AudExpCreator：一个基于GUI的Matlab工具，用于设计和创建心理物理学听觉实验

SoftwareX 7（2018）328原始软件出版物AudExpCreator：一个基于GUI的Matlab工具，用于设计和创建心理物理学听觉实验杜克·T阮a，b，布莱尔金城a，c，d，a语言和信息研究中心，斯坦福大学，斯坦福，CA 94305，美国b美国纽约市立大学生物医学工程系，纽约，NY 10031cCenter for Computer Research in Music and Acoustics，Stanford University，Stanford，CA 94305，USAd美国斯坦福大学医学院耳鼻咽喉头颈外科，斯坦福，CA 94305ar t i cl e i nf o文章历史记录：2017年9月4日收到收到修订版，2018年7月22日接受，2018年保留字：MATLAB心理物理学-图形用户界面（GUI）实验设计脑电图（EEG）a b st ra ct我们提出AudExpCreator，一个基于GUI的Matlab工具，用于设计和创建听觉实验。AudExpCreator允许用户生成在Matlab的Psychophysics平台上运行的听觉实验，该软件包括五种听觉研究类型，包括行为研究以及与EEG和生理反应收集系统的集成先进的功能允许更复杂的实验设计以及维护和更新以前创建的实验。AudExpCreator消除了编程障碍，同时提供了一个免费的，开源的替代商业实验设计软件。版权所有©2018作者.由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本v1.1用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-17-00067法律代码许可证CC 0基于Stanford Digital Repository的代码版本控制系统使用Matlab的软件代码语言、工具和服务编译要求、操作环境依赖性Matlab版本7.14（R2012 a）或更高版本;心理物理学如果可用，链接到开发人员文档/手册https://stacks.stanford.edu/file/druid:qk286xn8411/AudExpCreator_User_Manual.pdf问题支持电子邮件audExpCreator@gmail.com1. 动机和意义听觉实验通常通过编写一个或多个计算机程序来设计和构建，以命令和呈现刺激，以及记录实验对象的反应。Psychophysics工具箱（Psychtoolbox）[1]是一个免费开源的Matlab1工具箱，提供了用于构建此类实验程序的各种资源，并且已经围绕该工具箱开发了几个软件贡献[2即便如此，*通讯作者：Center for Computer Research in Music and Acous- tics，StanfordUniversity，Stanford，CA 94305，USA.电子邮件地址：blairbo@ccrma.stanford.edu（B. Kaneshiro）。1 https://www.mathworks.com/网站。在基于脚本的Matlab环境中，集成自动刺激呈现和响应获取的实验编程可能很快变得过于复杂。神经科学、认知和行为研究的替代商业选择包括神经行为系统介绍2和心理学软件工具公司。ePrime 虽然这些系统通过实验者界面提供了更大的易用性，但它们可能很昂贵，并且仍然需要基本的编程知识。Matlab虽然本身是一个商业软件产品，但通常已经用于数据分析。因此，在不增加成本的情况下将其效用扩展到实验研究本身可能是有吸引力的2 http://www.neurobs.com/网站。3 https://www.pstnet.com/eprime.cfm网站。https://doi.org/10.1016/j.softx.2018.09.0022352-7110/©2018作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softxD.T. 阮湾，智-地Kaneshiro/SoftwareX 7（2018）328329+对很多人来说将实验设计、数据收集和数据分析完全集成在Matlab中还可以减轻与跨不同软件包导出和导入不同格式数据相关的问题和潜在数据丢失即便如此，上述所有选项至少需要基本的编程知识。这一事实对许多人来说可能是令人生畏的，并且可能成为希望进入该领域的潜在研究人员的技术障碍考虑到这些因素，我们有动力创建Aud-ExpCreator，这是一个工具，使研究人员能够设计和创建各种听觉实验，这些实验在Matlab的Psychophysics平台上运行相反，用户通过图形用户界面（GUI）指定实验和响应收集参数，软件自动将这些规范转换为必要的心理物理学脚本以运行听觉实验。AudExpCreator工具软件包可从斯坦福数字存储库下载[5]，4并在CC0许可证下发布。