L`EFFETTO SIMON: IL SUO DECORSO TEMPORALE CON STIMOLI

L’EFFETTO SIMON: IL SUO DECORSO
TEMPORALE CON STIMOLI VISIVI
E RISPOSTE OCULO-MOTORIE
GIULIA BARONI, LUISA LUGLI, MARIAGRAZIA BENASSI,
ROBERTO BOLZANI E ROBERTO NICOLETTI
Università di Bologna
Riassunto. L’effetto Simon consiste in una prestazione più veloce ed accurata quando
la posizione della risposta corrisponde alla posizione dello stimolo anche se questa
non è rilevante per il compito. Il presente lavoro ha studiato l’emergere dell’effetto Simon e il suo decorso temporale con stimoli visivi e risposte oculo-motorie utilizzando
un paradigma di tipo standard: stimoli e risposte condividevano infatti una relazione
anatomico-spaziale. I risultati hanno mostrato un effetto (1) ampio e significativo sia
nei tempi di reazione saccadici che negli errori e (2) con un decorso temporale descrescente, supportando l’ipotesi che esso sia dovuto ad un meccanismo visuomotorio.
1. introduzione
In un classico compito di tipo Simon ai partecipanti viene chiesto di discriminare il colore o la forma di uno stimolo (dimensione
rilevante) premendo un tasto posto a sinistra o a destra rispetto alla
linea mediana del corpo, indipendentemente dalla posizione di comparsa dello stimolo (dimensione irrilevante). I risultati di numerosi
lavori hanno messo in luce come la prestazione sia più veloce ed accurata quando la posizione dello stimolo e quella della risposta sono
omolaterali (condizione corrispondente) rispetto a quando sono controlaterali (condizione non-corrispondente). Si ritiene che l’origine di
questo vantaggio per la condizione corrispondente rispetto alla noncorrispondente, definito come effetto Simon (Simon e Rudell, 1967;
per una rassegna si veda Proctor e Vu, 2006), avvenga a livello di selezione della risposta (Rubichi, Nicoletti, Umiltà e Zorzi, 2000) e che
sia il risultato dell’interazione tra due percorsi di elaborazione paralleli ed indipendenti che connettono la percezione all’azione: una via
controllata ed una automatica (dual-routes models; De Jong, Liang, e
Lauber, 1994). Alla presentazione dello stimolo, la via controllata attiva la risposta richiesta dalle istruzioni; per esempio alla comparsa
dello stimolo blu viene attivata la risposta che richiede la pressione
del tasto di sinistra. La via automatica, invece, attiva la risposta spazialmente corrispondente; per esempio la comparsa dello stimolo
blu a destra attiva automaticamente la pressione del tasto di destra.
GIORNALE ITALIANO DI PSICOLOGIA / a. XLI, n. 2, maggio 2014
421
Nella condizione corrispondente, le due risposte attivate coincidono
e quindi non emerge nessun conflitto a livello di selezione della risposta, mentre nella situazione non-corrispondente le due risposte
non coincidono e si verifica una competizione che deve essere risolta
prima dell’emissione della risposta, causando quindi un rallentamento
della prestazione ed una maggiore probabilità di errore.
L’effetto Simon è stato replicato in numerose condizioni, indipendentemente dalla modalità di presentazione dello stimolo (e.g., uditiva,
visiva o tattile; si veda ad esempio Craft e Simon, 1970) e dalla modalità di risposta (motoria emessa con arti superiori o inferiori, vocale e
oculo-motoria; si veda ad esempio Bertera, Callan, Parsons e Pishkin,
1975; Leuthold e Schröter, 2006). Solo il recente studio di Khalid e
Ansorge (2013), tuttavia, ha approfondito la presenza dell’effetto Simon con stimoli visivi e risposte oculo-motorie (si veda Hodgson,
Perry, Gregory e Jarvis, 2009, per un compito simile in un paradigma
Stroop). Gli autori hanno verificato la presenza dell’effetto chiedendo
ai partecipanti di rispondere al colore di parole dal contenuto spaziale
(«sinistra» / «destra» o «alto» / «basso») presentate in posizione centrale eseguendo movimenti saccadici verso sinistra / destra o verso la
parte alta / bassa dello schermo. Dai risultati è emersa una facilitazione nei tempi di reazione saccadici (TRS) per la condizione in cui il
significato delle parole (dimensione irrilevante) e la direzione della saccade erano corrispondenti. È interessante notare che lo studio di Khalid e Ansorge (2013) rappresenta il primo contributo in cui emerge
l’effetto Simon richiedendo risposte oculo-motorie a stimoli visivi.
