حركات العين في إدراك المدة البصرية: فك التحفيز من الوقت في عمليات ما قبل القرار
Summary
نقدم بروتوكولا يستخدم تتبع العين لمراقبة حركات العين أثناء مهمة مقارنة الفاصل الزمني (إدراك المدة) بناء على الأحداث المرئية. الهدف هو توفير دليل أولي لفصل الاستجابات الحركية للعين لمهام إدراك المدة (مقارنة أو تمييز الفترات الزمنية) عن الاستجابات للحافز نفسه.
Abstract
قد تسمح طرق تتبع العين بالمراقبة عبر الإنترنت للمعالجة المعرفية أثناء مهام إدراك المدة البصرية ، حيث يطلب من المشاركين تقدير أو تمييز أو مقارنة الفواصل الزمنية المحددة بواسطة الأحداث المرئية مثل الدوائر الوامضة. ومع ذلك ، وعلى حد علمنا ، ظلت محاولات التحقق من صحة هذا الاحتمال غير حاسمة حتى الآن ، ولا تزال النتائج تركز على القرارات السلوكية غير المتصلة بالإنترنت التي يتم اتخاذها بعد ظهور التحفيز. تقدم هذه الورقة بروتوكولا لتتبع العين لاستكشاف العمليات المعرفية التي تسبق الاستجابات السلوكية في مهمة مقارنة الفاصل الزمني ، حيث شاهد المشاركون فترتين متتاليتين وكان عليهم أن يقرروا ما إذا كانت تتسارع (الفاصل الأول أطول من الثانية) أو تتباطأ (الفاصل الثاني أطول).
كان شاغلنا الرئيسي هو فصل الاستجابات الحركية للعين للمحفز البصري نفسه عن ارتباطات المدة المتعلقة بالأحكام. لتحقيق ذلك ، حددنا ثلاث نوافذ زمنية متتالية بناء على الأحداث الحرجة: بداية خط الأساس ، وبداية الفترة الأولى ، وبداية الفترة الثانية ، ونهاية التحفيز. ثم استخلصنا المقاييس الحركية التقليدية لكل منها (عدد التثبيتات ، حجم حدقة العين) وركزنا على التغييرات المتعلقة بالنافذة الزمنية لفصل الاستجابات للتحفيز البصري عن تلك المتعلقة بمقارنة الفاصل الزمني في حد ذاتها. كما نوضح في النتائج التوضيحية ، أظهرت بيانات تتبع العين اختلافات كبيرة تتوافق مع النتائج السلوكية ، مما أثار فرضيات حول الآليات المستخدمة. هذا البروتوكول جنيني وسيتطلب العديد من التحسينات ، لكنه يمثل خطوة مهمة إلى الأمام في الحالة الراهنة للفن.
Introduction
جذبت قدرات إدراك الوقت اهتماما بحثيا متزايدا على مدى السنوات الماضية ، ويرجع ذلك جزئيا إلى تراكم الأدلة على أن هذه قد تكون مرتبطة بمهارات القراءة أو الحالات المرضية1،2،3،4،5. إدراك المدة البصرية – القدرة على تقدير أو تمييز أو مقارنة الفواصل الزمنية المحددة بواسطة الأحداث المرئية – هو أحد المجالات الفرعية ذات الاهتمام 6,7 التي يمكن أن تساهم فيها طرق تتبع العين. ومع ذلك ، تظل النتائج مركزة على القرارات السلوكية بعد التحفيز مثل الضغط على زر للإشارة إلى مقدار الوقت الذي انقضى (تقدير) ، أو ما إذا كانت الفواصل الزمنية متشابهة أو مختلفة (التمييز) ، أو أي من سلسلة من الفواصل الزمنية هي الأطول أو الأقصر. حاولت بعض الدراسات ربط النتائج السلوكية ببيانات تتبع العين 8,9 لكنها فشلت في العثور على ارتباطات بين الاثنين ، مما يشير إلى عدم وجود علاقة مباشرة.
