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Behavior

Usando movimentos oculares para avaliar os processos cognitivos envolvidos na compreensão de texto

doi: 10.3791/50780 Published: January 10, 2014

Summary

O presente artigo descreve como usar metodologias de rastreamento ocular para estudar os processos cognitivos envolvidos na compreensão de texto. Descrições de equipamentos de rastreamento ocular, como desenvolver estímulos experimentais e recomendações processuais estão incluídas. As informações apresentadas podem ser aplicadas à maioria dos estudos utilizando estímulos verbais.

Abstract

O presente artigo descreve como usar metodologias de rastreamento ocular para estudar os processos cognitivos envolvidos na compreensão de texto. Medir os movimentos oculares durante a leitura é um dos métodos mais precisos para medir demandas de processamento momento a momento (online) durante a compreensão de texto. As demandas de processamento cognitivo são refletidas por vários aspectos do comportamento do movimento ocular, como duração da fixação, número de fixações e número de regressões (voltando a partes anteriores de um texto). Importantes propriedades de equipamentos de rastreamento ocular que os pesquisadores precisam considerar são descritas, incluindo a frequência com que a posição ocular é medida (taxa de amostragem), precisão de determinar a posição ocular, quanto movimento da cabeça é permitido e facilidade de uso. Também são descritas propriedades de estímulos que influenciam os movimentos oculares que precisam ser controlados em estudos de compreensão de texto, como a posição, frequência e duração das palavras-alvo. Recomendações processuais relacionadas à preparação do participante, criação e calibração do equipamento e execução de um estudo são dadas. Os resultados representativos são apresentados para ilustrar como os dados podem ser avaliados. Embora a metodologia seja descrita em termos de compreensão da leitura, grande parte das informações apresentadas pode ser aplicada a qualquer estudo em que os participantes leiam estímulos verbais.

Introduction

Quando os leitores leem um texto, eles movem os olhos da palavra para a palavra através de um padrão alternado de fixações (pontos em que os olhos estão parados e focados em uma palavra) e saccades (pontos em que o olho está se movendo entre palavras). Fixações após saccades que movem o leitor para a frente através de um texto são chamadas de fixações e fixações avançadas após saccades que movem o leitor para pontos anteriores em um texto são chamados de fixações regressivas. A suposição básica dos métodos de rastreamento ocular é que o aumento das demandas de processamento está associado ao aumento do tempo de processamento ou mudanças no padrão de fixações. O aumento do tempo de processamento pode ser refletido por fixações de maior duração ou um número maior de fixações (para a frente e regressivas).

Os movimentos oculares fornecem várias vantagens importantes como medida do comportamento de leitura em relação à medição dos tempos de leitura para uma passagem inteira ou tempos de leitura frase por frase. Primeiro, o monitoramento dos movimentos oculares produz um registro contínuo e on-line do desempenho da leitura. Isso fornece a capacidade de examinar as demandas de processamento de texto em nível global (em um texto inteiro), o nível de sentença (sentenças individuais) ou o nível local (palavras ou frases individuais). Por exemplo, mudanças na dificuldade global levam a mudanças em várias medidas de desempenho, como tempo total de leitura, número de fixações para a frente e número de regressões. Mudanças na dificuldade de nível local também afetam várias medidas, como tempos de leitura para palavras individuais, a probabilidade de fixar palavras e a probabilidade de fazer regressões a palavras específicas. Os tempos gerais de leitura ou os tempos de leitura de frase por frase não fornecem medidas tão detalhadas do desempenho da leitura. Em segundo lugar, os movimentos oculares são uma parte natural da leitura; portanto, nenhuma exigência adicional de tarefa é colocada em um leitor. Em terceiro lugar, podem ser analisados múltiplos aspectos dos movimentos oculares (por exemplo, duração de fixação, comprimento de saccade e frequência de regressão), fornecendo uma janela para diferentes elementos do processo de leitura. Em quarto lugar, os movimentos oculares refletem diretamente as demandas de processamento associadas às características do texto que está sendo lido. Por exemplo, os movimentos oculares variam em função da frequência de palavras10,11, comprimento da palavra7,ambiguidade léxica2,restrição contextual1e repetição10,13. Em quinto lugar, os movimentos oculares refletem diferenças individuais nos leitores. Por exemplo, os movimentos oculares variam de acordo com a capacidade de leitura1, conhecimento prévio sobre um tópico9e idade do leitor14. Rayner, Pollatsek, Ashby e Clifton13 fornecem uma revisão completa dos movimentos oculares durante a leitura. Juntas, essas vantagens tornam os movimentos oculares uma medida ideal do comportamento de leitura.

