Waiting
Login processing...

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

Behavior

Использование движений глаз для оценки когнитивных процессов, участвующих в понимании текста

doi: 10.3791/50780 Published: January 10, 2014

Summary

В настоящей статье описывается, как использовать методологии отслеживания глаз для изучения когнитивных процессов, участвующих в понимании текста. Включены описания оборудования для слежения за глазами, способы разработки экспериментальных стимулов и процедурные рекомендации. Представленная информация может быть применена к большинству любого исследования с использованием словесных стимулов.

Abstract

В настоящей статье описывается, как использовать методологии отслеживания глаз для изучения когнитивных процессов, участвующих в понимании текста. Измерение движений глаз во время чтения является одним из наиболее точных методов измерения требований к обработке текста по моментам (онлайн). Требования когнитивной обработки отражаются в нескольких аспектах поведения движения глаз, таких как продолжительность фиксации, количество фиксаций и количество регрессий (возвращение к предыдущим частям текста). Описаны важные свойства оборудования для слежения за глазами, которые необходимо учитывать исследователям, в том числе о том, как часто измеряется положение глаз (скорость отбора проб), точность определения положения глаз, количество разрешенных движений головы и простота использования. Также описаны свойства стимулов, которые влияют на движения глаз, которые необходимо контролировать в исследованиях понимания текста, таких как положение, частота и длина целевых слов. Даются процедурные рекомендации, связанные с подготовкой участника, настройкой и калибровкой оборудования и результатами исследования. Представлены репрезентативные результаты, иллюстряные, как можно оценить данные. Хотя методология описывается с точки зрения понимания чтения, большая часть представленной информации может быть применена к любому исследованию, в котором участники читают словесные стимулы.

Introduction

Когда читатели читают текст, они двигают глазами от слова к слову через чередующийся шаблон фиксаций (точки, в которых глаза неподвижны и сосредоточены на слове) и саккады (точки, в которых глаз движется между словами). Фиксации, следующие за саккадами, которые перемещают читателя вперед через текст, называются фиксациями вперед и фиксациями после саккад, которые перемещают читателя к предыдущим точкам в тексте, называются регрессивными фиксациями. Основное предположение методов слежения за глазами состоит в том, что повышенные требования к обработке связаны с увеличением времени обработки или изменениями в структуре фиксаций. Увеличение времени обработки может быть отражено более длительными фиксациями или большим числом фиксаций (форвардных и регрессивных).

Движения глаз обеспечивают несколько важных преимуществ в качестве меры поведения чтения по отношению к измерению времени чтения для всего прохода или предложения по предложению время чтения. Во-первых, мониторинг движений глаз производит непрерывную онлайн-запись производительности чтения. Это обеспечивает возможность изучения требований к обработке текста на глобальном уровне (по всему тексту), уровню предложения (индивидуальные предложения) или на местном уровне (индивидуальные слова или фразы). Например, изменения глобальной сложности приводят к изменениям в ряде показателей производительности, таких как общее время чтения, количество форвардных фиксаций и количество регрессий. Изменения в сложности локального уровня также влияют на несколько мер, таких как время чтения отдельных слов, вероятность фиксации слов и вероятность регрессии к конкретным словам. Общее время чтения или время чтения по предложению не дают таких подробных показателей производительности чтения. Во-вторых, движения глаз являются естественной частью чтения; поэтому никакие дополнительные требования к задачам не преду4т на читателя. В-третьих, можно проанализировать несколько аспектов движений глаз(например, продолжительность фиксации, длину саккады и частоту регрессии), обеспечивая окно в различные элементы процесса чтения. В-четвертых, движения глаз непосредственно отражают требования обработки, связанные с особенностями прочитанного текста. Например, движения глаз варьируются в зависимости отчастоты слов 10,11,длины слова 7,лексической двусмысленности 2,контекстуального ограничения 1иповторения 10,13. В-пятых, движения глаз отражают индивидуальные различия в читателях. Например, движения глаз варьируются в зависимости отспособности чтения 1,предварительные знания о теме 9, и возраст читателя14. Рейнер, Поллтачек, Эшби иКлифтон 13 обеспечивают тщательный обзор движений глаз во время чтения. Взятые вместе, эти преимущества делают движения глаз идеальной мерой поведения чтения.

