Görsel Süre Algısında Göz Hareketleri: Karar Öncesi Süreçlerde Uyaranın Zamandan Ayrılması
Summary
Görsel olaylara dayalı bir aralık karşılaştırma (süre algısı) görevi sırasında göz hareketlerini izlemek için göz izlemeyi kullanan bir protokol sunuyoruz. Amaç, süre algısı görevlerine (zaman aralıklarının karşılaştırılması veya ayırt edilmesi) okülomotor tepkileri uyaranın kendisine verilen yanıtlardan ayırmak için bir ön kılavuz sağlamaktır.
Abstract
Göz izleme yöntemleri, katılımcılardan yanıp sönen daireler gibi görsel olaylarla tanımlanan zaman aralıklarını tahmin etmelerinin, ayırt etmelerinin veya karşılaştırmalarının istendiği görsel süre algılama görevleri sırasında bilişsel işlemenin çevrimiçi olarak izlenmesine izin verebilir. Bununla birlikte, bildiğimiz kadarıyla, bu olasılığı doğrulama girişimleri şu ana kadar sonuçsuz kalmıştır ve sonuçlar, uyaranın ortaya çıkmasından sonra verilen çevrimdışı davranışsal kararlara odaklanmaya devam etmektedir. Bu makale, katılımcıların iki ardışık aralığı görüntülediği ve hızlanıp hızlanmadığına (ilk aralık ikinciden daha uzun) veya yavaşlayıp yavaşlamadığına (ikinci aralık daha uzun) karar vermek zorunda kaldıkları bir aralık karşılaştırma görevinde davranışsal tepkilerden önceki bilişsel süreçleri keşfetmek için bir göz izleme protokolü sunmaktadır.
Asıl endişemiz, görsel uyaranın kendisine verilen okülomotor tepkileri, yargılarla ilgili süre korelasyonlarından ayırmaktı. Bunu başarmak için, kritik olaylara dayalı olarak art arda üç zaman penceresi tanımladık: temel başlangıç, ilk aralığın başlangıcı, ikinci aralığın başlangıcı ve uyaranın sonu. Daha sonra her biri için geleneksel okülomotor ölçümleri çıkardık (fiksasyon sayısı, öğrenci boyutu) ve görsel uyarana verilen yanıtları kendi başına aralık karşılaştırmasıyla ilgili olanlardan ayırmak için zaman penceresiyle ilgili değişikliklere odaklandık. Açıklayıcı sonuçlarda gösterdiğimiz gibi, göz izleme verileri, davranışsal sonuçlarla tutarlı olan önemli farklılıklar gösterdi ve ilgili mekanizmalar hakkında hipotezler ortaya koydu. Bu protokol embriyoniktir ve birçok iyileştirme gerektirecektir, ancak mevcut teknolojide ileriye doğru atılmış önemli bir adımı temsil etmektedir.
Introduction
Zaman algılama yetenekleri, kısmen bunların okuma becerileri veya patolojik durumlarlabağlantılı olabileceğine dair kanıtların birikmesi nedeniyle son yıllarda artan araştırma dikkatini çekmiştir 1,2,3,4,5. Görsel süre algısı – görsel olaylar tarafından tanımlanan zaman aralıklarını tahmin etme, ayırt etme veya karşılaştırma yeteneği – göz izleme yöntemlerinin katkıda bulunabileceğibir ilgi alanıdır 6,7. Bununla birlikte, sonuçlar, ne kadar zaman geçtiğini (tahmin), zaman aralıklarının aynı mı yoksa farklı mı olduğunu (ayrımcılık) veya bir dizi zaman aralığından hangisinin en uzun veya en kısa olduğunu belirtmek için bir düğmeye basmak gibi uyaran sonrası davranışsal kararlara odaklanmaya devam etmektedir. Birkaç çalışma, davranışsal sonuçları göz izleme verileriyleilişkilendirmeye çalışmıştır 8,9, ancak ikisi arasında korelasyon bulamadılar, bu da doğrudan bir ilişkinin olmadığını düşündürdü.