A pesquisa aqui descrita utilizou uma metodologia de movimento ocular para estudar os processos cognitivos envolvidos na compreensão de texto. Especificamente, o experimento foi projetado para explorar como metáforas familiares e desconhecidas são processadas4. Neste estudo, os participantes leram textos curtos apresentados em um monitor de computador enquanto seus movimentos oculares eram monitorados. Cada texto continha quatro frases. As duas primeiras frases forneceram um contexto que era consistente com o significado pretendido da metáfora. As metáforas foram apresentadas na terceira frase. A quarta sentença serviu como uma conclusão neutra. Exemplos de textos contendo metáforas familiares (1) e desconhecidas (2) são apresentados abaixo com as metáforas sublinhadas para facilitar a identificação.

  1. Passagem de metáfora familiar. Peter nunca tinha visto uma garota tão bonita antes. Ele realmente esperava que algo especial crescesse entre os dois. Ele pensou para si mesmo que o amor é uma flor. Peter ligou para a garota mais tarde naquela noite.
  2. Passagem de metáfora desconhecida. Se formar na faculdade é um marco muito importante para muitas pessoas. É preciso muito trabalho duro para alcançar esse objetivo. Para muitas pessoas, um diploma é uma porta. Se formar na faculdade é algo para se orgulhar muito.

Pesquisas passadas baseadas em uma variedade de métodos mostraram que metáforas familiares são mais fáceis de entender (processadas mais rapidamente) do que metáforas desconhecidas3,6. O poder do método de rastreamento ocular é que a fonte de dificuldade de processamento pode ser isolada a palavras específicas. Por exemplo, os pesquisadores podem determinar se o tempo extra necessário para compreender metáforas desconhecidas é obtido diminuindo ao ler cada palavra nas metáforas, ou diminuindo as últimas palavras da metáfora (quando está claro que a frase anterior é uma metáfora). Além disso, padrões de movimentos oculares apoiam inferências sobre os processos cognitivos envolvidos na compreensão das metáforas. Por exemplo, ao ler metáforas novas ou desconhecidas, os leitores precisariam processar ainda mais as metáforas para extrair os significados figurativos. Isso pode ser refletido no padrão de movimento dos olhos como regredindo ao início das metáforas e, em seguida, lendo através das metáforas uma segunda vez. Os leitores também podem tentar comparar os significados das duas palavras-chave nas metáforas (por exemplo, amor e flor), o que poderia levar a um padrão de movimentos oculares entre as palavras-chave. Alternativamente, ao ler metáforas familiares, os leitores podem extrair os significados figurativos imediatamente ao ler as metáforas; portanto, não seriam necessárias regressões. O ponto chave é que os padrões de movimento ocular permitem que os pesquisadores façam inferências sobre os processos online usados para compreender as metáforas. Isso suporta conclusões mais descritivas do que simplesmente afirmar que o tempo de processamento geral é mais longo para metáforas desconhecidas do que asfógenas familiares.

O estudo descrito aqui ilustra um método comum de contrastar padrões de movimento ocular para dois tipos de estímulos escritos e fornece uma situação concreta para descrever aspectos críticos das metodologias de movimento ocular. É importante ressaltar que o método de movimento ocular descrito aqui pode ser generalizado para estudar muitas outras questões, como como os leitores resolvem problemas matemáticos baseados em palavras que variam em complexidade (por exemplo, alta versus baixa complexidade), ou como os problemas de palavras são resolvidos por especialistas em domínio versus novatos. Os movimentos oculares poderiam ser usados para determinar quais palavras nos problemas atraem mais atenção (ou seja, as maiores durações de fixação e o maior número de fixações) e se especialistas e novatos se concentram nas mesmas informações. Em cada caso, o monitoramento dos movimentos oculares forneceria um registro das mudanças momente a momento nas demandas de processamento associadas à compreensão dos problemas que estão sendo lidos.

Protocol

1. Propriedades do Equipamento de Rastreamento de Olhos

Os rastreadores oculares variam em relação à forma como os movimentos dos olhos são medidos, com que frequência a posição dos olhos é medida (taxa de amostragem), precisão de determinação da posição ocular, quanto movimento da cabeça é permitido e facilidade de uso. A importância desses fatores varia dependendo do tipo de pesquisa que está sendo realizada e dos participantes sendo testados. Por exemplo, na maioria dos estudos de leitura, é necessária alta precisão para determinar qual palavra está sendo fixada. Como segundo exemplo, a tolerância aos movimentos da cabeça e a facilidade de uso é crucial ao usar as crianças como participantes.

A pesquisa descrita aqui foi realizada usando um rastreador de olhos SR Research EyeLink 1000 (SR Research Ltd). Uma imagem do sistema de rastreamento ocular é apresentada na Figura 1. O sistema EyeLink rastreia os movimentos dos olhos medindo mudanças na posição da pupila em uma imagem de vídeo. Isso é feito iluminando uma luz infravermelha dispersa (que não é visível aos participantes) nos olhos dos sujeitos e registrando o reflexo infravermelho (imagem) de um olho (ou ambos os olhos) com uma câmera de vídeo de sensoriamento infravermelho de alta resolução. A fonte de luz infravermelha e a câmera de vídeo estão posicionadas sob o monitor que é usado para exibir os estímulos. A luz infravermelha é usada para evitar reflexos espúrios de luzes de espectro normais. A luz infravermelha produz um ponto brilhante onde a pupila está localizada (as luzes entram na pupila e refletem a retina para iluminar a pupila) e um reflexo na superfície do olho chamado reflexo da córnea. A imagem de vídeo é digitalizada para que os movimentos horizontais e verticais da pupila (o ponto brilhante) no quadro de vídeo possam ser medidos. O reflexo da córnea é um reflexo estacionário que não se move a menos que a cabeça seja movida (por ser um reflexo da superfície do olho, não se move quando os olhos se movem). Medir a reflexão da córnea fornece um meio de distinguir pequenos movimentos da cabeça, que levam ao movimento da reflexão corneal, apenas dos movimentos oculares, que não levam ao movimento da reflexão córnea. Para minimizar os movimentos da cabeça e manter o participante na faixa focal da câmera de vídeo, os participantes colocam suas cabeças em uma testa e descanso no queixo durante a leitura do texto apresentado em um monitor de computador. Várias características críticas dos sistemas de rastreamento ocular são descritas abaixo.

  1. Taxa amostral. A taxa de amostragem refere-se a quantas vezes por segunda posição ocular é medida. A taxa de amostragem do sistema EyeLink 1000 é de 1.000 Hz, o que significa que a posição dos olhos é medida 1.000 vezes/seg. As taxas de amostragem comuns são de 1.000 Hz, 500 Hz, 250 Hz e 60 Hz (a taxa de atualização de vídeo/frequência de muitos monitores de computador).
    Nota: Ao estudar a leitura, o objetivo é medir com precisão a localização e a duração das fixações e saccades. Durante a leitura normal para adultos, as durações de fixação geralmente variam de cerca de 100-800 msec, com a média sendo aproximadamente 250 msec (para leitores em idade universitária). As saccades normalmente variam em duração de cerca de 10-20 msec quando os leitores movem os olhos de uma palavra para outra. Grandes saccades, como mover-se do final de uma linha para o início da próxima linha, podem ser de até 60-80 msec de duração. Taxas de amostragem mais elevadas produzem melhor precisão temporal (também chamada de resolução temporal) ao medir a duração das fixações e saccades. Especificamente, o erro temporal médio será aproximadamente metade da duração do tempo entre as amostras. Por exemplo, uma taxa amostral de 1.000 Hz (posição ocular amostral a cada 1 msec) levará a um erro médio de 0,5 mseg e uma taxa amostral de 60 Hz (posição ocular amostral a cada 16,7 msec) levará a um erro médio de aproximadamente 8 mseg. Um erro de 8 msec pode ser considerado muito grande para estudar a duração de saccades, mas não muito grande para estudar a duração das fixações. Trinta anos atrás, a maioria das pesquisas de leitura foi realizada utilizando rastreadores oculares com taxas de amostragem de 60 Hz. A maioria das pesquisas sobre leitura agora é realizada usando rastreadores oculares capazes de amostragem a 500 Hz ou 1.000 Hz.
    Durante a leitura, o objetivo é focar ambos os olhos no mesmo local; portanto, a prática comum é registrar movimentos oculares de um olho. Alguns sistemas de rastreamento ocular permitem o rastreamento de ambos os olhos simultaneamente. A vantagem de rastrear ambos os olhos é que o olho com a melhor precisão de rastreamento pode ser selecionado para a análise final. A desvantagem de rastrear ambos os olhos é que a taxa de amostragem é geralmente reduzida por um fator de dois (ou seja, uma taxa de amostragem de 1.000 Hz para um olho é reduzida para 500 Hz ao gravar de ambos os olhos).
  2. Precisão. A precisão refere-se ao quão bem o local de fixação calculado corresponde ao local de fixação real. Isso é expresso em graus de ângulo visual (um meio círculo tem 180º de ângulo visual). A precisão média do sistema EyeLink 1000 é de 0,25-0,5º de ângulo visual. Para colocar isso em perspectiva, quando se olha para um monitor de computador 17-20 a uma distância normal de visualização, a largura do monitor cobre 20-30º de ângulo visual.
    Nota: O grau de precisão necessário depende das metas de pesquisa. Se o objetivo é medir qual caractere em uma linha está fixado, então a precisão da posição do caractere é necessária. Se o objetivo é medir qual palavra em uma linha está fixada, então a precisão da posição da palavra é necessária. Na pesquisa aqui descrita, o texto foi exibido de modo que 3 caracteres equivaleram a aproximadamente 1° de ângulo visual. A medição é de aproximadamente 3 caracteres porque o texto foi exibido em fonte proporcional (ou seja, caracteres diferem em largura, como o caractere i sendo mais estreito que o w). Para obter a precisão da posição do caractere, o rastreador ocular deve determinar o local de fixação a 1/3° (a largura de aproximadamente um caractere) através de uma faixa horizontal de 30° (a largura do visor do computador). Para obter a precisão da posição da palavra, o rastreador de olhos deve determinar o local de fixação dentro de uma faixa de 1° para palavras de 3 caracteres de comprimento. Os rastreadores oculares tendem a ser ligeiramente menos precisos na medição de grandes movimentos verticais dos olhos (por exemplo, movendo-se da parte inferior do display para a parte superior) porque a pupila pode ser parcialmente ocluída pelas tampas dos olhos e cílios oculares. Esse problema pode ser substancialmente reduzido ou eliminado por um duplo espaçamento dos textos, o que torna mais fácil discernir qual linha de texto está sendo lida. Para 17-20 em monitores de computador, o espaçamento duplo produz aproximadamente 2,5° de separação vertical entre linhas, bem dentro da faixa de precisão do EyeLink 1000 e da maioria dos rastreadores oculares da geração atual.
  3. Movimento da cabeça. O movimento permitido da cabeça para o sistema EyeLink 1000 é de 25 mm x 25 mm x 10 mm (horizontal x vertical x profundidade). Ou seja, os participantes podem fazer movimentos na cabeça de ± 12,5 mm esquerda/direita, ±12,5 mm para cima/para baixo e ±5 mm dentro/fora da posição da cabeça na qual a calibração inicial (explicada abaixo) foi realizada sem comprometer a precisão. As restrições esquerda/direita e para cima/para baixo são necessárias para manter o olho dentro do campo de visão da câmera de vídeo. A restrição de dentro/para fora é necessária para manter o olho no alcance focal da câmera de vídeo. O uso de uma combinação de descanso entre testa e queixo mantém facilmente os movimentos dentro deste intervalo.
    Nota: Se forem necessários movimentos maiores da cabeça, como se o display constituísse três monitores lado a lado que exigiam movimentos da cabeça para olhar para cada monitor (como em um simulador de direção), uma versão "montada na cabeça" do rastreador de olhos está disponível que não requer um descanso na testa/queixo. Para o sistema montado na cabeça, as câmeras usadas para rastrear a posição dos olhos são montadas em uma faixa da cabeça ajustável para que os participantes possam mover livremente suas cabeças. Uma câmera separada que aponta para a frente registra a cena sendo vista. Os movimentos dos olhos são determinados em relação à cena que está sendo vista. A desvantagem do sistema montado na cabeça é que a taxa de amostragem é reduzida para 500 Hz (máximo) ou menos, a precisão tende a ser ligeiramente menor porque grandes movimentos da cabeça podem introduzir erro, e os tempos de configuração tendem a ser ligeiramente mais longos porque a posição das câmeras de movimento dos olhos deve ser ajustada para cada participante. O software para operar o rastreador de olhos montado na cabeça é essencialmente idêntico ao EyeLink 1000.
  4. Tempo de configuração do sistema. O EyeLink 1000 normalmente pode ser configurado e calibrado em 5 minutos ou menos, o que é típico de rastreadores oculares baseados em vídeo. Este processo é definido ainda na seção de procedimento a seguir.

2. Preparação de estímulos

Ao comparar os movimentos oculares para estímulos retirados de duas ou mais condições, os estímulos precisam ser comparados com características que são conhecidas por influenciar os movimentos oculares. Os textos de metáfora usados aqui ilustram várias propriedades importantes que devem ser controladas ao comparar como dois estímulos são lidos.

  1. Palavras-chave devem ser combinadas em comprimento médio de palavras (em número de caracteres) e frequência de palavras (normalmente expressas como ocorrências/milhões de palavras) em todas as condições. Isso é fundamental porque a duração da fixação aumenta à medida que a frequência de palavras diminui e a probabilidade de fixar uma palavra aumenta à medida que o comprimento da palavra aumenta10,13. Nas passagens de metáfora, as palavras de conteúdo em metáforas familiares e desconhecidas eram combinadas em comprimento médio de palavras e frequência de palavras.
  2. Palavras-chave devem ser apresentadas em posições semelhantes dentro de textos e frases. Isso é importante porque as palavras no final das frases são tipicamente lidas mais devagar do que as palavras anteriores nas frases e os leitores tendem a ler mais rápido à medida que avançam através de uma passagem e, em seguida, desaceleram na última frase11,12. Nas passagens de metáforas, todas as metáforas foram apresentadas no final da terceira frase. Apresentar algumas metáforas no início das frases e outras no final das frases levaria a uma variação nos tempos de leitura não associados às metáforas em si.
  3. As frases-chave devem ser aproximadamente combinadas com o comprimento e a estrutura da palavra. Isso é importante porque o comprimento da sentença e a estrutura sintática influenciam o tempo de leitura, o número de fixações e a probabilidade de regressões13. Nas passagens de metáforas, metáforas familiares e desconhecidas tinham o mesmo número de palavras e estrutura (X é um Y).
  4. O contexto imediatamente anterior às palavras-chave deve ser aproximadamente equiparado ao número de palavras, formato e dificuldade de processamento. É necessário equiparar contextos entre as condições porque a restrição contextual influencia as durações de fixação das palavras subsequentes1,14. Nas passagens de metáfora, a primeira frase de contexto sempre relacionada à primeira palavra-chave nas metáforas (amor e pescador) e a segunda frase de contexto sempre relacionada à segunda palavra-chave nas metáforas (flor e aranha).
  5. Palavras-chave ou frases não devem ser a última palavra ou frase de uma passagem. Isso é importante porque os leitores leem o final de um texto mais lento do que as partes anteriores do texto, que é chamado de efeito de encerramento de passagem12. A adição de uma frase final também permite que o processamento da repercussão seja medido. Spillover refere-se à dificuldade de processamento que leva de uma frase à sentença subsequente. Nas passagens de metáfora, uma frase de conclusão neutra seguiu as metáforas. Se os leitores não entendessem o significado de uma metáfora, eles poderiam passar para a próxima frase esperando pistas sobre o significado da metáfora. Como tal, a sentença de conclusão foi intencionalmente neutra para remover pistas de significado.
    Embora as propriedades de controle de estímulo tenham sido descritas aqui em termos de metáforas, elas se aplicam à maioria de qualquer estudo de compreensão de texto ou qualquer estudo que manipule estímulos linguísticos. Considere nosso exemplo prévio em que os leitores resolvem problemas matemáticos baseados em palavras que variam em complexidade (por exemplo, alta versus baixa complexidade). Não se gostaria que os problemas de alta complexidade incluíssem palavras mais incomuns (de baixa frequência) do que os problemas de baixa complexidade, porque a complexidade matemática seria confundida com a frequência das palavras. Claro, o objetivo do experimento dita quais características precisam ser controladas. Por exemplo, se o objetivo do experimento é examinar como a estrutura da sentença influencia o processamento, então a estrutura da sentença deve ser manipulada. Para voltar ao nosso experimento de problemas matemáticos, pode-se querer explorar como diferentes estruturas gramaticais influenciam a dificuldade de resolver os problemas. Por exemplo, frases contendo detalhes-chave dos problemas podem ser escritas em voz ativa ou passiva. O padrão de movimentos oculares nessas frases-chave poderia ser medido, bem como a influência na determinação das soluções corretas.

