Et naturalistisk oppsett for å presentere virkelige mennesker og levende handlinger i eksperimentell psykologi og kognitive nevrovitenskapsstudier

Summary

Denne studien presenterer et naturalistisk eksperimentelt oppsett som gjør det mulig for forskere å presentere sanntids handlingsstimuli, oppnå responstid og musesporingsdata mens deltakerne reagerer etter hver stimulusvisning, og endrer skuespillere mellom eksperimentelle forhold med et unikt system, inkludert en spesiell gjennomsiktig organisk lysemitterende diode (OLED) skjerm og lysmanipulasjon.

Abstract

Oppfatning av andres handlinger er avgjørende for overlevelse, samhandling og kommunikasjon. Til tross for flere tiår med kognitiv nevrovitenskapsforskning dedikert til å forstå oppfatningen av handlinger, er vi fortsatt langt unna å utvikle et nevralt inspirert datasynssystem som nærmer seg menneskelig handlingsoppfattelse. En stor utfordring er at handlinger i den virkelige verden består av temporalt utfoldende hendelser i rommet som skjer “her og nå” og er aktable. I motsetning til dette har visuell oppfatning og kognitiv nevrovitenskapsforskning hittil i stor grad studert handlingsoppfattelse gjennom 2D-skjermer (f.eks. Bilder eller videoer) som mangler tilstedeværelse av skuespillere i rom og tid, og derfor er disse skjermene begrenset til å gi handleevne. Til tross for den voksende kunnskapsmengden på feltet, må disse utfordringene overvinnes for en bedre forståelse av de grunnleggende mekanismene for oppfatningen av andres handlinger i den virkelige verden. Målet med denne studien er å introdusere et nytt oppsett for å gjennomføre naturalistiske laboratorieeksperimenter med levende skuespillere i scenarier som tilnærmer virkelige omgivelser. Kjerneelementet i oppsettet som brukes i denne studien er en gjennomsiktig organisk lysemitterende diode (OLED) skjerm der deltakerne kan se live-handlingene til en fysisk tilstedeværende skuespiller mens tidspunktet for presentasjonen deres er nøyaktig kontrollert. I dette arbeidet ble dette oppsettet testet i et atferdseksperiment. Vi tror at oppsettet vil hjelpe forskere med å avsløre grunnleggende og tidligere utilgjengelige kognitive og nevrale mekanismer for handlingsoppfattelse og vil være et grunnlag for fremtidige studier som undersøker sosial oppfatning og kognisjon i naturalistiske innstillinger.

Introduction

En grunnleggende ferdighet for overlevelse og sosial interaksjon er evnen til å oppfatte og gi mening om andres handlinger og samhandle med dem i omgivelsene. Tidligere forskning de siste tiårene har gitt betydelige bidrag til å forstå de grunnleggende prinsippene for hvordan individer oppfatter og forstår andres handlinger 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Likevel, gitt kompleksiteten av samspill og omstendighetene der de oppstår, er det et åpenbart behov for å videreutvikle kunnskapsgrunnlaget i naturalistiske omgivelser for å nå en mer fullstendig forståelse av denne komplekse ferdigheten i dagliglivet.

I naturlige miljøer som våre daglige livsinnstillinger, viser oppfatning og kognisjon legemliggjorte, innebygde, utvidede og aktive egenskaper¹². I motsetning til internalistiske beretninger om hjernefunksjoner som har en tendens til å undervurdere kroppens og miljøets roller, fokuserer moderne tilnærminger til legemliggjort kognisjon på den dynamiske koblingen av hjernen, kroppen og miljøet. På den annen side har de fleste sosialpsykologi, kognitiv psykologi og nevrovitenskapelig forskning på handlingsoppfattelse en tendens til å anta at bruk av velkontrollerte og forenklede eksperimentdesign i laboratorieforhold (f.eks. Bilder eller videoer i datastyrte oppgaver) gir resultater som kan generaliseres til mer komplekse scenarier som virkelige interaksjoner 1,2,3,4,5,6,7 ,8,9,10,11. Denne antagelsen garanterer at robuste og pålitelige data kan oppnås under mange omstendigheter. En velkjent utfordring er likevel at validiteten til modellene fra nøye kontrollerte eksperimenter er begrenset når de testes i en reell kontekst¹³. Følgelig har ytterligere undersøkelser 13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 blitt utført for å adressere den økologiske og eksterne gyldigheten av stimuli og eksperimentelle design i ulike forskningsfelt.

