a második kísérletben 23, 19 és 29 év közötti egészséges, magyar anyanyelvű egyetemi hallgató vett részt.

 

 

Eddigi eredmények

A végső tesztek eredményei mindkét kísérlet esetén tükrözik az eddigi irodalmi adatokat, vagyis hogy hosszú távú, 1 hetes késleltetést követően a teszteléssel való gyakorlás elősegíti az információ hosszú távú megtartását. Ez az előny nem csak a jobb felidézési teljesítményben mutatkozik meg, hanem az így gyakorolt információ előhívása gyorsabb is lesz, mint az újratanulással gyakorolt elemeké (2. ábra).

 

2. ábra; [14] alapján: Első kísérlet végső kikérdezésén mutatott felidézési teljesítmény (balra) és a helyes válaszok reakcióideje (jobbra) újratanulással és teszteléssel gyakorolt szópárok esetében. A hibasávok a standard hibát mutatják. A különbségek szignifikanciaszintje: ***: p<0,001; **: p<0,01

 

 

Az előhívással való gyakorlás pozitív hatása mögött meghúzódó folyamatokról a gyakorlás közben végbemenő változások nyújthatnak több információt. Első kísérletünk eredményei alapján a készségtanulásnál megfigyeltekhez hasonlóan a teszteléssel való gyakorlás során a helyes válaszok reakcióideje a készségtanulás gyorsulására jellemző hatványfüggvénynek [11] megfelelő mintázat szerint csökkent.

A hatványfüggvény továbbá nem csupán szoros illeszkedést mutatott a gyakorlási időszakban mért reakcióidő csökkenésével, hanem ez az automatizáció mértékeként kezelhető illeszkedés negatív korrelációt mutatott a teszteléssel gyakorolt szavak végső teszten mutatott felidézési teljesítményével is. Tehát minél jobban illeszkedik a gyakorlás alatti reakcióidő-csökkenés a készségtanulásra jellemző mintázathoz, annál jobb a hosszú távú késleltetés után mutatott felidézés. Ez az összefüggés a végső teszten kikérdezett összes szópár esetében nem mutatkozott akkor, ha az elvégzett korrelációelemzést parciálisan végeztük el a tesztelt elemek kizárásával (3. ábra). Ez arra enged következtetni, hogy a gyakorlás alatti automatizáció mértéke és a végső teszt teljesítménye közötti összefüggés csak a tesztelt szópároknál van jelen [14].

Az eddigiek alapján azonban felmerülhet a gyanú, hogy csupán a válaszadást megelőző ismételt gombnyomás automatizációjától következik be. Az ennek ellenőrzésére lefolytatott két további kísérletünk eredményeiből azonban az látszik, hogy az eddigiekben leírt mintázat megfigyelhető volt abban az esetben is, amikor a gyakorlás alatt nem történt gombnyomás, és a különböző számú ismétléssel gyakorolt szópárok reakcióidejét kizárólag a végső kikérdezés esetében vizsgáltuk. Tehát ez alapján arra következtethetünk, hogy nem csupán motoros gyorsulásról van szó [14].

 

3. ábra; [14] alapján: Az első kísérlet gyakorlási szakaszában a teszteléssel gyakorolt, helyesen felidézett elemek reakcióidő-csökkenése és a ráillesztett hatványfüggvény (balra). A hatványfüggvényhez való illeszkedés mértékének (automatizáció) és a végső teszten nyújtott felidézési teljesítménynek összefüggése (jobbra). A hibasávok a standard hibát mutatják. SSE: reziduális négyzetösszeg (sum of squared errors).

 

 

A gyakorlás ideje alatt rögzített EEG mérés során több, felidézéssel összekapcsolható EKP-komponens változását is kimutattuk teszteléssel való gyakorlás esetében. A gyakorlási időszak első feléhez képest a gyakorlás második felében a sikeres epizodikus előhívásra jellemző kiváltott válasz (késői pozitív komponens – az inger bemutatását követő 500–900 ms alatt bal parietálisan megjelenő lassú pozitív hullám; [17, 18]) amplitúdója pozitívabb volt (4./A ábra). Ezt a komponenst az emlék tudatos, a tanulás körülményeihez kapcsolódó információval együtt való felidézéshez kapcsolják.

Az előhívás későbbi szakaszában megfigyelhető, az emlékhez kapcsolt kontextuális információ erőfeszítést igénylő, kiterjedtebb keresésével és ellenőrzésével összefüggésbe hozott komponens (késői posterior negativitás – inger megjelenésétől 7–900 ms-tól a válaszadásig posterior területek felett megfigyelhető negativitás; [19, 20]) kevésbé volt negatív a gyakorlás későbbi szakaszában. Ebből arra következtethetünk, hogy a gyakorlás előrehaladtával egyre kevesebb szerepet kaptak az ezen válaszhoz köthető, kontrollált kontextus-ellenőrzési folyamatok. Ez a változás az újratanulással való gyakorlás esetében is megjelent (4./C ábra).

Emellett a teszteléssel való gyakorlás második felében megfigyelhető volt egy komponens, amely feltehetőleg az általános kontrollált monitorozási folyamatokhoz köthető (jobb frontális komponens – 500 ms-tól akár 1400 ms-ig a jobb frontális területek felett; [21]) negatívabb amplitúdója (4./B ábra).

 

 

4. ábra: A második kísérlet során használt skalpelektródák elhelyezkedése, és az egyes előhívással összefüggő EKP-válaszok változása a gyakorlási időszak során tesztelés és újratanulás esetén. A: késői pozitív komponens, B: jobb frontális komponens, C: késői posterior negativitás. A különbségek szignifikanciaszintje: ***: p<0,001; **: p<0,01; *: p<0,05

 

 

Összegezve tehát, viselkedéses eredményeink támogatják azt a feltevést, miszerint a teszteléssel való gyakorlás hosszú távú emlékezetre gyakorolt hatása mögött automatizációs folyamatok állnak. A gyakorlás alatti EEG mérések szintén kimutatták olyan EKP-komponensek változását, melyek alapján arra következtethetünk, hogy ismételt előhívás során csökken a kontrollfolyamatok szerepe, amely az automatizációs folyamatok egyik jellemzője.

 

Várható impakt, további kutatás

Vizsgálataink nagyban hozzájárulnak ahhoz, hogy megértsük az előhívás tanulásban betöltött szerepét és a mögötte meghúzódó folyamatokat. Eredményeink alátámasztják azt az elképzelést, miszerint az ismételt tesztelés hosszú távú memóriát segítő hatása mögött a készségek tanulásához hasonló automatizációs folyamatok állnak, vagyis többszörös előhívás hatására az emléket később könnyebben és gyorsabban fel lehet idézni, akárcsak a jól begyakorolt mozdulatokat. Viselkedéses eredményeink megjelenés előtt állnak [14]. EEG kísérletünk volt tudomásunk szerint az első olyan elektrofiziológiai vizsgálat, mely többszöri ismételt gyakorlás alkalmazásával vizsgálta a tesztelési hatást. Az eddigi EEG eredményekre támaszkodó további, az ismételt előhívás folyamatait pontosabban körvonalazó felismerési teszteket alkalmazó kísérletek tervezése a jövőbeni kutatások tárgyát képezi.

 

Saját publikációk, hivatkozások, linkgyűjtemény

 

Kapcsolódó saját publikációk, konferencia-előadások listája

 

●     Racsmány M., Szőllősi Á., & Bencze D. (közlésre elfogadva) Retrieval Practice Makes Procedure From Remembering: An Automatization Account of the Testing Effect. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, http://dx.doi.org/10.1037/xlm0000423

●     Bencze D., Németh K., Szőllősi Á., Racsmány M. (2017) Az epizodikus előhíváshoz köthető elektrofiziológiai komponensek vizsgálata. Megjelent: Személyes tér – Közös világ; A Magyar Pszichológiai Társaság XXVI. Országos Tudományos Nagygyűlése; Kivonatkötet; 2017. június 1–3., Szimpózium 39 („Miért a teszt a leghatékonyabb tanulási forma?”), 164–165 o.

●     Szőllősi, Á., Bencze, D., Pajkossy, P., Keresztes, A., & Racsmány, M. (2017). Az előhívás védelmet nyújt a későbbi tanulás zavaró hatásai ellen. Magyar Pszichológiai Társaság XXVI. Országos Tudományos Nagygyűlése (előadás). Szeged, 2017. június 1-3.

 

Linkgyűjtemény

 

http://cogsci.bme.hu - BME Kognitív Tudományi Tanszék

 

http://www.cogsci.bme.hu/~ktkuser/learningmemory/ - BME KTT - Emlékezet és tanulás kutatócsoport

 

www.mediaklikk.hu/radio-lejatszo-kossuth/?date=2017-03-27_11:32:00&ch=mr1# - Kossuth rádió - Interjú Dr. Racsmány Mihállyal

 

http://www.cogsci.bme.hu/~ktkuser/learningmemory/news/download/A_csodalatos_teszt_Mindennapi_Pszichologia.pdf - Mindennapi Pszichológia cikk: A csodálatos teszt - avagy miért az emlékezeti előhívás a leghatékonyabb tanulási mechanizmus?

