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Sensation and Perception

Repérage Spatial

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JoVE Science Education Sensation and Perception

Spatial Cueing

6.3: Perspectives on Sensation and Perception

6.11: The Inverted-face Effect

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07:51 min

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April 30, 2023

Overview

Source : Laboratoire de Jonathan Flombaum, Johns Hopkins University

Attention se réfère à la capacité humaine limitée pour sélectionner quelques informations pour le traitement au détriment des autres stimuli dans l’environnement. Attention opère dans toutes les modalités sensorielles : vision, audition, toucher, même goût et odeur. Il est le plus souvent étudié dans le domaine visuel bien. Un moyen courant pour étudier l’attention visuelle est un paradigme de repérage spatial. Ce paradigme permet aux chercheurs de mesurer les conséquences de la mise au point d’attention visuelle dans certains endroits et pas d’autres. Ce paradigme a été développé par le psychologue Michael Posner dans la fin des années 70 et début des années 80 dans une série de documents dans lequel il comparait l’attention à un coup de projecteur, sélectivement illuminant une partie d’une scène. ^{1, 2} , cette vidéo montre comment des procédures standard pour une expérience de repérage spatial pour étudier l’attention visuelle.

Procedure

1. matériel

L’expérience nécessite un ordinateur et un logiciel de mise en œuvre d’expérimentation telles que E-Prime, ou un environnement de programmation tels que MATLAB ou PsychoPy.

2. stimulus et le plan d’expérience

L’expérience comporte des courts essais dans lequel les participants doivent détecter et signaler une cible visuelle brève. Chaque épreuve compose de trois cadres. La figure 1 illustre les cadres.

Figure 1. Séquence des événements dans le paradigme de repérage spatial utilisé pour mesurer les conséquences de l’attention visuelle. Chaque essai commence la même manière, comme illustré dans l’image, avec une fixation centrale Croix et deux cases vertes de chaque côté. Dans le cadre de deux, la fixation croisée est remplacée par une flèche pointant vers une des deux cases (50 % du temps chaque). Enfin, dans le cadre de trois, une lettre est montré-soit un L ou une T-dans l’une des deux cases. Dans l’exemple illustré, la lettre est un L. Dans l’exemple de panneau de droite, la lettre apparaît dans la boîte de la flèche pointant vers, produisant un procès congruent. Dans le panneau sur la gauche, la lettre apparaît en face de la flèche, produisant un procès incongru. La mesure de l’intérêt est le temps qu’il faut un participant de faire une réponse correcte (le temps de réaction), en particulier, la différence moyenne entre les essais congrus et incongrues.

Dans le cadre un, il y a deux cases vertes, 1,0 x 1,0 po de chaque côté de l’écran, centré verticalement. En outre, il y a une fixation rouge croix faite de longues lignes de 0,5 po, situées exactement au centre de l’écran. Les cases vertes devraient être environ 1,5 po des bords de l’écran.
Dans le second cadre, la fixation croisée est remplacée par un signal, une flèche qui pointe vers une des deux cases vertes. Rendre la flèche rouge et facile à voir, comme illustré à la Figure 1.
Dans cadre trois, un ‘ t » ou « L » est ajouté à l’une des deux cases, et la flèche du châssis deux est remplacée par la réapparition de la fixation de croix.
1. Du participant doit indiquer si la lettre dans la boîte est un « L » ou un ‘ t ‘ en utilisant les touches appropriées. Chaque lettre s’affiche 50 % du temps.
2. Dans 80 % des essais, la lettre apparaît dans la boîte de la flèche pointant vers Danslecadrede deux. On appelle ces essais congrus. Dans les 20 % restants des essais, la lettre apparaît en face de la direction de la flèche. On appelle ces essais incongrues.
3. Dans l’ensemble, les lettres seront affiche tout aussi souvent à droite ou à gauche.
Séquence de l’expérience, tout comme décrit, pour inclure les justes proportions des essais congrus et incongrues dans un ordre aléatoire. Inclure le totales 400 essais (320 congrus et 80 incongrus).
Cadre on devrait rester présent dans chaque procès pour 100 ms, image 2 pour 100 ms, et cadre trois devrait rester présent jusqu’à ce qu’une réponse est enregistrée.
Enfin, n’oubliez pas de programmer l’expérience pour recueillir des données pertinentes. Le fichier de sortie doit avoir un en-tête similaire à celui affiché dans le tableau de la Figure 2, avec chaque ligne y compris les données d’un essai : le nombre de procès, la position de la lettre, qui est apparu (gauche ou droite), la lettre spécifique qui sont apparus (L ou T), que le procès soit congruent ou incongrues (appelé l’État), la pression faite par le participant et ce qui est important, le temps de réaction, le temps qu’il a fallu pour le participant de faire une pression de touche, mesurée depuis le début de la lettre. (Ce numéro doit être enregistré dans ms et devrait se situer entre 50 et 500).

