תכנון רב-תחומי ומולטי-מודאליים לחקר חוויות בדיקה אותנטית בזמן אמת הקרוב
4 בספטמבר 2019
התכנון הניסיוני פותח כדי לחקור את ההשפעות בזמן אמת של חווית בדיקה כדי להעריך את חווית התלמידים הרגשיים בתחומי ההשכלה הגבוהה ומשימות. עיצוב זה הוא תוצאה של הצלבה (למשל, פסיכולוגיה חינוכית, ביולוגיה, פיזיולוגיה, הנדסה) ומולטי-מודאלי (למשל, סמני הרוק, סקרים, חיישן אלקטרועורי).
הפרוטוקול מאפשר לחוקרים במדעי החברה, פסיכולוגיה, חינוך, הנדסה ודיסציפלינות אחרות המעוניינים להשתמש בביומטריה ובטכניקות מרובות להבנת בחינה, כיתה וחוויות אותנטיות דומות. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא שואפת למצוא את מקורות הרעש הפוטנציאליים עקב חפצי תנועה בנתונים. כמו כן, הפרוטוקול הוא פשוט ליישם ומצמצם את השימוש בתוכנה יקרה.
בעוד אבחון מחלה אינו המטרה המיועדת שלנו, הטכנולוגיות בהן אנו משתמשים באמצעות חיישנים אלקטרודרמליים וסמנים ביולוגיים של הרוק יש פוטנציאל לזהות חריגות פיזיולוגיות וביולוגיות אצל משתתף. שיטה זו יכולה לספק תובנה לחקר הפסיכולוגיה החינוכית החוקרת מבני מוטיבציה ורגשיים בכיתה. זה יכול לשמש גם בשיווק, עסקים, עיצוב, ותחומי מחקר אחרים המערבים תהליכים קוגניטיביים ורגשיים של הפרט.
המאבק העיקרי שיהיה לחוקר בשיטה זו הוא לסנכרן את האירועים שהם שואפים ללמוד תוך התחשבות במגבלות של טכניקות פיזיולוגיות וביולוגיות קיימות. חשוב להבין את תהליך הפעילות האלקטרודרמלית, במיוחד את תהליך העבודה של חיישני האלקטרודרמליים, גם כאשר טכניקות הסינון הקיימות בקוד פתוח מוגבלות. בהתחשב בכך שטכניקה זו מיועדת לעיצובים מעין ניסיוניים תוך שימוש בטכניקות מרובות ומומחיות משמעתית, הדגמה חזותית של שיטה זו חיונית כדי לאפשר לחוקרים לחזות בצעדים המקבילים והמתואמים הדרושים לביצוע מוצלח של שיטה זו.
התחל בהגדרת סביבת עבודה עם הסחות דעת מינימליות. תגובה בהלה שהופעלה שלא במתכוון יכולה ליצור עלייה משמעותית בפעילות האלקטרודרמלית, או EDA. ודא שהצגת שאלת הסקר מסונכרנת עם חיישן האלקטרודרמלי.
השתמש בשעון הפנימי של המחשב כדי ליצור מסגרת זמן לאיסוף נתונים, ואם אתה משתמש בחיישנים אלקטרודרמליים התומכים ב- Bluetooth, זמני סינכרון בזמן מרידיאן גריניץ '. זה קריטי כי כל המכשירים, כולל סקרים, פרוטוקול בדיקה, חיישנים אלקטרודרמליים, ומצלמות אינטרנט מסונכרנים באותו זמן, ולכן אין שינוי בזמני ההקלטה עבור כל מקור נתונים. במידת הצורך, הגדר מצלמות אינטרנט כדי למדוד את פני המשתתף בזוויות שונות.
עיין בכתב היד לקבלת המלצות על מיקום המצלמה. עבור קריאות חיישנים אלקטרודרמליים, ייעוד פרק זמן שבמהלכו המשתתפים נמצאים במצב רגוע כדי להקים נתוני EDA בסיסיים. הורה למשתתפים לבהות במגן הבדיקה במשך חמש עד 15 דקות בתחילת הבחינה, או לתכנת אות זה למחשב.