3. Executando o experimento

  1. Os participantes devem começar por meio da conclusão de um consentimento informado que descreve o procedimento geral. Pesquisas comportamentais como o experimento descrito aqui são comumente aprovadas pelo IRB (Institutional Research Board) de uma instituição em oposição a um IRB médico, pois o equipamento de rastreamento ocular baseado em vídeo não faz contato com o olho e é aprovado como um dispositivo LED classe 1 que é seguro sob todas as condições. Se os procedimentos de rastreamento ocular forem combinados com procedimentos médicos, como o registro dos movimentos oculares durante a realização de um ressonância magnética, o IRB médico será necessário.
  2. Os participantes devem desligar ou silenciar todos os dispositivos eletrônicos que distraem.
  3. A altura do encosto do queixo deve ser definida para que o olho que está sendo monitorado esteja aproximadamente centrado no visor de vídeo.
  4. Os participantes devem ajustar a altura do assento para que eles sejam capazes de descansar confortavelmente o queixo no encosto do queixo e sua testa contra o descanso da testa. Os participantes tendem a deslizar na cadeira enquanto relaxam, o que tende a puxar a testa para longe do descanso da testa. Isso pode aumentar o erro vertical no registro de rastreamento ocular. Este problema pode ser minimizado certificando-se de que os participantes comecem com os queixos ligeiramente acima da altura do descanso do queixo para que possam descansar o queixo no descanso do queixo.
  5. Os participantes devem ser informados de como o rastreador de olhos é ajustado e configurado antes de iniciar o experimento. A exibição de instruções no monitor dá aos participantes a oportunidade de ver como o display se parece antes de iniciar o experimento e ajustar ainda mais sua posição no descanso da testa/queixo, se necessário.
  6. Certifique-se de que apenas o olho que está sendo gravado esteja visível no visor da câmera. Isso impedirá que o rastreador "mude" para o outro olho caso os participantes façam um grande movimento na cabeça. Se ambos os olhos estiverem no campo de visão da câmera, a mudança pode ocorrer se os participantes moverem suas cabeças o suficiente para que a imagem do olho que está sendo gravado seja movida para fora do campo de visão da câmera e o outro olho seja movido para a visão da câmera. O rastreador de olhos então "procurará" um novo reflexo pupilo. O rastreador mudará de volta para o olho original quando a cabeça for devolvida à posição inicial, mas a mudança causa uma perda temporária da posição dos olhos.
  7. Concentre a câmera (a imagem será mostrada no visor do experimentador). O foco adequado aumenta a capacidade de detectar e rastrear a pupila e a reflexão da córnea.
  8. Ajuste o limiar de sensibilidade infravermelha da câmera de vídeo. O sistema EyeLink tem uma função "limiar automático" que define corretamente o limite para a grande maioria dos participantes. Se grandes áreas de reflexão infravermelha forem visíveis perto do olho, o limiar pode ser reduzido manualmente. Neste ponto, o rastreador ocular deve detectar a pupila e a reflexão córnea e começar a rastrear a posição dos olhos (indicada por cruzes sobre a pupila e reflexão corneal).
  9. Certifique-se de que a pupila e a reflexão córnea estão sendo rastreadas por toda a superfície do display, fazendo com que os participantes olhem para cada canto do monitor do computador. Se o reflexo pupilo ou da córnea se perder nas bordas do display, inclinar a cabeça do participante movendo a base de descanso do queixo para frente ou para trás geralmente resolve o problema. Para os participantes que usam óculos, as molduras às vezes ocluem parte da imagem de vídeo dos olhos ao olhar para ângulos horizontais ou verticais extremos. Isso só é um problema se a pupila e a reflexão córnea não puderem ser rastreadas por toda a área em que os estímulos serão mostrados. O rastreador ocular pode ser calibrado (descrito a seguir) em uma faixa menor, se necessário, para compensar este problema.
  10. Calibração é o processo usado para definir o software de rastreamento ocular para rastrear com precisão os movimentos dos olhos. Isso é feito registrando a posição ocular enquanto os participantes fixam um conjunto de nove pontos de fixação (pontos pretos) exibidos no monitor em locais conhecidos. Os pontos de fixação são apresentados em uma ordem aleatória. O número de pontos de fixação pode ser variado dependendo da quantidade de exibição que os estímulos ocuparão. Se as passagens preencherem a maior parte do display, a calibração deve usar uma formação de 9 pontos (superior esquerdo, centro superior, superior direito, centro-esquerda, centro-direita, centro-esquerda, inferior esquerdo, centro inferior, inferior direito). Se apenas uma linha de texto for apresentada no centro vertical do display, a faixa de calibração poderá ser reduzida à região central do display.
