일상생활에서의 시각탐색의 대상이 되는 표적 사물의 출현 가능성 즉 출현 확률은 매우 낮은 경우부터 높은 경우까지 다양하다. 그럼에도 불구하고, 실험실 상황의 시각 탐색 연구에서 표적의 출현 확률은 대개 50%의 확률로 고정되는 경우가 대부분이다. 본 연구에서는 서로 다른 표적 출현확률의 영향 하에 시각탐색 과정에서의 정보처리 특성을 조사하였다. 지각적으로 단순한 도형자극으로 구성된 시각탐색과제가 실시되었으며, 탐색 표적이 제시되는 빈도를 저빈도(20%)와 중립빈도(50%), 또는 고빈도(80%)로 달리함으로써 표적 출현확률이 탐색 정보처리 책략에 미치는 영향을 탐색 정확도, 신호탐지 측정치 그리고 반응시간 차원에서 조사하였다. 실험 결과, 표적이 드물게 출현할수록 실수율이 증가하고 헛경보율이 감소했으며 반대로 고빈도 표적탐색에서는 역전된 패턴이 관찰되었다. 신호탐지 분석 결과, 이러한 결과는 민감도가 아닌 탐색 반응기준의 이동에 의한 것으로 확인되었다. 또한 반응시간 차원에서, 표적 있음 시행에서의 적중 반응은 출현확률과 관계없이 일정했던 반면 표적 없음 시행에 대한 정확한 기각 반응은 출현확률에 비례해 지연된 것이 관찰되었다. 이러한 결과는 표적이 빈번하게 출현할수록 표적 없음 상황에서 탐색을 종료하기 위한 탐색 역치 기준이 보수적이었음을 의미한다. 본 연구의 결과는 표적 출현확률 효과가 단순히 반응편향에 따른 속도-정확도 교환이 아닌 의사결정 기준의 변화에 기초한 상이한 탐색 정보처리 과정의 산물임을 시사한다.
일상생활에서의 시각탐색의 대상이 되는 표적 사물의 출현 가능성 즉 출현 확률은 매우 낮은 경우부터 높은 경우까지 다양하다. 그럼에도 불구하고, 실험실 상황의 시각 탐색 연구에서 표적의 출현 확률은 대개 50%의 확률로 고정되는 경우가 대부분이다. 본 연구에서는 서로 다른 표적 출현확률의 영향 하에 시각탐색 과정에서의 정보처리 특성을 조사하였다. 지각적으로 단순한 도형자극으로 구성된 시각탐색과제가 실시되었으며, 탐색 표적이 제시되는 빈도를 저빈도(20%)와 중립빈도(50%), 또는 고빈도(80%)로 달리함으로써 표적 출현확률이 탐색 정보처리 책략에 미치는 영향을 탐색 정확도, 신호탐지 측정치 그리고 반응시간 차원에서 조사하였다. 실험 결과, 표적이 드물게 출현할수록 실수율이 증가하고 헛경보율이 감소했으며 반대로 고빈도 표적탐색에서는 역전된 패턴이 관찰되었다. 신호탐지 분석 결과, 이러한 결과는 민감도가 아닌 탐색 반응기준의 이동에 의한 것으로 확인되었다. 또한 반응시간 차원에서, 표적 있음 시행에서의 적중 반응은 출현확률과 관계없이 일정했던 반면 표적 없음 시행에 대한 정확한 기각 반응은 출현확률에 비례해 지연된 것이 관찰되었다. 이러한 결과는 표적이 빈번하게 출현할수록 표적 없음 상황에서 탐색을 종료하기 위한 탐색 역치 기준이 보수적이었음을 의미한다. 본 연구의 결과는 표적 출현확률 효과가 단순히 반응편향에 따른 속도-정확도 교환이 아닌 의사결정 기준의 변화에 기초한 상이한 탐색 정보처리 과정의 산물임을 시사한다.
In our daily life, the probability of target prevalence in visual search varies from very low to high. However, most laboratory studies of visual search used a fixed probability of target prevalence at 50%. The present study examined the properties of information processing during visual search wher...
