Brug af øjenbevægelser til at evaluere de kognitive processer, der er involveret i tekstforståelse

Summary

Denne artikel beskriver, hvordan man bruger eye tracking metoder til at studere de kognitive processer, der er involveret i tekstforståelse. Beskrivelser af eye tracking udstyr, hvordan man udvikler eksperimentelle stimuli, og proceduremæssige anbefalinger er inkluderet. De fremlagte oplysninger kan anvendes på de fleste enhver undersøgelse ved hjælp af verbale stimuli.

Abstract

Denne artikel beskriver, hvordan man bruger eye tracking metoder til at studere de kognitive processer, der er involveret i tekstforståelse. Måling af øjenbevægelser under læsning er en af de mest præcise metoder til måling af øjeblik-for-øjeblik (online) behandlingskrav under tekstforståelse. Kognitive behandlingskrav afspejles af flere aspekter af øjenbevægelsersadfærd, såsom fikseringsvarighed, antal fikseringer og antal regressioner (vender tilbage til tidligere dele af en tekst). Vigtige egenskaber af eye tracking udstyr, som forskerne skal overveje, er beskrevet, herunder hvor ofte øjet position måles (prøveudtagning sats), nøjagtigheden af fastsættelsen øjenposition, hvor meget hoved bevægelse er tilladt, og brugervenlighed. Også beskrevet er egenskaber af stimuli, der påvirker øjenbevægelser, der skal kontrolleres i undersøgelser af tekstforståelse, såsom position, hyppighed og længde af målord. Der gives proceduremæssige anbefalinger vedrørende forberedelse af deltageren, opsætning og kalibrering af udstyret og udarbejdelse af en undersøgelse. Repræsentative resultater præsenteres for at illustrere, hvordan data kan evalueres. Selv om metoden er beskrevet med hensyn til læseforståelse, kan mange af de fremlagte oplysninger anvendes på enhver undersøgelse, hvor deltagerne læser verbale stimuli.

Introduction

Når læserne læser en tekst, flytter de deres øjne fra ord til ord gennem et vekslende mønster af fikseringer (punkter, hvor øjnene er stationære og fokuseret på et ord) og saccades (punkter, hvor øjet bevæger sig mellem ord). Rettelser efter saccades, der flytter læseren fremad gennem en tekst kaldes fremadrettede rettelser og fikseringer efter saccades, der flytter læseren til tidligere punkter i en tekst kaldes regressive fikseringer. Den grundlæggende antagelse af eye tracking metoder er, at øget behandling krav er forbundet med øget behandlingstid eller ændringer i mønstret af fikseringer. Øget behandlingstid kan afspejles ved længere varighed fikseringer eller et større antal fikseringer (fremadgående og regressive).

Øjenbevægelser giver flere vigtige fordele som et mål for læseadfærd i forhold til måling af læsetider for en hel passage eller sætning-for-sætning læsetider. For det første, overvågning øjenbevægelser producerer en kontinuerlig, online registrering af læsepræstationer. Dette giver mulighed for at undersøge krav til tekstbehandling på globalt plan (på tværs af en hel tekst), sætningsniveauet (individuelle sætninger) eller det lokale niveau (individuelle ord eller sætninger). Ændringer i globale vanskeligheder fører f.eks. til ændringer i flere præstationsmålinger, f.eks. Ændringer i problemer på lokalt plan påvirker også flere målpunkter, f.eks. De samlede læsetider eller læsetider for punktum giver ikke sådanne detaljerede mål for læsepræstationer. For det andet er øjenbevægelser en naturlig del af læsningen; Derfor stilles der ikke yderligere opgavekrav til en læser. For det tredje kan flere aspekter af øjenbevægelser analyseres(f.eks. fikseringsvarighed, saccadelængde og regressionsfrekvens), hvilket giver et vindue ind i forskellige elementer i læseprocessen. For det fjerde afspejler øjenbevægelser direkte behandlingskrav, der er forbundet med funktioner i den tekst, der læses. Øjenbevægelser variererf.eks. For det femte afspejler øjenbevægelser individuelle forskelle i læserne. For eksempel varierer øjenbevægelser baseret på læseevne¹, forudgående viden om et emne⁹og alder af læseren¹⁴. Rayner, Pollatsek, Ashby og Clifton¹³ giver en grundig gennemgang af øjenbevægelser under læsning. Tilsammen gør disse fordele øjenbevægelser til et ideelt mål for læseadfærd.

Den forskning, der er beskrevet her, brugte en øjenbevægelsesmetode til at studere de kognitive processer, der er involveret i tekstforståelse. Specifikt blev eksperimentet designet til at undersøge, hvordan velkendte og ukendte metaforer behandles⁴. I denne undersøgelse læste deltagerne korte tekster præsenteret på en computerskærm, mens deres øjenbevægelser blev overvåget. Hver tekst indeholdt fire sætninger. De første to sætninger gav en sammenhæng, der var i overensstemmelse med den tilsigtede betydning af metaforen. Metaforerne blev præsenteret i tredje sætning. Den fjerde sætning tjente som en neutral konklusion. Eksempler på tekster, der indeholder velkendte (1) og ukendte (2) metaforer, præsenteres nedenfor med de metaforer, der er understreget for at lette identifikationen.

