Paradigma del suggerimento spaziale
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Overview
Fonte: Laboratorio di Jonathan Flombaum—Johns Hopkins University
L’attenzione si riferisce alla limitata capacità umana di selezionare alcune informazioni da elaborare a scapito di altri stimoli nell’ambiente. L’attenzione opera in tutte le modalità sensoriali: visione, udito, tatto, persino gusto e olfatto. Tuttavia, è più spesso studiato nel dominio visivo. Un modo comune per studiare l’attenzione visiva è con un paradigma di cueing spaziale. Questo paradigma consente ai ricercatori di misurare le conseguenze della focalizzazione dell’attenzione visiva in alcuni luoghi e non in altri. Questo paradigma è stato sviluppato dallo psicologo Michael Posner tra la fine degli anni ’70 e l’inizio degli anni ’80 in una serie di articoli in cui ha paragonato l’attenzione a un riflettore, illuminando selettivamente una parte di una scena. 1,2 Questo video illustra le procedure standard per un esperimento di cueing spaziale per studiare l’attenzione visiva.
Procedure
1. Attrezzatura
- L’esperimento richiede un computer e un software di implementazione dell’esperimento come E-Prime o un ambiente di programmazione come MATLAB o PsychoPy.
2. Stimolo e progettazione di esperimenti
- L’esperimento prevede brevi prove in cui i partecipanti devono rilevare e segnalare un breve bersaglio visivo. Ogni prova comprende tre fotogrammi. La Figura 1 illustra i fotogrammi.
Figura 1. Sequenza di eventi nel paradigma di cueing spaziale utilizzato per misurare le conseguenze dell’attenzione visiva. Ogni prova inizia allo stesso modo, come mostrato nel primo fotogramma, con una croce di fissazione centrale e due caselle verdi su entrambi i lati. Nel secondo fotogramma, la croce di fissazione viene sostituita da una freccia, che punta a una delle due caselle (50% delle volte ciascuna). Infine, nel terzo fotogramma viene mostrata una lettera – una L o una T – in una delle due caselle. Nell’esempio mostrato, la lettera è una L. Nell’esempio del pannello di destra, la lettera viene visualizzata nella casella a cui punta la freccia, producendo una prova congruente. Nel pannello a sinistra, la lettera appare di fronte alla freccia, producendo una prova incongruente. La misura di interesse è il tempo che un partecipante impiega per fare una risposta corretta (il tempo di reazione), in particolare, la differenza media tra prove congruenti e incongruenti.
- Nel primo fotogramma, ci sono due scatole verdi, 1,0 pollici x 1,0 pollici su entrambi i lati del display, centrate verticalmente. Inoltre, c’è una croce di fissazione rossa fatta di 0,5 pollici. lunghe linee, situata esattamente al centro del display. Le caselle verdi dovrebbero essere a circa 1,5 pollici di distanza dai bordi del display.
- Nel secondo fotogramma, la croce di fissaggio è sostituita da un segnale, una freccia che punta a una delle due caselle verdi. Rendere la freccia rossa e facile da vedere, come illustrato nella Figura 1.
- Nel terzo fotogramma, una ‘T’ o ‘L’ viene aggiunta a una delle due caselle e la freccia dal fotogramma due viene sostituita dalla ricopparizione della croce di fissazione.
- Il compito del partecipante è quello di indicare se la lettera nella casella è una ‘L’ o una ‘T’ utilizzando le chiavi appropriate. Ogni lettera apparirà il 50% delle volte.
- Nell’80% delle prove, la lettera appare nella casella a cui punta la freccia nel secondo fotogramma. Questi sono chiamati processi congruenti. Nel restante 20% delle prove, la lettera appare opposta alla direzione della freccia. Questi sono chiamati processi incongruenti.
- Nel complesso, le lettere appariranno ugualmente spesso a destra oa sinistra.
- Sequenziare l’esperimento, proprio come descritto, per includere le proporzioni corrette di studi congruenti e incongruenti in un ordine casuale. Include 400 studi totali (320 congruenti e 80 incongruenti).
