Overview
Fonte: Laboratório de Jonathan Flombaum - Universidade Johns Hopkins
A visão humana depende de neurônios sensíveis à luz que são dispostos na parte de trás do olho em um tecido chamado retina. Os neurônios, chamados de varas e cones por causa de suas formas, não são distribuídos uniformemente na retina. Em vez disso, há uma região no centro da retina chamada mácula onde os cones são densamente embalados, e especialmente em uma sub-região central da mácula chamada fovea. Fora da fovea não há praticamente cones, e a densidade da haste diminui consideravelmente com maior distância da fovea. A figura 1 esquemamatiza este arranjo. Esse tipo de arranjo também é replicado no córtex visual: Muitas mais células representam estimulação na fovea em comparação com a periferia.
Figura 1. Representação esquemática do olho humano e a distribuição de células receptoras sensíveis à luz na retina. A pupila é a abertura na frente do olho que permite a entrada de luz. A luz é então focada na retina, um tecido neural na parte de trás do olho que é feito de varas e cones, células sensíveis à luz. No centro da retina está a mácula, e no centro da mácula está a fovea. O gráfico esquematiza a densidade dos receptores de vara e cone na retina em função de sua posição. Os cones, que são responsáveis pela visão colorida, são encontrados quase exclusivamente na fovea. As hastes, que suportam ver em condições de baixa luz, são igualmente agrupadas mais fortemente perto da fovea, com densidades caindo rapidamente fora da mácula.
O resultado: Vemos muito bem na parte do espaço que nossos olhos estão apontando diretamente, a parte do espaço estimulando a fovea; mas na verdade não vemos muito bem na periferia. Nós realmente não percebemos isso, porém, porque nossos olhos se movem constantemente, construindo uma representação do espaço de muitas fixações individuais.
Uma maneira de estudar as propriedades da visão periférica é com um fenômeno conhecido como aglomeração. 1 A aglomeração refere-se a uma incapacidade de reconhecer objetos em desordem, e experimentamos aglomeração especialmente fortemente quando objetos são mostrados na periferia. Figura 2a é um exemplo no qual você deve ser capaz de experimentar a aglomeração: Olhe para a cruz no centro, e veja se você pode relatar a letra que está no meio do pacote à direita. Provavelmente é muito difícil. Agora na Figura 2b tente relatar a carta à esquerda. Muito mais fácil! Nesta figura, a carta não está lotada e não há desordem ao seu redor, por isso é mais fácil de reconhecer.
Figura 2a. Estímulos lotados. Fixar a cruz no centro, e ver se você pode reconhecer a letra no meio da embalagem à esquerda. Deve ser difícil, porque as letras estão na periferia, e a letra central está lotada pelas letras ao seu redor.
Figura 2b. Estímulos despovoados. Este estímulo é idêntico à Figura 2a, exceto que a letra G não é outras letras que a cercam. Mesmo fixando a cruz, a letra deve ser fácil de reconhecer, mesmo que seja tanto na periferia quanto no G na Figura 2a.
Este vídeo demonstrará como projetar e implementar um experimento de aglomeração com letras como estímulos.
Procedure
1. Estímulos e Design
- Os ensaios envolverão todas as consoantes inglesas, escritas em preto e mostradas em 36 pt. Fonte Helvetica.
- Cada ensaio do experimento começará com uma cruz de fixação apresentada no centro do display por 500 ms, seguida de estímulos apresentados à direita ou à esquerda da cruz por 500 ms, e finalmente seguido por uma tela de resposta. A Figura 3 esquematiza a sequência experimental.
Figura 3. Sequência de julgamento. A sequência de eventos em um único ensaio do experimento é a seguinte: O participante fixa a cruz central e pressiona a barra espacial para iniciar o teste. Após 500 ms, o estímulo do teste aparece à direita ou à esquerda da fixação, incluindo três letras. O participante deve evitar fazer movimentos oculares, mas deve tentar identificar a carta no centro do grupo. As cartas desaparecem após 500 ms, momento em que o participante é solicitado a inserir uma resposta relatando a carta que viu no meio do grupo.
