Eye-tracking your face Påverkar ögonrörelser ansiktsinlärning? 5/3 2010 Social Kognition, 729G18 Linköpings Universitet Gustaf Hansson William Hagman Tommy Hudin Juulia Suvilehto Olof Jönsson Magnus Johansson Emily Hansen
Sammanfattning I denna (pilot)studie har vi med hjälp av en eye-tracker undersökt om ögonrörelsemönstret vid ansiktsinlärning har någon betydelse för ansiktsigenkänning. Studien innefattade ett inlärningsmoment där försökspersonen fick kolla på ansikten och ett moment där försökspersonen skulle svara på om de kände igen en serie ansikten eller inte. Resultaten visar att fler fokuspunkter och ett större ögonrörelsemönster leder till bättre ansiktsigenkänningsförmåga i vårt test.
Innehållsförteckning Sammanfattning...2 1. Tidigare forskning...4 2. Syfte...4 3. Metod och Material...5 4. Resultat...6 5. Diskussion...7 6. Slutsats...9 7. Förslag på fortsatt forskning...9 Referenser...10 Appendix...11 Sida 3 av 12
1. Tidigare forskning I sin översiktliga bok i social kognition framhäver Fiske och Taylor (2008) att ögonrörelsemönster är en viktig paremeter inom social kognition är belagt sedan tidigare. Det är inte bara så att själva ansiktet står i fokus för uppmärksamheten i varje fall av interaktion för att fördela vår uppmärksamhet noterar vi också andra personers ögonrörelser och fokuspunkter. Igenkänning av ansikten verkar vara en holistisk process som snarare än enskilda detaljer, inkluderar helheten av särdrag. Forskning har också visat att den neurala känsligheten för ansikten intar en unik position hos människan. Den viktigaste inspirationskällan till vårt arbete är annars Henderson, Williams och Falk (2005), som undersöker om ögonrörelsemönstren är detsamma vid ansiktsinlärning som vid ansiktsigenkänning. Deras försök inkluderade tre olika moment, varav två behandlade inlärning och det tredje igenkänning. Vid den första typen (1) av ansiktsinlärning fick försökspersonerna röra ögonen efter behag, medan de vid den andra (2) var tvungna att fokusera på en central punkt när de lärde sig nya ansikten. Därefter testades personernas förmåga till ansiktsigenkänning genom att ett urval av de ansikten som förekommit vid inlärningen visades tillsammans med ett antal helt nya ansikten. Förmågan att känna igen ansikten visade sig försämras avsevärt då personerna var tvungna att fixera blicken (2), jämfört med när man fritt fick röra ögonen. Med andra ord spelar ögonrörelsemönstret vid ansiktsinlärning stor roll vid ansiktsigenkänning. Därför ville vi undersöka om olika typer av rörelsemönster kunde korrelera med olika förmågor till ansiktsigenkänning. Reinitz, Morrissey och Demb (1994) nådde en slutsats liknande Henderson et al (2005). Man kom här fram till att personer som fick fördela sin uppmärksamhet som de ville uppvisade en bättre förmåga att känna igen ansikten än de försökspersoner som fick instruktioner om hur de skulle fördela uppmärksamheten. Det hävdas därtill att det krävs mer uppmärksamhet för att identifiera relationen mellan ett ansiktes olika särdrag än för att endast identifiera dessa särdrag. Henderson et al (2005) misstänker att just dessa relationer är essentiella för ansiktsinlärning. 2. Syfte Eftersom tidigare forskning pekar på att ögonrörelsemönstret vid ansiktsinlärning påverkar ansiktsigenkänningen så ville vi ta reda på hur olika typer av ögonrörelsemönster vid ansiktsinlärning påverkar ansiktsigenkänningen. Sida 4 av 12
3. Metod och Material 17 stycken studenter vid Linköpings Universitet i åldrarna 19-52 år valdes ut slumpmässigt, 9 män och 8 kvinnor. Vid urvalet frågades försökspersonerna om de hade några syn- eller minnesnedsättningar vilket ingen hade. Försökspersonerna hälsades välkomna och informerades om att de skulle delta i ett minnestest som bestod av en serie bilder följt av ett antal frågor. Testet var uppdelat i två faser: en inlärnings- och en igenkänningsfas. I inlärningsfasen fick försökspersonen se 50 bilder på ansikten, som var och en visades i tre sekunder. Sedan följde fem miljöbilder som visades i tio