- Il frame one dovrebbe rimanere presente in ogni trial per 100 ms, il frame 2 per 100 ms e il frame tre dovrebbe rimanere presente fino a quando non viene registrata una risposta.
- Infine, assicurati di programmare l’esperimento per raccogliere dati pertinenti. Il file di output dovrebbe avere un’intestazione simile a quella mostrata nella tabella nella Figura 2, con ogni riga che include i dati di uno studio: il numero di prova, la posizione della lettera che è apparsa (sinistra o destra), la lettera specifica che è apparsa (L o T), se lo studio era congruente o incongruente (chiamato condizione), la pressione dei tasti effettuata dal partecipante e, soprattutto, il tempo di reazione, il tempo impiegato dal partecipante per effettuare una pressione dei tasti, misurato dall’inizio della lettera. (Questo numero dovrebbe essere registrato in ms e dovrebbe variare tra 50 e 500).
Figura 2. Tabella di esempio per l’organizzazione dell’output dei dati in un esperimento di cueing spaziale. La principale misura di interesse è il tempo di reazione su ogni prova. Inoltre, la condizione deve essere registrata per confrontare il tempo di reazione in studi congruenti e incongruenti, e il tipo di lettera e la risposta forniti sono necessari per valutare l’accuratezza della risposta. È anche una buona idea registrare la posizione della lettera per garantire che le prove appaiano nelle proporzioni corrette. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Esecuzione dell’esperimento
- Per eseguire l’esperimento, reclutare da 10 a 20 partecipanti.
- Quando un partecipante arriva in laboratorio, spiega che l’esperimento che farà è progettato per indagare la natura dell’attenzione visiva e chiedi loro di completare un accordo di consenso informato.
- Sedere il partecipante davanti al computer di prova, con lo schienale della sedia a 60 cm di distanza dal monitor.
- Spiega loro le istruzioni in dettaglio:
- “Ogni prova di questo esperimento sarà più o meno la stessa. Vedrai una croce di fissazione rossa all’inizio di ogni prova. È importante tenere gli occhi fissi in quella posizione in ogni momento. Dopo 100 ms, la croce di fissaggio sarà sostituita da una freccia rossa che punta verso una delle due caselle verdi che saranno anche nel display. Infine, dopo 100 ms, la freccia scomparirà e una lettera apparirà in una delle due caselle. Sarà sempre una L o una T e il tuo compito è quello di segnalare quale sta usando la chiave appropriata. Vogliamo che tu faccia una pressione dei tasti il più rapidamente possibile, senza sacrificare la precisione, quindi è una buona idea tenere l’indice destro sul tasto L e l’indice sinistro sul tasto T in ogni momento. Dopo aver effettuato una risposta, ci sarà un ritardo di mezzo secondo prima dell’inizio della prova successiva. Si noti che la freccia rossa non punterà sempre al punto in cui la lettera apparirà alla fine. Farai 400 prove dell’esperimento, che dovrebbero richiedere solo da 5 a 10 minuti. Ci sarà una breve pausa di due minuti quando sei a metà strada. Avete domande?”
- Una volta che rispondi a qualsiasi domanda, avvia il programma e osserva il partecipante per alcune prove per assicurarti che abbia compreso le istruzioni. Quindi puoi lasciare la sala di test fino al completamento dell’esperimento.
4. Analisi dei risultati
- Il programma dovrebbe popolare automaticamente le celle nella tabella dei risultati per ogni partecipante man mano che l’esperimento progredisce. Così alla fine dell’esperimento, avrai una tabella con 400 righe che rappresentano 400 prove per ogni partecipante.
- Innanzitutto, controlla che le risposte fornite siano accurate. A tale scopo, aggiungere una colonna alla tabella denominata Accuratezza. Nella Figura 3 viene illustrata una tabella di dati popolata.
- Per determinare se la risposta data era corretta, confrontare le risposte fornite con le identità effettive delle lettere mostrate. Ricordiamo che la tabella include una colonna per ciascuno di questi.
