Un diseño experimental multidisciplinar iológico y multimodal para estudiar experiencias de examen auténtico casi en tiempo real
4 de septiembre de 2019
Se desarrolló un diseño experimental para investigar las influencias en tiempo real de una experiencia de examen para evaluar las realidades emocionales que los estudiantes experimentan en entornos y tareas de educación superior. Este diseño es el resultado de un enfoque interdisciplinario (por ejemplo, psicología educativa, biología, fisiología, ingeniería) y multimodal (por ejemplo, marcadores salivales, encuestas, sensor electrodérmico).
El protocolo permite a los investigadores de ciencias sociales, psicología, educación, ingeniería y otras disciplinas interesadas en el uso de la biometría y múltiples técnicas para entender el examen, el aula y experiencias auténticas similares. La principal ventaja de esta técnica es que tiene como objetivo encontrar las posibles fuentes de ruido debido a los artefactos de movimiento en los datos. Además, el protocolo es fácil de implementar y minimiza el uso de software costoso.
Si bien el diagnóstico de una enfermedad no es nuestro objetivo previsto, las tecnologías que utilizamos a través de sensores electrodérmicos y biomarcadores salivales tienen el potencial de detectar anomalías fisiológicas y biológicas en un participante. Este método puede proporcionar información sobre la investigación de la psicología educativa explorando construcciones motivacionales y emocionales en el aula. También podría ser utilizado en marketing, negocios, diseño, y otras áreas de investigación que involucran los procesos cognitivos y emocionales de un individuo.
La principal lucha que un investigador tendrá con este método es sincronizar el tiempo los eventos que pretenden estudiar mientras se dan cuenta de las limitaciones de las técnicas fisiológicas y biológicas existentes. Es importante comprender el proceso de actividad electrodérmica, especialmente el proceso de trabajo de los sensores electrodérmicos, ya que las técnicas de filtrado de código abierto existentes son limitadas. Dado que esta técnica está dirigida a diseños cuasi-experimentales utilizando múltiples técnicas y conocimientos disciplinarios, una demostración visual de este método es esencial para permitir a los investigadores presenciar los pasos paralelos y coordinados necesarios para ejecutar con éxito este método.
Comience configurando un espacio de trabajo con distracciones mínimas. Una respuesta de sobresal punto de vista activada involuntariamente puede crear un pico significativo en la actividad electrodérmica, o EDA. Asegúrese de que la presentación de la pregunta de la encuesta esté sincronizada con el sensor electrodérmico.
Utilice el reloj interno del ordenador para establecer un marco de tiempo de recopilación de datos y, si utiliza sensores electrodérmicos habilitados para Bluetooth, sincronice los tiempos en greenwich Meridian Time. Es fundamental que todos los instrumentos, incluidas las encuestas, el protocolo de examen, los sensores electrodérmicos y las cámaras web se sincronicen al mismo tiempo, por lo que no hay cambios en los tiempos de grabación de cada fuente de datos. Si es necesario, configure cámaras web para medir la cara del participante en diferentes ángulos.
Consulte el manuscrito para obtener recomendaciones sobre el posicionamiento de la cámara. Para las lecturas de sensores electrodérmicos, designe un período de tiempo durante el cual los participantes se encuentran en un estado relajado para establecer datos de EDA de referencia. Indique a los participantes que miren fijamente el escudo de prueba durante cinco a 15 minutos al comienzo del examen, o programe esta señal en la computadora.
Para recoger muestras de saliva, prepare un refrigerador con hielo seco que tenga una temperatura interna de menos 20 grados Celsius. Esto evitará la degradación a temperatura ambiente de las enzimas para las muestras de cortisol. Si utiliza el método de recolección de hisopos, indique a los participantes que guarden el hisopo en la mejilla interna o debajo de la lengua durante 60 segundos.
