Präzise Zeitmessung

Hintergrund & Kontext

Die Reaktionszeit in psychologischen Studien wird genutzt, um kognitive Prozesse und Verhaltensweisen zu quantifizieren. Eine klare Definition von Reaktionszeit bezieht sich auf die Zeitspanne, die zwischen dem Erscheinen eines Reizes und der Reaktion vergeht.

Es gibt zwei Komponenten zur genauen Messung der Reaktionszeit: den Zeitpunkt des Auftretens des Reizes und den Zeitpunkt, zu dem die Reaktion des Teilnehmers erfolgt ist:

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

Damit die Reaktionszeit genau gemessen werden kann, muss die genaue Zeit des Auftretens des Reizes (Punkt A) bekannt sein, ebenso wie der Zeitpunkt, zu dem die Reaktion des Teilnehmers (Punkt B) stattfand, da die Reaktionszeit die Differenz zwischen diesen beiden Punkten ist. Von den beiden Punkten aus ist es einfach zu bestimmen, wann die Reaktion eines Teilnehmers erfolgte, aber es ist herausfordernd, genau zu wissen, wann der genaue Reizauftritt stattfand (Punkt A).

Warum ist es herausfordernd, zu bestimmen, wann Punkt A auftritt? Es gibt drei Hauptgründe, die beeinflussen, wann ein Reiz erscheint:

1. Bildschirmaktualisierungsrate: Die Aktualisierungsrate des Monitors erfolgt bei 60Hz, sodass etwas nur dann stattfinden kann, wenn der Monitor aktualisiert wird. Auch wenn dies auf einer Millisekunden-Skala liegt, ist es ein wichtiger Faktor zur Quantifizierung (was wir später diskutieren, wie es mit dem Animationsanforderungsrahmen gemessen wird), da es die experimentelle Reihenfolge direkt beeinflusst.

2. Natur der Programmierung: Alle Experimente basieren auf Codierung und damit Code ausgeführt werden kann, muss er verarbeitet werden, da nichts instantan ist; dies dauert in der Regel 1–2 Aktualisierungszyklen.

3. Gerätekapazität: Auch wenn dies nicht häufig vorkommt, kann die Präsentation des Reizes verzögert werden, wenn die Kapazität des Geräts des Teilnehmers wirklich langsam ist, da alle Systemverzögerungen (wie ein Computerstillstand) eine Rolle spielen. Wir diskutieren später, 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 Reizauftreten und der Reaktion des Teilnehmers genau zu bestimmen.

Fachlich begutachtete Veröffentlichung in Behavior Research Methods

Schauen Sie sich dieses peer-reviewed Papier an, das 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 web-basierten Tools hat.

Unser Prozess: Labvanced Pipeline für präzise Zeitmessung

Um präzise Zeitmessungen und Reaktionszeiten zu bieten, folgt unsere Software diesen Schritten:

• Vorab Laden (Caching): Sicherstellen, dass alle experimentellen Stimuli vor Beginn des Experiments geladen und lokal verfügbar sind, sodass das Laden nicht während des experimentellen Fortschritts erfolgt. Wenn ein Teilnehmer an einer Studie teilnehmen möchte, sind alle Stimuli (Bilder, Audio und Video) bereits abgerufen und lokal auf ihrem Computer von unserem Server geladen.

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

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

Die allgemeine Pipeline für präzise Zeitmessung und die Erfassung genauer Reaktionszeiten in Labvanced.

Speicherung 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 vorab zu laden, und am Ende, um die Daten und Antworten wieder auf den Server hochzuladen.

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

1. Ein lokaler Browser kann kein unendliches Maß an Speicher halten oder cachen. Durch häufiges Sichern wird der Speicher freigegeben und das System läuft nicht Gefahr zu ruckeln.
2. Wenn ein Teilnehmer stoppt oder abbricht, sind dennoch mindestens einige Daten für die Versuche vorhanden, die sie abgeschlossen haben und auf die sie vor Beendigung ihrer Teilnahme geantwortet haben.