  11. Durante a calibração, instrua os participantes a fixar cada ponto até desaparecer e tentar não prever os movimentos do ponto. Se os participantes moverem os olhos na tentativa de prever a próxima localização do ponto, o movimento do ponto pode ser controlado manualmente para garantir que os participantes estejam fixando cada ponto antes que o próximo ponto seja mostrado.
  12. Valide a calibração. Durante a validação, os participantes fixam os mesmos nove pontos da calibração. Os locais de fixação calculados são então comparados com os locais de fixação conhecidos para determinar o grau de erro visual nos locais de fixação calculados. Neste ponto, o software exibe informações sobre o grau de erro visual para cada ponto de fixação, o erro médio em todos os pontos e o erro máximo em todos os pontos.
  13. Se o erro médio exceder 0,5º do ângulo visual, a configuração do rastreador ocular deve ser verificada e repetido o processo de calibração. O erro médio combina erros verticais e horizontais; portanto, um erro médio aceitável de 0,3º poderia, por exemplo, refletir uma combinação de pequenos erros horizontais e verticais, uma combinação de pequenos erros horizontais (por exemplo, 0,1º) e grandes erros verticais(por exemplo, 0,6º), ou um padrão variado de erros. Consequentemente, os pesquisadores devem examinar o deslocamento horizontal e vertical para cada ponto de calibração e estabelecer um limiar de erro aceitável com base no experimento que está sendo realizado. Por exemplo, se os estímulos são frases de linha única que aparecerão no centro da tela, a precisão vertical é menos importante porque há apenas uma linha de texto. O exemplo anterior de erros horizontais de 0,1º e 0,6º de erros verticais pode ser aceitável para displays de linha única. Ao usar passagens multi-linhas, a precisão vertical e horizontal são críticas.
  14. Inicie o experimento após obter uma calibração aceitável. Instrua os participantes a não falar quando os estímulos forem exibidos. Falar faz com que a cabeça se mova para cima e para baixo quando descansa no descanso do queixo e isso diminui a precisão do rastreamento dos olhos.
  15. Comece apresentando um pequeno número de ensaios práticos para que os participantes se conscantem com o rastreador de olhos, controlador de resposta (se usado) e o formato dos estímulos.
  16. Antes de cada ensaio, um ponto de fixação (muitas vezes chamado de ponto de correção de deriva) é exibido onde a primeira palavra do texto será localizada. Instrua os participantes a fixar o ponto de correção de deriva antes de cada ensaio. Se o erro visual ao fixar o ponto de correção de deriva exceder o erro máximo permitido (0,5º), o sistema não permitirá que o ensaio comece. Neste ponto é necessária a recalibração. Isso garante uma trilha consistentemente precisa durante todo o experimento. A recalibração normalmente leva menos de um minuto porque o sistema já está definido para rastrear os olhos dos participantes.
  17. Pergunte aos participantes se eles têm alguma dúvida após a conclusão dos ensaios práticos. Os participantes precisam tirar a cabeça do descanso da testa/queixo para fazer perguntas. A precisão do rastreamento deve ser recheada após o retorno dos participantes à testa/queixo, pois suas cabeças não estarão exatamente na mesma posição. Isso pode ser feito fazendo com que os participantes olhem para o ponto de correção de deriva e comparando a posição calculada com a posição real, que é exibida no monitor do experimentador. Para a maioria dos participantes, a recalibração normalmente não é necessária depois de sair e, em seguida, retornar ao descanso da testa/queixo.
  18. Se em algum momento os participantes precisarem fazer uma pausa ou a qualidade da pista tiver se degradado (geralmente devido ao reposicionamento dos participantes em sua cadeira), a calibração deve ser verificada e a recalibração realizada conforme necessário. Os participantes tendem a relaxar suas posições de assento (desleixo) durante um experimento, que pode mudar o ângulo da cabeça. Isso pode reduzir a precisão de rastreamento e levar à necessidade de recalibrar. Incluir pausas curtas a cada 15-20 minutos em experimentos mais longos minimiza esse problema.
  19. Os participantes devem ser interrogados após a conclusão do experimento.