In our daily life, the probability of target prevalence in visual search varies from very low to high. However, most laboratory studies of visual search used a fixed probability of target prevalence at 50%. The present study examined the properties of information processing during visual search where the probability of target prevalence was manipulated to vary from low (20%), medium (50%), to high (80%). The search items were made of simple shape stimuli, and search accuracy, signal detection measures, and reaction times (RTs) were analyzed for characterizing the effect of target prevalence on the information processing strategies for visual search. The analyses showed that the rates of misses increased whereas those of false alarms decreased in the search condition of low target prevalence, whereas the pattern was reversed in the high prevalence condition. Signal detection measures revealed that the target prevalence shifted response criterion (c) without affecting sensitivity (d'). In addition, RTs for correct rejection responses in the target-absent trials became delayed as the prevalence increased, whereas those for hits in the target-present trials were relatively constant regardless of the prevalence. The RT delay in the target-absent trials indicates that increased target prevalence made the 'quitting threshold' for search termination more conservative. These results support an account that the target prevalence effect in visual search arises from a shift of decision criteria and the subsequent changes in search information processing, while rejecting the account of a speed-accuracy tradeoff.
In our daily life, the probability of target prevalence in visual search varies from very low to high. However, most laboratory studies of visual search used a fixed probability of target prevalence at 50%. The present study examined the properties of information processing during visual search where the probability of target prevalence was manipulated to vary from low (20%), medium (50%), to high (80%). The search items were made of simple shape stimuli, and search accuracy, signal detection measures, and reaction times (RTs) were analyzed for characterizing the effect of target prevalence on the information processing strategies for visual search. The analyses showed that the rates of misses increased whereas those of false alarms decreased in the search condition of low target prevalence, whereas the pattern was reversed in the high prevalence condition. Signal detection measures revealed that the target prevalence shifted response criterion (c) without affecting sensitivity (d'). In addition, RTs for correct rejection responses in the target-absent trials became delayed as the prevalence increased, whereas those for hits in the target-present trials were relatively constant regardless of the prevalence. The RT delay in the target-absent trials indicates that increased target prevalence made the 'quitting threshold' for search termination more conservative. These results support an account that the target prevalence effect in visual search arises from a shift of decision criteria and the subsequent changes in search information processing, while rejecting the account of a speed-accuracy tradeoff.
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문제 정의
따라서 실제 시각탐색 환경을 모사한 자극 구성을 통해 관찰된 표적 출현확률 효과가 근본적인 시각탐색 정보처리에 기인하는지, 혹은 지각적 복잡성에 따른 항목 식별(identification)의 실패 또는 반응편향으로의 유인과 같은 영향에 의한 것인지를 구분하는데 제약이 있다. 본 연구에서는 지각적으로 단순한 자극을 사용하여 상이한 표적 출현확률아래 관찰자들의 탐색 수행을 조사하였다. 구체적으로 기존 시각탐색 정보처리를 밝히는 데 반복적으로 활용되어온 탐색과제 및 지각적으로 통제된 자극을 사용하여 측정된 탐색 정확도와 신호탐지 측정치, 그리고 반응시간 자료를 분석함으로써 선행연구들의 결과를 반복검증하고, 표적유무에 따라 상이한 표적 출현확률 효과를 초래한 원인을 정보처리 모형에 근거하여 추론하였다.
본 연구에서는 표적 출현확률에 따라 빈번한 시행과 드물게 출현하는 시행 유형에서의 탐색 수행 비교에 목적을 두므로, 그림 2B에 표적 출현확률에 따른 참가자들의 표적유무 조건별 탐색 오류율을 도해하였다(헛경보율과 실수율은 각각 표적없음 조건과 표적있음 조건에서의 오류율을 의미한다). 개체 내 요인(표적유무; 표적없음, 표적있음)과 개체 간 요인(표적 출현확률; 저빈도, 중립빈도, 고빈도)에 근거한 이원변량분석(two-way ANOVA)를 실시한 결과, 표적유무의 주효과와 더불어, F(1, 21) = 45.
본 과제는 공간구조 탐색(spatial configuration search)으로, 표적과 방해자극 간 세부특징을 공유하므로 관찰자로 하여금 개별 항목에 대한 순차적 자기종료 탐색(serial self-terminating search)을 요구한다(Chun & Wolfe, 1996; Wolfe, 1998). 이와 같은 탐색과제의 사용은 실제 탐색상황을 모사한 선행연구에서 이루어지지 않은 탐색자극의 지각적 속성을 통제하되 순차적 탐색을 유지하므로 표적 출현확률 효과가 과제 특성과 관계없이 보편적인 시각 탐색 정보처리를 반영하는지를 조사하기 위한 본 연구의 목적에 부합한다.
