Name: defining the role of language in infants' object categorization with eye-tracking paradigms
Uploaded: 2019-02-08T15:00:00
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这里报告的研究得到了国家卫生研究院国家儿童健康和人类发展研究所的支持, 该研究所的奖项号为 r01hd083310, 并得到了国家科学基金会研究生研究研究金的支持。DGE‐1324585, 我的时间, 我的内容完全由作者负责, 不一定代表国家卫生研究院或国家科学基金会的官方观点。

这里描述的所有方法都得到了西北大学机构审查委员会的批准。
1. 刺激创造
注: 以下所报告的代表性设计中使用的视觉刺激 (见图 1) 最初是在 hay 和 waxman (2016年)18开发的, 可在 https://osf.io/n6uy8/下载。
<ol><li>要创造一个新的连续类别, 首先设计一对新颖的数字图像。接下来, 将这对图像变形在一起, 使用软件 (例如, ?...

<ol>
	<li>Eimas, P. D., Quinn, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+the+Formation+of+Perceptually+Based+Basic-Level+Categories+in+Young+Infants.">Studies on the Formation of Perceptually Based Basic-Level Categories in Young Infants.</a> Child Development. 65 (3), 903-917 (1994).</li><li>Madole, K. L., Oakes, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+sense+of+infant+categorization:+Stable+processes+and+changing+representations.">Making sense of infant categorization: Stable processes and changing representations.</a> Developmental Review. 19 (2), 263-296 (1999).</li><li>Gelman, S. A., Markman, E. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Listening+to+the+calls+of+the+wild:+The+role+of+experience+in+linking+language+and+cognition+in+young+infants.">Listening to the calls of the wild: The role of experience in linking language and cognition in young infants.</a> Cognition. 153, 175-181 (2016).</li><li>Althaus, N., Mareschal, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Labels+direct+infants&#8217;+attention+to+commonalities+during+novel+category+learning.">Labels direct infants&#8217; attention to commonalities during novel category learning.</a> PLoS ONE. 9 (7), e99670 (2014).</li><li>Fulkerson, A. L., Haaf, R. 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+influence+of+labels,+non-labeling+sounds,+and+source+of+auditory+input+on+9-+and+15-month-olds&#8217;+object+categorization.">The influence of labels, non-labeling sounds, and source of auditory input on 9- and 15-month-olds&#8217; object categorization.</a> Infancy. 4 (3), 349-369 (2003).</li></ol>

在这里, 我们提出了一个评估标签在分类中的作用的过程。通过向2岁的孩子提供一个有标签和无标签的标签样本的现实组合, 我们证明了非常年幼的孩子有能力在半监督的环境中学习, 扩大与成人和年龄较大的儿童 24,25岁的工作.因此, 这种方法提供了一个解决方案, 上面提出的悖论: 即使几个标记的样本可以激发类别学习, 那么标签可以是罕见的和强大的?...

分类是人类认知的一个基本组成部分: 婴儿的分类能力在婴儿期早期就出现, 并随着年龄的增长而变得越来越复杂。1,2,3研究还揭示了语言在婴儿分类中的强大作用: 从3个月大的年龄开始, 婴儿在类别样本与语言配对时学习类别会更成功。4 个,5,6此外, 到第一年结束时, 婴儿已经适应了计数名词标签在分类中的作用。将类别示例与一致的标签短语 ("这是一个 vep!") 配对, 以促进婴儿的类别学习, 相对于为每个样本提供一个独特的标签 ("这是一个 vep", "这是一个 dax," 等) 或一个非标签短语 ("看看这个")。7.,8,9
然而, 在婴儿的日常经历中, 他们遇到的绝大多数物体很可能会保持没有标签。没有一个照顾者可以给婴儿看到的每一个物体贴上标签, 更不能提供适用于每一个物体的标签 (例如, "malamute"、"狗"、"宠物"、"动物")。这就提出了一个悖论: 我们如何调和婴儿分类中标签的力量与婴儿日常生活中相对稀缺的力量？
为了回答这个问题, 我们开发了一个协议来评估婴儿如何在各种不同的学习环境中学习类别, 包括当他们收到标记和未标记的样本的混合物。具体来说, 我们建议, 即使在学习之初接受一些标记的样本, 也可以通过提高婴儿从后续的、未贴上标签的样本中学习的能力来促进分类。这种使用少量标记样本作为学习大量未标记样本的基础的策略已在机器学习领域得到广泛实施, 从而产生了一个半监督学习系列 (ssl)算法10,11,12。当然, 不同类型的学习者所实施的学习策略并不相同: 在机器学习中, 算法通常会接触到更多的示例, 对每个示例进行明确的猜测, 并学习多个类别同时。然而, 机器和婴儿学习者都可能受益于成功地整合标记和未标记的样本, 以便在稀疏的标签环境中学习新的类别。
我们的设计重点是2岁的孩子, 在获取许多新类别的单词的过程中, 是否有能力进行这种半监督学习。我们采用标准的婴儿分类措施: 熟悉测试任务。在这个范式中, 2岁的孩子在熟悉阶段接触到了一系列来自新类别的榜样。每个样本都与不同的听觉刺激配对, 具体取决于条件 (即标签或非标记短语)。然后, 在测试中, 所有2岁的孩子都看到了两个新的物体在沉默中呈现: 一个来自现在熟悉的类别, 一个来自一个新的类别。
如果2岁的孩子在熟悉阶段成功地形成了这个类别, 那么他们应该区分在测试中提出的两个样本。重要的是, 由于对新颖或熟悉的测试图像的系统偏好反映了区分它们的能力, 熟悉和新奇的偏好都被解释为成功分类的证据。请注意, 在给定的任务中, 这种偏好的性质是婴儿对刺激材料的处理效率的函数, 与效率较低的刺激处理4,13相关的熟悉偏好,14,15,16,17. 在沉默中提出测试阶段, 可以直接评估婴儿在对象分类方面的成功, 以及这种成功如何根据熟悉情况期间样本所附信息的不同而有所不同。因此, 这种范式提供了一个引人注目的检验标准, 即不同类型的语言环境如何影响类别学习。如果贴标签可以在半监督和完全监督的环境中增强类别学习, 那么在这些环境中, 2岁的孩子应该比其他环境中的婴儿表现出更强的测试偏好。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Final Cut Pro X</td>
			<td>Apple</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Video editing, composition software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MorphX</td>
			<td>Norrkross</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Image-morphing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PhotoShop</td>
			<td>Adobe</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Image-editing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R</td>
			<td>R Core Team</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Statistical analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T60XL Eyetracker</td>
			<td>Tobii Pro</td>
			<td>Discontinued</td>
			<td>Large, arm-mounted eyetracker suitable for work with infants and children</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tobii Pro Studio</td>
			<td>Tobii Pro</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Software directing eyetracker display, data collection</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

