Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

שימוש בתנועות עיניים להערכת התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת טקסט

doi: 10.3791/50780 Published: January 10, 2014

Summary

המאמר הנוכחי מתאר כיצד להשתמש במתודולוגיות למעקב אחר העיניים כדי לחקור את התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת טקסט. תיאורים של ציוד מעקב אחר העיניים, כיצד לפתח גירויים ניסיוניים, והמלצות פרוצדורליות כלולים. המידע המוצג יכול להיות מיושם על רוב המחקר באמצעות גירויים מילוליים.

Abstract

המאמר הנוכחי מתאר כיצד להשתמש במתודולוגיות למעקב אחר העיניים כדי לחקור את התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת טקסט. מדידת תנועות עיניים במהלך הקריאה היא אחת השיטות המדויקות ביותר למדידת דרישות עיבוד מרגע לרגע (מקוון) במהלך הבנת הטקסט. דרישות העיבוד הקוגניטיבי משתקפות על-ידי מספר היבטים של התנהגות תנועת העין, כגון משך הקיבעון, מספר הקיבעון ומספר הרגרסיות (חזרה לחלקים קודמים של טקסט). תכונות חשובות של ציוד מעקב אחר העיניים שחוקרים צריכים לשקול מתוארות, כולל באיזו תדירות נמדדת תנוחת העין (קצב דגימה), דיוק בקביעת מיקום העיניים, כמה תנועת ראש מותרת וקלות השימוש. כמו כן מתוארים מאפיינים של גירויים המשפיעים על תנועות עיניים שיש לשלוט בהם במחקרים של הבנת טקסט, כגון המיקום, התדירות והאורך של מילות היעד. המלצות פרוצדורליות הקשורות להכנת המשתתף, הקמה וכיול של הציוד והפעלת מחקר ניתנות. תוצאות מייצגות מוצגות כדי להמחיש כיצד ניתן להעריך נתונים. למרות המתודולוגיה מתוארת במונחים של הבנת הנקרא, הרבה מהמידע המוצג יכול להיות מיושם על כל מחקר שבו המשתתפים לקרוא גירויים מילוליים.

Introduction

כאשר הקוראים קוראים טקסט, הם מזיזים את עיניהם ממילה למילה דרך תבנית מקובעת לסירוגין (נקודות שבהן העיניים נייחות וממוקדות במילה) וסאקאדות (נקודות שבהן העין נעה בין מילים). קיבועים הבאים saccades להזיז את הקורא קדימה דרך טקסט נקראים קיבעון קדימה קיבעון בעקבות saccades להזיז את הקורא לנקודות קודמות בטקסט נקראים קיבועים רגרסיביים. ההנחה הבסיסית של שיטות מעקב אחר העיניים היא שדרישות עיבוד מוגברות קשורות לזמן עיבוד מוגבר או לשינויים בתבנית הקיבעון. זמן עיבוד מוגבר עשוי לבוא לידי ביטוי על ידי קיבועים משך זמן ארוך יותר או מספר גדול יותר של קיבעונים (קדימה ורגרסיבי).

תנועות עיניים מספקות מספר יתרונות חשובים כמדד להתנהגות קריאה ביחס למדידת זמני קריאה עבור קטע שלם או זמני קריאה של משפט אחר משפט. ראשית, ניטור תנועות עיניים מייצר תיעוד מקוון מתמשך של ביצועי קריאה. הדבר מספק את היכולת לבחון דרישות עיבוד טקסט ברמה גלובלית (על-פני טקסט שלם), את רמת המשפט (משפטים בודדים) או את הרמה המקומית (מילים או צירופי מילים בודדים). לדוגמה, שינויים בקושי הגלובלי מובילים לשינויים במספר מדדים של ביצועים, כגון זמן קריאה כולל, מספר הקיבעון קדימה ומספר הרגרסיות. שינויים בקושי ברמה המקומית משפיעים גם על מספר מדדים, כגון זמני קריאה של מילים בודדות, ההסתברות לקבע מילים, והסבירות לבצע רגרסיות למילים ספציפיות. זמני קריאה כוללים או זמני קריאה של משפט אחר משפט אינם מספקים מדדים מפורטים כאלה של ביצועי קריאה. שנית, תנועות עיניים הן חלק טבעי של הקריאה; לכן, אין דרישות משימה נוספות להציב על הקורא. שלישית, היבטים מרובים של תנועות עיניים ניתן לנתח(למשל משך הקיבעון, אורך saccade, ותדירות רגרסיה), מתן חלון לתוך אלמנטים שונים של תהליך הקריאה. רביעית, תנועות עיניים משקפות ישירות דרישות עיבוד הקשורות לתכונות של הטקסט שנקרא. לדוגמה, תנועות עיניים משתנות כפונקציה של תדירות מילה10,11, אורך מילה7, עמימות לקסיקלית2, אילוץ הקשרי1, וחזרה10,13. חמישית, תנועות עיניים משקפות הבדלים אינדיבידואליים בקוראים. לדוגמה, תנועות עיניים משתנות בהתאם ליכולת הקריאה1, ידע מוקדם על נושא9, וגיל הקורא14. ריינר, פולאטסק, אשבי וקליפטון13 מספקים סקירה יסודית של תנועות העיניים במהלך הקריאה. יחד, יתרונות אלה הופכים את תנועות העיניים למדד אידיאלי להתנהגות קריאה.

המחקר המתואר כאן השתמש במתודולוגיית תנועת עיניים כדי לחקור את התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת טקסט. באופן ספציפי, הניסוי נועד לחקור כיצד מטאפורות מוכרות ולא מוכרות מעובדות4. במחקר זה, המשתתפים קראו טקסטים קצרים שהוצגו על צג מחשב בזמן שתנועות העיניים שלהם היו במעקב. כל טקסט הכיל ארבעה משפטים. שני המשפטים הראשונים סיפקו הקשר העולה בקנה אחד עם המשמעות המיועדת של המטאפורה. המטאפורות הוצגו במשפט השלישי. המשפט הרביעי שימש מסקנה ניטרלית. דוגמאות לטקסטים המכילים מטאפורות מוכרות (1) ולא מוכרות (2) מוצגות להלן עם המטאפורות המודגשות כדי להקל על הזיהוי.