Desarrollar un sistema de marcación que permita a los participantes notificar al investigador cuando la muestra salival esté lista para ser recogida. En preparación para el experimento, pre-programar a los participantes a una sesión de examen, evaluar cualquier información médica y hábitos dietéticos, tomar nota del dominio de la mano para la recolección de EDA, y recordar a los participantes para evitar el consumo de productos azucarados o con cafeína en el día del experimento. Antes de la llegada de los participantes, asegúrese de que los sensores estén correctamente calibrados, que se hayan cuidado las actualizaciones de software y que los sensores se hayan limpiado con toallitas de alcohol al 70%.
Coloque el sensor EDA en la muñeca no dominante del participante colocando el sensor con el botón mirando hacia abajo hacia el pulgar. Pida al participante que dibuje una línea imaginaria desde el espacio entre el segundo y el tercer dedo hasta su área de muñeca media, y coloque los electrodos del sensor allí. Pida a los participantes que ajusten las correas del sensor.
Al iniciar el sensor, siga los protocolos del fabricante para asegurarse de que están configurados para recopilar datos. Para los dispositivos utilizados en este protocolo, presione el botón del sensor durante tres segundos. Una luz verde parpadeará intermitentemente, seguida de una luz roja parpadeante, y luego se desvanecerá.
Durante el desvanecimiento, pulse el botón una vez durante un segundo y, si parpadea en rojo, está grabando datos. Para apagar el sensor, pulse el botón durante tres segundos. La luz verde en la parte inferior de la pulsera se desvanecerá.
Recupere datos del sensor conectándolos al ordenador y cargándolos en el sistema de software de gestión. Si recoge muestras salivales, vierta una onza de agua para los participantes a su llegada a la sala experimental, y pídales que se desvíen y la traguen. Durante el examen, use las indicaciones de tiempo para indicar a los participantes cuándo es el momento de recoger saliva.
Espere 60 segundos para la recolección de muestras y devuélvalos al examen. Al recoger muestras salivales, use guantes de nitrilo fresco para minimizar las partículas de polvo o contaminantes de los aceites de mano que se transferirán al vial de muestra. Transfiera inmediatamente las muestras al refrigerador preparado con una temperatura interna de menos 20 grados centígrados.
Para proporcionar una experiencia de prueba auténtica, consulte con el instructor del curso para alinear el contenido del examen con el contenido del curso y seleccione una evaluación del contenido del curso que se puede replicar en una configuración experimental. Además, asegúrese de que el entorno de prueba es paralelo a la configuración experimental. Acomodarse para las interrupciones en la toma de pruebas asignando tiempo adicional de toma de pruebas y diseñando el programa de examen para devolver a los estudiantes a un problema de examen en particular si una solicitud de encuesta los interrumpió.
Asegúrese de que el tiempo de interrupción sea coherente entre los participantes. Incluya períodos de calibración y relajación a lo largo de la experiencia del examen comenzando con una pregunta simple y permitiendo a los participantes 30 segundos descansar entre cada pregunta del examen. Por último, asegúrese de que el programa de marca de tiempo tenga en cuenta cualquier cambio en el examen para permitir la coincidencia de orígenes de datos.
Es importante que los períodos de calibración y relajación se representen en el protocolo, especialmente para los sensores electrodérmicos y los biomarcadores salivales, ya que se necesitan valores de referencia para determinar el ruido de la señal o los datos atípicos. Se probaron dos diseños experimentales, diseño A con sensores Y estudios EDA y diseño B con biomarcadores salivales añadidos. Aunque la dificultad del examen fue la misma, se encontraron diferencias opuestas en los valores medios de EDA entre las respuestas correctas e incorrectas en diferentes puntuaciones de autoeficacia.
Para el diseño experimental B, la EDA media, así como el cortisol y la alfa-amilasa salival, o sAA, se midieron al principio, medio, fin y 20 minutos después del examen. Los niveles de EDA disminuyeron de principio a fin del examen, pero se recuperaron 20 minutos después, una tendencia que fue paralela por el cortisol y el sAA. Se encontró significación estadística entre EDA y sAA al principio y a la mitad del examen, mientras que la EDA y el cortisol mostraron importancia entre el medio y el final del examen.