1. Velkendt metafor passage. Peter havde aldrig set sådan en smuk pige før. Han håbede virkelig, at noget særligt ville vokse mellem de to. Han tænkte ved sig selv, at kærlighed er en blomst. Peter ringede til pigen senere den aften.
2. Ukendt metafor passage. Eksamen fra college er en meget vigtig milepæl for mange mennesker. Det kræver en masse hårdt arbejde at nå dette mål. For mange mennesker en grad er en døråbning. Eksamen fra college er noget at være meget stolt af.

Tidligere forskning baseret på en række forskellige metoder har vist, at velkendte metaforer er lettere at forstå (behandles hurtigere) end ukendte metaforer^3,6. Kraften i eye tracking metode er, at kilden til behandling vanskeligheder kan isoleres til bestemte ord. For eksempel kan forskere afgøre, om den ekstra tid, der er nødvendig for at forstå ukendte metaforer, opnås ved at bremse, når de læser hvert ord i metaforerne, eller bremse på de sidste ord i metaforen (når det er klart, at den tidligere sætning er en metafor). Desuden understøtter mønstre af øjenbevægelser slutninger om de kognitive processer, der er involveret i at forstå metaforerne. For eksempel, når du læser nye eller ukendte metaforer, ville læserne nødt til yderligere at behandle metaforer til at udtrække de figurative betydninger. Dette kan afspejles i øjet bevægelse mønster som tilbageskridt til starten af metaforer og derefter læse gennem metaforer en anden gang. Læserne kan også forsøge at sammenligne betydningen af de to nøgleord i metaforerne (f.eks. kærlighed og blomst), hvilket kan føre til et mønster af frem og tilbage øjenbevægelser mellem nøgleordene. Alternativt, når man læser velkendte metaforer, kan læserne udtrække de figurative betydninger umiddelbart efter at have læst metaforerne; derfor ville der ikke være behov for regressioner. Det centrale punkt er, at øjenbevægelser mønstre giver forskerne mulighed for at drage slutninger om online-processer, der anvendes til at forstå metaforer. Dette understøtter mere beskrivende konklusioner end blot at angive, at den samlede behandlingstid er længere for ukendte end velkendte metaforer.

Undersøgelsen beskrevet her illustrerer en fælles metode til kontrasterende øjenbevægelser mønstre for to typer af skriftlige stimuli og giver en konkret situation for at beskrive kritiske aspekter af øjenbevægelser metoder. Det er vigtigt, at øjenbevægelsesmetoden, der er beskrevet her, kan generaliseres for at studere mange andre problemer, såsom hvordan læserne løser ordbaserede matematiske problemer, der varierer i kompleksitet(f.eks. høj versus lav kompleksitet), eller hvordan ordproblemer løses af domæneeksperter versus nybegyndere. Øjenbevægelser kan bruges til at bestemme, hvilke ord i problemerne der tiltrækker mest opmærksomhed(dvs. længste fikseringsvarigheder og det største antal fikseringer), og om eksperter og nybegyndere fokuserer på de samme oplysninger. I hvert enkelt tilfælde vil overvågning af øjenbevægelser give et referat af de øjeblikkelige ændringer i behandlingskravene i forbindelse med forståelsen af de problemer, der læses.

Protocol

1. Egenskaber for eye tracking udstyr

Eye trackere varierer med hensyn til, hvordan øjenbevægelser måles, hvor ofte øjenpositionen måles (prøveudtagningshastighed), nøjagtigheden af bestemmelse af øjenposition, hvor meget hovedbevægelse der er tilladt, og brugervenlighed. Betydningen af disse faktorer varierer afhængigt af, hvilken type forskning der udføres, og hvilke deltagere der testes. For eksempel er der i de fleste undersøgelser af læsning behov for høj nøjagtighed for at bestemme, hvilket ord der rettes. Som et andet eksempel er tolerance over for hovedbevægelser og brugervenlighed afgørende, når du bruger børn som deltagere.

