Genereren van streng gecontroleerde Stimuli voor figuur erkenning experimenten
Summary
Dit protocol beschrijft een methode voor een experiment dat onderzoekt of specifieke grafiek en niet-graph eigenschappen (kenmerken) relevant voor de erkenning van cijfers zijn. De methode maakt gebruik van een database waarin verschillende waarden van de functie van de respectieve cijfers genoemd (6 punts, n lijn) cijfers.
Abstract
Dit protocol introduceert een methode voor het genereren van streng gecontroleerde en objectief bepaalde stimuli voor figuur erkenning experimenten. Een (6, n) figuur bestaat uit n -lijnsegmenten die zijn overspannen tussen n paar punten op de hoekpunten van een onzichtbare regelmatige zeshoek. De structurele eigenschappen (invarianten van de grafiek) en de oppervlakkige kenmerken (niet-graph invarianten) van elke (6, n) figuur met n waarden variërend van 1 tot en met 6 worden berekend en opgeslagen in een database. Deze database gebruikt, kunnen experimenteurs systematisch uitpakken juiste cijfers afhankelijk van het doel van het experiment. Bovendien, als de database geen noodzakelijke informatie bevat, nieuwe waarden van de functie kunnen soms worden berekend ad hoc van de vorming van een specifieke (6, n) figuur. Laten we noemen een paar spiegel-weerspiegeld cijfers een paar (Ax) Axiaalsymmetrische. Een paar cijfers Ax is bekend dat het moeilijker te discrimineren dan een niet-identieke paar in de beschikking of de shapes van een bepaald paar zijn gedraaid-te-worden-identieke (Idr). Het doel van de huidige experiment is om te onderzoeken of de gelijkheid van lijn lengtes tussen twee cijfers in een paar zorgt ervoor dat de discriminatie van het paar zo moeilijk als die van een paar Ax. Wederzijds isomorf cijfers delen gemeenschappelijke structurele eigenschappen ondanks verschillen in vorm. AX pairs en Idr paren zijn speciale gevallen van isomorf paren. Bovendien, een paar van de Ax / Idr paar delen meeste oppervlakkige functie waarden, behalve de relatieve richting van de ene locatie naar een andere locatie langs een as van symmetrie tegenover is voor een paar Ax. Drie soorten wederzijds isomorf (6, 4) figuur paren werden gegenereerd: Idr; AX; en niet-identieke, niet-Axiaalsymmetrische, isomorf (Nd) paren. ND paren werden verder ingedeeld in drie subcategorieën volgens de waarden van de oppervlakkige functie van de graad van lijn lengte verschillen.
Introduction
Dit document beschrijft een methode voor het genereren van streng gecontroleerde en objectief bepaalde stimulus cijfers voor studies betreffende de erkenning van willekeurige cijfers. De prikkels heten (6 punts, n lijn) of (6, n) cijfers. Een (6, n) figuur bestaat uit n -lijnsegmenten die zijn overspannen tussen n paar punten op de hoekpunten van een onzichtbare regelmatige zeshoek. Figuur 1 toont een voorbeeld van een (6, 4) cijfer dat is opgegeven door vier paren van labels voor de hoekpunten van een onzichtbare regelmatige zeshoek. De etiketten wijzen de lijnsegmenten van de figuur (Zie Figuur 1). Laten we noemen deze specificatie van cijfers een lijn specificatie formaat.
Voorheen, de auteur berekend de grafiek theoretische structurele eigenschappen van (6, n) cijfers (invariant functies of meer in het bijzonder grafiek invarianten1genoemd) en niet-invariant eigenschappen (oppervlakkige functies genoemd) voor cijfers met n = 1 tot en met 6 en de functie waarden opgeslagen in een database. Invariant functies weerspiegelen de structuurfondsen (meer precies, topologische) eigenschappen en oppervlakkige kenmerken weerspiegelen de niet-topologische en meestal metrische eigenschappen van een bepaald figuur.
