Кросс-дисциплинарных и мульти-модальный экспериментальный дизайн для изучения в ближайшем режиме реального времени аутентичные экзамена опыт
4 сентября 2019 г.
Экспериментальный дизайн был разработан для изучения в режиме реального времени влияние экзамена опыт для оценки эмоциональных реалий студенты испытывают в высших учебных заведениях и задач. Такая конструкция является результатом междисциплинарного подхода (например, педагогическая психология, биология, физиология, инженерия) и мультимодального (например, слюнные маркеры, обследования, электродермальный датчик).
Протокол позволяет исследователям в социальных науках, психологии, образовании, инженерии и других дисциплинах, заинтересованных в использовании биометрии и нескольких методов, чтобы понять экзамен, класс, и аналогичный подлинный опыт. Основным преимуществом этой техники является то, что она направлена на поиск потенциальных источников шума из-за движения артефактов в данных. Кроме того, протокол прост в реализации и сводит к минимуму использование дорогостоящего программного обеспечения.
Хотя диагностика заболевания не является нашей целью, технологии, которые мы используем с помощью электродермальных датчиков и слюнных биомаркеров, имеют потенциал для выявления физиологических и биологических аномалий у участника. Этот метод может обеспечить понимание образовательных исследований психологии изучения мотивационных и эмоциональных конструкций в классе. Он также может быть использован в маркетинге, бизнесе, дизайне и других областях исследований, которые связаны с когнитивными и эмоциональными процессами человека.
Основная борьба исследователь будет иметь с этим методом является время синхронизации событий, которые они стремятся изучить при учете ограничений существующих физиологических и биологических методов. Важно понимать процесс электродермальной активности, особенно рабочий процесс электродермальных датчиков, так как существующие методы фильтрации с открытым исходным кодом ограничены. Учитывая, что этот метод предназначен для квази-экспериментальных конструкций с использованием нескольких методов и дисциплинарных знаний, визуальная демонстрация этого метода имеет важное значение, чтобы позволить исследователям наблюдать параллельные и скоординированные шаги, необходимые для успешного выполнения этого метода.
Начните с настройки рабочего пространства с минимальными отвлекающими факторами. Непреднамеренно активированный ответ на удар может создать значительный всплеск электродермальной активности, или EDA. Убедитесь, что представление вопроса обследования синхронизировано с электродермальным датчиком.
Используйте внутренние часы компьютера, чтобы установить сроки сбора данных, и при использовании каких-либо Bluetooth с поддержкой электродермальных датчиков, синхронизация раз в Гринвич Меридиан времени. Крайне важно, чтобы все инструменты, включая обследования, протокол экзамена, электродермальные датчики и веб-камеры, синхронизировались в одно и то же время, поэтому нет сдвига во времени записи для каждого источника данных. При необходимости навестите веб-камеры для измерения лица участника под разными углами.
Обратитесь к рукописи для получения рекомендаций по позиционированию камеры. Для показаний электродермальных датчиков назначьте период времени, в течение которого участники находятся в расслабленном состоянии, чтобы установить базовые данные EDA. Поручите участникам смотреть на щит тестирования в течение пяти-пяти минут в начале экзамена, или запрограммировать этот сигнал на компьютер.
Для сбора образцов слюны приготовьте охладитель с сухим льдом, температура которого составляет минус 20 градусов по Цельсию. Это предотвратит комнатную деградацию ферментов для образцов кортизола. При использовании метода сбора тампона, поручить участникам держать тампон либо во внутренней щеке или под языком в течение 60 секунд.
Разработайте систему маркировки, которая позволит участникам уведомить исследователя, когда слюнный образец будет готов к сбору. В рамках подготовки к эксперименту, предварительно запланировать участников на экзаменационную сессию, оценить любую медицинскую информацию и диетические привычки, отметить доминирование рук для сбора ЭДА, и напомнить участникам, чтобы избежать потребления сладких или кофеина продуктов в день эксперимента. До прибытия участника убедитесь, что датчики должным образом откалиброваны, обновления программного обеспечения были приняты во меры, и датчики были уничтожены с 70% спирта салфетки.
