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Ricerca visiva di caratteristiche e congiunzioni
 
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Ricerca visiva di caratteristiche e congiunzioni

Overview

Fonte: Laboratorio di Jonathan Flombaum—Johns Hopkins University

In che modo le persone trovano oggetti in scene visive disordinate? Pensa, ad esempio, a cercare le chiavi su una scrivania disordinata, trovare la frutta più matura al supermercato, localizzare la tua auto quando non riesci a ricordare dove l'hai parcheggiata o trovare un vecchio amico al gate di uscita dell'aeroporto. Chiaramente, una comprensione della percezione visiva giocherà un ruolo in qualsiasi risposta e, più specificamente, una comprensione dell'attenzione visiva sarà cruciale.

L'attenzione visiva si riferisce alla capacità di concentrarsi solo su una parte di un'immagine, raccogliendo le proprie risorse di elaborazione in modo selettivo per determinare se la cosa cercata - il bersaglio, nel gergo sperimentale standard - è presente. Per studiare la ricerca e l'attenzione, gli psicologi sperimentali hanno sviluppato un paradigma ampiamente utilizzato noto (non sorprendentemente) come ricerca visiva.

Gli psicologi hanno anche motivato una grande quantità di ricerche con l'intuizione che qualsiasi buona teoria della ricerca avrà, per spiegare perché alcune cose sono facili da trovare e altre sono difficili da trovare. Quindi, nel contesto del paradigma della ricerca visiva, gli psicologi percettivi si sono spesso concentrati sul contrasto delle ricerche facili con quelle più difficili. Il contrasto più influente è tra ciò che i ricercatori chiamano una ricerca di funzionalità e una ricerca di congiunzione.

Procedure

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1. Design dello stimolo

  1. L'esperimento include due tipi di prove. Nella metà delle prove, le prove di ricerca delle funzionalità, ai partecipanti verrà chiesto di trovare una barra rossa tra quelle blu. Quindi esegui il rendering di un set di 40 display, posizionando la barra rossa in modo casuale in ciascuno e posizionando casualmente anche 3, 6, 9 o 12 barre blu. Il numero di barre blu è il carico del distrattore. Ci sarà un numero uguale di prove (10 in questo caso) per ogni carico.
  2. L'esperimento richiede anche prove target assenti, prove che non includono il target di ricerca, in questo caso, la barra rossa. Fai anche 40 di questi, di nuovo, inclusi 10 per ogni carico di distrazione. Le prove target presenti e assenti, per carico, dovrebbero assomigliare agli esempi mostrati nella Figura 1.
    Figure 1
    Figura 1: Visualizzazioni di esempio per la ricerca visiva a comparsa. La riga superiore mostra le prove con un target, una singola barra rossa, presente. La riga inferiore mostra le prove senza un obiettivo o il bersaglio assente. Il numero di non bersagli, che sono distrattori, aumenta da sinistra a destra.
  3. L'altra metà delle prove comporterà la ricerca di congiunzione. In questo caso, gli osservatori cercheranno una barra rossa orientata a -45°(cioè, inclinata a sinistra, invece che a destra). Anche in questo caso, il carico del distrattore varierà, inclusi 3, 6, 9 o 12. Ma in questo caso, i distrattori saranno disponibili in due tipi: barre blu con un angolo di -45 ° e barre rosse con un angolo di +45 °(cioè, inclinate a destra). Ogni prova includerà entrambi i tipi di distrattori e, ancora una volta, ci saranno anche studi mirati assenti (Figura 2).
    Figure 2
    Figura 2: Visualizzazioni di esempio per la ricerca visiva congiunta. La riga superiore mostra le prove con un bersaglio, una barra rossa orientata a sinistra, presente. La riga inferiore mostra le prove senza un obiettivo o il bersaglio assente. Il numero di non bersagli, che sono distrattori, aumenta da sinistra a destra.

2. Procedura

  1. Esegui le versioni di prova della ricerca delle funzionalità e della ricerca congiunta in blocchi separati. Alcuni partecipanti eseguono prima la funzione e gli altri eseguono prima la congiunzione. La procedura di base è la stessa per entrambi i tipi di prove.
  2. Per sequenziare l'esperimento, interlasci in modo casuale prove presenti / assenti e carichi di distrazione, in modo che l'esperimento comprenda una sequenza di prove imprevedibili.
  3. In ogni prova, mostra gli stimoli fino a quando il partecipante indica se un bersaglio è presente o assente in quello studio. Assegna una chiave, la chiave 'M' per presentare le risposte e la chiave 'Z' alle risposte assenti.
  4. Fare in modo che il partecipante risponda il più rapidamente possibile, ma senza commettere errori.
  5. Utilizzando un pacchetto software sperimentale, come ePrime, o un ambiente di programmazione come MATLAB, registrare la risposta del partecipante su ogni prova, insieme al tempo di risposta. In questo modo, puoi verificare che il partecipante abbia risposto correttamente e anche vedere quanto tempo ha impiegato.

3. Analisi

  1. Alla fine dell'esperimento, emetti i dati in un foglio di calcolo. Includi se i partecipanti hanno risposto correttamente, il loro tempo di risposta e i parametri di ogni prova, ad esempio, era uno studio presente o assente, nel blocco di ricerca di funzionalità o congiunzione e con quanti distrattori.
  2. Media insieme i tempi di risposta del partecipante in tutti gli studi target presenti, in funzione della condizione (caratteristica vs congiunzione) e del carico del distrattore.
  3. Si noti che i risultati degli studi target assenti non vengono analizzati. Questi sono inclusi perché, altrimenti, il partecipante potrebbe semplicemente premere "presente" su ogni prova senza mai trovare l'obiettivo. Guarda le prestazioni complessive, però, per assicurarti che il partecipante stia prestando attenzione e facendo del suo meglio. Generalmente, se un partecipante ha meno del 75% di correttezza negli studi assenti, i suoi dati sui tempi di risposta non vengono analizzati.
  4. Le principali domande analitiche riguardano le differenze nei tempi di risposta tra le prove di congiunzione e di ricerca delle funzionalità. I tempi di risposta dovrebbero diventare considerevolmente più lunghi per le prove di ricerca di congiunzione con l'aumentare del carico del distrattore. Ma dovrebbero essere relativamente inalterati nelle prove di ricerca delle funzionalità.

L'attenzione visiva si riferisce alla capacità di concentrarsi solo su una parte di un'immagine. Per studiare come le persone si occupano di oggetti in scene visive disordinate, gli psicologi usano un paradigma noto come ricerca visiva.

Spesso, gli esperimenti di ricerca visiva possono aiutare i ricercatori a spiegare perché alcuni oggetti sono facili da trovare e altri più difficili.

Utilizzando il paradigma della ricerca visiva, questo video dimostrerà come progettare e identificare gli stimoli per gli esperimenti, nonché eseguire, analizzare e interpretare i risultati.

Per progettare gli stimoli, comporre un paio di condizioni molto simili in termini di contenuti di visualizzazione, ma variano in termini di difficoltà di ricerca. Considera il classico esempio di contrasto tra "Ricerca funzionalità" e "Ricerca congiunzione".

Nella condizione Feature Search, le prove di progettazione in cui una singola feature distingue un target tra i suoi vicini, noti come distrattori. Qui, il bersaglio è una barra rossa e tutti i distrattori sono barre blu. Il partecipante dovrebbe trovare in modo efficiente il bersaglio, poiché "salta fuori" rapidamente, anche quando il carico del distrattore aumenta da tre, sei, nove o 12 barre blu.

Nella condizione Ricerca congiunzione, progettare prove in cui la destinazione condivide somiglianze con i distrattori. Qui, una barra target rossa è orientata a -45 ° e sia i distrattori rossi che blu sono orientati a +45 °. In questo caso, il partecipante dovrebbe trovare la ricerca più difficile perché le somiglianze non forniscono un effetto "pop out".

All'interno di ogni condizione di ricerca, creare due serie di 40 prove in cui l'obiettivo è presente o assente. Assicurati di includere 10 prove con ogni carico di distrazione di tre, sei, nove o 12 barre. Interlascia in modo casuale tutte le prove per garantire sequenze imprevedibili per ogni tipo di ricerca.

Per iniziare l'esperimento, iniziare eseguendo le attività Ricerca funzionalità e Ricerca congiunzione. Utilizzare un design controbilanciato, in modo che alcuni partecipanti inizino con la ricerca delle funzionalità, mentre altri completeranno prima la ricerca di congiunzione.

Con il partecipante seduto al computer, assegna il tasto 'M' per rappresentare le risposte presenti target e il tasto 'Z' per le risposte target assenti. Indica al partecipante che dovrebbe premere i rispettivi tasti per completare ogni prova il più rapidamente possibile, cercando di non commettere errori.

Durante ogni prova, acquisisci se la risposta del partecipante è stata corretta o errata, nonché il tempo di risposta. Restituisci i risultati in un foglio di calcolo.

