Definiowanie roli języka w kategoryzacji obiektów niemowląt za pomocą paradygmatów śledzenia ruchu gałek ocznych
8 lutego 2019
Tutaj prezentujemy protokół paradygmatów testów zapoznawczych, które zapewniają bezpośredni test kategoryzacji niemowląt i pomagają zdefiniować rolę języka we wczesnym uczeniu się kategorii.
Ta metoda testu zapoznawczego ujawnia, w jaki sposób niemowlęta tworzą kategorie obiektów wizualnych i jakie warunki najsilniej wspierają ich naukę. Korzystając tylko z ruchów gałek ocznych niemowląt, możemy zmierzyć, jak skutecznie uczą się danej kategorii. Wtedy możemy bezpośrednio porównać tę naukę w szerokim zakresie różnych warunków uczenia się.
Zacznij od stworzenia bodźców wizualnych do eksperymentu. Aby utworzyć nową kategorię ciągłą, najpierw zaprojektuj parę nowatorskich obrazów cyfrowych. Następnie przekształc parę obrazów, aby utworzyć kontinuum przykładów między dwoma oryginalnymi obrazami.
Utwórz w ten sposób co najmniej dwie kategorie, tak aby jedna z nich mogła służyć jako kategoria, której należy się nauczyć, podczas gdy druga stanowiła wzór kategorii powieści dla próby testowej. Następnie wybierz przykłady zapoznawcze w równych odstępach czasu z każdego kontinuum poznanych kategorii. Wybierz odpowiednią liczbę przykładów i współmierną do trudności kategorii i wieku uczestników.
Aby utworzyć przykłady dla fazy testowej, wybierz punkty środkowe kontinuum znanych kategorii i kontinuum kategorii powieściowych. Następnie dopasuj kolor nowego wzorca do koloru znanego wzorca za pomocą programu do manipulacji obrazem. Zarówno w przypadku etykietowania, jak i nieetykietowania należy używać wcześniej nagranych bodźców słuchowych wytwarzanych przez native speakerkę języka angielskiego w dźwiękoszczelnej kabinie.
Aby zebrać odpowiednie dane do testu zapoznawczego, wystarczą najbardziej powszechnie dostępne urządzenia do śledzenia ruchu gałek ocznych. Obiekty zajmują duże części ekranu, a analiza danych bada wydajność w długim oknie. Korzystając z oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych, utwórz cztery różne warunki, w pełni nadzorowane, nienadzorowane, częściowo nadzorowane i odwrócone częściowo nadzorowane.
Upewnij się, że te warunki są oddzielne, tak aby każde niemowlę widziało tylko jeden warunek. Następnie wygeneruj co najmniej dwie pseudolosowe sekwencje wzorców uczenia się z ograniczeniem, że nie więcej niż dwa przykłady z tej samej strony kontinuum mogą być pokazane kolejno. Teraz użyj oprogramowania do edycji wideo, aby stworzyć filmy zapoznawcze, które łączą wcześniej utworzone bodźce słuchowe z bodźcami wizualnymi, odpowiednio do każdego stanu.
Na przykład w warunku w pełni nadzorowanym połącz każdy przykład zapoznania z frazą etykietowania. W stanie nienadzorowanym sparuj każdy przykład zapoznania z frazą bez etykietowania. W stanie częściowo nadzorowanym sparuj tylko dwa pierwsze przykłady w każdej kolejności z frazami etykietowania, ale resztę z frazami bez etykietowania.
W przypadku odwróconego warunku częściowo nadzorowanego sparuj dwa ostatnie przykłady z frazami etykietowania, ale pierwsze cztery z frazami bez etykietowania. Prześlij te filmy do oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych, pamiętając, aby zamówić filmy zapoznawcze zgodnie z pseudolosową kolejnością. Prześlij również krótką, przyciągającą uwagę animację wyświetlaną na środku ekranu po zapoznaniu się z nią, aby upewnić się, że większość niemowląt patrzy na środek ekranu, gdy rozpoczyna się faza testu.
Na koniec dla każdej kategorii edukacyjnej zaprojektuj dwie próby testowe, z których każda zawiera dwa przykłady wyświetlane obok siebie. W obu przypadkach należy się upewnić, że jeden przykład reprezentuje punkt środkowy znanej już kategorii, podczas gdy drugi reprezentuje punkt środkowy kategorii powieści. Upewnij się, że próby testowe trwają od 5 do 20 sekund, aby zgromadzić wystarczający wygląd, i zrównoważ próby, tak aby położenie lewego prawego nowego egzemplarza w próbie testowej było odwrócone w poprzek filmów.
Prześlij próby zadań do oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych, umieszczając je po zapoznaniu się z uwagą. Przeciwwaga dla prezentacji tych prób sprawia, że każde niemowlę ma równe szanse na zobaczenie lewego lub prawego nowego badania testowego. Zanim niemowlę pojawi się na świecie, ustaw urządzenie do śledzenia ruchu gałek ocznych.