  1. קטע מטאפורה מוכר. פיטר מעולם לא ראה בחורה כל כך יפה. הוא באמת קיווה שמשהו מיוחד יגדל בין שניהם. הוא חשב לעצמו שאהבה היא פרח. פיטר התקשר לבחורה מאוחר יותר באותו הלילה.
  2. קטע מטאפורה לא מוכר. סיום הלימודים במכללה הוא ציון דרך חשוב מאוד עבור אנשים רבים. זה לוקח הרבה עבודה קשה כדי להגיע למטרה זו. עבור אנשים רבים תואר הוא פתח. לסיים את הקולג' זה משהו שאפשר להתגאות בו מאוד.

מחקרים קודמים המבוססים על מגוון שיטות הראו כי מטאפורות מוכרות קלות יותר להבנה (מעובדות מהר יותר) מאשר מטאפורות לא מוכרות3,6. כוחה של שיטת המעקב אחר העיניים הוא שניתן לבודד את מקור קושי העיבוד למילים ספציפיות. לדוגמה, חוקרים יכולים לקבוע אם הזמן הנוסף הדרוש להבנת מטאפורות לא מוכרות מתקבל על ידי האטה בעת קריאת כל מילה במטאפורות, או האטה על המילים האחרונות של המטאפורה (כאשר ברור שהביטוי הקודם הוא מטאפורה). יתר על כן, דפוסים של תנועות עיניים תומכים בהסקות על התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת המטאפורות. לדוגמה, בעת קריאת רומן או מטאפורות לא מוכרות, הקוראים יצטרכו להמשיך לעבד את המטאפורות כדי לחלץ את המשמעויות הפיגורטיביות. זה עשוי לבוא לידי ביטוי בדפוס תנועת העין כרגרסיה לתחילת המטאפורות ולאחר מכן קריאה דרך המטאפורות בפעם השנייה. הקוראים עשויים גם לנסות להשוות את המשמעויות של שתי מילות המפתח במטאפורות (למשל אהבה ופרח), מה שעלול להוביל לתבנית של תנועות עיניים הלוך ושוב בין מילות המפתח. לחלופין, בעת קריאת מטאפורות מוכרות, הקוראים עשויים לחלץ את המשמעויות הפיגורטיביות מיד עם קריאת המטאפורות; לכן, לא יהיה צורך ברגרסיות. נקודת המפתח היא שדפוסי תנועת עיניים מאפשרים לחוקרים להסיק מסקנות לגבי התהליכים המקוונים המשמשים להבנת המטאפורות. זה תומך במסקנות תיאוריות יותר מאשר פשוט לקבוע כי זמן העיבוד הכולל הוא ארוך יותר עבור לא מוכר מאשר מטאפורות מוכרות.

המחקר המתואר כאן ממחיש שיטה נפוצה של דפוסי תנועת עיניים מנוגדים לשני סוגים של גירויים כתובים ומספק מצב קונקרטי לתיאור היבטים קריטיים של מתודולוגיות תנועת עיניים. חשוב לציין, ניתן להכליל את שיטת תנועת העיניים המתוארת כאן כדי ללמוד סוגיות רבות אחרות, כגון כיצד הקוראים פותרים בעיות מתמטיות מבוססות מילים המשתנות במורכבות (למשל מורכבות גבוהה לעומת נמוכה), או כיצד בעיות מילים נפתרות על ידי מומחי תחום לעומת טירונים. תנועות עיניים יכולות לשמש כדי לקבוע אילו מילים בבעיות מושכות את מירב תשומת הלב(כלומר משכי הקיבעון הארוכים ביותר ומספר הקיבעון הגדול ביותר) והאם מומחים וטירונים מתמקדים באותו מידע. בכל מקרה, ניטור תנועות עיניים יספק תיעוד של השינויים מרגע לרגע בדרישות העיבוד הקשורות להבנת הבעיות הנקראות.

Protocol

1. מאפיינים של ציוד מעקב אחר העיניים

עוקבי העיניים משתנים לגבי אופן מדידת תנועות העיניים, תדירות מדידת מיקום העין (קצב דגימה), דיוק בקביעת מיקום העיניים, מידת התזוזה של הראש וקלות השימוש. החשיבות של גורמים אלה משתנה בהתאם לסוג המחקר המבוצע ולמשתתפים הנבדקים. לדוגמה, ברוב מחקרי הקריאה, יש צורך בדיוק גבוה כדי לקבוע איזו מילה מקובעת. כדוגמה שנייה, סובלנות של תנועות ראש וקלות השימוש היא קריטית בעת שימוש בילדים כמשתתפים.

המחקר המתואר כאן נערך באמצעות מעקב אחר העיניים של SR Research EyeLink 1000 (SR Research Ltd). באיור 1מוצגת תמונה של מערכת המעקב אחר העיניים . מערכת EyeLink עוקבת אחר תנועות עיניים על-ידי מדידת שינויים בתנוחת האישון בתמונת וידאו. זה נעשה על ידי הארת אור אינפרא אדום מפוזר (שאינו נראה למשתתפים) על העיניים של הנבדקים והקלטת השתקפות אינפרא אדום (תמונה) מעין אחת (או משתי העיניים) עם מצלמת וידאו חישת אינפרא אדום ברזולוציה גבוהה. מקור אור האינפרא-אדום ומצלמת הווידאו ממוקמים מתחת לצג המשמש להצגת הגירויים. אור אינפרא אדום משמש כדי למנוע השתקפויות מזויפות מאורות ספקטרום נורמלי. אור האינפרא-אדום מייצר נקודת אור שבה ממוקם האישון (האורות נכנסים לתלמיד ומשקפים את הרשתית כדי להאיר את האישון) והשתקפות נקודתית על פני העין הנקראת השתקפות הקרנית. תמונת הווידאו מותאמת לדיגיטציה כך שניתן למדוד תנועות אופקיות ואנכיות של האישון (נקודת האור) במסגרת הווידאו. השתקפות הקרנית היא השתקפות נייחת שאינה זזה אלא אם כן הראש זז (מכיוון שהיא השתקפות מפני השטח של העין, היא אינה זזה כאשר העיניים זזות). מדידת השתקפות הקרנית מספקת אמצעי להבחין בין תנועות ראש קטנות, המובילות לתנועת השתקפות הקרנית, מתנועות עיניים בלבד, שאינן מובילות לתנועת השתקפות הקרנית. כדי למזער את תנועות הראש ולשמור על המשתתפים בטווח המוקד של מצלמת הווידאו, המשתתפים מניחים את ראשם על מצח וסנטר מונחים תוך קריאת טקסט המוצג על צג המחשב. מספר תכונות קריטיות של מערכות מעקב אחר העיניים מתוארות להלן.