defining the role of language in infants' object categorization with eye-tracking paradigms

评估婴儿类别学习是研究婴儿认知的一个具有挑战性但至关重要的方面。通过采用熟悉测试范式, 我们直接衡量婴儿在学习一个新的类别方面的成功, 同时只依靠他们的长相行为。此外, 该范式可以直接衡量不同听觉信号对不同年龄婴儿分类的影响。例如, 我们评估了2岁儿童是如何在各种标签环境中学习类别的: 在我们的任务中, 2岁的孩子在所有样本都贴上标签或前两个样本被标记时成功地学习了分类, 但他们没有在什么时候进行分类。没有标记样本, 也没有标记最后的两个样本。为了确定婴儿在这些任务中的成功, 研究人员可以检查婴儿在每种情况下表现出的总体偏好, 以及婴儿在测试阶段的观察模式, 使用眼动仪提供细粒度的时间过程数据.因此, 我们提出了一个强大的范式, 以确定语言或任何听觉信号在婴儿的对象类别学习中的作用。

使用上面的协议, 我们做了两个实验22。对眼科程序包23 进行了分析, 数据和代码可在 https://github.com/sandylat/ssl-in-infancy。在第一个实验中, 我们将完全受监督的条件 (n = 24, m年龄= 26.8 m) 进行了对比, 该条件仅带有标记的样本, 具有无监督条件 (n = 24, m年龄= 26.9 mb), 仅具有 "仅" 样本 "条件未标记的示例。
<p cla...

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Defining the Role Of Language in Infants' Object Categorization with Eye-tracking Paradigms

在这里, 我们提出了一个熟悉测试范式的协议, 它提供了婴儿分类的直接测试, 并有助于定义语言在早期类别学习中的作用。

用眼动跟踪范式界定语言在婴儿对象分类中的作用

Assessing infant category learning is a challenging but vital aspect of studying infant cognition. By employing a familiarization-test paradigm, we ...

