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＃ 導入
このモデルは、正書法、意味論、音韻論にわたる単語レベルの知識の分散表現の観点から、正常な読解パフォーマンスと障害のある (失読症の) 読解パフォーマンスをシミュレートします。 プラウトとシャリース (1993) のモデルをベースにしています。この形式の失読症は「後天性」（脳卒中などの脳病変を介して）であり、より一般的な発達上の種類ではないことに注意してください。
通常の読み取りパフォーマンス
ネットワークのトレーニングには少し時間がかかるため (250 エポック)、最初は事前トレーニングされたネットワークをロードするだけです。各試行では、このネットワークに単語の表現の 1 つの側面 (正書法など) が提示され、他の 2 つの表現 (音韻論と意味論など) を生成するようにトレーニングされました。その結果、ネットワークは最終的に各単語の視覚的形式、音声出力、または意味から他の表現にマッピングすることを学習しました。
- ツールバーで [[sim:Open Trained Wts]] を実行します。
最初の探索では、正書法入力層に提示された単語を「読み取る」ときのネットワークの動作を観察するだけです。入力内の文字は左から右、下から上の順序であることに注意してください。
- 実行モードをクリックして
Train ではなく Test にし、[[sim:Init]] および [[sim:Step]] Trial を押します。
ネットワークを介したアクティベーション フローが表示され、最初の単語「タルト」(ベーカリー食品) の正しい発音と意味が定着するはずです。 [[sim:Network]] の [[sim:Act]] -> [[sim:Act/Targ]] 変数をクリックするとターゲット出力が表示され、Othography 入力に基づいて Phonology 層と Semantics 層で正しい応答が行われたことが確認できます。
質問 10.6: 各単語の最初の音韻活性化は、正書法による「直接」入力によって引き起こされるのか、それとも意味論による「間接」入力によって引き起こされると思いますか?後の入力が到着したときに、最初の音韻パターンがその後変更されるケースを見たことがありますか? これが起こった例の単語を示してください。
* [[[sim:Test Trial Plot]]] タブをクリックすると、単語の完全なセットに関するネットワークのパフォーマンスの記録が表示されます。 「flag」という単語に対して「その他」のエラーが 1 つだけ発生し、「欠陥」と発音されます。
[[sim:ConAbs]] は、この項目が具体的 (*Con*) であるか抽象的 (*Abs*) であるかを示します (`ConAbs`=0 は具体的、1 は抽象的)。 `ConAbs` の横にあるチェックボックスをクリックして表示できます。リストの後半には抽象的な単語が含まれていることがわかります。 `ConAbs` の後のチェックボックスのほとんどは、ネットワークで発生するエラーの種類を示します。 [[sim:Vis]] = 視覚的なエラー、[[sim:Sem]] = 意味論的なエラー、[[sim:VisSem]] = 両方、[[sim:Blend]] = 明確に発音されていない単語、[[sim:Other]] = その他の分類しにくいエラーエラー。 (バーの色を確認するにはブラウザを展開する必要がある場合があります。バーの上部にカーソルを置くと、それが何を表しているのかを確認できます。)具体的な単語にはより特徴的な特徴がありますが、抽象的な単語には特徴が少なく、これが後で説明するように、病変に対する相対的な感受性に影響します。
# 完全な経路損傷を含む読み取り
次に、音韻への 2 つの経路のうちの 1 つを動作から除外して、ネットワークが読み取る能力を調べます。この比較的単純な操作により、ネットワークの動作に関する洞察が得られ、3 つのディスレクシアのうち 2 つにマッピングできます。具体的には、意味論的経路を除去し、直接経路をそのまま残すと、単語は読めるが意味論的表現へのアクセスが損なわれ、視覚的誤りが生じる**表層失読症**の特徴が再現されます。直接経路を削除すると、読書は意味経路を経由する必要があり、意味エラーと視覚エラーの両方を見つけることで**重度の失読症**の影響を再現します。音韻失読症は重度の失読症のより軽度の形態であり、経路全体に損傷を与えるのではなく、部分的な損傷を段階的に加えた場合に探索されることに注意してください。
まず意味論的経路を損傷することから始めます。
* [[sim:Network]] タブに戻り、上部のツールバーにある [[sim:Lesion/Lesion]] ボタンをクリックし (左側のコントロール パネルにはありません。どの病変が実行されたかを報告するだけです)、`Semantics full` を選択し (比率 = 0 のまま)、[[sim:Init]] および [[sim:Step]] を実行します。 `Trial`。