참가자들은 방해자극(L) 가운데 표적자극(T)이 제시되었는지 여부를 판단하여 키보드 상 ‘Z’ 또는 ‘/’ 버튼을 눌러 보고하도록 지시 받았다.
가설 설정
확산모형(diffusion model)에 기반한 표적 출현확률에 따른 정확한 기각 반응 시간의 해석 및 이를 위한 가상적 반응시간 분포. 확산모형은 정보처리 시작점으로부터 지속적인 정보 축적(information accumulation)이 이루어지며 의사결정 경계(decision boundary)에 도달할 경우 반응이 도출된다고 가정한다. 표적 출현확률 증가에 따른 정확한 기각 반응시간의 상대적인 지연은 (A) 표류율(drift rate; 단위시간당 축적되는 정보량으로 정보처리 효율성 지표)의 감소 또는 (B) 시작점으로부터 의사결정 경계(반응의 보수성) 간 거리의 증가에 의해 설명될 수 있다.
제안 방법
본 연구에서는 지각적으로 단순한 자극을 사용하여 상이한 표적 출현확률아래 관찰자들의 탐색 수행을 조사하였다. 구체적으로 기존 시각탐색 정보처리를 밝히는 데 반복적으로 활용되어온 탐색과제 및 지각적으로 통제된 자극을 사용하여 측정된 탐색 정확도와 신호탐지 측정치, 그리고 반응시간 자료를 분석함으로써 선행연구들의 결과를 반복검증하고, 표적유무에 따라 상이한 표적 출현확률 효과를 초래한 원인을 정보처리 모형에 근거하여 추론하였다.
신호탐지 반응기준과 민감도를 통해 탐색 오류 결과를 초래한 원인을 조사하였다(그림 2C). 표적 출현확률에 따라 반응기준에서 유의미한 효과가 관찰되었으며, F(2, 21) = 79.
종합하여, 본 연구에서는 지각적으로 단순한 시각탐색 과제를 통해 비대칭적인 확률로 표적이 출현하는 일상적인 탐색상황에서의 관찰자의 정보처리를 추론하였다. 표적 출현확률에 따른 탐색수행의 변화는 선행연구들에서 수행된 X-ray 보안검사와 같이 탐색자극의 지각적 복잡성 및 난이도가 높은 경우 뿐 아니라, 단순한 도형자극을 사용하여 상대적으로 용이한 탐색상황에서도 동일하게 관찰되었다.
알파벳 ‘T’와 ‘L’ 형태의 도형이 각각 표적과 방해자극으로 사용되었다. 탐색 정확도의 천정효과를 방지하기 위해 방해자극(L)을 구성하는 두 선분이 맞닿는 지점에 대해 가로 선분의 왼쪽 모서리로부터 20%의 간격을 적용하였으며, 화면에 제시되는 개별 자극에 대해 네 가지 방위(0, 90, 180, 270도)의 회전율이 무선적으로 적용되었다. 시각자극은 참가자로부터 60cm 간격에 위치한 주사율 120Hz의 22인치 LCD 모니터에서 제시되었다.
5 비율로 신속한데, 이는 순차적 자기종료 탐색 상황에서 표적이 제시될 경우 해당 항목이 탐지되는 시점은 평균적으로 전체 항목개수의 절반에 해당하는 반면 표적이 제시되지 않을 경우 탐색종료는 대개 모든 항목에 대한 평가를 수반하기 때문이다 (Wolfe, 1994; Treisman, 1999; Woodman & Luck, 2003). 표적 출현확률 효과는 표적있음 및 없음 반응에 상이한 편향을 초래하므로 본 연구의 반응시간 분석에서는 표적 출현확률에 따른 표적유무 반응시간 양상에 초점을 맞추었다.
