תנועות עיניים בתפיסת משך הראייה: ניתוק גירוי מזמן בתהליכים טרום החלטיים
Summary
אנו מציגים פרוטוקול המשתמש במעקב עיניים כדי לנטר תנועות עיניים במהלך משימת השוואת מרווחים (תפיסת משך) בהתבסס על אירועים חזותיים. המטרה היא לספק מדריך ראשוני להפרדת תגובות אוקולומוטוריות למשימות תפיסת משך (השוואה או הבחנה של מרווחי זמן) מתגובות לגירוי עצמו.
Abstract
שיטות מעקב עיניים עשויות לאפשר ניטור מקוון של עיבוד קוגנטיבי במהלך משימות תפיסת משך חזותי, בהן המשתתפים מתבקשים להעריך, להבחין או להשוות מרווחי זמן המוגדרים על ידי אירועים חזותיים כמו מעגלים מהבהבים. עם זאת, ולמיטב ידיעתנו, הניסיונות לאמת אפשרות זו נותרו לא חד משמעיים עד כה, והתוצאות נותרו ממוקדות בהחלטות התנהגותיות לא מקוונות המתקבלות לאחר הופעת הגירוי. מאמר זה מציג פרוטוקול מעקב עיניים לחקר התהליכים הקוגנטיבים שקדמו לתגובות התנהגותיות במטלת השוואת מרווחים, שבה המשתתפים צפו בשני מרווחים רצופים והיו צריכים להחליט אם זה האיץ (מרווח ראשון ארוך יותר מהשני) או האט (מרווח שני ארוך יותר).
הדאגה העיקרית שלנו הייתה לנתק תגובות אוקולומוטוריות לגירוי החזותי עצמו ממתאמים של משך הזמן הקשורים לשיפוטים. כדי להשיג זאת, הגדרנו שלושה חלונות זמן רצופים בהתבסס על אירועים קריטיים: תחילת קו הבסיס, תחילת המרווח הראשון, תחילת המרווח השני וסוף הגירוי. לאחר מכן חילצנו מדדים אוקולומוטוריים מסורתיים עבור כל אחד מהם (מספר הקיבועים, גודל האישונים) והתמקדנו בשינויים הקשורים לחלון הזמן כדי להפריד את התגובות לגירוי החזותי מאלה הקשורות להשוואת מרווחים כשלעצמה. כפי שניתן לראות בתוצאות ההמחשה, נתוני מעקב עיניים הראו הבדלים משמעותיים שהיו עקביים עם התוצאות ההתנהגותיות, והעלו השערות לגבי המנגנונים שהופעלו. פרוטוקול זה הוא עוברי וידרוש שיפורים רבים, אך הוא מהווה צעד חשוב קדימה במצב האמנות הנוכחי.
Introduction
יכולות תפיסת זמן משכו תשומת לב מחקרית גוברת בשנים האחרונות, בין היתר בשל הצטברות ראיות לכך שאלו עשויות להיות קשורות לכישורי קריאה או למצבים פתולוגיים 1,2,3,4,5. תפיסת משך חזותי – היכולת להעריך, להבחין או להשוות מרווחי זמן המוגדרים על ידי אירועים חזותיים – היא תת-תחום אחד של עניין 6,7 שבו שיטות מעקב עיניים יכולות לתרום. עם זאת, התוצאות נשארות ממוקדות בהחלטות התנהגותיות לאחר גירוי כמו לחיצה על כפתור כדי לציין כמה זמן עבר (הערכה), אם מרווחי הזמן זהים או שונים (אפליה), או איזה מסדרה של מרווחי זמן הוא הארוך ביותר או הקצר ביותר. מספר מחקרים ניסו לקשר בין תוצאות התנהגותיות לבין נתוני מעקב עיניים 8,9, אך הם לא הצליחו למצוא מתאמים בין השניים, דבר המצביע על כך שאין קשר ישיר.