  1. קצב דגימה. שיעור הדגימה מתייחס למספר הפעמים לשנייה שבהן נמדדת תנוחת העין. קצב הדגימה של מערכת EyeLink 1000 הוא 1,000 הרץ, כלומר מיקום העין נמדד 1,000 פעמים / שניה. קצבי הדגימה הנפוצים הם 1,000 הרץ, 500 הרץ, 250 הרץ ו- 60 הרץ (קצב/תדירות רענון הווידאו של צגי מחשב רבים).
    הערה: כאשר לומדים קריאה, המטרה היא למדוד במדויק את המיקום ומשך הקיבעון והסקאדות. במהלך קריאה רגילה למבוגרים, משכי הקיבעון משתנים בדרך כלל בין 100-800 msec, כאשר הממוצע הוא כ 250 msec (עבור קוראים בגיל המכללה). Saccades בדרך כלל נע משך של כ 10-20 msec כאשר הקוראים להזיז את עיניהם ממילה אחת לאחרת. סקאדות גדולות מאוד, כגון מעבר מקצה שורה אחת לתחילת השורה הבאה, עשויות להיות באורך של 60-80 אלפיות שניה. שיעורי דגימה גבוהים יותר מייצרים דיוק זמני טוב יותר (הנקרא גם רזולוציה זמנית) בעת מדידת משך הקיבעון והסקאדות. באופן ספציפי, שגיאת הזמן הממוצעת תהיה כמחצית ממשך הזמן בין הדגימות. לדוגמה, קצב דגימה של 1,000 הרץ (דגימת מיקום עיניים כל 1 msec) יוביל לשגיאה ממוצעת של 0.5 msec וקצב דגימה של 60 הרץ (דגימת מיקום העין כל 16.7 msec) יוביל לשגיאה ממוצעת של כ 8 msec. שגיאת 8 msec עשויה להיחשב גדולה מדי כדי ללמוד את משך saccades, אבל לא גדול מדי כדי ללמוד את משך הקיבעון. לפני שלושים שנה רוב מחקר הקריאה נערך באמצעות עוקבי עיניים עם שיעורי דגימה של 60 הרץ. רוב המחקרים על קריאה מבוצעים כעת באמצעות עוקבי עיניים המסוגלים לדגום במהירות של 500 הרץ או 1,000 הרץ.
    במהלך הקריאה, המטרה היא למקד את שתי העיניים באותו מיקום; לכן, הנוהג הנפוץ הוא להקליט תנועות עיניים מעין אחת. מערכות מסוימות למעקב אחר העיניים מאפשרות מעקב אחר שתי העיניים בו זמנית. היתרון של מעקב אחר שתי העיניים הוא שניתן לבחור את העין עם דיוק המעקב הטוב ביותר לניתוח הסופי. החיסרון במעקב אחר שתי העיניים הוא שקצב הדגימה מצטמצם בדרך כלל פי שניים(כלומר קצב דגימה של 1,000 הרץ לעין אחת מצטמצם ל-500 הרץ בעת הקלטה משתי העיניים).
  2. דיוק, דיוק. דיוק מתייחס לאופן שבו מיקום הקיבעון המחושב תואם למיקום הקיבעון בפועל. זה בא לידי ביטוי במעלות של זווית חזותית (חצי עיגול יש 180º של זווית חזותית). הדיוק הממוצע של מערכת EyeLink 1000 הוא 0.25-0.5º של זווית ראייה. כדי לשים את זה בפרספקטיבה, כאשר מסתכלים על צג מחשב 17-20 במרחק צפייה רגיל, רוחב הצג מכסה 20-30º של זווית חזותית.
    הערה: מידת הדיוק הדרושה תלויה במטרות המחקר. אם המטרה היא למדוד איזה תו בשורה מקובע, יש צורך בדיוק מיקום תווים. אם המטרה היא למדוד איזו מילה בשורה מקובעת, יש צורך בדיוק מיקום מילה. במחקר המתואר כאן, הטקסט הוצג כך 3 תווים שווים כ 1° של זווית חזותית. המדידה היא כ- 3 תווים מכיוון שהטקסט הוצג בגופן יחסי (כלומר תווים שונים ברוחב, כגון התו i צר יותר מ- w). כדי להשיג דיוק במיקום התווים, על עוקב העיניים לקבוע את מיקום הקיבעון ל- 1/3° (רוחב של תו אחד בקירוב) על-פני טווח אופקי של 30° (רוחב תצוגת המחשב). כדי להשיג דיוק במיקום המילים, עוקב העיניים חייב לקבוע מיקום קיבוע בטווח של 1° עבור מילים באורך של 3 תווים. עוקבי עיניים נוטים להיות קצת פחות מדויקים במדידת תנועות עיניים אנכיות גדולות(למשל נע מתחתית התצוגה לחלק העליון) כי האישון יכול להיות מוסתר חלקית על ידי מכסי העין וריסים העין. ניתן לצמצם או לבטל בעיה זו באופן משמעותי על-ידי ריווח כפול של הטקסטים, דבר המקל על ההבחנה באיזו שורת טקסט נקראת. עבור צגי מחשב בגודל 17-20 אינץ', מרווח כפול מפיק הפרדה אנכית של כ- 2.5° בין שורות, בטווח הדיוק של EyeLink 1000 ורוב עוקבי העיניים מהדור הנוכחי.
  3. תנועת ראש. תנועת הראש המותרת למערכת EyeLink 1000 היא 25 מ"מ x 25 מ"מ x 10 מ"מ (עומק x אנכי אופקי). כלומר, המשתתפים יכולים לבצע תנועות ראש של ±12.5 מ"מ שמאלה / ימינה, ±12.5 מ"מ למעלה / למטה, ו ±5 מ"מ פנימה / החוצה מעמדת הראש שבה בוצע הכיול הראשוני (מוסבר להלן) מבלי להתפשר על הדיוק. ההגבלות על ימין ועל שמאל יש צורך לשמור על העין בתוך שדה הראייה של מצלמת הווידאו. הגבלת פנימה/החוצה נדרשת כדי לפקוח עין בטווח המוקד של מצלמת הווידאו. שימוש במנוחת מצח/סנטר משולבת שומר בקלות על תנועות בטווח זה.
    הערה: אם יש צורך בתנועות ראש גדולות יותר, כגון אם הצג כלל שלושה צגים זה לצד זה שדרשו תנועות ראש כדי להסתכל על כל צג (כמו בסימולטור נהיגה), גרסה "רכוב על הראש" של עוקב העיניים זמינה שאינה דורשת מנוחת מצח / סנטר. עבור מערכת רכוב על הראש, המצלמות המשמשות למעקב אחר מיקום העין מותקנות על רצועת ראש מתכווננת כך שהמשתתפים יוכלו להזיז את ראשיהם בחופשיות. מצלמה נפרדת שמצביעה קדימה מתעדת את הסצנה שנצפתה. תנועות העיניים נקבעות ביחס לסצנה הנצפה. החיסרון של מערכת ראש רכוב הוא כי קצב הדגימה מצטמצם ל 500 הרץ (מקסימום) או פחות, דיוק נוטה להיות קצת פחות כי תנועות ראש גדולות יכול להציג שגיאה, ואת זמני ההתקנה נוטים להיות קצת יותר כי המיקום של מצלמות תנועת העין חייב להיות מותאם עבור כל משתתף. התוכנה להפעלת גשש העיניים רכוב על הראש זהה במהותו EyeLink 1000.
  4. זמן הגדרת מערכת. ניתן בדרך כלל להגדיר ולכויל את EyeLink 1000 בתוך 5 דקות או פחות, האופייני למעקבי עיניים מבוססי וידאו. תהליך זה מוגדר עוד יותר בסעיף ההליך הבא.