5软件包包含以下项目：1. AudExpCreator.zip：软件工具本身的压缩存档。2. AudExpCreator_User_Manual.pdf：用户指南，包含软件功能和特性3. stim.zip：用于开始使用软件的听觉刺激档案。4. demosBRS.zip：完整的听觉实验演示，我们在本文中作为一个说明性的分析（第3节）。目前在Aud-ExpCreator中实现了以下五种研究类型：行为评级研究、比较行为评级研究、连续行为评级研究、EEG研究和神经生理学研究。该软件还包含其他功能和附加工具，使用户能够开发更复杂的听觉实验，以及维护和更新以前由AudExpCreator创建的任何实验。这个软件包开始作为一个程序明模板的集合，使用心理物理学工具来设计音乐参与研究项目的音乐认知研究斯坦福大学的一名学生6迄今为止，基本职能-连续行为评定研究、EEG研究和神经生理学研究类型的各项指标已用于已完成的研究[6由于其他研究小组表示有兴趣使用完整的模板集合，发布该软件的最初目标只是将模板聚合到一个工具箱中，以便发布并与研究社区免费共享。然而，在进一步考虑了编程作为一个技术障碍的非常现实的问题（这在我们自己的研究小组中也很明显）之后，我们决定不仅聚合模板，而且还开发AudExpCreatorGUI，以方便创建和设计听觉实验，而根本不需要编码。因此，现在完成的AudExpCreator工具使得来自不同学科的研究者都可以访问心理物理学工具的功能，无论他们是否有编程经验。因为我们的研究小组专门从事音乐认知研究，AudExpCreator专注于听觉刺激呈现。我们希望，除了促进音频研究，AudExpCreator还将使用户轻松进入编程世界，并鼓励他们学习更多有关编程的知识。4 https://purl.stanford.edu/qk286xn8411网站。5 https://creativecommons.org/share-your-work/public-domain/cc0/网站。6 https://ccrma.stanford.edu/groups/meri/index.html网站。一个广泛的用户指南，解释了工具箱的基本功能。因此，如果用户想要自己直接开始使用代码，则可以以各种方式修改代码以创建具有视觉刺激的自动化实验）。2. 软件描述2.1. 软件结构AudExpCreator 的 结 构 （ 图 ） 1 ） 围 绕 一 组 核 心 GUI ：experimenterInterface、getBasicParameters、getStructuralParameters，以及--取决于用户决定制作的研究类型--研究特定GUI。在这些核心GUI中的每一个中，用户能够逐渐设计 和 指 定 听 觉 实 验 的 在 指 定 这 些 参 数 的 整 个 过 程 中 ，AudExpCreator还包括许多内置检查，有助于确保输入参数和规格是可行的，并将工作。因此，AudExpCreator工具在创建听觉实验时对用户提出的唯一必要的外部要求是收集.wav格式的听觉刺激。AudExpCreator中的功能GUI有助于上传和组织这些听觉刺激的过程;但是，刺激本身的实验操作超出了AudExpCreator的范围，预计将由用户在上传之前完成一旦用户从核心GUI中填写了规范，完成研究特定GUI，AudExpCreator将生成听觉实验。它将创建必要的实验脚本，为当前实验定制的此外，为了简化AudExpCreator的导航，创建了navi在Matlab控制台中输入此外，如果用户未完成实验性设计，他们可以在稍后返回并输入“navi”以从需要说明的是，AudExpCreator本身并不依赖于Psychophysics来运行。它是完全独立的，并将与Matlab版本7.14（R2012a）或更高版本的功能。然而，AudExpCreator为用户生成的听觉实验确实需要心理物理学工具才能运行。2.2. 软件功能AudExpCreator包含各种特性和功能。然而，它的主要目的是帮助用户生成一个完全自动化的听觉实验，呈现刺激（如有必要，还包括事件计时）以及任何供受试者回答的问题;并收集受试者的反应，并以.mat格式输出这些数据以供分析。该软件包提供的五种不同类型的实验研究类型如下。行为评级研究是五个可用研究中最简单的一个。其功能是简单地向受试者提供听觉刺激和随后的行为评级问题。此实验类型的主要功能是自动执行以下操作：1.呈现听觉刺激或一组刺激; 2.用户指定的问题的呈现将通过口头评分来回答; 3.使受试者能够回答这些问题的界面; 4.答复和答复的收集和汇编330D.T. 阮湾，智-地Kaneshiro/SoftwareX 7（2018）328Fig. 1.AudExpCreator的整体结构图二.第一个核心GUI的实验者界面（experimenterInterface时间; 5.根据需要对每个刺激或刺激集循环通过步骤1终止实验会话并以.mat格式输出数据。