במאמר הנוכחי נציג פרוטוקול לרישום וניתוח תגובות אוקולומוטוריות במהלך הצגת גירויים במטלת תפיסת משך חזותי. באופן ספציפי, התיאור מתייחס למשימת השוואת מרווחים שבה המשתתפים ראו רצפים של שלושה אירועים שהגדירו שני מרווחי זמן והתבקשו לשפוט אם הם האיצו (מרווח ראשון ארוך משני) או האטו (ראשון קצר משני). מרווחי הזמן ששימשו במחקר נעו בין 133 ל-733 מילישניות, תוך שמירה על עקרונות מסגרת הדגימה הטמפורלית (TSF)10. TSF מציע כי הפעילות התנודתית של המוח, במיוחד בפסי תדרים כגון תנודות דלתא (1-4 הרץ), מסתנכרנת עם יחידות דיבור נכנסות כגון רצפים של מבטאי מתח. סנכרון זה משפר את קידוד הדיבור, משפר את הקשב ליחידות דיבור ומסייע לחלץ סדירויות רציפות שעשויות להיות רלוונטיות להבנת מצבים כמו דיסלקציה, המציגים תנודות לא טיפוסיות בתדר נמוך. מטרת המחקר שבו פיתחנו את השיטה המוצגת כאן הייתה לקבוע האם קשיים של דיסלקטים בתפיסת משך חזותי (השפעות קבוצתיות על מטלת השוואת המרווחים) משקפים בעיות בעיבוד האובייקט החזותי עצמו, כלומר ניגודי תנועה והארה11. אם זה היה המקרה, ציפינו שהחיסרון של דיסלקטים כלפי בקרות יהיה גדול יותר עבור גירויים עם תנועה וניגודים בהירים נמוכים (אינטראקציה בין סוג הקבוצה לסוג הגירוי).
התוצאה העיקרית של המחקר המקורי הונעה על ידי שיפוטים התנהגותיים לאחר גירוי. נתוני מעקב עיניים – גודל האישון ומספר הקיבעונות – שנרשמו במהלך הצגת הגירוי שימשו לחקר תהליכים שקדמו להחלטות ההתנהגותיות. אנו סבורים, עם זאת, כי ניתן להשתמש בפרוטוקול הנוכחי באופן עצמאי מאיסוף נתונים התנהגותיים, בתנאי שהיעדים נקבעים בהתאם. ייתכן שניתן יהיה גם להתאים אותו למשימות אפליה מרווחי זמן. השימוש בו במשימות הערכת זמן אינו כה מיידי, אך לא היינו פוסלים אפשרות זו. השתמשנו בגודל האישון מכיוון שהוא משקף עומס קוגניטיבי 12,13,14, בין מצבים אחרים, ולכן עשוי לספק מידע על כישורי המשתתפים (עומס גבוה יותר שמשמעותו פחות מיומנויות). לגבי מספר הקיבעונות, יותר קיבעונות עשויים לשקף מעורבות חזקה יותר של המשתתפים במשימה15,16. המחקר המקורי השתמש בחמישה סוגי גירויים. לשם הפשטה, השתמשנו רק בשניים בפרוטוקול הנוכחי (Ball vs. Flash, המייצג ניגודיות הקשורה לתנועה).
האתגר העיקרי שניסינו להתמודד איתו היה הפרדת התגובות לגירוי החזותי עצמו מאלה הקשורות להשוואת מרווחי זמן, שכן ידוע שתגובות אוקולומוטוריות משתנות בהתאם למאפיינים כגון ניגודי תנועה או הארה17. בהתבסס על ההנחה שהגירוי החזותי מעובד ברגע שהוא מופיע על המסך (מרווח ראשון), והשוואת מרווחים מתאפשרת רק ברגע שמתחיל מרווח הזמן השני, הגדרנו שלושה חלונות זמן: חלון קדם-גירוי, מרווח ראשון, מרווח שני (תגובה התנהגותית אינה כלולה). על ידי ניתוח שינויים מחלון הגירוי במהלך המרווח הראשון, נקבל מדדים של תגובות המשתתפים לגירוי עצמו. השוואת המרווח הראשון לשני תתחבר לחתימות אוקולומוטוריות אפשריות של השוואת מרווחים – המשימה התבקשה לבצע.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול הנוכחי מכיל מרכיב חדשני שעשוי להיות קריטי להתמודדות עם מכשולים נוכחיים לשילוב מעקב עיניים במשימות תפיסת משך חזותי. השלב הקריטי כאן הוא הגדרת חלונות הזמן המבוססים על תהליכים קוגניטיביים המתרחשים לכאורה בכל אחד מחלונות הזמן הללו. במערכת שבה השתמשנו ניתן להגדיר חלונות זמן רק כתחומי עניין (מושג הקשור למרחב המשולב עם הזמן במערכות אלה), אך במערכות אחרות ניתן לעשות זאת על ידי ייצוא מקטעים שונים של הניסוי. בנוסף לפילוח זמני זה של הניסוי, חשוב להתמקד בניתוח שינויים על פני חלונות זמן ולא בפרמטרים פר חלון זמן.
