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Tipo: Tese
Título: Eye-tracking as a proxy for coherence and complexity of texts, and for the interpretation of cytopathological images
Título em inglês: Eye-tracking as a proxy for coherence and complexity of texts, and for the interpretation of cytopathological images
Autor(es): Torres, Débora
Orientador: Andrade Júnior, José Soares de
Palavras-chave em português: Rastreamento ocular;Complexidade e coerência de textos;Modelo de Entropia Máxima (MEM);Atenção visual;Modelos de saliência
Palavras-chave em inglês: Eye-tracking;Text complexity and coherence;Maximum Entropy Model (MEM);Visual attention;Saliency models
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Data do documento: 2024
Citação: TORRES, Débora. Eye-tracking as a proxy for coherence and complexity of texts, and for the interpretation of cytopathological images. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: Os movimentos dos olhos proporcionam uma visão única dos processos cognitivos, conectando a mecânica da visão com atividades neurais subjacentes. Através de movimentos rápidos chamados de “sacadas”, nossos olhos direcionam a atenção para áreas de interesse, enquanto as “fixações” oferecem momentos para a coleta de informações visuais detalhadas. Em tarefas como a leitura, os padrões de fixação revelam demandas cognitivas e a profundidade do processamento. O rastreamento ocular, um método não invasivo, captura esses movimentos com precisão, permitindo o estudo do comportamento visual em diferentes tarefas e estímulos visuais. Ao analisar dados de movimento ocular usando física estatística e ferramentas de aprendizado de máquina, obtemos insights sobre comportamentos coletivos e padrões de processamento cognitivo. Equipada com um rastreador ocular de ponta, nossa pesquisa focou em experimentos de rastreamento ocular em várias tarefas visuais, resultando em dois projetos principais publicados em revistas renomadas. Nosso projeto principal envolveu experimentos nos quais os participantes liam textos diversos. Usando um modelo binário para sequências de fixação semelhante a um sistema Ising integrado ao Modelo de Entropia Máxima, examinamos padrões de fixação. Realizando uma extensa pesquisa, comparamos esses resultados com propriedades derivadas dos experimentos de rastreamento ocular. Nossa análise revelou uma correlação positiva entre a complexidade do texto e a densidade média de fixação, medida pelas magnetizações. Além disso, a modelagem estatística e a análise de Máxima Entropia Par a Par demonstraram a eficácia da distância do ponto crítico na avaliação da coerência do texto, indicando um potencial para medidas cognitivas robustas em comparação com respostas de pesquisa convencionais. Paralelamente, um projeto colaborativo com o programa de pós-graduação em Engenharia de Teleinformática focou na atenção visual de citopatologistas analisando lâminas de esfregaço de Pap. Esta pesquisa ofereceu insights sobre mecanismos visuais durante a análise de esfregaços de Pap, potencialmente aprimorando práticas atuais e informando o desenvolvimento de técnicas de análise inovadoras. Nossa investigação abrangeu uma revisão da dinâmica da atenção visual, exploração de modelos de aprendizagem de saliência para diagnóstico médico e avaliação de aplicações de rastreamento ocular em interpretação de imagens médicas. Através da comparação de mapas de fixação ocular com algoritmos de previsão de saliência, a confiabilidade desses algoritmos na detecção de células clinicamente relevantes foi avaliada. Os resultados de nosso projeto principal demonstram a robustez da abordagem de máxima-entropia para sondar sistemas complexos de forma eficaz. Além disso, nossas observações destacam como os humanos respondem de forma coesa a informações textuais coerentes, refletindo mecanismos avançados de formação de linguagem e previsão de leitura. Além disso, nosso projeto secundário revelou um acordo significativo nos padrões de olhar entre os participantes, apoiando a identificação de Regiões de Interesse Clínico em imagens de esfregaços de Pap. Investigações adicionais sobre modelos de saliência forneceram insights valiosos sobre sua precisão preditiva e implicações potenciais para a interpretação de imagens médicas. Por fim, nossa pesquisa interdisciplinar, abrangendo neurociência, linguística e ciência da computação, proporcionou insights valiosos sobre a aplicação de modelos físicos para estudar a atividade cognitiva.
Abstract: Eye movements offer a unique insight into cognitive processes, bridging the mechanics of vision with underlying neural activities. Through swift movements called “saccades”, our eyes direct attention to areas of interest, while “fixations” provide moments for detailed visual information gathering. In tasks like reading, fixation patterns reveal cognitive demands and processing depth. Eye tracking, a non-invasive method, captures these movements with precision, enabling the study of visual behavior across tasks and stimuli complexities. By analyzing eye movement data using statistical physics and machine learning tools, we gain insights into collective behaviors and cognitive processing patterns. Equipped with a cutting-edge eye tracker, our research focused on eye-tracking experiments across various visual tasks, resulting in two main projects published in reputable journals. Our primary project, “Eye-tracking as a Proxy for Text Complexity and Coherence”, involved experiments where participants read diverse texts. Using a binary model for fixation sequences akin to an Ising system integrated into the Maximum Entropy Model, we examined fixation patterns. Leveraging results from an extensive survey, we compared these findings with properties derived from eye-tracking experiments. Our analysis revealed a positive correlation between text complexity and average fixation density, measured by magnetizations. Additionally, statistical modeling and Pairwise Maximum-Entropy analysis demonstrated the effectiveness of critical point distance in assessing text coherence, indicating a potential for robust cognitive measures compared to conventional survey responses. In parallel, a collaborative project with the ``Engenheria em Teleinformatica'' post-graduate program focused on visual attention among cytopathologists analyzing Pap smear slides. This research offered insights into visual mechanisms during Pap smear analysis, potentially enhancing current practices and informing the development of innovative analysis techniques. Our investigation encompassed a review of visual attention dynamics, exploration of saliency learning models for medical diagnosis, and evaluation of eye-tracking applications in medical imaging. Through the comparison of eye fixation maps with saliency prediction algorithms, the reliability of these algorithms in detecting clinically relevant cells was assessed. The findings from our primary project demonstrate the robustness of the maximum-entropy approach for probing diverse complex systems effectively. Additionally, our observations highlight how humans respond cohesively to coherent textual information, reflecting advanced language formation and reading prediction mechanisms. Moreover, our secondary project revealed a significant agreement in gaze patterns among participants, supporting the identification of clinical Regions of Interest in Pap smear images. Further investigation into saliency models provided valuable insights into their predictive accuracy and potential implications for medical image interpretation. Lastly, our interdisciplinary research, spanning neuroscience, linguistics, and computer science, provided valuable insights into applying physical models to study cognitive activity.
Descrição: TORRES, Débora. Eye-tracking as a proxy for coherence and complexity of texts, and for the interpretation of cytopathological images. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85017
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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