Scopo del presente lavoro è quello di approfondire lo studio
dell’effetto Simon con stimoli visivi e risposte oculo-motorie, ma con
un paradigma Simon di tipo standard, vale a dire con stimoli visivi
(quadrati rossi/blu) presentati a sinistra o a destra di un punto di fissazione centrale, veicolando quindi la dimensione spaziale in modo
automatico e senza coinvolgere alcuna codifica di tipo semantico.
Studi condotti sul Simon con stimoli visivi e risposte di tipo manuale hanno dimostrato come l’effetto possa essere dovuto a due
meccanismi distinti, un meccanismo di tipo visuomotorio e uno di
tipo cognitivo (Wascher, Schatz, Kuder e Verleger, 2001; Wiegand
e Wascher, 2005, per una rassegna si veda Proctor, Miles e Baroni,
2011). Il primo meccanismo, più automatico, precoce e meno duraturo, si verificherebbe quando gli stimoli e le risposte sono collocati
sull’asse orizzontale, condividendo quindi una relazione spazialeanatomica (De Jong et al., 1994; Rubichi e Pellicano, 2004, Wascher
et al., 2001, Esperimento 1). Il secondo, che richiede una maggiore
elaborazione cognitiva, è più tardivo e temporalmente più duraturo
e si verificherebbe nei casi in cui stimoli e riposte non condividono
una relazione spaziale-anatomica, ad esempio quando gli stimoli sono
422
presentati centralmente (Pellicano, Lugli, Baroni e Nicoletti, 2009) o
quando le risposte sono eseguite con le mani incrociate (Wascher et
al., 2001, Esperimento 1). Questi due differenti meccanismi si riflettono sul decorso temporale dell’effetto Simon, e cioè sul modo in cui
l’effetto varia tra le risposte più veloci e quelle più lente. Nel caso del
meccanismo visuomotorio si trova il classico effetto descrescente, ovvero l’effetto Simon diminuisce con l’aumentare dei tempi di reazione,
mentre nel caso del meccanismo cognitivo si trova un effetto Simon
costante o crescente all’aumentare dei tempi di reazione. I risultati di
Khalid e Ansorge (2013) confermano parzialmente questa spiegazione
dicotomica, e cioè quando le saccadi devono essere effettuate lungo
l’asse verticale, il decorso temporale dell’effetto ha la tendenza ad essere di tipo crescente; quando invece le saccadi devono essere effettuate lungo l’asse orizzontale si osserva sia una tendenza ad avere un
effetto di tipo decrescente (ibidem, Esperimento 1), come in un Simon di tipo standard, sia un andamento di tipo costante sebbene con
un effetto non significativo (ibidem, Esperimento 2a).
Le ipotesi del presente lavoro sono, in primo luogo, di ottenere
l’effetto Simon anche impiegando i TRS all’interno di un paradigma
di tipo standard, e che l’effetto abbia un decorso temporale di tipo
decrescente, così come emerge nei lavori in cui stimoli visivi e risposte manuali condividono una relazione spaziale-anatomica in grado di
favorire un meccanismo di tipo visuomotorio.
2. metodo
2.1. Partecipanti
All’esperimento hanno partecipato 15 studenti dell’Università di
Bologna (11 femmine, età media: 22 anni, DS: 4.02) con una visione
normale o corretta e che non erano a conoscenza dello scopo dell’esperimento.
