Kognitionsvetenskap C, HT-04 Mental Rotation

Transkript

1 Umeå Universitet Kognitionsvetenskap C, HT-04 Mental Rotation Grupp 3: Christina Grahn, Dan Kindeborg, David Linder, Frida Bergman, Kursansvarig: Lars-Erik Janlert

2 Sammanfattning Mental rotation har varit föremål för många experiment och denna projektrapport beskriver en reproduktion av ett experiment utfört av Pylyshyn Experimentet avser att jämföra tiden det tar att mentalt rotera bilder som Pylyshyn delat upp i två kategorier, bra och dåliga. Figurer betecknade som dåliga ska ta längre tid att rotera på grund av bildens struktur. I vår reproduktion visades 16 bilder, tagna från Pylyshyns experiment, för tio försöksdeltagare. Resultatet bekräftade Pylyshyns teori, svarstiden för dåliga bilder var längre än för bra bilder. 1

3 Innehåll Introduktion...3 Syfte...3 Metod...3 Försöksdeltagare...3 Material...4 Design...4 Pilotstudie...4 Procedur...5 Resultat...5 Diskussion...6 Slutsats...7 Referenser...7 Bilaga 1 Bifogad 2

4 Introduktion Människans förmåga att framkalla och manipulera mentala bilder har länge varit föremål för forskning och debatt. Otaliga experiment har gjorts för att undersöka mentala bilders egenskaper och flera har fokuserat på människans förmåga att manipulera dessa. När en person behöver föreställa sig hur ett objekt skulle se ut från en annan vinkel kan denna rotera objektet mentalt. Detta fenomen är vad som kallas mental rotation. Tidiga experiment i mental rotation (Cooper 1976) visade att antalet grader som en figur roterades förhöll sig helt linjärt till rotationstiden. Cooper ansåg att rotationsoperationen alltid utförs med konstant hastighet. Pylyshyn utförde 1979 ett experiment i mental rotation där han jämförde hur snabbt försökspersoner roterade olika figurer mentalt. I experimentet skulle försökspersonerna jämföra roterade delfigurer med en huvudfigur. Pylyshyn delade upp figurparen i två kategorier som berodde på hur välintegrerade delfigurernas element var i relation till varandra och hur nära relaterade de var till övriga element i referensfiguren. I den första kategorin av figurpar består delfiguren av sammankopplade delar som inte skär någon av de övriga delarna i huvudfiguren. Den andra kategorin består av delfigurer som antingen skär någon av de övriga delarna i huvudfiguren eller ej är fullt sammankopplade. Pylyshyns tes var att den första kategorin av figurer (vilka hädanefter kommer att kallas bra) tar kortare tid att rotera mentalt än den andra (vilka kommer att kallas dåliga figurer). Det visade sig mycket riktigt att dåliga figurer tog längre tid att rotera. Detta resultat ger stöd för teorin att mental rotation är en operation som använder sig av en visuell buffert i den kognitiva arkitekturen (Stillings et al 1995). Därför skulle mental bildframställning och rotation ha en begränsad kapacitet. Resultaten av experimentet skulle kunna förklaras med att de dåliga delfigurerna överskrider buffertens kapacitet och därför måste försökspersonerna rotera figurerna flera gånger del för del, vilket gör att det tar längre tid. Det kan alltså fortfarande argumenteras för att alla mentala rotationer sker med en fix hastighet så Pylyshyns resultat behöver inte strida mot Coopers teorier. Syfte Vi avser att undersöka följande: Tar figurer som i Pylyshyns experiments betecknats som dåliga längre tid att rotera mentalt än bra figurer? Är felprocenten i svaren högre hos de dåliga figurerna? Metod Experimentet utfördes i en avskild datorsal i Teknikhuset på Umeå Universitet. Försöksdeltagare Tio försöksdeltagare valdes slumpmässigt ut och bestod av studenter vid Umeå Universitet. Nio av tio var i åldern år och tre var kvinnor och sju män. Försöksdeltagarna visste innan experimentet inget om experimentets syfte och hade ingen eller liten kunskap om mentala bilder och mental rotation. 3

5 Material En av universitetets datorer med powerpoint installerat användes tillsammans med ett tidtagarur och två uppsättningar papper, på det ena antecknades responstiden och på det andra försökspersonens svar. Design Fyra huvudfigurer parades ihop med fyra olika roterade delfigurer, alltid roterade 150 grader och med pilar för att indikera hur delfiguren var roterad i förhållande till huvudfiguren. Kombinerad med varje huvudfigur fanns en roterad delfigur som var sann (delfiguren var en del av huvudfiguren) och betecknad som bra, en sann och dålig, en falsk (delfiguren var inte en del av huvudfiguren) och bra samt en falsk och dålig. Huvudfigur A: Roterade delfigurer till A: sann, bra sann, dålig falsk, bra falsk, dålig Detta resulterade i totalt 16 figurpar, varav fyra var sann och bra, fyra var sann och dålig, fyra var falsk och bra samt fyra var falsk och dålig. De 16 figurparen sattes att visas i en slumpartad sekvens, samma sekvens för alla försökspersoner. Hela sekvensen av bilder som användes är bifogad i Bilaga 1. Samtliga figurer hämtades från Pylyshyn (1979) och alla delfigurer bestod av tre linjer. För att de falska delfigurerna skulle vara tillräckligt svåra stämde alltid två av de tre linjerna in på huvudfiguren. Pilotstudie Innan huvudexperimentet gjordes en pilotstudie där två personer valdes ut för att testa om instruktionerna till försöksdeltagarna var tillräckliga. Dessutom undersöktes huruvida det fanns någon stor responstidsskillnad mellan de första bilderna och bilderna i slutet, när personen tränat lite på uppgiften. I pilotstudien framkom att den första bilden i sekvensen tog mycket längre tid att svara på än de övriga. Detta resulterade i att en bild lades till i början av sekvensen som försökspersonerna fick svara på men tiden togs inte med i sammanställningen. Pilotstudien visade också att försökspersonerna hade svårt att förstå pilens roll i bilden, vilket resulterade i att instuktionerna ändrades för att förtydliga detta. 4