Den forskning, der er beskrevet her, blev udført ved hjælp af en SR Research EyeLink 1000 eye tracker (SR Research Ltd). Et billede af øjesporingssystemet er præsenteret i figur 1. EyeLink-systemet sporer øjenbevægelser ved at måle ændringer i elevpositionen i et videobillede. Dette gøres ved at skinne et spredt infrarødt lys (som ikke er synligt for deltagerne) på forsøgspersonernes øjne og optage den infrarøde refleksion (billede) fra det ene øje (eller begge øjne) med et infrarødt sensorvideokamera med høj opløsning. Den infrarøde lyskilde og videokamera er placeret under den skærm, der bruges til at vise stimuli. Infrarødt lys bruges til at undgå falske refleksioner fra normale spektrumlys. Det infrarøde lys giver et lyspunkt, hvor eleven er placeret (lysene kommer ind i eleven og reflekterer fra nethinden for at lysne eleven) og en præcis refleksion på overfladen af øjet kaldet hornhinden refleksion. Videobilledet digitaliseres, så elevens vandrette og lodrette bevægelser (lyspunktet) i videorammen kan måles. Hornhinden refleksion er en stationær refleksion, der ikke bevæger sig, medmindre hovedet er flyttet (fordi det er en refleksion fra overfladen af øjet, det bevæger sig ikke, når øjnene bevæger sig). Måling af hornhinderefleksionen giver et middel til at skelne små hovedbevægelser, hvilket fører til bevægelse af hornhinderefleksionen, fra øjenbevægelser alene, hvilket ikke fører til bevægelse af hornhinderefleksionen. For at minimere hovedbevægelser og holde deltageren i videokameraets fokusområde placerer deltagerne hovedet på en pande- og hagestøtte, mens de læser tekst, der præsenteres på en computerskærm. Flere kritiske træk ved eye tracking systemer er beskrevet nedenfor.

1. Prøveudtagningsprocent. Samplingfrekvensen henviser til, hvor mange gange i sekundet øjenposition måles. Samplingfrekvensen for EyeLink 1000-systemet er 1.000 Hz, hvilket betyder, at øjenpositionen måles 1.000 gange/sek. Almindelige samplingfrekvenser er 1.000 Hz, 500 Hz, 250 Hz og 60 Hz (videoopdateringshastigheden/frekvensen for mange computerskærme).
   Bemærk: Når man studerer læsning, er målet at måle placeringen og varigheden af fikseringer og saccades nøjagtigt. Under normal voksenlæsning varierer fikseringsvarighederne typisk fra ca. 100-800 msec, idet gennemsnittet er ca. 250 msec (for college-alderen læsere). Saccades typisk spænder i varighed fra omkring 10-20 msec, når læserne flytter deres øjne fra det ene ord til det næste. Meget store saccades, såsom at flytte fra slutningen af en linje til begyndelsen af den næste linje, kan være så længe 60-80 msec i varighed. Højere prøvetagningshastigheder giver bedre tidsmæssig nøjagtighed (også kaldet tidsmæssig opløsning), når man måler varigheden af fikseringer og saccader. Konkret vil den gennemsnitlige tidsmæssige fejl være ca. halvdelen af varigheden af tiden mellem prøverne. En samplingfrekvens på 1.000 Hz (stikprøvesynsposition hver 1 msec) vil f.eks. En 8 msec fejl kan betragtes som for stor til at studere varigheden af saccades, men ikke for stor til at studere varigheden af fikseringer. For tredive år siden blev de fleste læseforskning udført ved hjælp af eye trackere med 60 Hz prøveudtagningshastigheder. De fleste forskning på læsning er nu udført ved hjælp af eye trackers i stand til prøveudtagning på 500 Hz eller 1.000 Hz.
   Under læsning er målet at fokusere begge øjne på samme sted; Derfor er almindelig praksis at registrere øjenbevægelser fra det ene øje. Nogle eye tracking systemer tillader sporing af begge øjne samtidigt. Fordelen ved at spore begge øjne er, at øjet med den bedste sporingsnøjagtighed kan vælges til den endelige analyse. Ulempen ved at spore begge øjne er, at prøveudtagningshastigheden generelt reduceres med en faktor på to(dvs. en prøveudtagningshastighed på 1.000 Hz for det ene øje reduceres til 500 Hz, når der registreres fra begge øjne).
2. Nøjagtighed. Nøjagtighed henviser til, hvor godt den beregnede fikseringsplacering svarer til den faktiske fikseringsplacering. Dette udtrykkes i grader af visuel vinkel (en halv cirkel har 180º visuel vinkel). Den gennemsnitlige nøjagtighed af EyeLink 1000-systemet er 0,25-0,5º visuel vinkel. For at sætte dette i perspektiv, når man ser på en 17-20 i computerskærm ved en normal visningsafstand, dækker skærmens bredde 20-30º visuel vinkel.
   Bemærk: Graden af nøjagtighed afhænger af forskningsmålene. Hvis målet er at måle, hvilket tegn på en linje der er fikseret, er det nødvendigt at placere tegnpositionen. Hvis målet er at måle, hvilket ord på en linje der er fikseret, er der brug for nøjagtighed af ordposition. I den her beskrevne forskning blev teksten vist, så 3 tegn svarede til ca. 1° visuel vinkel. Målingen er på ca. 3 tegn, fordi teksten blev vist med proportional skrifttype (dvs. tegn afveg i bredden,f.eks. det tegn, jeg er smallere end w). For at opnå nøjagtighed af tegnposition skal øjesporingen bestemme fikseringsstedet til 1/3° (bredden på ca. et tegn) over et vandret område på 30° (bredden af computerdisplayet). For at opnå nøjagtighed af ordpositionen skal øjesporingen bestemme fikseringsplaceringen inden for et område på 1° for ord på 3 tegn i længden. Eye trackere har tendens til at være lidt mindre præcise til måling af store lodrette øjenbevægelser(f.eks. flytning fra bunden af displayet til toppen), fordi eleven delvist kan occluded af øjenlåg og øjenvipper. Dette problem kan reduceres eller elimineres betydeligt ved at dobbeltafstande teksterne, hvilket gør det lettere at skelne, hvilken tekstlinje der læses. For 17-20 i computerskærme producerer dobbeltafstand ca. 2,5° lodret adskillelse mellem linjer, et godt stykke inden for nøjagtighedsområdet for EyeLink 1000 og de fleste nuværende generation af øje trackere.
3. Hovedbevægelse. Den tilladte hovedbevægelse for EyeLink 1000-systemet er 25 mm x 25 mm x 10 mm (vandret x lodret x dybde). Det vil sige, at deltagerne kan foretage hovedbevægelser på ±12,5 mm venstre/højre, ±12,5 mm op/ned og ±5 mm ind/ud fra den hovedposition, hvor den første kalibrering (forklaret nedenfor) blev udført uden at gå på kompromis med nøjagtigheden. Venstre/højre- og op-/ned-begrænsningerne er nødvendige for at holde øje med videokameraets synsfelt. Ind/ud-begrænsningen er nødvendig for at holde øje med videokameraets fokusområde. Ved hjælp af en kombination pande / hage hvile nemt holder bevægelser inden for dette område.
   Bemærk: Hvis der er behov for større hovedbevægelser, f.eks. hvis displayet bestod af tre skærme side om side, der krævede hovedbevægelser for at se på hver skærm (som i en køresimulator), findes der en "hovedmonteret" version af øjesporingen, der ikke kræver en pande/ hagestøtte. For det hovedmonterede system er de kameraer, der bruges til at spore øjenposition, monteret på et justerbart hovedbånd, så deltagerne frit kan bevæge hovedet. Et separat kamera, der peger fremad, optager den scene, der vises. Øjenbevægelser bestemmes i forhold til den scene, der ses. Ulempen ved hovedmonteret system er, at prøveudtagningshastigheden reduceres til 500 Hz (maksimum) eller mindre, nøjagtigheden har tendens til at være lidt mindre, fordi store hovedbevægelser kan introducere fejl, og opsætningstiderne har tendens til at være lidt længere, fordi placeringen af øjenbevægelseskameraerne skal justeres for hver deltager. Softwaren til betjening af hovedmonteret øje tracker er stort set identisk med EyeLink 1000.
4. Systemopsætningstid. EyeLink 1000 kan typisk opsættes og kalibreres på 5 min eller mindre, hvilket er typisk for videobaserede øje trackere. Denne proces er yderligere defineret i følgende procedureafsnit.