Dopo che il partecipante ha completato entrambi i tipi di ricerca, esaminare le prestazioni complessive per gli studi di assenza target per assicurarsi che il partecipante stesse prestando attenzione. Escludere qualsiasi partecipante che esegue meno del 75% corretto su questi studi.

Una volta verificata la performance del criterio, mediare insieme i tempi di risposta di ciascun partecipante per tutte le prove presenti target, in funzione della condizione di ricerca (Feature vs. Conjunction) e del carico del distrattore.

I dati vengono quindi rappresentati graficamente tracciando i tempi di risposta media tra i carichi dei distratttori per le condizioni di ricerca di funzionalità e congiunzione. I tempi di risposta per l'attività Ricerca funzionalità non sono relativamente influenzati dal carico del distrattore. Al contrario, i tempi di risposta di Conjunction Search aumentano linearmente con il carico del distrattore. Inoltre, entrambe le ricerche richiedono circa 200 ms con il minimo di tre distrattori presenti. Ciò suggerisce che è necessaria una quantità uniforme di tempo per iniziare la ricerca e dare una risposta.

Ora che hai familiarità con l'impostazione di un esperimento di ricerca visiva, puoi applicare questo approccio per rispondere a domande di ricerca più specifiche.

Una delle principali sfide affrontate dal nostro sistema visivo riguarda la complessa integrazione di più funzionalità visive. Trovare una barra rossa tra tutte quelle blu è facile perché solo le informazioni sul colore sono rilevanti.

Tuttavia, quando si trova un oggetto con diverse caratteristiche, ad esempio orientamento e colore, è necessario prestare maggiore attenzione per associare tali caratteristiche.

Ad esempio, i ricercatori applicano proprietà di ricerca visiva per migliorare il modo in cui i medici cercano determinati segni rivelatori quando guardano una radiografia o una risonanza magnetica.

Inoltre, l'approccio di ricerca visiva influisce sul modo in cui il personale TSA effettua la ricerca attraverso le scansioni dei bagagli dei passeggeri in aeroporto.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE sulla conduzione di un esperimento di ricerca visiva. Ora dovresti avere una buona comprensione di come creare stimoli di ricerca visiva per due diversi tipi di condizioni di ricerca visiva, come condurre l'esperimento e infine come analizzare e interpretare i risultati.

Dovresti anche avere un'idea del tipo di attenzione richiesta quando cerchi le chiavi su una scrivania disordinata o trovi la frutta più matura al supermercato.

Grazie per l'attenzione!

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Results

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Si noti che i tempi di risposta nelle versioni di prova della ricerca di funzionalità non sono relativamente influenzati dal carico del distrattore (Figura 3). Al contrario, i tempi di risposta della ricerca di congiunzione aumentano linearmente. In effetti, la pendenza di tale funzione descrive la quantità di tempo di ricerca extra che richiede, in media, per ogni distrattore aggiuntivo nella scena. In questo caso, sembra circa 50 ms per elemento. Allo stesso modo, entrambe le ricerche richiedono circa 200 ms con solo tre distrattori presenti. Ciò suggerisce che è necessaria una quantità uniforme di tempo per iniziare una ricerca e dare una risposta.

La differenza tra la ricerca di funzionalità e congiunzione suggerisce come una delle sfide affrontate dal sistema visivo umano implichi la messa insieme di diversi tipi di informazioni. Trovare una barra rossa tra tutte quelle blu è facile , salta fuori - perché solo un tipo di informazione è rilevante: il colore. Ma trovare qualcosa che sia definito da più tipi diversi di funzionalità, in questo caso orientamento e colore, richiede un'attenzione focalizzata per aiutare a legare insieme tali caratteristiche.

Figure 3
Figura 3: Tempi di risposta in funzione del carico del distrattore negli studi target presenti. Le condizioni di ricerca delle funzionalità e di ricerca di congiunzione sono mostrate rispettivamente in cerchi verdi e triangoli gialli.

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Applications and Summary

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Nel mondo reale, capire come funziona la ricerca visiva ha molte applicazioni importanti. Ad esempio, i principali programmi di ricerca stanno attualmente applicando una comprensione della ricerca visiva in laboratorio per comprendere e migliorare il modo in cui i medici cercano determinate firme rivelatrici quando guardano una radiografia o una risonanza magnetica. Programmi di ricerca simili esaminano il modo in cui il personale della TSA cerca attraverso le scansioni dei bagagli dei passeggeri all'aeroporto e persino come gli atleti localizzano i loro compagni di squadra su un campo.

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Transcript

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