Metodi per presentare oggetti del mondo reale in condizioni di laboratorio controllate
Summary
Descriviamo metodi per presentare oggetti reali e immagini corrispondenti degli stessi oggetti in condizioni sperimentali strettamente controllate. I metodi sono descritti nel contesto di un’attività decisionale, ma lo stesso approccio reale può essere esteso ad altri domini cognitivi come la percezione, l’attenzione e la memoria.
Abstract
La nostra conoscenza della visione dell’oggetto umano si basa quasi esclusivamente su studi in cui gli stimoli sono presentati sotto forma di immagini bidimensionali computerizzate (2D). Nella vita di tutti i giorni, tuttavia, gli esseri umani interagiscono prevalentemente con oggetti solidi del mondo reale, non immagini. Attualmente, sappiamo molto poco se le immagini di oggetti attivano processi comportamentali o neurali simili a quelli degli esempi del mondo reale. Qui, presentiamo metodi per portare il mondo reale in laboratorio. Indichiamo i metodi per presentare stimoli reali ricchi, ecologicamente validi in condizioni di visualizzazione strettamente controllate. Descriviamo come abbinare da vicino l’aspetto visivo degli oggetti reali e delle loro immagini, così come nuovi apparecchi e protocolli che possono essere utilizzati per presentare oggetti reali e immagini computerizzate in prove successivamente interfogliate. Usiamo un paradigma decisionale come esempio in cui confrontiamo la volontà di pagare (WTP) per veri snack agli alimenti a base di snack rispetto alle immagini 2D degli stessi articoli. Dimostriamo che il WTP aumenta del 6,6% per gli alimenti visualizzati come oggetti reali rispetto alle immagini colorate 2D ad alta risoluzione degli stessi alimenti, suggerendo che gli alimenti reali sono percepiti come più preziosi delle loro immagini. Anche se la presentazione di stimoli oggetto reali in condizioni controllate presenta diverse sfide pratiche per lo sperimentatore, questo approccio espanderà fondamentalmente la nostra comprensione dei processi cognitivi e neurali che sono alla base naturalistico visione.
Introduction
Il valore traslazionale della ricerca primaria nella percezione umana e nella cognizione dipende dalla misura in cui i risultati si trasferiscono in stimoli e contesti del mondo reale. Una domanda di lunga data riguarda il modo in cui il cervello elabora gli input sensoriali del mondo reale. Attualmente, la conoscenza della cognizione visiva si basa quasi esclusivamente su studi che si sono basati su stimoli sotto forma di immagini bidimensionali (2D), di solito presentate sotto forma di immagini computerizzate. Anche se l’interazione delle immagini sta diventando sempre più comune nel mondo moderno, gli esseri umani sono osservatori attivi per i quali il sistema visivo si è evoluto per consentire la percezione e l’interazione con oggetti reali, non immagini1. Ad oggi, l’ipotesi generale negli studi sulla visione umana è stata che le immagini sono equivalenti e proxy appropriati per i display di oggetti reali. Attualmente, tuttavia, sappiamo sorprendentemente poco se le immagini attivano efficacemente gli stessi processi cognitivi sottostanti come fanno gli oggetti reali. Pertanto, è importante determinare in che misura le risposte alle immagini sono simili o diverse da quelle suscitate dalle loro controparti del mondo reale.
Ci sono diverse differenze importanti tra oggetti reali e immagini che potrebbero portare a differenze nel modo in cui questi stimoli vengono elaborati nel cervello. Quando guardiamo oggetti reali con due occhi, ogni occhio riceve informazioni da un punto di osservazione orizzontale leggermente diverso. Questa discrepanza tra le diverse immagini, nota come disparità binoculare, viene risolta dal cervello per produrre un senso unitario di profondità2,3. I segnali di profondità derivati dalla visione stereoscopica, insieme ad altre fonti come la parallasse di movimento, trasmettono informazioni precise all’osservatore sulla distanza egocentrica dell’oggetto, la posizione e le dimensioni fisiche, nonché la sua geometria tridimensionale (3D) struttura della forma4,5. Le immagini planari degli oggetti non forniscono informazioni sulle dimensioni fisiche dello stimolo perché solo la distanza dal monitor è nota all’osservatore, non alla distanza dall’oggetto. Mentre le immagini 3D di oggetti, come gli stereogrammi, approssimano più da vicino l’aspetto visivo di oggetti reali, non esistono nello spazio 3D, né offrono vere e proprie azioni motorie come afferrare con le mani6.