2. הכנת גירוי

בעת השוואת תנועות עיניים עבור גירויים שנלקחו משני תנאים או יותר, הגירויים צריכים להיות תואמים על תכונות הידועות להשפיע על תנועות עיניים. הטקסטים המטאפוריים המשמשים כאן ממחישים מספר מאפיינים חשובים שיש לשלוט בהם בעת השוואת האופן שבו נקראים שני גירויים.

  1. יש להתאים מילות מפתח לאורך המילים הממוצע (במספר תווים) ולתדירות המילים (המבוטאות בדרך כלל כמופעים/מיליון מילים) בין תנאים. הדבר קריטי מכיוון שמשך הקיבעון גדל ככל שתדירות המילים פוחתת וההסתברות לקבע מילה גדלה ככל שאורך המילה גדלב- 10,13. בקטעי המטאפורה הותאמו מילות תוכן במטאפורות מוכרות ולא מוכרות לאורך המילים ולתדירות המילים הממוצעת.
  2. יש להציג מילות מפתח בעמדות דומות בתוך טקסטים ומשפטים. זה חשוב כי מילים בסוף משפטים נקראים בדרך כלל לאט יותר מאשר מילים קודמות במשפטים הקוראים נוטים לקרוא מהר יותר כפי שהם מתקדמים דרך קטע ולאחר מכן להאט על המשפט האחרון11,12. בקטעי המטאפורה הוצגו כל המטאפורות בסוף המשפט השלישי. הצגת כמה מטאפורות בתחילת משפטים ואחרים בסוף משפטים תוביל לשינוי בזמני הקריאה שאינם קשורים למטאפורות עצמן.
  3. ביטויי מפתח צריכים להיות תואמים בערך על אורך ומבנה המילה. זה חשוב כי אורך המשפט ומבנה תחבירי להשפיע על זמן הקריאה, מספר הקיבעון, ואת הסבירות של רגרסיות13. בקטעי המטאפורה, למטאפורות מוכרות ולא מוכרות היה אותו מספר מילים ומבנה (X הוא Y).
  4. יש להשוות בערך את ההקשר שלפני מילות המפתח למספר המילים, התבנית וקושי העיבוד. השוואת הקשרים בין תנאים היא הכרחית מכיוון אילוץ הקשרי משפיע על משכי הקיבעון עבור המילים הבאות1,14. בקטעי המטאפורה, משפט ההקשר הראשון תמיד התייחס למילת המפתח הראשונה במטאפורות (אהבה ודייג) ומשפט ההקשר השני תמיד קשור למילת המפתח השנייה במטאפורות (פרח ועכביש).
  5. מילות מפתח או צירופי מילים לא צריכים להיות המילה האחרונה או צירוף המילים של קטע. הדבר חשוב מכיוון שהקוראים קוראים את הסיום של טקסט לאט יותר מחלקים קודמים של הטקסט, הנקרא אפקט גלישת המעבר12. הוספת משפט מסכם מאפשרת גם למדוד את עיבוד הדליפה. Spillover מתייחס לקושי עיבוד שנושא ממשפט אחד למשפט הבא. בקטעי המטאפורה, משפט מסקנה ניטרלי הלך בעקבות המטאפורות. אם הקוראים לא היו מבינים את המשמעות של מטאפורה, הם היו יכולים לעבור למשפט הבא בתקווה לרמזים על משמעות המטאפורה. ככזה, משפט המסקנה היה ניטרלי בכוונה כדי להסיר רמזים משמעות.
    למרות תכונות בקרת הגירוי תוארו כאן במונחים של מטאפורות, הם חלים על רוב המחקר של הבנת טקסט או כל מחקר כי מניפולציות גירויים לשוניים. קחו למשל את הדוגמה הקודמת שלנו שבה הקוראים פותרים בעיות מתמטיות מבוססות מילים המשתנות במורכבותן (למשל מורכבות גבוהה לעומת נמוכה). לא היה רוצה שבעיות המורכבות הגבוהות יכללו מילים נדירות יותר (בתדר נמוך מאוד) מאשר בעיות המורכבות הנמוכות מכיוון שמורכבות מתמטית תהיה מבולבלת עם תדירות המילים. כמובן, מטרת הניסוי מכתיבה אילו תכונות צריכות להיות נשלטות. לדוגמה, אם מטרת הניסוי היא לבחון כיצד מבנה המשפט משפיע על העיבוד, יש לטפל במבנה המשפט. כדי לחזור לניסוי שלנו במתמטיקה, אפשר לרצות לחקור כיצד מבנים דקדוקיים שונים משפיעים על הקושי בפתרון הבעיות. לדוגמה, משפטים המכילים פרטים מרכזיים של הבעיות יכולים להיכתב בקול פעיל או פסיבי. ניתן למדוד את דפוס תנועות העיניים על משפטים מרכזיים אלה, כמו גם את ההשפעה על קביעת הפתרונות הנכונים.