Figure 2. Exemple de tableau d’organisation des données de sortie dans une expérience de repérage spatial. La principale mesure d’intérêt est le temps de réaction de chaque essai. En outre, la condition doit être enregistré afin de comparer les temps de réaction dans les essais congrus et incongrues, et le type de lettre et la réponse donnée sont nécessaires afin d’évaluer l’exactitude de la réponse. C’est aussi une bonne idée d’enregistrer la position de la lettre pour s’assurer que les essais s’affichent dans les proportions correctes. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

3. exécution de l’expérience

Pour exécuter l’expérience, recruter 10 à 20 personnes.
Lorsqu’un participant arrive dans le laboratoire, expliquent que l’expérience qu’ils vont faire vise à étudier la nature de l’attention visuelle et leur demander de remplir une entente de consentement éclairé.
Accueillir le participant devant votre ordinateur test, avec le dos de leur chaise de 60 cm de l’écran.
Expliquer les instructions pour eux en détail :
1. « Chaque essai de cette expérience sera plus ou moins le même. Vous verrez une fixation rouge croix au début de chaque essai. Il est important que vous gardez vos yeux fixés à cette position en permanence. Après 100 ms, la fixation de Croix sera remplacée par une flèche rouge pointant vers une des deux cases vertes qui seront aussi présente à l’écran. Enfin, après 100 ms, la flèche disparaît et une lettre s’affiche dans l’une des deux cases. Il sera toujours un L ou un T, et votre travail consiste à déclarer que celle qu’il utilise la clé appropriée. Nous voulons que vous fassiez un keypress aussi rapidement que possible, sans sacrifier la précision, donc c’est une bonne idée de garder votre index droit sur la clé de L et de votre index gauche sur la touche T en tout temps. Après avoir apporté une réponse, il y aura un demi-seconde de retard avant le début de l’essai suivant. Notez que la flèche rouge ne se pointera pas toujours à l’endroit où la lettre apparaîtra par la suite. Vous ferez 400 essais de l’expérience, qui devrait prendre environ 5 à 10 minutes. Il y aura une pause de deux minutes lorsque vous êtes à mi-chemin à travers. Avez-vous des questions ? »
Une fois vous répondez à vos questions, lancez le programme et observez le participant pour quelques essais pour s’assurer qu’ils ont compris les instructions. Ensuite, vous pouvez quitter la salle d’examen jusqu’à la fin de l’expérience.