Bu yazıda, görsel süre algılama görevinde uyaran sunumu sırasında okülomotor yanıtların kaydedilmesi ve analiz edilmesi için bir protokol sunuyoruz. Spesifik olarak, açıklama, katılımcıların iki zaman aralığını tanımlayan üç olay dizisini gördükleri ve hızlanıp hızlanmadıklarını (ilk aralık ikinciden daha uzun) veya yavaşlayıp yavaşlamadıklarını (ilk aralık ikinciden daha kısa) değerlendirmelerinin istendiği bir aralık karşılaştırma görevine atıfta bulunur. Çalışmada kullanılan zaman aralıkları, Zamansal Örnekleme Çerçevesi (TSF)10 ilkelerine bağlı kalarak 133 ila 733 ms arasında değişmektedir. TSF, beynin salınım aktivitesinin, özellikle delta salınımları (1-4 Hz) gibi frekans bantlarında, stres aksanı dizileri gibi gelen konuşma birimleriyle senkronize olduğunu öne sürüyor. Bu senkronizasyon, konuşmanın kodlanmasını geliştirir, konuşma birimlerine olan dikkati geliştirir ve atipik düşük frekanslı salınımlar sergileyen disleksi gibi durumların anlaşılmasında ilgili olabilecek sıralı düzenliliklerin çıkarılmasına yardımcı olur. Burada sunulan yöntemi geliştirdiğimiz çalışmanın amacı, disleksiklerin görsel süre algısındaki zorluklarının (aralık karşılaştırma görevindeki grup etkileri) görsel nesnenin kendisinin işlenmesindeki sorunları, yani hareket ve parlaklık kontrastlarını yansıtıp yansıtmadığını belirlemektir11. Eğer durum buysa, disleksiklerin kontrollere karşı dezavantajının, hareket ve düşük parlaklık kontrastlı uyaranlar (grup ve uyaran türü arasındaki etkileşim) için daha büyük olmasını beklerdik.
Orijinal çalışmanın ana sonucu, uyaran sonrası davranışsal yargılar tarafından yönlendirildi. Uyaran sunumu sırasında kaydedilen göz izleme verileri – göz bebeği boyutu ve fiksasyon sayısı – davranışsal kararlardan önceki süreçleri keşfetmek için kullanıldı. Bununla birlikte, hedeflerin buna göre belirlenmesi koşuluyla, mevcut protokolün davranışsal veri toplamadan bağımsız olarak kullanılabileceğine inanıyoruz. Aralık ayrımcılığı görevleri için ayarlamak da mümkün olabilir. Zaman tahmini görevlerinde kullanmak o kadar hızlı değildir, ancak bu olasılığı göz ardı etmeyiz. Diğer durumların yanı sıra bilişsel yükü 12,13,14 yansıttığı için öğrenci boyutunu kullandık ve bu nedenle katılımcıların becerileri hakkında bilgi sağlayabilir (daha yüksek yük, daha az beceri anlamına gelir). Fiksasyonların sayısı ile ilgili olarak, daha fazla fiksasyon, katılımcıların göreve daha güçlü katılımını yansıtabilir15,16. Orijinal çalışmada beş uyaran türü kullanılmıştır. Basitleştirmek için, mevcut protokolde yalnızca iki tane kullandık (Ball vs. Flash, hareketle ilgili bir kontrastı temsil ediyor).
Ele almaya çalıştığımız temel zorluk, okülomotor tepkilerin hareket veya parlaklık kontrastları gibi özelliklere göre değiştiği bilindiğinden, görsel uyaranın kendisine verilen yanıtları aralık karşılaştırmasıyla ilgili olanlardan ayırmaktı17. Görsel uyaranın ekranda göründüğü anda işlendiği (ilk aralık) ve aralık karşılaştırmasının yalnızca ikinci zaman aralığı başladığında mümkün olduğu öncülüne dayanarak, üç zaman penceresi tanımladık: ön uyaran penceresi, birinci aralık, ikinci aralık (davranışsal tepki dahil değildir). İlk aralıktaki ön uyaran penceresindeki değişiklikleri analiz ederek, katılımcıların uyaranın kendisine verdiği tepkilerin endekslerini elde ederiz. Birinci aralığın ikinci aralıkla karşılaştırılması, aralık karşılaştırmasının olası okülomotor imzalarına dokunacaktır – katılımcılardan gerçekleştirmeleri istenen görev.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mevcut protokol, görsel süre algılama görevlerine göz izlemeyi dahil etmenin önündeki mevcut engellerin üstesinden gelmek için kritik olabilecek yeni bir bileşen içermektedir. Buradaki kritik adım, bu zaman pencerelerinin her birinde varsayılan olarak gerçekleşen bilişsel süreçlere dayalı zaman pencerelerinin tanımlanmasıdır. Kullandığımız sistemde zaman pencereleri sadece İlgi Alanları (bu sistemlerde zamanla birleştirilen uzayla ilgili bir kavram) olarak tanımlanabilirken, diğer sistemlerde denemenin farklı bölümlerini dışa aktararak bunu yapmak mümkündür. Denemenin bu zamansal segmentasyonuna ek olarak, zaman penceresi başına parametreler yerine zaman pencerelerindeki değişiklikleri analiz etmeye odaklanmak önemlidir.
Protokolde yapılması gereken değişikliklerle ilgili olarak, bunlar çoğunlukla ilgilenilen alanın boyutlarıyla ilgiliydi. Dinamik AOI’leri kullanarak ilk denemeyi yaptık – tüm ekran yerine onu takip eden uyaran etrafında uzamsal bir seçim tanımladık. Ancak, kısa süre sonra bu alanın dışındaki ilgili etkinlikleri kaçırabileceğimizi fark ettik. Ölçümlerimizin uyarana odaklanmakla ilgisiz olduğu göz önüne alındığında (göz bebeği boyutunun flaşa veya topa olan ilgiye göre değil, bilişsel yüke göre değişmesi bekleniyordu; sabitleme sayısının uzamsal aramayı yansıtması bekleniyordu), ilgi alanı olarak tam ekranı kullanmayı seçtik.
Mevcut protokol, hala birçok iyileştirmeye tabi olan embriyonik bir tekliftir. İyileştirme için çok daha fazla yer olmasına rağmen, bunlardan yalnızca ikisini vurgulayacağız. Birincisi, zaman penceresinin fiksasyon sayısı üzerindeki etkilerini yorumlamamızı engelleyen üç zaman penceresinin uzunluğundaki farklılıklarla ilgilidir (örneğin, daha uzun bir zaman penceresi daha fazla fiksasyon gerektirir, dolayısıyla TW0’dan TW1’e düşüş, bkz. Şekil 3). Bu sorunu çözmenin bir yolu, zaman birimi başına sabitleme sayısını göz önünde bulundurmaktır.
İkincisi, zaman pencereleri ile çeşitli konuları içeren varsayılan devam eden süreçler arasındaki yazışmalarla ilgilidir. Birincisi, TW1’in sadece uyaran görünümünü temsil etmediği, aynı zamanda muhtemelen aralık karşılaştırmasına yardımcı olan ve muhtemelen TW0’da bulunmayan açık bir aralık tahmini (ilk aralık) biçimini temsil etmesidir. Benzer bir şekilde, zaman pencereleri arasındaki değişiklikler, bu değişikliklerin bazıları bir aralık karşılaştırma görevinde beklenebilse de, sürekli dikkat ve çalışma belleği18 gibi genel süreçlerdeki değişiklikleri de yansıtabilir (çalışma belleği yükünün TW1’den TW2’ye göre artması beklenir). Bu potansiyel karışıklıkları azaltmanın bir yolu, saf süre tahmini, sürekli dikkat ve çalışma belleği ile ilgili kontrol görevlerini tanıtmak ve ardından göz izleme veri analizini deneysel (aralık karşılaştırması) ve kontrol görevleri arasındaki karşılaştırmaya dayandırmak olacaktır. Diğer bir konu ise TW0’ın süresinin görevle alakasız olması ve görevle alakasız sürelerinperformans 19’a zararlı olabileceği bilinmektedir. Gelecekteki çalışmalar, görsel işleme yanıtlarını daha iyi sınırlamak için TW0 (alakasız aralık) ve TW1 arasında 300 ms’lik bir fark yaratarak bunu iyileştirmeye odaklanabilir, çünkü kısa bir olay, yakın zamansal yakınlıkta başka bir olay ekleyerek sunumundan daha erken veya daha geç algılanmaya eğilimli olabilir20,21.
Son olarak, spontan göz kırpmaları, zaman algısını bozarak etkileyebilir (bir göz kırpma aralıktan önce gelirse zamanı genişletir, aynı anda meydana gelirse daralır), potansiyel olarak birey içi zamanlama performansında değişkenliğe neden olabilir22. Bu sorunu en aza indirmenin bir yolu, katılımcıların davranışsal yargılarına göz kırpmaya dayalı bir düzeltme faktörü uygulamak olacaktır (örneğin, uyaranlardan önce veya sırasında göz kırpmaların varlığına bağlı olarak her yargıya bir güvenilirlik oranı atayın. Ek olarak, denemeleri rastgele değişkenler olarak ele almanın istatistiksel yaklaşımını dahil etmek de bu sorunun ele alınmasına yardımcı olabilir.
Gelecekteki araştırmalarla ilgili olarak, ele alınması gereken önemli bir konu, spontan göz kırpma hızı (EBR) ile zaman algısı arasındaki ilişki olacaktır. EBR’nin merkezi dopamin fonksiyonunun (DA) invaziv olmayan dolaylı bir belirteci olduğu bilinmektedir23 ve daha yakın zamanlarda, yüksek ERB daha zayıf zamansal algı ile ilişkilendirilmiştir. Çalışma, aralık zamanlamasında dopaminin bir anlamını öne sürüyor ve ERB’nin dopamin ölçüsünün bir vekili olarak kullanılmasına işaret ediyor24. Bir diğer önemli konu, analiz ettiğimiz (değişimle ilgili) önlemlerin işlevsel anlamıdır ve bu da paradigmamız bağlamında henüz belirlenmemiştir. Orijinal çalışmada ve mevcut basitleştirilmiş veri setinde, TW0’dan TW1’e öğrenci büyüklüğündeki artışlar, artan bilişsel yük fikriyle tutarlıydı, ancak bu önlem üzerindeki grup etkilerinin olmaması daha fazla düşünceyi engellemektedir. Ortaya çıkan bir model, zaman pencerelerindeki daha küçük değişikliklerin daha iyi davranışsal performansla ilişkili olmasıdır (Balls’tan daha iyi yanıp söner ve daha küçük değişikliklerle ilgili disleksiklerde d-prime), ancak daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Sınırlamalarına rağmen, mevcut protokol, bildiğimiz kadarıyla, göz izleme ve davranışsal verilerde (aynı etki profili) paralel sonuçları ve ikisi arasındaki korelasyonun bazı kanıtlarını gösteren ilk protokoldür.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Portekiz Bilim ve Teknoloji Vakfı tarafından UIDB/00050/2020 hibeleri kapsamında desteklenmiştir; ve PTDC/PSI-GER/5845/2020. APC, PTDC/PSI-GER/5845/2020 (http://doi.org/10.54499/PTDC/PSI-GER/5845/2020) hibesi kapsamında tamamen Portekiz Bilim ve Teknoloji Vakfı tarafından finanse edilmiştir.
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).