比较行为评级研究的重点是向受试者提供成对的听觉刺激，然后让受试者比较成对的刺激这种实验类型的主要功能是自动化以下内容：1.两个听觉刺激的连续呈现与适当的标记显示; 2.提出一个或多个用户指定的比较问题;3. 使受试者能够回答这些问题的界面4. 收集和汇编答复和答复时间;5. 循环通过步骤1终止实验会话并以.mat格式输出数据虽然前两种研究类型能够在刺激完成播放后提供回顾性反应，但连续行为评级研究获得连续反应D.T. 阮湾，智-地Kaneshiro/SoftwareX 7（2018）328331图三. 详细参数作为demoBRS研究描述从受试者身上得到的信息。这种类型的听觉研究实验的主要功能是自动化以下内容：1。关于用户指定的连续行为任务的指令的呈现; 2.呈现一个或多个听觉刺激，同时受试者接口（屏幕上的模拟滑块与鼠标控制），用于连续响应采集; 3.以大约20 Hz的采样率采集连续响应; 4.在呈现听觉刺激之后可选地呈现一个或多个行为评级问题;5.汇编连续反应和可选行为评级反应和反应时间; 6.循环通过步骤1-5根据需要为每个刺激或刺激集; 7. 终止实验会话数据以.mat格式输出作为我们自己对音乐认知研究的关注的一部分，我们还研究了脑电和生理反应的采集，刺激呈现因此，最后两项研究能够将听觉实验与外部神经生理学反应采集系统（特别是Electrical Geodesics，Inc.）整合。(EGI)系统EEG研究包括行为评级研究的所有组成部分，同时通过TTL或TCP/IP两种不同的方法与EEG采集系统进行额外通信，以在听觉刺激开始时提供听觉刺激的触发（事件标签）这使得EEG数据帧被适当地注释有时间戳和触发。这种类型的实验的主要功能是自动化以下内容：1.启动通信设备或打开与EEG采集系统的通信通道; 2.呈现听觉刺激或刺激集，同时触发EEG采集系统; 3.用户指定的行为评级问题的可选呈现;4.主题接口来回答那些332D.T. 阮湾，智-地Kaneshiro/SoftwareX 7（2018）328图四、 用于demoBRS的刺激阵列创建的GUI选择。问题，响应也作为触发器发送到EEG采集系统; 5.可选的收集和汇编响应和响应时间; 6.循环通过步骤1终止实验会话并可选输出.mat格式的响应数据最后，神经生理学研究反映了EEG研究，具有额外的功能，以适应记录神经生理学反应（如EKG、EMG、呼吸感应体积描记法等）时推荐的基线记录。从EGI它允许和调解在实验刺激之前呈现基线听觉刺激，从而可以在受试者休息时获得神经生理反应的读数。与EEG研究一样，与刺激起始或行为评级相关的所有触发都通过TTL或TCP/IP传输，如果需要，还可以输出其他.mat响应数据。因此，它的主要功能是自动化以下内容：1.启动通信设备或打开与EEG和PIB采集系统的通信通道2. 在每个实验刺激或刺激集之前呈现基线听觉刺激，同时触发D.T. 阮湾，智-地Kaneshiro/SoftwareX 7（2018）328333进展01进展02进展03进展04进展05进展06进展07进展08进展09进展10进展11进展12递送到EEG采集系统; 3.用户指定的行为评级问题的可选呈现受试者接口以回答那些问题，其中响应触发也被发送到EEG采集系统;5.可选的收集和汇编响应和响应时间; 6.循环通过步骤1-5根据需要为每个刺激或刺激集; 7.终止实验会话并可选输出.mat格式的响应数据在这五种研究类型中，AudExpCreator提供了几种定制选项，包括刺激组织，标记和分组;刺激阵列结构，包括洗牌，随机化，概率选择等;以附加GUI的形式进行基本的更新和维护;最后是高级更新，用于对已构建的实验进行彻底检查有关这五项研究及其功能以及这些附加功能的详细信息，请参见随附的用户指南。3. 说明性示例3.1. 创建行为评级研究我们现在将逐步完成创建行为评级研究实验的过程，我们将其称为demoBRS。请注意，AudExpCreator源下载页面包括一个名为stim.zip文件。此文件包含创建此演示时使用的12个听觉刺激（.wav代表- mat）。这些刺激是从一个开放的数据库中获得的[9]。下面描述的示例实验也可以在AudExpCreator源代码下载页面demoBRS.zip文件中找到。请注意，为了运行完整的演示，必须正确安装Psychophysics插件，并且必须运行检查有关检查GUI的 更 多 信 息 ， 请 参 见 下 载 页 面 上 的 用 户 指 南（AudExpCreator_User_Manual.pdf）。首先，开始创建demoBRS听觉实验中，用户应该打开Matlab并将目录更改为AudExpCreator文件夹。接下来，在Matlab命令窗口中，键入“navi”，并按照说明键入“yes"，以允许navi启动新研究。AudExpCreator徽标将出现，紧接着是第一个核心GUI，如图所示的experimenterInterface GUI。 二、从这里开始，填写“demoBRS”作为研究名称;从弹出菜单中选择“行为评级研究”作为研究类型;填写研究描述，如图所示。 3;并为随后的GUI序列提供如图3所示的详细参数。由于本演示的参数要求根 据 刺 激 条 件 进 行 自 定 义 随 机 化 ， 因 此 在 填 写 功 能 GUI（getStimInfo）时，用户应提供如表1所示的刺激信息。 为了创建这种自定义随机化的刺激阵列，用户应提供功能GUI的选项选择，如图所示。 四、最后，当AudExpCreator完成创建实验时，它将为实验生成剩余的必要文件夹和函数，一个个性化 图 5显示了运行演示所需的demoBRS experimental文件夹中的内容。这就结束了为一个简单的行为评级研究创建实验的演练要运行研究，用户应阅读图6示出了demoBRS在其运行期间的呈现序列。表1刺激信息作为demoBRS的输入。刺激文件刺激标题刺激艺术家刺激类型Stim condt SCP 01_B-dominant.wavSimple Chord未知B主调SCP02_B-flatII.wav简单和弦未知B Key flatII SCP 03_B-silence.wav简单和弦未知B键静音SCP 04_B-tonic.wav简单和弦未知B调主音SCP 05_C-tonic.wav简单和弦未知C键支配SCP 06_C-tonic.wav简单和弦未知C键平面IISCP 07_C-tonic.wav简单和弦未知C键静音SCP 08_C-tonic.wav简单和弦未知C调主音SCP 09_F-dominant.wav简单和弦未知F键支配SCP 10_F-flatII.wav简单和弦未知F键flatIISCP11_F-silence.wav简单和弦未知F键静音SCP 12_F-tonic.wav简单和弦未知F调主音图五. 在demoBRS文件夹中完成的听觉实验。4. 影响和结论AudExpCreator旨在影响听觉研究领域，促进该社区的行为和神经科学研究使用AudExpCreator，设计和创建自动化听觉实验的能力得到了增强和极大的简化。研究人员可以快速生成新的听觉实验，所需时间仅为编程和编码实验所需时间的一小部分。对于更高级的程序员，AudExpCreator是一个有用的工具，可以加快实验的创建，为繁重的数据分析留出更多的时间。AudExpCreator还创建了334D.T. 阮湾，智-地Kaneshiro/SoftwareX 7（2018）328见图6。 演示序列概述demoBRS听觉实验。由于该软件具有可访问的脚本，专家程序员可以简单地将其用作模板，随后根据需要修改输出对于没有编程背景的研究人员来说，AudExpCreator是一个强大的工具，可以降低编程和使用Matlab的门槛。如第3节所示，创建一个简单的行为评级研究不需要使用AudExpCreator编程。对于这些研究人员来说，启动听觉实验所需的一切就是按照其GUI序列使用AudExpCreator通过简化过程，希望AudExpCreator将鼓励音乐认知，听觉研究和神经科学领域的新型学者（例如，音乐理论家、作曲家、医生等）通过使实验创作和编程更容易进行实验研究最后，由于AudExpCreator是基于Matlab的，并且其自身生成的听觉实验使用心理物理学工具箱和Matlab，因此减少了用户获取用于实验创建的额外第三方软件因此，AudExpCreator有助于简化实验设计，刺激演示，数据收集和数据分析完全在Matlab中。如前所述，AudExpCreator的早期形式已经被用于生成各种研究研究的听觉目前，AudExpCreator提供了许多功能和特点，并在其目前的形式完全运作。我们计划继续改进和更新软件，因为我们收到更多的反馈和功能的要求，从用户。最终，作为一个开源工具，我们希望Aud-ExpCreator将被其他研究人员采用，并可能通过额外的实验模板和响应采集集成进一步开发。虽然它是在音乐认知，听觉研究和神经科学领域创建的不过，这一工具的未来可能会在其他领域的研究人员中发现意想不到的效用，他们最终会将其用于自己的目的。致谢本研究由美国Patrick Suppes Gift Fund（DTN，BK）和美国Roberta Bowman Denning Fund for Humanities and Technology（BK）支持作者感谢Karanvir Singh和Alan Huang对软件进行beta测试，并感谢斯坦福大学音乐参与研究计划的成员在软件开发期间提供有用的反馈。附录A. 补充数据与本文相关的补充材料可以在https://doi.org/10.1016/j.softx.2018.09.002上找到。引用[1]布雷纳德D心理物理学TheSpatial Vis 1997;10（4）：433[2]Cornelissen FW，Peters EM，Palmer J. 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