4. analyse des résultats

Votre programme doit remplir automatiquement les cellules de votre tableau de résultats pour chaque participant en cours de l’expérience. Ainsi, à la fin de l’expérience, vous aurez une table avec 400 lignes représentant 400 essais pour chaque participant.
Tout d’abord, vérifiez que les réponses fournies sont exactes. Pour ce faire, ajoutez une colonne à la table appelée précision. La figure 3 montre une table de données de population.
1. Pour déterminer si la réponse était correcte, comparer les réponses données par les identités réelles des lettres indiqués. Rappelons que la table comporte une colonne pour chacun d’entre eux.
  1. Excel (ou autre logiciel) est capable de déterminer automatiquement si les réponses sont correctes en introduisant la formule suivante dans la nouvelle colonne intitulée exactitude :
    = Si (“Lettre Type” = “Réponse donnée”, 1, 0) cela signifie que si le caractère dans la colonne de Type de lettre est le même que celui de la colonne de la réponse donnée, il y aura un 1 dans la colonne de précision. Sinon, il y aura un 0, ce qui indique une mauvaise réponse.
  2. Calculer la précision moyenne pour chaque participant en faisant la moyenne ensemble les valeurs dans la nouvelle colonne de précision. Si la proportion de bonnes réponses pour un participant est inférieur à 0,8, ne pas poursuivre l’analyse des résultats du participant ; Ceci suggère que le participant soit mal compris les instructions, ou ne pas accorder la priorité à effectuer avec précision.
2. Maintenant, la mesure de l’intérêt peut être calculée. Moyenne ensemble le temps de réaction à un participant dans toutes les épreuves congruents et séparément, dans tous les essais incongrues. Pour tous les participants regroupés en calculer une moyenne congruente et incongrue.

Figure 3. Une table de données remplie avec les résultats de 25 essais de repérage spatial. La dernière colonne, portant la mention « Précision », a été ajoutée après l’expérience a été achevée, et une formule a été utilisée pour automatiser une vérification de l’exactitude. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Notre capacité à sélectionner certaines informations dans un environnement à traiter, tout en ignorant les autres stimuli, appelle l’attention.

Attention visuelle peut être manifeste — où les yeux visent consciemment vers un objet, comme une pleine lune montante — ou secrète, dans lequel une personne avis quelque chose qu’ils ne sont pas regardant directement.

Par exemple, un individu peut être regarder un signe pointant vers le côté gauche d’une bifurcation sur la route. Cependant, ils discernera encore une chouette voisine plus loin dans cette voie, parce que c’est le sens qu’ils sont repérées pour aller. Ce concept est dénommé repérage spatial — où attention secrète est décalée d’un signal particulier.

Basé sur des travaux antérieurs par le psychologue Michael Posner, cette vidéo montre comment exécuter une tâche informatisée de repérage spatial, y compris la façon d’interpréter les données enquêter sur une mesure de l’attention visuelle secrète — temps de réaction dans des essais congrus et incongrues.

Dans cette expérience, les participants doivent détecter et signaler brefs objectifs visuels qui mettent en valeur ultérieure évolution attention et mise au point.

Pendant chaque essai, les participants sont invités à observer les trois cadres qui se produisent dans l’ordre : cadre 1, une fixation rouge Croix, fait de longues lignes de ½ po, est situé dans le centre de l’écran. Deux boîtes vertes, chaque 1 par 1 po, sont centrés verticalement, 1,5 po des bords de l’écran.

Après 100 ms, la deuxième image apparaît pour cette même durée, mais cette fois, la fixation croisée est remplacée avec une queue — une flèche rouge pointant vers l’une des deux cases vertes.

Dans la troisième image, la flèche repère est simultanément remplacée avec la fixation de croix. Dans la moitié des essais, la lettre ‘ t ‘ est ajouté à l’une des deux cases, tandis que l’autre moitié contient la lettre « L » ; tous deux sont également répartis. Les participants sont priés d’identifier la lettre indiquée.

Après chaque réponse, un bref 500 ms inter-procès-intervalle se produit, et la séquence est répétée pour un total de 400 essais.

Ici, l’astuce est qu’ils sont congruentes, lorsque la lettre apparaît dans la boîte de la flèche est orientée à 80 % du temps, ou incongrues, lorsqu’il s’avère opposé du sens de la flèche pour 20 % des procès.

La variable dépendante est alors le temps qu’il faut un participant de faire une réponse correcte dans l’ensemble de types d’essais, qui est obtenu en choisissant simplement la lettre affichée dans la zone, quel que soit le côté.