В исследовании, описанное здесь, использовалась методология движения глаз для изучения когнитивных процессов, участвующих в понимании текста. В частности, эксперимент был разработан, чтобы изучить, как знакомые и незнакомые метафорыобрабатываются 4. В этом исследовании участники читали короткие тексты, представленные на мониторе компьютера во время мониторинга их движений глаз. Каждый текст содержал четыре предложения. Первые два предложения обеспечили контекст, который соответствовал бы предназначению метафоры. Метафоры были представлены в третьем предложении. Четвертый приговор служил нейтральным заключением. Примеры текстов, содержащих знакомые (1) и незнакомые (2) метафоры, представлены ниже с метафорами, подчеркнутыми для удобства идентификации.

  1. Знакомые метафоры прохода. Питер никогда не видел такую красивую девушку раньше. Он действительно надеялся, что что-то особенное будет расти между ними двумя. Он подумал про себя, что любовь цветок. Питер позвонил девушке позже в ту ночь.
  2. Незнакомый метафорический пассаж. Окончание колледжа является очень важной вехой для многих людей. Для достижения этой цели требуется много тяжелой работы. Для многих людей степень дверной проем. Выпускник колледжа является то, чтобы быть очень гордимся.

Прошлые исследования, основанные на различных методах, показали, что знакомые метафоры легче понять (обрабатываются быстрее), чемнезнакомые метафоры 3,6. Сила метода слежения за глазами заключается в том, что источник сложности обработки может быть изолирован от конкретных слов. Например, исследователи могут определить, если дополнительное время, необходимое для понимания незнакомых метафор получено путем замедления при чтении каждого слова в метафорах, или замедление на последние слова метафоры (когда ясно, предыдущая фраза метафора). Кроме того, модели движений глаз поддерживают выводы о когнитивных процессах, участвующих в постижении метафор. Например, при чтении романа или незнакомых метафор читателям необходимо будет продолжить обработку метафор для извлечения образных значений. Это может быть отражено в модели движения глаз, как регресс к началу метафоры, а затем читать через метафоры во второй раз. Читатели также могут попытаться сравнить значения двух ключевых слов в метафорах (например, любовь и цветок), что может привести к модели движения глаз между ключевыми словами. Кроме того, читая знакомые метафоры, читатели могут извлечь образные значения сразу после прочтения метафор; поэтому никаких регрессий не потребуется. Ключевым моментом является то, что модели движения глаз позволяют исследователям делать выводы об онлайновых процессах, используемых для понимания метафор. Это поддерживает более описательные выводы, чем просто заявив, что общее время обработки больше для незнакомых, чем знакомые метафоры.

Описанное здесь исследование иллюстрирует общий метод контрастных моделей движения глаз для двух типов письменных стимулов и обеспечивает конкретную ситуацию для описания критических аспектов методологий движения глаз. Важно отметить, что описанный здесь метод движения глаз может быть обобщен для изучения многих других вопросов, таких как то, как читатели решают математические задачи на основе слов, которые различаются по сложности(например, высокая и низкая сложность), или как проблемы со словом решаются экспертами по домену по сравнению с новичками. Движения глаз могут быть использованы для определения того, какие слова в проблемах привлекают наибольшее внимание(т.е. самые длительные продолжительности фиксации и наибольшее количество фиксаций) и сосредотачиваются ли эксперты и новички на одной и той же информации. В каждом случае мониторинг движений глаз будет обеспечивать учет момент за моментом изменений в требованиях обработки, связанных с пониманием проблем, которые читаются.

Protocol

1. Свойства оборудования слежения за глазами

Глаз трекеры варьируются в зависимости от того, как движения глаз измеряются, как часто положение глаз измеряется (скорость выборки), точность определения положения глаз, сколько движения головы допускается, и простота использования. Важность этих факторов варьируется в зависимости от типа выполняемых исследований и участников тестирования. Например, в большинстве исследований чтения, высокая точность необходима, чтобы определить, какое слово фиксируется. Во втором примере при использовании детей в качестве участников решающее значение имеет терпимость к движениям головы и простота использования.

Исследование, описанное здесь, было проведено с помощью SR Research EyeLink 1000 глаз трекер (SR Research Ltd). Изображение системы слежения за глазами представлено на рисунке 1. Система EyeLink отслеживает движения глаз, измеряя изменения в положении ученика на видео- изображении. Это делается путем сияния рассеянного инфракрасного света (который не виден участникам) на глаза испытуемых и записи инфракрасного отражения (изображения) от одного глаза (или обоих глаз) с высоким разрешением инфракрасного зондирования видеокамеры. Инфракрасный источник света и видеокамера расположены под монитором, который используется для отображения стимулов. Инфракрасный свет используется, чтобы избежать ложных отражений от нормального спектра огней. Инфракрасный свет производит яркое пятно, где находится зрачок (свет входит в зрачок и отражается от сетчатки, чтобы украсить зрачок) и точное отражение на поверхности глаза называется отражение роговицы. Видео изображение оцифровывается таким образом, что горизонтальные и вертикальные движения зрачка (яркое пятно) в видеорамке могут быть измерены. Отражение роговицы является стационарным отражением, которое не двигается, если голова не перемещается (потому что это отражение от поверхности глаза, он не двигается, когда глаза двигаются). Измерение отражения роговицы дает возможность отличить небольшие движения головы, которые приводят к движению отражения роговицы, от движений глаз в одиночку, которые не приводят к движению отражения роговицы. Чтобы свести к минимуму движения головы и удержать участника в фокусном диапазоне видеокамеры, участники при чтении текста, представленного на мониторе компьютера, наводят голову на лоб и подбородок. Ниже описаны некоторые важные особенности систем слежения за глазами.

  1. Скорость выборки. Скорость выборки относится к тому, сколько раз в секунду глаз позиция измеряется. Скорость выборки для системы EyeLink 1000 составляет 1000 Гц, что означает, что положение глаз измеряется 1000 раз/сек. Общие частоты выборки 1000 Гц, 500 Гц, 250 Гц и 60 Гц (скорость обновления видео / частота многих компьютерных мониторов).
    Примечание: При изучении чтения, цель состоит в том, чтобы точно измерить местоположение и продолжительность фиксаций и saccades. Во время нормального чтения взрослых, фиксация продолжительности обычно варьируются от около 100-800 мсек, в среднем составляет около 250 мсек (для читателей в возрасте колледжа). Саккады обычно варьируются по продолжительности от 10-20 мсек, когда читатели перемещают глаза от одного слова к следующему. Очень большие саккады, такие как переход от конца одной линии к началу следующей линии, могут быть до тех пор, как 60-80 мсек в продолжительности. Более высокие показатели выборки дают лучшую височную точность (также называемую временным разрешением) при измерении продолжительности фиксаций и саккад. В частности, средняя временная погрешность будет примерно в два раза времени между образцами. Например, выборка частоты 1000 Гц (выборка глаз положение каждые 1 мсек) приведет к средней погрешности 0,5 мсек и выборки 60 Гц (выборка глаз положение каждые 16,7 мсек) приведет к средней погрешности около 8 мсек. Ошибка в 8 мсек может считаться слишком большой для изучения продолжительности саккад, но не слишком большой, чтобы изучить продолжительность фиксаций. Тридцать лет назад большинство исследований чтения было проведено с использованием глаз трекеров с 60 Гц частоты выборки. Большинство исследований по чтению в настоящее время осуществляется с помощью глаз трекеров, способных выборки на 500 Гц или 1000 Гц.
    Во время чтения, цель состоит в том, чтобы сосредоточить оба глаза на том же месте; поэтому обычной практикой является запись движений глаз от одного глаза. Некоторые системы слежения за глазами позволяют отслеживать оба глаза одновременно. Преимущество отслеживания обоих глаз в том, что глаз с лучшей точностью отслеживания может быть выбран для окончательного анализа. Недостатком отслеживания обоих глаз является то, что скорость отбора проб, как правило, уменьшается в два раз(т.е. скорость выборки 1000 Гц на один глаз уменьшается до 500 Гц при записи с обоих глаз).
  2. Точность. Точность относится к тому, насколько хорошо рассчитанное местоположение фиксации соответствует фактическому местоположению фиксации. Это выражается в степени визуального угла (половина круга имеет 180o визуального угла). Средняя точность системы EyeLink 1000 составляет 0,25-0,5o визуального угла. Для того чтобы положить это в перспективу, смотрящ 17-20 в мониторе компьютера на нормальном расстоянии просмотра, ширина монитора покрывает 20-30o визуально угла.
    Примечание: Степень точности, необходимая зависит от целей исследования. Если цель состоит в том, чтобы измерить, какой символ на линии фиксируется, то точность положения персонажа необходима. Если цель состоит в том, чтобы измерить, какое слово на линии зацикленено, то точность положения слова необходима. В исследовании, описанное здесь, текст отображался так, что 3 символа равнялись примерно 1 "визуального угла. Измерение составляет примерно 3 символа, потому что текст отображался пропорциональным шрифтом(т.е. символы отличались по ширине, например, символ i будучи более узким, чем w). Чтобы получить точность положения персонажа, глаз трекер должен определить местоположение фиксации до 1/3 "(ширина примерно одного символа) через 30 "горизонтальный диапазон (ширина дисплея компьютера). Чтобы получить точность положения слова, глаз трекер должен определить местоположение фиксации в пределах 1 "диапазона слов 3 символов в длину. Глаз трекеры, как правило, немного менее точным при измерении больших вертикальных движений глаз(например, перемещение из нижней части дисплея на вершину), потому что зрачок может быть частично occluded на глаза крышки и ресницы. Эта проблема может быть существенно уменьшена или устранена путем двойного интервала между текстами, что облегчает просмотр строки текста. Для 17-20 в компьютерных мониторах, двойное расстояние производит примерно 2,5 "вертикального разделения между линиями, а в пределах диапазона точности EyeLink 1000 и наиболее текущего поколения глаз трекеров.
  3. Движение головы. Допускается движение головки для системы EyeLink 1000 составляет 25 мм х 25 мм х 10 мм (горизонтальная х вертикальная глубина x). То есть участники могут делать движения головки от ±12,5 мм влево/вправо, ±12,5 мм вверх/вниз и ±5 мм в/из положения головы, в котором первоначальная калибровка (объясняется ниже) была выполнена без ущерба для точности. Левые/правые и вверх/вниз ограничения необходимы, чтобы держать глаз в поле зрения видеокамеры. Ограничение в/из необходимо, чтобы держать глаз в фокусном диапазоне видеокамеры. Используя комбинацию лоб / подбородок отдых легко держит движения в этом диапазоне.
    Примечание: Если необходимы большие движения головы, например, если дисплей состоял из трех мониторов бок о бок, которые требовали движения головы, чтобы посмотреть на каждый монитор (как в симуляторе вождения), "голова установлена" версия глаз трекер доступен, который не требует лоб / подбородок отдыха. Для головной установленной системы камеры, используемые для отслеживания положения глаз, устанавливаются на регулируемой повязке, чтобы участники могли свободно перемещать головы. Отдельная камера, которая указывает вперед, записывает просматриваемую сцену. Движения глаз определяются относительно рассматриваемой сцены. Недостатком головной установленной системы является то, что скорость выборки снижается до 500 Гц (максимум) или меньше, точность, как правило, немного меньше, потому что большие движения головы могут ввести ошибку, и время установки, как правило, немного больше, потому что положение камер движения глаз должны быть скорректированы для каждого участника. Программное обеспечение для работы головы установлен глаз трекер по существу идентичны EyeLink 1000.
  4. Время установки системы. EyeLink 1000 обычно может быть настроен и откалиброван в 5 минут или меньше, что характерно для видео-трекеров глаз. Этот процесс далее определяется в следующем разделе процедуры.