표적유무(표적있음, 표적없음)에 따른 탐색 정확성과 신호탐지 측정치, 그리고 평균 반응시간 자료에 대해 표적 출현확률(저빈도, 중립빈도, 고빈도) 간 상호 비교가 이루어졌다. 사후 다중비교에 따른 1종 오류의 가능성이 있는 경우 Bonferroni 교정을 통해 보수적인 유의확률 기준을 사용하였다.
대상 데이터
탐색 정확도의 천정효과를 방지하기 위해 방해자극(L)을 구성하는 두 선분이 맞닿는 지점에 대해 가로 선분의 왼쪽 모서리로부터 20%의 간격을 적용하였으며, 화면에 제시되는 개별 자극에 대해 네 가지 방위(0, 90, 180, 270도)의 회전율이 무선적으로 적용되었다. 시각자극은 참가자로부터 60cm 간격에 위치한 주사율 120Hz의 22인치 LCD 모니터에서 제시되었다. 실험 설계는 Matlab Psychophysics Toolbox를 통해 구현되었다(Brainard, 1997).
실험은 총 400시행으로, 표적 출현확률(고빈도, 저빈도, 중립빈도)에 따라 ‘표적있음’과 ‘표적없음’ 시행의 개수는 각각 320 대 80시행, 80 대 320시행, 그리고 각각 200시행씩으로 구성되었다.
중앙대학교에 재학중인 19-28세의 피험자 24명(여성 10명)이 실험에 참여하였으며, 실험 참가에 대한 보상으로 소정의 사례비가 지급되었다. 모든 참가자는 참가 동의서에 동의 서명을 한 뒤 실험에 참여하였으며, 정상 시력 또는 정상 교정시력을 보유하고 있음을 보고하였다.
이론/모형
또한 개별 참가자간 전반적인 반응 속도에는 개인차가 존재하며, 이는 상대적으로 적은 표본으로부터 얻어진 반응시간 자료에서 더욱 분명하다. 따라서 본 연구에서는 개별 참가자의 반응시간 자료에 대해 Vincentizing 절차를 통해 표준화하였다(Vincent, 1912). Vincentizing은 분위 평균(quantile averaging)으로, 개별 참가자의 전체 반응시간 자료를 오름차순 하여 최소값과 최대값을 0~100% 백분위로 하는 구간 내에서 변환한다.
표적유무(표적있음, 표적없음)에 따른 탐색 정확성과 신호탐지 측정치, 그리고 평균 반응시간 자료에 대해 표적 출현확률(저빈도, 중립빈도, 고빈도) 간 상호 비교가 이루어졌다. 사후 다중비교에 따른 1종 오류의 가능성이 있는 경우 Bonferroni 교정을 통해 보수적인 유의확률 기준을 사용하였다. 신호탐지 분석에서 민감도 지표에는 d’[z(적중률) - z(헛경보율)]이, 반응기준 지표에는 c[-0.
시각자극은 참가자로부터 60cm 간격에 위치한 주사율 120Hz의 22인치 LCD 모니터에서 제시되었다. 실험 설계는 Matlab Psychophysics Toolbox를 통해 구현되었다(Brainard, 1997).
표적 출현확률에 따른 탐색종료 역치의 이동과 그에 따른 정확한 기각 반응시간 양상에 대한 이해를 돕기 위해 정보처리 확산모형(diffusion model)에 기초하여 이를 해석하였다(그림 4). 확산모형에서 의사결정과 이에 따른 행동반응의 발현은 정보처리 시작점으로부터 의사결정 경계까지의 지속적인 정보 축적(information accumulation)으로 설명된다(Ratcliff, 1978; Ratcliff & Rouder, 2000; Palmer, Huk, & Shadlen, 2005).
성능/효과
(A) 탐색자극은 알파벳 T(표적자극)와 L(방해자극)으로 구성되며 개별 자극에 대해 각각 0, 90, 180, 또는 270°의 회전율이 무선적으로 적용되었다.
개체 내 요인(표적유무; 표적없음, 표적있음)과 개체 간 요인(표적 출현확률; 저빈도, 중립빈도, 고빈도)에 근거한 이원변량분석(two-way ANOVA)를 실시한 결과, 표적유무의 주효과와 더불어, F(1, 21) = 45.47, p < .001, η2 = .68, 표적유무와 표적 출현확률 간 유의미한 상호작용이 관찰되었다, F(2, 21) = 42.96, p < .001, η2 = .80.
두 가지 결정 가설에서 표적없음 반응에 도달하기 위한 정보량 즉 탐색종료 역치는 저빈도에서 상대적으로 ‘낮으며’ 고빈도에서는 ‘높다’. 결과에서 정확한 기각 반응시간은 표적이 빈번하게 출현할수록 지연되었으므로, 고빈도 표적탐색에서 표적없음 반응을 위해 보수적인 기준이 수립되었음을 의미한다. Godwin 등(2014)은 안구운동(eye-movement) 측정을 통해 표적 출현확률이 높을 경우(75%) 표적없음 시행에서 총 응시시간(total gaze duration)이 증가함을 관찰하였으며, 이것이 개별항목에의 첫 번째 고정시간(single fixation duration)의 증가가 아닌 한 차례 검사했던 항목에 대한 재방문 비율(proportion revisited)의 증가에 의한 것임을 보고한 바 있다.
속도-정확도 교환 가설에 따르면 기본적으로 향후 시행에서의 표적 출현확률이 예견되는 저빈도 및 고빈도 표적탐색에서의 반응시간은 모두 중립빈도에 비해 신속해야 함에도 불구하고, 참가자들의 반응시간은 표적 출현확률이 증가함에 따라 지연되었다. 구체적으로, 저빈도 표적탐색 상황에서 빈번한 표적없음 반응에 소요되는 시간은 중립빈도(50%) 표적탐색에 비해 감소하였다. 그러나 고빈도 표적탐색 상황에서는 정반대의 경향이 관찰 된다.
두 가지 결정 가설에서 표적없음 반응에 도달하기 위한 정보량 즉 탐색종료 역치는 저빈도에서 상대적으로 ‘낮으며’ 고빈도에서는 ‘높다’.
먼저 표적 출현확률에 따른 참가자 집단의 전반적인 탐색 오류율은 저빈도와 중립빈도, 그리고 고빈도에서 각각 7.07 ± 2.20%, 6.91 ± 3.60%, 3.44 ± 2.57%로, 대부분의 시행에서 정확한 탐색이 이루어졌음을 의미한다.
본 연구에서 관찰된 신호탐지 민감도(d’)가 표적 출현확률과 관계없이 비교적 높게 유지되었던 점을 고려할 때(그림 2C; 평균 3.39, 저빈도에서 3.14, 중립빈도에서 3.34, 고빈도에서 3.69), 순차적 평가 과정에서 실제 화면상에 출현한 표적 자극이 선택될 경우, 표적 판단에 성공하여 적중반응에 소요되는 시간은 출현확률과 독립적이었음을 의미한다.
분석결과를 종합할 때 표적 출현확률 효과는 신호탐지 반응기준 및 정확한 기각 반응시간에서 관찰된 반면 민감도 및 적중 반응시간에는 영향을 미치지 않았다. 이는 표적 출현확률에 따른 탐색 수행변화를 보고한 선행연구들과 일치하는 결과로, X-ray 보안검색과 같이 실제 사물들로 구성된 탐색과제에서 상이한 표적 출현확률에 따른 탐색 전략이 지각적으로 매우 단순한 시각탐색 상황에서도 관찰자에게 동일하게 적용되었음을 의미한다(Wolfe et al.
그러나 고빈도 표적탐색 상황에서는 정반대의 경향이 관찰 된다. 빈번하게 출현하는 표적에 대한 탐지 반응은 감소하지 않았으며, 오히려 표적없음 시행에서의 반응시간이 큰 폭으로 증가하였다.
고빈도 표적탐색에서의 반응시간 결과는 속도-정확도 교환 가설과 두 가지 결정 가설의 평가에 가장 핵심적인 정보를 제공한다. 빈번한 표적있음 시행에서의 적중 반응시간은 상대적으로 감소하지 않은 반면, 상대적으로 드문 표적없음 시행에서 정확한 기각 반응에 소요되는 시간은 큰 폭으로 증가되었다(그림 2D). 또한 Fleck과 Mitroff(2007)가 지적한 것과 같이 낮은 표적출현 상황에서 관찰자의 부주의한 반응이 탐색 오류를 초래한 것이라면 민감도(d’)의 저하가 관찰되어야 하나, 본 연구 결과에서 민감도의 유의미한 저하는 관찰되지 않았다.