Participants sont attendus, en moyenne, pour être plus rapide à répondre au cours des essais conformes par rapport à celles incongrues, montrant ainsi que les avantages associés à repérage la localisation spatiale des où l’on devrait concentrer leur attention.

En prévision de l’expérience, ouvrez le logiciel et vérifiez que le paradigme de repérage spatial fonctionne correctement.

Après avoir recruté des participants, amener chacun d’eux dans le laboratoire et expliquer que la tâche est conçue pour étudier la nature de l’attention visuelle. Avant de procéder, demandez-leur de remplir un formulaire de consentement éclairé.

Pour commencer, siège le participant devant l’ordinateur de test, avec le dos de leur chaise de 60 cm de l’écran. Expliquer les instructions de la tâche et répondre à vos questions.

Lorsque le participant est prêt, laissez-les démarrer le programme en appuyant sur la barre d’espace. Observez-les sur quelques essais pour s’assurer qu’ils sont soit en appuyant sur la touche « L » ou ‘ t ‘ dès que la lettre s’affiche sur l’écran.

Quitter la salle d’examen qu’ils complètent les 400 essais. Au milieu de l’expérience, prévoir une pause de 2 min, rendant la tâche totale est inférieure à 10 min.

Pour commencer l’analyse des données, tout d’abord récupérer les données saisies qui ont été initialement programmées dans un fichier de sortie.

Notez que les données pour les éléments suivants doivent être renseignées automatiquement dans la table : le nombre de procès, la position de la lettre, le type de lettre, la condition, la réponse réelle, donnés par le participant et ce qui est important, le temps de réaction — mesuré depuis le début de la lettre à la pression de la touche.

Ensuite, vérifier si les réponses fournies sont exactes en ajoutant une colonne appelée « Précision » à la table. Pour remplir cette colonne, créer une formule pour comparer « Lettre Type » avec le « donné de réponse », tels qu’un 1 représente une réponse correcte, et 0 indique une réponse incorrecte.

Maintenant, vérifiez que les valeurs de précision moyenne totale pour chaque participant sont au-dessus de 0,8 à veiller à ce que les participants ont compris les instructions de la tâche.

Pour visualiser les données, graphique des moyenne des temps de réaction participants par type de procès. Notez qu’ils ont répondu à environ 200 ms plus vite en harmonie par rapport aux essais incongrues.

Cet écart suggère que la flèche placée aux participants d’assister à un emplacement spatial particulier, qui leur permet de plus rapidement traiter et identifier la lettre quand il est apparu là.

Maintenant que vous êtes familier avec la conception d’une expérience visant à examiner le repérage spatial, examinons comment les chercheurs ont utilisé des variations du paradigme pour étudier comment attentionnel changements de capacité en cas de traumatisme crânien ainsi que des altérations dans les exigences de la tâche.

Des études utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle a indiqué que les régions dans le lobe pariétal sont impliquées dans la capacité d’orienter l’attention sur un emplacement dans l’espace.

Dans les patients avec des lésions focales en raison d’accidents vasculaires cérébraux ou des tumeurs, Posner et ses collègues ont découvert que des temps de réaction étaient plus longs pendant incongru par rapport aux essais congrus et, notamment, par rapport aux contrôles neurologiques — ceux qui ont des lésions à l’extérieur de la zone pariétale — qui confirment l’importance fonctionnelle de cette région.

Aussi, comme vous l’avez déjà appris, l’inclusion des repères dans la tâche conduit à pensées anticipatoires de l’endroit où l’attention, même si ces attentes ne peuvent pas être satisfaits.