2.2. Apparecchiatura e stimoli
L’esperimento si è svolto all’interno di una stanza con luce artificiale. I partecipanti erano seduti di fronte allo schermo di un computer (schermo di 22’’, frequenza di aggiornamento 60 Hz, risoluzione:
1024 × 768 pixels) ad una distanza di circa 60 cm. Per la somministrazione dell’esperimento e la raccolta dei dati è stato usato il software Experiment CenterTM (versione 3.2). I movimenti oculari sono
stati registrati con il sistema eye tracker «SMI 500 by SensoMotoric
423
Instruments»1, a una frequenza di campionamento di 120 Hz. Dopo
una calibrazione a 9 punti, ritenendo valido l’errore di posizionamento dell’occhio solo quando era inferiore a 0.8o, si iniziava la fase
sperimentale. Gli stimoli consistevano in una crocetta di fissazione
(1.1o × 1.1o di angolo visivo), due rettangoli disegnati con una linea
tratteggiata (4.3o in altezza × 5.7o in larghezza) che avevano la funzione di: posizione di comparsa degli stimoli target e bersaglio da raggiungere con il movimento oculare. Gli stimoli target erano dei quadrati (2.9o × 2.9o) di colore rosso / blu.
2.3. Procedura
All’inizio di ogni trial, sullo schermo comparivano la crocetta di
fissazione centrale e i due rettangoli tratteggiati, di cui uno era posizionato alla sua sinistra e uno alla sua destra (la distanza tra il bordo
interno dei rettangoli e la crocetta di fissazione era di 6 cm). Sia la
crocetta di fissazione che i due rettangoli tratteggiati rimanevano
sullo schermo per tutta la durata dell’esperimento. Per fare apparire
gli stimoli target, i partecipanti dovevano mantenere lo sguardo sulla
crocetta di fissazione per un lasso di tempo di almeno 1000 ms consecutivi. Lo stimolo target appariva quindi al centro del rettangolo tratteggiato di sinistra o di destra (la distanza tra il bordo interno dello
stimolo target e la crocetta di fissazione era di 8 centimetri) e rimaneva
visibile fintanto che il partecipante non faceva una saccade verso uno
dei rettangoli tratteggiati e vi manteneva lo sguardo per almeno 1500
ms consecutivi. Il partecipante doveva poi riportare lo sguardo sulla
crocetta per far iniziare un nuovo trial. A metà dei partecipanti veniva
chiesto di rispondere allo stimolo rosso compiendo una saccade verso
il rettangolo tratteggiato di sinistra e allo stimolo blu verso il rettangolo
tratteggiato di destra, mentre all’altra metà veniva assegnato il compito
opposto. Le istruzioni sottolineavano l’importanza di dare risposte veloci e accurate. L’esperimento era composto da 20 trial di prova seguiti
da 192 trial sperimentali divisi in 4 blocchi da 48 trial ciascuno. I partecipanti potevano fare una breve pausa tra un blocco e l’altro.
3. risultati
Le saccadi sono state definite utilizzando l’Event Detector dell’eye
tracker. Il TRS è stato considerato come il tempo che intercorreva tra
www.smivision.com.
1
424
la presentazione della stimolo target e l’inizio del movimento della saccade (si veda Khalid e Ansorge, 2013). Sono state condotte analisi separate sui TRS delle risposte corrette (saccadi effettuate nella direzione
indicata dalle istruzioni) e sulle percentuali di errore (saccadi effettuate
nella direzione opposta rispetto alle istruzioni) trasformate in arcoseno.
Tre partecipanti con una percentuale di errore superiore al 20% sono
stati eliminati. Per misurare l’effetto Simon, sono state comparate le risposte corrispondenti (la direzione della saccade era omolaterale alla
posizione di comparsa dello stimolo) e non-corrispondenti (la direzione della saccade era controlaterale alla posizione di comparsa dello
stimolo). Il decorso temporale dell’effetto Simon è stato analizzato attraverso la Vincentizing procedure (Ratcliff, 1979): la distribuzione dei
TRS per ogni partecipante e per ogni condizione (corrispondente e
non-corrispondente) è stata divisa in quartili (o bin) ed è stato calcolato il TRS medio per ogni quartile. L’ampiezza dell’effetto Simon per
ogni bin è quindi stata calcolata sottraendo il TRS medio della condizione corrispondente da quello della condizione non-corrispondente.
3.1. Tempi di Reazione Saccadici
I TRS sono stati analizzati usando un’Analisi della Varianza
(ANOVA) con due fattori within-subject: bin (1-4) e Corrispondenza
(corrispondenti vs. non-corrispondenti). Per come sono stati raggruppati i dati, l’effetto del fattore bin risulta sempre significativo e quindi
non è stato riportato o discusso. Quando l’assunzione di sfericità è
stata violata, abbiamo applicato la correzione di Huynh-Feldt, nonostante siano qui riportati i gradi di libertà originali.
Il fattore Corrispondenza è risultato significativo, F(1.11) = 19.74,
MSE = 2658.62, p < .05, hp2 = .64, indicando come le risposte corrispondenti fossero più veloci rispetto a quelle non-corrispondenti
(M = 431 vs. 478 ms, vedi fig. 1). Anche l’interazione Corrispondenza × bin è risultata significativa, F(3.33) = 3.77, MSE = 454.27,
p < .05, hp2 = .25. I T-tests a misure ripetute hanno mostrato come l’effetto Simon fosse significativo nei primi 3 bin (70 vs. 48. vs. 38 ms,
rispettivamente), ts(11) > 3.70, ps < .05, ma non nell’ultimo (32 ms),
t(11) = 1.69, p = .119. Inoltre, l’analisi dei contrasti (Helmert contrast)
ha mostrato come l’effetto Simon decrescesse significativamente tra il
primo e il secondo bin (70 vs. 48 ms, rispettivamente), F(1.11) = 9.97,
p < .05, hp2 = .48, e rimanesse costante tra i rimanenti bin (48 vs.
38 vs. 32 ms, per il secondo, terzo e quarto bin, rispettivamente),
Fs(1.11) < 2.1, p > .176, hp2 < .16, nonostante l’ampiezza numerica
dell’effetto Simon indichi chiaramente un pattern progressivamente
decrescente (vedi fig. 2).
425
500
Tempi di reazione saccadici (TRS)
Millisecondi (ms)
450
400
350
300
Corrispondenti
Non-corrispondenti
Errori
30
Percentuale (%)
25
20
15
10
5
0
Corrispondenti
Non-corrispondenti
Fig. 1. Valori medi dei TRS (ms.) e degli Errori (%) in funzione del fattore Corrispondenza. Le linee verticali rappresentano la media dell’errore standard.
3.2. Errori
Le percentuali di errore trasformate in arcoseno sono state analizzate utilizzando un ANOVA a misure ripetute con Corrispondenza
come unico fattore within-subject. Per ragioni di chiarezza, riportiamo
qui le percentuali di errore. Quando l’assunzione di sfericità è stata
violata, abbiamo applicato la correzione di Huynh-Feldt, nonostante
siano qui riportati i gradi di libertà originali.
426
Ampiezza dell’effetto Simon (ms)
80
70
60
50
40
30
20
200
300
400
500
600
Tempo di reazione medio (ms)
700
800
Fig. 2. Ampiezza dell’effetto Simon (ms.) nei quattro bin.
Il fattore Corrispondenza è risultato significativo, F(1.11) = 14.19,
= .56, indicando come le risposte corriMSE = .004, p < .05, hp2 spondenti fossero più accurate rispetto a quelle non-corrispondenti
(M = 6,7% vs. 16,1%, vedi fig. 1).