Figura 4. Variáveis para manipulação. Existem duas variáveis cruciais que podem ser manipuladas em um experimento de aglomeração. A primeira é chamada de excentricidade, referindo-se à distância entre a fixação cruzada e o estímulo alvo, neste caso, a carta no centro de um grupo de três. A segunda variável é chamada de espaçamento inter-estímulo, que se refere à distância entre a letra-alvo e cada um de seus vizinhos. Em um experimento, essas duas variáveis geralmente serão manipuladas juntas, por uma terceira variável derivada chamada espaçamento relativo, definida como a razão do espaçamento relativo à excentricidade.
- Os estímulos apresentados em cada ensaio sempre virão em grupos de três. Duas variáveis serão manipuladas no experimento: (1) a distância entre a cruz de fixação e o estímulo no meio do grupo de estímulos, uma medida chamada excentricidade; (2) a distância entre o estímulo médio no grupo e cada um dos outros dois, uma medida chamada espaçamento inter-estímulo. A Figura 4 mostra um ensaio amostral e identifica essas duas variáveis.
- Ao preparar o experimento, essas duas variáveis serão realmente controladas por uma terceira variável derivada de sua razão. Chamaremos isso de espaçamento relativo e definiremos como o espaçamento inter-estímulo dividido pela excentricidade. Por se trata de uma razão definida sobre duas variáveis com as mesmas unidades, observe que o espaçamento relativo não possui unidades.
- Agora, para sequenciar o experimento, programe um conjunto de 200 testes.
- Cada ensaio será de uma das quatro condições relativas de espaçamento, com valores de 0,25, 0,4, 0,5 e 0,75. Em pixels, os seguintes são os valores que usaremos para o espaçamento entre estímulos e a excentricidade em cada condição, respectivamente: (100, 400); (50, 125); (75, 150); (600, 800). Mas note que qualquer valor pode ser usado desde que produzam as razões desejadas.
- Aleatoriamente, intermixe um número igual de ensaios das quatro condições. Em cada ensaio, escolha aleatoriamente as três consoantes para exibir, com a restrição de que nenhuma letra é repetida em um único julgamento.
- Programe também o experimento para mostrar os estímulos à direita da fixação em metade dos ensaios, e à esquerda da fixação na outra metade.
- Certifique-se de programar o experimento para relatar as saídas relevantes, minimamente para cada ensaio: o número do teste, as três letras mostradas, o espaçamento relativo, a resposta fornecida pelo participante e se essa resposta foi certa ou errada.
2. Executando o experimento
- Para executar o experimento, recrute os participantes.
- Quando um participante chegar ao laboratório, certifique-se de ter seu consentimento completo informado. Em seguida, sente o participante a 60 cm do monitor do computador.
- Para este experimento, é importante também ter um descanso no queixo.
- Instrua o participante a colocar o queixo no descanso do queixo e resistir a se mover durante as provas. Deixe-os saber que o experimento é auto-acelerado, e que eles são livres para se mover ou descansar entre os ensaios como quiserem.
- Explique as instruções ao participante da seguinte forma:
- "Neste experimento, estamos interessados em investigar a facilidade com que podemos reconhecer objetos mostrados na periferia visual. Em cada julgamento, eu gostaria que você se fixasse na cruz no centro da tela, e faça o seu melhor para não mover seus olhos. Quando você pressiona a barra espacial para iniciar um teste, depois de 500 ms, três letras aparecerão na tela à esquerda ou à direita da fixação. Eles só permanecerão na tela por 500 ms, e eles podem ser um pouco difíceis de ver. Sua tarefa é tentar o seu melhor para reconhecer a carta no meio do pacote, ou seja, a carta apresentada entre os outros dois. Lembre-se, tente não mover seus olhos, mesmo quando as letras aparecem. Depois que eles desaparecerem, digite a letra que você viu no meio usando o teclado. Se você está inseguro, basta adivinhar.
- Fique na sala com a participante enquanto ela completa alguns testes. Então deixe-a completar a experiência.
- A análise de dados neste experimento é simples. Basta calcular a precisão média do reconhecimento de letras em função de um espaçamento relativo. Assim, basta contar o número de ensaios em que o participante reconheceu com precisão a letra central em cada condição de espaçamento, e dividir por 50, uma vez que houve 50 ensaios para cada condição de espaçamento.