לגבי השינויים בפרוטוקול שהיה צריך לעשות, הם היו קשורים בעיקר לממדים של תחום העניין. עשינו ניסיון ראשון באמצעות AOIs דינמיים – הגדרת בחירה מרחבית סביב הגירוי שבא אחריו, ולא סביב המסך כולו. עם זאת, מהר מאוד הבנו שאנחנו עלולים לפספס אירועים רלוונטיים מחוץ לאזור הזה. בהתחשב בכך שהמדדים שלנו לא היו קשורים להתמקדות בגירוי (גודל האישון היה צפוי להשתנות בהתאם לעומס הקוגניטיבי ולא בהתאם לתשומת הלב להבזק או לכדור; מספר הקיבעונות היה צפוי לשקף חיפוש מרחבי), בחרנו להשתמש במסך המלא כאזור העניין.
הפרוטוקול הנוכחי הוא הצעה עוברית שעדיין נתונה לחידודים רבים. נדגיש רק שניים מהם, למרות שיש עוד הרבה מקום לשיפור. הראשון נוגע להבדלים באורכם של שלושת חלונות הזמן, המונעים מאיתנו לפרש את השפעות חלון הזמן על מספר הקיבעונות (למשל, חלון זמן ארוך יותר כרוך בקיבעונות רבים יותר, ומכאן הירידה מ-TW0 ל-TW1, ראו איור 3). דרך אחת להתמודד עם בעיה זו תהיה לשקול את מספר הקיבעונות ליחידת זמן.
השני מתייחס להתאמה בין חלונות הזמן לבין תהליכים מתמשכים לכאורה, הכוללת סוגיות שונות. האחת היא ש-TW1 אינו מייצג רק הופעת גירוי, אלא כנראה גם צורה מפורשת של הערכת מרווחים (מרווח ראשון) להשוואת מרווחים וככל הנראה נעדר ב-TW0. באופן דומה, שינויים על פני חלונות זמן עשויים גם לשקף שינויים בתהליכים כלליים כגון תשומת לב מתמשכת וזיכרון עבודה18, למרות שחלק מהשינויים הללו צפויים במשימת השוואת מרווחים (עומס זיכרון העבודה צפוי לעלות מ- TW1 על TW2). דרך אחת להחליש את הבלבולים הפוטנציאליים האלה תהיה להציג משימות בקרה הקשורות להערכת משך זמן טהור, תשומת לב מתמשכת וזיכרון עבודה, ולאחר מכן לבסס את ניתוח נתוני מעקב העיניים על ההשוואה בין משימות ניסוי (השוואת מרווחים) ומשימות בקרה. בעיה נוספת היא שמשך הזמן של TW0 לא היה רלוונטי למשימה, וידוע כי משכי זמן לא רלוונטיים למשימה עלולים להזיק לביצוע19. עבודה עתידית יכולה להתמקד בשיפור זה, כלומר על ידי יצירת הבדל של 300 מילישניות בין TW0 (מרווח לא רלוונטי) ו- TW1 כדי לתחום טוב יותר את תגובות העיבוד החזותי, שכן אירוע קצר יכול להיות מוטה כדי להיתפס מוקדם או מאוחר יותר מאשר הצגתו פשוט על ידי הוספת אירוע נוסף בסמיכות זמן קרוב20,21.
