Stanners, Coulter, Sweet, Murphy: The Pupillary Response an Indicator of Cognition and Arousal
Timo Partala
14.11.2000
TampereUniversityComputerHumanInteractionGroup
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Esityksen sisältö
• Johdanto (7 kalvoa)
• Koe 1 (9 kalvoa)
• Koe 2 (10 kalvoa)
• Keskustelu (1 kalvo)
• Oma arvio (3 kalvoa)
1
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Johdanto
• Artikkeli käsittelee kysymystä, kuvastavatko muutokset pupillin koossa kognitiivista kuormaa vai vireystilan muutoksia
• Artikkelissa kuvataan kaksi laajamittaista koetta aiheesta
2
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Johdanto
• Artikkeli sisältää johdannon, joka esittelee edeltävän tutkimuksen aihepiiristä
• Vaikka artikkeli on tehty vuonna 1979, johdanto on silti pätevä nykypäivänäkin, sillä suurin osa tutkimuksesta on 1960 tai 1970-luvuilta
3
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Johdanto
• Pupillin vasteita on alettu systemaattisesti tutkia 1960-luvulla
• Siitä lähtien on ollut kaksi kilpailevaa tulkintaa siitä, mikä aiheuttaa muutokset pupillin koossa
• Toinen tulkinta katsoo pupillin koon muutosten johtuvan vireystilan muutoksista ja toinen tulkinta pupillin koko kuvastaa kognitiivisen aktiviteetin tasoa
4
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Johdanto
• Määritelmä (Kahneman & Peavler, 1969):
”Vireystilaa pidetään usein automaattisena reaktiona merkityksellisiin tai läpitunkeviin ärsykkeisiin, kun taas (kognitiivinen) prosessointikuorma viittaa sellaisten aktiviteettien vaatimuksiin, joihin henkilö usein vapaaehtoisesti osallistuu.”
5
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Johdanto
• Molempien tulkintojen tukena on olemassa fysiologisia todisteita
• Hypothalamuksen tuhoaminen vähensi pupillin laajenemista, mikä tukee vireystilatulkintaa
• Toisaalta aivokuoren poistaminen eläimiltä saa aikaan poikkeuksellisen laajenneet pupillit, mikä tukee kognitiivista tulkintaa
6
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Johdanto
• Kirjoittajien mukaan suuressa osassa olemassa olevasta tutkimuksesta voidaan tulkita pupillin koon muutosten aiheutuneen sekä kognitiivisen kuorman että vireystilan muutoksista
• Esim. Hessin & Poltin (1964) kokeissa pupillin koko suureni kertolaskutehtävien jälkeen
7
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Johdanto
• On kuitenkin olemassa kokeita, jotka ovat yksiselitteisemmin tulkittavissa
• Esim. Kahneman ja Beatty (1966) näyttivät koehenkilöille numeroja tai sanoja sarjoissa sekunnin välein, joita koehenkilöt sitten muistelivat. Tälloin tehtävän vaikeustaso oli muistamisvaiheessa jo selvillä
• Koe tuki kognitiivista tulkintaa
8
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1
• Edeltävän tutkimuksen perusteella kirjoittajat olettivat että pupillin kokoon vaikuttavat sekä kognitiiviset tekijät että vireystila
• Kokeessa 1 yritettiin pitää kognitiivinen prosessointi vakiona, kun taas vireystilaan liittyviä tekijöitä vaihdeltiin
9
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1
• Ensimmäinen muuttuja oli koehenkilöiden käärmeiden pelko
• Toinen muuttuja oli koetilanteessa aiheutettavan pelon aste
• Kolmantena oli olemassa myös kontrollikonditio, jossa sana käärme oli korvattu neutraalilla sanalla
10
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1: Menetelmä
• Koehenkilöitä oli aluksi 57 (kaikki naisia)
• Koehenkilöt jaettiin Wolpe Discomfort Indexiä käyttäen kolmeen kahdeksan hengen ryhmään (korkea käärmeenpelko, keskimääräinen käärmeenpelko ja matala käärmeenpelko).
11
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1: Menetelmä
• Koehenkilöt kuulivat kuulokkeista kuvailun kohtaamisesta käärmeen kanssa eri etäisyyksillä (esim. tien toisella puolella, vatsan päällä)
• Kun kuvailu loppui, koehenkilöille annettiin käsky kuvitella kohtaus niin elävästi kuin mahdollista
• Kuvittelun jälkeen koehenkilöt arvioivat 7 pisteen skaalalla, kuinka suurta pelkoa kuvittelu oli aiheuttanut, ja kuinka elävästi he olivat pystyneet kuvittelemaan kohtauksen
• Behavioraalinen testaus
12
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1: Menetelmä
• Pupillin mittamiseen käytetty järjestelmä oli sama kuin Hessillä (1965)
• Pupillin koosta otettiin kaksi valokuvaa sekunnissa infrapunafilmille
• Järjestelmällä päästiin 0.1 mm tarkkuuteen pupillin koon mittaamisessa
13
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1: Data-analyysi
• Datalle tehtiin viisisuuntainen varianssianalyysi, jossa mukana olivat seuraavat muuttujat:
• pelkoryhmä
• käärmeen läheisyys kertomuksessa
• kontrollikohtaus / vastenmielinen kohtaus
• aika
• jakso (kuvailu / kuvittelu)
14
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1: Tulokset
• Merkittävästi pupillin kokoon vaikuttivat aika (p<0.001) ja jakso (p<0.05) sekä niiden yhteisvaikutus (p<0.05)
• Kun kumpaakin jaksoa tarkasteltiin erikseen, aika oli ainoa pupillin kokoon vaikuttava muuttuja
• Mikään vireystilaan oletettavasti vaikuttavista muuttujista ei saanut aikaan merkitseviä muutoksia pupillin koossa
15
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1: Tulokset
• Koehenkilöiden subjektiivisen pelon arviot erosivat toisistaan merkitsevästi pelkoryhmän (p<0.05), kohtauksen pelkotason (p<0.001) ja kohtaustyypin (p<0.001) välillä.
• Behavioraalinen testaus: korkeapelkoiset eivät uskaltaneet koskea käärmettä, keskimääräisen pelokkaista kolme koski ja matalapelkoisista kuusi koski käärmettä
16
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 1: Keskustelu
• Kokeen tulokset tukevat kognitiivista tulkintaa, sillä vireystilaan oletettavasti vaikuttaneet tekijät eivät vaikuttaneet pupillin kokoon
• Päätelmä: Pupillin kokoa säätelevät ensisijaisesti kognitiiviset tekijät, ja vireystilan muutokset vaikuttavat pupillin kokoon vain jos kognitiiviset tekijät ovat minimaalisia
17
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2
• Myös koe 2 sisälsi sekä kognitiivisia että vireystilaan liittyviä muuttujia, mutta myös pelkän vireystilan vaihteluosuuden
• Pupillin mittaamisen rinnalle otettiin myös sydämen syke, ihon sähkönjohtavuus ja EMG
18
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2
• 30 koehenkilöä (kaikki miehiä) jaettiin 10 hengen ryhmiin sen mukaan oliko heillä ulkoisia oireita (esim. ihotauti), sisäisiä oireita (esim. päänsärkyä) vai ei minkäänlaisia oireita
• Koehenkilöt saivat viiden centin (USD 0.05) palkkion oikeasta vastauksesta ja heille kerrottiin että he saavat lievän sähköshokin niskaan väärästä vastauksesta
19
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Menetelmä
• Koehenkilön piti lisätä ensimmäinen esitetty luku 2-3 päässä seuraavaan neljän luvun sarjaan
• Lisättävä luku oli joko 0, 1 tai 3, jotka muodostivat siten kolme vaikeusastetta
20
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Menetelmä
• Pupillin koko mitatiin kokeen 1 tapaan
• EMG mitatiin kyynärvarren koukistajalihaksesta
• Ihon sähkönjohtavuus mitattiin kämmenestä ja ranteen sisäpuolelta
• Sydämen syke mitattiin rinnasta pintaelektrodeilla
21
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Menetelmä
• Lopuksi oli vielä vaihe, jossa koehenkilöt kuulivat luvut 1-10 kahden sekunnin välein, ja saivat luvulla 10 lievän sähköshokin niskaan 0.5:n todennäköisyydellä
• Tarkoituksena oli tutkia shokin uhkaa kokonaan kognitiivisista tekijöistä irrallaan
22
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Data-analyysi
• Nelisuuntainen varianssianalyysi:
• oireryhmä
• vaikeustaso
• kannustin
• aika (24 s)
23
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Tulokset
• Pupilliin kokoon vaikuttivat vaikeustaso (p<0.001), aika (p<0.001) ja niiden yhteisvaikutus (p<0.001)
• Pupillin koossa lisäksi oli ’aavisteluefekti’ ensimmäisen luvun esittämisen jälkeen
• Ihon sähkönjohtavuuteen vaikuttivat vaikeustaso (p<0.01), aika (p<0.005) ja niiden yhteisvaikutus (p<0.05)
24
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Tulokset
• Sydämen sykkeeseen vaikuttivat vaikeustaso (p<0.01), aika (p<0.001) ja kannustin (p<0.025)
• EMG:hen vaikutti merkitsevästi vain oireryhmä (p<0.001)
25
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Tulokset
• Viimeisessä vaiheessa (sähköshokki luvulla 10) pupillin koko varioi merkitsevästi ajan funktiona (p<0.001)
• Koska kognitiivista kuormitusta ei ollut, voidaan päätellä että vaihtelu johtui vireystilan muutoksesta shokin uhkaan liittyen
26
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Koe 2: Keskustelu
• Kannustin ei vaikuttanut pupillin kokoon kirjoittajien odottamalla tavalla, sen sijaan aika ja vaikeustaso vaikuttivat pupillin kokoon
• Kirjoittajien mukaan vireystilan muutokset vaikuttivat aavisteluefektiin
27
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Keskustelu
• Vireystilaan liittyvä vaikutus pupillin koossa näkyi vain toisen kokeen viimeisessä vaiheessa
• Tekemistään kokeista kirjoittajat päättelivät, että pupillin kontrollijärjestelmä on hierarkinen siten, että jos tilanteeseen liittyy huomattava määrä kognitiivista aktiviteettia, se yksin saa aikaan pupillin koon vaihtelun
28
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Oma arvio
• Tutkimus pohjautuu hyvin edeltävään tutkimukseen, joiden heikkoja kohtia pyritään paikkaamaan
• Onnistuttiinko koeasetelmissa todella vaikuttamaan koehenkilön vireystilaan (kuvailut, kannustin (5 c), shokin uhka)?
• Koeasetelmissa kognitio oli vahvasti painottunut
29
14.11.2000
The Pupillary Response as an Indicator of Arousal and Cognition
Oma arvio
• Aavisteluefektin voi tulkita myös kognition aiheuttamaksi
• Mittaustekniikka vanhanaikaista
• Kokeessa 1 koehenkilöt joutuivat pidättelemään silmänräpäyksiä
• Omassa tutkimuksessa (Partala et.al., 2000) on onnistuttu saamaan systemaattisia eroja vireystilaan liittyen, koeasetelmassa, johon liittyi jonkin verran kognitiivista aktiviteettia
30
Top Related