2. Stimulus forberedelse

Når man sammenligner øjenbevægelser for stimuli taget fra to eller flere forhold, skal stimuli matches på funktioner, der er kendt for at påvirke øjenbevægelser. De metafortekster, der bruges her, illustrerer flere vigtige egenskaber, der skal kontrolleres, når man sammenligner, hvordan to stimuli læses.

1. Nøgleord skal matches med gennemsnitlig ordlængde (i antal tegn) og ordfrekvens (typisk udtrykt som forekomster/millioner ord) på tværs af betingelser. Dette er kritisk, fordi fikseringsvarigheden øges, efterhånden som ordfrekvensen mindskes, og sandsynligheden for at rette et ord øges, efterhånden som ordlængden øges^10,13. I metaforpassagerne blev indholdsord i velkendte og ukendte metaforer matchet i gennemsnit ordlængde og ordfrekvens.
2. Nøgleord bør præsenteres i lignende positioner i tekster og sætninger. Dette er vigtigt, fordi ord i slutningen af sætninger typisk læses langsommere end tidligere ord i sætningerne, og læserne har en tendens til at læse hurtigere, når de går gennem en passage og derefter bremser den sidste sætning^11,12. I metaforpassagerne blev alle metaforer præsenteret i slutningen af tredje sætning. Præsentere nogle metaforer i begyndelsen af sætninger og andre i slutningen af sætninger ville føre til variation i læsetider ikke er forbundet med metaforer selv.
3. Nøglesætninger skal groft matches på ordlængde og -struktur. Dette er vigtigt, fordi sætningslængde og syntaktisk struktur påvirker læsetiden, antallet af fikseringer og sandsynligheden for regression¹³. I metaforpassagerne havde velkendte og ukendte metaforer det samme antal ord og struktur (X er et Y).
4. Konteksten umiddelbart før nøgleordene skal stort set sidestilles med antallet af ord, format og behandlingsvanskeligheder. Det er nødvendigt at sidestille kontekster på tværs af betingelser , fordi kontekstafhængig begrænsning påvirker fikseringsvarighederne for efterfølgende ord^1,14. I metaforpassagerne var den første kontekstsætning altid relateret til det første nøgleord i metaforerne (kærlighed og fisker) og den anden kontekstsætning, der altid var relateret til det andet nøgleord i metaforerne (blomst og edderkop).
5. Nøgleord eller sætninger bør ikke være det sidste ord eller udtryk i en passage. Dette er vigtigt, fordi læserne læser slutningen af en tekst langsommere end tidligere dele af teksten, som kaldes passageombrydningseffekten¹². Tilføjelse af en afsluttende sætning gør det også muligt at måle behandling af spillover. Spillover henviser til behandlingsvanskeligheder, der overføres fra en sætning til den efterfølgende sætning. I metaforpassagerne fulgte en neutral konklusionssætning metaforerne. Hvis læserne ikke forstod betydningen af en metafor, kan de gå videre til den næste sætning i håb om signaler om betydningen af metaforen. Som sådan var konklusionen sætning forsætligt neutral til at fjerne betydning stikord.
   Selvom stimuluskontrolegenskaberne blev beskrevet her i form af metaforer, gælder de for de fleste enhver undersøgelse af tekstforståelse eller enhver undersøgelse, der manipulerer sproglige stimuli. Overvej vores tidligere eksempel, hvor læserne løser ordbaserede matematiske problemer, der varierer i kompleksitet(f.eks høj versus lav kompleksitet). Man ønsker ikke, at de høje kompleksitetsproblemer skal omfatte mere ualmindelige (meget lavfrekvente) ord end problemerne med lav kompleksitet, fordi matematisk kompleksitet ville blive forvirret med ordfrekvens. Selvfølgelig dikterer målet med eksperimentet, hvilke funktioner der skal kontrolleres. For eksempel, hvis målet med eksperimentet er at undersøge, hvordan sætningsstruktur påvirker behandlingen, skal sætningsstrukturen manipuleres. For at vende tilbage til vores matematiske problemeksperiment, kan man undersøge, hvordan forskellige grammatiske strukturer påvirker vanskeligheden ved at løse problemerne. Sætninger, der indeholder vigtige detaljer om problemerne, kan f.eks. Mønstret af øjenbevægelser på disse nøglesætninger kunne måles såvel som indflydelsen på bestemmelsen af de rigtige løsninger.