3. הפעלת הניסוי

  1. על המשתתפים להתחיל בהשלמת הסכמה מדעת המתארת את ההליך הכללי. מחקר התנהגותי כגון הניסוי המתואר כאן מאושר בדרך כלל על ידי IRB התנהגותי של מוסד (מועצת המחקר המוסדית) לעומת IRB רפואי כי ציוד מעקב עיניים מבוסס וידאו אינו יוצר קשר עם העין ומאושר כמכשיר LED Class 1 כי הוא בטוח בכל התנאים. אם נהלי מעקב אחר העיניים משולבים עם הליכים רפואיים, כגון הקלטת תנועות עיניים בעת שעבר fMRI, IRB רפואי יהיה צורך.
  2. על המשתתפים לכבות או להשתיק את כל המכשירים האלקטרוניים המסיחים את הדעת.
  3. יש להגדיר את גובה משענת הסנטר כך שהעין המנוטרת תהיה מרוכזת בערך בתצוגת הווידאו.
  4. המשתתפים צריכים להתאים את גובה המושב כך שהם מסוגלים לנוח בנוחות את הסנטר שלהם על הסנטר ואת המצח שלהם על המצח לנוח. המשתתפים נוטים להתרשל בכיסא כשהם נרגעים, מה שנוטה למשוך את המצח הרחק מהמנוחה במצח. פעולה זו עשויה להגביר את השגיאה האנכית ברשומה למעקב אחר העיניים. בעיה זו יכולה להיות ממוזערת על ידי לוודא המשתתפים להתחיל עם הסנטרים שלהם מעט מעל גובה מנוחת הסנטר, כך שהם יכולים להניח את הסנטר שלהם על מנוחת הסנטר.
  5. יש לספר למשתתפים כיצד עוקב העיניים מותאם ומוגדר לפני תחילת הניסוי. הצגת ההוראות על הצג מעניקה למשתתפים הזדמנות לראות איך נראה הצג לפני תחילת הניסוי ולהתאים עוד יותר את מיקומם במנוחת המצח/הסנטר במידת הצורך.
  6. ודא שרק העין המתועדת גלויה בתצוגת המצלמה. זה ימנע את הגשש "הסטה" לעין השנייה אם המשתתפים לעשות תנועת ראש גדולה. אם שתי העיניים נמצאות בשדה הראייה של המצלמה, הסטה יכולה להתרחש אם המשתתפים מזיזים את ראשם מספיק רחוק כך שתמונת העין המתועדת מועברת משדה הראייה של המצלמה והעין השנייה מועברת לתצוגת המצלמה. גשש העיניים יהיה אז "לחפש" השתקפות אישון חדש. הגשש יעבור בחזרה לעין המקורית כאשר הראש יוחזר למצב ההתחלה, אך ההסטה גורמת לאובדן זמני של תנוחת העין.
  7. מקד את המצלמה (התמונה תוצג בתצוגת הנסיין). מיקוד נכון מגביר את היכולת לזהות ולעקוב אחר השתקפות האישון והקרנית.
  8. כוונן את סף הרגישות של אינפרא-אדום של מצלמת הווידאו. למערכת EyeLink יש פונקציית "סף אוטומטי" שמגדירה נכונה את הסף עבור הרוב המכריע של המשתתפים. אם אזורים גדולים של השתקפות אינפרא-אדום נראים קרוב לעין, ניתן להפחית את הסף באופן ידני. בשלב זה עוקב העיניים צריך לזהות את השתקפות האישון והקרנית ולהתחיל לעקוב אחר מיקום העין (מסומן על ידי צלב שערות מעל האישון והשתקפות הקרנית).
  9. ודא שעוקבים אחר האישון והשתקפות הקרנית על פני כל פני השטח של הצג על-ידי כך שהמשתתפים יסתכלו על כל פינה בצג המחשב. אם השתקפות האישון או הקרנית אובדת בשולי התצוגה, הטיית ראשו של המשתתף על ידי הזזת בסיס מנוחת הסנטר קדימה או אחורה בדרך כלל פותרת את הבעיה. עבור משתתפים שמרכיבים משקפיים, המסגרות לעיתים מונעות חלק מתמונת הווידאו של העיניים כאשר מסתכלים על זוויות אופקיות או אנכיות קיצוניות. זוהי בעיה רק אם האישון והשתקפות הקרנית לא ניתן לעקוב אחר על פני כל האזור שבו הגירויים יוצגו. ניתן לכייל את עוקב העיניים (המתואר בהמשך) בטווח קטן יותר במידת הצורך כדי לפצות על בעיה זו.
  10. כיול הוא התהליך המשמש להגדרת תוכנת מעקב העיניים למעקב מדויק אחר תנועות עיניים. הדבר נעשה על-ידי הקלטת מיקום העין בזמן שהמשתתפים מקובעים קבוצה של תשע נקודות קיבוע (נקודות שחורות) המוצגות על הצג במקומות מוכרים. נקודות הקיבעון מוצגות בסדר אקראי. מספר נקודות הקיבעון יכול להיות מגוון בהתאם לכמה מהתצוגה הגירויים יכבשו. אם המעברים ממלאים את רוב הצג, הכיול צריך להשתמש במבנה של 9 נקודות (שמאל עליון, מרכז עליון, ימני עליון, שמאל אמצעי, מרכז אמצעי, ימין אמצעי, שמאל תחתון, מרכז תחתון, ימין תחתון). אם מוצגת רק שורת טקסט אחת במרכז האנכי של הצג, ניתן לצמצם את טווח הכיול לאזור המרכזי של הצג.