כדי לאסוף דגימות רוק, להכין קריר עם קרח יבש כי יש טמפרטורה פנימית של מינוס 20 מעלות צלזיוס. זה ימנע השפלה בטמפרטורת החדר של אנזימים לדגימות הקורטיזול. אם אתם משתמשים בשיטת איסוף ספוגית, הורו למשתתפים לשמור את ספוגית הלחי הפנימית או מתחת ללשון למשך 60 שניות.
פתח מערכת סימון שתאפשר למשתתפים להודיע לחוקר כאשר דגימת הרוק מוכנה לאיסוף. כהכנה לניסוי, תזמן מראש את המשתתפים לפשן בדיקה, הערך כל מידע רפואי והרגלי תזונה, שים לב לדומיננטיות היד באיסוף EDA, והזכר למשתתפים להימנע מצריכת מוצרים ממותק או המכילים קפאין ביום הניסוי. לפני הגעת המשתתפים, ודאו שהחיישנים מכוילים כראוי, שעדכוני התוכנה טופלו וחיישנים נמחקו עם מגבונים של 70%.
התאם את חיישן ה-EDA על פרק כף היד הלא דומיננטי של המשתתף על ידי הנחת החיישן כשהלחצן פונה כלפי מטה לכיוון האגודל. תן למשתתף לצייר קו דמיוני מהמרחב שבין האצבע השנייה והשלישית לאזור אמצע פרק כף היד שלהם, והצב שם את אלקטרודות החיישן. בקש מהמשתתפים לכוונן את רצועות החיישן.
בעת הפעלת החיישן, פעל בהתאם לפרוטוקולי היצרן כדי לוודא שהם מוגדרים לאיסוף נתונים. עבור ההתקנים המשמשים בפרוטוקול זה, לחץ על לחצן החיישן למשך שלוש שניות. אור ירוק יהבהב לסירוגין, ואחריו אור מהבהב אדום ולאחר מכן עמעום.
במהלך עמעום, לחץ על הלחצן פעם אחת לשנייה אחת, ואם הוא מהבהב באדום, הוא מקליט נתונים. כדי לכבות את החיישן, לחץ על הכפתור למשך שלוש שניות. האור הירוק בתחתית הצמיד ידהה.
אחזר נתונים מהחיישן על-ידי חיבורם למחשב והעלאתם למערכת התוכנה המנהלת. אם אוספים דגימות רוק, יוצקים גרם מים אחד למשתתפים עם ההגעה לחדר הניסוי, ומבקשים מהם להתנדנד ולבלוע אותו. במהלך הבדיקה, השתמש בבקשות זמן כדי לסמן למשתתפים מתי הגיע הזמן לאסוף רוק.
אפשר 60 שניות לאיסוף דגימות והחזר אותן לבדיקה. בעת איסוף דגימות רוק, ללבוש כפפות ניטריל טרי כדי למזער כל חלקיק אבק או מזהם שמנים יד יועברו בקבוקון מדגם. מיד להעביר את הדגימות מצנן מוכן עם הטמפרטורה הפנימית של מינוס 20 מעלות צלזיוס.
כדי לספק חוויית בדיקה אותנטית, התייעץ עם מדריך הקורס כדי להתאים את תוכן הבחינה לתוכן הקורס, ובחר הערכה של תוכן הקורס שניתן לשכפל בסביבה ניסיונית. כמו כן, ודא כי סביבת הבדיקה מקבילה ההתקנה הניסיונית. התאימו את עצמם להפרעות בבחינות על ידי הקצת זמן נוסף לבחינה ועיצוב תוכנית הבחינה כדי להחזיר את התלמידים לבעיה מסוימת בבחינות אם בקשת הסקר קטעה אותם.
