Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Poika Isokoski Tampere University Computer Human Interaction Group

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Esityksen sisältö Johdanto (6) Menetelmä (5) Tulokset (5) Diskussio (7)

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Johdanto Esiteltävä paperi: Richard A. Abrams, David E. Meyer and Sylvan Kornblum, Speed and Accuracy of Saccadic Eye Movements: Characteristics of Impulse Variability in the Oculomotor System, Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 1989, vol 15, no. 3, Kyseessä on siis 11 vuotta vanha paperi, jossa käsitellään vain sakkadien nopeutta ja tarkkuutta, ei silmän liikkeitä yleensä.

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Johdanto Perusteluja tutkimukselle: Silmän liikkeet: –suorahkoa tietoa ohjausmekanismin toiminnasta –on helppo mitata.  kannattaa käyttää sellaisten mallien validointiin, jotka pyrkivät kuvaamaan liikkeiden ohjausmekanismeja. Abrams et al. Ovat aiemmin kehittäneet mallin raajojen liikkeiden kuvaamiseen Nyt tutkitaan mallin sopivuutta sakkadien mallintamiseen.

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Johdanto Symmetrinen impulssivaihtelevuusmalli (Symmetric Impulse-Variability Model) voima-aika funktiot voima ja aikaparametrit voima-aika skaalautuvuus parametrien arvojen hajonnat –motorisessa järjestelmässä on kohinaa –parametrin mitatussa arvossa on satunnaiskomponentti, jonka keskihajonta on suhteessa ko. parametrin kokoon

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Johdanto Mallin ominaisuuksia Ei ole aivan selvää mitkä kaikki liikkeet ovat mallin mukaisia Lineaarinen nopeus-tarkkuus trade-off mallin mukaan: S D = Liikkeen D loppupaikan keskihajonta K 1, K 2 = Positiivisia vakioita V = Liikkeen keskinopeus

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Johdanto Peruste raajan liikkeitä kuvaavan mallin soveltamiselle silmän liikkeisiin:

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Johdanto Erojakin on: Raajoja jarrutetaan usein lihassupistuksilla liikkeen loppupuolikkaan aikana, silmää ei. Raajojen liikkeitä ohjatessa käytetään sekä aika- että voimaparametria. Pitkissä (>15º) sakkadeissa pääosin vain aikaparametria.

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Menetelmä Yleisiä periaatteellisia valintoja koejärjestelyssä Tavoitteena –a) validoida malli –b) tutkia sakkadeja yleisesti ottaen Vain vaakasuoria sakkadeja –Laitteisto mittaa vain näitä –Näihin käytetään vähemmän lihaksia Sakkadit alle 10º koska –ne ovat käytännössä yleisimpiä (86% alle 15º) –yli 15º sakkadit eivät sovi malliin koska lihakset toimivat maksimivoimalla

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Menetelmä Koehenkilöt: Kuusi opiskelijaa (U of Michigan) ei vikaa näössä eikä motoriikassa palkkioksi 3,75 dollaria per sessio ja bonukset hyvästä suorituksesta Sessiot Kuusi 50 minuutin sessiota Yksi blokki = 10 tehtävää Ensimmäinen sessio = 5 blokkia (harjoitus) Sessiot 2-6 = 9-11 blokkia

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Menetelmä Laitteisto DEC PDP-11/60 DEC VR17 CRT 75cm etäisyydellä Purupalikka piti pään paikallaan Vain oikeaa silmää seurattiin Tracker oli Gulf & Western Malli 200 –Ilmeisesti päähän puettavia osia. –Liikkeen erotuskyky 0,05º, absoluuttisen paikan mittaustarkkuus 1º –Analogiaulostulo, jota digitoitiin 1kHz taajuudella –Kalibrointi 11 pistettä käyttäen –Verifiointi ennen jokaista tehtävää, uudelleenkalibrointi mikäli tarpeen. Jonkinlainen äänilähde

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta + 4

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Menetelmä Mittaustulosten analysointi Tutkimuksen kohteena oli silmän liike, paikkatiedolla ei enää merkitystä. 80Hz alipäästösuodatus Nopeuskäyristä sakkadit –alku kun nopeus ylitti 10º/s ja pysyi yli 10ms yli 35º/s –loppu kun alkua seuraa ensimmäinen 10º/s alitus 35º/s 10º/s alku loppu 0º/s

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Tulokset Nopeus-tarkkuus trade-off Lineaarinen, kuten malli ennustaa eli voidaan valita K 1 ja K 2 siten että

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Tulokset Voiman/Kiihtyvyyden hajonta Kasvaa lineaarisesti voiman kasvaessa Sopii malliin Nopeushuipun ajankohdan hajonta Samoin kasvaa lineaarisesti ajan pidentyessä Sopii malliin

