Methoden zur Darstellung realer Objekte unter kontrollierten Laborbedingungen

Summary

Wir beschreiben Methoden zur Darstellung realer Objekte und übereinstimmender Bilder derselben Objekte unter streng kontrollierten experimentellen Bedingungen. Die Methoden werden im Kontext einer Entscheidungsaufgabe beschrieben, aber derselbe reale Ansatz kann auf andere kognitive Bereiche wie Wahrnehmung, Aufmerksamkeit und Gedächtnis ausgedehnt werden.

Abstract

Unser Wissen über menschliches Objektsehen basiert fast ausschließlich auf Studien, in denen die Reize in Form von computerisierten zweidimensionalen (2-D) Bildern dargestellt werden. Im Alltag jedoch interagieren Menschen überwiegend mit realen festen Objekten, nicht mit Bildern. Derzeit wissen wir sehr wenig darüber, ob Bilder von Objekten ähnliche Verhaltens- oder neuronale Prozesse auslösen wie reale Exemplare. Hier stellen wir Methoden vor, um die reale Welt ins Labor zu bringen. Wir beschreiben Methoden zur Darstellung reichhaltiger, ökologisch valider Real-Welt-Reize unter streng kontrollierten Sichtbedingungen. Wir beschreiben, wie man das visuelle Erscheinungsbild von realen Objekten und ihren Bildern sowie neuartige Apparate und Protokolle, die verwendet werden können, um reale Objekte und computerisierte Bilder in sukzessiv verflochtenen Studien darzustellen, eng aufeinander abstimmen kann. Wir verwenden ein Entscheidungsparadigma als Beispiel, in dem wir die Zahlungsbereitschaft (WTP) für echte Snack-Lebensmittel mit 2-D-Bildern der gleichen Artikel vergleichen. Wir zeigen, dass WTP um 6,6% für Lebensmittel, die als reale Objekte angezeigt werden, im Vergleich zu hochauflösenden 2D-farbigen Bildern der gleichen Lebensmittel steigt – was darauf hindeutet, dass echte Lebensmittel als wertvoller wahrgenommen werden als ihre Bilder. Obwohl die Darstellung realer Objektreize unter kontrollierten Bedingungen mehrere praktische Herausforderungen für den Experimentator darstellt, wird dieser Ansatz unser Verständnis der kognitiven und neuronalen Prozesse, die naturalistischen sehvermögen.

Introduction

Der translationale Wert der Primärforschung in der menschlichen Wahrnehmung und Erkenntnis hängt davon ab, inwieweit sich die Ergebnisse auf reale Reize und Kontexte übertragen. Eine seit langem bestehende Frage beschäftigt sich mit der Art und Weise, wie das Gehirn reale sensorische Eingaben verarbeitet. Derzeit basiert das Wissen über visuelle Kognition fast ausschließlich auf Studien, die sich auf Reize in Form von zweidimensionalen (2-D) Bildern stützten, die in der Regel in Form von computerisierten Bildern präsentiert werden. Obwohl Bildinteraktion in der modernen Welt immer häufiger wird, sind Menschen aktive Beobachter, für die sich das visuelle System entwickelt hat, um Wahrnehmung und Interaktion mit realen Objekten zu ermöglichen, nicht mit Bildern¹. Bis heute war die übergreifende Annahme in Studien des menschlichen Sehens, dass Bilder realen Objektdarstellungen gleichwertig sind und geeignete Proxys sind. Derzeit wissen wir jedoch erstaunlich wenig darüber, ob Bilder effektiv die gleichen zugrunde liegenden kognitiven Prozesse auslösen wie die realen Objekte. Daher ist es wichtig zu bestimmen, inwieweit die Reaktionen auf Bilder denen ähneln oder sich von denen unterscheiden, die von ihren realen Gegenstücken ausgelöst werden.

Es gibt mehrere wichtige Unterschiede zwischen realen Objekten und Bildern, die zu Unterschieden in der Art und Weise führen könnten, wie diese Reize im Gehirn verarbeitet werden. Wenn wir reale Objekte mit zwei Augen betrachten, erhält jedes Auge Informationen von einem etwas anderen horizontalen Blickwinkel. Diese Diskrepanz zwischen den verschiedenen Bildern, bekannt als binokulare Disparität, wird vom Gehirn aufgelöst, um ein einheitliches Gefühl der Tiefe^2,3zu erzeugen. Tiefenhinweise, die aus dem stereoskopischen Sehen abgeleitet sind, sowie andere Quellen wie Bewegungsparallaxen vermitteln dem Betrachter präzise Informationen über die egozentrische Entfernung, Position und physikalische Größe des Objekts sowie seine dreidimensionale (3-D) geometrischen Formstruktur^4,5. Planare Bilder von Objekten vermitteln keine Informationen über die physische Größe des Stimulus, da nur der Abstand zum Monitor vom Beobachter bekannt ist, nicht der Abstand zum Objekt. Während 3D-Bilder von Objekten, wie Stereogrammen, näher an das visuelle Erscheinungsbild realer Objekte annähern, existieren sie nicht im 3D-Raum, noch leisten sie sich echte motorische Aktionen wie das Greifen mit den Händen⁶.

Die praktischen Herausforderungen der Verwendung realer Objektreize in experimentellen Kontexten
Im Gegensatz zu Studien der Bildsicht, bei denen die Stimulusdarstellung vollständig computergesteuert ist, stellt das Arbeiten mit realen Objekten eine Reihe praktischer Herausforderungen für den Experimentator dar. Position, Reihenfolge und Timing von Objektpräsentationen müssen während des experiments manuell gesteuert werden. Die Arbeit mit realen Objekten (im Gegensatz zu Bildern) kann eine erhebliche Zeitverpflichtung aufgrund der Notwendigkeit,^7,8,9 oder machen¹⁰ die Objekte, richten Sie die Reize vor dem Experiment, und präsentieren Die Objekte während der Studie manuell. Darüber hinaus ist es in Experimenten, die entwickelt wurden, um Antworten auf reale Objekte direkt mit Bildern zu vergleichen, entscheidend, das Aussehen der Reize in den verschiedenen Anzeigeformaten^8,9eng zu vergleichen. Stimulusparameter, Umgebungsbedingungen sowie Randomisierung und Gegengewicht von realen Objekt- und Bildreizen müssen sorgfältig kontrolliert werden, um Kausalfaktoren zu isolieren und alternative Erklärungen für die beobachteten Effekte auszuschließen.

Die unten beschriebenen Methoden zur Darstellung realer Objekte (und übereinstimmender Bilder) werden im Kontext eines Entscheidungsparadigmas beschrieben. Der allgemeine Ansatz kann jedoch erweitert werden, um zu untersuchen, ob das Stimulusformat andere Aspekte der visuellen Wahrnehmung wie Wahrnehmung, Gedächtnis oder Aufmerksamkeit beeinflusst.

Werden reale Objekte anders verarbeitet als Bilder? Ein Fallbeispiel aus der Entscheidungsfindung
Die Diskrepanz zwischen den Arten von Objekten, denen wir in realen Szenarien begegnen, im Vergleich zu denen, die in Laborexperimenten untersucht werden, wird besonders deutlich in Studien über menschliche Entscheidungsfindung. In den meisten Studien der Diät-Wahl, Teilnehmer werden gebeten, Urteile über Snack-Lebensmittel, die als farbige 2-D-Bilder auf einem Computer-Monitor präsentiert werden ^11,12,13,14. Im Gegensatz dazu werden alltägliche Entscheidungen darüber getroffen, welche Lebensmittel sie zu essen haben, in der Regel in Gegenwart von echten Lebensmitteln, wie im Supermarkt oder in der Cafeteria. Obwohl wir im modernen Leben regelmäßig Bilder von Snack-Lebensmitteln (d. h. auf Plakatwänden, Fernsehbildschirmen und Online-Plattformen) sehen, kann die Fähigkeit, das Vorhandensein realer energiedichter Lebensmittel zu erkennen und angemessen darauf zu reagieren, von einem evolutionären Perspektive, weil es Wachstum, Wettbewerbsvorteil und Reproduktion erleichtert^15,16,17.

Forschungsergebnisse in wissenschaftlichen Studien zur Entscheidungsfindung und Zurwahl von Diäten wurden als Richtschnur für Initiativen im Bereich der öffentlichen Gesundheit verwendet, die darauf abzielen, die steigenden Fettleibigkeitsraten einzudämmen. Leider scheinen diese Initiativen jedoch wenig bis gar keinen messbaren Erfolg erzielt zu haben^18,19,20,21. Adipositas ist nach wie vor ein wichtiger Faktor für die globale Belastung einer Krankheit²² und hängt mit einer Reihe von damit verbundenen Gesundheitsproblemen zusammen, darunter koronare Herzerkrankungen, Demenz, Typ-II-Diabetes, bestimmte Krebsarten und ein erhöhtes Gesamtrisiko für Morbidität^{22 ,23,24,25,26,27}. Der starke Anstieg der Fettleibigkeit und der damit verbundenen gesundheitlichen Bedingungen in den letzten Jahrzehnten²⁸ wurde mit der Verfügbarkeit von billigen, energiedichten Lebensmitteln^18,29verbunden. Als solches besteht ein intensives wissenschaftliches Interesse am Verständnis der zugrunde liegenden kognitiven und neuronalen Systeme, die alltägliche Ernährungsentscheidungen regulieren.

Wenn es Unterschiede in der Art und Weise gibt, wie Lebensmittel in verschiedenen Formaten im Gehirn verarbeitet werden, dann könnte dies Erkenntnisse darüber liefern, warum Ansätze im Bereich der öffentlichen Gesundheit zur Bekämpfung von Fettleibigkeit erfolglos geblieben sind. Trotz der oben beschriebenen Unterschiede zwischen Bildern und realen Objekten ist erstaunlich wenig darüber bekannt, ob Bilder von Snack-Lebensmitteln ähnlich wie ihre realen Pendants verarbeitet werden. Insbesondere ist wenig darüber bekannt, ob echte Lebensmittel als wertvoller oder sättiger angesehen werden als übereinstimmende Bilder derselben Gegenstände. Klassische frühe Verhaltensstudien ergaben, dass kleine Kinder in der Lage waren, die Befriedigung im Zusammenhang mit 2-D-farbigen Bildern von Snack-Lebensmitteln zu verzögern³⁰, aber nicht, wenn sie mit echten Snack-Lebensmitteln konfrontiert wurden³¹. Allerdings haben nur wenige Studien bei Erwachsenen untersucht, ob das Format, in dem ein Snack-Essen angezeigt wird, die Entscheidungsfindung oder Bewertung^{beeinflusst 12,32,33} und nur eine Studie bisher, aus unserem Labor, hat dies getestet Frage, wann Stimulusparameter und Umgebungsfaktoren über formatiert⁷abgestimmt sind. Hier beschreiben wir innovative Techniken und Apparate, um zu untersuchen, ob die Entscheidungsfindung bei gesunden menschlichen Beobachtern durch das Format beeinflusst wird, in dem die Reize angezeigt werden.

Unsere Studie⁷ wurde durch ein früheres Experiment von Bushong und Kollegen¹² motiviert, in dem Studenten im College-Alter gebeten wurden, geldpolitische Gebote für eine Reihe von täglichen Snack-Lebensmitteln mit einer Becker-DeGroot-Marschak (BDM) Gebotsaufgabe ^{zu platzieren. 34}. Mit einem Zwischen-Themen-Design präsentierten Bushong und Kollegen¹² die Snack-Lebensmittel in einem von drei Formaten: Textdeskriptoren (d.h. “Snickers bar”), 2-D-farbige Bilder oder echte Lebensmittel. Die durchschnittlichen Gebote für die Snacks (in Dollar) wurden in den drei Teilnehmergruppen kontrastiert. Überraschenderweise waren Studenten, die echte Lebensmittel betrachteten, bereit, 61 % mehr für die Gegenstände zu zahlen als diejenigen, die die gleichenReize wie Bilder oder Textdeskriptoren betrachteten – ein Phänomen, das die Autoren den “Real-Exposure-Effekt” 12 bezeichneten. Kritisch ist jedoch, dass die Teilnehmer an den Text- und Bildbedingungen die Gebotsaufgabe in einer Gruppeneinstellung abgeschlossen und ihre Antworten über einzelne Computerterminals eingegeben haben. Umgekehrt erfüllten diejenigen, die dem realen Nahrungszustand zugeordnet waren, die Aufgabe eins zu eins mit dem Experimentator. Auch das Aussehen der Reize in den realen und Bildbedingungen war anders. Im realen Nahrungszustand wurden die Lebensmittel dem Betrachter auf einem silbernen Tablett präsentiert, während im Bildzustand die Reize als skalierte abgeschnittene Bilder auf schwarzem Hintergrund dargestellt wurden. Daher ist es möglich, dass Teilnehmerunterschiede, Umweltbedingungen oder stimulusbedingte Unterschiede zu überhöhten Angeboten für die realen Lebensmittel geführt haben. Im Anschluss an Bushong, et al.¹², untersuchten wir, ob die realen Lebensmittel mehr als 2D-Bilder von Lebensmitteln bewertet werden, aber kritisch, wir verwendeten ein innerhalb der Themen Design, in dem Umwelt und Stimulus-bezogene Faktoren sorgfältig kontrolliert wurden. Wir haben einen maßgeschneiderten Plattenspieler entwickelt, in dem die Reize in jedem Displayformat nach dem Zufallsprinzip von Versuch zu Test miteinander verflochten werden können. Die Stimulus-Präsentation und das Timing waren in den realen Objekt- und Bildversuchen identisch, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wurde, dass die Teilnehmer verschiedene Strategien verwenden konnten, um die Aufgabe unter den verschiedenen Anzeigebedingungen auszuführen. Schließlich kontrollierten wir sorgfältig das Auftreten der Reize in den realen Objekt- und Bildbedingungen, so dass die realen Lebensmittel und Bilder eng auf scheinbare Größe, Entfernung, Blickwinkel und Hintergrund abgestimmt wurden. Es gibt wahrscheinlich andere Verfahren oder Mechanismen, die eine Randomisierung von Stimulusformaten in Studien ermöglichen könnten, aber unsere Methode ermöglicht es, dass viele Objekte (und Bilder) in relativ schneller verflochtener Abfolge präsentiert werden. Aus statistischer Sicht maximiert dieses Design die Fähigkeit, signifikante Effekte stärker zu erkennen, als es mit Designs zwischen den Probanden möglich ist. Ebenso können die Auswirkungen nicht auf a priori Unterschiede in der Zahlungsbereitschaft (WTP) zwischen Beobachtern zurückgeführt werden. Es ist natürlich so, dass in den Mustern innerhalb der Fächer die Möglichkeit für Nachfrageeigenschaften eröffnet wird. In unserer Studie verstanden die Teilnehmer jedoch, dass sie ein Lebensmittel am Ende des Experiments “gewinnen” konnten, unabhängig vom Anzeigeformat, in dem es in der Gebotsaufgabe erschien. Die Teilnehmer wurden auch darüber informiert, dass willkürliche Reduzierung der Gebote (d.h. für die Bilder) ihre Gewinnchancen verringern würde und dass die beste Strategie für den Gewinn des gewünschten Gegenstandes darin besteht, den wahren Wert^{34,35,36 zu bieten.} . Das Ziel dieses Experiments ist es, WTP für echte Lebensmittel im Vergleich zu 2-D-Bildern mit einer BDM-Gebotsaufgabe^34,35zu vergleichen.

Protocol

Die experimentellen Protokolle wurden von der University of Nevada, Reno Social, Behavioral und Educational Institutional Review Board genehmigt. 1. Stimuli und Apparate Abbildung 1 : Echtes Objekt (auf dem Plattenteller angezeigt) und übereinstimmendes 2D-Bild desselben Elements (auf einem Computermonitor angezeig…

Representative Results

Repräsentative Ergebnisse dieses Experiments werden im Folgenden vorgestellt. Eine ausführlichere Beschreibung der Ergebnisse sowie eine Folgestudie finden Sie in der Originalpublikation7. Wir verwendeten ein lineares Modell für gemischte Effekte mit der abhängigen Variablen Bid und unabhängigen Variablen wie Anzeigeformat, Präferenz, Kaloriendichte und geschätzte Kalorien. Wie erwartet, und im Einklang mit früheren Studien12,14, g…

Discussion

Das übergeordnete Ziel des aktuellen Papiers ist es, zukünftige Studien der “realen Welt” Objektvision zu erleichtern, indem detaillierte Informationen darüber zur Verfügung gestellt werden, wie eine große Anzahl von realen Objekten (und Bildern) unter kontrollierten experimentellen Bedingungen präsentiert werden kann. Wir präsentieren einen ökologisch validen Ansatz zur Untersuchung der Faktoren, die die Ernährungsauswahl und die Lebensmittelbewertung beeinflussen. Wir beschreiben Methoden, die in einer aktuell…

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