Präzises Timing

Hintergrund & Kontext

Die Reaktionszeit in der psychologischen Forschung wird verwendet, um kognitive Prozesse und Verhaltensweisen zu quantifizieren. Eine klare Definition der Reaktionszeit hat mit der Zeitspanne zu tun, die zwischen einem aufgetretenen Stimulus und der Reaktion vergangen ist.

Es gibt zwei Komponenten, um die Reaktionszeit genau zu messen: die Zeit des Auftretens des Stimulus und den Zeitpunkt, an dem die Reaktion des Teilnehmers stattfand:

Die zwei 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 Stimulusbeginns (Punkt A) bekannt sein, sowie der Zeitpunkt, an dem die Reaktion des Teilnehmers (Punkt B) stattfand, da die Reaktionszeit der Unterschied zwischen diesen beiden Punkten ist. Von den zwei Punkten aus ist es einfach zu bestimmen, wann die Reaktion eines Teilnehmers stattfand, aber es ist herausfordernd zu wissen, wann genau der Stimulusauftakt stattfand (Punkt A).

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

1. Bildschirmaktualisierungsrate: Die Aktualisierungsrate des Monitors beträgt 60 Hz, sodass etwas nur dann stattfinden kann, wenn der Monitor aktualisiert wird. Obwohl dies auf einer Millisekundenskala geschieht, ist es ein wichtiger Faktor zur Quantifizierung (was wir später besprechen, wie es mit dem request animation frame gemessen wird), da es sich direkt auf den experimentellen Ablauf auswirkt.

2. Natur des Programmierens: Alle Experimente basieren auf Code und um diesen auszuführen, muss er verarbeitet werden, da nichts instantan ist; dies dauert in der Regel 1-2 Aktualisierungszyklen.

3. Gerätekapazität: Obwohl dies nicht häufig vorkommt, kann die Präsentation des Stimulus verzögert werden, wenn die Kapazität des Geräts des Teilnehmers wirklich langsam ist, da alle Systemverzögerungen (wie ein Computer-Hänger) eine Rolle spielen. Wir besprechen später, wie wir dieses Problem überprüfen (die JavaScript-Event-Schleife).

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

Peer-Review-Publikation in Behavior Research Methods

Sehen 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 Reaktionszeitmessungen im Vergleich zu anderen webbasierten Tools hat.

Unser Prozess: Labvanced’s Pipeline für präzises Timing

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

• Vorladen (Caching): Sicherstellen, dass alle experimentellen Stimuli a priori vor Beginn des Experiments geladen werden und lokal verfügbar sind, damit das Laden nicht mitten im experimentellen Fortschritt geschieht. Wenn ein Teilnehmer also an einer Studie teilnehmen möchte, sind alle Stimuli (Bilder, Audio und Video) bereits gezogen und lokal auf ihrem Computer von unserem Server geladen.

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

• Teilnehmer-spezifische 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 jede potenzielle Verzögerung und bieten sie dem Forscher als korrigierende Variable an, die auch als Ausschlusskriterium verwendet werden kann.

Die allgemeine Pipeline für präzises Timing und das Erfassen genauer Reaktionszeiten in Labvanced.

Speicherung der Teilnehmerantworten

Alle Experimente finden lokal auf dem Computer des Teilnehmers statt. Daher ist das Internet technisch nicht 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 an den Server hochzuladen.

Wenn jedoch die Möglichkeiten 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 eine unbegrenzte Menge an Speicher halten oder speichern. Durch häufiges Backup wird Speicher freigegeben und das System läuft nicht Gefahr, zu stocken.
2. Wenn ein Teilnehmer stoppt oder aussteigt, gibt es mindestens einige Daten, die für die Versuche gespeichert sind, die sie abgeschlossen haben und für die sie vor der Beendigung ihrer Teilnahme Antworten gegeben 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, ist ein Zeitstempel erforderlich und die App kann die Systemzeit von der Computeruhr abrufen, um zu bestimmen, wann Punkt A (Beginn des Stimulus) und Punkt B (die Reaktion des Teilnehmers) stattfanden. Da der Computer eine allgemeine Systemuhr hat, ist dies unabhängig davon, wo / was Sie tun oder nutzen, das Gleiche.

Über Systemarchitektur und Datenfluss der Reaktionszeit

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

Vorladen (Caching)

Das Vorladen oder Caching erfolgt, 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 dem Gerät des Teilnehmers heruntergeladen, sodass während des Experiments kein Herunterladen erforderlich ist.

Die Hauptschritte des Vorlade-/Caching-Mechanismus in Labvanced.

Vorab-Rendering-Mechanismus

Labvanced's Vorab-Rendering-Mechanismus ist implementiert, um die Struktur der experimentellen Aufgaben, Versuche und Frames im Voraus zu erstellen. Wenn Sie zum Beispiel sich im Versuch #1 einer Aufgabe befinden, rendern wir alle Frames im aktuellen und kommenden Versuch im Voraus, damit während des Experiments kein Laden stattfindet, einschließlich der Anweisungen, Texte, Audioobjekte, Fixationskreuze usw. Durch das Vorab-Bauen der Versuche und Frames wird verhindert, dass der Browser langsamer wird oder überfordert wird.

Die Hauptschritte des Vorab-Rendering-Mechanismus in Labvanced.

Teilnehmer-spezifische Messungen

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

Um diese geräte- und teilnehmerspezifischen Schwankungen zu erfassen, haben wir folgende Mechanismen implemented:

• Den request animation frame
• Die JavaScript-Event-Schleife

Request Animation Frame

Alle 60 ms wird der Monitor unabhängig aktualisiert und aktualisiert, dies ist konstant für alle Computer und Bildschirme. Um zu bestimmen, ob es eine Verzögerung bei der Präsentation des Stimulus (auf Millisekundenskala) gibt, wird der request animation frame für alle Fälle verwendet, in denen ein zeitlich gesteuerten Stimulus auftritt.

Nehmen wir an, Sie führen Code aus, um Stimuli bei 2000 ms anzuzeigen, sobald Sie ihn ausführen, passiert nichts, die Stimuli werden automatisch beim nächsten Aktualisierungsraten, 60 Millisekunden (Hz) später, bei 240 ms präsentiert. Sie können diese winzige Verzögerung messen und sie nachträglich berücksichtigen. Weil wir den request animation frame nutzen, wissen Sie genau, wann ein Befehl ausgeführt wurde (wann er wirklich auf dem Monitor erschien) und können entsprechend anpassen.

Demonstration des Request Animation Frame-Mechanismus in Labvanced.

JavaScript-Event-Schleife

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

Wenn Ihr Computer langsam ist, kann es daran liegen, dass aktive Systemprozesse im Hintergrund laufen, die die verfügbare CPU nutzen. Daher arbeitet der Browser mit den begrenzten Ressourcen, die verfügbar sind, und alles wird dadurch langsamer.

Um festzustellen, ob dies auf der Teilnehmerebene geschieht, verwenden wir die JavaScript-Event-Schleife mit CallBack-Funktionen, die automatisch (standardmäßig) im Hintergrund läuft, 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 braucht, damit die CallBack-Funktion für den Teilnehmer zurückkehrt.

Die Schritte der JavaScript-Event-Schleife, die CallBack-Funktion, zur Bestimmung der Computergeschwindigkeit mit Labvanced.

Für die Tausenden von Studien, die von Teilnehmern in Labvanced abgeschlossen wurden, haben wir festgestellt, dass über 95 % der Teilnehmer einen berichteten Wert aufweisen, der unter 3 ms liegt, manchmal sogar unter 1 ms. In einigen Fällen gibt es jedoch auch Ergebnisse, die im Durchschnitt 200-300 ms ausmachen, was den Forscher dazu anregen könnte, die Daten dieses bestimmten Nutzers aus der abschließenden Datenanalyse auszuschließen.

Hauptfähigkeiten von Labvanced’s Reaktionszeit- und Präzisionszeitfähigkeiten:

Unsere Hauptmerkmale und Fähigkeiten zur Messung der Antworten der Teilnehmer umfassen:

• Temporale Genauigkeit der Stimuluspräsentationen
• Räumliche Genauigkeit der Stimuluspräsentationen
• Augenverfolgungsgenauigkeit und Abtastrate
• Quantifizierung und Messungen aller geräte- und bildschirmbezogenen Verzögerungen für jeden Teilnehmer, wodurch Standardisierungen, Vergleichbarkeit zwischen Subjekten und Korrekturen ermöglicht werden. Dies geschieht durch die im vorherigen Abschnitt beschriebene Ereignisschleifenpräzision und den request animation frame.

Die Hauptfähigkeiten & Merkmale von Labvanced’s präzisem Timing / Reaktionszeitlösung.

Vorteile von Labvanced’s Präzisions-Timing

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

• Kontrolliertes Timing der Stimuli: Forscher haben Kenntnis über die genaue Zeit, zu der die Stimuli auf dem Bildschirm präsentiert werden, was Anpassungen und genaue Messungen ermöglicht.
• Starke rechnerische und programmiererische Mechanismen: Um dem Forscher die genauesten Daten zu garantieren, nutzen wir starke rechnerische und programmiertechnische Mechanismen, um den Beginn der Stimuli auf dem Bildschirm des Teilnehmers genau zu quantifizieren.
• Bewährt und getestet: Wir haben mit Forschern aus aller Welt zusammengearbeitet, um unsere Plattform zu verfeinern, und als Ergebnis wurden unsere Funktionen von unzähligen Forschungs- und akademischen Institutionen getestet, die unser Online-Messsystem für die Reaktionszeit als Grundlage für ihre Studien und veröffentlichten Arbeiten nutzen.

Beispielhafte Daten & Metriken für Reaktionszeit

Datenbericht aus einer Sitzung eines Teilnehmers, der die Stroop-Aufgabe mit Labvanced durchführt; die 3. 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, die die Messung der Reaktionszeit in den Mittelpunkt stellen:

• N-back-Aufgabe: Ein kognitiver Test zur Messung der Arbeitsgedächtniskapazität. Stimuli werden präsentiert und der Teilnehmer wird herausgefordert zu erkennen, ob es sich um denselben Stimulus handelt, der vor n Schritten präsentiert wurde.
• Stroop-Aufgabe: Diese klassische Aufgabe zeigt, wie die Reaktionszeiten steigen, wenn ein Teilnehmer mit inkongruenten Stimuli konfrontiert wird (ein Wort, das "gelb" sagt, aber blau gefärbt ist).
• Gesichtserkennung: Die Gesichtserkennung ist tief in der menschlichen Natur verwurzelt, 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 Präzisions-Timing nutzen:

• Wachsamkeit
• Kognitiver Abbau
• Wahrnehmung
• Leistungsmetriken
• Merkmalsidentifikation