Fit датчик EDA на не доминирующей запястье участника, поместив датчик с кнопкой лицом вниз к большому пальцам. У участника нарисовать воображаемую линию от пространства между вторым и третьим пальцем до их середины запястья области, и место датчик электродов там. Попросите участников настроить ремешок датчика.
При запуске датчика следуйте протоколам производителя, чтобы убедиться, что они настроены для сбора данных. Для устройств, используемых в этом протоколе, навямите кнопку датчика на три секунды. Зеленый свет будет мигать с перерывами, а затем красный мигающий свет, а затем исчезают.
Во время выцвета, нажмите кнопку один раз на одну секунду, и если он мигает красным, он записывает данные. Чтобы выключить датчик, нажмите кнопку на три секунды. Зеленый свет в нижней части браслета исчезнет.
Извлеките данные с датчика, подключив его к компьютеру и загрузив в систему управления программным обеспечением. При сборе образцов слюны, залить одну унцию воды для участников по прибытии в экспериментальную комнату, и попросить их свист и проглотить его. Во время осмотра, использовать время подсказывает сигнал участников, когда пришло время собирать слюну.
Разрешить 60 секунд для сбора образцов, и вернуть их на экспертизу. При сборе образцов слюны, носить свежие перчатки нитриля, чтобы свести к минимуму любые частицы пыли или загрязняющих веществ из ручных масел, которые будут переданы в образец флакона. Немедленно перенесите образцы в подготовленный охладитель с внутренней температурой минус 20 градусов по Цельсию.
Чтобы обеспечить аутентичный опыт тестирования, проконсультируйтесь с преподавателем курса, чтобы привести содержание экзамена в соответствие с содержанием курса и выбрать оценку содержимого курса, которое может быть воспроизведено в экспериментальной обстановке. Кроме того, убедитесь, что среда тестирования параллели экспериментальной установки. Размещение для перерывов в сдаче теста путем выделения дополнительного времени для сдачи теста и разработки экзаменационной программы для возвращения студентов к конкретной проблеме экзамена, если опрос быстро прервал их.
Убедитесь, что время прерывания согласовано между участниками. Включите периоды калибровки и релаксации на протяжении всего экзамена, начиная с простого вопроса и позволяя участникам 30 секунд отдыхать между каждым экзаменационным вопросом. Наконец, убедитесь, что программа штамповки времени включает любые изменения в экзамене, чтобы обеспечить соответствие источника данных.
Важно, чтобы периоды калибровки и релаксации учитывались в протоколе, особенно для электродермальных датчиков и слюнных биомаркеров, поскольку базовые значения необходимы для определения сигнала шума или выброса данных. Были протестированы два экспериментальных проекта: дизайн А с датчиками EDA и обзоры и дизайн B с добавленными слюнными биомаркерами. Хотя сложность экзамена была одинаковой, противоположные различия в средних значениях EDA были найдены между правильными и неправильными ответами по различным баллам самореаффективности.
Для экспериментального дизайна B, средняя ЭДА, а также кортизола и слюнной альфа-амилаза, или SAA, были измерены в начале, середине, конце, и через 20 минут после экзамена. Уровни ЭДА снижались от начала до конца экзамена, но восстановились через 20 минут после этого, и эта тенденция была параллельна как кортизолу, так и sAA. Статистическая значимость была найдена между EDA и sAA в начале и середине экзамена, в то время как ЭДА и кортизол показали значение между серединой и концом экзамена.
К 20-минутной отметке, EDA и sAA, а также кортизол и sAA, показали значение между ею. Пожалуйста, убедитесь, что синхронизация инструментов и протоколов автоматизирована как можно больше, и проверить на наличие ошибок до начала эксперимента. Эта процедура позволяет для интеграции других биометрических данных, таких как глаз триггеры, электромиографы, а также другие формы обслуживания, которые включают открытые вопросы и видео-запросы, среди других.
Этот метод может быть использован исследователями для изучения связей между познанием, аффектом, физиологией и производительностью.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен подробный протокол экспериментального изучения эмоциональных и физиологических реакций студентов в режиме реального времени во время проведения реальных экзаменов. Метод объединяет использование датчиков электродермальной активности (EDA) и сбор слюнных биомаркеров в условиях реальной классной оценки, что направлено на преодоление ограничений субъективных методов самоотчета и физиологических исследований, проводимых в лабораторных условиях.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Педагогическая психология
- Физиологические измерения
- Экспериментальный дизайн в образовании
Введение
- Традиционные исследования эмоций в учебных классах в значительной степени опираются на субъективные показатели, такие как опросы и интервью.
- Объективное измерение эмоциональных состояний учащихся в режиме реального времени во время учебного процесса ограничено методологическими и техническими сложностями.
- Существующие физиологические исследования часто проводятся вне аутентичной образовательной среды или не синхронизированы с учебными задачами.
- Существует потребность в протоколах, которые решают вопросы набора участников, воспроизводимости, валидности и синхронизации данных в мультимодальных исследованиях эмоций.
Цель исследования
- Разработать и продемонстрировать протокол регистрации физиологических и эмоциональных реакций учащихся в режиме реального времени во время экзаменов в реальных условиях учебного класса.
- Минимизировать уровень шума и количество артефактов при сборе физиологических данных, особенно вызванных движениями.
- Предложить воспроизводимый и экономически эффективный метод интеграции биометрии в образовательные исследования.
Используемые методы
- Размещение и калибровка датчиков электродермальной активности (EDA) на незадоминирующих запястьях участников.
- Сбор слюнных биомаркеров (кортизола и альфа-амилазы) в несколько временных точек (в начале, середине, конце и после экзамена).
- Синхронизация всех источников данных (датчиков, опросов, камер) с использованием компьютерных часов и стандартизированных протоколов времени.
- Установление базовых периодов и периодов релаксации для точного физиологического измерения.
- Подготовка аутентичного содержания и среды экзамена в соответствии с материалами курса и требованиями эксперимента.
- Процедуры управления данными, включая немедленное охлаждение образцов и предотвращение контаминации.
Основные результаты
- Были протестированы две схемы эксперимента: одна с использованием ЭДА и опросов, другая — с дополнительным анализом слюнных биомаркеров.
- Средние значения ЭДА различались при правильных и неправильных ответах и варьировались в зависимости от показателей самоэффективности.
- Уровни ЭДА, кортизола и sAA снижались во время экзамена и восстанавливались после него, при этом в определенные моменты времени наблюдались значимые корреляции.
- Протокол позволил успешно минимизировать двигательные артефакты и обеспечить синхронизированный мультимодальный сбор данных в условиях учебного класса.
Выводы
- Данный протокол позволяет объективно измерять эмоциональные и физиологические реакции студентов в режиме реального времени в процессе проведения аутентичного оценивания.
- Методика может быть адаптирована для использования в различных дисциплинах и исследовательских контекстах за пределами образования, например, в маркетинге и когнитивистике.
- Для обеспечения достоверности данных критически важны надлежащая синхронизация и калибровка; по возможности рекомендуется использовать автоматизацию.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Данный протокол позволяет осуществлять физиологический мониторинг в режиме реального времени во время выполнения подлинных когнитивных задач, предлагая основу для снижения рисков при валидации мишеней в разработке нейропсихиатрических препаратов путем фиксации объективных биомаркеров стресса и возбуждения. Благодаря интеграции электродермальной активности и слюнных анализов в экологически валидных условиях, данный метод способствует пониманию механизмов когнитивно-эмоциональных путей, имеющих значение для терапии ЦНС. Этот подход повышает прогностическую уверенность на ранних этапах поиска лекарств, связывая физиологические показатели с поведенческими результатами в контролируемых, но естественных условиях.
