Präzises Timing

Hintergrund & Kontext

Reaktionszeit wird in der psychologischen Forschung verwendet, um kognitive Prozesse und Verhaltensweisen zu quantifizieren. Eine klare Definition der Reaktionszeit bezieht sich auf die Zeitspanne zwischen dem Erscheinen eines Stimulus und der Reaktion.

Es gibt zwei Komponenten zur genauen Messung der Reaktionszeit: den Zeitpunkt des Auftretens des Stimulus und den Zeitpunkt, an dem die Reaktion des Teilnehmers erfolgte:

Die beiden Hauptkomponenten und Faktoren, die deren Quantifizierung zur genauen Messung der Reaktionszeit in Online-Umgebungen beeinflussen.

Damit die Reaktionszeit genau gemessen werden kann, muss der genaue Zeitpunkt des Auftretens des Stimulus (Punkt A) bekannt sein, sowie der Zeitpunkt, an dem die Reaktion des Teilnehmers (Punkt B) erfolgt ist, da die Reaktionszeit die Differenz zwischen diesen beiden Punkten ist. Aus den beiden Punkten ist es einfach zu bestimmen, wann die Reaktion eines Teilnehmers erfolgte, aber es ist herausfordernd, genau zu wissen, wann der genaue Auftakt des Stimulus stattfand (Punkt A).

Warum ist es herausfordernd festzustellen, wann Punkt A auftritt? Es gibt drei Hauptgründe, die beeinflussen, wann ein Stimulus erscheint:

1. Bildschirmaktualisierungsrate: Die Aktualisierungsrate des Monitors erfolgt bei 60Hz, sodass etwas nur dann auftreten kann, wenn der Monitor aktualisiert wird. Obwohl dies im Millisekundenbereich liegt, ist es ein wichtiger Faktor zur Quantifizierung (wie wir später erklären werden, wie es mit dem Animationsanforderungsrahmen gemessen wird), da es sich direkt auf den experimentellen Ablauf auswirkt.

2. Natur der Programmierung: Alle Experimente basieren auf Codierung, und damit Code ausgeführt werden kann, muss er verarbeitet werden, da nichts sofort geschieht. Dies dauert normalerweise 1-2 Aktualisierungszyklen.

3. Kapazität des Geräts: Obwohl dies nicht häufig vorkommt, kann es vorkommen, dass die Kapazität des Geräts des Teilnehmers wirklich langsam ist. Die Präsentation des Stimulus kann ins Stocken geraten, da alle Systemverzögerungen (wie ein Computerstillstand) berücksichtigt werden müssen. Später werden wir erläutern, wie wir dieses Problem überprüfen (die JavaScript-Ereignisschleife).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Reaktionszeit von vielen Faktoren beeinflusst wird, auf denen technologische Prozesse basieren, um die Zeit zwischen dem Auftreten des Stimulus und der Reaktion des Teilnehmers genau zu bestimmen.

Peer-Reviewed Publication in Behavior Research Methods

Werfen Sie einen Blick auf diese peer-reviewed Publikation, die im Springer Nature’s Behavior Research Methods im Mai 2022 veröffentlicht wurde. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass Labvanced die genauesten Messungen der Reaktionszeit im Vergleich zu anderen webbasierten Tools hat.

Unser Prozess: Labvanced’s Pipeline für präzises Timing

Um präzises Timing und Reaktionszeiten bereitzustellen, folgt unsere Software diesen Schritten:

• Preloading (Caching): Sicherstellen, dass alle experimentellen Stimuli vor Beginn des Experiments geladen und lokal verfügbar sind, damit das Laden nicht im Verlauf des Experiments geschieht. Wenn ein Teilnehmer an einer Studie teilnehmen möchte, sind alle Stimuli (Bilder, Audio und Video) bereits von unserem Server abgerufen und lokal auf seinem Computer geladen.

• Pre-Rendering: Wenn das Experiment beginnt, wird der Inhalt rekursiv erstellt, sodass der nächste Rahmen und Versuch im Hintergrund geladen und bereit ist, sobald der Teilnehmer bereit ist, fortzufahren. Dies wird durch einen Pre-Rendering-Mechanismus gesteuert.

• Teilnehmer-spezifische Messungen: Da Online-Studien im Browser beginnen, hat jeder Teilnehmer endliche Computerressourcen (GPU, CPU), die berücksichtigt werden müssen, da sie die Leistung beeinflussen. Wir erfassen mögliche Verzögerungen und bieten diese als Korrekturfaktor für den Forscher an, der auch als Ausschlusskriterium verwendet werden kann.

Der allgemeine Ablauf für präzises Timing und das Erfassen genauer Reaktionszeiten in Labvanced.

Speichern der Antworten der Teilnehmer

Alle Experimente finden lokal auf dem Computer des Teilnehmers statt. Daher ist das Internet technisch nicht zwingend erforderlich, um ein Experiment durchzuführen. Das Internet wird nur zu Beginn benötigt, um das Experiment lokal vorzuladen, und dann am Ende, um die Daten und Antworten zurück auf den Server hochzuladen.

Wenn die Voraussetzungen jedoch gegeben sind, ist unsere Software so eingerichtet, dass die Datenerfassung und die Antworten automatisch nach jedem Versuch gespeichert werden. Dies ist wichtig, weil:

1. Ein lokaler Browser kann nicht unbegrenzt viel Speicher halten oder cachen. Durch häufige Backups wird Speicherplatz freigegeben, und das System läuft nicht Gefahr, zu laggen.
2. Wenn ein Teilnehmer stoppt oder ausscheidet, gibt es zumindest einige Daten, die für die Versuche, an denen er teilgenommen hat und auf die er Antworten gegeben hat, gespeichert sind, bevor er seine Teilnahme beendet.

Über den Zeitstempel

Während das Experiment aktiv ist, hat die Labvanced-App keinen Zugriff auf alle anderen Prozesse oder Teile des Computers. Wenn jedoch etwas mit der Reaktionszeit aufgezeichnet wird, wird ein Zeitstempel benötigt, und die App kann die Systemzeit von der Computeruhr nutzen, um festzustellen, wann Punkt A (Stimulusbeginn) und Punkt B (die Reaktion des Teilnehmers) stattgefunden haben. Da der Computer eine allgemeine Systemuhr hat, ist dies unabhängig davon, wo / was Sie tun oder verwenden, dasselbe.

Über Systemarchitektur und Datenfluss der Reaktionszeit

Während die oben beschriebene Pipeline die grundlegenden Schritte des Reaktionszeitprozesses erfasst, finden Sie unten eine detailliertere Erklärung dessen, was alles in Labvanced passiert, um die Messung der Reaktionszeit genau und präzise zu machen.

Preloading (Caching)

Preloading oder Caching findet statt, bevor das Experiment überhaupt beginnt. Labvanced ist so eingerichtet, dass alle experimentellen Stimuli der Studie heruntergeladen werden, bevor die Studie beginnt. Dazu gehören alle Elemente, wie Bilder und Videos. Sie werden alle von den Labvanced-Servern abgerufen und lokal auf das Gerät des Teilnehmers heruntergeladen, damit während des Experiments kein Herunterladen stattfinden muss.

Die Hauptschritte des Pre-Rendering-Mechanismus in Labvanced.

Teilnehmer-spezifische Messungen

Aufgrund der angeborenen Variabilität zwischen Geräten und Computern wird die Leistung durch die Definition beeinflusst. Einfach durch die Durchführung eines Experiments auf einem lokalen System, das von Natur aus durch Ressourcen eingeschränkt ist (d.h. Geschwindigkeit und Speicher sind nicht unbegrenzt, sondern durch ihre technischen Spezifikationen eingeschränkt), können Stimuli möglicherweise nicht wie erwartet angezeigt werden (es kann zum Beispiel eine Verzögerung von einigen Millisekunden auftreten).

Um diese geräte- und teilnehmerspezifischen Schwankungen zu erfassen, haben wir die folgenden Mechanismen implementiert:

• Der Request Animation Frame
• Die JavaScript Event Loop

Request Animation Frame

Alle 60 ms aktualisiert und erfrischt der Monitor unabhängig. Dies ist eine Konstante für alle Computer und Bildschirme. Um festzustellen, ob es eine Verzögerung bei der Präsentation des Stimulus (auf Millisekunden-Ebene) gibt, wird der Request Animation Frame für alle Fälle verwendet, in denen ein zeitgesteuertes Stimulus auftritt.

Nehmen wir an, Sie führen einen Code aus, um Stimuli bei 2000 ms anzuzeigen. Wenn Sie ihn ausführen, passiert nichts, die Stimuli werden automatisch beim nächsten Erneuerungsintervall, 60 Millisekunden (Hz) später, am 240-ms-Punkt angezeigt. Sie können diese kleine Verzögerung messen und nachträglich berücksichtigen. Da wir den Request Animation Frame verwenden, wissen Sie genau, wann ein Befehl ausgeführt wurde (wann er tatsächlich auf dem Monitor erschien) und können entsprechend anpassen.

Demonstration des Request Animation Frame-Mechanismus in Labvanced.

JavaScript Event Loop

Ein weiteres Beispiel für teilnehmerspezifische Messungen hat mit der Bestimmung der Geschwindigkeit ihres Geräts zu tun.

Wenn Ihr Computer langsam ist, liegt es möglicherweise daran, dass aktive Systemprozesse im Hintergrund ablaufen, die die verfügbare CPU nutzen. Dadurch arbeitet der Browser mit den begrenzten Ressourcen, die verfügbar sind, und infolgedessen wird alles langsamer.

Um festzustellen, ob dies auf der Teilnehmendenebene geschieht, verwenden wir die JavaScript Event Loop unter Verwendung von CallBack Funktionen, die standardmäßig im Hintergrund automatisch läuft, um die Zeit zu messen, die benötigt wird, damit die Funktion sich selbst zurückruft. Wenn sie nicht innerhalb von 5 ms zurückkehrt, bedeutet dies, dass der Browser/Computer des Teilnehmers langsam ist, was die Integrität der experimentellen Ergebnisse zur Messung der Reaktionszeit beeinträchtigen könnte. Wir berichten den Durchschnittswert in Millisekunden, den es braucht, damit die CallBack-Funktion für den Teilnehmer zurückkehrt.

Die Schritte der JavaScript Event Loop, der CallBack-Funktion, zur Bestimmung der Computer-Geschwindigkeit mit Labvanced.

Für die Tausenden von Studien, die von Teilnehmern in Labvanced durchgeführt wurden, haben wir festgestellt, dass über 95% der Teilnehmer einen berichteten Wert unter 3 ms haben, manchmal sogar unter 1 ms. In einigen Fällen gibt es jedoch Ergebnisse, die im Durchschnitt 200-300 ms betragen, was den Forschern anzeigen könnte, dass sie die Daten dieses speziellen Benutzers aus der endgültigen Datensatzanalyse ausschließen sollten.

Schlüsselmerkmale von Labvanceds Reaktionszeit- und präzisen Zeitmessfähigkeiten:

Unsere wichtigsten Funktionen und Möglichkeiten zur Messung der Antworten der Teilnehmer umfassen:

• Temporale Genauigkeit der Stimuluspräsentationen
• Räumliche Genauigkeit der Stimuluspräsentationen
• Augenverfolgungsgenauigkeit und Abtastrate
• Quantifizierung und Messung von geräte- und bildschirmbezogenen Verzögerungen für jeden Teilnehmer, was eine Standardisierung, Vergleichbarkeit zwischen den Probanden und Korrekturen ermöglicht. Dies erfolgt durch die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Event-Loop-Präzision und den Request Animation Frame.

Die Schlüsselfähigkeiten & Merkmale der präzisen Zeitmessungslösung von Labvanced.

Vorteile von Labvanceds präzisem Timing

Durch diese Schritte und Mechanismen bietet Labvanced eine genaue und präzise Lösung zur Messung der Reaktionszeit während Online-Experimenten. Wir heben die folgenden Vorteile unserer Plattform hervor:

• Kontrollierte Zeitmessung der Stimuli: Forscher wissen genau, wann die Stimuli auf dem Bildschirm präsentiert werden, was Anpassungen und genaue Messungen ermöglicht.
• Starke Berechnungs- und Programmiermechanismen: Um sicherzustellen, dass den Forschern die genauesten Daten gemeldet werden, verwenden wir starke Berechnungs- und Programmiermechanismen, um den Beginn der Stimuli auf dem Bildschirm des Teilnehmers genau zu quantifizieren.
• Bewährt: Wir haben mit Forschern aus der ganzen Welt zusammengearbeitet, um unsere Plattform zu optimieren, und als Ergebnis wurden unsere Funktionen von zahlreichen Forschungs- und akademischen Institutionen getestet, die unsere Online-Reaktionszeitmessung als Grundlage für ihre Studien und veröffentlichten Arbeiten nutzen.

Beispieldaten & Metriken zur Reaktionszeit

Datenbericht aus einer Sitzung eines Teilnehmers, der die Stroop-Aufgabe mit Labvanced durchführt; die 3. Spalte von rechts zeigt die erfassten Reaktionszeiten.

LV Bibliotheksstudien:

Es gibt viele Studien, die messen, wie lange es dauert, eine Reaktion auf einen Stimulus auszulösen. Hier sind einige Beispiele für Aufgaben, die Reaktionszeitmessungen im Kern haben:

• N-back-Aufgabe: Ein kognitiver Test zur Messung der Arbeitsgedächtniskapazität. Stimuli werden präsentiert, und der Teilnehmer wird herausgefordert, abzugleichen, ob es sich um denselben Stimulus handelt, der n Schritte zurück präsentiert wurde.
• Stroop-Aufgabe: Diese klassische Aufgabe demonstriert, wie erhöhte Reaktionszeiten auftreten, wenn einem Teilnehmer inkongruente Stimuli präsentiert werden (ein Wort, das "gelb" sagt, aber in Blau gefärbt ist).
• Gesichts­erkennung: Gesichts­erkennung ist tief in der menschlichen Natur verwurzelt, und die Reaktionszeit kann gemessen werden, wie lange der Teilnehmer benötigt, um zwei oder mehr Gesichter zu erkennen oder zu unterscheiden.

Beliebte Forschungsgebiete, die Labvanceds präzises Timing nutzen:

• Wachsamkeit
• Kognitiver Rückgang
• Wahrnehmung
• Leistungs­messungen
• Merkmals­erkennung