sekunder, varvid vi även ställde fem frågor till försökspersonerna om dessa (som distraktionsuppgift). Under igenkänningsfasen fick försökspersoner se en bildserie på 20 ansikten. Tio av dem fanns med i inlärningsfasen och tio stycken var helt nya. Försökspersonens uppgift var att så snabbt som möjligt svara på om han/hon hade sett ansiktet förut. Försöket utfördes i en lugn miljö och med hjälp av utrustning från företaget SensoMotoric Instruments (SMI). Vi använde dels en stationär eye-tracker av märket iview X i kombination med mjukvaran Experiment Center, dels en laptop och 60 ansiktsbilder tagna framifrån på kvinnor i åldrarna 18-40 år. Samtliga hade ett neutralt ansiktsuttryck, blicken in i kameran och bakgrunden var neutral. Bilder på personer med utmärkande särdrag eller iögonfallande smycken valdes bort i den mån det gick. Utöver ansiktsbilderna användes fem slumpvis utvalda miljöbilder utan människor. Vi valde att jämföra resultatet för de personer som hade flest rätt vid ansiktsigenkänning med resultatet för de som hade minst antal rätt. Således skapades två grupper med resultatet från testet av två personer i varje grupp. Vi studerade heat maps och inspelade ögonrörelser vid jämförelsen. Sida 5 av 12
4. Resultat De två som hade flest antal rätt kände igen alla gamla ansikten och de som hade minst antal rätt hade rätt i 60% av fallen. Resultatet visar att de personer som hade flest rätt hade ett större ögonrörelsemönster (figur 1), och dessutom fler fokuspunkter (figur 3). De med färre rätt var istället mer fokuserade på en eller två särskilda punkter. Resultatet visar också att personer med färre rätt oftare återvänder till samma punkt eller lägger ner längre tid på vissa särdrag (figur 2-5). Ögonrörelsemönstren som visas i figurerna är alla hämtade från inlärningsfasen. Figur 1. Turkos och Röd färg representerar de försökspersoner som fick flest antal rätt, medan orange och blå står för de med minst antal rätt. Figur 2. Försökspersonerna med minst antal rätt har få fokuspunkter. Figur 3. Försökspersoner med många rätt har flera och mer utspridda fokuspunkter. Figur 4. Försökspersonerna med minst antal rätt återvänder ofta till samma punkt i synfältet Figur 5. Försökspersonerna med flest antal rätt återvänder sällan till samma punkt i synfältet. Sida 6 av 12
5. Diskussion 5.1 Resultatdiskussion Ögonrörelser vid inlärning verkar ha betydelse för förmågan att känna igen ansikten. Det verkar vara viktigt att man rör ögonen över större delen av ansiktet under inlärning och inte fokuserar på enskilda särdrag. Det är möjligt att detta är på grund av att det är viktigt att lära sig känna igen relationer mellan ansiktsdrag och inte bara fokusera på dragen i sig, vilket ligger i linje med Henderson et al (2005). Ordningen i vilken man tar in de olika särdragen verkar inte ha någon större betydelse på förmågan att känna igen ansiktet. Ingen systematisk avläsning av ansiktsbilderna kunde urskiljas i försökspersonernas ögonrörelsemönster. Försökspersonerna med sämst resultat tittade nästan uteslutande på ögon, näsa och mun, men inte nödvändigtvis på alla tre dessa särdrag för samma ansiktsbild. I allra störst utsträckning tittade man på ögonen, både de som fick ett högt resultat och de som fick ett lågt. Det tyder på att ögonen är något utav det första som människor uppmärksammar. Henderson et al(2005) visade också på att ögon har en central roll vid ansiktsigenkänning. Våra resultat visar även hur försökspersonens blick nästan genast söker sig till ansiktets ögon. En förklaring till att försökspersoner med fler fokuspunkter hade fler rätt än de med färre fokuspunkter kan bero på det som Reinitz et al (1994) hävdade. Nämligen att det kräver mindre attention att koda in särdrag och mer attention att koda in relationen mellan särdragen Genom att ha många fokuspunkter läggs fokus på relationen mellan särdragen snarare än på särdragen i sig vilket därför kan ge en bättre helheltsbild. Mindre uppmärksamhet och därmed även färre kognitiva resurser går åt då människor avkodar ett fåtal särdrag i ett ansikte jämfört med avkodningen av relationen sinsemellan särdragen i ett ansikte (exempelvis som i figur 2 och 3 ovan). Därför ligger det nära till hands att tänka sig att informationen är lagrad på fler ställen och därmed också mer lättillgänglig vid framplockningen. Vilket i vårat test alltså renderat i fler antal rätt svar. En förklaring till varför försökspersoner med fler fokuspunkter hade fler rätt än försökspersoner med få kan ligga i just denna tanke. 