4. discussione
Nel presente studio è stato analizzato l’effetto Simon con stimoli
visivi, presentati a sinistra/destra di un punto di fissazione centrale, e
risposte oculo-motorie. Oltre alla presenza dell’effetto è stato studiato
il suo decorso temporale che, come dimostrato in letteratura da studi
che utilizzano risposte manuali, può essere di tipo decrescente o costante/crescente. I risultati mostrano un effetto Simon significativo sia
nei TRS sia negli errori, e cioè la prestazione dei partecipanti è risultata più veloce ed accurata (di 47 ms e del 9,4%) nella condizione corrispondente (431 ms e 6,7%, per TRS ed errori) rispetto a quella noncorrispondente (478 ms e 16,1%, per TRS ed errori). Va inoltre fatto
notare che l’effetto nei TRS è più ampio se confrontato con quello che
solitamente si rileva in compiti che utilizzano risposte manuali (20-30
ms, per una rassegna si veda Lu e Proctor, 1995). Questo risultato può
essere spiegato partendo dalle ipotesi in letteratura secondo cui la codifica spaziale dello stimolo presentato lateralmente avviene in base
al programma motorio necessario ad effettuare una saccade verso lo
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stimolo, programma che viene attivato per spostare l’attenzione dal
punto di fissazione centrale allo posizione in cui viene presentato lo
stimolo (Nicoletti e Umiltà, 1989, 1994; Stoffer e Umiltà, 1997). In
altre parole, lo spostamento dell’attenzione necessario per la discriminazione dello stimolo si baserebbe su una programmazione oculomotoria (Rizzolatti, Riggio, Dascola e Umiltà, 1987; Sheliga, Craighero,
Riggio e Rizzolatti, 1997), supportando l’ipotesi che i movimenti oculari abbiano un forte legame con il sistema attentivo. Di conseguenza,
siccome la modalità di risposta utilizzata in questo studio prevede non
solo di programmare la saccade, ma anche di effettuarla, verrebbe attivata una risposta automatica più forte e quindi più difficile da inibire,
dando origine ad un effetto Simon più ampio, rispetto agli studi in cui
la risposta viene effettuata con risposte manuali. Questo risultato fornirebbe inoltre un’ulteriore conferma che l’effetto Simon sia di origine
attentiva (si veda Van der Lubbe e Abrahamse, 2011).
Infine, i risultati ottenuti mettono in luce un decorso temporale
dell’effetto Simon in linea con quanto trovato negli studi con risposte manuali. L’ampiezza dell’effetto ha infatti un chiaro pattern decrescente all’aumentare dei TRS. Questo conferma le evidenze empiriche
(Wascher et al., 2001) che sostengono come in un paradigma di tipo
standard l’effetto sia dovuto ad un meccanismo di tipo visuomotorio.
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[Ricevuto il 13 giugno 2014]
[Accettato il 19 settembre 2014]
The Simon effect: Its time course with visual stimuli and oculomotor responses
Summary. The Simon effect consists of a faster and more accurate performance when
spatial responses correspond to irrelevant-spatial stimuli than when they do not. The
Simon effect and its time course were investigated in saccades using a standard paradigm, that is stimuli and responses shared a spatial-anatomical mapping. Participants
were presented with colored squares which could appear within one of two boxes presented on the left/right of the screen. Their task was to saccade towards one box according to the color of the square, while ignoring its spatial position. Saccadic reaction
429
time (RTS) and the time course of the Simon effect were both analyzed. Results showed
(1) a large Simon effect for both RTS and errors and (2) a decreasing time course, supporting the hypothesis of a visuomotor mechanism underlying the Simon effect.
Keywords: eye movements, stimulus-response compatibility, Simon effect, time course
analysis.
La corrispondenza va inviata a Giulia Baroni, Dipartimento di Filosofia e Comunicazione, Università di Bologna, Via Azzo Gardino 23, 40122 Bologna. E-mail: [email protected] e a [email protected]
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