Sincronización Precisa

Antecedentes y Contexto

El tiempo de reacción en la investigación psicológica se utiliza para cuantificar procesos cognitivos y comportamientos. Una definición clara del tiempo de reacción tiene que ver con la cantidad de tiempo transcurrido entre un estímulo que aparece y la respuesta.

Hay dos componentes para medir el tiempo de reacción con precisión: el tiempo de inicio del estímulo y cuándo ocurrió la respuesta del participante:

Los dos componentes principales y factores que influyen en su cuantificación para medir el tiempo de reacción con precisión en entornos en línea.

Para que el tiempo de reacción se mida con precisión, debe conocerse el tiempo exacto del inicio del estímulo (Punto A), así como cuándo ocurrió la respuesta del participante (Punto B), ya que el tiempo de reacción es la diferencia entre estos dos puntos. A partir de los dos puntos, es fácil determinar cuándo ocurrió la respuesta del participante, pero es un desafío saber exactamente cuándo ocurrió el inicio del estímulo (Punto A).

¿Por qué es desafiante determinar cuándo ocurre el Punto A? Hay tres razones principales que influyen en cuándo aparece un estímulo:

1. Tasa de refresco de la pantalla: La tasa de refresco del monitor es de 60 Hz, por lo que si algo está programado para ocurrir, puede ocurrir solo cuando se refresca el monitor. Aunque esto está en una escala de milisegundos, es un factor importante a cuantificar (discutimos más adelante cómo se mide con el request animation frame) ya que impacta directamente en la secuencia experimental.

2. Naturaleza de la programación: Todos los experimentos se basan en codificación y para que el código se ejecute, debe ser procesado, ya que nada es instantáneo; esto generalmente toma de 1 a 2 ciclos de refresco.

3. Capacidad del dispositivo: Aunque esto no es común, si la capacidad del dispositivo del participante es realmente lenta, la presentación del estímulo puede retrasarse debido a todos los retrasos del sistema (como un congelamiento del ordenador). Discutimos más adelante cómo verificamos este problema (el JavaScript Event Loop).

En resumen, el tiempo de reacción se ve afectado por muchos factores sobre los cuales se construyen procesos tecnológicos para determinar con precisión el tiempo entre el inicio del estímulo y la respuesta del participante.

Publicación Revisada por Pares en Behavior Research Methods

Consulte este documento revisado por pares publicado en Springer Nature’s Behavior Research Methods en mayo de 2022. Los autores concluyen que Labvanced tiene las medidas de tiempo de reacción más precisas en comparación con otras herramientas basadas en la web.

Nuestro Proceso: La pipeline de Labvanced para una sincronización precisa

Para proporcionar una sincronización precisa y tiempos de reacción, nuestro software sigue los siguientes pasos:

• Pre-carga (caché): Asegurando que todos los estímulos experimentales estén cargados a priori antes de que comience el experimento y disponibles localmente, para que la carga no ocurra en medio del progreso experimental. Entonces, si un participante quiere participar en un estudio, todos los estímulos (imágenes, audio y video) ya están obtenidos y cargados localmente en su computadora desde nuestro servidor.

• Pre-renderizado: Cuando comienza el experimento, el contenido se crea recursivamente para que el siguiente cuadro y prueba esté cargado en segundo plano y listo para ser usado en cuanto el participante esté listo para continuar. Esto es impulsado por un mecanismo de pre-renderizado.

• Mediciones Específicas del Participante: Dado que los estudios en línea comienzan en el navegador, cada participante tiene recursos de computadora finitos (GPU, CPU) que deben tenerse en cuenta, ya que afectan el rendimiento. Capturamos cualquier posible retraso y lo proporcionamos como variable de corrección al investigador, la cual también puede usarse como criterio de exclusión.

La pipeline general para la sincronización precisa y captura de tiempos de reacción precisos en Labvanced.

Guardando las Respuestas de los Participantes

Todos los experimentos ocurren localmente en la computadora del participante. Por lo tanto, internet no es técnicamente obligatorio para ejecutar un experimento. Internet solo se necesita al principio para precargar el experimento localmente y al final para subir los datos y respuestas de vuelta al servidor.

Sin embargo, si las provisiones están disponibles, nuestro software está configurado para que la grabación de datos y respuestas se guarden automáticamente después de cada prueba. Esto es importante porque:

1. Un navegador local no puede contener o caché una cantidad infinita de memoria. Al hacer copias de seguridad con frecuencia, se libera memoria y el sistema no corre el riesgo de retrasos.
2. Si un participante se detiene o abandona, al menos hay algunos datos guardados para las pruebas que completó y proporcionó respuestas antes de terminar su participación.

Acerca de la Marca de Tiempo

Mientras el experimento está activo, la aplicación de Labvanced no tiene acceso a todos los otros procesos o partes en la computadora. Sin embargo, al grabar algo con tiempo de reacción, se necesita una marca de tiempo y la aplicación puede acceder al tiempo del sistema desde el reloj de la computadora para determinar cuándo ocurrieron el Punto A (inicio del estímulo) y el Punto B (la respuesta del participante). Dado que la computadora tiene un reloj del sistema general, esto es el mismo sin importar dónde/qué estés haciendo o usando.

Acerca de la Arquitectura del Sistema y el Flujo de Datos del Tiempo de Reacción

Mientras la pipeline descrita anteriormente captura los pasos básicos del proceso de tiempo de reacción, a continuación se presenta una explicación más detallada de todo lo que está ocurriendo en Labvanced para hacer que la medición del tiempo de reacción sea precisa.

Pre-carga (Caché)

La pre-carga o caché ocurre antes de que comience el experimento. Labvanced está configurado para que todos los estímulos experimentales del estudio se descarguen antes de que comience el estudio. Esto incluye todos los elementos, como imágenes y videos. Todos ellos se obtienen de los servidores de Labvanced y se descargan localmente en el dispositivo del participante para que no tenga que ocurrir ninguna descarga durante el experimento en sí.

Los pasos principales del mecanismo de pre-carga/caché en Labvanced.

Mecanismo de Pre-renderizado

El mecanismo de pre-renderizado de Labvanced está en su lugar para construir la estructura de las tareas experimentales, pruebas y cuadros por adelantado. Por ejemplo, si estás en la Prueba #1 de una tarea, pre-renderizamos todos los cuadros en la prueba actual y próxima para que la carga no ocurra durante el experimento, incluyendo la instrucción, texto, objetos de audio, cruz de fijación, etc. Al construir las pruebas y los cuadros por adelantado, se evita que el navegador se ralentice o se vea abrumado.

Los pasos principales del mecanismo de pre-renderizado en Labvanced.

Mediciones Específicas del Participante

Debido a la variabilidad innata entre dispositivos y computadoras, el rendimiento se ve afectado por la definición. Simplemente al ejecutar un experimento en un sistema local que está inherentemente limitado en recursos (es decir, la velocidad y la memoria no son infinitas, sino que están restringidas por sus especificaciones técnicas), los estímulos pueden no mostrarse como se espera (puede haber un retraso de unos pocos milisegundos, por ejemplo).

Para capturar estas fluctuaciones específicas de dispositivo y participante, tenemos los siguientes mecanismos implementados:

• El request animation frame
• El JavaScript Event Loop

Request Animation Frame

Cada 60 ms, el monitor se está actualizando y refrescando independientemente, esta es una constante para todas las computadoras y pantallas. Para determinar si hay un retraso en la presentación del estímulo (en la escala de milisegundos), se utiliza el request animation frame para todas las instancias en las que ocurre un estímulo cronometrado.

Digamos que ejecutas código para mostrar estímulos a 2000 ms, cuando lo ejecutas, nada sucede; los estímulos se presentarán automáticamente en la siguiente tasa de refresco, 60 milisegundos (Hz) después, en la marca de 240 ms. Puedes medir este pequeño retraso y tenerlo en cuenta posteriormente. Debido a que utilizamos el request animation frame, puedes saber exactamente cuándo se ejecutó un comando (cuándo realmente sucedió/apareció en el monitor) y ajustarlo en consecuencia.

Demostración del mecanismo de request animation frame en Labvanced.

JavaScript Event Loop

Otro ejemplo de mediciones específicas del participante tiene que ver con la determinación de la velocidad de su dispositivo.

