Temporización 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, el tiempo de inicio del estímulo y cuándo ocurrió la respuesta del participante, ilustrado en Fig.1.

Fig. 1: Los dos componentes principales de la medición del tiempo de reacción.

Para que el tiempo de reacción se mida con precisión, debe conocerse el momento exacto de 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. De los dos puntos, es fácil determinar cuándo ocurrió la respuesta de un participante, pero es difícil saber exactamente cuándo ocurrió el inicio del estímulo (Punto A).

¿Por qué es complicado 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 ocurre a 60Hz, por lo que si algo está programado para ocurrir, solo puede ocurrir cuando el monitor se actualiza. Aunque esto está en una escala de milisegundos, es un factor importante a cuantificar (que discutiremos más adelante sobre 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 la 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 los retrasos del sistema (como un congelamiento del ordenador). Discutimos más adelante cómo verificamos este problema (el bucle de eventos de JavaScript).

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 artículo 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 temporización precisa

Fig. 2: La pipeline general para la temporización precisa y la captura de tiempos de reacción precisos en Labvanced.

Para proporcionar temporización precisa y tiempos de reacción, nuestro software sigue estos pasos (Fig. 2):

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

• Pre-renderizado: Cuando comienza el experimento, el contenido se crea recursivamente para que el siguiente marco y ensayo se carguen en segundo plano y estén listos para comenzar tan pronto como 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 computacionales finitos (GPU, CPU) que deben tenerse en cuenta ya que afectan el rendimiento. Capturamos cualquier posible retraso y lo proporcionamos como una variable de corrección al investigador que también puede utilizarse como un criterio de exclusión.

Guardando las Respuestas del Participante

Todos los experimentos ocurren localmente en el ordenador del participante. Por lo tanto, la internet no es técnicamente obligatoria para ejecutar un experimento. La internet solo es necesaria al principio para pre-cargar el experimento localmente y luego al final para subir los datos y respuestas de nuevo al servidor.

Sin embargo, si las provisiones están disponibles, nuestro software está configurado de tal manera que la grabación de datos y respuestas se guarda automáticamente después de cada ensayo. 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 ralentizarse.
2. Si un participante se detiene o se retira, al menos hay algunos datos guardados para los ensayos 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 del ordenador. Sin embargo, al grabar algo con tiempo de reacción, se necesita una marca de tiempo y la aplicación puede acceder al tiempo del sistema del reloj del ordenador para determinar cuándo ocurrieron el Punto A (inicio del estímulo) y el Punto B (respuesta del participante). Dado que la computadora tiene un reloj del sistema general, este 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 arriba 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)

Fig.3: Los pasos principales del mecanismo de pre-carga/caché en Labvanced.

La pre-carga o caché ocurre antes de que el experimento comience. Labvanced está configurado para que todos los estímulos experimentales del estudio sean descargados antes de que comience el estudio. Esto incluye todos los elementos, como imágenes y videos. Todos son obtenidos de los servidores de Labvanced y descargados localmente en el dispositivo del participante para que no tenga que ocurrir ninguna descarga durante el experimento en sí (Fig. 3).

Mecanismo de Pre-Renderizado

Fig. 4: Los pasos principales del mecanismo de pre-renderizado en Labvanced.

Tenemos un mecanismo de pre-renderizado en marcha para construir la estructura de las tareas experimentales, ensayos y marcos por adelantado. Por ejemplo, si estás en el Ensayo #1 de una tarea, pre-renderizamos todos los marcos en el ensayo actual y próximo para que no ocurra carga durante el experimento, incluyendo la instrucción, texto, objetos de audio, cruz de fijación, etc. Al construir los ensayos y marcos por adelantado, se evita que el navegador se ralentice o se sature (Fig. 4).

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 limitadas 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 del dispositivo y del participante, tenemos los siguientes mecanismos en su lugar:

• El request animation frame
• El Bucle de Eventos de JavaScript

Request Animation Frame

Fig. 5: Demostración del mecanismo request animation frame en Labvanced.

Cada 60ms el monitor se actualiza y actualiza 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 todos los casos donde ocurre un estímulo cronometrado.

Supongamos que ejecutas código para mostrar estímulos a 2000ms, cuando lo ejecutas, nada sucede, los estímulos se presentarán automáticamente en la siguiente tasa de refresco, 60 milisegundos (Hz) más tarde, en la marca de 240ms. Puedes medir este pequeño retardo y tenerlo en cuenta post-hoc. Debido a que utilizamos el request animation frame, puedes saber exactamente cuándo se ejecutó un comando (cuándo realmente sucedió/apareció en el monitor) y ajustar en consecuencia (Fig. 5).

Bucle de Eventos de JavaScript

Fig. 6: Los pasos del Bucle de Eventos de JavaScript, la Función de Retroceso, para determinar la velocidad del ordenador utilizando Labvanced.

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

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

Para determinar si esto está ocurriendo a nivel del participante, utilizamos el Bucle de Eventos de JavaScript usando Funciones de Retroceso que se ejecuta automáticamente (por defecto) en segundo plano para medir la cantidad de tiempo que toma para que la función vuelva a llamar sobre sí misma. Si no regresa dentro de 5 ms, significa que el navegador/computador del participante es lento, lo que podría afectar la integridad de los resultados experimentales que miden el tiempo de reacción (Fig. 6). Informamos el valor medio en milisegundos que toma para que la Función de Retroceso regrese para el participante.

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

Características Clave de las Capacidades de Tiempo de Reacción y Temporización Precisa de Labvanced:

Nuestras principales características para medir las respuestas de los participantes incluyen (Fig. 7):

• Precisión temporal de las presentaciones de estímulos
• Precisión espacial de las presentaciones de estímulos
• Precisión de seguimiento ocular y tasa de muestreo
• Cuantificación y mediciones 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.

Fig. 7: Las características clave de la solución de temporización precisa / tiempo de reacción de Labvanced.

Ventajas de la Temporización 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 tienen conocimiento del tiempo exacto en que los estímulos se presentan en la pantalla, lo que permite ajustes y mediciones precisas.
• Fuertes mecanismos computacionales y de programación: Para asegurar al investigador que los datos más precisos se están reportando, utilizamos fuertes mecanismos computacionales y de programación para cuantificar con precisión el inicio de los estímulos en la pantalla del participante.
• Probada y testada: 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 utilizando 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

Fig. 8: Informe de datos de la sesión de un participante realizando la Tarea Stroop utilizando Labvanced; la 3ra columna desde la derecha demuestra los tiempos de reacción registrados.

Cosas que puedes hacer con la Temporización Precisa de Labvanced:

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

Estudios de la Biblioteca LV:

Hay muchos estudios que miden cuánto tiempo tarda en ocurrir 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 se incrementan los tiempos de reacción cuando un participante se presenta con estímulos incongruentes (una palabra que dice ‘amarillo’ pero está coloreada de azul).
• Reconocimiento facial: El reconocimiento facial está profundamente arraigado en la naturaleza humana y se puede medir el tiempo de reacción para cuánto tiempo toma al participante reconocer o discriminar entre dos o más caras.

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

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