Um projeto experimental multidisciplinar e multimodal para estudar experiências de exame autêntico em tempo real
4 de setembro de 2019
Um delineamento experimental foi desenvolvido para investigar as influências em tempo real de uma experiência de exame para avaliar as realidades emocionais que os alunos vivenciam nas configurações e tarefas do ensino superior. Este projeto é o resultado de uma abordagem Cross-disciplinar (por exemplo, psicologia educacional, biologia, fisiologia, engenharia) e multimodal (por exemplo, marcadores salivares, pesquisas, sensor eletrodérmico).
O protocolo permite que pesquisadores de ciências sociais, psicologia, educação, engenharia e outras disciplinas interessadas em usar biometria e múltiplas técnicas para entender exames, aulas e experiências autênticas semelhantes. A principal vantagem dessa técnica é que ela visa encontrar as possíveis fontes de ruído devido aos artefatos de movimento nos dados. Além disso, o protocolo é simples de implementar e minimiza o uso de softwares caros.
Embora o diagnóstico de uma doença não seja nosso objetivo, as tecnologias que usamos através de sensores eletrodérmicos e biomarcadores salivares têm o potencial de detectar anormalidades fisiológicas e biológicas em um participante. Esse método pode fornecer insights sobre pesquisas de psicologia educacional explorando construções motivacionais e emocionais em sala de aula. Também pode ser usado em áreas de marketing, negócios, design e outras áreas de pesquisa que envolvem processos cognitivos e emocionais de um indivíduo.
A principal luta que um pesquisador terá com esse método é sincronizar o tempo dos eventos que pretendem estudar, ao mesmo tempo em que contabiliza as limitações das técnicas fisiológicas e biológicas existentes. É importante compreender o processo de atividade eletrodérmica, especialmente o processo de funcionamento dos sensores eletrodérmicos, uma vez que as técnicas de filtragem de código aberto existentes são limitadas. Dado que essa técnica visa projetos quase experimentais utilizando múltiplas técnicas e conhecimentos disciplinares, uma demonstração visual desse método é essencial para permitir que os pesquisadores testemunhem as etapas paralelas e coordenadas necessárias para executar com sucesso esse método.
Comece configurando um espaço de trabalho com distrações mínimas. Uma resposta de precipitação ativada involuntariamente pode criar um pico significativo na atividade eletrodérmica, ou EDA. Certifique-se de que a apresentação da questão da pesquisa está sincronizada com o sensor eletrodérmico.
Use o relógio interno do computador para estabelecer um período de tempo de coleta de dados e, se usar algum sensore eletrodérmico habilitado para Bluetooth, sincronize os tempos no horário de Greenwich Meridian. É fundamental que todos os instrumentos, incluindo pesquisas, protocolo de exame, sensores eletrodérmicos e câmeras web sejam sincronizados ao mesmo tempo, de modo que não haja mudança nos tempos de gravação para cada fonte de dados. Se necessário, configure câmeras web para medir o rosto do participante em diferentes ângulos.
Consulte o manuscrito para obter recomendações sobre posicionamento da câmera. Para leituras de sensores eletrodérmicos, designe um período de tempo durante o qual os participantes estão em um estado relaxado para estabelecer dados EDA de linha de base. Instrua os participantes a olhar para o escudo de teste por cinco a 15 minutos no início do exame, ou programe esta sugestão no computador.
Para coletar amostras de saliva, prepare um refrigerador com gelo seco que tenha uma temperatura interna de menos 20 graus Celsius. Isso evitará a degradação da temperatura ambiente das enzimas para as amostras de cortisol. Se usar o método de coleta de cotonete, instrua os participantes a manter o cotonete na bochecha interna ou sob a língua por 60 segundos.