  11. במהלך הכיול, הורו למשתתפים לקבע כל נקודה עד שהיא תיעלם ונסו לא לחזות את תנועות הנקודה. אם המשתתפים מזיזים את עיניהם בניסיון לחזות את המיקום הבא של הנקודה, ניתן לשלוט בתנועת הנקודה באופן ידני כדי להבטיח שהמשתתפים מקובעים כל נקודה לפני שהנקודה הבאה מוצגת.
  12. אמת את הכיול. במהלך האימות, המשתתפים מקובעים את אותן תשע נקודות כמו במהלך הכיול. מיקומי הקיבעון המחושבים מושווים לאחר מכן למיקומי הקיבעון הידועים כדי לקבוע את מידת השגיאה החזותית במיקומי קיבוע מחושבים. בשלב זה התוכנה מציגה מידע אודות מידת השגיאה החזותית עבור כל נקודת קיבוע, השגיאה הממוצעת בכל הנקודות והשגיאה המרבית בכל הנקודות.
  13. אם השגיאה הממוצעת חורגת מזווית חזותית של 0.5º, יש לבדוק את כיוונון עוקב העיניים וליחזור על תהליך הכיול. השגיאה הממוצעת משלבת שגיאות אנכיות ואופקיות; לכן, שגיאה ממוצעת מקובלת של 0.3º יכולה, למשל, לשקף שילוב של שגיאות אופקיות ואנכיות קטנות, שילוב של שגיאות אופקיות קטנות(למשל 0.1º) ושגיאות אנכיות גדולות (למשל 0.6º), או תבנית משתנה של שגיאות. כתוצאה מכך, על החוקרים לבחון את התזוזה האופקית והאנכית עבור כל נקודת כיול ולקבוע סף של שגיאה מקובלת בהתבסס על הניסוי המבוצע. לדוגמה, אם הגירויים הם משפטים של שורה אחת שיופיעו במרכז המסך, דיוק אנכי פחות חשוב מכיוון שיש רק שורת טקסט אחת. הדוגמה הקודמת של שגיאות אופקיות של 0.1º ו- 0.6º של שגיאות אנכיות עשויה להיות מקובלת עבור צגים של שורה אחת. בעת שימוש במעברים מרובי שורות, דיוק אנכי ואופקי הוא קריטי.
  14. התחל את הניסוי לאחר קבלת כיול מקובל. הורה למשתתפים לא לדבר כאשר מוצגים גירויים. דיבור גורם לראש לנוע למעלה ולמטה כאשר נח על מנוחת הסנטר וזה מקטין את דיוק מעקב העיניים.
  15. התחל על ידי הצגת מספר קטן של ניסויים בפועל, כך המשתתפים להרגיש בנוח עם עוקב העיניים, בקר התגובה (אם נעשה שימוש), ואת הפורמט של הגירויים.
  16. לפני כל ניסיון מוצגת נקודת קיבעון (הנקראת לעתים קרובות נקודת תיקון דריפט) שבה תמוקם המילה הראשונה של הטקסט. הורה למשתתפים לקבע את נקודת תיקון הסחף לפני כל משפט. אם השגיאה החזותית בעת קיבוע נקודת תיקון הסחף חורגת מהשגיאה המרבית המותרת (0.5º), המערכת לא תאפשר את תחילת הניסוי. בשלב זה יש צורך בלכיול מחדש. פעולה זו מבטיחה מסלול מדויק באופן עקבי לאורך כל הניסוי. כיול מחדש אורך בדרך כלל פחות מדקה מכיוון שהמערכת כבר מוגדרת למעקב אחר עיני המשתתפים.
  17. שאל את המשתתפים אם יש להם שאלות לאחר השלמת מבחני התרגול. המשתתפים צריכים להסיר את ראשיהם ממנוחת המצח / הסנטר כדי לשאול שאלות. יש לבדוק מחדש את דיוק המעקב לאחר שהמשתתפים חוזרים למנוחת המצח/הסנטר מכיוון שראשיהם לא יהיו בדיוק באותה תנוחה. ניתן לעשות זאת על ידי כך שהמשתתפים יסתכלו על נקודת תיקון הסחף וישוו את המיקום המחושב למיקום בפועל, המוצג על הצג של הנסיין. עבור רוב המשתתפים, כיול מחדש הוא בדרך כלל לא הכרחי לאחר יורד ולאחר מכן חוזר למנוחה המצח / הסנטר.
  18. אם בכל עת המשתתפים צריכים לקחת הפסקה או איכות המסלול ירדה (בדרך כלל בשל המשתתפים למקם את עצמם מחדש בכיסא שלהם), כיול צריך להיבדק וכיול מחדש שבוצע לפי הצורך. המשתתפים נוטים להרגיע את תנוחות הישיבה שלהם (רפוי) במהלך ניסוי, אשר יכול לשנות את זווית הראש. הדבר יכול להפחית את דיוק המעקב ולהוביל לצורך לכייל מחדש. כולל הפסקות קצרות כל 15-20 דקות בניסויים ארוכים יותר ממזער את הבעיה.
  19. יש לתחקר את המשתתפים לאחר השלמת הניסוי.