5.2 Metod- och materialdiskussion Syftet med de fem frågorna mellan inlärnings- och igenkänningsfasen var att vi ville att försökspersonen skulle få rensa sitt korttidsminne och tänka på något annat än själva ansiktena. Tanken var ju inte att testa minnesförmåga utan det var att se vad som händer med ögonrörelsemönstret vid den omedelbara igenkänningsfasen, därför ville vi inte att ansiktsbilderna skulle vara alltför lättåtkomliga i minnet. Detta åstadkom vi genom att visa de fem miljöbilderna samt att ställa frågorna om dessa. Omsorg lades också på valet av vilka ansikten från inlärningsfasen som vi skulle ha med i igenkänningsfasen. För att undvika primacy- och recencyeffect (att det är lättare att komma ihåg det som ligger i början eller slutet av en serie) så valde vi att ta de 10 ansikten som låg i mitten av serien. Ansiktsbilderna visades i tre sekunder var i inlärningsfasen, detta för att vi ansåg att det var tillräckligt lång tid för att hinna se ansiktet i lugn och ro och fokusera blicken där man ville men inte så länge att det blev obehagligt. Miljöbilderna visades däremot i tio sekunder var eftersom det i dessa bilder händer en hel del och det därför tar längre tid att gå igenom dem och hinna se allt. Sida 7 av 12
Vi valde att fokusera på skillnaderna mellan de två som fick bäst resultat och de två som fick sämst resultat för att skapa en initial teori och därefter göra en översiktsanalys på övriga försökspersoner. Om vi inte kunde se några skillnader i ögonrörelser mellan de med bäst resultat och de med sämst resultat så skulle inte resultatet för de övriga ha någon betydelse. På grund av tidsbrist hanns inte översiktsanalysen med och därför bygger resultatet endast på data från fyra försökspersoner. Detta innebär att vi inte kan dra några generella slutsatser och studien får ses som en pilotstudie. En anledning till att ögonrörelsemönstret var större för de med många rätt kan vara så enkel att dessa försökspersoner lade större vikt vid att göra bra ifrån sig på testet. De hörsammade helt enkelt att det var är ett minnestest och var därför måna om att täcka av så stor del som möjligt av bilden för att försäkra sig om att de inte missade någon viktig information eller hitta något som var lätt att komma ihåg. Något som vi borde gjort efter testet var att fråga försökspersonerna om de använde sig av någon speciell sök- eller minnesstrategi, så att vi kunde haft det i åtanke vid analysen. Vi är medvetna om att vissa försökspersoner bar glasögon eller linser och att det kan ha påverkat precisionen i eye-trackern. Men eftersom kalibreringen gick bra även i de fallen så tror vi inte att det har någon större påverkan. Ett val som vi gjorde var att låta försökspersonen muntligt säga JA eller NEJ då han/hon skulle svara på frågorna. Samtidigt så antecknade vi vilket svar som gavs. Nackdelar med detta är att försökspersonen kan lätt känna sig iakttagen och bevakad vilket i sin tur skulle kunna få denne att tänka på fel saker, osäkerhetskänslor som gör jag verkligen rätt nu eller undrar vad de vill att jag ska svara kan mycket väl dyka upp i en sådan situation. Vi försökte undvika ett sådant obehag genom att endast en eller två av oss observerade åt gången. Alternativet till muntligt svar på frågorna skulle ha varit att låta försökspersonen trycka ner tangenter på tangentbordet, en för JA och en för NEJ. Detta alternativ har fördelen att försökspersonen blir mer aktiverad och får en känsla av att han/hon är i kontroll över vad som sker och därför känner sig bekväm med situationen. Ett tungt minus hade dock varit att det lättare kan bli fel, försökspersonen kan exempelvis av misstag trycka på fel tangent, antingen en tangent som inte gör någonting, eller helt enkelt blanda ihop tangenterna helt och hållet och välja JA när tanken var att välja NEJ. Detta såg vi som en stor risk därför valde vi som vi gjorde. Sida 8 av 12