2. Стимул подготовка

При сравнении движений глаз для стимулов, взятых из двух или более условий, стимулы должны быть сопоставлены на особенности, которые, как известно, влияют на движения глаз. Тексты метафор, используемые здесь, иллюстрируют несколько важных свойств, которые следует контролировать при сравнении того, как читаются два стимула.

  1. Ключевые слова должны быть сопоставиты по средней длине слова (по количеству символов) и частоте слов (обычно выраженных как случаи/миллион слов) в разных условиях. Это имеет решающее значение, потому что продолжительность фиксации увеличивается по мере уменьшения частоты слов и увеличивается вероятность фиксации слова по мере увеличения длины слова10,13. В метафорических пассажах содержание слов в знакомых и незнакомых метафорах соответствовало средней длине слова и частоте слов.
  2. Ключевые слова должны быть представлены на аналогичных должностях в текстах и предложениях. Это важно, потому что слова в конце предложения, как правило, читать медленнее, чем предыдущие слова в предложениях и читатели, как правило, читать быстрее, как они прогресс через проход, а затем замедлить напоследнем предложении 11,12. В метафорических пассажах все метафоры были представлены в конце третьего предложения. Представление некоторых метафор в начале предложений, а другие в конце предложений приведет к изменению времени чтения, не связанных с самими метафорами.
  3. Ключевые фразы должны быть примерно совпадают по длине слова и структуре. Это важно, потому что длина предложения и синтаксическая структура влияют на время чтения, количество фиксаций и вероятность регрессий13. В метафорических пассажах знакомые и незнакомые метафоры имели одинаковое количество слов и структуры (X is a Y).
  4. Контекст, непосредственно предшествующий ключевым словам, следует примерно приравнять к количеству слов, формату и сложности обработки. Приравнивание контекстов к условиям необходимо, поскольку контекстуальное ограничение влияет на продолжительность фиксации последующихслов 1,14. В метафорических пассажах первое контекстное предложение всегда связано с первым ключевым словом вметафорах (любовь и рыбак),а второе контекстное предложение всегда связано со вторым ключевым словом в метафорах(цветок и паук).
  5. Ключевые слова или фразы не должны быть последним словом или фразой отрывка. Это важно, потому что читатели читают окончание текста медленнее, чем предыдущие части текста, который называется эффектом итогового прохода12. Добавление заключительного предложения также позволяет измерять обработку побочных эффектов. Побочный эффект относится к сложности обработки, которая переносится из одного предложения в последующее предложение. В метафорических пассажах нейтральное заключение предложения последовало за метафорами. Если читатели не понимают смысла метафоры, они могут перейти к следующему предложению в надежде на сигналы о значении метафоры. Таким образом, заключение предложение было намеренно нейтральным, чтобы удалить смысл сигналы.
    Хотя свойства контроля стимулов были описаны здесь с точки зрения метафор, они применяются к большинству любого исследования понимания текста или любого исследования, которое манипулирует языковыми стимулами. Рассмотрим наш предыдущий пример, в котором читатели решают математические задачи на основе слов, которые различаются по сложности(например, высокая и низкая сложность). Не хотелось бы, чтобы проблемы с высокой сложностью включают в себя более необычные (очень низкочастотные) слова, чем проблемы низкой сложности, поскольку математическая сложность будет спутать с частотой слов. Конечно, цель эксперимента диктует, какие функции необходимо контролировать. Например, если цель эксперимента состоит в том, чтобы изучить, как структура предложения влияет на обработку, то структурой предложения необходимо манипулировать. Чтобы вернуться к нашему математического эксперимента проблемы, можно было бы изучить, как различные грамматические структуры влияют на сложность решения проблем. Например, предложения, содержащие ключевые детали проблем, могут быть написаны активным или пассивным голосом. Модель движений глаз на этих ключевых предложениях может быть измерена, а также влияние на определение правильных решений.