Representative Results

היבטים מרובים של תנועות עיניים ניתן לנתח, ואלה מסווגים לעתים קרובות כאמצעי גלובלי ומקומי. אמצעים גלובליים משקפים את התנהגות תנועת העיניים לאורך משפט שלם, כגון זמן קריאה כולל, משך הקיבעון הממוצע עבור כל המילים ומספר הקיבעון הכולל (הן קדימה והן רגרסיבי). אמצעים מקומיים משקפים התנהגות תנועת עיניים עבור מילת יעד או קבוצה מסוימת של מילות יעד (כגון מילים במטאפורות) ומכונים אזורי עניין. אמצעים מקומיים כוללים זמני קיבוע עבור מילות יעד, ההסתברות של קיבוע מילות יעד, מספר הקיבעון על מילות היעד ומספר הרגרסיות למילים ממוקדות, אם להזכיר כמה. בנוסף, אמצעים מקומיים נידונים לעתים קרובות במונחים של ריצה ראשונה, ריצה שנייה וזמן כולל. ההפעלה הראשונה (הנקראת גם מעבר ראשון) מתייחסת לקבעונים שנעשו במילת יעד לפני מעבר למילה אחרת. זה יכול להיחשב כמפגש הראשון עם מילת היעד. הפעלה שנייה (הנקראת גם מעבר שני) מתייחסת לקיבעון שנעשה במילת יעד לאחר שעזב את מילת היעד בתחילה. אלה הן בדרך כלל רגרסיות למילים היעד. הזמן הכולל כולל את כל הקיבעון שנעשה במילות היעד (כל הריצות משולבות). אמצעים מורכבים יותר משמשים גם להערכת זמן העיבוד ודפוסי תנועת העיניים, כגון משך נתיב הרגרסיה, המוגדר כזמן הכולל מהיתקלות הראשונה במילה ועד למעבר למילה הבאה. לדוגמה, אם קורא (1) קיבע את המילה האחרונה במטאפורה, (2) חזר כדי לקבע את המילה הראשונה במטאפורה, (3) מקובע במילה האחרונה שוב, ולאחר מכן (4) קיבע את המילה הראשונה במשפט הבא, משך נתיב הרגרסיה יכלול את שלושת הקיבעון הראשונים בדוגמה זו.

תנועות עיניים מניסוי לדוגמה מוצגות באיור 2. העיגולים מייצגים מיקומי קיבעון והקווים הצהובים מייצגים סקאדות, המראות כיצד הקורא עבר ממילה למילה. את קושי העיבוד הנוסף הקשור למטאפורה ניתן לראות על ידי צפיפות הקיבעון על המטאפורה. ניתן לקבץ את הקיבעון לפי אזורי עניין(למשל מילים במטאפורות) כדי לקבוע כמה זמן הושקע בכל מילה ואת מספר הקיבעון שנעשה על כל מילה למטאפורות מוכרות ולא מוכרות. התוצאות המוצגות באיור 3 מראות כי יותר זמן הוקדש לעיבוד שתי מילות התוכן המרכזיות במטאפורות לא מוכרות מאשר במטאפורות מוכרות.

את היתרונות של הקלטת תנועות עיניים לעומת זמני קריאה עבור קטע שלם או זמני קריאה של משפט אחר משפט ניתן לראות באיורים 2 ו -3. לדוגמה, ישנם חמישה קיבעונים על אזור המטאפורה (איור 2), שלושה קיבעונים קדימה ושני קיבעונים רגרסיביים, המשקפים את הקורא קורא דרך המטאפורה ל"פתח" ולאחר מכן חוזר (נסוג) ל"מידה". בעיקרו של דבר, המטאפורה נקראה פעמיים. תוצאה זו לא הייתה מעיניה אם רק היו נמדדים זמני קריאה במשפטים או זמני קריאה כוללים. כדוגמה שנייה, איור 3 מראה כי יותר זמן הוקדש לקריאת המילה האחרונה של המטאפורה מאשר שלוש המילים האחרות במטאפורה, וכי זמן הקריאה היה מהיר יותר עבור מטאפורות מוכרות מאשר לא מוכרות לשלוש מתוך ארבע המילים במטאפורות. מדידת זמני קריאה של משפט אחר משפט תצביע על זמני קריאה ארוכים יותר למשפטים המכילים מטאפורות מוכרות מאשר מטאפורות לא מוכרות, אך לא ניתן יהיה לדעת אם זמן הקריאה הנוסף הופץ על פני כל המילים במטאפורה או היה מוגבל למילים ספציפיות, וכמה זמן הושקע בכל מילה לא יהיה ידוע. שתי דוגמאות אלה מראות את היתרון של הקלטת התנהגות קריאה מקוונת רציפה.

Figure 1
איור 1. התמונה השמאלית מציגה משתתף הממוקם על מנוחת המצח/הסנטר תוך התבוננות בתצוגת מחשב. מקור אור האינפרא-אדום ומצלמת הווידאו ממוקמים מתחת לתצוגה. התמונה הנכונה מציגה את התצוגה של הנסיין. התמונה הגדולה במסגרת העליונה מציגה את פניו של המשתתף סביב העין הימנית (העין במעקב) והתמונה הקטנה מציגה תקריב של העין הימנית. האזורים הכחולים הם אזורים של השתקפות גבוהה של אור אינפרא אדום משיער המשתתף (תמונה גדולה) ותלמיד (תמונה קטנה). שערות הצלב מעל העין מזהות את מרכז האישון ואת השתקפות הקרנית בסמוך לתחתית האישון. לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר.

Figure 3
איור 2. תנועות עיניים ממעבר לדוגמה המכיל מטאפורה לאמוכרת (תואר הוא פתח). העיגולים מציינים מיקומי קיבוע והקווים הצהובים מציינים נתיבי סקאדה. עיגולים גדולים יותר מייצגים קיבעון משך ארוך יותר. המספרים הקטנים שליד העיגולים מציינים משך קיבוע באלפיות שניה (msec). פערים (אין קו saccade, כגון בין המילים אנשים רבים) מצביעים על נקודות שבהן אובדן מסלול התרחש עקב חפץ כגון נושאים לרגע לעצום את עיניהם. הדמות מראה רגרסיה מהפתח לדרגה בתוך המטאפורה.

Figure 2
איור 3. משך קיבעון כולל (msec) על מילים במטאפורות מוכרות ולא מוכרות. המילים בציר האופקי תואמות למטאפורות המוכרות (F) והלא מוכרות (U). הנתונים מייצגים ממוצע על פני 10 מטאפורות מוכרות ו-10 מטאפורות לא מוכרות.