En la marca de 20 minutos, EDA y sAA, así como cortisol y sAA, mostraron importancia entre sí. Asegúrese de que la sincronización de instrumentos y protocolos esté automatizada tanto como sea posible y compruebe si hay errores antes del inicio del experimento. Este procedimiento permite la integración de otras biometrías, como los desencadenantes oculares, electromiógrafos, así como otras formas de servicio que incluyen preguntas abiertas y indicaciones de vídeo, entre otras.
Esta técnica puede ser utilizada por los investigadores para explorar las conexiones entre la cognición, el efecto, la fisiología y el rendimiento.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo detallado para estudiar experimentalmente las respuestas emocionales y fisiológicas en tiempo real de los estudiantes durante experiencias reales de exámenes. El método integra sensores de actividad electrodérmica (EDA) y la recolección de biomarcadores salivales en un entorno de evaluación en el aula realista, con el objetivo de superar las limitaciones de las mediciones subjetivas basadas en autorreportes y los estudios fisiológicos realizados en laboratorio.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Psicología educativa
- Medición fisiológica
- Diseño experimental en educación
Antecedentes
- Los estudios tradicionales de las emociones en las aulas dependen en gran medida de medidas subjetivas, como encuestas y entrevistas.
- La medición objetiva y en tiempo real de los estados emocionales de los estudiantes durante las actividades en clase se ve limitada por desafíos metodológicos y técnicos.
- Los estudios fisiológicos existentes suelen realizarse fuera de entornos educativos auténticos o no están sincronizados con las tareas del aula.
- Existe la necesidad de protocolos que aborden la selección de participantes, la replicabilidad, la validez y la sincronización de datos en la investigación multimodal de las emociones.
Objetivo del estudio
- Desarrollar y demostrar un protocolo para capturar las respuestas fisiológicas y emocionales en tiempo real de los estudiantes durante exámenes en entornos auténticos del aula.
- Minimizar el ruido y los artefactos en la recopilación de datos fisiológicos, especialmente aquellos originados por el movimiento.
- Proporcionar un método replicable y rentable para integrar la biometría en la investigación educativa.
Métodos Utilizados
- Colocación y calibración del sensor de actividad electrodérmica (EDA) en la muñeca no dominante de los participantes.
- Recolección de biomarcadores salivales (cortisol y alfa-amilasa) en múltiples momentos (inicio, mitad, final y tras el examen).
- Sincronización de todas las fuentes de datos (sensores, encuestas, cámaras) mediante relojes de computadora y protocolos de tiempo estandarizados.
- Establecimiento de períodos basales y de relajación para obtener mediciones fisiológicas precisas.
- Contenido y entorno de examen auténticos, alineados con el material del curso y las necesidades experimentales.
- Procedimientos de manejo de datos, incluyendo enfriamiento inmediato de las muestras y prevención de contaminación.
Resultados principales
- Se probaron dos diseños experimentales: uno con EDA y encuestas, y otro que añadía biomarcadores salivales.
- Los valores medios de EDA diferían entre respuestas correctas e incorrectas, variando según las puntuaciones de autoeficacia.
- Los niveles de EDA, cortisol y sAA disminuyeron durante el examen y se recuperaron tras él, con correlaciones significativas en puntos temporales específicos.
- El protocolo logró minimizar los artefactos por movimiento y permitió la recopilación sincronizada de datos multimodales en un entorno de aula.
Conclusiones
- Este protocolo permite la medición objetiva y en tiempo real de las respuestas emocionales y fisiológicas de los estudiantes durante evaluaciones auténticas.
- Es adaptable para su uso en diversas disciplinas y contextos de investigación más allá de la educación, como el marketing y la ciencia cognitiva.
- La sincronización y calibración adecuadas son fundamentales para la validez de los datos; se recomienda la automatización siempre que sea posible.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este protocolo permite la monitorización fisiológica en tiempo real durante tareas cognitivas auténticas, ofreciendo un marco para reducir los riesgos en la validación de dianas en el descubrimiento de fármacos neuropsiquiátricos mediante la captura de biomarcadores objetivos del estrés y la activación. Al integrar la actividad electrodérmica y ensayos salivales en entornos ecológicamente válidos, facilita una comprensión mecanicista de las vías cognitivo-emocionales relevantes para los tratamientos del sistema nervioso central. El enfoque mejora la confianza predictiva en las fases iniciales del descubrimiento al vincular las respuestas fisiológicas con resultados conductuales en condiciones controladas pero naturalistas.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la exploración de las vías de respuesta al estrés mediante la medición sincronizada de EDA y biomarcadores salivales durante desafíos cognitivos.
