מדידת קשב מהירות עיבוד חזותי על ידי ניתוח מבוסס-דגם של פסקי דין Temporal מסדר
23 בינואר 2017
ניתן להשתמש בשיפוט מסדר זמני כדי להעריך פרמטרים של מהירות עיבוד ומשקל קשב ובכך להסיק את מנגנוני עיבוד הקשב. ניתן ליישם מתודולוגיה זו על מגוון רחב של גירויים חזותיים ועובדת עם מניפולציות קשב רבות.
המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא למדוד פרמטרים של קשב ועיבוד חזותי עבור גירויים כמעט שרירותיים. זה מושג על ידי מידול נתונים מפסקי דין של סדר זמני, TOJs. באלה, המשתתפים שופטים את סדר ההצגה של שתי מטרות, הנתונים המתקבלים מנותחים באמצעות מודל חדשני המאפשר למדוד כיצד קשב משפיע על שיעורי קידוד הגירוי.
תיאוריית הקשב החזותי של בונדסן מספקת שימושים שונים לפרמטרים, כגון משקל קשב ושיעורי עיבוד. בדרך כלל אלה מוערכים במשימות דוח פריט בהן נעשה שימוש באותיות או ספרות, השימוש בכל דבר אחר מלבד אותיות או ספרות הוא קשה ודורש הכשרה אינטנסיבית ולכן נעשה לעתים רחוקות. לדוגמה, קשה לדמיין כיצד ניתן למדוד בולטות חזותית ותצוגות קופצות בשיטה זו.
לכן אנו מציעים שיטה חדשה מבוססת TVA, המשתמשת בשיפוט סדר זמני שניתן לבצע עם גירויים כמעט שרירותיים. שיפוטי סדר זמני שימשו להערכת קשב במשך זמן רב, אך בשילוב עם TVA, הם הופכים חזקים יותר, ומספקים פרמטרים הניתנים לפירוש בקלות. במשימת השיפוט של סדר הזמן, שני גירויים, המזוהים כאן כ-A ו-B מוצגים ברצף קרוב או בו-זמנית.
ניתן לעצב את תפיסת הסדר הזמני באמצעות מודל ערוצים עצמאי. במודל כזה יש ערוצי עיבוד עצמאיים לכל מטרה. משווה פקודות עוקב אחר הערוצים ומתעד את הספירה כאשר מטרה מסוימת, כאן A, מגיעה אליה לפני המטרה השנייה.
לפני שנדגים זאת, אנו מתארים בקצרה את הצורה שבה מיוצגים בדרך כלל נתוני הניסוי. התדירות היחסית של סוג מסוים של שיפוט, כאן תחילה, משורטטת בהתאם ל-SOA, מרווח הזמן בין ההצגות של שתי המטרות. עכשיו, עם SOA שלילי גדול, כאן זה אומר שגירוי A מוביל, סביר להניח ש-A מגיע ראשון למשווה.
רק לעתים רחוקות מאוד גירוי B יגיע מוקדם יותר. לכן, אנו מקבלים נקודת נתונים המייצגת תדר יחסי קרוב לאחד. עבור SOA חיובי גדול, כלומר גירוי B מוביל, המשווה רושם תוצאות ראשונות A רק לעתים רחוקות מאוד.
לכן אנו מקבלים נקודת נתונים קרובה לאפס. אם ה-SOA הוא אפס, המטרות מוצגות בו זמנית, ונרשמת נקודת נתונים ברמת הסיכוי של נקודה חמש. כאשר ה-SOAs השתנו על פני טווח של ערכים, ניתן לתאר את הדפוס המתקבל באמצעות פונקציה פסיכומטרית.
כעת, כאשר תשומת הלב מופנית לגירוי, כאן, גירוי A, הוא מגיע מוקדם יותר למשווה, כתוצאה מכך, מוצג כאן עבור SOA אפס, ההסתברות לשיפוט ראשון של A גדלה. זה משנה את כל הפונקציה הפסיכומטרית. ה-SOA שבו העקומה האדומה חוצה את רמת הנקודה החמישית נלקח לעתים קרובות כדי לכמת את השפעת הקשב.