ודא שזמן ההפרעה עקבי בין המשתתפים. כלול תקופות כיול והרפיה לאורך כל חוויית הבחינה על ידי התחלה בשאלה פשוטה ומתן אפשרות למשתתפים 30 שניות לנוח בין כל שאלה בבחינה. לבסוף, ודא שתוכנית החתמת הזמן אחראית לשינויים כלשהם בבדיקה כדי לאפשר התאמת מקורות נתונים.
חשוב כי כיול ותקופות הרפיה הם בחשבון בפרוטוקול, במיוחד עבור חיישנים אלקטרודרמליים סמנים ביולוגיים הרוק, כמו ערכי הבסיס נדרשים כדי לקבוע רעש אות או נתונים חריגים. שני עיצובים ניסיוניים נבדקו, עיצוב A עם חיישני EDA וסקרים ועיצוב B עם סמנים ביולוגיים נוספים של הרוק. למרות שהקושי במבחנים היה זהה, נמצאו הבדלים מנוגדים בערכי ה-EDA הממוצעים בין התגובות הנכונות והתגובות השגויות על פני ציוני יעילות עצמית שונים.
עבור עיצוב ניסיוני B, EDA הממוצע, כמו גם קורטיזול ו- אלפא עמילאז הרוק, או sAA, נמדדו בהתחלה, באמצע, בסוף, ו 20 דקות לאחר הבחינה. רמות ה-EDA ירדו מתחילתה ועד סופה של הבחינה אך התאוששו 20 דקות לאחר מכן, מגמה המקבילה הן לקורטיזול והן ל-SAA. מובהקות סטטיסטית נמצאה בין EDA ל- sAA בתחילת הבחינה ואמצעה, ואילו EDA וקורטיזול הראו משמעות בין אמצע הבחינה לסוף הבחינה.
עד הדקה ה-20, EDA ו-SAA, כמו גם קורטיזול ו-SAA, הראו משמעות אחד בין השני. נא ודא שסינכרון של מכשירים ופרוטוקולים הוא אוטומטי ככל האפשר, ובדוק אם קיימות שגיאות לפני תחילת הניסוי. הליך זה מאפשר שילוב של ביומטריה אחרת, כגון גורמים מפעילי עיניים, אלקטרומיוגרפים, כמו גם צורות שירות אחרות הכוללות שאלות פתוחות והנחיות וידאו, בין היתר.
טכניקה זו יכולה לשמש חוקרים כדי לחקור את הקשרים בין קוגניציה, השפעה, פיזיולוגיה וביצועים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול מפורט למחקר ניסויי של תגובות רגשיות ופיזיולוגיות של סטודנטים בזמן אמת במהלך חוויות בחינה אותנטיות. השיטה משלבת חיישני פעילות אלקטרודרמלית (EDA) ואיסוף סממנים ביולוגיים ברוק בתוך סביבת הערכה כיתתית ריאליסטית, במטרה להתגבר על המגבלות של מדדי דיווח עצמי סובייקטיביים ומחקרים פיזיולוגיים המבוצעים במעבדה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- פסיכולוגיה חינוכית
- מדידה פיזיולוגית
- תכנון ניסויי בחינוך
רקע
- מחקרים מסורתיים של רגשות בכיתות מסתמכים רבות על מדדים סובייקטיביים כגון סקרים וראיונות.
- מדידה אובייקטיבית ובזמן אמת של מצבים רגשיים של סטודנטים במהלך פעילויות בכיתה מוגבלת על ידי אתגרים מתודולוגיים וטכניים.
- מחקרים פיזיולוגיים קיימים מתבצעים לעיתים קרובות מחוץ לסביבות חינוכיות אותנטיות או אינם מסונכרנים עם המשימות בכיתה.
- קיים צורך בפרוטוקולים העוסקים בגיוס, שחזור, תקפות וסנכרון נתונים במחקר רגשות רב-מודאלי.
מטרת המחקר
- פיתוח והדגמה של פרוטוקול ללכידה של תגובות פיזיולוגיות ורגשיות של סטודנטים בזמן אמת במהלך בחינות בסביבות כיתה אותנטיות.