I denne studien foreslås en ny metode for å undersøke hvordan enkeltpersoner oppfatter og evaluerer andres handlinger ved å bruke levende handlinger utført av en ekte, fysisk tilstedeværende skuespiller. Scenarier som ligner på virkelige kontekster er ansatt, mens eksperimentene har kontroll over mulige forstyrrende faktorer. Denne studien er en form for “naturalistisk laboratorieforskning”, innenfor rammen av Matusz et al.14 som kan oppfattes som et mellomstadium mellom “klassisk laboratorieforskning”, som benytter seg av maksimal kontroll over stimuli og miljø, ofte på bekostning av naturlighet, og “fullt naturalistisk virkelighetsforskning”, som tar sikte på å maksimere naturlighet på bekostning av kontroll over stimulering og miljø ¹⁴. Studien tar sikte på å adressere behovet for empiriske undersøkelser på dette nivået i handlingspersepsjonsforskning for å bygge bro over gapet mellom funnene oppnådd i tradisjonelle laboratorieeksperimenter med høy grad av eksperimentell kontroll og funnene oppnådd i studier utført i helt ubegrenset, naturlige omgivelser.

Kontrollerte versus ubegrensede eksperimenter
Eksperimentell kontroll er en effektiv strategi for å designe eksperimenter for å teste en bestemt hypotese, da det tillater forskere å isolere målvariabler fra sannsynlige forstyrrende faktorer. Det gjør det også mulig å revidere den samme hypotesen med visse nivåer av endringer, for eksempel å bruke litt eller helt forskjellige stimuli i samme design eller teste de samme stimuli i alternative eksperimentelle oppsett. Systematisk undersøkelse gjennom kontrollerte eksperimenter er en tradisjonell form for metodikk i forskning innen kognitiv vitenskap og relevante domener. Kontrollerte eksperimenter bidrar fortsatt til å etablere kunnskapsgrunnlaget om de grunnleggende prinsippene for kognitive prosesser i ulike forskningsområder, som oppmerksomhet, minne og oppfatning. Nyere forskning har imidlertid også anerkjent begrensningene i tradisjonelle laboratorieeksperimenter når det gjelder å generalisere funnene til virkelige omgivelser, og forskere har blitt oppfordret til å gjennomføre studier i forbedrede økologiske omgivelser 13,14,15,16,17,18,19,20,21 . Dette skiftet tar sikte på å løse to viktige problemer angående avviket mellom tradisjonelle laboratorieeksperimenter og virkelige omgivelser. For det første er verden utenfor laboratoriet mindre deterministisk enn i eksperimenter, noe som begrenser den representative kraften til systematiske eksperimentelle manipulasjoner. For det andre er den menneskelige hjernen svært adaptiv, og dette blir ofte undervurdert på grunn av de praktiske begrensningene ved å designe og gjennomføre eksperimentelle studier²². Begrepet “økologisk validitet”^23,24 har blitt brukt til å ta opp metoder for å løse dette problemet. Begrepet brukes vanligvis til å referere til en forutsetning for generalisering av eksperimentelle funn til den virkelige verden utenfor laboratoriekonteksten. Økologisk validitet har også blitt tolket som å referere til validering av praktisk talt naturalistiske eksperimentelle oppsett med ubegrensede stimuli for å sikre at studiedesignet er analogt med virkelige scenarier²⁵. På grunn av den høye graden av varians i tolkningen av dette begrepet, er det nødvendig med forståelse av fordelene og begrensningene ved alternative metoder og stimulusvalg.

