Movimentos Oculares na Percepção Visual da Duração: Desembaraçando o Estímulo do Tempo em Processos Pré-Decisórios
Summary
Apresentamos um protocolo que emprega o rastreamento ocular para monitorar os movimentos oculares durante uma tarefa de comparação intervalar (percepção de duração) baseada em eventos visuais. O objetivo é fornecer um guia preliminar para separar as respostas oculomotoras às tarefas de percepção de duração (comparação ou discriminação de intervalos de tempo) das respostas ao estímulo em si.
Abstract
Os métodos de rastreamento ocular podem permitir o monitoramento on-line do processamento cognitivo durante tarefas de percepção da duração visual, onde os participantes são solicitados a estimar, discriminar ou comparar intervalos de tempo definidos por eventos visuais, como círculos piscantes. No entanto, e até onde sabemos, as tentativas de validar essa possibilidade permaneceram inconclusivas até o momento, e os resultados permanecem focados em decisões comportamentais off-line tomadas após o aparecimento do estímulo. Este artigo apresenta um protocolo de rastreamento ocular para explorar os processos cognitivos que precedem as respostas comportamentais em uma tarefa de comparação intervalar, onde os participantes visualizaram dois intervalos consecutivos e tiveram que decidir se ele acelerava (primeiro intervalo maior que o segundo) ou desacelerava (segundo intervalo maior).
Nossa principal preocupação era desembaraçar as respostas oculomotoras ao próprio estímulo visual dos correlatos de duração relacionados aos julgamentos. Para isso, definimos três janelas de tempo consecutivas com base em eventos críticos: início da linha de base, início do primeiro intervalo, início do segundo intervalo e final do estímulo. Em seguida, extraímos as medidas oculomotoras tradicionais para cada uma (número de fixações, tamanho da pupila) e focamos nas mudanças relacionadas à janela de tempo para separar as respostas ao estímulo visual daquelas relacionadas à comparação de intervalos per se. Como mostramos nos resultados ilustrativos, os dados de rastreamento ocular mostraram diferenças significativas que foram consistentes com os resultados comportamentais, levantando hipóteses sobre os mecanismos envolvidos. Este protocolo é embrionário e exigirá muitas melhorias, mas representa um importante passo em frente no estado atual da arte.
Introduction
As habilidades de percepção de tempo têm atraído crescente atenção de pesquisas nos últimos anos, em parte devido ao acúmulo de evidências de que estas podem estar ligadas a habilidades de leitura ou condições patológicas 1,2,3,4,5. A percepção visual da duração – a capacidade de estimar, discriminar ou comparar intervalos de tempo definidos por eventos visuais – é um subcampo de interesse 6,7 no qual os métodos de rastreamento ocular poderiam contribuir. No entanto, os resultados permanecem focados em decisões comportamentais pós-estímulo, como pressionar um botão para indicar quanto tempo passou (estimativa), se os intervalos de tempo são iguais ou diferentes (discriminação), ou qual de uma série de intervalos de tempo é o maior ou menor. Alguns estudos tentaram correlacionar resultados comportamentais com dados de rastreamento ocular 8,9, mas não conseguiram encontrar correlações entre ambos, sugerindo que uma relação direta está ausente.
No presente artigo, apresentamos um protocolo para registro e análise das respostas oculomotoras durante a apresentação de estímulos em uma tarefa de percepção visual de duração. Especificamente, a descrição refere-se a uma tarefa de comparação intervalar em que os participantes viram sequências de três eventos que definiram dois intervalos de tempo e foram solicitados a julgar se eles aceleraram (primeiro intervalo maior que segundo) ou desaceleraram (primeiro menor que segundo). Os intervalos de tempo utilizados no estudo variaram de 133 a 733 ms, aderindo aos princípios do Temporal Sampling Framework (TSF)10. A TSF sugere que a atividade oscilatória do cérebro, particularmente em bandas de frequência, como oscilações delta (1-4 Hz), sincroniza-se com unidades de fala recebidas, como sequências de acentos de estresse. Essa sincronização melhora a codificação da fala, melhora a atenção às unidades de fala e ajuda a extrair regularidades sequenciais que podem ser relevantes na compreensão de condições como a dislexia, que apresentam oscilações atípicas de baixa frequência. O objetivo do estudo em que desenvolvemos o método aqui apresentado foi determinar se as dificuldades dos disléxicos na percepção visual da duração (efeitos de grupo na tarefa de comparação intervalar) refletem problemas no processamento do próprio objeto visual, ou seja, os contrastes de movimento eluminância11. Se esse fosse o caso, esperava-se que a desvantagem dos disléxicos em relação aos controles fosse maior para estímulos com movimento e baixos contrastes de luminância (interação entre grupo e tipo de estímulo).