- Excel (o altro software) è in grado di determinare automaticamente se le risposte sono corrette inserendo la seguente formula nella nuova colonna denominata Accuratezza:
=if(“Tipo di lettera”= “Risposta data”,1,0)Ciò significa che se il carattere nella colonna Tipo di lettera è uguale a quello nella colonna Risposta data, ci sarà un 1 nella colonna accuratezza. In caso contrario, ci sarà uno 0, che indica una risposta errata. - Calcola l’accuratezza media per ogni partecipante facendo la media dei valori nella nuova colonna Accuratezza. Se la proporzione di risposte corrette per un partecipante è inferiore a 0,8, non analizzare ulteriormente i risultati del partecipante; ciò suggerisce che il partecipante ha frainteso le istruzioni o non ha posto la priorità sull’esecuzione accurata.
- Excel (o altro software) è in grado di determinare automaticamente se le risposte sono corrette inserendo la seguente formula nella nuova colonna denominata Accuratezza:
- Ora la misura dell’interesse può essere calcolata. Media insieme il tempo di reazione per un partecipante in tutte le prove congruenti e, separatamente, in tutte le prove incongruenti. Quindi calcola una media congruente e incongruente per tutti i partecipanti raggruppati insieme.
- Per determinare se la risposta data era corretta, confrontare le risposte fornite con le identità effettive delle lettere mostrate. Ricordiamo che la tabella include una colonna per ciascuno di questi.
Figura 3. Una tabella di dati popolata con i risultati di 25 prove di cueing spaziale. La colonna finale, denominata “Accuratezza”, è stata aggiunta dopo il completamento dell’esperimento ed è stata utilizzata una formula per automatizzare un controllo di accuratezza. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La nostra capacità di selezionare determinate informazioni in un ambiente da elaborare, ignorando altri stimoli, viene definita attenzione.
L’attenzione visiva può essere palese – dove gli occhi sono consapevolmente rivolti verso un oggetto, come una luna piena che sorge – o nascosta, in cui una persona nota qualcosa che non sta guardando direttamente.
Ad esempio, un individuo potrebbe fissare un cartello che punta verso il lato sinistro di un bivio. Tuttavia, discerneranno ancora un gufo vicino più avanti lungo quel sentiero, perché questa è la direzione in cui sono stati in grado di andare. Questo concetto è indicato come cueing spaziale, in cui l’attenzione segreta viene spostata da un particolare segnale.
Basato su precedenti lavori dello psicologo Michael Posner, questo video dimostra come eseguire un compito di cueing spaziale computerizzato, incluso come interpretare i dati indagando una misura di attenzione visiva segreta: tempi di reazione attraverso studi congruenti e incongruenti.
In questo esperimento, i partecipanti devono rilevare e segnalare brevi obiettivi visivi che mostrano la messa a fuoco e i successivi cambiamenti di attenzione.
Durante ogni prova, ai partecipanti viene chiesto di osservare tre fotogrammi che si verificano in ordine: Nel fotogramma 1, una croce di fissazione rossa, fatta di 1/2-in. lunghe linee, si trova al centro del display. Due scatole verdi, ciascuna da 1 a 1 pollici, sono centrate verticalmente, a 1,5 pollici di distanza dai bordi del display.
Dopo 100 ms, il secondo fotogramma appare per la stessa durata, ma questa volta la croce di fissazione viene sostituita con un segnale, una freccia rossa che punta verso una delle due caselle verdi.
Nel terzo fotogramma, la freccia del segnale viene sostituita contemporaneamente con la croce di fissazione. Nella metà delle prove, la lettera «T» viene aggiunta a una delle due caselle, mentre l’altra metà contiene la lettera «L»; entrambi sono equamente distribuiti. Ai partecipanti viene chiesto di identificare la lettera mostrata.
Dopo ogni risposta, si verifica un breve intervallo inter-trial di 500 ms e la sequenza viene ripetuta per un totale di 400 trial.
Qui, il trucco è che sono o congruenti, dove la lettera appare nella casella che la freccia punta all’80% delle volte, o incongruenti, dove appare opposta alla direzione della freccia per il 20% delle prove.