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Tulokset Muita mallin oletuksia voima-aika funktioiden muodosta: nopeushuippu liikkeen puolivälissä ajallisesti –48,9% (t(4)=1,56, p>0.1) symmetriset kiihtyvyydet –24.8% (t(4)=0,05) ja 78,5% (t(4)=4.1, p<0.05) silmän paikka nopeushuipun kohdalla puolivälissä matkaa –49,5% (t(4)=-0,78) –Kuitenkin niin, että pitemmillä nopeushuippu hieman aikaisemmin huippukiihtyvyydet (+ ja -) yhtä suuret –Yleisesti ottaen totta –Paitsi 9º sakkadeissa, joissa kiihdytys voimakkaampi kuin hidastus (t(5)=3,48, p<0.05)

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Tulokset Voima- ja aikaparametrien skaalautuvuus Huippunopeuden ja kiihtyvyyksien suhteelliset paikat –Kiihtyvydet vähän, mutta merkitsevästi aikaisemmin pitemmillä sakkadeilla (+ F(4,20)=3,99,p<0.05 ja - F(4,20)=3.05, p<0.05) –Samoin huippunopeus eli nollakiihtyvyys (F(4,20)=12.97,p<0.0001)

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Tulokset Voima- ja aikaparametrien skaalautuvuus (jatkoa) Oletus oli, että molemmat kasvavat sakkadin pidentyessä

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Diskussio Tutkittujen sakkadin ominaisuuksien (huippunopeuden paikka ja huippukiihtyvyyden paikka) hajonta kasvaa suhteessa sakkadin pituuteen. Tämä on merkki kohinasta ohjaavassa mekanismissa Sakkadeja ohjataan skaalaamalla yhtä ja samaa prototyyppifunktiota ajan ja voiman suhteen. Yhdessä kohinan kanssa tämä selittää em. Hajonnan ja pituuden suhteen. Tästä seuraa mm. lineaarinen trade-off sakkadin keskinopeuden ja päätepisteen tarkkuuden välille.

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Diskussio Implikaatioita Kohina on osa normaalia toimintaa. Malli ei selitä pitempien sakkadien aikaisempia huippunopeuksia ja kiihtyvyyksiä Lähestyttäessä silmän maksimikiihtyvyyttä sakkadien dynamiikka muuttuu vähitellen. Mallin sovittaminen fysiologiaan on tekemättä.

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Diskussio Havaintopsykologisia havaintoja silmän asennon inflow-outflow väittely: –Inflow: silmään asento “mitataan” jonkin mekanismin tuottamaa aistimusta seuraamalla –Outflow: silmän asento päätellään seuraamalla silmää ohjaavia komentoja –Outflow ok, koska virhettä ei korjata sakkadin aikana. –Inflow ok, koska virhe voi olla silmän asennon mittausmekanismissa.

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Diskussio Omia mielipiteitä (plussia) Näppärä malli Runsaasti numerotietoa mitatuista sakkadeista Kohtalaisen selkeä koetilanteen kuvaus Selvästi määritelty sakkadi

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Diskussio Omia mielipiteitä (miinuksia): Ei selvinnyt millainen tracker oli käytössä Tilastollisista menetelmistä ei kerrottu eksplisiittisesti mitään Mallin olettamille funktioille ei annettu selvää kuvausta (jokin kaava ilmeisesti on ollut käytössä kuvia piirrettäessä) Siitä, että mitä tämä kaikki tarkoittaa “oikeasti” eli miten silmää oikeasti ohjataan, ei puhuttu paljonkaan. Miksi on perusteltua ajatella että silmän liikkeet ja niiden ohjaus eivät ole erilaisia eri ihmisillä (tämä oletus lienee tehty koehenkilöiden määrää mietittäessä)?

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Diskussio Omia mielipiteitä (kummallisuuksia): Paperissa puhutaan paljon siitä mitä ehkä tapahtuu yli 9º sakkadeissa Omituisempaa on kuitenkin se mitä tapahtuu alle 3º sakkadeissa jos malli pitää paikkansa:

Sakkadien nopeudesta ja tarkkuudesta Diskussio Omia mielipiteitä (kummallisuuksia 2): Koehenkilöitä 6, sessioita 6-1=5, blokkeja väh.9 enint.11 per sessio, tehtäviä 10 per blokki. sessioita kaikkiaan 6*5=30 tehtäviä kaikkiaan vähintään 28*9*10+1*10*10+1*11*10=2730. Sakkadeja analysoitiin kuitenkin vain 2370! Mihin hävisi vähintään 360 sakkadia?