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 Reaktionszeit aufgezeichnet wird, wird ein Zeitstempel benötigt und die App kann auf die Systemzeit der Computeruhr zugreifen, um zu bestimmen, wann Punkt A (Reizauftreten) und Punkt B (die Reaktion des Teilnehmers) stattgefunden haben. Da der Computer über eine allgemeine Systemuhr verfügt, ist dies unabhängig davon, wo/womit Sie arbeiten oder was Sie verwenden, immer dasselbe.

Über Systemarchitektur und Datenfluss der Reaktionszeit

Während die oben beschriebene Pipeline die grundlegenden Schritte des Reaktionszeitprozesses erfasst, findet sich hier eine detailliertere Erklärung dessen, was in Labvanced geschieht, um die Messung der Reaktionszeit genau und präzise zu gestalten.

Vorab Laden (Caching)

Vorab Laden oder Caching erfolgt, bevor das Experiment überhaupt beginnt. Labvanced ist so eingerichtet, dass alle experimentellen Stimuli der Studie heruntergeladen werden, bevor die Studie beginnt. Dies umfasst alle Elemente wie Bilder und Videos. Sie werden alle von den Labvanced-Servern abgerufen und lokal auf das Gerät des Teilnehmers heruntergeladen, sodass kein weiteres Herunterladen während des Experiments erforderlich ist.

Die wichtigsten Schritte des Vorab Laden/Caching-Mechanismus in Labvanced.

Vorab-Rendering-Mechanismus

Der Vorab-Rendering-Mechanismus von Labvanced ist eingerichtet, um die Struktur der experimentellen Aufgaben, Versuche und Frames im Voraus zu erstellen. Wenn Sie beispielsweise im Versuch #1 einer Aufgabe sind, rendern wir alle Frames im aktuellen und anstehenden Versuch im Voraus, sodass kein Laden während des Experiments erfolgt, einschließlich Anweisungen, Text, Audioobjekte, Fixationskreuz usw. Durch das Voraus-Rendern der Versuche und Frames wird verhindert, dass der Browser langsamer wird oder überlastet wird.

Die Hauptschritte des Vorab-Rendermechanismus in Labvanced.

Teilnehmerspezifische Messungen

Aufgrund der angeborenen Variabilität zwischen Geräten und Computern wird die Leistung durch die Definition beeinflusst. Einfach durch das Ausführen eines Experiments auf einem lokalen System, das von Natur aus mit Ressourcen (d.h. Geschwindigkeit und Speicher sind nicht unendlich, sondern durch die technischen Spezifikationen eingeschränkt) limitiert ist, werden Stimuli möglicherweise nicht wie erwartet angezeigt (es kann beispielsweise zu einer Verzögerung von wenigen Millisekunden kommen).

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

• Der Request Animation Frame
• Die JavaScript-Ereignisschleife

Request Animation Frame

Jede 60 ms aktualisiert und erneuert sich der Monitor unabhängig, dies ist konstant für alle Computer und Bildschirme. Um festzustellen, ob es eine Verzögerung bei der Präsentation des Stimulus (auf Millisekundenebene) gibt, wird der Request Animation Frame für alle Fälle verwendet, in denen ein zeitlich gesteuertes Stimulus auftritt.

Nehmen wir an, Sie führen Code aus, um Stimuli bei 2000 ms anzuzeigen; wenn Sie ihn ausführen, passiert nichts, die Stimuli werden automatisch beim nächsten Aktualisierungszyklus, 60 Millisekunden (Hz) später, am 240 ms-Marke präsentiert. Sie können diese kleine Verzögerung messen und post-hoc berücksichtigen. Da wir den Request Animation Frame verwenden, können Sie genau wissen, wann ein Befehl ausgeführt wurde (wann es wirklich auf dem Monitor passiert ist/ erschien) und entsprechend anpassen.

Demonstration des Request Animation Frame-Mechanismus in Labvanced.

JavaScript-Ereignisschleife

Ein weiteres Beispiel für teilnehmerspezifische Messungen bezieht sich auf die Bestimmung der Geschwindigkeit ihres Geräts.

Wenn Ihr Computer langsam ist, kann das daran liegen, dass aktive Systemprozesse laufen, die die verfügbare CPU nutzen. Folglich arbeitet der Browser mit den begrenzten Ressourcen, die zur Verfügung stehen, und alles wird langsamer.

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

Die Schritte der JavaScript-Ereignisschleife, die CallBack-Funktion, zur Bestimmung der Computer Geschwindigkeit unter Verwendung von Labvanced.

Für die Tausenden von Studien, die von Teilnehmern in Labvanced abgeschlossen wurden, haben wir festgestellt, dass über 95 % der Teilnehmer einen gemeldeten 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 nahelegen könnte, die Daten dieses bestimmten Nutzers aus der Analyse des endgültigen Datensatzes auszuschließen.

Schlüsselfunktionen der Reaktionszeit und Präzisionszeitfähigkeiten von Labvanced:

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

• Zeitliche Genauigkeit der Stimulus-Präsentationen
• Räumliche Genauigkeit der Stimulus-Präsentationen
• Augenverfolgungsgenauigkeit und Abtastrate
• Quantifizierung und Messung von geräte- und bildschirmbezogenen Verzögerungen für jeden Teilnehmer, die eine Standardisierung, Vergleichbarkeit zwischen den Probanden und Korrekturen ermöglichen. Dies geschieht durch die Ereignisschleifenpräzision und den Request Animation Frame, die im vorherigen Abschnitt beschrieben sind.

Die wichtigsten Funktionen und Merkmale von Labvanced’s präzisen Zeitmessungs-/Reaktionszeitlösung.

Vorteile von Labvanced’s Präzisionszeitmessung

Aufgrund dieser 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 von Stimuli: Forscher wissen genau, wann Stimuli auf dem Bildschirm präsentiert werden, was Anpassungen und genaue Messungen ermöglicht.
• Starke Rechen- und Programmiermechanismen: Um dem Forscher zu versichern, dass die genauesten Daten gemeldet werden, verwenden wir starke Rechen- 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 verfeinern, und als Ergebnis wurden unsere Funktionen von zahllosen Forschungs- und akademischen Institutionen, die unsere Online-Reaktionszeitanalysen als Grundlage für ihre Studien und veröffentlichten Arbeiten nutzen, getestet.

Beispieldaten & Metriken zur Reaktionszeit

Datenbericht einer Sitzung eines Teilnehmers, der die Stroop-Aufgabe mit Labvanced ausführt; die drittletzte Spalte von rechts zeigt die aufgezeichneten Reaktionszeiten.

LV Bibliotheksstudien:

Es gibt viele Studien, die messen, wie lange es dauert, bis eine Reaktion auf einen Stimulus erfolgt, hier sind einige Beispiele für Aufgaben, deren Kern die Messung der Reaktionszeit ist:

• N-back Aufgabe: Ein kognitiver Test zur Messung der Arbeitsgedächtnis-Kapazität. Stimuli werden präsentiert und der Teilnehmer wird aufgefordert zu erkennen, ob es sich um denselben Stimulus handelt, der n Schritte zurück präsentiert wurde.
• Stroop-Aufgabe: Diese klassische Aufgabe zeigt, wie erhöhte Reaktionszeiten auftreten, wenn ein Teilnehmer mit inkongruenten Stimuli konfrontiert wird (ein Wort, das "gelb" sagt, aber in blau gefärbt ist).
• Gesichtserkennung: Gesichtserkennung ist tief im Menschlichen verankert und die Reaktionszeit kann gemessen werden, wie lange es dauert, bis der Teilnehmer zwei oder mehr Gesichter erkennt oder unterscheidet.

Beliebte Forschungsbereiche, die Labvanced's Präzisionszeitmessung nutzen:

• Wachsamkeit
• Kognitiver Rückgang
• Wahrnehmung
• Leistungsmaße
• Merkmalskennung