נראה כי השיפוט האוטומטי הזמני הוא הדרך הטבעית להעריך חביון תפיסתי, ושאלות רבות לגבי השפעת הקשב ותפיסת הזמן נענו בשיטה זו. עם זאת, ל-TOJ יש חולשה מרכזית, וזהו אופיו היחסי. תפיסה עצמית טמפורלית עשויה לומר לנו שגירוי א' נתפס לפני גירוי ב', אבל היא לא אומרת לנו מדוע.
זה יכול להיות בגלל שגירוי A מעובד מהר יותר, או בגלל ש-B מעובד לאט יותר. כדי להגדיל את כוח ההסבר, מודל TOJ נגזר מ-TVA, המדגמן את תהליכי הקידוד של גירויים חזותיים. בכל ערוץ, ההנחה היא שהקידוד מתקדם על פי מודל הגזע האקספוננציאלי של TVAs.
ההסתברויות לקידוד כל מטרה בתוך פרק זמן מסוים הופכות להסתברות לקידוד מטרה אחת לפני השנייה. תפיסת הסדר הזמן. חשוב לציין, שני פרמטרי הקצב שעברו בירושה מ-TVA מאפשרים לענות על שאלות כגון, האם היה זה הגירוי המטופל שעובד מהר יותר, או שמא היה זה הגירוי ללא השגחה שהואט?
לחלופין, ניתן לבטא את השיעורים גם כמשקולות קשב יחסיות. בחר גירויים בהתאם לשאלת המחקר. באופן כללי, חייב להיות אפשרי להציג שתי מטרות במיקומים שונים על המסך.
בהמשך פרוטוקול זה, אנו מציגים תוצאות מניסויים עם תצוגות קופצות, תמונות טבעיות ומטרות אותיות. הנה דוגמה לאופן שבו ניתן להשתמש במרחב פעולה ובאובייקטי רקע בתמונות טבעיות. התמונה עם שתי המטרות מונחת על אחת עם אחת בלעדיהן.
אובייקטים מוסרים למעשה על ידי הפיכת התמונה העליונה לשקופה מקומית. עם הליך זה, תמונות עם שניהם, אף אחד ואחד משני האובייקטים הקיימים, נוצרות כדי ליצור TOJs עם רקע תחילה, מרחב פעולה ראשון והצגה סימולטנית. כדי לתכנן את העיצוב וגודל המדגם של הניסוי, ניתן לבצע ניתוח כוח בייסיאני.
לדמות ולהתאים שוב ושוב את הנתונים למודל המיועד, לתכנון הניסוי ולפרמטרים המשוערים. הפרופורציות של סימולציות שעבורן מגיעים לקריטריון הצלחה, למשל, הבדל במשקלי הקשב, משמשות להערכת עוצמת הניסוי. השתמש בבונה ניסויים או בספריית מצגות פסיכופיזיות כדי ליישם את הניסוי.
אנו מספקים עבור בונה הניסויים בקוד פתוח OpenSesame, עבור TOJ עם אותיות, ספרות וצורות, שבו יש לציין רק את טבלת הניסויים. אנו מספקים גם דוגמה של OpenSesame עבור TOJs עם תמונות טבעיות. עבור כל מצב, צור ניסויים עבור כל ה-SOA המתוכנן.
התפלגויות SOA לדוגמה מוצגות בתוצאות המייצגות. שתי המטרות מוגדרות כבדיקה והתייחסות. הייחוס מוצג תמיד באפס, והוא המטרה הבלתי מטופלת, בעוד שגירוי הבדיקה נתון למניפולציה של תשומת הלב.
בניסויים עם SOA שלילי, הציגו תחילה את גירוי הבדיקה, ולאחר ה-SOA את גירוי הייחוס. עבור ניסויים עם SOA חיובי, הציגו תחילה את גירוי הייחוס, ולאחר עיכוב, את הבדיקה לפי ה-SOA. עבור SOA של אפס, הצג את שתי המטרות בו זמנית.