La variabile dipendente è quindi il tempo necessario a un partecipante per ottenere una risposta corretta tra i tipi di prova, che si ottiene semplicemente scegliendo la lettera mostrata nella casella, indipendentemente dal lato.
Ci si aspetta che i partecipanti, in media, siano più veloci nel rispondere durante gli studi congruenti rispetto a quelli incongruenti, mostrando così i vantaggi associati al cueing della posizione spaziale di dove si dovrebbe concentrare la propria attenzione.
In preparazione all’esperimento, apri il programma software e verifica che il paradigma di cueing spaziale funzioni correttamente.
Dopo aver reclutato i partecipanti, porta ognuno in laboratorio e spiega che il compito è progettato per indagare la natura dell’attenzione visiva. Prima di procedere, chiedi loro di compilare un modulo di consenso informato.
Per iniziare, siediti il partecipante davanti al computer di prova, con lo schienale della sedia a 60 cm di distanza dal monitor. Spiega le istruzioni per le attività e rispondi a qualsiasi domanda.
Quando il partecipante è pronto, consenti loro di avviare il programma premendo la barra spaziatrice. Osservali in alcune prove per assicurarti che stiano premendo il tasto “L” o “T” non appena la lettera appare sullo schermo.
Lascia la sala prove mentre completano le 400 prove. A metà dell’esperimento, fornire una pausa di 2 minuti, rendendo il tempo totale di attività inferiore a 10 minuti.
Per iniziare l’analisi dei dati, recuperare innanzitutto i dati acquisiti inizialmente programmati in un file di output.
Si noti che i dati per i seguenti elementi devono essere automaticamente inseriti nella tabella: il numero di prova, la posizione della lettera, il tipo di lettera, la condizione, la risposta effettiva data dal partecipante e, soprattutto, il tempo di reazione, misurato dall’inizio della lettera alla pressione del tasto.
Quindi, controlla se le risposte fornite sono accurate aggiungendo una colonna chiamata “Accuratezza” alla tabella. Per popolare questa colonna, creare una formula per confrontare “Tipo di lettera” con “Risposta data”, in modo che un 1 rappresenti una risposta corretta e 0 indichi una risposta errata.
Ora, verifica che i valori di accuratezza medi totali per ciascun partecipante siano superiori a 0,8 per assicurarti che i partecipanti siano compresi le istruzioni dell’attività.
Per visualizzare i dati, rappresentare graficamente i tempi medi di reazione tra i partecipanti in modo da tipo di prova. Si noti che hanno risposto circa 200 ms più velocemente in studi congruenti rispetto a studi incongruenti.
Questa differenza suggerisce che la freccia ha spinto i partecipanti a partecipare a una particolare posizione spaziale, consentendo loro di elaborare e identificare più rapidamente la lettera quando è apparsa lì.
Ora che hai familiarità con la progettazione di un esperimento per esaminare il cueing spaziale, esaminiamo come i ricercatori hanno utilizzato le variazioni del paradigma per indagare su come cambia la capacità attenzionale nei casi di lesioni cerebrali insieme ad alterazioni nelle richieste di attività.
Gli studi che utilizzano la risonanza magnetica funzionale hanno indicato che le regioni all’interno del lobo parietale sono coinvolte nella capacità di orientare l’attenzione su una posizione spaziale.
Nei pazienti con danno focale dovuto a ictus o tumori, Posner e colleghi hanno scoperto che i tempi di reazione erano più lunghi durante gli studi incongruenti rispetto agli studi congruenti e in particolare, rispetto ai controlli neurologici – quelli con lesioni al di fuori dell’area parietale – che confermano il significato funzionale di questa regione.
Inoltre, come hai già imparato, l’inclusione di segnali nel compito porta a pensieri anticipatori su dove focalizzare l’attenzione, anche se tali aspettative potrebbero non essere soddisfatte.
I ricercatori hanno adattato il paradigma per identificare i tipi di stimoli, come lampi luminosi inaspettati, che possono automaticamente far spostare l’attenzione. Tali modifiche potrebbero avvantaggiare gli individui che potrebbero avere difficoltà a concentrarsi sotto richieste vincolate, come quelle con disturbo da deficit di attenzione e iperattività.