في الورقة الحالية ، نقدم بروتوكولا لتسجيل وتحليل الاستجابات الحركية للعين أثناء عرض التحفيز في مهمة إدراك المدة البصرية. على وجه التحديد ، يشير الوصف إلى مهمة مقارنة الفاصل الزمني حيث رأى المشاركون تسلسلات من ثلاثة أحداث حددت فترتين زمنيتين وطلب منهم الحكم على ما إذا كانوا قد تسارعوا (الفاصل الأول أطول من الثاني) أو تباطأوا (الأول أقصر من الثاني). امتدت الفترات الزمنية المستخدمة في الدراسة من 133 إلى 733 مللي ثانية ، مع الالتزام بمبادئ إطار أخذ العينات الزمنية (TSF) 10. يقترح TSF أن النشاط التذبذبي للدماغ ، خاصة في نطاقات التردد مثل تذبذبات دلتا (1-4 هرتز) ، يتزامن مع وحدات الكلام الواردة مثل تسلسل لهجات الإجهاد. يعزز هذا التزامن ترميز الكلام ، ويحسن الانتباه إلى وحدات الكلام ، ويساعد على استخراج الانتظام المتسلسل الذي قد يكون ذا صلة في فهم حالات مثل عسر القراءة ، والتي تظهر تذبذبات منخفضة التردد غير نمطية. كان الهدف من الدراسة التي طورنا فيها الطريقة المعروضة هنا هو تحديد ما إذا كانت صعوبات عسر القراءة في إدراك المدة البصرية (تأثيرات المجموعة على مهمة مقارنة الفاصل الزمني) تعكس مشاكل في معالجة الكائن المرئي نفسه ، أي الحركة والنصوع يتناقض11. إذا كان هذا هو الحال ، فقد توقعنا أن يكون عيب عسر القراءة تجاه الضوابط أكبر بالنسبة للمنبهات ذات الحركة وتباين الإضاءة المنخفضة (التفاعل بين المجموعة ونوع التحفيز).
كانت النتيجة الرئيسية للدراسة الأصلية مدفوعة بالأحكام السلوكية بعد التحفيز. تم استخدام بيانات تتبع العين – حجم حدقة العين وعدد التثبيتات – المسجلة أثناء عرض التحفيز لاستكشاف العمليات التي تسبق القرارات السلوكية. ومع ذلك ، نعتقد أنه يمكن استخدام البروتوكول الحالي بشكل مستقل عن جمع البيانات السلوكية ، بشرط أن يتم تحديد الأهداف وفقا لذلك. قد يكون من الممكن أيضا ضبطه لمهام التمييز الفاصل. استخدامه في مهام تقدير الوقت ليس فوريا ، لكننا لا نستبعد هذا الاحتمال. استخدمنا حجم التلميذ لأنه يعكس الحمل المعرفي12،13،14 ، من بين حالات أخرى ، وبالتالي قد يوفر معلومات عن مهارات المشاركين (الحمل الأعلى يعني مهارات أقل). فيما يتعلق بعدد التثبيتات ، قد يعكس المزيد من التثبيتات مشاركة المشاركين الأقوى في المهمة15,16. استخدمت الدراسة الأصلية خمسة أنواع من التحفيز. للتبسيط ، استخدمنا اثنين فقط في البروتوكول الحالي (الكرة مقابل الفلاش ، مما يمثل تباينا مرتبطا بالحركة).
كان التحدي الرئيسي الذي حاولنا معالجته هو فصل الاستجابات للمحفز البصري نفسه عن تلك المتعلقة بمقارنة الفاصل الزمني لأنه من المعروف أن الاستجابات الحركية للعين تتغير وفقا لخصائص مثل الحركة أو تباين النصوع17. استنادا إلى فرضية أن التحفيز البصري تتم معالجته بمجرد ظهوره على الشاشة (الفاصل الأول) ، وأن مقارنة الفاصل الزمني لا تصبح ممكنة إلا بمجرد بدء الفاصل الزمني الثاني ، حددنا ثلاث نوافذ زمنية: نافذة التحفيز ، الفاصل الزمني الأول ، الفاصل الزمني الثاني (الاستجابة السلوكية غير مدرجة). من خلال تحليل التغييرات من نافذة التحفيز خلال الفترة الأولى ، سنحصل على مؤشرات لاستجابات المشاركين للتحفيز نفسه. إن مقارنة الفترة الأولى بالثانية من شأنها الاستفادة من التوقيعات الحركية المحتملة للعين لمقارنة الفاصل الزمني – حيث طلب من المشاركين في المهمة القيام بها.