6. Slutsats Vår slutsats är att det är lättare att känna igen ansikten då man har ett ögonrörelsemönster som läser av stora delar av synfältet jämfört med att fokusera på specifika särdrag i ansiktet. Ytterligare en slutsats som vi drar är att det räcker att registrera ett särdrag en eller ett fåtal gånger, ingen vinning ligger i att registrera ett särdrag fler gånger, inte för ansiktsigenkänningen i alla fall. Dessutom når vi insikten att god ansiktsigenkänningsförmåga kan ha att göra med att man skaffar sig en helhetsbild av ett ansikte genom att registrera relationen mellan särdrag. 7. Förslag på fortsatt forskning Som fortsatt forskning på det här ämnet hade vi velat se att vårt försök gjordes i lite större skala så att man faktiskt har en chans att få ett signifikant resultat. Det skulle även kunna vara intressant att göra ett experiment där man kan titta på hur snabbt personer känner igen ansiktena också och se om det är skillnader där i hur folk tittar beroende på om de känner igen ansiktet med en gång eller om det tar lite längre tid. Det kan även vara av intresse att titta på ögonrörelsemönster vid ansikten som är helt nya men där försökspersonen säger att de sett ansiktet innan. Sida 9 av 12
Referenser Fiske, S. T., Taylor, S. E. (2008). Social Cognition: From Brains to Culture. McGraw-Hill. Henderson, J. M., Williams, C. C., Falk, R. J. (2005). Eye movements are functional during face learning. Memory & Cognition, 33 (1), 98-106. Reinitz, M.T, Morrissey, J., Demb, J. (1994). Role of Attention in Face Encoding. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory and Cognition, Vol 20. No. 1, 161-168. Bilderna som användes i försöken fick vi från Henrik Danielsson, forskare vid IBL på Linköpings Universitet. Program: SMI: SensoMotoric Instruments Experiment center 2 IveiwX 2.3 Begaze 2.3
Appendix Information till försökspersonerna Hej och välkommen till vårat eye-tracker försök! Tack så mycket för att du vill ställa upp som försöksperson! Du kommer att få genomgå ett minnestest, först kommer du få se en serie bilder och dessa följs sedan av några frågor. Eye-trackern kommer registrera vad du tittar på. Om du av någon anledning vill avbryta är det bara att säga till, när som helst. Alla resultat kommer behandlas anonymt. Lite allmänna frågor först innan vi börjar: Se svarsformulär Du kommer nu få genomföra försöket, tänk på att sitta still, du får inte lov att röra på huvudet utan bara ögonen. Håll ett finger på space-tangenten innan du börjar, för den kommer du behöva använda senare. Några frågor innan vi kör igång? T E S T Frågor från testet: Såg du Såg du Såg du Såg du Såg du Tack för att du ville ställa upp i vårt test! Vi vore tacksamma om du inte berättar för andra vad du har gjort här, mest för att inte förstöra för eventuella andra försökspersoner. Det vi kommer titta på är hur ögonrörelsemönstret skiljer sig åt vid ansiktsinlärning, och om det sen har någon betydelse för ansiktsigenkänning. Vill du ha information om hur rapporten blir och vad vi får för resultat? Ev mailadress i så fall: Annars så tackar vi dig så mycket och så finns det kakor om du vill ha!
Frågor till försökspersonerna: Hur gammal är du? Tjej eller kille? Studerar du? Ja Nej Och i så fall vad? Vad gör du annars? Använder du linser? Ja Nej Har du några andra synproblem? Ja Nej Och i så fall vad och hur allvarlig? Någon form av minnesproblem? Ja Nej Och i så fall vad för typ? Frågor om händelsebilderna: 1 Ja Nej 2 Ja Nej 3 Ja Nej 4 Ja Nej 5 Ja Nej Ansiktsigenkänning: 1 Ja Nej 2 Ja Nej 3 Ja Nej 4 Ja Nej 5 Ja Nej 6 Ja Nej 7 Ja Nej 8 Ja Nej 9 Ja Nej 10 Ja Nej 11 Ja Nej 12 Ja Nej 13 Ja Nej 14 Ja Nej 15 Ja Nej 16 Ja Nej 17 Ja Nej 18 Ja Nej 19 Ja Nej 20 Ja Nej