Hai appena visto l’introduzione di JoVE al cueing spaziale. Ora dovresti avere una buona comprensione di come progettare e condurre un paradigma di attenzione visiva nascosto, nonché di come analizzare e interpretare le richieste attentive quando i segnali sono sia attesi che non corrispondenti.
Grazie per l’attenzione!
Results
La Figura 4 mostra il tempo medio di reazione per un gruppo di partecipanti, confrontando studi congruenti e incongruenti. I partecipanti erano, in media, circa 200 ms più veloci a rispondere in studi congruenti. Questo mostra i vantaggi associati alla posizione in cui si frequenta e i costi per altre località. La freccia ha fornito ai partecipanti informazioni affidabili all’80% su dove la lettera sarebbe apparsa in ogni prova, quindi i partecipanti hanno diretto l’attenzione visiva sulle posizioni indicate dalla freccia. Quando la lettera appariva in quella posizione, cosa che faceva la maggior parte del tempo, i partecipanti potevano elaborarla e identificarla rapidamente. Quando la lettera appariva opposta, però, i partecipanti dovevano spostare la loro attenzione attraverso lo schermo per poi elaborare e identificare la lettera presentata, uno spostamento di attenzione che sembrava aver richiesto circa 200 ms, in media.
Figura 4. Risultati del tempo di reazione di un esperimento di cueing spaziale. I partecipanti hanno generalmente risposto più rapidamente in studi congruenti rispetto a studi incongruenti. Nelle prove congruenti, la freccia indicava il punto in cui alla fine apparve una lettera. Ma nelle prove incongruenti, ha puntato il contrario. La differenza nei tempi di reazione suggerisce che la freccia ha portato i partecipanti a partecipare alla casella indicata dalla freccia, consentendo loro di elaborare e identificare più rapidamente la lettera quando è apparsa lì.
Applications and Summary
Da quando è stato introdotto alla fine del 1970, il compito di cueing spaziale è stato ampiamente utilizzato dai ricercatori, ad esempio, al fine di identificare i tipi di stimoli che potrebbero automaticamente causare lo spostamento dell’attenzione. Ad esempio, i ricercatori hanno studiato se i lampi luminosi e i suoni forti causano automaticamente lo spostamento dell’attenzione. In questi esperimenti le lettere che devono essere identificate sono talvolta precedute da luci e suoni inaspettati. I ricercatori possono quindi confrontare le velocità di rilevamento quando un lampo luminoso, ad esempio, precede una lettera nella stessa posizione o in una posizione diversa. Un costo associato a un flash in una posizione opposta implica che il flash catturi automaticamente l’attenzione.
Nel 1990 e dopo, il compito è diventato importante per l’uso in combinazione con la risonanza magnetica funzionale al fine di identificare i centri neurologici coinvolti nel controllo dell’attenzione spaziale. Contrastando l’attività cerebrale in condizioni congruenti e incongruenti, i ricercatori hanno scoperto che le regioni del lobo parietale sono coinvolte nello spostamento attenzionale aggiuntivo che avviene in studi incongruenti rispetto a quelli congruenti.
References
- Posner, M. I. (1980). Orienting of attention. Quarterly journal of experimental psychology, 32(1), 3-25.
- Posner, M. I., Snyder, C. R., & Davidson, B. J. (1980). Attention and the detection of signals. Journal of experimental psychology: General, 109(2), 160.
Transcript
Our ability to select certain information in an environment to process, while ignoring other stimuli, is referred to as attention.
Visual attention can either be overt—where the eyes are consciously aimed towards an object, like a rising full moon—or covert, in which a person notices something that they are not looking at directly.
For example, an individual might be staring at a sign pointing towards the left side of a fork in the road. However, they will still discern a nearby owl further down that path, because that’s the direction they are cued to go. This concept is referred to as spatial cueing—where covert attention is shifted by a particular signal.
Based on previous work by psychologist Michael Posner, this video demonstrates how to execute a computerized spatial cueing task, including how to interpret data investigating a measure of covert visual attention—reaction times across congruent and incongruent trials.