3. Kørsel af eksperimentet

1. Deltagerne bør begynde med at udfylde et informeret samtykke, der beskriver den generelle procedure. Adfærdsforskning som eksperimentet beskrevet her er almindeligt godkendt af en institutions adfærdsmæssige IRB (Institutional Research Board) i modsætning til en medicinsk IRB, fordi videobaseret øjensporingsudstyr ikke kommer i kontakt med øjet og er godkendt som en klasse 1 LED-enhed, der er sikker under alle forhold. Hvis øjensporingsprocedurer kombineres med medicinske procedurer, såsom registrering af øjenbevægelser, mens de gennemgår en fMRI, vil medicinsk IRB være nødvendig.
2. Deltagerne skal slå alle distraherende elektroniske enheder fra eller fra.
3. Højden af chinrest skal indstilles, så øjet overvåges er groft centreret i video displayet.
4. Deltagerne bør justere sædehøjden, så de er i stand til komfortabelt at hvile deres hage på chinrest og deres pande mod panden hvile. Deltagerne har tendens til at slouch i stolen, da de slapper af, som har tendens til at trække deres pande væk fra panden resten. Dette kan øge den lodrette fejl i øjesporingsposten. Dette problem kan minimeres ved at sikre, at deltagerne begynder med deres hager lidt over hagens højde hvile, så de kan hvile deres hage på hagen resten.
5. Deltagerne skal have at vide, hvordan øjesporingen justeres og sættes op, før eksperimentet påbegyndes. Visning af instruktioner på skærmen giver deltagerne mulighed for at se, hvordan displayet ser ud, før eksperimentet påbegyndes, og for yderligere at justere deres position på panden/hagestøtten, hvis det er nødvendigt.
6. Sørg for, at kun det øje, der optages, er synligt på kameradisplayet. Dette vil forhindre trackeren i at "flytte" til det andet øje, hvis deltagerne foretager en stor hovedbevægelse. Hvis begge øjne er i synsfeltet af kameraet, skiftende kan forekomme, hvis deltagerne flytter hovedet langt nok, således at billedet af øjet, der registreres flyttes ud af kameraets synsfelt og det andet øje er flyttet ind i kameraets opfattelse. Eye tracker vil derefter "søge" efter en ny elev refleksion. Trackeren skifter tilbage til det oprindelige øje, når hovedet returneres til udgangspositionen, men skiftet medfører et midlertidigt tab af øjenposition.
7. Fokuser kameraet (billedet vises på eksperimentatorens skærm). Korrekt fokus øger evnen til at opdage og spore pupil og hornhinde refleksion.
8. Juster skærmkameraets infrarøde følsomhedstærskel. EyeLink-systemet har en "autotærskel"-funktion, der korrekt angiver tærsklen for langt de fleste deltagere. Hvis store områder med infrarød refleksion er synlige tæt på øjet, kan tærsklen reduceres manuelt. På dette tidspunkt øjet tracker bør opdage elev og hornhinde refleksion og begynde at spore øjenposition (angivet ved krydshår over pupillen og hornhinde refleksion).
9. Sørg for, at pupil- og hornhinderefleksionen spores hen over hele skærmens overflade ved at få deltagerne til at se på hvert hjørne af computerskærmen. Hvis pupillen eller hornhinden refleksion går tabt i kanterne af displayet, vippe deltagerens hoved ved at flytte hagen hvile base frem eller tilbage normalt løser problemet. For deltagere, der bærer briller, undertiden rammer okkludere en del af videobilledet af øjnene, når man ser på ekstreme vandrette eller lodrette vinkler. Dette er kun et problem, hvis pupil- og hornhinderefleksionen ikke kan spores over hele det område, hvor stimuli vil blive vist. Eye tracker kan kalibreres (beskrevet næste) over et mindre område, hvis det er nødvendigt for at kompensere for dette problem.
10. Kalibrering er den proces, der bruges til at indstille eye tracking software til præcist at spore øjenbevægelser. Dette gøres ved at registrere øjenposition, mens deltagerne fikserer et sæt af ni fikseringspunkter (sorte prikker), der vises på skærmen på kendte steder. Fikseringspunkterne præsenteres i tilfældig rækkefølge. Antallet af fikseringspunkter kan varieres afhængigt af hvor meget af displayet stimuli vil besætte. Hvis passager fylder det meste af skærmen, skal kalibreringen bruge en 9-dot formation (øverst til venstre, øverste centrum, øverst til højre, midterste venstre, midterste venstre, nederste venstre, nederste venstre, nederst til højre). Hvis der kun vises én tekstlinje i skærmens lodrette midte, kan kalibreringsområdet reduceres til det centrale område af displayet.