Losowo przypisz niemowlę do warunku i kolejności, a następnie otwórz oprogramowanie do śledzenia ruchu gałek ocznych i wybierz przypisaną parę kolejności warunków i wprowadź numer uczestnika do nagrania. Po uzyskaniu zgody na badanie należy przyprowadzić niemowlę i opiekuna do sali śledzenia ruchu gałek ocznych. Upewnij się, że pomieszczenie jest umiarkowanie oświetlone, bez rozpraszających dekoracji na ścianach.
Posadź opiekuna w odpowiedniej odległości dla używanego modelu urządzenia do śledzenia ruchu gałek ocznych. Jeśli niemowlę nie chce siedzieć na kolanach opiekuna, może siedzieć samodzielnie lub może siedzieć w foteliku samochodowym. Jeśli niemowlę siedzi na kolanach opiekuna, poinstruuj go, aby w żaden sposób nie wpływał na zachowanie niemowlęcia, ale starał się utrzymać niemowlę w centrum uwagi na kolanach opiekuna.
Następnie zapewnij opiekunowi parę zaciemnionych okularów przeciwsłonecznych do noszenia, aby nie widział bodźców. Teraz poproś niemowlę, aby spojrzało na ekran urządzenia do śledzenia ruchu gałek ocznych. Rozważ wyświetlenie angażującego obrazu lub filmu, aby przyciągnąć ich uwagę.
Ekran powinien być ustawiony w taki sposób, aby oczy niemowlęcia znajdowały się w oknie kalibracji. Następnie, jeśli to możliwe, wykonaj procedurę kalibracji eyetrackerów, używając pięciopunktowej kalibracji. Niemowlęta często reagują lepiej, gdy obraz kalibracyjny jest animacją z akompaniamentem słuchowym.
Jeśli niemowlę przejdzie kalibrację, rozpocznij eksperyment, jeśli nie, kontynuuj kalibrację, aż się powiedzie. Wszystkie niemowlęta, których nie można skalibrować, powinny zostać wykluczone z badania. Ten rysunek przedstawia średnie wyniki preferencji w różnych warunkach.
Niemowlęta w warunkach pełnego nadzoru i częściowo nadzorowane wykazywały preferencje dotyczące nowości znacznie powyżej przypadku. Podczas gdy niemowlęta w warunkach półnadzorowanych bez nadzoru i odwróconych, wykonywane na poziomie szansy. Tutaj widzimy wzorce wyglądu niemowląt podczas testów.
W warunkach w pełni nadzorowanych i nienadzorowanych oraz w warunkach częściowo nadzorowanych i odwróconych częściowo nadzorowanych, wzorzec patrzenia niemowląt na wzorce rozchodził się między 3450 a 3850 milisekundami. Kolorowe zacienione obszary wskazują błąd standardowy średniej. Ta procedura może być stosowana u niemowląt w różnym wieku i z różnych materiałów, które różnią się złożonością.
W związku z tym każdy nowy projekt musi odzwierciedlać zdolność uczenia się niemowląt w tym zamierzonym wieku. Możemy dalej pytać, czy i w jaki sposób mierzone tutaj zdolności niemowląt korelują z przyswajaniem przez niemowlęta późniejszych kamieni milowych w rozwoju językowym, a nawet je przewidują. Takich jak rozmiar słownictwa lub szyk słów.
Technika ta pozwoliła naukowcom zajmującym się rozwojem badać funkcje poznawcze i percepcję u niemowląt w wieku zaledwie dwóch miesięcy. Nadal rzuca światło na sposoby, w jakie język ułatwia naukę w okresie niemowlęcym.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół dla paradygmatów testowych opartych na oswojeniu, które bezpośrednio badają kategoryzację u niemowląt oraz analizują rolę języka w procesie wczesnej nauki kategorii. Metoda ta pozwala ukazać, w jaki sposób niemowlęta tworzą wizualne kategorie obiektów, oraz zidentyfikować warunki usprawniające ten proces uczenia się.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Poznanie niemowląt
- Uczenie się kategorii
- Percepcja wzrokowa
Wstęp
- Zrozumienie, w jaki sposób niemowlęta kategoryzują obiekty, jest kluczowe dla psychologii rozwojowej.
- Język może wpływać na wczesną naukę kategorii.
- Ruchy gałek ocznych mogą być wykorzystane do oceny sukcesu w nauce u niemowląt.
- Bodźce wizualne odgrywają istotną rolę w procesie kategoryzacji.
Cel badania
- Zbadanie, w jaki sposób niemowlęta tworzą wizualne kategorie obiektów.
- Określenie wpływu różnych warunków uczenia się na proces tworzenia kategorii.
- Wykorzystanie śledzenia ruchów gałek ocznych jako miary sukcesu procesu uczenia się.
Zastosowane metody
- Tworzenie bodźców wizualnych poprzez morphing obrazów cyfrowych.
- Wdrożenie paradygmatu testu zapoznawczego.
- Śledzenie ruchów gałek ocznych niemowląt podczas procesu uczenia się.