Стратегические применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Раннее обнаружение и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать пути стресс-ответа посредством синхронного измерения ЭКГ и биомаркеров слюны во время когнитивной нагрузки.
- Практическая ценность: снижает влияние помех от двигательных артефактов за счет синхронизации согласно протоколу и коррекции базовой линии.
- Прогностическая ценность: способствует проверке целевых гипотез путем корреляции физиологических колебаний с результатами выполнения заданий в условиях, максимально приближенных к реальным.
Разработка и скрининг анализа
- Научная ценность: Предоставляет стандартизированную основу для сбора слюны на определение уровня кортизола и альфа-амилазы в строго контролируемые временные интервалы.
- Практическая ценность: Минимизирует преаналитическую вариабельность за счет стабилизации температуры при работе с образцами и синхронизированных сигналов к началу сбора.
- Готовность к скринингу: Позволяет установить воспроизводимые базовые уровни биомаркеров, необходимые для квалификации анализа в рабочих процессах поиска и разработки.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная преемственность: Связывает механистические выводы этапа открытия с доклиническими моделями путем валидации динамики биомаркеров в парадигмах когнитивного стресса, имитирующих человеческие реакции.
- Механистическое снижение рисков: Проясняет временные взаимосвязи между колебаниями КГР, кортизола и sAA во время выполнения когнитивных задач, что позволяет определить оптимальное время воздействия на мишень.
- Прогностическая достоверность: Обеспечивает кросс-модальную валидацию активации оси стресса, снижая зависимость от предположений на основе одного биомаркера при оптимизации ведущих соединений.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод вписывается в рабочие процессы раннего этапа поиска, где объективное физиологическое фенотипирование служит основой для выбора мишени и валидации путей, особенно для соединений, модулирующих ЦНС.
- Открытие в биологии: способствует уточнению путей передачи сигналов, связывая электродермальные и слюнные биомаркеры с когнитивной производительностью во время выполнения задач.
- Скрининг: обеспечивает количественные, разрешенные по времени данные о биомаркерах, что позволяет сравнивать эффекты соединений в различных условиях.
- Аналитика: создает синхронизированные мультимодальные наборы данных, подходящие для статистического моделирования физиологических и когнитивных взаимосвязей.
- Трансляционные исследования: согласуются с решениями о продвижении на основе биомаркеров, демонстрируя воспроизводимые реакции оси стресса в реальном контексте выполнения задач.
- Корпоративное повторное использование: создает многократно используемую платформу для мультимодальной физиологической оценки в рамках исследовательских проектов с когнитивными или эмоциональными конечными точками.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность валидации мишени за счет объективных физиологических показателей в режиме реального времени во время когнитивной нагрузки.
- Операционная ценность: повышает воспроизводимость благодаря стандартизированному расположению датчиков, синхронизации времени и контролю условий окружающей среды.
- Стратегическая ценность: улучшает качество принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет снижения биологического шума в данных о биомаркерах на ранних фазах.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритезацию мишеней с учетом рисков на основе механистической согласованности физиологических и поведенческих показателей.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области психофизиологии, работы с биомаркерами и синхронизации мультимодальных данных.
- Необходимы откалиброванные электродермальные датчики, хранилище с регулируемой температурой для образцов слюны и программное обеспечение для временного штампования.
- Требуется согласованность действий между группами поведенческого анализа, физиологических исследований и анализа данных для строгого соблюдения протокола.
- При переходе к другим модельным системам или парадигмам задач требуется адаптация частоты отбора проб и расположения датчиков.
- Метод ограничен артефактами, вызванными движениями участников, и вариабельностью условий окружающей среды, что обуславливает необходимость строгого определения базового уровня и процедур фильтрации шума.