Nem sempre vemos objetos em nosso entorno claramente, especialmente se eles estão localizados na periferia do nosso campo visual.
Ao longo do dia, um indivíduo moverá seus olhos para olhar diretamente para diferentes itens distintos — como elementos de uma pintura em um museu.
Quando isso acontece, o objeto que está sendo estudado de perto — como uma maçã — está posicionado no meio do campo de visão do observador e, como resultado, é visto claramente.
Em contraste, um item distante do lado da maçã — neste caso, um cão — está localizado na periferia do campo visual, e é percebido como confuso.
Tal nebulosidade pode realmente piorar em um fenômeno chamado aglomeração visual. Aqui, se o objeto periférico estiver cercado por "desordem" — como mais caninos que um artista desonesto decidiu pintar — ele ficará irreconhecível.
Neste vídeo, exploramos como investigar a aglomeração usando uma abordagem baseada em letras. Não apenas explicamos como projetar estímulos e coletar e interpretar dados de visão periférica, mas também notamos como os pesquisadores estão estudando o conceito em outros contextos — como como isso afeta a segurança na condução.
Neste experimento, os participantes são solicitados a identificar cartas que são entregues em seu campo visual periférico.
Isso é feito primeiro fazendo com que eles se concentrem em uma pequena cruz de fixação apresentada no meio de um monitor de computador, após o qual os estímulos da letra aparecem.
Durante esta fase, uma linha de três consoantes inglesas igualmente espaçadas e capitalizadas — como jxw — são mostradas a um lado da cruz e, portanto, são vistas apenas com visão periférica. As vogais são especificamente excluídas, pois poderiam formar palavras curtas que possam interferir na coleta de dados.
Embora todos esses caracteres estejam no mesmo tamanho e tipo de fonte, duas variáveis-chave são manipuladas nesses estímulos — excentricidade e espaçamento entre estímulos — para entender melhor os fatores que afetam a aglomeração.
A primeira, excentricidade, é a distância em pixels da letra central até a intersecção das linhas na cruz, que se relaciona com onde na periferia os estímulos de campo visual são entregues; quanto maior a excentricidade, mais periférica a apresentação das letras.
Em contraste, o espaçamento entre estímulos é definido como a distância — também em pixels — entre a consoante central e cada uma das letras que o abut. Esta medida avalia o quão perto os flanqueadores precisam estar do caráter médio, para fornecer a desordem necessária para a aglomeração visual.
Os números escolhidos para essas duas distâncias em qualquer estímulo são, na verdade, controlados por uma terceira variável definida como a razão de espaçamento entre estímulos à excentricidade — chamado de espaçamento relativo.
Quatro valores diferentes — 0,25, 0,4, 0,5 e 0,75 — são testados para avaliar especificamente se o espaçamento entre estímulos precisa ser de um certo tamanho, em relação à excentricidade, para ter um efeito de aglomeração na visão periférica.
Por exemplo, se um trio de letras tem um valor de espaçamento relativo de 0,75, isso significa que a distância entre estímulos é de três quartos do tamanho da excentricidade. Assim, as consoantes de flanqueamento estariam localizadas relativamente longe do caráter central.
Após o estímulo desaparecer, uma tela de resposta é mostrada, o que leva os participantes a digitar o que eles perceberam como a letra central.
São realizados duzentas desses ensaios, nos quais são apresentados estímulos com diferentes valores relativos de espaçamento , mas aleatoriamente.
Aqui, a variável dependente é o percentual de ensaios em que a letra média é corretamente identificada.
Com base em trabalhos anteriores, espera-se que os participantes só sejam capazes de reconhecer com precisão os caracteres centrais em estímulos com um espaçamento relativo de 0,5 ou mais.
É importante ressaltar que o espaçamento entre estímulos precisa ser pelo menos metade do tamanho da excentricidade para evitar a aglomeração, uma estipulação conhecida como regra de Bouma.
Saúda o participante quando ele chegar, e faça-o assinar materiais de consentimento informados. Em seguida, sente-os na frente de um monitor de computador com um teclado.
Coloque o queixo no aparelho posicionado a aproximadamente 60 cm da tela.