6 Procedur Försökspersonen leddes in i ett rum och fick se ett exempel på den typen av figurpar som experimentet innefattade medan instruktioner lästes upp. Personen fick veta att denne skulle ta ställning till 17 liknande bilder och instruerades att mentalt rotera delfiguren och sedan svara ja eller nej högt när denne var säker på om den roterade figuren var en delfigur av huvudfiguren eller ej. Det första figurparet i sekvensen visades för att försökspersonen skulle vänja sig vid proceduren och registrerades ej. En försöksledare noterade försökspersonens svar på de återstående 16 figurparen och en annan försöksledare registrerade tiden det tog för försökspersonen att svara. Resultat I analysen av resultaten grupperades figurparen så att de med samma huvudfigur bildade en grupp. Dessa delades i sin tur in i två par där det ena bestod av korrekta (sanna) delfigurer och det andra av falska sådana. Med hänsyn till syftet med denna studie är det mest intressant att fokusera på skillnader i svarstid inom figurparen, som består av en bra och en dålig delfigur med samma huvudfigur och korrekthet (sanna eller falska). Att rotera bilder mentalt gick betydligt snabbare när delfigurerna var bra jämfört med när de var dåliga. I 70 % av fallen gick det snabbare att svara när delfiguren var bra. Resultaten för respektive person kan ses i Figur 1. Dessa resultat baseras endast på de fall då försökspersonen svarat rätt. Jämförelse i svarstider bra-dåliga figurer Antal Bra figurer tog kortare tid Dåliga figurer tog kortare tid Testperson Figur 1. 5

7 Antalet felaktiga svar var 3,3 gånger fler för de dåliga figurerna jämfört med de bra. Figur 2 visar antalet felaktiga svar för varje person och typ av delfigur. Försöksperson 1, 3 och 8 har svarat felfritt. Jämförelse antal fel bra-dåliga figurer Antal fel 3 2 Bra figurer Dåliga figurer Testperson Figur 2. Diskussion I 70 % av fallen var svarstiden kortare när delfigurerna var bra, vilket indikerar att de dåliga figurerna tar längre tid att rotera mentalt. Detta var även vad Pylyshyn kom fram till i sitt experiment Felprocenten i vårt experiment var 3,3 ggr så stor för de dåliga figurerna jämfört med de bra. Detta är inte lika tydligt som i Pylyshyns experiment där felprocenten var 9,5 ggr så stor för dåliga delfigurer men ändå ett bra resultat. I Pylyshyns artikel framgår inte vad detta beror på men man kan tänka sig att om figuren består av flera ej sammansatta delar så roteras flera delar och det blir därmed lättare att göra fel. Det kan även vara lätt att rotera de olika delarna olika mycket än om man har en hel sammansatt figur som endast kräver en rotation. Att våra resultat inte var lika tydliga som Pylyshyns kan bero på många faktorer. Till att börja med så hade Pylyshyn färre försökspersoner (fyra stycken) men längre försökstid. Varje experiment tog ca en timme och 128 figurpar visades. Detta kan jämföras med våra tio personer som fick se 16 figurpar vardera under ca fem minuter. Det kan ifrågasättas om Pylyshyns fyra försökspersoner är tillräckligt många för att kunna dra några giltiga slutsatser. Individuella egenskaper kan påverka mer vid så få deltagare. Vi kan dock inte veta hur Pylyshyn har kommit i kontakt med sina försökspersoner men vi antar att han inte bara slumpmässigt tillfrågat personer som gått förbi försöksrummet. Därmed kan vi anta att hans försökspersoner hade högre motivation vilket kan leda till ett tydligare resultat. Pylyshyns försökspersoner fick även träning innan experimentet, i vilken utsträckning vet vi inte, men detta bidrar antagligen till färre fel och snabbare svar. Pilotstudien visade att det första bildparet tog betydligt längre tid än de övriga och att det var svårt att veta om försökspersonen 6

8 förstått instruktionen, vilket gjorde att vi valde att lägga till testbilder. Förutom våra 16 figurpar hade vi två testfigurpar som inte togs med i sammanställningen. En annan faktor kan vara stress hos försökspersonen. Stress över att någon sitter bredvid med tidtagarur, över att minst två försöksledare måste sitta med i rummet och iaktta personen samt stress över att de egentligen har annat att göra (experimentet utfördes under tentaperiod). Somliga uppfattade vi även kände rädsla över att testet skulle vara ett intelligenstest (även efter instruktion) och ville inte misslyckas. Vissa av dessa stressfaktorer hade kanske kunnat minskas med ett bättre program där deltagarna kunnat sitta själva och svara och där tiden samt visning av figurparen skötts automatiskt. Slutsats Våra resultat bekräftade Pylyshyns teori om att mental rotation av vissa bilder tar längre tid än andra beroende på att dessa är för komplexa för att kunna roteras som en helhet. Detta leder även till att svåra bilder är lättare att svara fel på vilket framgick av våra resultat. Referenser Cooper, L. A. (1976). Demonstration of a mental analog of an external rotation. Perception and Psychophysics 19, Pylyshyn, Z.W. (1979). The rate of "mental rotation" of images: A test of a holistic analogue hypothesis. Memory & Cognition, 7 (1), Stillings et al (1995) Cognitive science: An introduction. Second edition. MIT Press, Cambridge, Massachusetts,