11. Under kalibreringen skal deltagerne instrueres i at fiksere hver prik, indtil den forsvinder, og forsøge ikke at forudsige prikens bevægelser. Hvis deltagerne bevæger øjnene i et forsøg på at forudsige prikkets næste placering, kan prikkets bevægelse styres manuelt for at sikre, at deltagerne fikserer hver prik, før den næste prik vises.
12. Valider kalibreringen. Under valideringen fikserer deltagerne de samme ni punkter som under kalibreringen. De beregnede fikseringsplaceringer sammenlignes derefter med de kendte fikseringssteder for at bestemme graden af visuel fejl på beregnede fikseringssteder. På dette tidspunkt viser softwaren oplysninger om graden af visuel fejl for hvert fikseringspunkt, den gennemsnitlige fejl på tværs af alle punkter og den maksimale fejl på tværs af alle punkter.
13. Hvis den gennemsnitlige fejl overstiger 0,5º visuel vinkel, skal opsætningen af øjesporingen kontrolleres, og kalibreringsprocessen gentages. Den gennemsnitlige fejl kombinerer lodrette og vandrette fejl. derfor kan en acceptabel gennemsnitlig fejlfejl på 0,3ºf.eks. Forskerne bør derfor undersøge den vandrette og vertikale forskydning for hvert kalibreringspunkt og fastsætte en tærskel for acceptabel fejl baseret på det eksperiment, der udføres. Hvis stimuli f.eks. er sætninger med en enkelt linje, der vises midt på skærmen, er lodret nøjagtighed mindre vigtig, fordi der kun er én tekstlinje. Det tidligere eksempel på 0,1º vandrette fejl og 0,6º lodrette fejl kan være acceptabelt for enkeltlinjedisplays. Når du bruger passager med flere streger, er lodret og vandret nøjagtighed begge kritiske.
14. Begynd eksperimentet efter at have opnået en acceptabel kalibrering. Bed deltagerne om ikke at tale, når der vises stimuli. Talking får hovedet til at bevæge sig op og ned, når de hviler på hagen resten, og dette reducerer eye tracking nøjagtighed.
15. Begynd med at præsentere et lille antal øvelsesforsøg, så deltagerne bliver komfortable med øjesporingen, responscontrolleren (hvis den bruges) og formatet af stimuli.
16. Før hvert forsøg vises et fikseringspunkt (ofte kaldet et drift correction point), hvor det første ord i teksten placeres. Bed deltagerne om at fiksere afdriftskorrektionspunktet før hvert forsøg. Hvis den visuelle fejl ved fiksering af korrektionspunktet for drift overstiger den maksimalt tilladte fejl (0,5º), tillader systemet ikke, at forsøget begynder. På dette tidspunkt er der behov for rekalibrering. Dette sikrer et konsekvent nøjagtigt spor gennem hele eksperimentet. Rekalibrering tager typisk mindre end et minut, fordi systemet allerede er indstillet til at spore deltagernes øjne.
17. Spørg deltagerne, om de har spørgsmål efter at have gennemført øvelsesforsøgene. Deltagerne skal fjerne deres hoveder fra panden / hagen hvile for at stille spørgsmål. Sporing nøjagtighed bør kontrolleres igen, når deltagerne vender tilbage til panden / hagen hvile, fordi deres hoveder ikke vil være i nøjagtig samme position. Dette kan gøres ved at få deltagerne til at se på driftkorrektionspunktet og sammenligne den beregnede position med den faktiske position, som vises på eksperimentatorens skærm. For de fleste deltagere er rekalibrering typisk ikke nødvendig efter at være kommet ud og derefter vende tilbage til panden / hagestøtten.
18. Hvis deltagerne på noget tidspunkt har brug for at tage en pause, eller banens kvalitet er forringet (normalt på grund af deltagere, der flytter sig i deres stol), skal kalibreringen kontrolleres, og rekalibreringen skal udføres efter behov. Deltagerne har en tendens til at slappe af deres siddepladser (slouch) under et eksperiment, som kan ændre vinklen på hovedet. Dette kan reducere sporingsnøjagtigheden og føre til behovet for at kalibrere igen. Inklusive korte pauser hver 15-20 min i længere eksperimenter minimerer dette problem.
19. Deltagerne skal afhøres efter forsøgets afslutning.