Discussion

ההתקדמות הטכנולוגית הובילה לזמינות של מערכות מעקב עיניים מדויקות, אמינות וקלות לשימוש. בתחום חקר השפה, ניטור תנועות עיניים מאפשר לחוקרים לקבוע כיצד הקוראים מעריכים טקסט. ניתן להשתמש בתבניות קיבוע כדי לקבוע אילו חלקים של טקסט הם הקשים ביותר לעיבוד או הם הקלים ביותר לעיבוד, אילו חלקים של טקסט ניתן להבין עם קיבעון יחיד ואיזה חלקים דורשים קיבעון או רגרסיות מרובים, ואת הרצף שבו הקוראים מעבדים את הטקסט. יחד, אמצעים אלה תומכים במסקנות לגבי התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת טקסט.

ההבנה מבוססת על אינטראקציה בין המידע הכלול בטקסט לבין הכישורים והידע הקוגניטיביים המיושמים על ידי הקורא; לפיכך, הבנה מלאה של הבנת הטקסט ניתנת להשגה רק באמצעות מידה של עיבוד הרגישה למאפייני הטקסט והמאפיינים של הקורא. כפי שצוין קודם לכן, תנועות העיניים משתנות בהתאם לתכונות לשוניות, כגון תדירות המילה, אורך המילה ומורכבות המשפט1,2,7,10,11, ומאפייני הקורא, כגון יכולת קריאה וידע בנושא1,9. ככזה, תנועות עיניים מספקות מידה אידיאלית של הבנת טקסט.

מכיוון שתנועות העיניים משתנות בהתאם לתכונות לשוניות רבות, שליטה מדויקת בגירויים חיונית בעת לימוד התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת טקסט. חוקרים לעתים קרובות להשקיע מאמץ רב לפתח גירויים מבוקרים כפי שנדרש כדי לבצע את הניסוי בפועל. אכן, המחקר הוא רק טוב כמו הגירויים.

מתודולוגיות מעקב אחר העיניים יכולות לספק נתונים בעלי ערך עבור כל תחום מחקר שבו המשתתפים מוצגים גירויים חזותיים ונדרשים להעריך את הגירויים. לדוגמה, בתחום הפרסום, ניתן לקבוע אילו חלקים במודעה חזותית מושכים את מירב תשומת הלב על-ידי מדידת החלקים של המודעה שאנשים מסתכלים עליהם הכיהרבה 5,8. במחקר רפואי, ניתן לקבוע אם מתמחים ורופאים מנוסים מעריכים תמונת רנטגן או MRI באותו אופן על ידי התבוננות בנתיב הסריקה של תנועת העין וכמה זמן מושקע בהערכת מבנים פיזיים קריטיים15. בדוגמאות אלה דפוס תנועות העיניים מציין אילו חלקים בתמונה מושכים את תשומת לבו של האדם הצופה בתמונה.

Disclosures

אין ניגודי אינטרסים קיימים. המחברים אין אינטרסים כספיים ביצרנים של הציוד המתואר כאן.

Acknowledgments

אנו מבקשים להודות לכל מי שהשתתף במחקר שנערך במעבדה לחקר השפה באוניברסיטת אילינוי בשיקגו. אנו מודים גם לפרנסס דניאל, אשר סייעה בפיתוח התוכניות המשמשות לאיסוף הנתונים המוצגים כאן.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ashby, J., Rayner, K., Clifton, C. Jr Eye movements of highly skilled and average readers: Differential effects of frequency and predictability. Q. J. Exp. Psychol.. 58A, 1065-1086 (2005).
  2. Binder, K. S., Morris, R. K. An eye-movement analysis of ambiguity resolution: Beyond meaning access. Discourse Processes. 48, 305-330 (2011).
  3. Bowdle, B., Gentner, D. The career of metaphor. Psychol. Rev. 112, 193-216 (2005).
  4. Campbell, S. J., Raney, G. E. Life Is A Pencil: Using Eye Tracking to Explore Metaphor Processing. the annual meeting of the Psychonomic Society, 2011 Nov, Seattle, WA, (2011).
  5. Drèze, X., Hussherr, F. Internet advertising: Is anybody watching. J. Interact. Marketing. 17, 8-23 (2003).
  6. Glucksberg, S. The psycholinguistics of metaphor. TRENDS Cogn. Sci. 7, 92-96 (2003).
  7. Juhasz, B. J. The processing of compound words in English: Effects of word length on eye movements during reading. Lang. Cogn. Process. 23, 1057-1088 (2008).
  8. Lohse, G. L. Consumer Eye movement patterns on yellow pages advertising. J. Advert. 26, 61-73 (1997).
  9. Kaakinen, J. K., Hyn, J. Perspective effects in repeated reading: An eye movement study. Mem. Cogn. 35, 1323-1336 (2007).
  10. Raney, G. E., Rayner, K. Word frequency effects and eye movements during two readings of a text. Can. J. Exp. Psychol. 49, 151-172 (1995).
  11. Rayner, K., Raney, G. E. Eye movement control in reading and visual search: Effects of word frequency. Psychonomic Bull. Rev. 3, 245-248 (1996).
  12. Rayner, K., Raney, G. E., Pollatsek, A. Ch. 1. Eye movements and discourse processing. Lorch, R. F., O'Brien, E. J. Erlbaum. Reading. 9-36 (1995).
  13. Rayner, K., Pollatsek, A., Ashby, J., Clifton, C. Ch. 4. Psychology of Reading.. Psychology Press. 91-134 (2012).
  14. Rayner, K., Reichle, E. D., Stroud, M. J., Williams, C. C., Pollatsek, A. The effect of word frequency, word predictability, and font difficulty on the eye movements of young and older readers. Psychol. Aging. 21, 448-465 (2006).
  15. Yang, G. Z., Dempere-Marco, L., Hu, X. P., Rowe, A. Visual search: Psychophysical models and practical applications. Image Vis. Comput. 20, 291-305 (2002).
שימוש בתנועות עיניים להערכת התהליכים הקוגניטיביים המעורבים בהבנת טקסט
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Raney, G. E., Campbell, S. J., Bovee, J. C. Using Eye Movements to Evaluate the Cognitive Processes Involved in Text Comprehension. J. Vis. Exp. (83), e50780, doi:10.3791/50780 (2014).More

Raney, G. E., Campbell, S. J., Bovee, J. C. Using Eye Movements to Evaluate the Cognitive Processes Involved in Text Comprehension. J. Vis. Exp. (83), e50780, doi:10.3791/50780 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter