
Präzise Zeitmessung
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 verstrichenen Zeit zu tun, die zwischen einem aufgetretenen Reiz und der Reaktion verging.
Es gibt zwei Komponenten zur Messung der Reaktionszeit: den Zeitpunkt des Auftretens des Reizes und den Zeitpunkt, an dem die Reaktion des Teilnehmers stattfand, veranschaulicht durch Abb. 1.

Abb. 1: Die beiden Hauptbestandteile der Messung der Reaktionszeit.
Um die Reaktionszeit genau zu messen, muss der genaue Zeitpunkt des Auftretens des Reizes (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. Von den beiden Punkten aus ist es einfach zu bestimmen, wann die Reaktion eines Teilnehmers stattfand, es ist jedoch herausfordernd zu wissen, wann genau der Reiz aufgetreten ist (Punkt A).
Warum ist es herausfordernd zu bestimmen, wann Punkt A auftritt? Es gibt drei Hauptgründe, die beeinflussen, wann ein Reiz erscheint:
Bildschirmaktualisierungsrate: Die Rate, mit der der Monitor aktualisiert wird, erfolgt mit 60Hz, sodass etwas, das geplant ist, nur bei der Aktualisierung des Displays erfolgen kann. Während dies auf Millisekundenebene wichtig ist, ist es ein wichtiger Faktor zu quantifizieren (was wir später besprechen, wie es mit dem Animationsrahmen gemessen wird), da es direkt die Experimentabfolge beeinflusst.
Programmierungsnatur: Alle Experimente basieren auf Programmierung und damit der Code ausgeführt werden kann, muss er verarbeitet werden, da nichts sofort passiert; dies benötigt normalerweise 1-2 Aktualisierungszyklen.
Gerätekapazität: Obwohl dies nicht üblich ist, kann die Präsentation des Reizes verzögert werden, wenn die Kapazität des Geräts des Teilnehmers wirklich langsam ist, da alle Systemverzögerungen (wie ein Computerabsturz) auftreten können. Wir besprechen später, wie wir dieses Problem überprüfen (der JavaScript-Event-Loop).
Zusammenfassend wird die Reaktionszeit von vielen Faktoren beeinflusst, auf denen technologische Prozesse basieren, um die Zeit zwischen dem Auftreten des Reizes und der Reaktion des Teilnehmers genau zu bestimmen.
Peer-Reviewed Publication in Behavior Research Methods
Schauen Sie sich dieses peer-reviewed Papier an, das in Springer Nature’s Behavior Research Methods im Mai 2022 veröffentlicht wurde. Die Autoren schließen daraus, dass Labvanced die genauesten Reaktionszeitmessungen im Vergleich zu anderen web-basierten Werkzeugen hat.

Unser Prozess: Labvanced’s Pipeline für präzise Zeitmessung

Abb. 2: Die allgemeine Pipeline für präzise Zeitmessung und Erfassung genauer Reaktionszeiten in Labvanced.
Um präzise Zeitmessung und Reaktionszeiten bereitzustellen, folgt unsere Software diesen Schritten (Abb. 2):
Preloading (Caching): Sicherstellen, dass alle experimentellen Reize vor Beginn des Experiments und lokal verfügbar geladen werden, sodass das Laden nicht mitten im experimentellen Fortschritt erfolgt. Wenn ein Teilnehmer an einer Studie teilnehmen möchte, sind alle Reize (Bilder, Audio und Video) bereits angefordert und lokal auf ihrem Computer von unserem Server geladen.
Prerendering: 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, weiterzumachen. Dies wird durch einen Prerendering-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 jede potenzielle Verzögerung und bieten sie als Korrekturvariable für den Forscher an, die auch als Ausschlusskriterium verwendet werden kann.
Speichern 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 wieder an den Server hochzuladen.
Wenn die Bedingungen jedoch verfügbar sind, ist unsere Software so eingerichtet, dass die Datenaufzeichnung und die Antworten automatisch nach jedem Versuch gespeichert werden. Dies ist wichtig, weil:
- Ein lokaler Browser kann nicht unbegrenzt viel Speicher halten oder cachen. Durch häufiges Sichern wird Speicher freigegeben und das System läuft nicht Gefahr, zu verzögern.
- Wenn ein Teilnehmer stoppt oder aussteigt, sind zumindest einige Daten für die Versuche gespeichert, an denen er teilgenommen hat und Antworten gegeben hat, 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 Reaktionszeiten aufgezeichnet wird, ist ein Zeitstempel erforderlich, und die App kann die Systemzeit von der Computeruhr abrufen, um zu bestimmen, wann Punkt A (Reizbeginn) und Punkt B (die Reaktion des Teilnehmers) auftraten. Da der Computer über eine allgemeine Systemuhr verfügt, ist diese überall gleich, egal wo/welches Gerät Sie verwenden.
Über die Systemarchitektur und den Datenfluss der Reaktionszeiten
Während die oben beschriebene Pipeline die grundlegenden Schritte des Reaktionszeitprozesses erfasst, finden Sie hier eine detailliertere Erklärung von allem, was in Labvanced passiert, um die Messung der Reaktionszeit genau und präzise zu machen.
Preloading (Caching)

Abb.3: Die Hauptschritte des Preloading/Caching-Mechanismus in Labvanced.
Preloading oder Caching erfolgt, bevor das Experiment überhaupt beginnt. Labvanced ist so eingerichtet, dass alle experimentellen Reize der Studie heruntergeladen werden, bevor die Studie startet. Dazu gehören alle Elemente, wie Bilder und Videos. Sie werden alle von den Labvanced-Servern abgerufen und lokal auf das Gerät des Teilnehmers heruntergeladen, sodass während des Experiments selbst kein Herunterladen stattfinden muss (Abb. 3).
Prerendering-Mechanismus

Abb. 4: Die Hauptschritte des Prerendering-Mechanismus in Labvanced.
Wir haben einen Prerendering-Mechanismus implementiert, um die Struktur der experimentellen Aufgaben, Versuche und Rahmen im Voraus aufzubauen. Wenn Sie beispielsweise in Versuch #1 einer Aufgabe sind, prerendern wir alle Rahmen im aktuellen und kommenden Versuch, sodass kein Laden während des Experiments stattfindet, einschließlich der Anweisungen, Texte, Audioobjekte, Fixationskreuz usw. Durch den frühzeitigen Aufbau der Versuche und Rahmen wird verhindert, dass der Browser langsamer wird oder überfordert ist (Abb. 4).
Teilnehmerspezifische Messungen
Wegen der angeborenen Variabilität zwischen Geräten und Computern wird die Leistung von dieser Definition beeinflusst. Einfach dadurch, dass ein Experiment auf einem lokalen System durchgeführt wird, das inherently begrenzt ist (d.h. Geschwindigkeit und Speicher sind nicht unendlich, sondern durch ihre technischen Spezifikationen begrenzt), werden die Reize möglicherweise nicht wie erwartet angezeigt (es kann beispielsweise eine Verzögerung von einigen Millisekunden auftreten).
Um diese geräte- und teilnehmerspezifischen Schwankungen zu erfassen, haben wir folgende Mechanismen implementiert:
- Den Animationsanforderungsrahmen
- Den JavaScript-Event-Loop
Animationsanforderungsrahmen

Abb. 5: Demonstration des Animationsanforderungsrahmenmechanismus in Labvanced.
Jede 60 ms aktualisiert und aktualisiert der Monitor unabhängig, dies ist eine Konstante für alle Computer und Bildschirme. Um festzustellen, ob es eine Verzögerung bei der Präsentation des Reizes gibt (auf Millisekundenebene), wird der Animationsanforderungsrahmen für alle Instanzen verwendet, in denen ein zeitgesteuerter Reiz auftritt.
Angenommen, Sie führen einen Code aus, um Reize bei 2000 ms anzuzeigen; wenn Sie ihn ausführen, passiert nichts, die Reize werden automatisch bei der nächsten Aktualisierungsrate, 60 Millisekunden (Hz) später, bei der 240-ms-Marke präsentiert. Sie können diese kleine Verzögerung messen und nachträglich berücksichtigen. Da wir den Animationsanforderungsrahmen verwenden, können Sie genau wissen, wann ein Befehl ausgeführt wurde (wann es wirklich passiert ist / auf dem Monitor erschienen ist) und entsprechend anpassen (Abb. 5).
JavaScript Event Loop

Ein weiteres Beispiel für teilnehmerspezifische Messungen hat mit der Bestimmung der Geschwindigkeit ihres Geräts zu tun.
Wenn Ihr Computer langsam ist, kann dies daran liegen, dass aktive Systemprozesse ausgeführt werden, die die verfügbare CPU nutzen. Daher nutzt der Browser die begrenzten Ressourcen, die verfügbar sind, und alles wird langsamer.
Um festzustellen, ob dies auf der Teilnehmerebene geschieht, verwenden wir den JavaScript-Event-Loop mit Callback-Funktionen, der automatisch (standardmäßig) im Hintergrund läuft, um die Zeit zu messen, die benötigt wird, damit die Funktion sich selbst zurückruft. Wenn es 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 beeinflussen könnte (Abb. 6). Wir berichten den Durchschnittswert in Millisekunden, den es braucht, damit die Callback-Funktion für den Teilnehmer zurückkehrt.
Für die Tausenden von Studien, die von Teilnehmern in Labvanced abgeschlossen wurden, haben wir festgestellt, dass über 95 % der Teilnehmer einen gemeldeten Wert haben, der unter 3 ms liegt, manchmal sogar unter 1 ms. In einigen Fällen gibt es jedoch Ergebnisse, die im Durchschnitt 200-300 ms betragen, was dem Forscher anzeigen könnte, dass er die Daten dieses bestimmten Benutzers aus der endgültigen Datensatzanalyse ausschließen sollte.
Hauptmerkmale von Labvanced’s Reaktionszeit- und Präzisionsmessfähigkeiten:
Unsere Hauptmerkmale zur Messung der Reaktionen der Teilnehmer umfassen (Abb. 7):
- Temporale Genauigkeit der Stimuli-Präsentationen
- Räumliche Genauigkeit der Stimuli-Präsentationen
- Augenverfolgungsgenauigkeit und Abtastrate
- Quantifizierung und Messung aller geräte- und bildschirmbezogenen Verzögerungen für jeden Teilnehmer, die Standardisierung, Vergleichbarkeit zwischen den Subjekten und Korrekturen ermöglichen. Dies erfolgt durch die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Ereignisschleifenpräzisionen und den Animationsanforderungsrahmen.

Abb. 7: Die Hauptmerkmale von Labvanced’s Lösung für präzise Zeitmessung / Reaktionszeit.
Vorteile von Labvanced’s präziser Zeitmessung
Dank 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 der Stimuli: Forscher wissen genau, wann die Stimuli auf dem Bildschirm präsentiert werden, was Anpassungen und genaue Messungen ermöglicht.
- Starke rechnerische und programmiertechnische Mechanismen: Um den Forschern die genauesten Daten zu berichten, verwenden wir starke rechnerische und programmiertechnische Mechanismen, um den Beginn von Reizen auf dem Bildschirm des Teilnehmers genau zu quantifizieren.
- Erprobt und getestet: Wir haben mit Forschern aus der ganzen Welt zusammengearbeitet, um unsere Plattform zu optimieren; als Ergebnis wurden unsere Funktionen von unzähligen Forschungs- und akademischen Institutionen getestet, die unser Online-Messsystem für ihre Studien und veröffentlichten Arbeiten verwenden.
Beispieldaten & Metriken zur Reaktionszeit

Abb. 8: Datenbericht aus der Sitzung eines Teilnehmers, der die Stroop-Aufgabe mit Labvanced durchführt; die 3. Spalte von rechts zeigt die aufgezeichneten Reaktionszeiten.
Dinge, die Sie mit Labvanced’s präziser Zeitmessung tun können:
- Wachsamkeit
- Kognitiver Rückgang
- Wahrnehmung
- Leistungsmaß
- Merkmalswahrnehmung
LV-Bibliotheksstudien:
Es gibt viele Studien, die messen, wie lange es dauert, bis eine Reaktion auf einen Reiz erfolgt; hier sind einige Beispiele für Aufgaben, die im Wesentlichen die Messung der Reaktionszeit im Kern haben:
- N-back-Aufgabe: Ein kognitiver Test zur Messung der Arbeitsgedächtniskapazität. Reize werden präsentiert, und der Teilnehmer wird herausgefordert festzustellen, ob es sich um denselben Reiz handelt, der n Schritte zurück präsentiert wurde.
- Stroop-Aufgabe: Diese klassische Aufgabe zeigt, wie sich die Reaktionszeiten erhöhen, wenn einem Teilnehmer inkongruente Reize (ein Wort, das "gelb" sagt, aber in Blau gefärbt ist) präsentiert werden.
- Gesichtserkennung: Gesichtserkennung ist tief in der menschlichen Natur verankert, und die Reaktionszeit kann gemessen werden, wie lange es dauert, bis der Teilnehmer zwei oder mehr Gesichter erkennt oder unterscheiden kann.
Beliebte Forschungsbereiche, die Labvanced’s präzise Zeitmessung nutzen:
- Wachsamkeit
- Kognitiver Rückgang
- Wahrnehmung
- Leistungsmaß
- Merkmalswahrnehmung
Theoretisch können Sie die Reaktionszeit zu jedem Experiment hinzufügen, indem Sie einfach eine Reaktionszeit-Variable in Ihrem Editor erstellen.
Sehen Sie, wie Sie eine Reaktionszeitaufgabe zu Ihrer Studie mit diesem Video hinzufügen können: