[ES] En la presente tesis se construyen modelos matemáticos para el análisis de tiempos de respuesta (TR) a estímulos visuales en experimentos informatizados. Es conocido que existe una correlación estrecha entre los tiempos de reacción y diversos trastornos cognitivos, tales como el Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad (TDAH). Sin embargo, no existe consenso en la explicación de estas correlaciones. Una primera aportación, más práctica, de este trabajo, es el desarrollo de una metodología para la clasificación de un grupo coetáneo de niños en edad escolar. La función ex-Gaussiana, originada por la convolución entre una Gaussiana y una exponencial decreciente, se utiliza para representar las funciones de distribución empíricas de tiempos de respuesta. La metodología de clasificación propuesta utiliza las distribuciones de los parámetros de la ex-Gaussiana mu, sigma y tau en una muestra de 168 niños, así como la distribución de la moda, obtenida de las distribuciones empíricas de los TR. También utiliza diferentes definiciones de norma del vector de componentes (mu, sigma, tau) también analizado en la muestra. Entre los criterios utilizados para detectar los niños más alejados de un comportamiento normativo y, por tanto, con mayor probabilidad de tener algún trastorno cognitivo, se encuentra, por ejemplo, el porcentaje medio de prevalencia mundial de TDAH (7 %) y el hecho de que los niños con alteraciones cognitivas presentan respuestas más lentas o más rápidas pero con un mayor número de errores. En una segunda parte de la tesis, con un marcado aporte teórico, se analizan las correlaciones existentes entre los tiempos de respuesta de los participantes. Se ha aplicado una metodología propia basada en la transformada rápida de Fourier de las series temporales de las respuestas de los niños a lo largo de estímulos consecutivos y un análisis de correlaciones basado en la Entropía de Shannon espectral (por frecuencia). Los resultados obtenidos son muy novedosos, ya que se evidencia una correlación elevada entre las respuestas de los niños, aun cuando han hecho los experimentos de manera totalmente independiente. A partir de la evidencia empírica de la existencia de correlaciones entre las series temporales de las respuestas de los niños, lo que apunta hacia la existencia de una colectividad, se propone un modelo inspirado en la Física para entender y explicar las correlaciones. Específicamente, se demuestra la existencia de un paralelismo entre las partículas independientes de un gas ideal y los cerebros de los niños, que serían, en última instancia, los que generan las respuestas observables. La distribución de Maxwell-Boltzmann, conocida en Física por describir la distribución de velocidades de un Gas Ideal en equilibrio termodinámico, emerge del análisis de los tiempos de respuesta, en términos de los momentos de las funciones ex-Gaussianas que los representan. La posibilidad de contar con una función de distribución de probabilidades, que describa el comportamiento natural de una colectividad, ofrece muchas posibilidades de aplicación en diferentes áreas. Una de ellas es la posibilidad de clasificar a los individuos con respecto al grupo natural al que pertenecen. Las implicaciones de las aportaciones conceptuales de esta tesis se discuten al final, donde se comenta la continuidad de este trabajo. / [CA] En la present tesi es construeixen models matemàtics per a l'anàlisi de temps de resposta (TR) a estímuls visuals en experiments informatitzats. És conegut que existeix una correlació estreta entre els temps de reacció i diversos trastorns cognitius, com ara el Trastorn per Dèficit d'Atenció i Hiperactivitat (TDAH). No obstant això, no existeix consens en l'explicació d'aquestes correlacions. Una primera aportació, més pràctica, d'aquest treball, és el desenvolupament d'una metodologia per a la classificació d'un grup coetani de xiquets en edat escolar. La funció ex-Gaussiana, originada per la convolució entre una Gaussiana i una exponencial decreixent, s'utilitza per a representar les funcions de distribució empíriques de temps de resposta. La metodologia de classificació proposada utilitza les distribucions dels paràmetres de la ex-Gaussiana mu, sigma i tau en una mostra de 168 xiquets, així com la distribució de la moda, obtinguda de les distribucions empíriques dels TR. També utilitza diferents definicions de norma del vector de components (mu, sigma, tau), també analitzat en la mostra. Entre els criteris utilitzats per a detectar els xiquets més allunyats d'un comportament normatiu i, per tant, amb major probabilitat de tenir algun trastorn cognitiu, es troba, per exemple, el percentatge mitjà de prevalença mundial de TDAH (7%) i el fet que els xiquets amb alteracions cognitives presenten respostes més lentes o més ràpides però amb un major nombre d'errors. En una segona part de la tesi, amb una marcada aportació teòrica, s'analitzen les correlacions existents entre els temps de resposta dels participants. S'ha aplicat una metodologia pròpia basada en la transformada ràpida de Fourier de les sèries temporals de les respostes dels xiquets al llarg d'estímuls consecutius i una anàlisi de correlacions basat en l'Entropia de Shannon espectral (per freqüència). Els resultats obtinguts són molt nous, ja que, s'evidencia una correlació elevada entre les respostes dels xiquets, tot i que han fet els experiments de manera totalment independent. A partir de l'evidència empírica de l'existència de correlacions entre les sèries temporals de les respostes dels xiquets, la qual cosa apunta cap a l'existència d'una col·lectivitat, es proposa un model inspirat en la Física per a entendre i explicar les correlacions. Específicament, es demostra l'existència d'un paral·lelisme entre les partícules independents d'un gas ideal i els cervells dels xiquets, que serien, en última instància, els que generen les respostes observables. La distribució de Maxwell-Boltzmann, coneguda de la Física per descriure la distribució de velocitats d'un Gas Ideal en