这种熟悉测试方法揭示了婴儿如何形成视觉对象类别，以及哪些条件最有力地支持他们的学习。仅使用婴儿眼部运动，我们可以衡量他们学习一个类别的成功程度。然后，我们可以直接比较跨范围不同的学习条件的学习。首先为实验创建视觉刺激。要创建一个新的连续类别，首先设计一对新颖的数字图像。然后，将图像对一起变形，在两个原始图像之间形成一个连续的范例。这样至少创建两个类别，以便一个类别可以作为要学习的类别，而另一个类别为测试试验提供新颖的类别范例。接下来，从每个学习的类别连续体中以均匀间隔选择熟悉示例。选择适当数量的典范，并与参与者的类别和年龄的困难相称。要创建测试阶段示例，请选择熟悉的类别连续体和新颖类别连续体的中点。然后使用图像操作程序将小说范例的颜色与熟悉的范例的颜色相匹配。对于标签和非标记短语，请使用以前记录的听觉刺激，由女性英语母语人士在隔音室产生。要收集足够的数据进行熟悉测试测量，最广泛使用的眼动仪就足够了。对象占据屏幕的大部分，数据分析会调查长窗口的性能。使用眼动仪软件，创建四种不同的条件，完全监督，不受监督，半监督和反向半监督。确保这些条件是分开的，以便每个婴儿只能看到一个条件。接下来，生成至少两个学习示例的伪随机顺序，其约束是连续显示的连续体同一侧的两个示例数不能超过两个。现在使用视频编辑软件创建熟悉视频，将以前创建的听觉刺激与适合每个条件的视觉刺激配对。例如，在完全受监督的条件中，每个熟悉示例都使用标记短语。在无监督条件中，将每个熟悉的示例与非标记短语配对。在半监督条件中，每个顺序中仅对每个顺序中的前两个示例与标记短语配对，其余示例与非标记短语配对。对于颠倒的半监督条件，将最后两个示例与标记短语配对，但前四个示例与非标记短语配对。将这些视频上传到眼动追踪软件中，确保按伪随机顺序确定熟悉视频。还要上传一个简短的注意力抓取动画显示在屏幕中心熟悉后，以确保大多数婴儿看屏幕的中心，当测试阶段开始。最后，对于每个学习类别，设计两个测试试验，每个测试都具有两个示例并排显示。对于两者，确保一个范例代表现在熟悉的类别的中点，而另一个示例表示小说类别的中点。确保测试试验持续 5 到 20 秒，以积累足够的查找，并平衡试验，使测试试验中小说范例的右右定位在视频中反转。将任务试验上传到眼动仪软件，在熟悉后的注意力获取后进行定位。平衡这些试验演示，使每个婴儿有平等的机会看到左小说或右小说试验。在婴儿到达之前，设置眼动仪。随机将婴儿分配给一个条件和一个订单，然后打开眼动仪软件，然后选择分配的条件顺序对，然后输入记录的参与者编号。在获得研究同意后，将婴儿和护理人员带到眼动追踪室。确保这间客房光线适中，墙壁上没有分散注意力的装饰。将护理人员放在适当的距离，供使用眼动仪模型使用。如果婴儿不想坐在照顾者的腿上，他们可以独自坐着，也可以坐在汽车座椅上。如果婴儿坐在照顾者的腿上，指示照顾者不要对婴儿的行为有任何偏见，而是尽量让婴儿以照顾者的膝上为中心。然后，为照顾者提供一副黑黑的太阳镜，这样他们就看不到刺激。现在让婴儿看眼动仪屏幕。考虑显示引人入胜的图像或视频以吸引他们的注意。屏幕应定位，以便婴儿的眼睛在校准窗口内。接下来，如果可能，使用五点校准执行眼动仪校准程序。当校准图像在听觉伴奏下进行动画时，婴儿通常会反应更好。如果婴儿通过校准，则开始实验（如果没有，请重新校准，直到他们成功）。任何无法校准的婴儿都应被排除在研究之外。此图显示不同条件均值首选项分数。婴儿在完全监督和半监督的条件下，表现出新奇的偏好明显高于机会。而婴儿在无人监督和逆转的半监督条件下，在机会水平上进行。在这里，我们看到婴儿在测试过程中寻找模式。在完全监督和无人监督的条件下，在半监督和颠倒的半监督条件下，婴儿看样板的模式在3450和3850毫秒之间分化。彩色阴影区域表示均值的标准误差。此过程可用于不同年龄的婴儿和复杂程度不同的材料。因此，每个新设计都必须反映婴儿在预期年龄的学习能力。我们可以继续问，婴儿的能力是否和如何测量这里，关联，甚至预测婴儿获得后期语言里程碑。如词汇大小或单词顺序。这项技术使发育科学家能够研究两个月婴儿的认知和知觉。它继续阐明语言促进整个婴儿期学习的方式。

Research

JoVE Journal

Behavior

A Method to Quantify Visual Information Processing in Children Using Eye Tracking

一种方法来量化视觉信息加工儿童使用眼动追踪

Visual problems that occur early in life can have major impact on a child's development. Without verbal communication and only based on observational ...

科研

行为学

Eye-Tracking Control to Assess Cognitive Functions in Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis

眼跟踪控制，以评估患者的认知功能与肌萎缩性脊髓侧索硬化症

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder with pathological involvement of upper and lower motoneurons, subsequently leading to ...

Experience is Instrumental in Tuning a Link Between Language and Cognition: Evidence from 6-  to 7- Month-Old Infants' Object Categorization

经验是器乐在调整语言与认知之间的联系：证据的6至7个月大的婴儿对象分类

At birth, infants not only prefer listening to human vocalizations, but also have begun to link these vocalizations to cognition: For infants as young as ...

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Using the Visual World Paradigm to Study Sentence Comprehension in Mandarin-Speaking Children with Autism

用视觉世界范式研究自闭症普通话儿童的句子理解

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Gaze in Action: Head-mounted Eye Tracking of Children's Dynamic Visual Attention During Naturalistic Behavior

行动中的目光: 在自然主义行为中对儿童动态视觉注意力的头戴式眼动

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Comparing Eye-tracking Data of Children with High-functioning ASD, Comorbid ADHD, and of a Control Watching Social Videos

患有高功能性泛型疾病、无注意力缺陷多动障碍和控制社会视频的儿童眼动追踪数据比较

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