Uma configuração naturalista para apresentar pessoas reais e ações vivas em estudos de psicologia experimental e neurociência cognitiva

Summary

Este estudo apresenta uma configuração experimental naturalística que permite aos pesquisadores apresentar estímulos de ação em tempo real, obter tempo de resposta e dados de rastreamento do mouse enquanto os participantes respondem após cada exibição de estímulo e mudar os atores entre as condições experimentais com um sistema único, incluindo uma tela especial de diodo emissor de luz orgânica transparente (OLED) e manipulação de luz.

Abstract

A percepção das ações dos outros é crucial para a sobrevivência, interação e comunicação. Apesar de décadas de pesquisa em neurociência cognitiva dedicadas a entender a percepção de ações, ainda estamos longe de desenvolver um sistema de visão computacional neuronicamente inspirado que se aproxime da percepção da ação humana. Um grande desafio é que as ações no mundo real consistem em eventos que se desdobram temporalmente no espaço que acontecem “aqui e agora” e são estáveis. Em contraste, a percepção visual e a pesquisa em neurociência cognitiva até o momento têm estudado amplamente a percepção de ação por meio de exibições 2D (por exemplo, imagens ou vídeos) que não têm a presença de atores no espaço e no tempo, portanto, essas exibições são limitadas em proporcionar atuabilidade. Apesar do crescente corpo de conhecimento na área, esses desafios devem ser superados para uma melhor compreensão dos mecanismos fundamentais da percepção das ações dos outros no mundo real. O objetivo deste estudo é introduzir uma nova configuração para conduzir experimentos laboratoriais naturalísticos com atores vivos em cenários que se aproximam de cenários do mundo real. O elemento central da configuração usada neste estudo é uma tela de diodo emissor de luz orgânica transparente (OLED) através da qual os participantes podem assistir às ações ao vivo de um ator fisicamente presente enquanto o tempo de sua apresentação é precisamente controlado. Neste trabalho, essa configuração foi testada em um experimento comportamental. Acreditamos que a configuração ajudará os pesquisadores a revelar mecanismos cognitivos e neurais fundamentais e anteriormente inacessíveis de percepção de ação e será uma base para estudos futuros que investiguem a percepção social e a cognição em ambientes naturalísticos.

Introduction

Uma habilidade fundamental para a sobrevivência e interação social é a capacidade de perceber e dar sentido às ações dos outros e interagir com eles no ambiente circundante. Pesquisas anteriores realizadas nas últimas décadas têm trazido contribuições significativas para a compreensão dos princípios fundamentais de como os indivíduos percebem e compreendem as ações dos outros 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . No entanto, dada a complexidade das interações e as circunstâncias em que elas ocorrem, há uma necessidade óbvia de desenvolver ainda mais o corpo de conhecimento em ambientes naturalistas, a fim de alcançar uma compreensão mais completa dessa habilidade complexa em cenários da vida cotidiana.

Em ambientes naturais, como nossos ambientes de vida diária, a percepção e a cognição exibem características corporificadas, incorporadas, estendidas e enativas¹². Em contraste com os relatos internalistas de funções cerebrais que tendem a subestimar os papéis do corpo e do ambiente, as abordagens contemporâneas da cognição incorporada se concentram no acoplamento dinâmico do cérebro, corpo e ambiente. Por outro lado, a maioria das pesquisas em psicologia social, psicologia cognitiva e neurociência sobre percepção de ação tende a assumir que a utilização de desenhos experimentais bem controlados e simplificados em condições de laboratório (por exemplo, imagens ou vídeos em tarefas computadorizadas) produz resultados que podem ser generalizados para cenários mais complexos, como interações no mundo real 1,2,3,4,5,6,7 8,9,10,11. Essa suposição garante que dados robustos e confiáveis possam ser obtidos em muitas circunstâncias. No entanto, um desafio bem conhecido é que a validade dos modelos derivados de experimentos cuidadosamente controlados é limitada quando testada em um contexto do mundo real¹³. Consequentemente, novas investigações 13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 têm sido conduzidas para abordar a validade ecológica e externa de estímulos e desenhos experimentais em vários campos de pesquisa.

