Generera strängt kontrollerade Stimuli för figur erkännande experiment
Summary
Det här protokollet beskriver en metod för ett experiment som undersöker om specifika graf och icke-graph boenden (funktioner) är relevanta för erkännande av siffror. Metoden använder en databas som lagrar olika funktionen värden för respektive siffror kallas (6 punkt, n linje) siffror.
Abstract
Detta protokoll införs en metod för att generera strängt kontrollerade och objektivt definierade stimuli för figur erkännande experiment. En (6, n) figur består av n linjesegment som är spännas mellan n par av punkter som ligger på hörnen i en osynlig regelbunden sexhörning. Strukturella egenskaper (graf invarianter) och ytliga dragen (icke-graph invarianter) av varje (6, n) figur med n värden sträcker sig från 1 till 6 beräknas och lagras i en databas. Använder denna databas, kan praktiker systematiskt extrahera lämpliga siffror beroende på syftet med experimentet. Dessutom om databasen inte innehåller nödvändig information, kan nya funktionen värden ibland beräknas ad hoc-från bildandet av en specifik (6, n) figur. Låt oss kalla en spegel-återspeglas par siffror en rotationssymmetriska (Ax) par. Ett Ax par siffror är kända för att vara svårare att diskriminera än icke identiska par i beslut om givna former är roterat-till-vara-identiska (Idr). Syftet med förevarande experimentet är att undersöka om utslätning av ledningslängder mellan två figurer i ett par orsakar diskriminering av paret att vara lika svårt som för en Ax-par. Ömsesidigt isomorfa siffror dela gemensamma strukturella egenskaper trots skillnader i formen. AX par och Idr par är specialfall av isomorfa par. Dessutom ett Ax par och Idr par dela de flesta av de ytliga funktion värdena, förutom den relativa riktningen från en plats till en annan plats längs en axel av symmetri är motsatta för en Ax-pair. Tre typer av ömsesidigt isomorfa (6, 4) figur par genererades: Idr; AX; och icke identiska, icke-rotationssymmetriska, isomorfa (Nd) par. Nd par var ytterligare delas in i tre underkategorier enligt värdena som ytliga funktion av graden av linje längd skillnader.
Introduction
Detta dokument beskriver en metod för att generera strängt kontrollerade och objektivt definierade stimulans siffror för studier om erkännande av slumpmässiga siffror. Stimuli kallas (6 punkt, n linje) eller (6, n) siffror. En (6, n) figur består av n linjesegment som är spännas mellan n par av punkter som ligger på hörnen i en osynlig regelbunden sexhörning. Figur 1 visar ett exempel på en (6, 4) figur som anges av fyra par etiketter för hörnen i en osynlig regelbunden sexhörning. Etiketterna utse linjesegmenten i figuren (se figur 1). Låt oss kalla denna specifikation av figurerar en linje specifikation format.
Tidigare, författaren beräknat diagram teoretiska strukturella egenskaper (6, n) figurer (kallas invarianta funktioner, eller mer specifikt graf invariants1) och icke-invariant egenskaper (kallas ytliga funktioner) för siffror med n = 1 till 6 och lagras värdena som funktionen i en databas. Invarianta funktioner återspeglar strukturella (mer exakt, topologiska) egenskaper och ytliga funktioner speglar den icke-topologiska och mestadels metriska egenskaper för en given figur.
Ett rekordstort antal i databasen som unikt identifierar en bild i formatet linje specifikation. En uttömmande sökning för specifika värden av invarianta eller ytliga funktionen värden i databasen kan därför hämtning av posternas nummer för siffrorna som uppfyller villkoren från de totala uppsättning (6, n) siffrorna. Hämtad siffrorna kan fungera som stimuli för ett experiment. Varje post i databasen innehåller variabler som omfattar isomorfa som figuren tillhör; olika diagram invariants, till exempel antalet cykler, omkrets, punkt som omfattar antal, antal kritiska punkter, radie, antal centrala punkter, antal komponenter, högsta graden, antal maximal poäng, antal isolerade punkter, och antal slutpunkter; icke-graph funktionen värden, till exempel antalet korsningar och ojämna ut konturer definieras av hörn och korsningar; och ytliga funktionen värden, såsom platser invarianta funktioner och (i de fall där det finns plural platser) de riktningar som bildas av plural platser. Till exempel en cykel indikerar en sluten sekvens av linjesegment, en grad av en punkt är antalet linje segment incidenten med den punkten, en isolerad punkt är en punkt med en grad av 0 och en slutpunkt är en punkt med en grad av 1. Använda invarianta funktionen värden av databasen, alla (6, n) siffrorna från n = 1 till 6 kan sorteras i numrerar av isomorfa uppsättningar visas i tillägg 11. Se figur 2 för ett exempel på den lagrade informationen i varje post.
Observera att de siffror som hör till varje isomorfa set topologically motsvarande trots skillnader i formen. Flera studier har hävdat att topologiska strukturer uppfattas före mer specifika egenskaper ges diagram2,3,4,5. Genom att systematiskt ändra stimulans siffror, hävdade författaren att upptäckter och jämförelser av invarianta funktioner föregå de upptäckter och jämförelser av ytliga funktioner6. Det nuvarande experimentet är ett försök att klargöra huruvida funktionen ytliga radlängden är kritisk i erkännandet av figur par under förutsättning att invarianta funktionen värden är alla likvärdiga mellan figur paren (dvs. ömsesidigt isomorfa).
Typerna av stimulans siffror som används i experiment är kritiskt viktigt att räkna erkännande forskning. Det finns två typer av stimulans siffror: de som genereras slumpmässigt och de som genereras ad hoc-för en studie. Att minska förvirrar associerad med faktorer inte under experimentell kontroll, användning av slumpmässigt genererade siffror anses allmänt vara lämpligare. Det finns flera typer av slumpmässiga siffror, till exempel slumpmässiga histogram7 och slumpmässiga matriser8, men de används mest slumpmässiga siffrorna i visuell igenkänning forskning inom psykologi är slumpmässiga polygoner9. En allmän regel för att göra slumpmässiga polygoner är att ansluta slumpmässigt distribuerade platser n punkter i en kvadrat område med linjesegment på ett sådant sätt att omkretsen av linjesegmentet mestadels är konvex och sedan färg inuti omkretsen. En ofta använd objektiva index för slumpmässiga polygoner är antalet flections av omkretsen av en polygon, vilket motsvarar komplexiteten av figur10,11,12. Som insidan av figuren är färgad i, är strukturella egenskaper avseende dess omkrets begränsade till antalet flections. Dessutom, med undantag av antalet flections ges ingen information om antingen hela den uppsättning av slumpmässiga polygoner eller förhållandet mellan olika slumpmässiga polygoner.
Siffrorna i rotationssymmetriska (Ax) par siffror är kända för att vara svårare att diskriminera än icke-identiska par i uppgift att avgöra om ett givet par siffror är roterat-till-vara-identiska (Idr)13,14, 15. de två siffrorna i en Idr par och de i en Ax-par är ömsesidigt isomorfa och har motsvarande linjesegment som är samma längd. Dock om likvärdighet mellan ledningslängder mellan två siffrorna i ett par ökar svårigheten att diskriminering av en icke-identiska par jämfört med en Ax-par är oklart. I detta experiment jämfördes deltagare diskriminering prestanda mellan Ax par och icke identiska, icke-rotationssymmetriska (Nd) par. Skillnaderna i ledningslängder kontrollerades experimentellt mellan de två siffrorna. På grund av företräde för att upptäcka invarianta funktionsskillnader värde före ytliga funktionsskillnader värde under figur erkännande5, var Nd figur paren sätta till vara ömsesidigt isomorfa så att linje längd skillnader inte skulle ihop med invarianta funktionsskillnader värde.
Experiment 1 författare-används (6, 5) figur par att undersöka hypotesen att bristen på linje längd skillnader påverkat svårighetsgraden av diskriminering av siffrorna i Ax par15. Resultaten visade att latenser var kortare för Nd 0 (dvs, ingen skillnad i total längd mellan Parade siffror) par jämfört med de för Ax parar, som tydde på att hypotesen inte accepteras. Det hävdades att ytliga funktionsskillnader värde inte under experimentell kontroll är mer benägna att vara närvarande i komplexa siffror, och deltagarna kan göra använda av dessa. Intressant, har flera studier hävdat att förekomsten av en cykel är preattentively upptäckta16,17. Julesz hävdade däremot att förekomsten av en slutpunkt upptäcktes tidigt av segregeringen av siffror från bakgrunden18.
Att bemöta detta, enklare (6, 4) figur par valdes för att undersöka hypotesen. Av nio isomorfa uppsättningar (6, 4) siffror, de siffror som tillhörde två isomorfa uppsättningar användes som stimuli. Båda uppsättningarna siffror delade lätt påvisbara invarianta funktioner (en) endpoint(s) och en cykel (dvs. en triangel) gemensamt. Se exempel siffrorna av nio isomorfa uppsättningar i figur 3. Dessutom se kolumnen p = 6 och q = 4 i tillägg 11.
Tre grundläggande par typer genererades: Idr, Ax och Nd par. Den totala längden av en cykel (mer specifikt, en triangel) var utjämnad mellan de två siffrorna i varje par för alla par typer. Använder denna begränsning, respektive trianglar i en figur-par blev antingen ömsesidigt identiska eller Ax i formen. Nd par var ytterligare subcategorized enligt skillnader i längder av endlines mellan de två siffrorna i varje par, med enheten av längden som sidan av en osynlig regelbunden sexhörning. Detta gav Nd 0, Nd 0,27, Nd 0,73och Nd 1 par (dvs, linje längd skillnaderna varierade från 0 till 1). Eftersom förekomsten av en korsning av linjesegment är kända för att vara preattentively upptäckt19, figurer med korsande linje segment uteslöts från stimuli. Se exempel på Idr, Ax, Nd 0, Nd 0,73och Nd 1 par i figur 4. För att undvika partisk förväntningarna hos deltagarna, antalet Idr (‘samma’) par sattes att vara det samma som summan av Ax (‘olika’) och Nd (‘olika’) par.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna metod kan användas för att förbereda en uppsättning objektivt definierbara stimulans siffror för figur erkännande experiment. Den kritiska faktorn i metoden är instruktionerna inom par generationens program. Använda en (6, n) databas, programmet kan välja lämplig kandidat siffror från totalt (6, n) siffrorna (protokollstegen 2.2.1 och 2.2.2). Dessutom kan ibland beräknas funktionen värden av siffror som inte lagras i databasen, som i fallet med beräkningen av längd…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författaren tack Sydney Koke, MFA och Maxine Garcia, PhD, från Edanz-gruppen (www.edanzediting.com/ac) för att redigera ett utkast till detta 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).