Continue explicando a tarefa, enfatizando que o experimento é auto-acelerado e — para prosseguir — a barra de espaço deve ser pressionada. Observe também que se em qualquer caso o participante não tiver certeza da identidade da consoante central, deverá dar o seu melhor palpite.
Em seguida, assista enquanto o participante realiza vários ensaios práticos. Para cada um, certifique-se de que a cruz de fixação seja apresentada por 500 ms, seguida por ela e pelas letras, pelo mesmo período de tempo. Verifique também se o participante, quando solicitado, insere suas respostas pressionando um botão consoante no teclado.
Uma vez que eles entendam a tarefa, saia da sala e permita que o participante complete os 200 ensaios.
Analisar os dados, para cada relação de espaçamento relativo, calcular a porcentagem de ensaios em que os participantes identificaram corretamente a consoante central.
Observe que, à medida que o espaçamento relativo aumentou, a precisão melhorou. Especificamente, quando essa proporção foi de 0,5, os participantes demonstraram um desempenho de 75%, e esse valor saltou para aproximadamente 95% quando o espaçamento relativo foi de 0,75.
No entanto, com uma razão de 0,4, os participantes apenas reconheceram com precisão a consoante central em 20% dos ensaios, e em 0,25 esse valor caiu para 5% — uma frequência que corresponde aproximadamente ao acaso, se a letra central foi adivinhada aleatoriamente
Coletivamente, esses resultados indicam que a aglomeração só ocorre se o espaçamento entre estímulos for menos da metade do tamanho da excentricidade — por exemplo, 25% ou 40% dessa distância, como testado aqui — uma observação que apoia a regra de Bouma.
Agora que você sabe como a manipulação da excentricidade e do espaçamento entre estímulos pode ser usada para estudar a aglomeração, vamos dar uma olhada em outras maneiras que aspectos da visão periférica estão sendo explorados.
A aglomeração também foi analisada em relação à segurança do automóvel, e se o número de objetos em um ambiente pode influenciar o que um motorista vê.
Tal trabalho determinou que a aglomeração — seja vários carros, cones de trânsito ou placas em uma área — pode fazer com que o motorista não perceba efetivamente um pedestre.
Por exemplo, uma pessoa pode observar um objeto embaçado no meio dos carros, e pensar que é uma bicicleta estacionada — até que o item corre para a rua, e acaba sendo um homem correndo para pegar um trem.
O trabalho sobre os limites da visão periférica está encorajando os pesquisadores a encontrar maneiras de melhorar a segurança dos pedestres e de condução, como criar faixas de pedestres e bem iluminadas.
Em contraste, os desenvolvedores web também estão aplicando o que sabemos sobre visão periférica para criar anúncios pop-up eficazes.
Devido aos efeitos da aglomeração nas letras, tais banners são projetados para não conter muito texto, uma vez que essas palavras não serão distinguíveis quando aparecem na lateral de um monitor — na visão periférica de um usuário da internet.
Em vez disso, esses anúncios contêm elementos brilhantes e comoventes que atraem a atenção de alguém, e fazem com que ele mova os olhos e se fixe nesta promoção. Então — espero que — a pessoa clique nele e peça o que está sendo vendido.
Até agora, nos concentramos em lotar participantes normais; no entanto, os pesquisadores também estão analisando se esse fenômeno perceptivo está relacionado a defeitos visuais associados a determinadas doenças.
Por exemplo, alguns trabalhos envolveram a apresentação de trios de letras intimamente espaçados a pacientes diagnosticados com uma condição neurodegenerativa semelhante ao Alzheimer. É importante ressaltar que esses estímulos foram mostrados no meio de um monitor de computador e, assim, entregues ao centro do campo visual.
Curiosamente, menos pacientes foram capazes de nomear a letra central, em comparação com controles saudáveis.
Coletivamente, este trabalho fornece evidências para a expansão da aglomeração — normalmente apenas um problema na periferia — na visão central, e oferece uma possível explicação para as dificuldades de leitura que alguns pacientes neurodegenerativos experimentam.
Você acabou de assistir o vídeo do JoVE sobre aglomeração periférica. Agora, você deve entender como manipular o espaçamento de letras para investigar esse fenômeno, e coletar e interpretar dados de visão. Além disso, você deve entender como a aglomeração está sendo aplicada a outras áreas, como o design de anúncios pop-up.