Nivåer av naturalisme i stimuli og eksperimentdesign
Tidligere arbeid i eksperimentell psykologi og kognitiv nevrovitenskap har brukt et bredt spekter av stimuli med ulike nivåer av naturalisme²⁶. De fleste forskere foretrekker å bruke statiske bilder eller korte dynamiske videoer fordi disse stimuliene er lettere å forberede enn de som kan simulere en ekte handling eller en hendelse. Til tross for at de har fordeler, tillater ikke disse stimuliene forskere å måle betinget atferd blant sosiale agenter. De er med andre ord ikke handlekraftige og har ikke sosial trygghet²⁷. I de senere år har et alternativ til disse ikke-interaktive stimuliene blitt utviklet: sanntidsanimasjoner av virtuelle avatarer. Disse avatarene tillater etterforskning av samspillet mellom avatarer og deres brukere. Imidlertid er bruken av virtuelle avatarer gjenstand for redusert brukerforståelse, spesielt når de ikke virker spesielt engasjerende når det gjelder deres realistiske og betingede oppførsel²⁶. Derfor er det nå mer interesse for å bruke ekte sosiale stimuli i eksperimentelle studier. Selv om deres design, dataregistrering og analyse kan kreve avansert utstyr og kompleks dataanalyse, er de de beste kandidatene for å forstå naturalistisk menneskelig atferd og kognisjon.

Denne studien foreslår en metodikk for bruk av virkelige sosiale stimuli i et laboratoriemiljø. Denne studien tar sikte på å undersøke hvordan folk oppfatter og evaluerer andres handlinger i en setting med forbedret økologisk gyldighet sammenlignet med tradisjonelle laboratorieeksperimenter. Vi har utviklet og beskrevet et nytt oppsett der deltakerne blir utsatt for virkelige aktører som er fysisk til stede og deler det samme miljøet med dem. I denne protokollen måles deltakernes responstider og musebaner, noe som krever presis timing av stimulipresentasjonen og streng kontroll over eksperimentelle forhold i denne forbedrede økologiske innstillingen. Derfor skiller det eksperimentelle paradigmet seg ut blant rammene som er tilstede i litteraturen, siden stimuliens naturlighet maksimeres uten å ofre kontroll over miljøet. Nedenfor presenterer protokollen trinnene for å etablere et slikt system og fortsetter deretter med de representative resultatene for eksempeldataene. Til slutt presenteres en diskusjon av paradigmets betydning, begrensninger og planer for modifikasjoner.

Eksperimentelt design
Før vi går videre til protokolldelen, beskriver vi parametrene som ble brukt i denne studien og presenterer detaljene i stimuliene sammen med eksperimentell design.

Parametere i studien
Denne studien tar sikte på å måle hvordan typen aktør og klassen av handlinger de utfører påvirker deltakernes sinnsoppfattelsesprosesser. I protokollen måles sinnspersepsjonsprosessen i to hoveddimensjoner, nemlig byrå og erfaring, som foreslått av tidligere forskning²⁸. De høye og lave endene av disse to dimensjonene er også inkludert, som nylig introdusert av Li et ^al.29.

Strukturen i studien var inspirert av enkeltkategoriversjon³⁰ av den vanlige implisitte assosiasjonsoppgaven (IAT)³¹. I denne oppgaven brukes responstidene til deltakerne mens de matcher et attributtkonsept med målkonseptet som en indikasjon på styrken av deres implisitte assosiasjoner for disse to konseptene. I tilpasningen av denne implisitte oppgaven presenteres deltakerne live handlinger utført av virkelige aktører og kreves for å matche dem til målkonsepter. Målkonseptene er de høye og lave endene av byrå- eller opplevelsesdimensjonene, avhengig av eksperimentets blokk.

