Name: using eye movements to evaluate the cognitive processes involved in text comprehension
Uploaded: 2014-01-10T13:45:00
Duration: 6 min 49 s
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Desideriamo ringraziare tutti coloro che hanno partecipato alla ricerca condotta nel Language Research Lab dell'Università dell'Illinois a Chicago. Ringraziamo anche Frances Daniel, che ha contribuito a sviluppare i programmi utilizzati per raccogliere i dati presentati qui.

<ol>
	<li>Ashby, J., Rayner, K., Clifton, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eye+movements+of+highly+skilled+and+average+readers:+Differential+effects+of+frequency+and+predictability.">Eye movements of highly skilled and average readers: Differential effects of frequency and predictability.</a> Q. J. Exp. Psychol.. 58A, 1065-1086 (2005).</li><li>Binder, K. S., Morris, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+eye-movement+analysis+of+ambiguity+resolution:+Beyond+meaning+access.">An eye-movement analysis of ambiguity resolution: Beyond meaning access.</a> Discourse Processes. 48, 305-330 (2011).</li><li>Bowdle, B., Gentner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+career+of+metaphor.">The career of metaphor.</a> Psychol. Rev. 112, 193-216 (2005).</li><li>Campbell, S. J., Raney, G. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+processing+of+compound+words+in+English:+Effects+of+word+length+on+eye+movements+during+reading.">The processing of compound words in English: Effects of word length on eye movements during reading.</a> Lang. Cogn. Process. 23, 1057-1088 (2008).</li><li>Lohse, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consumer+Eye+movement+patterns+on+yellow+pages+advertising.">Consumer Eye movement patterns on yellow pages advertising.</a> J. Advert. 26, 61-73 (1997).</li><li>Kaakinen, J. K., Hyn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspective+effects+in+repeated+reading:+An+eye+movement+study.">Perspective effects in repeated reading: An eye movement study.</a> Mem. Cogn. 35, 1323-1336 (2007).</li><li>Raney, G. E., Rayner, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Word+frequency+effects+and+eye+movements+during+two+readings+of+a+text.">Word frequency effects and eye movements during two readings of a text.</a> Can. J. Exp. Psychol. 49, 151-172 (1995).</li><li>Rayner, K., Raney, G. 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C., Pollatsek, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+word+frequency,+word+predictability,+and+font+difficulty+on+the+eye+movements+of+young+and+older+readers.">The effect of word frequency, word predictability, and font difficulty on the eye movements of young and older readers.</a> Psychol. Aging. 21, 448-465 (2006).</li><li>Yang, G. Z., Dempere-Marco, L., Hu, X. P., Rowe, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+search:+Psychophysical+models+and+practical+applications.">Visual search: Psychophysical models and practical applications.</a> Image Vis. Comput. 20, 291-305 (2002).</li></ol>

Non esistono conflitti di interesse. Gli autori non hanno interessi finanziari nei produttori delle apparecchiature qui descritte.

I progressi tecnologici hanno portato alla disponibilità di sistemi di tracciamento oculare altamente accurati, affidabili e facili da usare. Nel campo della ricerca linguistica, il monitoraggio dei movimenti oculari consente ai ricercatori di determinare come i lettori valutano un testo. I modelli di fissazione possono essere usati per determinare quali parti di un testo sono più difficili da elaborare o sono più facili da elaborare, quali parti di un testo possono essere comprese con una singola fissazione e quali parti richiedono più correzioni o regressioni e la sequenza in cui i lettori elaborano il testo. Insieme, queste misure supportano le conclusioni sui processi cognitivi coinvolti nella comprensione del testo.
La comprensione si basa su un'interazione tra le informazioni contenute in un testo e le capacità cognitive e le conoscenze applicate dal lettore; pertanto, una comprensione completa della comprensione del testo può essere ottenuta solo utilizzando una misura di elaborazione sensibile alle proprietà del testo e alle caratteristiche del lettore. Come notato in precedenza, i movimenti oculari variano in base alle caratteristiche linguistiche, come la frequenza delle parole, la lunghezza delle parole e lacomplessità delle frasi 1,2, 7,10,11e le caratteristiche del lettore, come la capacità di lettura e la conoscenza degliargomenti 1,9. Pertanto, i movimenti oculari forniscono una misura ideale della comprensione del testo.
Poiché i movimenti oculari variano in base a molte caratteristiche linguistiche, il controllo preciso degli stimoli è essenziale quando si studiano i processi cognitivi coinvolti nella comprensione del testo. I ricercatori spesso si sforzano di sviluppare stimoli controllati quanto è necessario per condurre l'esperimento reale. In effetti, la ricerca è buona solo quanto gli stimoli.
Le metodologie di tracciamento oculare possono fornire dati preziosi per qualsiasi campo di ricerca in cui ai partecipanti vengono mostrati stimoli visivi e sono tenuti a valutare gli stimoli. Ad esempio, nel campo della pubblicità, si potrebbero determinare quali parti di un annuncio visivo attirano più attenzione misurando quali parti dell'annuncio le persone guardanoal massimo 5,8. Nella ricerca medica, si potrebbe determinare se stagisti e medici esperti valutano un'immagine a raggi X o risonanza magnetica allo stesso modo osservando il percorso di scansione del movimento degli occhi e quanto tempo viene speso per valutare le strutture fisiche critiche15. In questi esempi il modello dei movimenti oculari indica quali parti dell'immagine attirano l'attenzione della persona che visualizza l'immagine.