בתנאים ניטרליים, הקצאת הבדיקה וההתייחסות היא שרירותית, אך נדרשת לניתוח הנתונים. צור חזרות על כל ה-SOA. לחלק באופן אקראי או לשנות באופן שיטתי השפעות שאינן בעלות השפעה, כגון מיקום הגירוי או זהות היעד.
מספר החזרות תלוי בכוח הנוכח. ניתן להציג כ-800 ניסויים תוך שעה אחת. אם יש צורך בחזרות נוספות, שקול לפצל את הניסוי למספר מפגשים.
קבלו את פני המשתתפים והודיעו להם על ההליך הכללי של הניסוי. קבל את ההסכמה להשתתף. ודא שיש להם ראייה תקינה או מתוקנת לרגילה.
ספק תא שקט לניסוי. כוונן את הכיסא, משענת הסנטר והמקלדת וכן הלאה, כדי להבטיח תנאים אופטימליים. גרמו למשתתפים להיות מודעים לכך שהניסויים דורשים תשומת לב ומיקוד מנטלי, ויכולים להיות מתישים.
בקשו מהם לקחת הפסקות קצרות בעת הצורך. הצג הוראות על המסך המפרטות את המצגות ואיסוף התגובות. הזכירו למשתתפים שהמשימה היא לדווח על הסדר הזמני הנתפס של המטרות, ולנחש בניסויים שבהם הם לא יכולים לדעת את הסדר כלל.
כדי להימנע מתנועות עיניים במהלך הניסויים, בקשו מהמשתתפים לקבע סמן מרכזי בכל פעם שהוא מוצג על המסך. בקשו מהם להניח את ראשם על משענת הסנטר. בקשו מהם לקחת הפסקות קצרות במידת הצורך.
בצע אימון קצר עם עשרה עד 20 ניסיונות. ודא שהמשתתפים הבינו את המשימה. תנו להם להסביר את זה.
אם אין להם שאלות נוספות, עזוב את התא לניסוי הראשי. לאחר המרת נתוני ניסוי אחר ניסוי לספירות של פסקי דין ראשונים של בדיקה, ניתן להעריך פרמטרים על ידי הפעלת המודל ההיררכי הביסיאני הרצוי. לאחר השלמת התהליך, התווה אבחון התכנסות עבור כל הפרמטרים ואשר שהשרשראות התכנסו וכי הן מספקות גודל מדגם אפקטיבי גדול מספיק.
לאחר מכן, תכננו והעריכו את הפרמטרים המעניינים. תוצאות לדוגמה מוצגות בחלק הבא של סרטון זה. הניסוי הראשון מדד את השפעת הבולטות החזותית על מהירות העיבוד.
המשתתפים שפטו איזה משני מקטעי קו המטרה, שמאלה או ימינה, בתבנית רקע, הבהב ראשון. במחצית מהניסויים, הגשושית הייתה קופצת בצבע. הנתונים צוידו במודל TOJ שנגזר מ-TVA, שתואר קודם לכן.
ניתן לראות את התועלת מהגירוי הבולט במצב הקשב, כמשקל קשב מוגבר של נקודה חמש תשע עבור הבדיקה. במצב הביקורת שבו לא הייתה מטרה בולטת, הושג המשקל הנייטרלי של נקודה חמש, ומכאן שמשקל הקשב של הגשושית במצב הקשב היה גבוה יותר באופן מהימן. אפס, ללא הבדל, לא נכלל ב-95 HDI.
המשקלים האישיים של הגשושית וההתייחסות שם מראים כי יתרון הגירוי הבולט נובע מהפחתת קצב עיבוד של 16 הרץ של הגירוי הלא בולט. ייתכן שהמטרה הבולטת מדכאת את העיבוד של המטרה הלא בולטת במידה מסוימת, ולכן מרוויחה באופן יחסי. הניסוי השני בחן את יתרונות הקשב במרחב הפעולה המתוארים בתמונות טבעיות.