לבסוף, מצמוצי עיניים ספונטניים יכולים להשפיע על תפיסת הזמן על ידי עיוותו (הרחבת הזמן אם מצמוץ עין מקדים את המרווח, התכווצות אם הוא מתרחש בו זמנית), מה שעשוי להציג שונות בביצועי תזמון תוך אינדיבידואליים22. דרך אחת למזער בעיה זו תהיה ליישם גורם תיקון מבוסס מצמוץ עיניים בשיפוטים ההתנהגותיים של המשתתפים (למשל, להקצות שיעור אמינות לכל שיפוט בהתאם לנוכחות מצמוצים לפני או במהלך הגירויים. בנוסף, שילוב הגישה הסטטיסטית של התייחסות לניסויים כמשתנים אקראיים עשוי לסייע גם בטיפול בבעיה זו.
לגבי מחקר עתידי, נושא חשוב שיש להתייחס אליו יהיה הקשר בין קצב מצמוץ עיניים ספונטני (EBR) לבין תפיסת זמן. EBR ידוע כסמן עקיף לא פולשני של תפקוד דופמין מרכזי (DA)23, ולאחרונה, ERB גבוה היה קשור לתפיסה טמפורלית ירודה יותר. המחקר מציע השלכה של דופמין בתזמון המרווחים ומצביע על השימוש ב-ERB כפרוקסי של מדדדופמין 24. נושא חשוב נוסף הוא המשמעות הפונקציונלית של המדדים (הקשורים לשינוי) שניתחנו, שעדיין לא נקבעה בהקשר של הפרדיגמה שלנו. במחקר המקורי, כמו גם במערך הנתונים הפשוט הנוכחי, עליות בגודל האישונים מ-TW0 ל-TW1 עלו בקנה אחד עם הרעיון של עומס קוגניטיבי מוגבר, אך היעדר השפעות קבוצתיות על מדד זה מונע שיקולים נוספים. דפוס אחד שנראה כי הוא ששינויים קטנים יותר על פני חלונות זמן היו בקורלציה עם ביצועים התנהגותיים טובים יותר (הבזקים טובים יותר מאשר כדורים, ו-d-prime בדיסלקטים הקשורים לשינויים קטנים יותר), אך יש צורך במחקר נוסף.
למרות מגבלותיו, הפרוטוקול הנוכחי הוא, למיטב ידיעתנו, הראשון שמראה תוצאות מקבילות במעקב עיניים ובנתונים התנהגותיים (אותו פרופיל של אפקטים), כמו גם כמה ראיות למתאם בין השניים.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הפורטוגזית למדע וטכנולוגיה תחת מענקים UIDB/00050/2020; ו-PTDC/PSI-GER/5845/2020. APC מומן במלואו על ידי הקרן הפורטוגזית למדע וטכנולוגיה תחת מענק PTDC/PSI-GER/5845/2020 (http://doi.org/10.54499/PTDC/PSI-GER/5845/2020).
Materials
| Adobe Animate | Adobe | It is a tool for designing flash animation films, GIFs, and cartoons. | |
| EyeLink Data Viewer | It is robust software that provides a comprehensive solution for visualizing and analyzing gaze data captured by EyeLink eye trackers. It is accessible on Windows, macOS, and Linux platforms. Equipped with advanced capabilities, Data Viewer enables effortless visualization, grouping, processing, and reporting of EyeLink gaze data. | ||
| Eye-tracking system | SR Research | EyeLink 1000 Portable Duo | It has a portable duo camera, a Laptop PC Host, and a response device. The EyeLink integrates with SR Research Experiment Builder, Data Viewer, and WebLink as well as many third-party stimulus presentation software and tools. |
| Monitor | Samsung Syncmaster | 957DF | It is a 19" flat monitor |
| SR Research Experiment Builder | SR Research | It is an advanced and user-friendly drag-and-drop graphical programming platform designed for developing computer-based experiments in psychology and neuroscience. Utilizing Python as its foundation, this platform is compatible with both Windows and macOS, facilitating the creation of experiments that involve both EyeLink eye-tracking and non-eye-tracking functionalities. |
References
- Bellinger, D., Altenmüller, E., Volkmann, J. Perception of time in music in patients with parkinson’s disease – The processing of musical syntax compensates for rhythmic deficits. Frontiers in Neuroscience. 11, 68 (2017).
- Plourde, M., Gamache, P. L., Laflamme, V., Grondin, S. Using time-processing skills to predict reading abilities in elementary school children. Timing & Time Perception. 5 (1), 35-60 (2017).