Protocol
Representative Results
Discussion
يحتوي البروتوكول الحالي على مكون جديد قد يكون حاسما لمعالجة العقبات الحالية التي تحول دون دمج تتبع العين في مهام إدراك المدة البصرية. الخطوة الحاسمة هنا هي تعريف النوافذ الزمنية بناء على العمليات المعرفية التي يفترض أنها تحدث في كل من هذه النوافذ الزمنية. في النظام الذي استخدمناه ، لا يمكن تعريف النوافذ الزمنية إلا على أنها مجالات الاهتمام (مفهوم متعلق بالفضاء يقترن بالوقت في هذه الأنظمة) ، ولكن في الأنظمة الأخرى ، من الممكن القيام بذلك عن طريق تصدير أجزاء مختلفة من التجربة. بالإضافة إلى هذا التقسيم الزمني للتجربة ، من المهم التركيز على تحليل التغييرات عبر النوافذ الزمنية بدلا من المعلمات لكل نافذة زمنية.
وفيما يتعلق بالتعديلات التي يتعين إجراؤها على البروتوكول، كانت تتعلق في الغالب بأبعاد مجال الاهتمام. لقد قمنا بمحاولة أولى باستخدام AOIs الديناميكية – تحديد اختيار مكاني حول الحافز الذي أعقبه ، بدلا من الشاشة بأكملها. ومع ذلك ، سرعان ما أدركنا أننا قد نفتقد الأحداث ذات الصلة خارج تلك المنطقة. بالنظر إلى أن مقاييسنا لم تكن مرتبطة بالتركيز على التحفيز (كان من المتوقع أن يتغير حجم التلميذ وفقا للحمل المعرفي وليس وفقا للانتباه إلى الفلاش أو الكرة ؛ كان من المتوقع أن يعكس عدد التثبيتات البحث المكاني) ، اخترنا استخدام ملء الشاشة كمنطقة اهتمام.
البروتوكول الحالي هو اقتراح جنيني لا يزال يخضع للعديد من التحسينات. سنسلط الضوء على اثنين فقط من هذه ، على الرغم من وجود مجال أكبر للتحسين. يتعلق الأول بالاختلافات في طول النوافذ الزمنية الثلاث ، والتي تمنعنا من تفسير تأثيرات النافذة الزمنية على عدد التثبيتات (على سبيل المثال ، تستلزم النافذة الزمنية الأطول المزيد من التثبيتات ، وبالتالي الانخفاض من TW0 إلى TW1 ، انظر الشكل 3). تتمثل إحدى طرق معالجة هذه المشكلة في النظر في عدد التثبيتات لكل وحدة زمنية.