Les chercheurs ont adapté le paradigme pour identifier les types de stimuli, comme des flashs lumineux inattendus, pouvant entraîner automatiquement attention à décaler. De telles modifications pourraient bénéficier les personnes qui peuvent avoir de difficulté à se concentrer en vertu des exigences limitées, comme ceux atteints de troubles de l’Attention-hyperactivité.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE de repérage spatial. Maintenant vous devriez avoir une bonne compréhension de comment concevoir et mener un paradigme de l’attention visuelle secrètes ainsi que la façon d’analyser et d’interpréter les exigences attentionnels lorsque les repères sont attendus et incompatibles.

Merci de regarder !

Results

La figure 4 montre la moyenne des temps de réaction pour un groupe de participants, en comparant les essais congrus et incongrues. Y participaient, en moyenne, environ 200 ms plus rapide de répondre dans les essais congrus. Cela montre les avantages associés à l’emplacement où on assiste et les coûts dans d’autres endroits. La flèche a donné aux participants, 80 % des informations fiables sur où la lettre apparaît dans chaque procès, si les participants dirigée attention visuelle à la position indiquée par la flèche. Quand la lettre est ensuite apparue dans cette position, dont il a fait la plupart du temps, les participants pouvaient traiter et identifier rapidement. Quand la lettre est apparu en face cependant, les participants devaient porter leur attention sur l’écran pour ensuite traiter et identifier la lettre présentée, un déplacement de l’attention qui semblait avoir pris environ 200 ms, en moyenne.

Figure 4. Temps de réaction des résultats d’une expérience de repérage spatial. Participants ont répondu en général plus rapidement en harmonie par rapport aux essais incongrues. Dans les essais congruentes, la flèche repère a fait à l’endroit où une lettre est apparue par la suite. Mais dans les essais incongrues, on fait face. La différence de temps de réaction suggère que la flèche a conduit les participants à assister à la zone indiquée par la flèche, ce qui leur permet de plus rapidement traiter et identifier la lettre quand il est apparu il y.

Applications and Summary

Depuis son introduction dans les années 1970, la tâche de repérage spatial a été utilisée largement par les chercheurs, par exemple, afin d’identifier les types de stimuli pouvant entraîner automatiquement attention à décaler. Par exemple, les chercheurs ont étudié si des éclairs lumineux et sons forts entraîne automatiquement attention à décaler. Dans ces expériences les lettres qui doivent être identifiés sont parfois précédées de sons et lumières inattendues. Chercheurs peuvent alors comparer les vitesses de détection quand un flash lumineux, par exemple, précède une lettre dans la même position ou dans une position différente. Un coût associé à un flash dans une position inverse implique que le flash capturées automatiquement l’attention.

Dans les années 1990 et après, la tâche est devenue un important pour une utilisation en conjonction avec l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle afin d’identifier les centres neurologiques impliqués dans le contrôle de l’attention spatiale. En comparant l’activité cérébrale dans des conditions conformes et incongrues, des chercheurs ont découvert que les régions du lobe pariétal sont impliquées dans le déplacement attentionnel supplémentaire qui se déroule dans les essais incongrus par rapport à ceux congruents.

References

Posner, M. I. (1980). Orienting of attention. Quarterly journal of experimental psychology, 32(1), 3-25.
Posner, M. I., Snyder, C. R., & Davidson, B. J. (1980). Attention and the detection of signals. Journal of experimental psychology: General, 109(2), 160.

Transcript

Our ability to select certain information in an environment to process, while ignoring other stimuli, is referred to as attention.

Visual attention can either be overt—where the eyes are consciously aimed towards an object, like a rising full moon—or covert, in which a person notices something that they are not looking at directly.

For example, an individual might be staring at a sign pointing towards the left side of a fork in the road. However, they will still discern a nearby owl further down that path, because that’s the direction they are cued to go. This concept is referred to as spatial cueing—where covert attention is shifted by a particular signal.

Based on previous work by psychologist Michael Posner, this video demonstrates how to execute a computerized spatial cueing task, including how to interpret data investigating a measure of covert visual attention—reaction times across congruent and incongruent trials.

In this experiment, participants must detect and report brief visual targets that showcase focus and subsequent shifts in attention.