- Saloranta, A., Alku, P., Peltola, M. S. Listen-and-repeat training improves perception of second language vowel duration: evidence from mismatch negativity (MMN) and N1 responses and behavioral discrimination. International Journal of Psychophysiology. 147, 72-82 (2020).
- Soares, A. J. C., Sassi, F. C., Fortunato-Tavares, T., Andrade, C. R. F., Befi-Lopes, D. M. How word/non-word length influence reading acquisition in a transparent language: Implications for children’s literacy and development. Children (Basel). 10 (1), 49 (2022).
- Sousa, J., Martins, M., Torres, N., Castro, S. L., Silva, S. Rhythm but not melody processing helps reading via phonological awareness and phonological memory. Scientific Reports. 12 (1), 13224 (2022).
- Torres, N. L., Luiz, C., Castro, S. L., Silva, S. The effects of visual movement on beat-based vs. duration-based temporal perception. Timing & Time Perception. 7 (2), 168-187 (2019).
- Torres, N. L., Castro, S. L., Silva, S. Visual movement impairs duration discrimination at short intervals. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 77 (1), 57-69 (2024).
- Attard, J., Bindemann, M. Establishing the duration of crimes: an individual differences and eye-tracking investigation into time estimation. Applied Cognitive Psychology. 28 (2), 215-225 (2014).
- Warda, S., Simola, J., Terhune, D. B. Pupillometry tracks errors in interval timing. Behavioral Neuroscience. 136 (5), 495-502 (2022).
- Goswami, U. A neural basis for phonological awareness? An oscillatory temporal-sampling perspective. Current Directions in Psychological Science. 27 (1), 56-63 (2018).
- Catronas, D., et al. Time perception for visual stimuli is impaired in dyslexia but deficits in visual processing may not be the culprits. Scientific Reports. 13, 12873 (2023).
- Zagermann, J., Pfeil, U., Reiterer, H. Studying eye movements as a basis for measuring cognitive load. Extended Abstracts of the 2018 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , 1-6 (2018).
- Rafiqi, S., et al. PupilWare: Towards pervasive cognitive load measurement using commodity devices. Proceedings of the 8th ACM International Conference on PETRA. , 1-8 (2015).
- Klingner, J., Kumar, R., Hanrahan, P. Measuring the task-evoked pupillary response with a remote eye tracker. Proceedings of the 2008 Symposium on ETRA. , 69-72 (2008).
- Mahanama, B., et al. Eye movement and pupil measures: a review. Frontiers in Computer Science. 3, 733531 (2022).
- Pfleging, B., Fekety, D. K., Schmidt, A., Kun, A. L. A model relating pupil diameter to mental workload and lighting conditions. Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , 5776-5788 (2016).
- Cicchini, G. M. Perception of duration in the parvocellular system. Frontiers in Integrative Neuroscience. 6, 14 (2012).
- EyeLink Data Viewer 3.2.1. SR Research Ltd Available from: https://www.sr-research.com/data-viewer/ (2018)
- Spencer, R., Karmarkar, U., Ivry, R. Evaluating dedicated and intrinsic models of temporal encoding by varying contex. Philosophical Transactions of the Royal Society B. 364 (1525), 1853-1863 (2009).
- Coull, J. T. Getting the timing right: experimental protocols for investigating time with functional neuroimaging and psychopharmacology. Advances in Experimental Medicine and Biology. 829, 237-264 (2014).
- Burr, D., Rocca, E. D., Morrone, M. C. Contextual effects in interval-duration judgements in vision, audition and touch. Experimental Brain Research. 230 (1), 87-98 (2013).
- Grossman, S., Gueta, C., Pesin, S., Malach, R., Landau, A. N. Where does time go when you blink. Psychological Science. 30 (6), 907-916 (2019).
- Jongkees, B. J., Colzato, L. S. Spontaneous eye blink rate as predictor of dopamine-related cognitive function-a review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 71, 58-82 (2016).
- Sadibolova, R., Monaldi, L., Terhune, D. B. A proxy measure of striatal dopamine predicts individual differences in temporal precision. Psychonomic Bulletin & Review. 29 (4), 1307-1316 (2022).