מרחב פעולה, בדיקה ואובייקטי רקע, הופיעו עבור TOJ. בניסוי בקרה נרשם קו בסיס ללא יתרונות מרחב פעולה באמצעות גרסאות הפוכות של התמונות, שעבורן תפיסת פריסת הסצנה מופרעת. הפרמטר posterius מצביע על יתרון מרחב פעולה במצב הקשב.
משקל הגשושית גבוה מזה הנייטרלי של נקודה חמש. באופן מוזר, זה נמצא גם בתנאי הבקרה, מה שמרמז על כך שהיפוך התמונה לא הסיר את היתרון הפוטנציאלי של מרחב הפעולה. לכן, ככל הנראה היתרונות הנגרמים על ידי גורמים כמו בולטות או נראות, שאינם מוסרים על ידי היפוך הסצנה.
האפשרות שכוח הניסוי היה נמוך מכדי לזהות את אפקט מרחב הפעולה, נידונה בחלק הכתוב של פרוטוקול זה. רמז היקפי משמש בניסוי השלישי, מוביל להשפעה גדולה בפרמטר נוסף, המדגים את העיכוב בין תהליכי הקידוד. ניסוי זה נדון בפירוט בחלק הכתוב של פרוטוקול זה.
לסיכום, הפרוטוקול במאמר זה מתאר כיצד לבצע TOJs פשוטים, ולהתאים את הנתונים על סמך מודל בסיסי של קידוד גירויים. בשלושה ניסויים הראינו שניתן להעריך את התוצאות במסגרת הערכה בייסיאנית היררכית. מצאנו שבולטות בתצוגות קופצות מובילה למשקל קשב מוגבר.
כמו כן, הוערכו משקלים מוגברים עבור אובייקטים במרחב פעולה בתמונות טבעיות, אולם בשל היתרון המתמשך, כאשר היחסים המרחביים הופרעו על ידי הצגת התמונות הפוכות, סביר להניח שיתרון קשב נוסף הוביל לעלייה במשקל. רמז היקפי בניסוי השלישי הוביל לערך גדול עבור פרמטר המדגים עיכוב נוסף בין תהליכי הקידוד. היתרונות של הפרוטוקול הם, הפשטות של משימת TOJ, שיכולה להשתמש בגירויים כמעט שרירותיים.
הבסיס התיאורטי היסודי של TVA, ותוכנית ההערכה הבייסיאנית. למרות שבולטות ממלאת תפקיד חשוב במחקרים רבים, רק מעטים מהם ניסו לכמת בולטות חזותית. עם זאת, כימות בולטות חזותית יאפשר לנו להשוות ממדי תכונה שונים, כמו כיוון, צבע או תנועה.
כאן, חקרנו את ההשפעה של ניגודיות הצבעים על משקלי הקשב של המודל הפורמלי שנגזר מ-TVA, אפשרו לנו למדוד בולטות כמותית ובצורה נכונה מבחינה פסיכולוגית. להצלחת פרוטוקול זה חיוני שיהיו רק שני גירויים המייצרים אותות זמניים במיקומי היעד. מידול מפורש של גירויים נוספים ב-TOJs, כגון רמזים היקפיים, הוא מטרת המחקר העתידי.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה נועד למדוד פרמטרים של קשב ועיבוד חזותי באמצעות שיפוט סדר זמני (TOJs). המשתתפים מעריכים את הסדר של שני יעדים, דבר המאפשר ניתוח של האופן שבו הקשב משפיע על קצבי קידוד הגירויים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- עיבוד חזותי
- מנגנוני קשב
רקע
- שיפוטים של סדר זמני יכולים להעריך מהירות עיבוד ומשקל קשבי.
- התיאוריה של Bundesen לגבי קשב חזותי מספקת מסגרת להבנת פרמטרי קשב.