3. Запуск эксперимента

  1. Участники должны начать с получения информированного согласия, описывая общую процедуру. Поведенческие исследования, такие как эксперимент, описанный здесь, как правило, одобрены поведенческих IRB учреждения (Институциональный научно-исследовательский совет), в отличие от медицинского IRB, потому что видео-оборудование слежения за глазами не в состоянии установить контакт с глазом и одобрен как класс 1 светодиодное устройство, которое является безопасным при любых условиях. Если процедуры слежения за глазами сочетаются с медицинскими процедурами, такими как запись движений глаз во время прохождения МРТ, медицинский IRB будет необходимо.
  2. Участники должны выключить или отключить все отвлекающие электронные устройства.
  3. Высота подбородка должна быть установлена таким образом, чтобы глаз, который контролируется, был примерно по центру видео-дисплея.
  4. Участники должны настроить высоту сиденья, чтобы они могли комфортно отдыха подбородок на подбородок и лоб против лба отдыха. Участники, как правило, сутулиться в кресле, как они расслабляются, который, как правило, тянуть лоб от лба отдыха. Это может увеличить вертикальную ошибку в записи отслеживания глаз. Эта проблема может быть сведена к минимуму, убедившись, что участники начинают с их подбородки немного выше высоты подбородка отдыха, так что они могут отдохнуть подбородок на подбородке отдыха.
  5. Участникам следует рассказать, как настраивается глазной трекер и настраивается перед началом эксперимента. Отображение инструкций на мониторе дает участникам возможность увидеть, как выглядит дисплей перед началом эксперимента, и при необходимости скорректировать свое положение на лбу/подбородке.
  6. Убедитесь, что на дисплее камеры виден только тот глаз, который записывается. Это предотвратит "смещение" трекера на другой глаз, если участники сделают большое движение головой. Если оба глаза находятся в поле зрения камеры, смещение может произойти, если участники двигают головой достаточно далеко, так что изображение глаза записывается перемещается из поля зрения камеры, а другой глаз перемещается в поле зрения камеры. Глаз трекер будет "поиск" для нового отражения ученика. Трекер будет смещаться обратно к исходному глазу, когда голова возвращается в исходное положение, но смещение приводит к временной потере положения глаз.
  7. Сосредоточьте камеру (изображение будет показано на дисплее экспериментатора). Правильное внимание увеличивает способность обнаруживать и отслеживать отражение зрачка и роговицы.
  8. Отрегулируйте порог инфракрасной чувствительности видеокамеры. Система EyeLink имеет функцию «авто порог», которая правильно устанавливает порог для подавляющего большинства участников. Если большие участки инфракрасного отражения видны близко к глазу, порог может быть уменьшен вручную. В этот момент глаз трекер должен обнаружить зрачок и отражение роговицы и начать отслеживать положение глаз (указывается перекрестия над зрачком и отражение роговицы).
  9. Убедитесь, что зрачок и отражение роговицы отслеживаются по всей поверхности дисплея, имея участников смотреть на каждый угол монитора компьютера. Если зрачок или отражение роговицы теряется по краям дисплея, наклоняя голову участника, перемещая основание отдыха подбородка вперед или назад, обычно решает проблему. Для участников, которые носят очки, кадры иногда затмевают часть видео изображения глаз при взгляде на крайние горизонтальные или вертикальные углы. Это только проблема, если зрачок и отражение роговицы не могут быть отслеированы по всей области, в которой стимулы будут показаны. Глаз трекер может быть откалиброван (описан следующий) на меньший диапазон, если это необходимо, чтобы компенсировать эту проблему.
  10. Калибровка — это процесс, используемый для настройки программного обеспечения для отслеживания глаз для точного отслеживания движений глаз. Это делается путем записи положения глаз, в то время как участники фиксируют набор из девяти точек фиксации (черных точек), отображаемых на мониторе в известных местах. Точки фиксации представлены случайным образом. Количество точек фиксации может быть различным в зависимости от того, сколько отображения стимулы будут занимать. Если проходы заполняют большую часть дисплея, калибровка должна использовать 9-точечное образование (верхний левый, верхний центр, верхний правый, средний левый, средний центр, средний правый, нижний левый, нижний центр, нижний правый). Если в вертикальном центре дисплея представлена только одна строка текста, диапазон калибровки может быть уменьшен до центральной области дисплея.