Het nummer van een record in de database aanduiding een unieke van een figuur in de notatie van de specificatie. Daarom kan een uitputtende zoektocht naar specifieke waarden van invariant en/of oppervlakkige functie waarden in de database het ophalen van de nummers van de records voor de cijfers die voldoen aan de voorwaarden van de totale cijfers van de reeks (6, n). De opgehaalde cijfers kunnen dienen als de stimuli voor een experiment. Elke record in de database bevat variabelen, waaronder de isomorf set waartoe de afbeelding behoort; verschillende grafiek invarianten, zoals het aantal cycli, omtrek, onder die betrekking hebben op aantal, aantal kritiekpunten, radius, aantal centrale punten, het aantal onderdelen, maximale graad, aantal punten van de maximale graad, het aantal geïsoleerde punten, en aantal eindpunten; niet-grafiek functie waarden, zoals het aantal kruispunten en gerafeld van de contouren gedefinieerd door hoekpunten en kruispunten; en oppervlakkige functie waarden, bijvoorbeeld de locaties van de invariant kenmerken en (in het geval waarin er meervoud locaties zijn) de richtingen gevormd door meervoud locaties. Bijvoorbeeld, een cyclus geeft aan een gesloten reeks lijnsegmenten, een graad van een punt is het nummer van de lijn segmenten incident met dat punt, een geïsoleerd punt is een punt met een zekere mate van 0 en een eindpunt is een punt met een zekere mate van 1. Met behulp van de cijfers van de waarden van de database, alle (6, n) invariant functie van n = 1 tot en met 6 kan worden gesorteerd in het aantal isomorf sets afgebeeld in aanhangsel 11. Zie Figuur 2 voor een voorbeeld van de opgeslagen gegevens in elke record.
Merk op dat de cijfers die tot elke isomorf set behoren topologisch equivalent ondanks verschillen in vorm. Verschillende studies hebben beweerd dat topologische structuren worden waargenomen voorafgaand aan meer specifieke eigenschappen van de gegeven cijfers2,,3,,4,5. Door het systematisch veranderen stimulans cijfers, beweerde de auteur dat detecties en vergelijkingen van invariant functies voorafgaan aan de detecties en vergelijkingen van oppervlakkige functies6. Het huidige experiment is een poging om te verduidelijken of de oppervlakkige functie van regellengte is van cruciaal belang in de erkenning van paren van de figuur onder de voorwaarde dat invariant functie waarden allemaal gelijkwaardig tussen de figuur paren zijn (dat wil zeggen, isomorf is wederzijds).
De soorten stimulans cijfers die worden gebruikt in experimenten is uitermate belangrijk om erkenning onderzoek erachter. Er zijn twee soorten stimulans cijfers: die willekeurig zijn gegenereerd en die ad hoc worden gegenereerd ten behoeve van een studie. Om kunstdiscours geassocieerd met factoren niet onder experimentele controle, het gebruik van willekeurige cijfers wordt algemeen beschouwd als meer geschikt. Er zijn verschillende soorten willekeurige cijfers, bijvoorbeeld willekeurige histogrammen7 en willekeurige matrices8, maar de meestgebruikte willekeurige cijfers in visuele erkenning onderzoek in de psychologie zijn willekeurige veelhoeken9. Een algemene regel voor het maken van willekeurige veelhoeken is verbinding maken met willekeurig verspreide locaties van n punten in een vierkante ruimte met lijnsegmenten op zodanige wijze dat de omtrek van het lijnsegment meestal convexe is en vervolgens kleur binnen de omtrek. Een vaak gebruikte objectieve index voor willekeurige veelhoeken is het aantal flections van de omtrek van een veelhoek, waarmee de complexiteit van de figuur10,11,12. Zoals de binnenkant van de figuur is gekleurd in, zijn structurele eigenschappen met betrekking tot de omtrek beperkt tot het aantal flections. Bovendien, met uitzondering van het aantal flections, wordt geen informatie gegeven over de hele set van willekeurige veelhoeken of de relatie tussen verschillende willekeurige veelhoeken.
De cijfers in Axiaalsymmetrische (Ax) paren van cijfers bekend is dat ze moeilijker te discrimineren dan niet-identieke paren in een taak om te beslissen of een bepaald paar cijfers gedraaid-te-worden-identieke (Idr)13,14, is 15. de twee figuren in een Idr paar in een paar Ax wederzijds isomorf en bijbehorende lijnsegmenten die dezelfde lengte hebben. Echter, of gelijkheid van lijn lengtes tussen de twee cijfers in een paar verhoogt het probleem van discriminatie van een niet-identieke paar vergeleken met die van een paar Ax is onduidelijk. In dit experiment, was deelnemer discriminatie prestaties vergeleken tussen Ax paren en paren van niet-identieke, niet-Axiaalsymmetrische (Nd). De verschillen in lijn lengtes werden experimenteel gecontroleerd tussen de twee cijfers. Vanwege de prioriteit van het opsporen van invariant Functieverschillen waarde vóór oppervlakkige Functieverschillen waarde tijdens figuur erkenning5, werden de Nd figuur paren ingesteld op wederzijds isomorf zodat lijn lengte verschillen niet zou verward met invariant Functieverschillen waarde.
Experiment 1 in de auteur gebruikte (6, 5) figuur paren aan het onderzoeken van de hypothese dat het niveau van moeilijkheid van discriminatie van de cijfers in Ax paren15worden beïnvloed door het ontbreken van lijn lengte verschillen. De resultaten toonden aan dat de latencies korter voor Nd 0 (namelijk, geen verschil in de totale regellengte tussen gekoppelde figuren) paren in vergelijking met die voor Ax paren, die aangaf dat de hypothese onverdraaglijk was waren. Er werd aangevoerd dat oppervlakkige Functieverschillen waarde niet onder experimentele controle vaker aanwezig te zijn in complexe figuren, en deelnemers kunnen maken gebruik van deze. Interessant, hebben verschillende studies beweerd dat de aanwezigheid van een cyclus preattentively gedetecteerde16,17. Daarentegen, beweerde Julesz dat de aanwezigheid van een eindpunt is gevonden in een vroeg stadium van de scheiding van de cijfers van de achtergrond-18.
Om aan te pakken, eenvoudiger (6, 4) figuur paren werden gekozen om te onderzoeken de hypothese. Uit negen isomorf sets (6, 4) cijfers, de cijfers die tot twee isomorf sets behoorden werden gebruikt als prikkels. Gedeelde gemakkelijk aantoonbaar invariant onderdelen van (een) endpoint(s) en een cyclus van beide sets van cijfers (dat wil zeggen, een driehoek) gemeen. De voorbeeld-figuren van negen isomorf sets in Figuur 3zien. Bovendien, zie de kolom van p = 6 en q = 4 in aanhangsel 1,1.
Drie fundamentele paar types werden gegenereerd:r-Id, Ax en Nd paren. Totale lengte van de cyclus (meer in het bijzonder, een driehoek) tussen de twee figuren in elk paar voor alle typen van het paar was vereffend. Respectieve driehoeken van een paar figuur werd met behulp van deze beperking, hetzij onderling identiek of Ax in vorm. ND paren werden verder subcategorized volgens verschillen in de lengtes van de endlines tussen de twee figuren in elk paar, met de eenheid van lengte ingesteld als de kant van een onzichtbare regelmatige zeshoek. Dit leverde Nd 0, Nd 0.27, Nd 0.73en Nd 1 paar (dat wil zeggen, de lijn lengte verschillen varieerden van 0 tot 1). Als de aanwezigheid van een doorsnede van lijnsegmenten is bekend om zijn preattentively gedetecteerd19, cijfers met kruisende lijn segmenten van de stimuli werden uitgesloten. Zie de voorbeelden van Idr, Ax, Nd 0, Nd 0.73en Nd 1 paren in Figuur 4. Om te voorkomen dat de vooringenomen verwachtingen van de deelnemers, het aantal Idr (‘dezelfde’) paren is ingesteld op dezelfde als de som van Ax (‘anders’) en Nd (‘anders’) paren.