- שיטות מסורתיות מסתמכות לעיתים קרובות על אותיות או ספרות, דבר המגביל את השימוש בגירויים מגוונים.
- מדידה של בולטות חזותית ותצוגות pop-out מציבה אתגרים בהקשר זה.
מטרת המחקר
- למידול נתונים מ-TOJs עבור גירויים חזותיים שונים.
- לניתוח האופן שבו קשב משפיע על קצבי קידוד של גירויים.
- להרחבת היישום של מדידת קשב מעבר לפריטים מסורתיים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- המשתתפים מעריכים את סדר הצגתם של שני יעדים חזותיים.
- הנתונים מנותחים באמצעות מודל חדש להשפעות קשביות.
- יישום התאוריה של Bundesen להסקת פרמטרים קשביים.
- התמקדות בגירוים שרירותיים להערכת עיבוד חזותי.
תוצאות עיקריות
- הוכח כי מדידת קשב באמצעות גירויים לא מסורתיים היא ישימה.
- סיפק תובנות לגבי האופן שבו קשב מווסת את שיעורי הקידוד (encoding rates).
- תיקף את השימוש ב-TOJs להערכת פרמטרים של עיבוד חזותי.
- הדגיש את המגבלות של שיטות קונבנציונליות בהקשרים מגוונים.
מסקנות
- מתודולוגיה זו מציעה גישה חסונה לחקר הקשב.
- היא פותחת נתיבים למחקרים עתידיים המשתמשים בגירויים חזותיים מגוונים.
- הממצאים תורמים להבנה מעמיקה יותר של מנגנוני הקשב.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
פרוטוקול זה מאפשר מדידה כמותית של משקלי קשב ושל מהירות עיבוד חזותי באמצעות שיפוטי סדר זמני, ובכך מציע גישה מכניסטית להפחתת סיכונים בתיקוף מטרות (target validation) בשלב הגילוי המוקדם. על ידי הרחבת התאוריה של Bundesen לקשב חזותי לגירויים שרירותיים, הפרוטוקול תומך בפיתוח בדיקות לסריקה פנוטיפית במקרים שבהם שיטות מסורתיות המבוססות על אותיות או ספרות אינן יעילות. מסגרת בייסית היררכית מספקת הערכות פרמטרים ברמת הקבוצה וברמת הנבדק, ובכך משפרת את הביטחון החזוי במחקרי מעורבות מטרה (target engagement).
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מודד משקל קשבי כמדד עקיף לבולטות המטרה, ובכך מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות בסביבות חזותיות מורכבות.
- ערך תפעולי: משתמש בשיפוטים פשוטים של סדר זמני כדי להעריך כיצד מניפולציות קשביות משפיעות על שיעורי קידוד הגירויים ללא צורך באימון אינטנסיבי.
- ערך ניבוי: מספק פרמטרים ניתנים לפירוש (משקל קשבי, קצב עיבוד) התומכים בהורדת סיכונים ביולוגית ובתיעדוף תיקי פיתוח בהתבסס על חוזק המעורבות של המטרה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מוכנות הבדיקה: מאפשרת הכנה של מערכות ביולוגיות מתוקפות באמצעות תצוגות "pop-out" סינתטיות, תמונות טבעיות או פאראדיגמות של דיווח אותיות עם רמז (cued letter-report) לצורך הערכה של תרכובות בשלבים הבאים.
- פלטים כמותיים: מייצרת פונקציות פסיכומטריות מנתוני שיפוט סדר זמני, המאפשרים מדידה סטנדרטית וניתנת לשחזור של השפעות קשביות בין תנאים שונים.
- שימוש חוזר בפלטפורמה: תומכת ביכולת הרחבה של הסריקה על ידי התאמה לגירויים כמעט שרירותיים, ובכך מפחיתה את הצורך בפיתוח מחדש של הבדיקה בעת בחינת מחלקות מטרות חדשות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- המשכיות תרגומית: מקשרת בין הערכת מנגנוני קשב בשלב הגילוי לבין תיקוף פרה-קליני באמצעות מערכות הרלוונטיות למחלה, שבהן מהירות העיבוד החזותי משפיעה על מדדים פנוטיפיים.