Si tu computadora es lenta, puede ser porque hay procesos del sistema activos que utilizan la CPU disponible. Así, el navegador está utilizando los recursos limitados que están disponibles y, como resultado, todo se vuelve más lento.

Para determinar si esto está sucediendo a nivel del participante, utilizamos el JavaScript Event Loop usando Funciones CallBack que se ejecuta automáticamente (por defecto) en segundo plano para medir la cantidad de tiempo que tarda la función en llamar de nuevo a sí misma. Si no regresa en 5 ms, significa que el navegador/computadora del participante es lenta, lo que podría afectar la integridad de los resultados experimentales que miden el tiempo de reacción. Reportamos el valor medio en milisegundos que tarda la Función CallBack en devolver para el participante.

Los pasos del JavaScript Event Loop, la Función CallBack, para determinar la velocidad de la computadora utilizando Labvanced.

Para los miles de estudios que han sido completados por participantes en Labvanced, hemos encontrado que más del 95% de los participantes tienen un valor reportado que cae por debajo de 3 ms, a veces incluso por debajo de 1 ms. Pero en algunos casos, hay resultados que promedian entre 200-300 ms, lo que podría indicar al investigador que considere excluir los datos de ese usuario en particular del análisis final del conjunto de datos.

Capacidades Clave de Labvanced en Tiempos de Reacción y Sincronización Precisa:

Nuestras principales características y capacidades para medir las respuestas de los participantes incluyen:

• Precisión temporal en las presentaciones de estímulos
• Precisión espacial en las presentaciones de estímulos
• Precisión del seguimiento ocular y tasa de muestreo
• Cuantificación y medición de cualquier retraso relacionado con el dispositivo y la pantalla para cada participante, permitiendo la estandarización, comparabilidad entre sujetos y correcciones. Esto ocurre a través de la precisión del bucle de eventos y el request animation frame descrito en la sección anterior.

Las capacidades y características clave de la solución de sincronización precisa / tiempo de reacción de Labvanced.

Ventajas de la Sincronización Precisa de Labvanced

Debido a estos pasos y mecanismos, Labvanced ofrece una solución precisa y exacta para medir el tiempo de reacción durante experimentos en línea. Destacamos las siguientes ventajas de nuestra plataforma:

• Temporización controlada de los estímulos: Los investigadores conocen el momento exacto en que los estímulos se presentan en pantalla, lo que permite ajustes y mediciones precisas.
• Fuertes mecanismos computacionales y de programación: Para asegurar al investigador que se están reportando los datos más precisos, utilizamos fuertes mecanismos computacionales y de programación para cuantificar con precisión el inicio de los estímulos en la pantalla del participante.
• Probado y testado: Hemos trabajado con investigadores de todo el mundo para perfeccionar nuestra plataforma y, como resultado, nuestras características han sido probadas y testadas por innumerables instituciones de investigación y académicas que utilizan nuestra medición de tiempo de reacción en línea como base para sus estudios y trabajos publicados.

Datos de Muestra y Métricas para el Tiempo de Reacción

Informe de datos de la sesión de un participante realizando la Tarea Stroop utilizando Labvanced; la 3ª columna desde la derecha demuestra los tiempos de reacción registrados.

Estudio de la Biblioteca LV:

Hay muchos estudios que miden cuánto tiempo toma para que ocurra una respuesta a un estímulo, aquí hay algunos ejemplos de tareas que tienen la medición del tiempo de reacción en su núcleo:

• Tarea N-back: Una prueba cognitiva que mide la capacidad de memoria de trabajo. Se presentan estímulos y se desafía al participante a coincidir si es el mismo estímulo presentado n-pasos atrás.
• Tarea Stroop: Esta tarea clásica demuestra cómo aumentan los tiempos de reacción cuando se presenta a un participante estímulos incongruentes (una palabra que dice 'amarillo' pero está coloreada en azul).
• Reconocimiento de caras: El reconocimiento de caras está profundamente arraigado en la naturaleza humana y se puede medir el tiempo de reacción para cuánto tiempo le toma al participante reconocer o discriminar entre dos o más caras.

Áreas de Investigación Populares que Utilizan la Sincronización Precisa de Labvanced:

• Alerta
• Declive cognitivo
• Percepción
• Medidas de rendimiento
• Reconocimiento de características