直接経路のみがアクティブ化されていることがわかりますが、それでも正しい音韻出力を生成できる可能性があります。 これにより、実際にはユニットやその他のネットワーク構造が削除されるわけではありません。これは、レイヤー全体を（可逆的に）非アクティブ化する「病変」（`Off`）フラグを反転するだけです。パスウェイ全体を削除すると、ネットワークが残りの無傷のパスウェイに依存するようになることに注意してください。これは、予期されるエラーは、障害のある経路ではなく、「無傷」の経路の特性に関連するものであることを意味します。たとえば、直接パスウェイに障害が発生すると、ネットワークがセマンティクスに依存するようになり、失われた直接パスウェイの助けがなければセマンティクス パスウェイが物事を正しく処理できない程度のセマンティクス エラーの可能性が許容されます。意味論的経路自体を完全に損傷しても、意味論的に関連するエラーが発生することは「ありません」。そのようなエラーの基礎となる意味論的情報は残されていません。
* [[sim:Run]] を実行してすべての項目をテストし、[[sim:Test Trial Plot]] を確認します (すべてのバーをクリックしてオフにし、各バーを順番にオンに切り替えると、より明確に表示されます)。すべてのテスト結果の合計は、「[[sim:Test Epoch Plot]]」タブで確認できます。これにより、病変と割合の設定とともに、テスト実行ごとに新しい行が記録されます。
> **質問 10.7:** 直接経路 (SemanticsFull 病変) のみを持つネットワークは、全体で何回読み取りミスを犯しましたか? (5 種類のエラーのみを表示している場合は、[[sim:Test Trial Plot]] 内の 1 の数を数えることも、さまざまな種類のエラーの数を表示する [[sim:Test Epoch Plot]] を確認して、SemanticsFull Lesion の場合のそれらを追加することもできます。) ネットワークがブレンド出力を生成しないことに注目してください。これは、音韻出力が既知の単語とよく一致していることを示しています。
さまざまなタイプのエラーを理解するには、「[[sim:Test Trial]]」タブをクリックすると、トライアルごとのテスト結果の表が表示されます。分類された各エラー (つまり、[[sim:Vis]] または [[sim:Other]] が 1 の場合、SSE から Err 列は生のエラーを示し、ここでは無視できます) について、ネットワークが生成した単語 ([[sim:Phon]] の下) と入力単語 ([[sim:TrialName]] の下) を比較します。生成された単語が入力単語と正書法的に (および音韻的に) 非常に似ている場合、エラーは単語の意味的特性ではなく視覚的特性に基づいているため、これは *視覚的* エラーと呼ばれます。シミュレーションでは、入力正書法と応答正書法 (応答音韻論から決定) が 2 文字以上重複している場合、視覚的にエラーを自動的にスコアリングします。これが表の Vis 列に反映されていることがわかります。
> **質問 10.8:** 意味的に損傷したネットワークのエラーのうち、視覚的なもの、具体的なものと抽象的なもの、および全体的なものはいくつありましたか?
ここで、直接経路損傷を試してネットワークを再テストしてみましょう。
* 上部のツールバーで [[sim:Lesion/Lesion]] をクリックし、`Direct full` を選択し、再度 [[sim:Init]] および [[sim:Run]] を実行します。
> **質問 10.9:** 今回のエラーの合計数は何ですか?また、これらのエラーのうち、視覚的、意味論的、視覚的意味論的、ブレンド、および具体的カテゴリーと抽象的カテゴリーの「その他」([[sim:Test Epoch Plot]] で報告されているとおり) は何件でしたか? 更新するには、プロット ツールバーで [[sim:Unfilter]] をクリックする必要がある場合があります。
**図 1:** 読解力と失読症の単純な三角形モデルにおける単語の意味的類似性のクラスター プロット。抽象クラスター (上) と具体クラスター (下) の間の主な分割を示しています。意味的に近い単語（たとえば、同じ末端クラスター内）は、シミュレートされた重度の失読症では互いに混同されることがあります。
シミュレーションではセマンティック エラーの自動コーディングが行われますが、パターンごとにアクティビティの量が変化するため、コーディングは多少難しくなります。入力と応答のセマンティック表現がパターン間の *コサイン* または *正規化内積* で測定して 0.4 以上重複する場合、エラーはセマンティックとしてスコア付けされるという基準を使用します。コサインは、完全に重複しないパターンの場合は 0 から、完全に重複するパターンの場合は 1 になります。値 .4 は、セマンティック関係のクラスター プロットに最近傍のみを含めるという適切な役割を果たします (図 1)。それにもかかわらず、セマンティクスが限られているため、自動的にコード化されたセマンティクス エラーは常に私たちの直観と一致するとは限りません。これは、[[sim:Test Trial]] で個々のセマンティクス エラーをチェックするとわかるかもしれません。
これまでの結果を要約すると、意味論的経路の損傷は純粋に視覚的なエラーを引き起こす一方、直接経路の損傷は視覚的エラーと意味論的エラーの組み合わせを引き起こすことがわかりました。一次近似では、このパターンはそれぞれ表層失読症と深部失読症で観察されます。 PMSP モデルでシミュレーションしたように、表層失読症の人は、実際には低頻度の不規則単語で間違いを犯す可能性が高くなります。しかし、単語の単純なコーパスでは頻度と規則性が操作されていないため、パフォーマンスのこの側面を調べることはできません。したがって、私たちのモデルの決定的な違いは、表層ディスレクシアには意味上の誤りが含まれないのに対し、深層ディスレクシアには意味上の誤りが含まれるということです。どちらの場合も視覚的なエラーが発生します。
# 部分的な経路損傷を伴う読書
次に、さまざまな経路内のユニットへの部分的でランダムな損傷を伴う、より現実的なタイプの損傷の影響を調査します。ここで、損傷したユニットの割合を系統的に変化させます。 6 つの異なる病変タイプがあり、意味論的経路と直接経路のさまざまな層の損傷に対応しています。病変のタイプごとに、`proportion` 値を使用して、問題の層から除去されたユニットのパーセントを指定できます。
最初の 2 つの病変タイプは、表面失読症の影響をシミュレートするために、意味論的経路の隠れ層 (OShidden と SPhidden) に損傷を与えます。次のタイプは、直接経路 (OPhidden) に損傷を与え、音韻失読症、および高レベルでは重度の失読症の影響をシミュレートします。次の 2 つの病変タイプは、意味論的経路の隠れ層 (OShidden および SPhidden) を再び損傷しますが、同時に直接経路の完全な病変を伴います。これは、[プラウトとシャリース (1993)](#references) によって調査された深度失読症のモデルに対応します。最後に、最後の病変タイプは直接経路の隠れ層 (OPhidden) を再び損傷しますが、同時に意味論的経路の完全な病変を伴い、極端な形態の表面失読症のようなものを引き起こすはずです。この最後の条件は、特定の神経心理学的動機よりも完全性を保つために含まれています。
## セマンティックパスウェイ病変
* `OShidden` および `Proportion = .1` タイプの [[sim:Lesion/Lesion]] (上部のツールバー内) を実行し、次に [[sim:Run]] を実行します。その後、異なる `Proportion` 値を試します。
**図 2:** 失読症モデルにおける部分的な意味論的経路の損傷。直接経路は損なわれていません。視覚的なエラーのみが観察され、正書法から意味論への隠れ層 (OShidden) への損傷は、意味論から音韻論へ (SPhidden) 層よりも影響が大きいようです。
ネットワークでは、ほぼ視覚的なエラーのみが発生することがわかります (完全なセマンティック経路障害のあるネットワークなど)。病変レベルごとに 25 個のサンプルを使用した結果を図 2 に示します。
結果には、純粋に視覚的なエラー (または、おそらく高い病変レベルでの「その他の」エラー) の一般的なパターンも示されているはずです。これは、予想どおり、表面性失読症と一般的に一致しています。意味論的経路を損傷するときに意味論的エラーが発生しないことは直感に反しますが、無傷の直接経路が音韻論的経路に正書法入力を直接提供することを覚えておいてください。この入力は通常、音韻出力が正書法入力に関連するものになるように制約し、視覚的に無関係な意味論的エラーが忍び寄るのを防ぎます。言い換えれば、意味論的経路の損傷による意味論的エラーの傾向は、直接正書法入力によって阻止されます。この直接入力が削除されると、実際にセマンティック エラーが発生することがわかります。
* さまざまな `Proportion` レベルでいくつかの `SPhidden` 病変を実行し、SPhidden 病変の [[sim:Test Epoch Plot]] 結果を確認します。
多くの視覚的なエラーが観察されるはずですが、興味深いことに、この場合、ネットワークは非常に少数のセマンティック エラーも発生します。これは、音韻上の出力に非常に近いため、誤った意味情報が出力に影響を与える場合に、損傷がより直接的な影響を与える可能性があるためです。
* 次に、`OPhiddenDirectFull` および `SPhiddenDirectFull` のケースに進みます。
**図 3:** 完全な直接経路障害を伴う部分的な意味経路障害。 0.0 の場合は、純粋な直接経路病変のみの結果を示しています。これに比べて、意味論的経路に小規模な損傷が追加されると、意味論的エラーの発生率がわずかに高くなります。
直接経路の完全な病変と組み合わせたこれらの同じ意味論的経路の病変について、25 回の繰り返しにわたる結果を図 3 に示します。これは、[プラウトとシャリース (1993)](#references) が深度失読症のモデルで研究した病変のタイプに対応します。意味論的経路障害のすべてのレベルで、視覚的エラーおよび比較的多数の「その他」(分類できない) エラーとともに、意味論的エラーが確認されています。このエラーのパターンは、一般的に、これらの種類のエラーがすべて観察される重度のディスレクシアのパターンと一致しています。これらの損傷の影響を前のケースと比較すると、直接経路が正しい応答を生成する上で、特に意味論的経路がそうでなければ生じたであろう意味論的混乱を克服する上で重要な役割を果たしていたことがわかります。
> **質問 10.10:** 図 3 の各グラフの最初のバー (直接経路障害のみがあり、意味経路への損傷がない場合に対応) と、意味論的経路損傷の量が増加している後続のバーを比較してください: 重度のディスレクシアの意味論的エラーの症状を引き起こすには、追加の意味論的経路損傷が必要と思われますか? 特に `Semantic` エラーと `Vis + Sem` エラーに注目してください。
図 3 には、具体語と抽象語の意味エラーの相対数も示されています。重度の失読症の特徴の 1 つは、患者が具体的な単語に比べて抽象的な単語で意味上の誤りを犯すことが多いことです。
> **質問 10.11:** 図 3 には、モデルが具体的な単語と抽象的な単語で異なる数のエラーを起こすという証拠はありますか?
## 直接経路病変
**図 4:** 失読症モデルにおける部分的な直接経路障害。無傷の意味論的経路の有無にかかわらず (それぞれ Full Sem vs. No Sem)。最高レベルの意味論的エラー（つまり、重度の失読症）は、抽象的な単語での Full Sem で示されており、直接経路の完全な病変を伴うこのパターンを示すより単純な結果と一致しています。
図 4 は、意味論的経路が損なわれていない場合とない場合の直接経路損傷の影響を示しています。まず、意味論的経路が損なわれていないケース (図の Full Sem グラフ) に焦点を当てましょう。
* `OPhidden` タイプの [[sim:Lesion/Lesion]] を実行し、いくつかの異なる `Proportion` 値 (.1、.4 など) を試してください。
ダメージのレベルが小さい場合、エラーの多くは意味的なものよりも視覚的なものであることに注意してください。このパターンは音韻失読症とよく一致しており、特にこの直接経路への損傷が非単語の発音を妨げると仮定すると、非単語はおそらくこの直接正書法から音韻経路を介してのみ読むことができると考えられます。残念ながら、トレーニング単語の数が少ないため、非単語一般化の成功の基礎となる規則性のサンプリングが不十分であるため、モデルのこの側面をテストすることはできません。しかし、次のセクションで説明する直接経路の大規模モデルでは、比較的少量のダメージでも非単語の発音の欠損が生じます。
興味深いことに、損傷レベルが増加するにつれて、モデルはますます多くの意味的エラーを起こします。そのため、高レベルの損傷でのパフォーマンスのプロファイルは、意味的および視覚的エラーの存在に加え、非単語の発音ができないことを特徴とする重度の失読症によく適合します。セマンティック エラーは、本文で説明されているように、学習ベースの分業効果から生じます。さらに、このデータには重度の失読症の別の側面が見られます。それは、具体的な単語よりも抽象的な単語の意味上の誤りの割合が大きいことです（特に、意味上の誤りと視覚的な誤りと意味上の誤りを合計した場合）。
* [[sim:Lesion/Lesion]] または `OPhiddenSemanticFull` をさまざまな比率で実行します。
完全に損傷した意味経路を伴う部分的な直接経路の損傷のこのケースでは、主に視覚的なエラーと「その他の」エラーが発生します。
# 参考文献
* Plaut, D.C. & Shallice, T. (1993)。重度の失読症: コネクショニスト神経心理学のケーススタディ。認知神経心理学、10(5)、377–500。
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