During every trial, participants are asked to observe three frames that occur in order: In frame 1, a red fixation cross, made of ½-in. long lines, is located in the center of the display. Two green boxes, each 1 by 1 in., are centered vertically, 1.5 in. away from the edges of the display.

After 100 ms, the second frame appears for this same duration, but this time, the fixation cross is replaced with a cue—a red arrow that points towards one of the two green boxes.

In the third frame, the cue arrow is simultaneously replaced with the fixation cross. In half of the trials, the letter ‘T’ is added to one of the two boxes, whereas the other half contains the letter ‘L’; both are equally distributed. Participants are asked to identify the letter shown.

Following every response, a brief 500-ms inter-trial-interval occurs, and the sequence is repeated for a total of 400 trials.

Here, the trick is that they are either congruent, where the letter appears in the box that the arrow is pointing to 80% of the time, or incongruent, where it appears opposite of the arrow’s direction for 20% of the trials.

The dependent variable is then the time it takes a participant to make a correct response across trial types, which is achieved by simply choosing the letter shown in the box, regardless of the side.

Participants are expected, on average, to be faster at responding during congruent trials compared to incongruent ones, thus showing the advantages associated with cueing the spatial location of where one should focus their attention.

In preparation for the experiment, open the software program and verify that the spatial cueing paradigm is working correctly.

After recruiting participants, bring each one into the lab and explain that the task is designed to investigate the nature of visual attention. Before proceeding, ask them to complete an informed consent form.

To begin, seat the participant in front of the testing computer, with the back of their chair 60 cm away from the monitor. Explain the task instructions and answer any questions.

When the participant is ready, allow them to start the program by pressing the spacebar. Observe them over a few trials to ensure that they are either pressing the key ‘L’ or ‘T’ as soon as the letter appears on the screen.

Leave the testing room as they complete the 400 trials. Halfway through the experiment, provide a 2-min break, making the total task time less than 10 min.

To begin data analysis, first retrieve the captured data that were initially programmed into an output file.

Note that data for the following items should automatically be populated into the table: the trial number, the letter position, the letter type, the condition, the actual response given by the participant, and importantly, the reaction time—measured from the onset of the letter to the keypress.

Next, check whether the responses provided are accurate by adding a column called ‘Accuracy’ to the table. To populate this column, create a formula to compare ‘Letter Type’ with the ‘Response Given’, such that a 1 represents a correct response and 0 indicates an incorrect answer.

Now, verify that the total averaged accuracy values for each participant are above 0.8 to ensure that participants understood the task instructions.

To visualize the data, graph the average reaction times across participants by trial type. Note that they responded about 200 ms faster in congruent compared to incongruent trials.

This difference suggests that the arrow cued participants to attend to a particular spatial location, allowing them to more quickly process and identify the letter when it appeared there.

Now that you are familiar with designing an experiment to examine spatial cueing, let’s examine how researchers have used variations of the paradigm to investigate how attentional ability changes in cases of brain injury along with alterations in task demands.

Studies using functional magnetic resonance imaging indicated that regions within the parietal lobe are involved in the ability to orient attention to a spatial location.

In patients with focal damage due to strokes or tumors, Posner and colleagues discovered that reaction times were longer during incongruent compared to congruent trials and notably, when compared to neurological controls—those with lesions outside of the parietal area—which confirm the functional significance of this region.

Also, as you’ve learned already, the inclusion of cues in the task leads to anticipatory thoughts of where to focus attention, even though those expectations might not be met.

Researchers have adapted the paradigm to identify the kinds of stimuli, like unexpected bright flashes, that may automatically cause attention to shift. Such modifications could benefit individuals that may have trouble focusing under constrained demands, like those with Attention-Deficit-Hyperactivity Disorder.

You’ve just watched JoVE’s introduction to spatial cueing. Now you should have a good understanding of how to design and conduct a covert visual attention paradigm as well as how to analyze and interpret attentional demands when cues are both expected and mismatched.

Thanks for watching!