Quando i lettori leggono un testo, spostano gli occhi da una parola all'altra attraverso un modello alternato di fissazioni (punti in cui gli occhi sono fermi e focalizzati su una parola) e saccadi (punti in cui l'occhio si muove tra le parole). Le correzioni che seguono saccades che spostano il lettore in avanti attraverso un testo sono chiamate fissazioni e correzioni in avanti a seguito di saccade che spostano il lettore verso punti precedenti in un testo sono chiamate fissazioni regressive. L'ipotesi di base dei metodi di tracciamento oculare è che l'aumento delle richieste di elaborazione è associato a un aumento del tempo di elaborazione o a cambiamenti nel modello di fissazione. L'aumento del tempo di elaborazione può essere riflesso da fissazioni di durata più lunga o da un maggior numero di fissazioni (in avanti e regressive).
I movimenti oculari offrono diversi vantaggi importanti come misura del comportamento di lettura rispetto alla misurazione dei tempi di lettura per un intero passaggio o tempi di lettura frase per frase. In primo luogo, il monitoraggio dei movimenti oculari produce un record continuo e online delle prestazioni di lettura. Ciò consente di esaminare le richieste di elaborazione del testo a livello globale (su un intero testo), a livello di frase (singole frasi) o a livello locale (singole parole o frasi). Ad esempio, le modifiche nella difficoltà globale portano a cambiamenti in diverse misure di prestazioni, come il tempo di lettura totale, il numero di fissazioni in avanti e il numero di regressioni. I cambiamenti nella difficoltà a livello locale influiscono anche su diverse misure, come i tempi di lettura per le singole parole, la probabilità di fissare le parole e la probabilità di fare regressioni a parole specifiche. I tempi di lettura complessivi o i tempi di lettura frase per frase non forniscono misure così dettagliate delle prestazioni di lettura. In secondo luogo, i movimenti oculari sono una parte naturale della lettura; pertanto, non vengono poste ulteriori richieste di attività a un lettore. In terzo luogo, possono essere analizzatimolteplici aspetti dei movimenti oculari (ad esempio durata di fissazione, lunghezza saccade e frequenza di regressione), fornendo una finestra su diversi elementi del processo di lettura. In quarto luogo, i movimenti oculari riflettono direttamente le esigenze di elaborazione associate alle caratteristiche del testo letto. Ad esempio, i movimenti oculari variano in funzione della frequenzadelle parole 10,11, della lunghezzadella parola 7, dell'ambiguità lessicale2, del vincolo contestuale1e dellaripetizione 10,13. Quinto, i movimenti oculari riflettono le differenze individuali nei lettori. Ad esempio, i movimenti oculari variano in base allacapacità di lettura 1, alla conoscenza preliminare diun argomento 9e all'età dellettore 14. Rayner, Pollatsek, Ashby e Clifton13 forniscono una revisione approfondita dei movimenti oculari durante la lettura. Nel complesso, questi vantaggi rendono i movimenti degli occhi una misura ideale del comportamento di lettura.
La ricerca qui descritta ha utilizzato una metodologia di movimento oculare per studiare i processi cognitivi coinvolti nella comprensione del testo. In particolare, l'esperimento è stato progettato per esplorare come vengono elaborate metafore familiari e sconosciute4. In questo studio, i partecipanti leggono brevi testi presentati su un monitor mentre i loro movimenti oculari sono stati monitorati. Ogni testo conteneva quattro frasi. Le prime due frasi fornivano un contesto coerente con il significato previsto della metafora. Le metafore sono state presentate nella terza frase. La quarta frase è servita da conclusione neutrale. Esempi di testi contenenti metafore familiari (1) e sconosciute (2) sono presentati di seguito con le metafore sottolineate per facilità di identificazione.
<ol><li>
Passaggio metaforico familiare. Peter non aveva mai visto una ragazza così bella prima d'ora. Sperava davvero che qualcosa di speciale sarebbe cresciuto tra i due. Pensava a se stesso che l'amore è un fiore. Peter chiamò la ragazza più tardi quella notte.</li>
	<li>
Passaggio metaforico sconosciuto. Laurearsi al college è una pietra miliare molto importante per molte persone. Ci vuole molto lavoro per raggiungere questo obiettivo. Per molte persone una laurea è una porta. Laurearsi al college è qualcosa di cui essere molto orgogliosi.</li>
</ol>Ricerche passate basate su una varietà di metodi hanno dimostrato che le metafore familiari sono più facili da capire (elaborate più velocemente) rispetto alle metaforesconosciute 3,6. La potenza del metodo di tracciamento oculare è che la fonte della difficoltà di elaborazione può essere isolata a parole specifiche. Ad esempio, i ricercatori possono determinare se il tempo extra necessario per comprendere metafore sconosciute si ottiene rallentando quando si legge ogni parola nelle metafore o rallentando le ultime parole della metafora (quando è chiaro che la frase precedente è una metafora). Inoltre, i modelli di movimenti oculari supportano le deduzioni sui processi cognitivi coinvolti nella comprensione delle metafore. Ad esempio, quando si leggono metafore nuove o sconosciute, i lettori dovrebbero elaborare ulteriormente le metafore per estrarre i significati figurativi. Questo potrebbe riflettersi nello schema del movimento degli occhi come regredire all'inizio delle metafore e poi leggere attraverso le metafore una seconda volta. I lettori potrebbero anche cercare di confrontare i significati delle due parole chiave nelle metafore (ad esempio amore e fiore),che potrebbero portare a uno schema di movimenti oculari avanti e indietro tra le parole chiave. In alternativa, quando si leggono metafore familiari, i lettori potrebbero estrarre i significati figurativi immediatamente dopo aver letto le metafore; pertanto, non sarebbero necessarie regressioni. Il punto chiave è che i modelli di movimento degli occhi consentono ai ricercatori di fare deduzioni sui processi online utilizzati per comprendere le metafore. Ciò supporta conclusioni più descrittive rispetto alla semplice affermazione che il tempo complessivo di elaborazione è più lungo per metafore sconosciute che familiari.
Lo studio qui descritto illustra un metodo comune di contrasto dei modelli di movimento degli occhi per due tipi di stimoli scritti e fornisce una situazione concreta per descrivere gli aspetti critici delle metodologie di movimento degli occhi. È importante sottolineare che il metodo di movimento degli occhi descritto qui può essere generalizzato per studiare molti altri problemi, come il modo in cui i lettori risolvono problemi matematici basati su parole che variano incomplessità (ad esempio alta e bassa complessità), o come i problemi di parole vengono risolti dagli esperti di dominio rispetto ai principianti. I movimenti oculari potrebbero essere usati per determinare quali parole nei problemi attirano la maggiorattenzione (cioè durate di fissazione più lunghe e il maggior numero di fissazioni) e se esperti e principianti si concentrano sulle stesse informazioni. In ogni caso, il monitoraggio dei movimenti oculari fornirebbe una registrazione dei cambiamenti momento per momento nelle richieste di elaborazione associati alla comprensione dei problemi letti.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="495">
	<colgroup>
		<col span="3" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:165px;">Eye Tracker</td>
			<td style="width:165px;">SR Research Ltd.</td>
			<td style="width:165px;">EyeLink 1000 Remote Desktop model</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:165px;">Experiment Control Software</td>
			<td style="width:165px;">SR Research Ltd.</td>
			<td style="width:165px;">Experimental Builder</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:165px;">Eye Movement Evaluation Software</td>
			<td style="width:165px;">SR Research Ltd.</td>
			<td style="width:165px;">Data Viewer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using eye movements to evaluate the cognitive processes involved in text comprehension

Il presente articolo descrive come utilizzare le metodologie di tracciamento oculare per studiare i processi cognitivi coinvolti nella comprensione del testo. Misurare i movimenti oculari durante la lettura è uno dei metodi più precisi per misurare le richieste di elaborazione momento per momento (online) durante la comprensione del testo. Le richieste di elaborazione cognitiva sono riflesse da diversi aspetti del comportamento del movimento degli occhi, come la durata della fissazione, il numero di fissazioni e il numero di regressioni (tornando alle parti precedenti di un testo). Vengono descritte importanti proprietà delle apparecchiature di tracciamento oculare che i ricercatori devono considerare, tra cui la frequenza con cui viene misurata la posizione dell'occhio (frequenza di campionamento), l'accuratezza della determinazione della posizione degli occhi, la quantità di movimento della testa consentita e la facilità d'uso. Sono descritte anche le proprietà degli stimoli che influenzano i movimenti oculari che devono essere controllati negli studi sulla comprensione del testo, come la posizione, la frequenza e la lunghezza delle parole bersaglio. Vengono fornite raccomandazioni procedurali relative alla preparazione del partecipante, alla configurazione e alla calibrazione dell'attrezzatura e all'esecuzione di uno studio. Vengono presentati risultati rappresentativi per illustrare come valutare i dati. Sebbene la metodologia sia descritta in termini di comprensione della lettura, molte delle informazioni presentate possono essere applicate a qualsiasi studio in cui i partecipanti leggano stimoli verbali.