Protocol
Representative Results
Discussion
De huidige methode kan worden gebruikt voor te bereiden een aantal objectief definieerbare stimulans cijfers figuur erkenning experimenten. Het essentiële aspect van de methode zijn ook de instructies binnen de pair generatie programma. Met behulp van een (6, n) databank, het programma kunt selecteren geschikte kandidaat cijfers uit de cijfers van totaal (6, n) (protocol stappen 2.2.1 en 2.2.2). Daarnaast kan het programma soms functie waarden van cijfers die niet zijn opgeslagen in d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteur dankt Sydney Koke, MFA en Maxine Garcia, PhD, van de Edanz groep (www.edanzediting.com/ac) voor het bewerken van een ontwerp van dit manuscript.
Materials
| PC for stimulus preparation | DELL | Inspiron 15 | |
| External USB FD unit | Logitec | LFD-31UEF | |
| Response button box | Takei Kiki | S-15068 | custom item |
| PC for experiments | NEC | PC-37LB-N 15SN | |
| LCD monitor | NEC | AS172-MC | |
| Chin rest | Takei Kiki | T.K.K.930a | |
| Pair generation program | PMELCYLG2 | self-made | |
| Database file | P4.DAT | self-made | |
| Stimulus presentation program | Takei Kiki | Presentation/Response Device for (6, n) Figures | custom item |
References
- Harary, F. . Graph theory. , (1969).
- Chen, L. Topological structure in visual perception. Science. 4573 (4573), (1982).
- Chen, L. Topological structure in the perception of apparent motion. Perception. 14 (2), 197-208 (1985).
- Hecht, H., Bader, H. Perceiving topological structure of 2-D patterns). Acta Psychol. 3 (3), 255 (1998).
- Todd, J. T., Chen, L., Norman, J. F. On the relative salience of Euclidean, affine, and topological structure for 3-D form discrimination. Perception. 3 (3), 273 (1998).
- Kanbe, F. On the generality of the topological theory of visual shape perception. Perception. 8 (8), 849-872 (2013).
- Fitts, P. M., Weinstein, M., Rappaport, M., Anderson, N., Leonard, A. Stimulus correlates of visual pattern recognition: A probability approach. J Exp Psychol. 1 (1), 1-11 (1956).
- Bethell-Fox, C. E., Shepard, R. N. Mental rotation: Effects of stimulus complexity and familiarity. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 1 (1), 12-23 (1988).
- Attneave, F., Arnoult, M. D. The quantitative study of shape and pattern perception. Psychol Bull. 3 (3), 452-471 (1956).
- Cooper, L. A. Mental rotation of random two-dimensional shapes. Cogn Psychol. 7 (1), 20-43 (1975).
- Cooper, L. A., Podgorny, P. Mental transformations and visual comparison processes: Effects of complexity and similarity. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 4 (4), 503-514 (1976).
- Folk, M. D., Luce, R. D. Effects of stimulus complexity on mental rotation rate of polygons. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 3 (3), 395-404 (1987).
- Förster, B., Gebhardt, R., Lindlar, K., Siemann, M., Delius, J. D. Mental rotation effect: A function of elementary stimulus discriminability. Perception. 11 (11), 1301-1316 (1996).
- Kanbe, F. Can the comparisons of feature locations explain the difficulty in discriminating mirror-reflected pairs of geometrical figures from disoriented identical pairs. Symmetry. , 89-104 (2015).
- Kanbe, F. Are line lengths critical to the discrimination of axisymmetric pairs of figures from disoriented identical pairs. Jpn Psychol Res. 1 (1), 36-46 (2019).
- Treisman, A., Souther, J. Search asymmetry: A diagnostic for preattentive processing of separable features. J Exp Psychol Gen. 3 (3), 285-310 (1985).
- Kanbe, F. Which is more critical in identification of random figures, endpoints or closures. Jpn Psychol Res. 51 (4), 235-245 (2009).
- Julesz, B. Textons, the elements of texture perception, and their interactions. Nature. 290, 91-97 (1981).
- Wolfe, J. M., DiMase, J. S. Do intersections serve as basic features in visual search. Perception. 32 (6), 645-656 (2003).