Representative Results

Vários aspectos dos movimentos oculares podem ser analisados, e estes são frequentemente categorizados como medidas globais e locais. As medidas globais refletem o comportamento do movimento ocular em todo um estudo, como o tempo de leitura geral, a duração média de fixação de todas as palavras e o número total de fixações (tanto para a frente quanto para a regressiva). As medidas locais refletem o comportamento do movimento ocular para uma palavra-alvo específica ou um conjunto de palavras-alvo (como palavras nas metáforas) e são referidas como regiões de interesse. As medidas locais incluem tempos de fixação de palavras-alvo, a probabilidade de fixar palavras-alvo, o número de fixações em palavras-alvo e o número de regressões às palavras-alvo, para citar algumas. Além disso, as medidas locais são frequentemente discutidas em termos de primeira corrida, segunda execução e tempo total. A primeira execução (também chamada de primeiro passe) refere-se a fixações feitas em uma palavra-alvo antes de passar para outra palavra. Isso pode ser considerado como o primeiro encontro com a palavra-alvo. A segunda execução (também chamada de segunda passagem) refere-se a fixações feitas em uma palavra-alvo depois de ter deixado a palavra-alvo inicialmente. Geralmente são regressões às palavras-alvo. O tempo total inclui todas as fixações feitas nas palavras-alvo (todas as corridas combinadas). Medidas mais complexas também são usadas para avaliar o tempo de processamento e os padrões de movimento dos olhos, como a duração do caminho de regressão, que é definido como o tempo total de encontrar inicialmente uma palavra para mover-se para a palavra subsequente. Por exemplo, se um leitor (1) fixasse a última palavra em uma metáfora, (2) voltasse a fixar a primeira palavra na metáfora, (3) fixada na última palavra novamente, e então (4) fixasse a primeira palavra na frase seguinte, a duração do caminho de regressão incluiria as três primeiras fixações neste exemplo.

Os movimentos oculares de um ensaio amostral são apresentados na Figura 2. Os círculos representam locais de fixação e as linhas amarelas representam saccades, que mostram como o leitor passou de palavra para palavra. A dificuldade extra de processamento associada à metáfora pode ser vista pela densidade de fixações na metáfora. As fixações podem ser agrupadas por regiões de interesse (por exemplo, palavras nas metáforas) para determinar quanto tempo foi gasto em cada palavra e o número de fixações feitas em cada palavra para metáforas familiares e desconhecidas. Os resultados mostrados na Figura 3 demonstram que mais tempo foi gasto processando as duas palavras-chave em metáforas desconhecidas do que em metáforas familiares.

As vantagens de registrar movimentos oculares em oposição aos tempos de leitura para um trecho inteiro ou tempos de leitura frase por frase podem ser vistas nas Figuras 2 e 3. Por exemplo, há cinco fixações na região da metáfora(Figura 2),três fixações para a frente e duas fixações regressivas, que refletem o leitor lendo através da metáfora para "porta" e depois retornando (regredindo) em "grau". Em essência, a metáfora foi lida duas vezes. Esse resultado passaria despercebido se fossem medidos apenas os tempos de leitura de frases ou os tempos gerais de leitura. Como segundo exemplo, a Figura 3 mostra que mais tempo foi gasto lendo a última palavra da metáfora do que as outras três palavras na metáfora, e que o tempo de leitura era mais rápido para metáforas familiares do que desconhecidas para três das quatro palavras nas metáforas. Medir os tempos de leitura frase a frase indicaria tempos de leitura mais longos para frases contendo metáforas familiares do que metáforas desconhecidas, mas seria impossível saber se o tempo extra de leitura foi distribuído em todas as palavras na metáfora ou se estava confinado a palavras específicas, e quanto tempo foi gasto em cada palavra seria desconhecido. Esses dois exemplos mostram o benefício de registrar o comportamento contínuo de leitura on-line.