O principal resultado do estudo original foi impulsionado por julgamentos comportamentais pós-estímulo. Dados de rastreamento ocular – tamanho da pupila e número de fixações – registrados durante a apresentação do estímulo foram usados para explorar processos que precedem as decisões comportamentais. Acreditamos, no entanto, que o protocolo atual possa ser utilizado independentemente da coleta de dados comportamentais, desde que as metas sejam estabelecidas de acordo. Também pode ser possível ajustá-lo para tarefas de discriminação intervalar. Usá-lo em tarefas de estimativa de tempo não é tão imediato, mas não descartamos essa possibilidade. Utilizou-se o tamanho da pupila por refletir a carga cognitiva12,13,14, entre outros estados, podendo, assim, fornecer informações sobre as habilidades dos participantes (maior carga significando menos habilidades). Em relação ao número de fixações, mais fixações podem refletir maior engajamento dos participantes com a tarefa 15,16. O estudo original utilizou cinco tipos de estímulos. Para simplificação, foram utilizados apenas dois no protocolo atual (Ball vs. Flash, representando um contraste relacionado ao movimento).
O principal desafio que procuramos abordar foi desembaraçar as respostas ao próprio estímulo visual daquelas relacionadas à comparação intervalar, pois se sabe que as respostas oculomotoras mudam de acordo com características como movimento ou contrastes de luminância17. Partindo da premissa de que o estímulo visual é processado assim que aparece na tela (primeiro intervalo), e a comparação intervalar só é possível quando se inicia o segundo intervalo de tempo, definimos três janelas de tempo: janela pré-estímulo, primeiro intervalo, segundo intervalo (resposta comportamental não incluída). Analisando as mudanças da janela pré-estímulo ao longo do primeiro intervalo, obteríamos índices de respostas dos participantes ao estímulo em si. A comparação do primeiro com o segundo intervalo exploraria possíveis assinaturas oculomotoras da comparação intervalar – a tarefa que os participantes foram solicitados a executar.
Protocol
Representative Results
Discussion
O protocolo atual contém um novo componente que pode ser crítico para enfrentar os obstáculos atuais à incorporação do rastreamento ocular em tarefas de percepção visual da duração. O passo crítico aqui é a definição de janelas de tempo com base em processos cognitivos que supostamente ocorrem em cada uma dessas janelas de tempo. No sistema que usamos, as janelas de tempo só podem ser definidas como Áreas de Interesse (um conceito relacionado ao espaço que está acoplado ao tempo nesses sistemas), mas em outros sistemas, é possível fazer isso exportando diferentes segmentos do ensaio. Além dessa segmentação temporal do estudo, é importante focar na análise das mudanças através das janelas de tempo, em vez dos parâmetros por janela de tempo.
Quanto às modificações no protocolo que tiveram que ser feitas, elas foram em sua maioria relacionadas às dimensões da área de interesse. Fizemos uma primeira tentativa usando AOIs dinâmicas – definindo uma seleção espacial em torno do estímulo que o seguiu, em vez de toda a tela. No entanto, logo percebemos que poderíamos estar perdendo eventos relevantes fora daquela área. Como nossas medidas não estavam relacionadas ao foco no estímulo (esperava-se que o tamanho da pupila mudasse de acordo com a carga cognitiva e não de acordo com a atenção ao flash ou à bola; esperava-se que o número de fixações refletisse a busca espacial), optamos por usar a tela cheia como região de interesse.
O protocolo atual é uma proposta embrionária que ainda está sujeita a muitos refinamentos. Destacaremos apenas dois deles, embora haja muito mais espaço para melhorias. A primeira diz respeito às diferenças no comprimento das três janelas de tempo, que nos impedem de interpretar os efeitos da janela de tempo no número de fixações (por exemplo, uma janela de tempo mais longa implica mais fixações, daí a diminuição de TW0 para TW1, ver Figura 3). Uma maneira de resolver esse problema seria considerar o número de fixações por unidade de tempo.
A segunda diz respeito à correspondência entre janelas de tempo e processos putativos em andamento, que inclui várias questões. Uma delas é que TW1 não representa apenas a aparência do estímulo, mas provavelmente também uma forma explícita de estimativa intervalar (primeiro intervalo) subsidiária à comparação intervalar e provavelmente ausente em TW0. De maneira semelhante, mudanças ao longo das janelas de tempo também podem refletir mudanças em processos gerais, como atenção sustentada e memória de trabalho18, embora algumas dessas mudanças possam ser esperadas em uma tarefa de comparação intervalar (espera-se que a carga de memória de trabalho aumente de TW1 sobre TW2). Uma maneira de atenuar esses potenciais fatores de confusão seria introduzir tarefas de controle relacionadas à estimativa de duração pura, atenção sustentada e memória de trabalho e, em seguida, basear a análise dos dados de rastreamento ocular na comparação entre tarefas experimentais (comparação intervalar) e controle. Outra questão é que a duração do TW0 foi irrelevante para a tarefa, e sabe-se que durações irrelevantes para a tarefa podem ser deletérias para o desempenho19. Trabalhos futuros poderiam se concentrar em melhorar isso, ou seja, criando uma diferença de 300 ms entre TW0 (intervalo irrelevante) e TW1 para melhor delimitar as respostas do processamento visual, uma vez que um evento curto pode ser enviesado para ser percebido mais cedo ou mais tarde do que sua apresentação simplesmente adicionando outro evento em proximidade quase temporal20,21.
Finalmente, o piscar espontâneo pode afetar a percepção do tempo, distorcendo-o (dilatando o tempo se um piscar precede o intervalo, contraindo-se se ocorrer simultaneamente), potencialmente introduzindo variabilidade no desempenho do tempo intra-individual22. Uma maneira de minimizar esse problema seria aplicar um fator de correção baseado em piscar de olhos nos julgamentos comportamentais dos participantes (por exemplo, atribuir uma taxa de confiabilidade a cada julgamento dependendo da presença de piscadas antes ou durante os estímulos. Além disso, a incorporação da abordagem estatística de tratar os ensaios como variáveis aleatórias também pode auxiliar na abordagem desse problema.
Em relação a pesquisas futuras, um tópico importante a ser abordado seria a associação entre taxa de piscamento ocular espontâneo (EBR) e percepção de tempo. Sabe-se que a EBR é um marcador indireto não invasivo da função dopaminérgica (AD) central23 e, mais recentemente, a ERB elevada foi associada a pior percepção temporal. O estudo sugere uma implicação da dopamina no tempo de intervalo e aponta para o uso de ERB como proxy da medida de dopamina24. Outro tópico importante é o significado funcional das medidas (relacionadas à mudança) que analisamos, que ainda não foi determinado no contexto de nosso paradigma. No estudo original, bem como no conjunto de dados simplificado atual, aumentos no tamanho da pupila de TW0 para TW1 foram consistentes com a ideia de aumento da carga cognitiva, mas a ausência de efeitos de grupo sobre essa medida impede considerações adicionais. Um padrão que parece apresentar é que mudanças menores ao longo das janelas de tempo se correlacionaram com melhor desempenho comportamental (Flashes melhores que Bolas, e d-prime em disléxicos relacionados a mudanças menores), mas mais pesquisas são necessárias.
Apesar de suas limitações, o protocolo atual é, até onde sabemos, o primeiro a mostrar resultados paralelos em rastreamento ocular e dados comportamentais (mesmo perfil de efeitos), bem como algumas evidências da correlação entre ambos.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito das bolsas UIDB/00050/2020; e PTDC/PSI-GER/5845/2020. A APC foi integralmente financiada pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito do processo 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. |
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