- צמצום רעשים וארטיפקטים באיסוף נתונים פיזיולוגיים, ובמיוחד כאלו הנובעים מתנועה.
- אספקת שיטה ניתנת לשחזור וing ובעלת עלות נמוכה לשילוב ביומטריה במחקר חינוכי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- מיקום וכיול של חיישן פעילות אלקטרודרמלית (EDA) על פרקי כף היד הלא-דומיננטיים של המשתתפים.
- איסוף סמנים ביולוגיים מרוק (קורטיזול ואלפא-עמילאז) במספר נקודות זמן (בתחילת הבחינה, באמצע, בסוף ואחריה).
- סנכרון של כל מקורות הנתונים (חיישנים, סקרים, מצלמות) באמצעות שעוני מחשב ופרוטוקולי זמן סטנדרטיים.
- קביעת תקופות בסיס והרפיה לצורך מדידה פיזיולוגית מדויקת.
- תוכן ובסביבת בחינה אותנטיים המותאמים לחומרי הקורס ולצרכים הניסיוניים.
- נהלי ניהול נתונים הכוללים קירור מיידי של הדגימות ומניעת זיהום.
תוצאות עיקריות
- שני מערכי ניסוי נבחנו: אחד שכלל EDA וסקרים, ואחר שהוסיף סממנים ביולוגיים ברוק.
- ערכי EDA ממוצעים היו שונים בין תשובות נכונות לשגויות, והשתנו בהתאם לציוני המסוגלות העצמית.
- רמות ה-EDA, הקורטיזול וה-sAA ירדו במהלך הבחינה וחזרו לרמתן לאחר הבחינה, עם מתאמים מובהקים בנקודות זמן ספציפיות.
- הפרוטוקול הצליח למזער ארטיפקטים של תנועה ואפשר איסוף נתונים רב-מודאלי מסונכרן בסביבת כיתה.
מסקנות
- פרוטוקול זה מאפשר מדידה אובייקטיבית ובזמן אמת של תגובות רגשיות ופיזיולוגיות של סטודנטים במהלך הערכות אותנטיות.
- הוא ניתן להתאמה לשימוש בתחומי דעת שונים ובהקשרי מחקר מעבר לחינוך, כגון שיווק ומדעי הקוגניציה.
- סנכרון וכיול נכונים הם קריטיים לתקפות הנתונים; מומלץ להשתמש באוטומציה במידת האפשר.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
פרוטוקול זה מאפשר ניטור פיזיולוגי בזמן אמת במהלך מטלות קוגניטיביות אותנטיות, ומספק מסגרת להפחתת סיכונים בתהליך תיקוף המטרה בגילוי תרופות נוירו-פסיכיאטריות באמצעות לכידה של ביומרקרים אובייקטיביים של סטרס ועוררות. באמצעות שילוב של פעילות אלקטרודרמלית ובדיקות רוק בסביבות בעלות תקפות אקולוגית, הפרוטוקול תומך בהבנה מכניסטית של מסלולים קוגניטיביים-רגשיים הרלוונטיים לטיפולים במערכת העצבים המרכזית (CNS). גישה זו מגבירה את הביטחון הניבוי בשלבי הגילוי המוקדמים על ידי קישור מדדים פיזיולוגים לתוצאות התנהגותיות בתנאים מבוקרים אך טבעיים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר חקירה של מסלולי תגובה למצוקה באמצעות מדידה מסונכרנת של EDA וסמנים ביולוגיים ברוק במהלך אתגר קוגניטיבי.
- ערך תפעולי: מפחית הטיות הנובעות מארטיפקטים של תנועה באמצעות סנכרון מונחה-פרוטוקול ותיקון קו בסיס.
- ערך ניבוי: תומך בבדיקת השערות מטרת באמצעות קורלציה בין תנודות פיזיולוגיות לתוצאות ביצועים בהקשרים בעלי תוקף אקולוגי.
פיתוח ובדיקת סריקה של המערך (Assay)
- ערך מדעי: מספק מסגרת סטנדרטית לאיסוף קורטיזול ואלפא-עמילאז מרוק רגיל תחת תנאי תזמון מבוקרים.
- ערך תפעולי: ממזער שונות פרה-אנליטית באמצעות טיפול בדגימות בטמפרטורה מיוצבת ואותי איסוף מסונכרנים.
- מוכנות לסינון: קובע קווי בסיס שחזירים של סממנים ביולוגיים, החיוניים להסמכת בדיקות בתהליכי גילוי.
מחקר תרגומי וטרום-קליני
- המשכיות תרגומית: מגשרת בין תובנות מנגנוניות משלב הגילוי למודלים פרה-קליניים על ידי תיקוף של דינמיקת סממנים ביולוגיים בפרדיגמות של סטרס קוגניטיבי דמויות-אדם.
- הפחתת סיכונים מנגנונית: מבהירה את הקשרים הזמניים בין EDA, קורטיזול ותנודות של sAA במהלך משימות קוגניטיביות, ובכך מספקת מידע על תזמון מעורבות המטרה.
- ביטחון חיזוי: מאפשרת תיקוף רב-מודאלי של הפעלת ציר הסטרס, ובכך מפחיתה את ההסתמכות על הנחות המבוססות על סממן ביולוגי בודד בשלב אופטימיזציית המועמדים המובילים.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
השיטה משתלבת בתהליכי עבודה של שלבי הגילוי המוקדמים, שבהם פנוטיפ פיזיולוגי אובייקטיבי מנחה את בחירת המטרה ואת תיקוף המסלול, במיוחד עבור תרכובות המשפיעות על ה-CNS.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בהבהרת מסלולים על ידי קישור בין סממנים ביולוגיים אלקטרו-דרמליים ורוקיים לביצועים קוגניטיביים במהלך ביצוע משימה.
- סריקה: מספקת פלטי סממנים ביולוגיים כמותיים ובעלי רזולוציית זמן המאפשרים השוואה של השפעת תרכובות בין תנאים שונים.
- אנליטיקה: מייצרת מערכי נתונים רב-מודאליים מסונכרנים המתאימים למידול סטטיסטי של קשרים פיזיולוגיים-קוגניטיביים.
- מחקר תרגומי: עולה בקנה אחד עם החלטות קידום מבוססות סממנים ביולוגיים על ידי הדגמת תגובות הדירות של ציר הלחץ בהקשרי משימה אותנטיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה לשימוש חוזר להערכה פיזיולוגית רב-מודאלית בפרויקטי גילוי הכוללים נקודות קצה קוגניטיביות או רגשיות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בתיקוף המטרה באמצעות קריאות פיזיולוגיות אובייקטיביות בזמן אמת במהלך אתגר קוגניטיבי.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות באמצעות מיקום חיישנים סטנדרטי, סנכרון תזמון ובקרות סביבתיות.
- ערך אסטרטגי: משפר את איכות קבלת החלטות go/no-go על ידי הפחתת רעש ביולוגי בנתוני ביומרקרים בשלב מוקדם.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף של מטרות מותאם-סיכון על בסיס עקביות מכניסטית בין פלטים פיזיולוגיים והתנהגותיים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בפסיכופיזיולוגיה, טיפול בביומרקרים וסנכרון נתונים מרובי-מודאליות.
- נדרשים חיישנים אלקטרודרמליים מכויילים, אחסון בטמפרטורה מבוקרת לדגימות רוק ותוכנה לתיחום זמני (time-stamping).
- נדרש תיאום בין-צוותי בין צוותי ההתנהגות, הפיזיולוגיה וניתוח הנתונים להבטחת עמידה בפרוטוקול.
- נדרשת התאמה של תדירות הדגימה ומיקום החיישנים בעת המעבר בין מערכות מודל או פרדיגמות של משימות.
- מוגבל על ידי ארטיפקטים של תנועת המשתתף ושונות סביבתית, מה שמחייב נקיטת הליכים קפדניים לקביעת Baseline וסינון רעשים.