 

http://www.cogsci.bme.hu/~ktkuser/learningmemory/news/download/hvg.pdf - HVG cikk: A tanár felejtetni készül

 

Hivatkozások listája

 

1.    Roediger, H. L., & Karpicke, J. D. (2006a). Test-enhanced learning: taking memory tests improves long-term retention. Psychological Science, 17, 249-255.

2.    Nunes, L.D., & Karpicke, J.D. (2015). Retrieval-based learning: Research at the interface between cognitive science and education. Emerging Trends in the Social and Behavioral Sciences (pp. 1-16). John Wiley & Sons, Inc

3.    Dunlosky, J., Rawson, K. A., Marsh, E. J., Nathan, M. J., & Willingham, D. T. (2013). Improving students’ learning with effective learning techniques promising directions from cognitive and educational psychology. Psychological Science in the Public Interest, 14(1), 4-58.

4.    Karpicke, J. D., Lehman, M., & Aue, W. R. (2014). Retrieval-based learning: An episodic context account. In B. H. Ross (Ed.) Psychology of learning and motivation, Vol. 61. (pp. 237-284). New York, NY: Elsevier

5.    Carpenter, S. K. (2009). Cue strength as a moderator of the testing effect: The benefits of elaborative retrieval. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory and Cognition, 35, 1563-1569.

6.    Bjork, R. A. (1975). Retrieval as a memory modifier. In R. Solso (Ed.), Information processing and cognition: The Loyola Symposium (pp. 123–144). Hillsdale, NJ: Erlbaum.

7.    Kornell, N., Bjork, R. A., & Garcia, M. A. (2011). Why tests appear to prevent forgetting: A distribution-based bifurcation model. Journal of Memory and Language, 65, 85-97.

8.    Racsmány, M., & Keresztes, A. (2015). Initial retrieval shields against retrieval-induced forgetting. Frontiers in Psychology, 6, 657.

9.    Rawson, K. A., & Dunlosky, J. (2011). Optimizing schedules of retrieval practice for durable and efficient learning: How much is enough?. Journal of Experimental Psychology: General, 140(3), 283.

10.  Butler, A. C., Karpicke, J. D., & Roediger III, H. L. (2008). Correcting a metacognitive error: feedback increases retention of low-confidence correct responses. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 34(4), 918

11.  Logan, G. D. (1988). Toward an instance theory of automatization. Psychological Review, 95, 492-527.

12.  van den Broek, G. S., Takashima, A., Segers, E., Fernández, G., & Verhoeven, L. (2013). Neural correlates of testing effects in vocabulary learning. NeuroImage, 78, 94-102.

13.  Keresztes, A., Kaiser, D., Kovács, G., & Racsmány, M. (2014). Testing promotes long-term learning via stabilizing activation patterns in a large network of brain areas. Cerebral Cortex, 24, 3025-3035.

14.  Racsmány M., Szőllősi Á., & Bencze D. (közlésre elfogadva) Retrieval Practice Makes Procedure From Remembering: An Automatization Account of the Testing Effect. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, http://dx.doi.org/10.1037/xlm0000423

15.  Rosburg, T., Johansson, M., Weigl, M., and Mecklinger, A. (2015). How does testing affect retrieval-related processes? An event-related potential (ERP) study on the short-term effects of repeated retrieval. Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 15, 195–210

16.  Bai, C. H., Bridger, E. K., Zimmer, H. D., & Mecklinger, A. (2015). The beneficial effect of testing: an event-related potential study. Frontiers in behavioral neuroscience, 9.

17.  Friedman, D., and Johnson, R. (2000). Event-related potential (ERP) studies of memory encoding and retrieval: a selective review. Microsc. Res. Tech. 51, 6–28

18.  Düzel E, Yonelas AP, Mangun GR, Heinze H-J, Tulving E. (1997). Event-related brain potential correlates of two states of conscious awareness in memory. Proc Natl Acad Sci 94:5973–5978

19.  Johansson, M., & Mecklinger, A. (2003). The late posterior negativity in ERP studies of episodic memory: Action monitoring and retrieval of attribute conjunctions. Biological Psychology, 64, 91–117.

20.  Herron, J. E. (2007). Decomposition of the ERP late posterior negativity: Effects of retrieval and response fluency. Psychophysiology, 44, 233–244.

Hayama, H. R., Johnson, J. D., & Rugg, M. D. (2008). The relationship between the right frontal old/new ERP effect and post-retrieval monitoring: Specific or nonspecific. Neuropsychologia, 46, 1211–1223.