Desenvolver um sistema de sinalização que permita aos participantes notificar o pesquisador quando a amostra salivar estiver pronta para ser coletada. Na preparação para o experimento, pré-programe os participantes para uma sessão de exame, avalie qualquer informação médica e hábitos alimentares, observe a dominância manual para a coleta do EDA e lembre os participantes para evitar o consumo de produtos açucarados ou cafeína no dia do experimento. Antes da chegada dos participantes, certifique-se de que os sensores estão devidamente calibrados, as atualizações de software foram atendidas, e os sensores foram apagados com 70% de álcool.
Coloque o sensor EDA no pulso não dominante do participante, colocando o sensor com o botão virado para baixo em direção ao polegar. Que o participante desenhe uma linha imaginária do espaço entre o segundo e o terceiro dedo até a área do pulso médio, e coloque os eletrodos do sensor ali. Peça aos participantes que ajustem as correias do sensor.
Ao iniciar o sensor, siga os protocolos do fabricante para garantir que eles estejam configurados para coletar dados. Para os dispositivos usados neste protocolo, pressione o botão do sensor por três segundos. Uma luz verde piscará intermitentemente, seguida por uma luz vermelha piscando, e depois desaparecerá.
Durante o fade-out, pressione o botão de uma vez por segundo, e se ele piscar em vermelho, ele está registrando dados. Para desligar o sensor, pressione o botão por três segundos. A luz verde na parte inferior da pulseira desaparecerá.
Recupere dados do sensor conectando-os ao computador e carregando-os no sistema de software de gerenciamento. Se coletar amostras salivares, despeje uma onça de água para os participantes na chegada à sala experimental, e peça-lhes para swish e engoli-lo. Durante o exame, use as solicitações de tempo para sinalizar aos participantes quando for hora de coletar saliva.
Permita 60 segundos para coleta de amostras e devolva-os ao exame. Ao coletar amostras salivares, use luvas de nitrito frescos para minimizar qualquer partículas de poeira ou contaminantes de óleos manuais a serem transferidos para o frasco de amostra. Transfira imediatamente as amostras para o refrigerador preparado com a temperatura interna de menos 20 graus Celsius.
Para proporcionar uma experiência de teste autêntica, consulte o instrutor do curso para alinhar o conteúdo do exame com o conteúdo do curso e selecione uma avaliação do conteúdo do curso que pode ser replicada em um ambiente experimental. Além disso, certifique-se de que o ambiente de teste seja paralelo à configuração experimental. Acomode-se para interrupções na realização de testes, alocando tempo adicional de realização de testes e projetando o programa de exame para retornar os alunos a um determinado problema do exame se um prompt de pesquisa os interrompesse.
Certifique-se de que o tempo de interrupção seja consistente entre os participantes. Inclua períodos de calibração e relaxamento ao longo da experiência do exame, começando com uma pergunta simples e permitindo que os participantes 30 segundos descansem entre cada questão do exame. Por fim, certifique-se de que o programa de carimbo de tempo seja responsável por quaisquer alterações no exame para permitir a correspondência da fonte de dados.
É importante que os períodos de calibração e relaxamento sejam contabilizados no protocolo, especialmente para sensores eletrodérmicos e biomarcadores salivares, pois os valores da linha de base são necessários para determinar o ruído do sinal ou dados outlier. Dois projetos experimentais foram testados, design A com sensores EDA e pesquisas e design B com biomarcadores salivares adicionados. Embora a dificuldade do exame tenha sido a mesma, foram encontradas diferenças opostas nos valores médios do EDA entre as respostas corretas e incorretas em diferentes escores de autoeficácição.
Para o design experimental B, o EDA médio, bem como cortisol e alfa-amilase salivar, ou sAA, foram medidos no início, meio, final e 20 minutos após o exame. Os níveis de EDA diminuíram do início ao fim do exame, mas se recuperaram 20 minutos depois, uma tendência que foi paralela tanto pelo cortisol quanto pelo SAA. A significância estatística foi encontrada entre o EDA e o SAA no início e no meio do exame, enquanto o EDA e o cortisol apresentaram significância entre o meio e o final do exame.
Na marca de 20 minutos, EDA e sAA, bem como cortisol e sAA, mostraram significância entre si. Certifique-se de que a sincronização de instrumentos e protocolos seja automatizada o máximo possível e verifique se há erros antes do início do experimento. Esse procedimento permite a integração de outras biometrias, como gatilhos oculares, eletromyógrafos, bem como outras formas de serviço que incluem perguntas abertas e alertas de vídeo, entre outros.
Essa técnica pode ser usada pelos pesquisadores para explorar as conexões entre cognição, afeto, fisiologia e desempenho.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo detalhado para o estudo experimental das respostas emocionais e fisiológicas em tempo real de estudantes durante experiências autênticas de exames. O método integra sensores de atividade eletrodérmica (EDA) e coleta de biomarcadores salivares em um ambiente de avaliação em sala de aula realista, com o objetivo de superar as limitações das medidas subjetivas autorrelatadas e dos estudos fisiológicos baseados em laboratório.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Psicologia educacional
- Medida fisiológica
- Planejamento experimental na educação
Antecedentes
- Estudos tradicionais sobre emoções em salas de aula dependem fortemente de medidas subjetivas, como questionários e entrevistas.
- A mensuração objetiva e em tempo real dos estados emocionais dos alunos durante atividades em sala de aula é limitada por desafios metodológicos e técnicos.
- Estudos fisiológicos existentes frequentemente ocorrem fora de ambientes educacionais autênticos ou não são sincronizados com as tarefas em sala de aula.
- Existe a necessidade de protocolos que abordem recrutamento, replicabilidade, validade e sincronização de dados em pesquisas multimodais sobre emoções.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver e demonstrar um protocolo para capturar as respostas fisiológicas e emocionais em tempo real de estudantes durante provas em ambientes de sala de aula autênticos.
- Minimizar ruídos e artefatos na coleta de dados fisiológicos, especialmente os provenientes de movimento.
- Fornecer um método replicável e econômico para integrar a bioinformação na pesquisa educacional.
Métodos Utilizados
- Colocação e calibração do sensor de atividade eletrodérmica (EDA) nos pulsos não dominantes dos participantes.
- Coleta de biomarcadores salivares (cortisol e alfa-amilase) em múltiplos momentos (início, meio, fim e pós-exame).
- Sincronização de todas as fontes de dados (sensores, questionários, câmeras) utilizando relógios de computador e protocolos padronizados de tempo.
- Estabelecimento de períodos de linha de base e de relaxamento para medições fisiológicas precisas.
- Conteúdo e ambiente de exame autênticos, alinhados ao material do curso e às necessidades experimentais.
- Procedimentos de gerenciamento de dados, incluindo resfriamento imediato das amostras e prevenção de contaminação.
Resultados Principais
- Dois delineamentos experimentais foram testados: um com EDA e questionários, outro acrescentando biomarcadores salivares.
- Os valores médios de EDA diferiram entre respostas corretas e incorretas, variando conforme os escores de autoeficácia.
- Os níveis de EDA, cortisol e sAA diminuíram durante a prova e se recuperaram após a prova, com correlações significativas em pontos temporais específicos.
- O protocolo conseguiu minimizar artefatos de movimento e permitiu a coleta sincronizada de dados multissensoriais em um ambiente de sala de aula.
Conclusões
- Este protocolo permite a medição objetiva e em tempo real das respostas emocionais e fisiológicas dos alunos durante avaliações autênticas.
- É adaptável para uso em diversas disciplinas e contextos de pesquisa além da educação, como marketing e ciência cognitiva.
- A sincronização e calibração adequadas são fundamentais para a validade dos dados; recomenda-se automação sempre que possível.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para o Setor Industrial
Este protocolo permite o monitoramento fisiológico em tempo real durante tarefas cognitivas autênticas, oferecendo uma estrutura para reduzir riscos na validação de alvos na descoberta de medicamentos neuropsiquiátricos, capturando biomarcadores objetivos de estresse e ativação. Ao integrar atividade eletrodérmica e ensaios salivares em ambientes ecologicamente válidos, ele fornece subsídios para compreensão mecanicista das vias cognitivo-emocionais relevantes para terapêuticas do SNC. A abordagem aumenta a confiança preditiva na fase inicial de descoberta ao associar respostas fisiológicas a desfechos comportamentais em condições controladas, mas naturalísticas.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de vias de resposta ao estresse por meio da medição sincronizada de EDA e biomarcadores salivares durante desafios cognitivos.
- Valor Operacional: Reduz interferências provenientes de artefatos de movimento por meio de sincronização orientada por protocolo e correção da linha de base.
- Valor Preditivo: Apoia a verificação de hipóteses específicas ao correlacionar flutuações fisiológicas com resultados de desempenho em contextos ecologicamente válidos.
Desenvolvimento e Triagem de Ensaios
- Valor Científico: Fornece uma estrutura padronizada para a coleta de cortisol salivar e alfa-amilase sob condições controladas de cronometragem.
- Valor Operacional: Minimiza a variabilidade pré-analítica por meio do manuseio de amostras com estabilização térmica e sinais sincronizados de coleta.
- Prontidão para Triagem: Estabelece padrões reprodutíveis de biomarcadores essenciais para a qualificação de ensaios em fluxos de trabalho de descoberta.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Continuidade Translacional: Conecta descobertas mecanicistas iniciais com modelos pré-clínicos ao validar dinâmicas de biomarcadores em paradigmas de estresse cognitivo semelhantes aos humanos.
- Redução de Riscos Mecanísticos: Esclarece as relações temporais entre flutuações de EDA, cortisol e sAA durante tarefas cognitivas, orientando o momento de engajamento do alvo.
- Confiança Preditiva: Permite a validação cruzada da ativação do eixo de estresse, reduzindo a dependência de suposições baseadas em um único biomarcador na otimização de fármacos.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere em fluxos de trabalho de descoberta inicial, nos quais o fenotipagem fisiológica objetiva orienta a seleção de alvos e a validação de vias, particularmente para compostos que modulam o SNC.
- Biologia da Descoberta: Apoia a elucidação de vias ao associar biomarcadores eletrodérmicos e salivares ao desempenho cognitivo durante a realização de tarefas.
- Triagem: Fornece saídas quantitativas e resolvidas no tempo de biomarcadores que permitem a comparação de efeitos de compostos entre diferentes condições.
- Análise: Gera conjuntos de dados sincronizados e multissensoriais adequados para modelagem estatística de relações fisiológicas e cognitivas.
- Pesquisa Translacional: Alinha-se às decisões de avanço baseadas em biomarcadores ao demonstrar respostas reprodutíveis do eixo de estresse em contextos reais de execução de tarefas.
- Reutilização Corporativa: Estabelece uma plataforma reutilizável para avaliação fisiológica multissensorial em diversos projetos de descoberta que envolvam desfechos cognitivos ou emocionais.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança na validação de alvos por meio de leituras fisiológicas objetivas e em tempo real durante desafios cognitivos.
- Valor Operacional: Melhora a reprodutibilidade por meio do posicionamento padronizado de sensores, sincronização de tempo e controles ambientais.
- Valor Estratégico: Aprimora a qualidade das decisões de avançar/não avançar ao reduzir o ruído biológico em dados de biomarcadores de fase inicial.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de alvos com base na consistência mecanicista entre respostas fisiológicas e comportamentais.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em psicofisiologia, manipulação de biomarcadores e sincronização de dados multimodais.
- Exige sensores eletrodermais calibrados, armazenamento com temperatura controlada para amostras salivares e software de carimbo de tempo.
- Exige alinhamento entre as equipes de comportamento, fisiologia e análise de dados para a adesão ao protocolo.
- Requer adaptação da frequência de amostragem e do posicionamento dos sensores ao ser aplicado em diferentes sistemas modelo ou paradigmas de tarefa.
- Limitado por artefatos provocados pelos movimentos dos participantes e pela variabilidade ambiental, exigindo procedimentos rigorosos de linha de base e filtragem de ruídos.