- Porównanie efektów uczenia się w różnych warunkach.
Główne wyniki
- Niemowlęta z powodzeniem uczą się kategorii na podstawie bodźców wizualnych.
- Różne warunki znacząco wpływają na wyniki uczenia się.
- Dane dotyczące ruchów gałek ocznych dostarczają informacji na temat procesu uczenia się.
- Badanie podkreśla znaczenie bodźców wizualnych w wczesnym rozwoju poznawczym.
Wnioski
- Paradygmat testu zapoznania jest skuteczny w badaniu kategoryzacji u niemowląt.
- Język może odgrywać rolę w tym, jak niemowlęta uczą się kategorii.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tych wynikach, aby zgłębić dalsze aspekty rozwoju poznawczego.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Zrozumienie wczesnych mechanizmów poznawczych u niemowląt dostarcza fundamentalnych informacji na temat procesów rozwojowych, które mogą być analogiczne do wczesnego wykrywania biomarkerów w modelach przedklinicznych. Opisany paradygmat okulografii (eye-tracking) umożliwia ilościową ocenę reakcji uczenia się na bodźce słuchowe i wzrokowe, oferując model translacyjny do oceny przetwarzania sensorycznego w badaniach nad neurorozwojem. Podejście to wspiera redukcję ryzyka mechanistycznego poprzez izolację zmiennych wpływających na kategoryzację, co może pomóc w opracowaniu strategii walidacji celów w procesach odkrywania leków i terapii w obszarze neuronauki.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie tego, w jaki sposób sygnały słuchowe modulują kategoryzację obiektów wizualnych w rozwijających się systemach.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zstandaryzowaną, powtarzalną metodę oceny behawioralnych odpowiedzi zależnych od uczenia się w modelach niemowlęcych.
Przesiew i opracowywanie testu
- Wartość naukowa: Pozwala na generowanie danych o preferencjach w czasie, które określają stopień sukcesu w uczeniu się kategorii w różnych warunkach eksperymentalnych.
- Wartość operacyjna: Wspiera standaryzację analizy poprzez kontrolowaną prezentację bodźców i zrównoważony projekt prób.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Ułatwia ekstrapolację międzygatunkową mechanizmów uczenia się percepcyjnego istotnych dla modeli zaburzeń neurorozwojowych.
- Wartość operacyjna: Umożliwia podłużne śledzenie kamieni milowych rozwoju poznawczego, które mogą korelować z późniejszym przyswajaniem języka.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w wczesne etapy procesów badawczych, w których przetwarzanie sensoryczne i uczenie się percepcyjne są oceniane jako wskaźniki dojrzewania obwodów neuronalnych, szczególnie w badaniach ukierunkowanych na szlaki neurorozwojowe.
- Biologia odkrywcza: Bada, w jaki sposób specyficzne bodźce słuchowe wpływają na tworzenie kategorii, wspierając ewaluację celów neuromodulacyjnych w oparciu o hipotezy.
- Przesiewanie: Dostarcza ilościowych pomiarów czasu patrzenia, które służą jako behawioralne wskaźniki oceny uczenia się w różnych warunkach stymulacji.
- Analityka: Generuje wyniki preferencji oraz rozbieżności w wzorcach spojrzeń, co umożliwia statystyczne porównanie efektywności uczenia się między grupami.
- Badania translacyjne: Łączy wczesne uczenie się percepcyjne z trajektoriami rozwojowymi, dostarczając informacji dla przedklinicznych modeli rozwoju poznawczego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanawia wielokrotnego użytku platformę do oceny poznawczej niemowląt w badaniach nad zaburzeniami farmakologicznymi lub genetycznymi.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zmniejsza niejednoznaczność w przypisywaniu efektów uczenia się do konkretnych bodźców sensorycznych dzięki zastosowaniu projektów z kontrolowanymi warunkami.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalność poprzez standaryzację generowania materiałów wideo, pseudolosową kolejność bodźców oraz protokoły kalibracji eyetrackera.
- Wartość strategiczna: Usprawnia decyzje go/no-go w walidacji celów poprzez wyjaśnienie roli modulatorów w przetwarzaniu poznawczym.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację związków lub interwencji wpływających na wczesny rozwój neurologiczny z uwzględnieniem ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Doświadczenie w projektowaniu eksperymentów z udziałem niemowląt, przygotowywaniu bodźców słuchowych oraz w metodologii eyetrackingu.
- Dostęp do systemów eyetrackingu umożliwiających kalibrację dla niemowląt i zbieranie danych w długich oknach czasowych.
- Standaryzacja między laboratoriami w zakresie morfowania bodźców, etykietowania warunków oraz kontrbalansowania prób testowych.
- Uwzględnienie adaptacji do różnego wieku niemowląt, ich zdolności uwagi oraz poziomu złożoności bodźców.
- Ograniczenia obejmują zależność od współpracy niemowlęcia, sukcesu kalibracji oraz konieczność zapewnienia kontrolowanego środowiska laboratoryjnego w celu zminimalizowania rozpraszaczy.