Figure 1
Figura 1. A imagem à esquerda mostra um participante posicionado na testa/queixo descansando enquanto olha para uma tela de computador. A fonte de luz infravermelha e a câmera de vídeo estão localizadas sob o display. A imagem certa mostra a exibição do experimentador. A imagem grande no quadro superior mostra o rosto do participante ao redor do olho direito (o olho sendo rastreado) e a pequena imagem mostra um close-up do olho direito. As áreas azuis são áreas de alto reflexo de luz infravermelha do cabelo do participante (imagem grande) e pupila (pequena imagem). Os cabelos cruzados sobre o olho identificam o centro da pupila e o reflexo da córnea perto da parte inferior da pupila. Clique aqui para ver imagem maior.

Figure 3
Figura 2. Movimentos oculares de uma passagem de amostra contendo uma metáfora desconhecida (um grau é uma porta). Os círculos indicam locais de fixação e as linhas amarelas indicam caminhos saccade. Círculos maiores representam fixações de maior duração. Os pequenos números próximos aos círculos indicam duração de fixação em milissegundos (msec). Lacunas (sem linha saccade, como entre as palavras muitas pessoas) indicam pontos onde uma perda de faixa ocorreu devido a um artefato como sujeitos momentaneamente fechando seus olhos. A figura mostra uma regressão da porta em grau dentro da metáfora.

Figure 2
Figura 3. Duração total de fixação (msec) em palavras em metáforas familiares e desconhecidas. As palavras no eixo horizontal correspondem à amostra familiar (F) e metáforas desconhecidas (U). Os dados representam uma média de 10 metáforas familiares e 10 desconhecidas.

Discussion

Os avanços tecnológicos levaram à disponibilidade de sistemas de rastreamento ocular altamente precisos, confiáveis e fáceis de usar. No campo da pesquisa linguística, o monitoramento dos movimentos oculares permite que os pesquisadores determinem como os leitores avaliam um texto. Padrões de fixação podem ser usados para determinar quais partes de um texto são mais difíceis de processar ou são mais fáceis de processar, quais partes de um texto podem ser entendidas com uma única fixação e quais partes requerem múltiplas fixações ou regressões, e a sequência em que os leitores processam o texto. Juntas, essas medidas corroboram conclusões sobre os processos cognitivos envolvidos na compreensão de texto.

A compreensão baseia-se na interação entre as informações contidas em um texto e as habilidades cognitivas e conhecimentos aplicados pelo leitor; portanto, uma compreensão completa da compreensão do texto só pode ser obtida utilizando uma medida de processamento sensível às propriedades do texto e características do leitor. Como observado anteriormente, os movimentos oculares variam de acordo com características linguísticas, como frequência de palavras, comprimento da palavra e complexidade da frase1,2,7,10,11, e características do leitor, como capacidade de leitura e conhecimento do tópico1,9. Como tal, os movimentos oculares fornecem uma medida ideal de compreensão de texto.

Como os movimentos oculares variam de acordo com muitas características linguísticas, o controle preciso dos estímulos é essencial ao estudar os processos cognitivos envolvidos na compreensão de texto. Os pesquisadores muitas vezes gastam tanto esforço para desenvolver estímulos controlados quanto é necessário para conduzir o experimento real. De fato, a pesquisa é tão boa quanto os estímulos.

As metodologias de rastreamento ocular podem fornecer dados valiosos para qualquer campo de pesquisa em que os participantes sejam mostrados estímulos visuais e sejam necessários para avaliar os estímulos. Por exemplo, no campo da publicidade, pode-se determinar quais partes de um anúncio visual atraem mais atenção medindo quais partes do anúncio as pessoas olham para mais5,8. Em pesquisas médicas, pode-se determinar se estagiários e médicos experientes avaliam uma imagem de Raio-X ou ressonância magnética da mesma forma olhando para o caminho da varredura do movimento ocular e quanto tempo é gasto avaliando estruturas físicas críticas15. Nesses exemplos, o padrão de movimentos oculares indica quais partes da imagem atraem a atenção da pessoa que vê a imagem.

Disclosures

Não existem conflitos de interesse. Os autores não têm interesses financeiros nos fabricantes dos equipamentos aqui descritos.

Acknowledgments

Agradecemos a todos que participaram de pesquisas realizadas no Laboratório de Pesquisa de Linguagem da Universidade de Illinois, em Chicago. Agradecemos também a Frances Daniel, que foi fundamental para ajudar a desenvolver os programas utilizados para coletar os dados aqui apresentados.

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

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References

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Usando movimentos oculares para avaliar os processos cognitivos envolvidos na compreensão de texto
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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).

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