- קידום מותאם סיכון: אומדנים בייסיאניים היררכיים מאפשרים לצוותים רב-תחומיים להעריך השפעות ברמת הקבוצה לצד שונות ברמת הנבדק, ובכך תומכים בהחלטות go/no-go המבוססות על ביטחון סטטיסטי.
- הפחתת סיכונים מנגנונית: מבדילה בין מצבים שבהם יתרונות קשביים נובעים מקידוד מהיר יותר של המטרה לבין עיבוד איטי יותר של מסיחים, ובכך מבהירה את מנגנון הפעולה במהלך תיקוף המטרה.
שילוב זרימת עבודה ומסלול עיבוד
השיטה משתלבת ברצף הגילוי, החל מבדיקת השערות ועד לזיהוי מובילים (lead identification), במיוחד כאשר מודולציית קשב משפיעה על תוצאות של בדיקות פנוטיפיות או על זיהוי סממנים ביולוגיים.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת השערות על ידי כימות האופן שבו קשב מושפע משיעורי קידוד גירויים, ובכך מבהיר האם ההשפעות שנצפו נובעות ממעורבות המטרה או מגורמים מבלבלים תפיסתיים.
- סריקה: מספק תוצרי הניתנים לשחזור ומוכנים לבדיקה באמצעות התאמת פונקציה פסיכומטרית, מה שמאפשר סריקה אמינה של ספריות תרכובות במודלים הרגישים לקשב.
- אנליטיקה: מספקת אומדני פרמטרים בייסיאניים היררכיים (משקל קשבי, קצב עיבוד) המאפשרים השוואה כמותית של תנאי ניסוי וגדלי אפקט.
- מחקר תרגומי: מקשר לעבודה פרה-קלינית כאשר מהירות העיבוד החזותי משפיעה על זיהוי סמנים ביולוגיים או על תוצאות תפקודיות במודלים של מחלות.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס יכולת בר-שימוש להערכת מנגנוני קשב על פני פרויקטים שונים, ובכך מפחית פיתוח שיטות כפול.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתיקוף המטרה על ידי הפחתת העמימות המכניסטית בהשפעות קשביות.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה והשחזוריות באמצעות ניתוח מבוסס-מודל של שיפוטי סדר זמני.
- ערך אסטרטגי: משפר את איכות קבלת ההחלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) על ידי כימות התרומות הקשביות לאותות פנוטיפיים, ובכך מפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף של מטרות מותאם סיכון, בהתבסס על מדדי מעורבות חזקים וכמותיים בהקשרים חזותיים מורכבים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בבדיקות פסיכופיזיקליות, מידול חישובי והערכה בייסיאנית היררכית.
- נדרש חומרה להצגת גירויים (למשל, צג מכולлиб) ותוכנה המסוגלת לבקרת SOA מדויקת (למשל, OpenSesame).
- דורש סטנדרטיזציה בין-צוותית של עיצוב הגירויים, טווחי ה-SOA ופרוטוקולי איסוף התגובות לצורך הדירות רב-אתרית.
- כולל שיקולי התאמה בעת מעבר מתצוגות סינתטיות לתמונות טבעיות או למודלים חזותיים רלוונטיים לקליניקה.
- מוגבל על ידי ההנחה של ערוצי עיבוד בלתי תלויים; עשוי שלא ללכוד אינטראקציות בשדות חזותיים מורכבים מאוד או צפופים.
שאלות נפוצות בתחומי הביו-פארמה
Chapters in this video
0:00
Title
0:24
Theroretical Background
3:38
A TVA-based TOJ Model
4:27
Selection of Stimulus Material
5:16
Power Estimation and Planning
5:41
Specification or Programming of the Experiment
7:09
Experimental Procedure
8:19
Model-based Analysis of TOJ Data
8:51
Reprensentative Results
11:07
Conclusion