Le sfide pratiche dell’utilizzo di stimoli oggetto reali in contesti sperimentali
A differenza degli studi sulla visione dell’immagine in cui la presentazione degli stimoli è interamente controllata dal computer, lavorare con oggetti reali presenta una serie di sfide pratiche per lo sperimentatore. La posizione, l’ordine e la tempistica delle presentazioni degli oggetti devono essere controllati manualmente durante l’esperimento. Lavorare con oggetti reali (a differenza delle immagini) può comportare un impegno significativo nel tempo dovuto alla necessità di raccogliere7,8,9 o fare10 gli oggetti, impostare gli stimoli prima dell’esperimento e presentare il manualmente durante lo studio. Inoltre, negli esperimenti che sono progettati per confrontare, direttamente, le risposte agli oggetti reali con le immagini, è fondamentale abbinare da vicino l’aspetto degli stimoli nei diversi formati di visualizzazione8,9. I parametri di stimolo, le condizioni ambientali, nonché la randomizzazione e il controbilanciamento degli stimoli reali di oggetti e immagini, devono tutti essere controllati attentamente per isolare i fattori causali ed escludere spiegazioni alternative per gli effetti osservati.
I metodi descritti di seguito per la presentazione di oggetti reali (e immagini corrispondenti) sono descritti nel contesto di un paradigma decisionale. L’approccio generale può essere esteso, tuttavia, per esaminare se il formato di stimolo influenza altri aspetti della cognizione visiva come la percezione, la memoria o l’attenzione.
Gli oggetti reali vengono elaborati in modo diverso per le immagini? Un esempio di processo decisionale
Il disallineamento tra i tipi di oggetti che incontriamo in scenari reali rispetto a quelli esaminati negli esperimenti di laboratorio è particolarmente evidente negli studi sul processo decisionale umano. Nella maggior parte degli studi di scelta dietetica, i partecipanti sono invitati a dare giudizi su snack che vengono presentati come immagini 2D colorate su un monitor computer 11,12,13,14. Al contrario, le decisioni quotidiane su quali alimenti mangiare sono di solito fatte in presenza di cibi reali, come al supermercato o alla caffetteria. Anche se nella vita moderna vediamo regolarmente immagini di snack (cioè su cartelloni pubblicitari, schermi televisivi e piattaforme online), la capacità di rilevare e rispondere in modo appropriato alla presenza di alimenti reali ad alta densità energetica può essere adattabile da un facilita la crescita, il vantaggio competitivo e la riproduzione15,16,17.
I risultati della ricerca negli studi scientifici sul processo decisionale e sulla scelta alimentare sono stati utilizzati per guidare le iniziative di salute pubblica volte a ridurre l’aumento dei tassi di obesità. Purtroppo, però, queste iniziative sembrano aver incontrato poco o nessun successo misurabile18,19,20,21. L’obesità rimane un importante contributore all’onere globale di una malattia22 ed è legata a una serie di problemi di salute associati, tra cui malattie coronariche, demenza, diabete di tipo II, alcuni tipi di cancro e un aumento del rischio complessivo di morbilità22 ,23,24,25,26,27. Il forte aumento dell’obesità e delle condizioni di salute associate negli ultimi decenni28 è stato collegato con la disponibilità di alimenti economici e ad alta densità energetica18,29. Come tale, C’è un intenso interesse scientifico nella comprensione dei sistemi cognitivi e neurali sottostanti che regolano le decisioni dietetiche quotidiane.
Se ci sono differenze nel modo in cui gli alimenti in diversi formati vengono elaborati nel cervello, allora questo potrebbe fornire informazioni sul perché gli approcci di salute pubblica per combattere l’obesità non hanno avuto successo. Nonostante le differenze tra immagini e oggetti del mondo reale, descritti sopra, si sa sorprendentemente poco sul fatto che le immagini degli snack vengano elaborate in modo simile alle loro controparti del mondo reale. In particolare, si sa poco sul fatto che gli alimenti reali siano percepiti come più preziosi o sazi rispetto alle immagini corrispondenti degli stessi articoli. I classici primi studi comportamentali hanno scoperto che i bambini piccoli erano in grado di ritardare la gratificazione nel contesto di immagini colorate 2D di snack30, ma non quando si sono confrontati con veri snackfood 31. Tuttavia, pochi studi hanno esaminato negli adulti se il formato in cui viene visualizzato uno snack food influenza il processo decisionale o la valutazione12,32,33 e solo uno studio fino ad oggi, dal nostro laboratorio, ha testato questo domanda quando i parametri di stimolo e i fattori ambientali sono abbinati in tutti i formati7. Qui, descriviamo tecniche e apparati innovativi per studiare se il processo decisionale in osservatori umani sani è influenzato dal formato in cui vengono visualizzati gli stimoli.
Il nostro studio7 è stato motivato da un precedente esperimento condotto da Bushong e colleghi12 in cui agli studenti di età universitaria è stato chiesto di effettuare offerte monetarie su una serie di snack di uso quotidiano utilizzando un’attività di offerta Becker-DeGroot-Marschak (BDM) 34. Utilizzando un design tra soggetti, Bushong e colleghi12 hanno presentato gli snack in uno dei tre formati seguenti: descrittori di testo (ad esempio, “Snickers bar”), immagini colorate 2D o cibi reali. Le offerte medie per gli snack (in dollari) sono state contrastate tra i tre gruppi partecipanti. Sorprendentemente, gli studenti che vedevano cibi reali erano disposti a pagare il 61% in più per gli articoli rispetto a quelli che hanno visto gli stessi stimoli come immagini o descrittori di testo – un fenomeno che gli autori hanno definito l'”effetto di esposizione reale”12. Criticamente, tuttavia, i partecipanti alle condizioni del testo e dell’immagine hanno completato l’attività di offerta in un gruppo e hanno inserito le loro risposte tramite singoli terminali informatici; al contrario, quelli assegnati alla condizione alimentare reale hanno eseguito il compito uno contro uno con lo sperimentatore. Anche l’aspetto degli stimoli nelle condizioni reali e dell’immagine era diverso. Nella reale condizione alimentare, gli alimenti sono stati presentati all’osservatore su un vassoio d’argento, mentre nella condizione dell’immagine gli stimoli sono stati presentati come immagini ritagliate in scala su uno sfondo nero. Pertanto, è possibile che le differenze dei partecipanti, le condizioni ambientali o le differenze legate agli stimoli abbiano portato a offerte gonfiate per gli alimenti reali. Seguendo Bushong, etal. 12, abbiamo esaminato se gli alimenti reali sono valutati più di immagini 2D di cibo, ma criticamente, abbiamo usato un design all’interno dei soggetti in cui i fattori ambientali e di stimolo sono stati attentamente controllati. Abbiamo sviluppato un giradischi personalizzato in cui gli stimoli in ogni formato di visualizzazione potrebbero essere interfogliati in modo casuale da prova a prova. La presentazione e la tempistica degli stimoli erano identiche nelle prove di oggetti e immagini reali, riducendo così la probabilità che i partecipanti potessero utilizzare strategie diverse per eseguire l’attività nelle diverse condizioni di visualizzazione. Infine, abbiamo controllato attentamente l’aspetto degli stimoli nelle condizioni reali dell’oggetto e dell’immagine in modo che gli alimenti e le immagini reali fossero strettamente abbinati per dimensioni apparenti, distanza, punto di vista e sfondo. È probabile che ci siano altre procedure o meccanismi che potrebbero consentire la randomizzazione dei formati di stimolo tra le prove, ma il nostro metodo consente di presentare molti oggetti (e immagini) in successione interfoliata relativamente rapida. Dal punto di vista statistico, questo design massimizza la potenza per rilevare gli effetti significativi più di quanto sia possibile utilizzando i progetti tra i soggetti. Allo stesso modo, gli effetti non possono essere attribuiti a differenze a priori nella disponibilità a pagare (WTP) tra gli osservatori. È, naturalmente, il caso che nei disegni all’interno dei soggetti aprano la possibilità di caratteristiche della domanda. Tuttavia, nel nostro studio i partecipanti hanno capito che potevano “vincere” un alimento alla fine dell’esperimento, indipendentemente dal formato di visualizzazione in cui è apparso nell’attività di offerta. I partecipanti sono stati anche informati che ridurre arbitrariamente le offerte (ad esempio, per le immagini) ridurrebbe le loro possibilità di vincita e che la migliore strategia per vincere l’elemento desiderato è quello di offrire il proprio vero valore34,35,36 . Lo scopo di questo esperimento è confrontare WTP per alimenti reali rispetto alle immagini 2D utilizzando un’attività di offerta BDM34,35.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’obiettivo generale del documento attuale è quello di facilitare futuri studi sulla visione dell’oggetto del “mondo reale”, fornendo informazioni dettagliate su come presentare un gran numero di oggetti (e immagini) del mondo reale in condizioni sperimentali controllate. Vi presentiamo un approccio ecologicamente valido per studiare i fattori che influenzano la scelta alimentare e la valutazione degli alimenti. Descriviamo i metodi impiegati in un recente studio del processo decisionale umano7 i…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni a J.C. Snow dal National Eye Institute of the National Institutes of Health (NIH) sotto il Award Number R01EY026701, la National Science Foundation (NSF) [grant 1632849] e la Clinical Translational Research Infrastructure della rete [concedere 17-746Q-UNR-PG53-00]. Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non rappresenta necessariamente le opinioni ufficiali della NIH, della NSF o del CTR-IN.
Materials
| EOS Rebel T2i Body Camera | Canon | 4462B001 | |
| MATLAB | MathWorks | R2017b | Computer programming software. Download this additional free toolbox: PsychToolbox 3.0.14 |
| Photoshop | Adobe | CS6 | |
| PLATO Visual Occlusion Glasses | Translucent Technologies Inc. | N/A | |
| SPSS | IBM | Version 22 | Statitical analysis software |
| ToTaL Control System (USB) | Translucent Technologies Inc. | N/A | The ToTaL Control System controls the PLATO spectacles |
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