  11. Во время калибровки поручить участникам фиксировать каждую точку до тех пор, пока она не исчезнет, и постарайтесь не предсказывать движения точки. Если участники двигают глазами в попытке предсказать следующее местоположение точки, движение точки можно управлять вручную, чтобы гарантировать, что участники фиксируют каждую точку до того, как будет показана следующая точка.
  12. Проверка калибровки. Во время проверки участники фиксируют те же девять точек, что и во время калибровки. Затем вычисляемые местоположения фиксации сравниваются с известными местоположениями фиксации для определения степени визуальной ошибки в расчетных местах фиксации. На данный момент программное обеспечение отображает информацию о степени визуальной ошибки для каждой точки фиксации, средняя ошибка во всех точках, и максимальная ошибка во всех точках.
  13. Если средняя погрешность превышает 0,5o визуального угла, необходимо проверить настройку трекера глаз и повторить процесс калибровки. Средняя погрешность сочетает в себе вертикальные и горизонтальные ошибки; таким образом, приемлемая средняя погрешность 0,3o может, например, отражать сочетание небольших горизонтальных и вертикальных ошибок, сочетание небольших горизонтальных ошибок (например, 0,1o) и большихвертикальных ошибок (например, 0,6o) или различной картины ошибок. Следовательно, исследователи должны изучить горизонтальное и вертикальное смещение для каждой точки калибровки и установить порог приемлемой ошибки на основе выполняемого эксперимента. Например, если стимулы являются однольними предложениями, которые появятся в центре экрана, вертикальная точность менее важна, поскольку существует только одна строка текста. Предыдущий пример горизонтальных ошибок 0.1o и 0.6o вертикальных ошибок может быть приемлемым для однольных дисплеев. При использовании многослойных проходов вертикальная и горизонтальная точность имеют решающее значение.
  14. Начните эксперимент после получения приемлемой калибровки. Проинструктируй участников не говорить, когда отображаются стимулы. Говоря вызывает голову двигаться вверх и вниз, когда опираясь на подбородок отдыха, и это снижает точность отслеживания глаз.
  15. Начните с представления небольшого количества практических испытаний, чтобы участники чувствовали себя комфортно с глаз трекер, контроллер ответа (если используется), и формат стимулов.
  16. Перед каждым испытанием отображается точка фиксации (часто называемая точкой коррекции дрейфа), где будет расположено первое слово текста. Поручите участникам зафиксировать точку коррекции дрейфа перед каждым испытанием. Если визуальная ошибка при фиксации точки коррекции дрейфа превышает максимально допустимую ошибку (0,5o), система не позволит начать пробную версию. На этом этапе необходима перекалибровка. Это обеспечивает последовательно точный трек на протяжении всего эксперимента. Перекалибровка обычно занимает менее одной минуты, потому что система уже настроена для отслеживания глаз участников.
  17. Спросите участников, есть ли у них какие-либо вопросы после завершения практических испытаний. Участники должны удалить голову со лба / подбородка отдыха задавать вопросы. Точность отслеживания должна быть перепроверена после того, как участники вернутся на лоб/ подбородок отдыха, потому что их головы не будут в точно том же положении. Это можно сделать, взглянув на точку коррекции дрейфа и сравнив расчетную позицию с фактическим положением, которое отображается на мониторе экспериментатора. Для большинства участников, перекалибровка, как правило, не требуется после сходят, а затем вернуться в лоб / подбородок отдыха.
  18. Если в любое время участникам необходимо сделать перерыв или качество трассы ухудшилось (обычно из-за того, что участники перепозиционируют себя в кресле), калибровку следует проверять и перекалибровать по мере необходимости. Участники, как правило, расслабляют свои сидения позиции (сутулость) во время эксперимента, который может изменить угол головы. Это может снизить точность отслеживания и привести к необходимости перекалибровки. В том числе короткие перерывы каждые 15-20 минут в более длительных экспериментов сводит к минимуму эту проблему.
  19. Участники должны быть подведены итоги после завершения эксперимента.