Neste estudo, sugere-se um novo método para investigar como os indivíduos percebem e avaliam as ações dos outros usando ações ao vivo realizadas por um ator real e fisicamente presente. Cenários semelhantes a contextos da vida real são empregados, enquanto os experimentadores têm controle sobre possíveis fatores de confusão. Este estudo é uma forma de “pesquisa laboratorial naturalística”, no âmbito de Matusz et ^al.14, que pode ser concebida como uma etapa intermediária entre a “pesquisa laboratorial clássica”, que faz uso do máximo controle sobre os estímulos e o ambiente, muitas vezes em detrimento da naturalidade, e a “pesquisa totalmente naturalista do mundo real”, que visa maximizar a naturalidade em detrimento do controle sobre a estimulação e o^ambiente14. O estudo visa abordar a necessidade de investigações empíricas neste nível na pesquisa de percepção de ação, a fim de preencher a lacuna entre os achados obtidos em experimentos laboratoriais tradicionais com alto grau de controle experimental e os achados obtidos em estudos conduzidos em ambientes naturais totalmente irrestritos.

Experimentos controlados versus irrestritos
O controle experimental é uma estratégia eficiente para projetar experimentos para testar uma hipótese específica, pois permite aos pesquisadores isolar variáveis-alvo de prováveis fatores de confusão. Também permite revisitar a mesma hipótese com certos níveis de alterações, como usar estímulos ligeiramente ou totalmente diferentes no mesmo desenho ou testar os mesmos estímulos em montagens experimentais alternativas. A investigação sistemática por meio de experimentos controlados é uma forma tradicional de metodologia em pesquisa em ciência cognitiva e domínios relevantes. Experimentos controlados ainda ajudam a estabelecer o corpo de conhecimento sobre os princípios fundamentais dos processos cognitivos em vários domínios de pesquisa, como atenção, memória e percepção. No entanto, pesquisas recentes também reconheceram as limitações dos experimentos laboratoriais tradicionais em termos de generalização dos achados para cenários do mundo real, e os pesquisadores têm sido encorajados a realizar estudos em ambientes ecológicos aprimorados 13,14,15,16,17,18,19,20,21 . Essa mudança visa abordar duas questões importantes sobre a discrepância entre experimentos laboratoriais tradicionais e cenários do mundo real. Primeiro, o mundo fora do laboratório é menos determinista do que nos experimentos, o que limita o poder representativo das manipulações experimentais sistemáticas. Em segundo lugar, o cérebro humano é altamente adaptativo, e isso é frequentemente subestimado devido às limitações práticas do planejamento e condução de estudos experimentais²². O conceito de “validade ecológica”^23,24 tem sido utilizado para abordar métodos para resolver essa questão. O termo é geralmente usado para se referir a um pré-requisito para a generalização de achados experimentais para o mundo real fora do contexto laboratorial. A validade ecológica também tem sido interpretada como referindo-se à validação de montagens experimentais virtualmente naturalistas com estímulos irrestritos para garantir que o desenho do estudo seja análogo aos cenários da vida real²⁵. Devido ao alto grau de variância na interpretação desse termo, é necessário compreender as vantagens e limitações das metodologias alternativas e da seleção de estímulos.

Níveis de naturalismo em estímulos e planejamento de experimentos
Trabalhos anteriores em psicologia experimental e neurociência cognitiva utilizaram uma ampla gama de estímulos com diferentes níveis de naturalismo²⁶. A maioria dos pesquisadores prefere usar imagens estáticas ou vídeos dinâmicos curtos porque esses estímulos são mais fáceis de preparar do que aqueles que poderiam simular uma ação real ou um evento. Apesar de apresentarem vantagens, esses estímulos não permitem mensurar comportamentos contingentes entre agentes sociais. Em outras palavras, eles não são acionáveis e não têm acessibilidade social²⁷. Nos últimos anos, uma alternativa a esses estímulos não interativos tem sido desenvolvida: animações em tempo real de avatares virtuais. Esses avatares permitem a investigação das interações entre avatares e seus usuários. No entanto, o uso de avatares virtuais está sujeito à redução da apreensão dos usuários, especialmente quando eles não parecem particularmente engajados em termos de seus comportamentos realistas e contingentes²⁶. Portanto, há agora mais interesse em utilizar estímulos sociais reais em estudos experimentais. Embora seu projeto, registro e análise de dados possam exigir equipamentos avançados e análise de dados complexos, eles são os melhores candidatos para a compreensão do comportamento humano naturalista e da cognição.

O presente estudo propõe uma metodologia para o uso de estímulos sociais da vida real em ambiente laboratorial. Este estudo tem como objetivo investigar como as pessoas percebem e avaliam as ações dos outros em um ambiente com validade ecológica aprimorada em comparação com experimentos laboratoriais tradicionais. Desenvolvemos e descrevemos uma nova configuração na qual os participantes são expostos a atores reais que estão fisicamente presentes e compartilham o mesmo ambiente com eles. Neste protocolo, os tempos de resposta e as trajetórias dos camundongos são medidos, o que requer um tempo preciso de apresentação dos estímulos e um controle rigoroso sobre as condições experimentais neste ambiente ecológico aprimorado. Portanto, o paradigma experimental destaca-se entre os referenciais presentes na literatura, uma vez que a naturalidade dos estímulos é maximizada sem sacrificar o controle sobre o ambiente. A seguir, o protocolo apresenta as etapas para o estabelecimento de tal sistema e, em seguida, continua com os resultados representativos para os dados amostrais. Finalmente, apresenta-se a significação, as limitações e os planos de modificação do paradigma.

Delineamento experimental
Antes de prosseguir para a seção de protocolo, descrevemos os parâmetros utilizados no presente estudo e apresentamos os detalhes dos estímulos juntamente com o planejamento experimental.

Parâmetros do estudo
Este estudo tem como objetivo mensurar como o tipo de ator e a classe de ações que realizam afetam os processos de percepção da mente dos participantes. No protocolo, o processo de percepção da mente é medido em duas dimensões principais, a saber, agência e experiência, conforme proposto por pesquisa^anterior28. As extremidades alta e baixa dessas duas dimensões também estão incluídas, como recentemente introduzido por Li et ^al.29.

A estrutura do estudo foi inspirada na versão³⁰ de categoria única da tarefa de associação implícita (IAT) comumente ^utilizada31. Nesta tarefa, os tempos de resposta dos participantes ao combinarem um conceito de atributo com o conceito-alvo são usados como uma indicação da força de suas associações implícitas para esses dois conceitos. Na adaptação dessa tarefa implícita, os participantes são apresentados a ações ao vivo realizadas por atores reais e solicitados a combiná-los com conceitos-alvo. Os conceitos-alvo são os extremos altos e baixos das dimensões da agência ou da experiência, dependendo do bloco do experimento.

Em resumo, as variáveis independentes são Tipo de Ator e Classe de Ação. O Tipo de Ator tem dois níveis (ou seja, dois atores diferentes, Ator1 e Ator2, atuando no estudo). A Classe de Ação tem dois níveis: Classe de Ação1 e Classe de Ação2, e cada classe contém quatro ações. Os participantes avaliam os dois atores separadamente em quatro blocos (um ator em cada bloco) e, em cada bloco, os atores executam todas as ações em uma ordem contrabalanceada. Os participantes realizam avaliações com relação a duas dimensões pré-definidas e forçadas: Agência e Experiência. Os quatro blocos do experimento são (1) Ator1 em Bloco de Agência, (2) Ator2 em Bloco de Agência, (3) Ator1 em Bloco de Experiência e (4) Ator2 em Bloco de Experiência. A ordem dos blocos também é contrabalançada entre os participantes para que os blocos com o mesmo agente nunca se sucedam.

Além das respostas dos participantes, são registrados os tempos de resposta e as coordenadas x-y do mouse sem fio que eles usam enquanto se movem em direção a uma das duas alternativas de resposta. Assim, as variáveis dependentes são a resposta e o tempo de resposta (TR) dos participantes, bem como as medidas de desvio máximo (DM) e área sob a curva (AUC), derivadas do rastreamento do mouse computadorizado. A variável resposta é categórica; pode ser Alta ou Baixa, e como as avaliações são feitas em um dos blocos determinados, as respostas também podem ser rotuladas como Alta Agência, Baixa Agência, Alta Experiência ou Baixa Experiência. O tempo de resposta é uma variável contínua; Sua unidade é segundos, e refere-se ao tempo decorrido entre o início da apresentação de uma ação e a ocorrência de um clique do mouse em uma das alternativas de resposta. A DM de uma trajetória é uma variável contínua e refere-se ao maior desvio perpendicular entre a trajetória do(s) participante(s) e a trajetória idealizada (reta). A AUC de uma trajetória também é uma variável contínua e refere-se à área geométrica entre a trajetória do(s) participante(s) e a trajetória idealizada³².

Estímulos e planejamento do experimento
Um experimento em três estágios é utilizado no presente estudo. As medidas da terceira parte são utilizadas para as análises; As duas primeiras partes servem de preparação para a parte final. A seguir, descrevemos cada parte do experimento juntamente com os estímulos e hipóteses experimentais.

No Experimento Parte 1 (parte de treinamento lexical), os participantes completam uma sessão de treinamento para compreender os conceitos de Agência e Experiência e os níveis de capacidade representados com as palavras Alto e Baixo. Para selecionar os conceitos (n = 12) a serem utilizados nesta sessão de treinamento, alguns dos autores do presente trabalho realizaram um estudo normativo³³. Como o presente estudo foi planejado para ser realizado nas línguas nativas dos participantes, os conceitos também foram traduzidos para o turco antes de serem normalizados. Os conceitos foram selecionados dentre aqueles que estavam fortemente associados com as extremidades Alta (n= 3) e Baixa (n= 3) das duas dimensões (seis conceitos para cada). Essa parte é fundamental, uma vez que se espera que a compreensão dos conceitos pelos participantes norteie seus processos avaliativos.

Na Parte 2 do Experimento (parte de identificação da ação), os participantes assistem às mesmas oito ações realizadas pelo Ator1 e pelo Ator2, uma após a outra, e relatam qual é a ação para o experimentador. Esta seção serve como uma verificação de manipulação; Ao apresentar todas as ações quando ambos os atores as estão executando, é possível garantir que os participantes compreendam as ações e estejam familiarizados com os atores antes de iniciarem o teste implícito, onde precisam fazer avaliações rápidas. As ações selecionadas para Classe de Ação1 e Classe de Ação2 são aquelas que apresentaram os maiores escores H e níveis de confiança (quatro exemplares de ação diferentes em cada classe de ação) de acordo com os resultados dos dois estudos normativos (N = 219) para cada condição de ator conduzidos por alguns dos autores (manuscrito em preparação). Todas as ações são executadas dentro de uma duração de tempo igual de 6 s.

Este é um estudo em andamento, e tem alguns outros componentes; No entanto, as hipóteses para as seções descritas acima são as seguintes: (i) o tipo de ator afetará as variáveis dependentes; O Actor2 produzirá RTs mais longos, MDs mais altos e AUCs maiores em comparação com o Actor1; (ii) o tipo de ação afetará as medidas dependentes; A Classe de Ação1 produzirá RTs mais longos, MDs mais altos e AUCs maiores em comparação com a Classe de Ação2; (iii) as medidas dependentes para respostas Alta e Baixa para o mesmo ator e classe de ação serão diferentes entre as dimensões do bloco: Agência e Experiência.

Protocol

Os protocolos experimentais deste estudo foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa com Seres Humanos da Universidade de Bilkent. Todos os participantes incluídos no estudo eram maiores de 18 anos, leram e assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido antes de iniciar o estudo. 1. Etapas gerais do projeto OBS: A Figura 1A (vista superior) e a Figura 1B e Figura 1C (vistas frontal e traseira) demonstram o…

Representative Results

Comparações de tempo de resposta (TR)O presente estudo é um projeto em andamento, portanto, como resultados representativos, são apresentados dados da parte principal do experimento (Experimento Parte 3). Esses dados são de 40 participantes, sendo 23 do sexo feminino e 17 do sexo masculino, com idades variando de 18 a 28 anos (M = 22,75, DP = 3,12). Investigar a extensão da normalidade da distribuição das variáveis dependentes foi necessário par…

Discussion

O objetivo geral do presente estudo é contribuir para a compreensão de como a percepção visual e a cognição humanas de alto nível funcionam em situações da vida real. Este estudo centrou-se na percepção da ação e sugeriu um paradigma experimental naturalista, mas controlável, que permite aos pesquisadores testar como os indivíduos percebem e avaliam as ações dos outros, apresentando atores reais em um ambiente de laboratório.

A importância desta metodologia proposta em compa…

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)