, 2007). 속도-정확도 교환 가설에 따르면 기본적으로 향후 시행에서의 표적 출현확률이 예견되는 저빈도 및 고빈도 표적탐색에서의 반응시간은 모두 중립빈도에 비해 신속해야 함에도 불구하고, 참가자들의 반응시간은 표적 출현확률이 증가함에 따라 지연되었다. 구체적으로, 저빈도 표적탐색 상황에서 빈번한 표적없음 반응에 소요되는 시간은 중립빈도(50%) 표적탐색에 비해 감소하였다.
표적유무(적중, 정확한 기각)의 주효과가 관찰되었으며, F(1, 21) = 134.81, p < .001, η2 = .87, 표적유무와 표적 출현확률 간 유의미한 상호작용이 관찰되었다, F(2, 21) = 32.00, p < .001, η2 = .75.
헛경보율과 실수율 각각에 대해 표적 출현확률 간 수행차이를 비교하기 위해 차이검증을 실시한 결과, 헛경보율은 중립빈도 대비 고빈도에서 증가하였으며, t(14) = -2.90, p < .01, 실수율은 중립빈도 대비 저빈도에서 증가하였다, t(14) = -5.21, p < .001.
후속연구
서론에서 언급한 바와 같이, 특히 저빈도 표적탐색 상황에서 증가하는 실수 오류는 더욱 중요한 함의를 지니는데, 임상적 진단이나 공항 보안검색, 안전진단과 같이 드물게 출현하는 표적에 대한 탐지오류는 사회적으로 심각한 결과를 초래할 가능성이 있다. 따라서 추후 연구에서는 비대칭적 표적 출현확률의 영향아래 이루어지는 불완전한 의사결정을 효과적으로 보완할 수 있는 명시적(explicit-) 또는 암묵적 개입(implicit-intervention)에 대한 탐구가 이루어질 필요성이 있다.
추후 연구에서는 확산모형 파라미터와 신호탐지 지표 간 개념적 연결성을 넘어 반응시간 분포에 대한 수리적 모형검증을 통해 확산 정보처리의 이론적 틀에서 표적 출현확률 효과에 대한 보다 정밀한 검증이 이루어질 필요가 있다. 특히 확산모형에서 동일한 평균 반응시간의 변화를 설명하는 표류율과 의사결정 경계 파라미터 값의 변화는 서로 다른 형태의 반응시간 분포를 초래한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
속도-정확도 교환 가설에 따른 반응시간은 어떠한 결과를 보여야 하는가?
, 2007). 속도-정확도 교환 가설에 따르면 기본적으로 향후 시행에서의 표적 출현확률이 예견되는 저빈도 및 고빈도 표적탐색에서의 반응시간은 모두 중립빈도에 비해 신속해야 함에도 불구하고, 참가자들의 반응시간은 표적 출현확률이 증가함에 따라 지연되었다. 구체적으로, 저빈도 표적탐색 상황에서 빈번한 표적없음 반응에 소요되는 시간은 중립빈도(50%) 표적탐색에 비해 감소하였다.
탐색종료 역치는 무엇을 의미하는가?
표적 출현 확률에 따라 결정기준이 이동하므로 저빈도와 고빈도 표적탐색에서 불충분한 평가에 의해 각각 실수와 헛경보 반응이 발생할 가능성이 높아진다. 탐색종료 역치는 탐색 항목에 대한 순차적 평가 과정에서 더 이상 표적이 탐지되지 않을 경우 탐색을 종료하고 표적없음 반응을 도출하기 위해 충족되어야 하는 정보량을 의미한다. 따라서 고빈도 표적탐색에서 표적없음으로 탐색을 종료하기 위해서는 더 많은 항목을 더 오랫동안 평가하는 철저한 탐사(exhaustive search)가 수반되므로 반응시간이 지연된다고 주장하였다.
고빈도 표적탐색 상황에서의 반응시간은 어떠한 결과를 보이는가?
그러나 고빈도 표적탐색 상황에서는 정반대의 경향이 관찰 된다. 빈번하게 출현하는 표적에 대한 탐지 반응은 감소하지 않았으며, 오히려 표적없음 시행에서의 반응시간이 큰 폭으로 증가하였다.
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