Possono essere analizzati più aspetti dei movimenti oculari, che sono spesso classificati come misure globali e locali. Le misure globali riflettono il comportamento del movimento degli occhi in un'intera prova, ad esempio il tempo di lettura complessivo, la durata media di fissazione per tutte le parole e il numero totale di fissazioni (sia in avanti che regressive). Le misure locali riflettono il comportamento del movimento degli occhi per una parola bersaglio specifica o un insieme di parole bersaglio (come le parole nelle metafore) e sono indicate come regioni di interesse. Le misure locali includono i tempi di fissazione per le parole di destinazione, la probabilità di fissare le parole di destinazione, il numero di fissazioni sulle parole di destinazione e il numero di regressioni per le parole di destinazione, per citane alcune. Inoltre, le misure locali sono spesso discusse in termini di prima esecuzione, seconda esecuzione e tempo totale. La prima esecuzione (chiamata anche primo passaggio) si riferisce alle correzioni effettuate su una parola di destinazione prima di passare a un'altra parola. Questo può essere pensato come il primo incontro con la parola di destinazione. La seconda esecuzione (chiamata anche secondo passaggio) si riferisce alle correzioni effettuate su una parola di destinazione dopo aver lasciato inizialmente la parola di destinazione. Queste sono generalmente regressioni alle parole di destinazione. Il tempo totale include tutte le correzioni effettuate sulle parole di destinazione (tutte le esecuzioni combinate). Misure più complesse vengono utilizzate anche per valutare i tempi di elaborazione e i modelli di movimento degli occhi, come la durata del percorso di regressione, che è definito come il tempo totale dall'incontro iniziale di una parola allo spostamento alla parola successiva. Ad esempio, se un lettore (1) fissava l'ultima parola in una metafora, (2) tornava a fissare la prima parola nella metafora, (3) fissava di nuovo l'ultima parola, e poi (4) fissava la prima parola nella frase successiva, la durata del percorso di regressione includerebbe le prime tre fissazioni in questo esempio.
I movimenti oculari di una prova campione sono presentati nella figura 2. I cerchi rappresentano posizioni di fissazione e le linee gialle rappresentano saccades, che mostrano come il lettore si è spostato da una parola all'altra. La difficoltà di elaborazione extra associata alla metafora può essere vista dalla densità delle fissazioni sulla metafora. Le fissazioni possono essere raggruppate per regioni di interesse(ad esempio parole nelle metafore) per determinare quanto tempo è stato speso per ogni parola e il numero di fissazioni fatte su ogni parola per metafore familiari e sconosciute. I risultati mostrati nella figura 3 dimostrano che è stato trascorso più tempo a elaborare le due parole di contenuto chiave in metafore sconosciute che in metafore familiari.
I vantaggi della registrazione dei movimenti oculari rispetto ai tempi di lettura per un intero passaggio o i tempi di lettura frase per frase possono essere visti nelle figure 2 e 3. Ad esempio, ci sono cinque correzioni sulla regione metaforica (Figura 2), tre fissazioni in avanti e due fissazioni regressive, che riflettono il lettore che legge attraverso la metafora "porta" e poi ritorna (regredendo) a "grado". In sostanza, la metafora è stata letta due volte. Questo risultato passa inosservato se si misurano solo i tempi di lettura delle frasi o i tempi di lettura complessivi. Come secondo esempio, la Figura 3 mostra che è stato trascorso più tempo a leggere l'ultima parola della metafora rispetto alle altre tre parole della metafora, e che il tempo di lettura era più veloce per metafore familiari che sconosciute per tre delle quattro parole nelle metafore. Misurare i tempi di lettura frase per frase indicherebbe tempi di lettura più lunghi per frasi contenenti metafore familiari rispetto a metafore sconosciute, ma sarebbe impossibile sapere se il tempo di lettura extra fosse distribuito su tutte le parole della metafora o fosse limitato a parole specifiche, e quanto tempo è stato speso per ogni parola sarebbe sconosciuto. Questi due esempi mostrano il vantaggio di registrare un comportamento di lettura online continuo.
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50780/50780fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50780/50780fig1.jpg"> Figura 1. L'immagine a sinistra mostra un partecipante posizionato sul poggiatesta/mento mentre guarda il display di un computer. La sorgente luminosa a infrarossi e la videocamera si trovano sotto il display. L'immagine giusta mostra la visualizzazione dello sperimentatore. L'immagine di grandi dimensioni nella cornice superiore mostra il volto del partecipante intorno all'occhio destro (l'occhio monitorato) e la piccola immagine mostra un primo piano dell'occhio destro. Le aree blu sono aree di alta riflessione della luce infrarossa dai capelli del partecipante (immagine grande) e pupilla (piccola immagine). I peli incrociati sopra l'occhio identificano il centro della pupilla e il riflesso corneale vicino al fondo della pupilla. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50780/50780fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare l'immagine più grande.</a>
<img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50780/50780fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50780/50780fig3.jpg"> Figura 2. Movimenti oculari da un passaggio campione contenente una metaforasconosciuta (una laurea è una porta). I cerchi indicano le posizioni di fissazione e le linee gialle indicano i tracciati saccade. I cerchi più grandi rappresentano fissazioni di durata più lunga. I piccoli numeri accanto ai cerchi indicano la durata di fissazione in millisecondi (msec). Gli spazi vuoti (nessuna linea saccade, ad esempio tra le parole molte persone) indicano punti in cui si è verificata una perdita di traccia a causa di un artefatto come soggetti che chiudono momentaneamente gli occhi. La figura mostra una regressione da porta a grado all'interno della metafora. 
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50780/50780fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50780/50780fig2.jpg"> Figura 3. Durata totale di fissazione (msec) sulle parole in metafore familiari e sconosciute. Le parole nell'asse orizzontale corrispondono alle metafore familiari (F) e sconosciute (U) del campione. I dati rappresentano una media di 10 metafore familiari e 10 sconosciute.

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Using Eye Movements to Evaluate the Cognitive Processes Involved in Text Comprehension

Il presente articolo descrive come utilizzare le metodologie di tracciamento oculare per studiare i processi cognitivi coinvolti nella comprensione del testo. Sono incluse descrizioni delle apparecchiature di tracciamento oculare, come sviluppare stimoli sperimentali e raccomandazioni procedurali. Le informazioni presentate possono essere applicate alla maggior parte di qualsiasi studio utilizzando stimoli verbali.

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