- Valor operativo: Reduce los factores de confusión derivados de artefactos por movimiento mediante sincronización guiada por protocolo y corrección de la línea base.
- Valor predictivo: Facilita la comprobación de hipótesis específicas al correlacionar las fluctuaciones fisiológicas con los resultados de rendimiento en contextos ecológicamente válidos.
Desarrollo y cribado de ensayos
- Valor científico: Proporciona un marco estandarizado para la recolección de cortisol salival y alfa-amilasa bajo condiciones controladas de tiempo.
- Valor operativo: Minimiza la variabilidad preanalítica mediante el manejo de muestras con estabilización de temperatura y señales sincronizadas de recolección.
- Preparación para cribado: Establece valores basales reproducibles de biomarcadores esenciales para la calificación de ensayos en flujos de trabajo de descubrimiento.
Investigación Traslacional y Preclínica
- Continuidad Translacional: Conecta los hallazgos mecanicistas de fase de descubrimiento con modelos preclínicos al validar la dinámica de biomarcadores en paradigmas de estrés cognitivo similares al humano.
- Reducción Mecanicista de Riesgos: Clarifica las relaciones temporales entre las fluctuaciones de EDA, cortisol y sAA durante tareas cognitivas, lo que permite determinar el momento óptimo de interacción con el objetivo.
- Confianza Predictiva: Permite la validación cruzada de la activación del eje de estrés, reduciendo la dependencia de supuestos basados en un solo biomarcador durante la optimización de compuestos líderes.
Integración de la Canalización y del Flujo de Trabajo
El método se integra en los flujos de trabajo de descubrimiento temprano en los que la fenotipificación fisiológica objetiva orienta la selección de dianas y la validación de vías, particularmente para compuestos que modulan el SNC.
- Biología del Descubrimiento: Facilita la aclaración de vías al vincular biomarcadores electrodérmicos y salivales con el rendimiento cognitivo durante la realización de tareas.
- Selección: Proporciona salidas cuantitativas y resueltas temporalmente de biomarcadores que permiten comparar los efectos de compuestos en distintas condiciones.
- Análisis: Genera conjuntos de datos sincronizados y multimodales adecuados para el modelado estadístico de las relaciones fisiológico-cognitivas.
- Investigación Traducional: Se alinea con las decisiones de avance basadas en biomarcadores al demostrar respuestas reproducibles del eje de estrés en contextos auténticos de realización de tareas.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para la evaluación fisiológica multimodal en diversos proyectos de descubrimiento que involucren puntos finales cognitivos o emocionales.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza en la validación del objetivo mediante lecturas fisiológicas objetivas y en tiempo real durante desafíos cognitivos.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad mediante la colocación estandarizada de sensores, sincronización temporal y controles ambientales.
- Valor estratégico: Mejora la calidad de las decisiones de avance o interrupción al reducir el ruido biológico en datos de biomarcadores de fase temprana.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de objetivos basada en la coherencia mecanicista entre resultados fisiológicos y conductuales.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en psicofisiología, manejo de biomarcadores y sincronización de datos multimodal.
- Necesita sensores electrodérmicos calibrados, almacenamiento con temperatura controlada para muestras salivales y software de marcado de tiempo.
- Exige alineación entre equipos de comportamiento, fisiología y análisis de datos para el cumplimiento del protocolo.
- Requiere adaptación de la frecuencia de muestreo y la colocación de sensores al trasladar el método entre sistemas modelo o paradigmas de tareas.
- Limitado por artefactos debidos al movimiento del participante y la variabilidad ambiental, lo que exige procedimientos rigurosos de línea base y filtrado de ruido.