In this experiment, participants must detect and report brief visual targets that showcase focus and subsequent shifts in attention.
During every trial, participants are asked to observe three frames that occur in order: In frame 1, a red fixation cross, made of ½-in. long lines, is located in the center of the display. Two green boxes, each 1 by 1 in., are centered vertically, 1.5 in. away from the edges of the display.
After 100 ms, the second frame appears for this same duration, but this time, the fixation cross is replaced with a cue—a red arrow that points towards one of the two green boxes.
In the third frame, the cue arrow is simultaneously replaced with the fixation cross. In half of the trials, the letter ‘T’ is added to one of the two boxes, whereas the other half contains the letter ‘L’; both are equally distributed. Participants are asked to identify the letter shown.
Following every response, a brief 500-ms inter-trial-interval occurs, and the sequence is repeated for a total of 400 trials.
Here, the trick is that they are either congruent, where the letter appears in the box that the arrow is pointing to 80% of the time, or incongruent, where it appears opposite of the arrow’s direction for 20% of the trials.
The dependent variable is then the time it takes a participant to make a correct response across trial types, which is achieved by simply choosing the letter shown in the box, regardless of the side.
Participants are expected, on average, to be faster at responding during congruent trials compared to incongruent ones, thus showing the advantages associated with cueing the spatial location of where one should focus their attention.
In preparation for the experiment, open the software program and verify that the spatial cueing paradigm is working correctly.
After recruiting participants, bring each one into the lab and explain that the task is designed to investigate the nature of visual attention. Before proceeding, ask them to complete an informed consent form.
To begin, seat the participant in front of the testing computer, with the back of their chair 60 cm away from the monitor. Explain the task instructions and answer any questions.
When the participant is ready, allow them to start the program by pressing the spacebar. Observe them over a few trials to ensure that they are either pressing the key ‘L’ or ‘T’ as soon as the letter appears on the screen.
Leave the testing room as they complete the 400 trials. Halfway through the experiment, provide a 2-min break, making the total task time less than 10 min.
To begin data analysis, first retrieve the captured data that were initially programmed into an output file.
Note that data for the following items should automatically be populated into the table: the trial number, the letter position, the letter type, the condition, the actual response given by the participant, and importantly, the reaction time—measured from the onset of the letter to the keypress.
Next, check whether the responses provided are accurate by adding a column called ‘Accuracy’ to the table. To populate this column, create a formula to compare ‘Letter Type’ with the ‘Response Given’, such that a 1 represents a correct response and 0 indicates an incorrect answer.
Now, verify that the total averaged accuracy values for each participant are above 0.8 to ensure that participants understood the task instructions.
To visualize the data, graph the average reaction times across participants by trial type. Note that they responded about 200 ms faster in congruent compared to incongruent trials.
This difference suggests that the arrow cued participants to attend to a particular spatial location, allowing them to more quickly process and identify the letter when it appeared there.
Now that you are familiar with designing an experiment to examine spatial cueing, let’s examine how researchers have used variations of the paradigm to investigate how attentional ability changes in cases of brain injury along with alterations in task demands.
Studies using functional magnetic resonance imaging indicated that regions within the parietal lobe are involved in the ability to orient attention to a spatial location.
In patients with focal damage due to strokes or tumors, Posner and colleagues discovered that reaction times were longer during incongruent compared to congruent trials and notably, when compared to neurological controls—those with lesions outside of the parietal area—which confirm the functional significance of this region.
Also, as you’ve learned already, the inclusion of cues in the task leads to anticipatory thoughts of where to focus attention, even though those expectations might not be met.
Researchers have adapted the paradigm to identify the kinds of stimuli, like unexpected bright flashes, that may automatically cause attention to shift. Such modifications could benefit individuals that may have trouble focusing under constrained demands, like those with Attention-Deficit-Hyperactivity Disorder.
You’ve just watched JoVE’s introduction to spatial cueing. Now you should have a good understanding of how to design and conduct a covert visual attention paradigm as well as how to analyze and interpret attentional demands when cues are both expected and mismatched.
Thanks for watching!