Obrigado por assistir!
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Results
Figura 5 grafia precisão em função de espaçamento relativo. À medida que o espaçamento relativo aumentava, o desempenho melhorou muito. O que isso significa é que o desempenho se beneficia quando o espaçamento entre estímulos é pelo menos metade do tamanho da excentricidade. Na verdade, a ideia de que o espaçamento precisa ser metade do tamanho da excentricidade para evitar a aglomeração é conhecida como Regra de Bouma, depois que o cientista que descobriu como a relação entre o espaçamento entre estímulos e excentricidade controla a aglomeração. Quando a proporção é de 0,5, como mostrado no gráfico, o desempenho geralmente é em torno de 75% ou melhor. Abaixo de 0,5, a precisão é muitas vezes próxima do acaso. Note-se que mesmo com um espaçamento relativo de 0,4, o desempenho neste experimento foi inferior a 25%, e com um espaçamento relativo de 0,25, foi quase aleatório. Há 21 consoantes em inglês, então adivinhar produziria a resposta certa quase 5% do tempo.
Figura 5. Resultados do experimento de aglomeração. A precisão de reconhecimento era muito ruim, e às vezes quase ao acaso em testes com um espaçamento relativo inferior a 0,5. Mas para ensaios com espaçamento de 0,5 ou mais, o reconhecimento era geralmente melhor do que 75% de precisão. 0.5 é geralmente o espaçamento relativo crítico que impede a aglomeração.
Variações
Agora que você sabe o básico de executar um experimento de aglomeração, você pode executar um experimento para mostrar que o espaçamento relativo é o determinante crucial da aglomeração. Veja como: Escolha quatro valores de excentricidade, digamos 50, 100, 200 e 250 px. Para cada um, identifique os quatro valores de espaçamento inter-estímulo que lhe darão os valores relativos de espaçamento do experimento anterior, ou seja. 0,25, 0,4, 0,5 e 0,75. Agora você tem quatro maneiras diferentes de produzir os mesmos valores relativos de espaçamento, mas com excentricidades diferentes. São 16 condições no total. Execute um experimento com 50 ensaios de todas as 16 condições e plote os dados conforme mostrado na Figura 6. Você deve descobrir que o espaçamento relativo é o determinante crucial do desempenho (em oposição à excentricidade).
Figura 6. Resultados de um segundo experimento de aglomeração projetado para contrastar os efeitos da excentricidade e do espaçamento relativo no desempenho. O eixo x exibe os quatro valores relativos de espaçamento utilizados, e os diferentes ícones de cor representam as diferentes excentricidades. Se a excentricidade fosse a principal restrição no reconhecimento, então ícones com a mesma cor tenderiam a agrupar-se em termos de precisão de reconhecimento. Mas, em vez disso, a precisão parecia ser regida por espaçamento relativo.
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Applications and Summary
Uma razão pela qual entender a aglomeração é importante tem a ver com a degeneração macular. A degeneração macular é uma condição que afeta principalmente idosos, envolvendo a degeneração da mácula, a parte densamente povoada da retina que inclui a fovea. A degeneração macular é a principal causa de cegueira nos EUA entre pessoas com mais de 65 anos. Deixa as pessoas fortemente dependentes da visão periférica. Assim, pesquisas sobre aglomeração podem ajudar os cientistas a entender as limitações e proporcionações da visão periférica, como melhorá-la e, geralmente, como projetar o ambiente para evitar aglomerações em situações importantes.
Entender como funciona o crowding também desempenha um papel na forma como engenheiros, designers gráficos e desenvolvedores web organizam muitas das telas com as quais as pessoas se envolvem diariamente. Por exemplo, quando um anúncio pop-up ou banner aparece no seu navegador da Web, ele é muitas vezes projetado para chamar sua atenção, mas não ser 100% legível ou solucionável por causa da aglomeração - as pessoas nos bastidores querem que você mova seus olhos e olhe para o anúncio depois que ele chama sua atenção.
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Acknowledgments
1. Whitney, D., & Levi, D.M. (2011). Aglomeração visual: Um limite fundamental na percepção consciente e reconhecimento de objetos. Tendências em ciências cognitivas,15(4), 160-168.
