Measurements of Kinematics of the Eye in Characterising Cognitive Processes

Acu kinemātikas mērījumi kognitīvo procesu raksturošanai Roberts Paeglis Promocijas darba anotācija Promocijas darbā tiek analizēti acu pozīcijas fizikālie raksturlielumi kā izziņas procesu atspoguļotāji. Darba mērķis ir apgūt un izmantot pēc videookulogrāfijas principa veidotās acu kustību mēriekārtas, kuras ir pieejamas Latvijas Universitātē, kā arī izveidot iegūstamo datu apstrādes metodes kustības, grafiskas un teksta informācijas uztveres pētījumiem. Pētījumos ir apliecināts, ka sportā trenētas personas izmanto fiksācijas, kuras ir ilgākas, bet mazākas pēc skaita, arī novērojot nepazīstamas sporta situācijas. Turklāt sportisti īsteno atšķirīgas stratēģijas, ja sporta sižetu vēro pirmoreiz un atkārtoti. Ātras, gribai pakļautas acu kustības (sakādes) sporta situācijās tika analizētas pēc t. s. „galvenās secības” sakarības. Tādā veidā tika noskaidrots, ka sportisti spēj īstenot stratēģiju ar ātrākām acu kustībām, ja pirmoreiz vēro nepazīstama sporta veida sižetu. Savukārt, skatoties atkārtoti, ne viņu acu kustības, ne arī skatiena fiksācija būtiski neatšķiras no salīdzinājuma grupas snieguma. Ir apliecināts, ka skatiena virzība un skatiena apturēšana sporta sižetu novērošanā ir neatkarīgi lielumi. Reālu objektu attēlu demonstrēšanas eksperimentos ir secināts, ka cilvēki veic acu kustības attēlu klasificēšanai 420 milisekundes pēc attēla parādīšanās brīža. Ir konstatēta korelācija starp atbildes aiztures ilgumu un atbildes acu kustību ātrumu. Pētījuma izstrādes laikā ir izveidotas metodes turpmākajiem voluntāru acu kustību eksperimentiem. Skatiena fiksācijas laikā tiek analizēts uzlūkotais vārds un plānota acu kustība uz nākamo informatīvo teksta vietu, kas tiek noskaidrota pēc augsta redzes asuma zonā esošajiem vārdiem. Pētījumos ir secināts, ka, uzlabojot lasīšanas iemaņas, iespējams gan fiksāciju skaita, gan arī to vidējā ilguma samazinājums. Teksta lasīšanas pētījumos ir noskaidrots, ka konjugāciju un locījumu eksistence latviešu valodā neievieš būtiskas atšķirības acu kustību skaitliskajās vērtībās, ja salīdzina ar esošajiem datiem par angļu valodu. Statistikas metodes apliecina, ka ķiverē iemontētā mērierīce, kas ļauj pētījuma dalībniekam ieņemt relatīvi brīvu stāvokli, ir izmantojama tipogrāfiski noformētu mācību grāmatu lasāmības pētījumiem. Tāpat ir noskaidrots, ka šīs iekārtas jutīgums nav pietiekams, lai analizētu izmaiņas vienas personas acu kustībās lasot. Atslēgvārdi: sakādes; fiksācijas; iViewX, BeGaze,Measurements of Kinematics of the Eye in Characterising Cognitive Processes Roberts Paeglis Abstract Physical characteristics of eye movements are analysed in three expressions of cognition within this thesis. Thus methods for the analysis of the perception of human motion, images of real objects and text reading have been presented and compared here. The aim of the research was to explore and use the video-based eye-trackers available at the University of Latvia, and to devise and compare mathematical methods for the data analysis. The research undertaken has led the author to conclusions that athletes use longer fixations that are fewer when watching unfamiliar sports situations. Besides, athletes are capable of using two visual strategies when assessing a novel sports scene and when watching it repeatedly. Saccades, or voluntary gaze jumps, have been explored by the ‘main sequence’ analysis. The saccade velocity-duration relationship of the athletes converges to the performance of non-athletes when watching a sports film repeatedly. Likewise, their fixations, or gaze stops, are statistically different from those of non-athletes only in novel situations. Differences in gaze stopping and gaze shifts do not witness to a strategic dependence in novel sports situations. In natural object classification task the response by eye movements follows after 420 milliseconds on average after the image appearance. A correlation between the saccade response time and its velocity has been observed. Methods have been developed for further usage in classification tasks by eye movements. Information is processed during a gaze fixation, and an eye movement to the next informative text site is planned then based on para-foveal input. It has been observed in this research that reading skills can be improved in adult readers, and both the duration and the number of fixations may decrease after training. While the fixations, saccades and regression rate in Latvian, an inflected language, do not differ from English, changes in reading by a person are not properly reflected by the helmet-mounted eye-tracking device. Keywords: saccades; fixations; iViewX, BeGaze