Generering af strengt kontrolleret Stimuli til figur anerkendelse eksperimenter
Summary
Denne protokol beskriver en metode til et eksperiment, der undersøger, om specifikke graf og ikke-grafen egenskaber (egenskaber) er relevante for anerkendelse af tal. Metoden bruger en database, der indeholder forskellige indslag værdier af respektive tal kaldes (6 point, n linje) tal.
Abstract
Denne protokol indfører en metode til at generere strengt kontrolleret og objektivt definerede stimuli for figur anerkendelse eksperimenter. En (6, n) tal består af n linjesegmenter, der er strakte sig mellem n par af punkter beliggende på vertices i en usynlig regelmæssig sekskant. De strukturelle egenskaber (graf invarianter) og overfladiske funktioner (ikke-graph invarianter) af hver (6, n) figur med n værdier spænder fra 1 til 6 beregnes og gemmes i en database. Bruger denne database, kan eksperimentatorer systematisk udtrække relevante tal afhængigt af formålet med forsøget. Desuden, hvis databasen ikke indeholder nødvendige oplysninger, ny feature værdier kan undertiden beregnes ad hoc-fra dannelsen af en specifik (6, n) tal. Lad os kalde en spejl-afspejles par tal en axisymmetric (Ax) pair. En Ax par tal er kendt for at være vanskeligere at diskriminere end en ikke-identiske par i beslutningen om figurerne i en given par er roteret-til-være-identisk (IdRasmussen). Formålet med det nuværende forsøg er at undersøge, om ensartethed af linje længder mellem to tal i et par forårsager forskelsbehandling af par til at være så vanskeligt som en Ax par. Gensidigt isomorfe tal deler fælles strukturelle egenskaber trods forskelle i form. AX par og Idr par er specialtilfælde af isomorfe par. Desuden en Ax par og Idr par deler de fleste af de overfladiske funktion værdier, bortset fra den relative retning fra én placering til en anden placering på en akse af symmetri er modsat for en Ax par. Tre typer af gensidigt isomorfe (6, 4) figur par blev genereret: IdRasmussen; AX; og ikke-identiske, ikke-axisymmetric, isomorfe (Nd) par. Nd par blev yderligere inddeles i tre underkategorier ud fra overfladiske funktion af graden af line længde forskelle.
Introduction
Dette papir beskriver en metode til at generere strengt kontrolleret og objektivt definerede stimulus tal for undersøgelser vedrørende anerkendelse af tilfældige tal. Stimuli kaldes (6 point, n linje) eller (6, n) tal. En (6, n) tal består af n linjesegmenter, der er strakte sig mellem n par af punkter beliggende på vertices i en usynlig regelmæssig sekskant. Figur 1 viser et eksempel på en (6, 4) figur der er angivet ved hjælp af fire par etiketter til toppunkter af en usynlig regelmæssig sekskant. Etiketterne udpege linjesegmenter i tallet (Se figur 1). Lad os kalde denne specifikation af tallene en linje specifikation format.
Tidligere, forfatteren beregnet graf teoretiske strukturelle egenskaber af (6, n) tal (kaldet invariante funktioner, eller mere specifikt graf invarianter1) og ikke-invariant egenskaber (kaldet overfladiske funktioner) for tal med n = 1 til 6 og gemt funktionen værdier i en database. Invariante funktioner afspejle strukturelle (mere præcist topologiske) egenskaber og overfladiske funktioner afspejler de ikke-topologiske og for det meste metriske egenskaber af en given figur.
Et rekordstort antal i databasen identificerer entydigt et tal i formatet for specifikation. Derfor muliggør en udtømmende søgning efter specifikke værdier af invariante og/eller overfladiske funktion værdier i databasen hentning af postnumre for de tal, som opfylder betingelserne fra de samlede sæt (6, n) tal. De hentede tal kan tjene som stimuli for et eksperiment. Hver post i databasen indeholder variabler, der omfatter isomorfe som tallet tilhører; forskellige graf invarianter, såsom antallet af cyklusser, omkreds, punkt dækker antal, antallet af kritiske punkter, radius, nogle centrale punkter, antallet af komponenter, størst, antal størst mulige point, antallet af isolerede områder, og antal slutpunkter; ikke-diagramfunktionen værdier, såsom antallet af vejkryds og jaggedness af konturerne defineret af vertices og vejkryds; og overfladiske funktion værdier såsom placeringen af de invariante træk og (i tilfælde, hvor der er flertalsformen steder) retninger dannes af plural steder. For eksempel, en cyklus angiver en lukket sekvens af stregsegmenter, en grad af et punkt er antallet af linje segmenter hændelse med dette punkt, en isoleret punkt er et punkt med en grad af 0 og et slutpunkt er et punkt med en grad af 1. Ved hjælp af de invariante træk værdier i databasen, alle (6, n) tal fra n = 1 til 6 kan være sorteret i antallet af isomorfe sæt vist i tillæg 11. Se figur 2 et eksempel på de lagrede oplysninger i hver post.
Bemærk, at de tal, der hører til hver isomorfe sæt er topologisk ækvivalent trods forskelle i form. Flere undersøgelser har hævdet at topologiske strukturer opfattes forud for mere specifikke egenskaber af givet tal2,3,4,5. Systematisk ændrer stimulus tal, påstod forfatteren, at opdagelser og sammenligninger af invariante træk gå forud opdagelser og sammenligninger af overfladiske funktioner6. Den aktuelle eksperiment er et forsøg på at præcisere, om den overfladiske funktion af linjelængde kritisk anerkendelse af figur par på betingelse af at invariante træk værdier er alle tilsvarende mellem figur par (dvs. gensidigt isomorfe).
Typer af stimulus tal, der anvendes i eksperimenter er kritisk vigtigt at finde anerkendelse forskning. Der er to typer af stimulus tal: dem, der er tilfældigt genereret og dem, der er genereret ad hoc med henblik på en undersøgelse. At reducere tilintetgør tilknyttet faktorer ikke under eksperimentelle kontrol, er brugen af tilfældigt genereret tal generelt anses for at være mere passende. Der findes flere typer af tilfældige tal, for eksempel, tilfældige histogrammer7 og tilfældige matricer8, men de hyppigst anvendte tilfældige tal i visuel genkendelse forskning i psykologi er tilfældige polygoner9. En generel regel for at gøre tilfældige polygoner er at forbinde tilfældigt fordelte placeringer af de n punkter i et firkantet område med linjesegmenter på en sådan måde, at omkredsen af linjesegment er for det meste konvekse og derefter farve inde omkredsen. Et hyppigt anvendte objektiv indeks for tilfældige polygoner er antallet af flections af omkredsen af en polygon, som repræsenterer kompleksiteten af figur10,11,12. Som indersiden af figuren er farvet i, er strukturelle egenskaber med hensyn til sin omkreds begrænset til antallet af flections. Desuden, med undtagelse af antallet flections, er ingen information givet om enten hele det sæt af tilfældige polygoner eller forholdet mellem forskellige tilfældige polygoner.
Tallene i axisymmetric (Ax) par tal er kendt for at være vanskeligere at diskriminere end ikke-identiske par i en opgave at afgøre, om en given par tal er roteret-til-være-identisk (Idr)13,14, 15. de to cifre i et Idr par og dem i en Ax par er gensidigt isomorfe og har tilsvarende stregsegmenter, der har samme længde. Men om ensartethed af linje længder mellem to tal i et par stigninger vanskeligheden ved forskelsbehandling af en ikke-identiske par sammenlignet med en Ax par er uklart. I dette eksperiment var deltager forskelsbehandling ydeevne i forhold mellem Ax par og ikke-identiske, ikke-axisymmetric (Nd) par. Forskelle i linjelængde var eksperimentelt kontrolleret mellem de to tal. På grund af forrang til påvisning af invariante funktionsforskelle værdi før overfladiske funktionsforskelle værdi under figur anerkendelse5, blev Nd figur par sat til at være gensidigt isomorfe, så linje længde forskelle ikke ville være forvirret med invariante funktionsforskelle værdi.
Eksperiment 1 i forfatter-brugt (6, 5) figur par til at undersøge den hypotese, at manglen på linje længde forskelle påvirket sværhedsgraden af forskelsbehandling af tallene i Ax par15. Resultaterne viste, at ventetid var kortere for Nd 0 (dvs, ingen forskel i samlede linjelængde mellem parrede tal) par sammenlignet med dem for Ax par, hvoraf det fremgik, at hypotesen var ikke acceptabel. Det blev fremført at overfladiske funktionsforskelle værdi ikke under eksperimentelle kontrol er mere tilbøjelige til at være til stede i komplekse tal, og deltagerne kan gøre brug af disse. Interessant, har flere undersøgelser hævdet, at tilstedeværelsen af en cyklus er preattentively fundet16,17. Derimod hævdede Julesz, at tilstedeværelsen af et slutpunkt blev registreret på et tidligt stadium af adskillelse af tal fra baggrunden18.
At løse dette, enklere (6, 4) figur par blev valgt til at undersøge hypotesen. Ud af ni isomorfe sæt (6, 4) tal, de tal, der tilhørte to isomorfe sæt blev brugt som stimuli. Begge sæt tal deles let påviselige invariante funktioner af (en) endpoint(s) og en cyklus (dvs. en trekant) i fællesskab. Se eksemplet tal af ni isomorfe sæt i figur 3. Derudover se kolonnen p = 6 og q = 4 i tillæg 11.
Tre grundlæggende par typer blev genereret: IdRasmussen, Ax og Nd par. Den samlede linjelængden af en cyklus (mere specifikt en trekant) blev udlignet mellem de to tal i hvert par af alle par former. Ved hjælp af denne begrænsning, respektive trekanter af en figur par blev enten gensidigt identiske eller Ax i form. Nd par blev yderligere subcategorized ifølge forskelle i længder af endlines mellem de to tal i hvert par, med enhed af længde som siden af en usynlig regelmæssig sekskant. Dette gav Nd 0, Nd 0,27, Nd 0,73og Nd 1 par (dvs. de linje længde forskelle varierede fra 0 til 1). Registreret19, tal med krydsende linje segmenter blev udelukket fra stimuli, som tilstedeværelsen af et kryds af liniestykker er kendt for at være preattentively. Se eksempler på IdRasmussen, Ax, Nd 0, Nd 0,73og Nd 1 par i figur 4. For at undgå partiske forventninger af deltagerne, antallet IdRasmussen (samme) par blev sat til at være den samme som summen af Ax (‘anderledes’) og Nd (forskellige) par.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den nuværende metode kan bruges til at forberede en række objektivt definerbar stimulus tal til figur anerkendelse eksperimenter. Den kritiske aspekt af metoden er instruktioner i programmet par generation. Ved hjælp af en (6, n) database, programmet kan vælge passende kandidat tal fra total (6, n) tal (protokol trin 2.2.1 og 2.2.2). Derudover kan programmet beregner nogle gange funktionen værdier af tal, der ikke er gemt i databasen, som i forbindelse med beregningen af længden …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatteren takker Sydney Koke, MFA og Maxine Garcia, ph.d., fra Edanz gruppe (www.edanzediting.com/ac) til at redigere et udkast af dette manuskript.
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).