والثاني يتعلق بالمراسلات بين النوافذ الزمنية والعمليات الجارية المفترضة ، والتي تشمل قضايا مختلفة. الأول هو أن TW1 لا يمثل مظهر التحفيز فحسب ، بل ربما يمثل أيضا شكلا صريحا من تقدير الفاصل الزمني (الفاصل الأول) الفرعي لمقارنة الفاصل الزمني ومن المحتمل أن يكون غائبا في TW0. بطريقة مماثلة ، قد تعكس التغييرات عبر النوافذ الزمنية أيضا التغييرات في العمليات العامة مثل الانتباه المستمر والذاكرة العاملة18 ، على الرغم من أنه يمكن توقع بعض هذه التغييرات في مهمة مقارنة الفاصل الزمني (من المتوقع أن يزداد حمل الذاكرة العاملة من TW1 على TW2). تتمثل إحدى طرق تخفيف هذه الارتباكات المحتملة في إدخال مهام التحكم المتعلقة بتقدير المدة الخالصة والانتباه المستمر والذاكرة العاملة ، ثم بناء تحليل بيانات تتبع العين على المقارنة بين المهام التجريبية (مقارنة الفاصل) ومهام التحكم. هناك مشكلة أخرى وهي أن مدة TW0 لم تكن ذات صلة بالمهمة ، ومن المعروف أن مدد المهام غير ذات الصلة قد تكون ضارة بالأداء19. يمكن أن يركز العمل المستقبلي على تحسين ذلك ، أي عن طريق إنشاء فرق قدره 300 مللي ثانية بين TW0 (فاصل زمني غير ذي صلة) و TW1 لتحديد استجابات المعالجة البصرية بشكل أفضل ، حيث يمكن أن يكون الحدث القصير متحيزا ليتم إدراكه في وقت مبكر أو متأخر عن عرضه ببساطة عن طريق إضافة حدث آخر بالقرب من الزمان20,21.
أخيرا ، يمكن أن تؤثر وميض العين العفوي على إدراك الوقت عن طريق تشويهه (توسيع الوقت إذا سبقت وميض العين الفاصل الزمني ، والانقباض إذا حدث في وقت واحد) ، مما قد يؤدي إلى حدوث تباين في أداء التوقيت داخل الفرد22. تتمثل إحدى طرق تقليل هذه المشكلة في تطبيق عامل تصحيح قائم على وميض العين في الأحكام السلوكية للمشاركين (على سبيل المثال ، تعيين معدل موثوقية لكل حكم اعتمادا على وجود وميض قبل أو أثناء المحفزات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن دمج النهج الإحصائي للتعامل مع التجارب كمتغيرات عشوائية قد يساعد أيضا في معالجة هذه المشكلة.
فيما يتعلق بالأبحاث المستقبلية ، فإن الموضوع المهم الذي يجب معالجته هو الارتباط بين معدل وميض العين التلقائي (EBR) وإدراك الوقت. من المعروف أن EBR هو علامة غير مباشرة غير جراحية لوظيفة الدوبامين المركزية (DA) 23 ، وفي الآونة الأخيرة ، ارتبط ارتفاع ERB بضعف الإدراك الزمني. تشير الدراسة إلى وجود تأثير للدوبامين في توقيت الفاصل الزمني وتشير إلى استخدام ERB كوكيل لقياسالدوبامين 24. موضوع مهم آخر هو المعنى الوظيفي للتدابير (المتعلقة بالتغيير) التي قمنا بتحليلها ، والتي لم يتم تحديدها بعد في سياق نموذجنا. في الدراسة الأصلية ، وكذلك في مجموعة البيانات المبسطة الحالية ، كانت الزيادات في حجم التلميذ من TW0 إلى TW1 متسقة مع فكرة زيادة الحمل المعرفي ، لكن عدم وجود تأثيرات جماعية على هذا المقياس يحول دون المزيد من الاعتبارات. أحد الأنماط التي يبدو أنها موجودة هو أن التغييرات الأصغر عبر النوافذ الزمنية ترتبط بأداء سلوكي أفضل (ومضات أفضل من الكرات ، و d-prime في عسر القراءة المرتبط بالتغييرات الأصغر) ، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البحث.
على الرغم من قيوده ، فإن البروتوكول الحالي ، على حد علمنا ، هو الأول الذي يظهر نتائج متوازية في تتبع العين والبيانات السلوكية (نفس ملف تعريف التأثيرات) ، بالإضافة إلى بعض الأدلة على العلاقة بين الاثنين.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة البرتغالية للعلوم والتكنولوجيا في إطار المنح UIDB / 00050/2020 ؛ و PTDC / PSI-GER / 5845/2020. تم تمويل APC بالكامل من قبل المؤسسة البرتغالية للعلوم والتكنولوجيا بموجب المنحة 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).