Representative Results

Можно проанализировать несколько аспектов движений глаз, и они часто классифицируются как глобальные и локальные меры. Глобальные показатели отражают поведение движения глаз во всем испытании, например, общее время чтения, среднюю продолжительность фиксации для всех слов и общее количество фиксаций (как вперед, так и регрессивно). Локальные меры отражают поведение движения глаз для конкретного целевого слова или набора целевых слов (например, слов в метафорах) и называются регионами, представляющими интерес. Локальные меры включают время фиксации целевых слов, вероятность фиксации целевых слов, количество фиксаций на целевых словах и количество регрессий к целевым словам, чтобы назвать несколько. Кроме того, местные меры часто обсуждаются с точки зрения первого запуска, второго запуска и общего времени. Первый запуск (также называемый первым проходом) относится к фиксациям, сделанным на целевом слове, прежде чем перейти к другому слову. Это можно рассматривать как первую встречу с целевым словом. Второй запуск (также называемый вторым проходом) относится к фиксациям, сделанным на целевом слове после того, как покинул целевое слово изначально. Как правило, это регрессии к целевым словам. Общее время включает в себя все фиксации, сделанные на целевых словах (все работает вместе взятые). Более сложные меры также используются для оценки времени обработки и моделей движения глаз, таких как продолжительность пути регрессии, которая определяется как общее время от первоначального столкновения слова к переходу к последующему слову. Например, если читатель (1) зациклился на последнем слове в метафоре, (2) вернулся, чтобы зафиксировать первое слово в метафоре, (3) зацикленный на последнем слове снова, а затем (4) зацикленный первое слово в следующем предложении, продолжительность пути регрессии будет включать первые три фиксации в этом примере.

Движения глаз из образца испытания представлены на рисунке 2. Круги представляют собой локации фиксации, а желтые линии представляют собой саккады, которые показывают, как читатель перемещается от слова к слову. Дополнительную сложность обработки, связанную с метафорой, можно увидеть по плотности фиксаций на метафоре. Фиксации могут быть сгруппированы по регионам интереса(например, слова в метафорах), чтобы определить, сколько времени было потрачено на каждое слово и количество фиксаций, сделанных на каждом слове для знакомых и незнакомых метафор. Результаты, показанные на рисунке 3, показывают, что на обработку двух ключевых слов содержания в незнакомых метафорах времени времени тратится больше, чем на знакомые метафоры.

Преимущества записи движений глаз, в отличие от времени чтения для всего прохода или предложения по предложению время чтения можно увидеть на рисунках 2 и 3. Например, есть пять фиксаций на метафоре области(рисунок 2), три вперед фиксации и две регрессивные фиксации, которые отражают читателя чтения через метафору "дверь", а затем возвращение (регрессирование) на "степень". По сути, метафора была прочитана дважды. Этот результат остался бы незамеченным, если бы измерялось только время чтения предложения или общее время чтения. В качестве второго примера на рисунке 3 показано, что чтение последнего слова метафоры было потрачено больше времени, чем на три других слова в метафоре, и что время чтения было быстрее для знакомых, чем незнакомых метафор для трех из четырех слов в метафорах. Измерение времени чтения по предложению будет указывать на более длительное время чтения предложений, содержащих знакомые метафоры, чем незнакомые метафоры, но было бы невозможно знать, если дополнительное время чтения было распределено по всем словам в метафоре или было ограничено конкретными словами, и сколько времени было потрачено на каждое слово будет неизвестно. Эти два примера показывают преимущества записи непрерывного поведения чтения в Интернете.