Representative Results

Flere aspekter af øjenbevægelser kan analyseres, og disse er ofte kategoriseret som globale og lokale foranstaltninger. Globale målinger afspejler øjenbevægelsersadfærd på tværs af et helt forsøg, f.eks. Lokale foranstaltninger afspejler øjenbevægelser adfærd for et bestemt mål ord eller sæt af målord (såsom ord i metaforer) og kaldes regioner af interesse. Lokale målpunkter omfatter fikseringstider for målord, sandsynligheden for at rette målord, antallet af fikseringer på målord og antallet af regressioner til målord for at nævne nogle få. Derudover diskuteres lokale foranstaltninger ofte i form af første løb, andet løb og samlet tid. Første kørsel (også kaldet første gennemløb) henviser til fikseringer foretaget på et målord, før du flytter til et andet ord. Dette kan opfattes som det første møde med målordet. Anden kørsel (også kaldet andet gennemløb) henviser til fikseringer foretaget på et målord efter at have forladt målordet oprindeligt. Disse er generelt regressioner til målordene. Den samlede tid omfatter alle fikseringer, der er foretaget på målordene (alle kørsler kombineret). Mere komplekse målpunkter bruges også til at evaluere behandlingstid og mønstre for øjenbevægelser, f.eks. Hvis en læser (1) f.eks. fikserede det sidste ord i en metafor, (2) vendte tilbage for at fiksere det første ord i metaforen, (3) fikseret ved det sidste ord igen, og derefter (4) fikserede det første ord i næste sætning, ville regressionsstiens varighed omfatte de første tre fikseringer i dette eksempel.

Øjenbevægelser fra et prøveforsøg er vist i figur 2. Cirklerne repræsenterer fikseringssteder, og de gule linjer repræsenterer saccades, som viser, hvordan læseren flyttede fra ord til ord. Den ekstra behandling vanskelighed forbundet med metaforen kan ses af tætheden af fikseringer på metaforen. Fikseringerne kan grupperes efter interesseregioner(f.eks. ord i metaforerne) for at bestemme, hvor meget tid der blev brugt på hvert ord, og antallet af fikseringer foretaget på hvert ord for velkendte og ukendte metaforer. Resultaterne i figur 3 viser, at der blev brugt mere tid på at behandle de to nøgleord i nøgleindhold i ukendte metaforer end i velkendte metaforer.

Fordelene ved at registrere øjenbevægelser i modsætning til læsetider for en hel passage eller sætning for sætning læsetider kan ses i figur 2 og 3. For eksempel er der fem fikseringer på metaforområdet (Figur 2), tre fremadrettede fikseringer og to regressive fikseringer, der afspejler læseren, der læser gennem metaforen til "døråbning" og derefter vender tilbage (regresserende) til "grad". I det væsentlige blev metaforen læst to gange. Dette resultat ville gå ubemærket hen, hvis kun sætningslæsningstider eller samlede læsetider blev målt. Som et andet eksempel viser figur 3, at der blev brugt mere tid på at læse metaforens sidste ord end de tre andre ord i metaforen, og at læsetiden var hurtigere for velkendte end ukendte metaforer for tre af de fire ord i metaforerne. Måling af sætning-for-sætning læsetider ville indikere længere læsetider for sætninger, der indeholder velkendte metaforer end ukendte metaforer, men det ville være umuligt at vide, om den ekstra læsetid blev fordelt over alle ord i metaforen eller var begrænset til specifikke ord, og hvor meget tid der blev brugt på hvert ord ville være ukendt. Disse to eksempler viser fordelen ved at optage kontinuerlig, online læseadfærd.