For å oppsummere er de uavhengige variablene Actor Type og Action Class. Actor Type har to nivåer (dvs. to forskjellige skuespillere, Actor1 og Actor2, som opptrer i studien). Action Class har to nivåer: Action Class1 og Action Class2, og hver klasse inneholder fire handlinger. Deltakerne evaluerer de to aktørene separat i fire blokker (en skuespiller i hver blokk), og i hver blokk utfører skuespillerne alle handlingene i en motbalansert rekkefølge. Deltakerne gjennomfører evalueringer i forhold til to forhåndsdefinerte og tvungne dimensjoner: Handlefrihet og Erfaring. De fire blokkene i eksperimentet er (1) Actor1 i Agency Block, (2) Actor2 i Agency Block, (3) Actor1 i Experience Block og (4) Actor2 i Experience Block. Rekkefølgen på blokkene er også motbalansert blant deltakerne, slik at blokkene med samme middel aldri følger hverandre.

I tillegg til svarene fra deltakerne, registreres responstidene og x-y-koordinatene til den trådløse musen de bruker mens de beveger seg mot ett av de to svaralternativene. Så de avhengige variablene er responsen og responstiden (RT) til deltakerne, samt målingene av maksimalt avvik (MD) og areal under kurven (AUC), avledet fra datamaskinens mussporing. Den variable responsen er kategorisk; det kan være Høy eller Lav, og siden evalueringene er gjort i en av de gitte blokkene, kan svarene også merkes som High-Agency, Low-Agency, High-Experience eller Low-Experience. Responstid er en kontinuerlig variabel; Enheten er sekunder, og den refererer til tiden som har gått mellom starten av presentasjonen av en handling og forekomsten av et museklikk på et av svaralternativene. MD i en bane er en kontinuerlig variabel, og den refererer til det største vinkelrette avviket mellom deltakerens bane (e) og den idealiserte banen (rett linje). AUC for en bane er også en kontinuerlig variabel, og den refererer til det geometriske området mellom deltakerens bane (e) og den idealiserte banen³².

Stimuli og design av eksperimentet
Et tre-trinns eksperiment brukes i denne studien. Målingene fra tredje del benyttes til analysene; De to første delene fungerer som forberedelse til den siste delen. Nedenfor beskriver vi hver del av eksperimentet sammen med eksperimentelle stimuli og hypoteser.

I eksperiment del 1 (leksikalsk opplæringsdel) fullfører deltakerne en treningsøkt for å forstå begrepene byrå og erfaring og kapasitetsnivåene som er representert med ordene høy og lav. For å velge ut begrepene (n = 12) som skal brukes i denne opplæringen, gjennomførte noen av forfatterne av det aktuelle arbeidet en normativ studie³³. Siden den nåværende studien var planlagt å bli gjennomført på deltakernes morsmål, ble konseptene også oversatt til tyrkisk før de ble normalisert. Blant begrepene som var sterkt assosiert med endene Høy (n = 3) og Lav (n = 3) av de to dimensjonene (seks begreper for hver). Denne delen er avgjørende siden deltakernes forståelse av begrepene forventes å lede deres evalueringsprosesser.

I eksperiment del 2 (handlingsidentifikasjonsdel) ser deltakerne de samme åtte handlingene som utføres av Actor1 og Actor2 etter hverandre og rapporterer hva handlingen er til eksperimentøren. Denne delen fungerer som en manipulasjonskontroll; Ved å presentere alle handlingene når begge aktørene utfører dem, er det mulig å sørge for at deltakerne forstår handlingene og er kjent med aktørene før de starter den implisitte testen, hvor de må gjøre raske evalueringer. Tiltakene som er valgt for tiltaksklasse 1 og tiltaksklasse 2 er de som hadde høyest H-skår og konfidensnivå (fire ulike aksjonseksempler i hver aksjonsklasse) i henhold til resultatene fra de to normative studiene (N = 219) for hver aktørtilstand utført av noen av forfatterne (manuskript under forberedelse). Alle handlinger utføres innen en lik tidsvarighet på 6 s.

Dette er en pågående studie, og den har noen andre komponenter; Hypotesene for avsnittene beskrevet ovenfor er imidlertid som følger: (i) typen aktør vil påvirke de avhengige variablene; Actor2 vil gi lengre RT-er, høyere MD-er og større AUC-er sammenlignet med Actor1; (ii) typen handling vil påvirke de avhengige målingene; Action Class1 vil gi lengre RT-er, høyere MD-er og større AUC-er sammenlignet med Action Class2; (iii) de avhengige målingene for Høy og Lav respons for samme aktør og handlingsklasse vil variere på tvers av blokkdimensjonene: Byrå og Erfaring.

Protocol

De eksperimentelle protokollene i denne studien ble godkjent av etisk komité for forskning med menneskelige deltakere ved Bilkent University. Alle deltakerne i studien var over 18 år, og de leste og signerte skjemaet for informert samtykke før de startet studien. 1. Generelle designtrinn MERK: Figur 1A (øverste visning) og figur 1B og figur 1C (front- og bakvisning) viser laboratorieoppse…

Representative Results

Sammenligninger av responstid (RT)Den nåværende studien er et pågående prosjekt, så som representative resultater presenteres data fra hoveddelen av eksperimentet (eksperiment del 3). Disse dataene er fra 40 deltakere, inkludert 23 kvinner og 17 menn, med alder fra 18-28 år (M = 22,75, SD = 3,12). Det var nødvendig å undersøke normaliteten i fordelingen av de avhengige variablene for å velge riktig statistisk metode for analysene. Så ble Shapir…

Discussion

Det overordnede målet med denne studien er å bidra til vår forståelse av hvordan menneskelig visuell oppfatning og kognisjon på høyt nivå fungerer i virkelige situasjoner. Denne studien fokuserte på handlingsoppfattelse og foreslo et naturalistisk, men kontrollerbart eksperimentelt paradigme som gjør det mulig for forskere å teste hvordan enkeltpersoner oppfatter og evaluerer andres handlinger ved å presentere virkelige aktører i en laboratorieinnstilling.

Betydningen av denne fore…

Materials

Adjustable Height Table	Custom-made	N/A	Width: 60 cm, Height: 62 cm, Depth: 40 cm
Ardunio UNO	Smart Projects	A000066	Microcontroller used for switching the state of the LEDs from the script running on the operator PC
Black Pants	No brand	N/A	Relaxed-fit pants of actors with no apparent brand name or logo.
Case	Xigmatek	EN43224	XIGMATEK HELIOS RAINBOW LED USB 3.0 MidT ATX GAMING CASE
CPU	AMD	YD1600BBAFBOX	AMD Ryzen 5 1600 Soket AM4 3.2 GHz – 3.6 GHz 16 MB 65 W 12 nm Processor
Curtains	Custom-made	N/A	Width: Part 1: 110 cm width from the wall (left) side, Part 2: 123 cm width above OLED display, Part 3: 170 cm from OLED display to right side, Cabin depth: 100 cm, Inside cabin depth: 100 cm, all heights 230 cm except for Part 2 (75 cm height)
Experimenter Adjustable/Swivel Chair	No brand	N/A	Any brand
Experimenter Table	Custom	N/A	Width: 160 cm, Height: 75 cm, Depth: 80 cm
GPU	MSI	GT 1030 2GHD4 LP OC	MSI GEFORCE GT 1030 2GHD4 LP OC 2GB DDR4 64bit NVIDIA GPU
Grey-color blackout curtain	Custom-made	N/A	Width: 330 cm, Height: 230 cm, used for covering the background
Hard Disk	Kioxia	LTC10Z240GG8	Kioxia 240 GB Exceria Sata 3.0 SSD (555 MB Read/540 MB Write)
Hard Disk	Toshiba	HDWK105UZSVA	Toshiba 2,5'' 500 GB L200 SATA 3.0 8 MB Cache 5400 Rpm 7 mm Harddisk
High-Power MOSFET Module	N/A	N/A	Heating Controller MKS MOSFET Module
Laptop	Apple	S/N: C02P916ZG3QT	MacBook Pro 11.1 Intel Core i7 (Used as the actor PC)
Laptop	Asus	UX410U	Used for monitoring the security camera in real-time.
LED lights	No brand	N/A
LED Strip Power Supply	No brand	N/A	AC to DC voltage converter used for supplying DC voltage to the lighting circuit
MATLAB	The MathWorks Inc., Natick, MA, USA	Version: R2022a	Used for programming the experiment. Required Toolboxes: MATLAB Support Package for Arduino Hardware (version 22.1.2) Instrument Control Toolbox (version 4.6) Psychtoolbox (version 3)
Monitor	Philips	UHB2051005145	Model ID: 242V8A/00, PHILIPS 23.8" 242V8A 4ms 75 Hz Freesync DP-HDMI+VGA IPS Gaming Monitor
Motherboard	MSI	B450M-A PRO MAX	MSI B450M-A PRO MAX Amd B450 Socket AM4 DDR4 3466(OC) M.2 Motherboard
Mouse Pad for participant	Monster	78185721101502042 / 8699266781857	Pusat Gaming Mouse Pad XL
Night lamp	Aukes	ES620-0.5W 6500K-IP 20	Used for helping the actors see around when the lights are off in the backstage.
Participant Adjustable/Swivel Chair	No brand	N/A
Participant Table	IKEA	Sandsberg 294.203.93	Width: 110 cm, Height: 75 cm, Depth: 67 cm
Power Extension Cable	Viko	9011760Y	250 V (6 inlets) Black
Power Extension Cable	Viko	9011730Y	250 V (3 inlets) Black
Power Extension Cable	Viko	9011330Y	250 V (3 inlets) White
Power Extension Cable	s-link	Model No: SPG3-J-10	AC – 250 V 3 meter (5 inlets)
Power Supply	THERMALTAKE	PS-LTP-0550NHSANE-1	THERMALTAKE LITEPOWER RGB 550W APFC 12 cm FAN PSU
Professional Gaming Mouse	Rampage	8680096	Model No: SMX-R50
RAM	GSKILL	F4-3000C16S-8GVRB	GSKILL 8GB (1x8GB) RipjawsV Red DDR4 3000 MHz CL16 1.35 V Single Ram
Reception bell	No brand	N/A	Used for helping the communication between the experimenter and the actors.
Security Camera	Brion Vega	2-20204210	Model:BV6000
Speakers	Logitech	P/N: 880-000-405 PID: WD528XM	Used for playing the background music.
Survey Software	Qualtrics	N/A
Switching Module	No brand	N/A	F5305S PMOS Switch Module
Table under the OLED display	Custom-made	N/A	Width: 123 cm, Height: 75 cm, Depth: 50 cm
Transparent OLED Display	Planar	PN: 998-1483-01 S/N:195210075	A 55-inch transparent display that showcases dynamic information, enabled the opaque and transparent usage during the experiment.
UPS	EAG	K200610100087	EAG 110
UPS	EAG	210312030507	EAG 103
USB 2.0 Cable Type A/B for Arduino UNO (Blue)	Smart Projects	M000006	Used to connect the microcontroller to the experimenter PC.
USB to RS232 Converter	s-link	8680096082559	Model: SW-U610
White Long-Sleeved Blouse (2)	H&M (cotton)	N/A	Relaxed-fit blouses with a round neckline and without ant apparent brand name or logo.
Wireless Keyboard	Logitech	P/N: 820-003488 S/N: 1719CE0856D8	Model: K360
Wireless Mouse	Logitech	S/N: 2147LZ96BGQ9	Model: M190 (Used as the response device)