Figure 1
Рисунок 1. На левой картинке изображен участник, расположенный на лбу/подбородке, при взгляде на дисплей компьютера. Инфракрасный источник света и видеокамера расположены под дисплеем. На правильной картинке показан дисплей экспериментатора. Большое изображение в верхней рамке показывает лицо участника вокруг правого глаза (глаз отслеживается) и небольшое изображение показывает крупным планом правого глаза. Синие области области высокого инфракрасного отражения света от волос участника (большое изображение) и зрачок (небольшое изображение). Перекрестия волос над глазом определить центр зрачка и отражение роговицы в нижней части зрачка. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.

Figure 3
Рисунок 2. Движения глаз из образца прохода, содержащего незнакомую метафору(степень дверного проема). Круги указывают на расположение фиксации, а желтые линии указывают на пути саккады. Большие круги представляют собой более длительную фиксацию продолжительности. Небольшие числа рядом с кругами указывают на продолжительность фиксации в миллисекундах (msec). Пробелы (без саккадной линии, например, между словами многих людей)указывают на точки, где потеря трека произошла из-за артефакта, такого как предметы, на мгновение закрывают глаза. На рисунке показан регрессия от дверного проема до степени в метафоре.

Figure 2
Рисунок 3. Полная продолжительность фиксации (msec) на словах в знакомых и незнакомых метафорах. Слова в горизонтальной оси соответствуют примеру знакомых (F) и незнакомых (U) метафор. Данные представляют собой в среднем 10 знакомых и 10 незнакомых метафор.

Discussion

Технологические достижения привели к наличию высокоток таких, надежных и простых в использовании систем слежения за глазами. В области языковых исследований мониторинг движений глаз позволяет исследователям определить, как читатели оценивают текст. Шаблоны фиксации могут быть использованы для определения того, какие части текста наиболее трудно обрабатывать или легче всего обрабатывать, какие части текста могут быть поняты с помощью одной фиксации и какие части требуют множественных фиксаций или регрессий, а также последовательность, в которой читатели обработать текст. Вместе эти меры поддерживают выводы о когнитивных процессах, участвующих в понимании текста.

Понимание основано на взаимодействии между информацией, содержащейся в тексте, и когнитивными навыками и знаниями, применяемыми читателем; таким образом, полное понимание понимания текста может быть получено только с помощью меры обработки, которая чувствительна к свойствам текста и характеристикам читателя. Как отмечалось ранее, движения глаз варьируются в зависимости от языковых особенностей, таких как частота слов, длина слова исложность предложения 1,2,7,10,11, и характеристики читателя, такие как способность к чтению и знаниетемы 1,9. Таким образом, движения глаз обеспечивают идеальную меру понимания текста.

Поскольку движения глаз варьируются в зависимости от многих языковых особенностей, точный контроль стимулов имеет важное значение при изучении когнитивных процессов, участвующих в понимании текста. Исследователи часто тратят столько усилий на разработку контролируемых стимулов, сколько необходимо для проведения фактического эксперимента. Действительно, исследования только так хорошо, как стимулы.

Методологии слежения за глазами могут предоставить ценные данные для любой области исследований, в которой участникам показаны визуальные стимулы и необходимы для оценки стимулов. Например, в области рекламы можно определить, какие части визуального объявления привлекают наибольшее внимание, измеряя, какие части объявления люди смотрят нанаиболее 5,8. В медицинских исследованиях, можно было бы определить, являются ли стажеры и опытные врачи оценить рентген или МРТ изображение таким же образом, глядя на путь сканирования движения глаз и сколько времени тратится на оценку критических физическихструктур 15. В этих примерах рисунок движений глаз указывает, какие части изображения привлекают внимание человека, просматривая изображение.

Disclosures

Конфликта интересов не существует. Авторы не имеют финансовых интересов в производителях оборудования, описанного здесь.

Acknowledgments

Мы хотели бы поблагодарить всех, кто принимал участие в исследованиях, проведенных в Лаборатории языковых исследований в Университете Иллинойса в Чикаго. Мы также благодарим Фрэнсис Даниэль, которая сыграла важную роль в разработке программ, используемых для сбора данных, представленных здесь.

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).
Использование движений глаз для оценки когнитивных процессов, участвующих в понимании текста
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