Figur 1. Det venstre billede viser en deltager placeret på panden / hagen hvile, mens man ser på en computerskærm. Den infrarøde lyskilde og videokameraet er placeret under displayet. Det rigtige billede viser eksperimentatorens skærm. Det store billede i den øverste ramme viser deltagerens ansigt omkring højre øje (øjet spores), og det lille billede viser et nærbillede af højre øje. De blå områder er områder med høj infrarødt lys refleksion fra deltagerens hår (stort billede) og elev (lille billede). Korshårene over øjet identificerer elevens centrum og hornhinderefleksionen nær bunden af eleven. Klik her for at se større billede.

Figur 2. Øjenbevægelser fra en prøve passage, der indeholder en ukendt metafor(en grad er en døråbning). Cirklerne angiver fikseringssteder, og de gule linjer angiver saccade-stier. Større cirkler repræsenterer længere varighedsrettelser. De små tal ud for cirklerne angiver fikseringsvarighed i millisekunder (msec). Huller (ingen sakkade linje, såsom mellem de ord, mange mennesker) angiver punkter, hvor et spor tab opstod på grund af en artefakt som emner momentant lukke deres øjne. Figuren viser en regression fra døråbning til grad i metaforen.

Figur 3. Samlet fikseringsvarighed (msec) på ord i velkendte og ukendte metaforer. Ordene i den vandrette akse svarer til prøven velkendte (F) og ukendte (U) metaforer. Dataene repræsenterer i gennemsnit 10 kendte og 10 ukendte metaforer.

Discussion

Teknologiske fremskridt har ført til, at der er meget nøjagtige, pålidelige og brugervenlige øjensporingssystemer til rådighed. Inden for sprogforskning giver overvågning af øjenbevægelser forskere mulighed for at bestemme, hvordan læserne evaluerer en tekst. Fikseringsmønstre kan bruges til at bestemme, hvilke dele af en tekst der er sværest at behandle eller er nemmest at behandle, hvilke dele af en tekst der kan forstås med en enkelt fiksering, og hvilke dele der kræver flere fikseringer eller regressioner, og den rækkefølge, hvori læserne behandler teksten. Tilsammen understøtter disse foranstaltninger konklusioner om de kognitive processer, der er involveret i tekstforståelse.

Forståelsen er baseret på et samspil mellem oplysningerne i en tekst og de kognitive færdigheder og den viden, som læseren anvender; derfor kan en fuldstændig forståelse af tekstforståelse kun opnås ved hjælp af et mål for behandling, der er følsom over for egenskaberne af læserens tekst og egenskaber. Som tidligere nævnt varierer øjenbevægelser baseret på sproglige funktioner, såsom ordfrekvens, ordlængde og sætningskompleksitet^1,2,7,10,11og læseregenskaber, såsom læseevne og emneviden^1,9. Som sådan giver øjenbevægelser et ideelt mål for tekstforståelse.

Da øjenbevægelser varierer baseret på mange sproglige træk, er præcis kontrol af stimuli afgørende, når man studerer de kognitive processer, der er involveret i tekstforståelse. Forskere bruger ofte så meget indsats for at udvikle kontrollerede stimuli, som det er nødvendigt for at gennemføre selve eksperimentet. Faktisk er forskningen kun så god som stimuli.

Eye tracking metoder kan give værdifulde data for ethvert forskningsområde, hvor deltagerne er vist visuelle stimuli og er forpligtet til at evaluere stimuli. For eksempel inden for reklame kunne man bestemme, hvilke dele af en visuel annonce der tiltrækker mest opmærksomhed ved at måle, hvilke dele af annoncefolkene der ser på de mest^5,8. I medicinsk forskning, kunne man afgøre, om praktikanter og erfarne læger evaluere en X-Ray eller MR-billede på samme måde ved at se på øjet bevægelse scanne vej, og hvor meget tid der bruges evaluere kritiske fysiske strukturer¹⁵. I disse eksempler mønstret af øjenbevægelser angiver, hvilke dele af billedet tiltrække opmærksomhed fra den person, der ser billedet.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eye Tracker	SR Research Ltd.	EyeLink 1000 Remote Desktop model
Experiment Control Software	SR Research Ltd.	Experimental Builder
Eye Movement Evaluation Software	SR Research Ltd.	Data Viewer