equilibri termodinàmic, emergeix de l'anàlisi dels temps de resposta, en termes dels moments de les funcions ex-Gaussianas que els representen. La possibilitat de comptar amb una funció de distribució de probabilitats, que descriga el comportament natural d'una col·lectivitat, ofereix moltes possibilitats d'aplicació en diferents àrees. Una d'elles és la possibilitat de classificar als individus respecte al grup natural al qual pertanyen. Les implicacions de les aportacions conceptuals d'aquesta tesi es discuteixen al final, on es comenta la continuïtat d'aquest treball. / [EN] Mathematical models are built to analyse response time data to visual stimuli in computerized experiments. The actual correlation between reaction times and cognitive disorders, such as Attention Deficit Hyperactivity (ADHD) disorder, is well known in the literature. However, there is no clear consensus about how to explain this correlation. A first practical contribution of this work is a classification methodology of a coetaneous group of school-aged children. The ex-Gaussian function, originated by the convolution of a Gaussian and an exponential decay functions is used to represent the experimental probability distributions of reaction times. The classification methodology proposed in this work utilizes the probability distributions of the ex-Gaussian parameters mu, sigma and tau across a sample of 168 children, as well as the mode of the empirical probability distributions of the reaction times. Also, some definitions of the norm of the vector with components (mu, sigma, tau) are used. The detection of those children who lie furthest from the normative behaviour, and then, are more likely to suffer a cognitive disorder is performed by including the following criteria: the world prevalence percentage of ADHD (7 %) and the fact that children with this disorder show slower and faster responses. In the case of the fast responses, they should be given along with a higher rate of mistakes. In a second part of this work more conceptual contributions are provided. The evidenced correlations between the children's responses along consecutive visual stimuli are analysed by using the fast Fourier transform and the Shannon's Entropy in spectral form (per frequency). The outcome is surprising as correlations among the children are manifested, even when they carry out the experiments independently. This fact strongly suggests the existence of a collective of children. In order to gain insights into this finding, a Physics-inspired model is proposed. Specifically, the results indicate the existence of a parallelism between the independent particles forming an Ideal Gas and the group of individuals. Then, the Maxwell-Boltzmann distribution of the velocities of the particles of an Ideal Gas, emerges here when the moments of the ex-Gaussian distributions are considered across the sample. This opens many possibilities of applications in different fields as a natural distribution of the response times of the collective is available. For instance, the behaviour of an individual in relation to the natural group it belongs to can be known. The potential applications and impact of these developments are included at the end of this work where the continuity of this work is commented. / Hernaiz Guijarro, M. (2021). Tiempos de respuesta a estímulos visuales: vinculando el comportamiento individual y colectivo a través de las leyes de la Física [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168120 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] Esta tesis se centra en explotar las posibilidades de la Realidad Aumentada (RA) basada en SLAM (localización y mapeo simultáneos) para la evaluación de la memoria espacial. El objetivo principal fue desarrollar nuevas técnicas de localización en interiores en el ámbito de la RA, aprovechando los avances tecnológicos, y validarlas mediante la construcción de frameworks y aplicaciones orientadas a la evaluación de la capacidad de localización espacial en adultos; y estudiar el aumento perceptivo en los canales visual y táctil. En esta tesis, para cumplir con este objetivo principal, se desarrolló un framework para el desarrollo de aplicaciones de autor para utilizar en el estudio de la memoria espacial aprovechando la RA basada en SLAM. Nuestro framework permite utilizar diferentes motores/SDKs de RA. Existen diferentes interfaces incorporadas en el framework a través de las cuales se puede acceder a los diferentes módulos de RA. Esto permite un uso modular e independiente del motor de RA para los desarrolladores. El funcionamiento general de las aplicaciones desarrolladas en esta tesis consta de tres fases. En una primera fase, el supervisor selecciona el número de objetos virtuales a memorizar y los propios objetos virtuales, que coloca en los lugares deseados del entorno. En la segunda fase, el usuario recorre el entorno y memoriza las ubicaciones de los objetos virtuales en el entorno real. En la tercera fase, el usuario debe colocar los objetos virtuales en las ubicaciones que tenían en la fase anterior. Hasta donde sabemos, este es el primer trabajo que utiliza la RA basada en SLAM para la evaluación de la memoria espacial, implicando el movimiento físico del usuario, y considerando estímulos visuales y táctiles. Para la validación, se realizaron tres estudios centrados en investigar la viabilidad del uso de las aplicaciones en entornos de pequeñas y grandes dimensiones, así como el uso de estímulos visuales y táctiles. El rendimiento de nuestras aplicaciones se comparó con los métodos tradicionales. También se evaluaron las variables subjetivas. En el primer estudio (N=55) se consideraron los estímulos visuales y los entornos de pequeñas dimensiones. Los participantes se dividieron en dos grupos: ARGroup (memorización mediante RA) y el NoARGroup (memorizaron mirando fotografías). El segundo estudio (N=46) consideró los estímulos visuales y los entornos de grandes dimensiones. Se evaluó el rendimiento de los participantes en una tarea verbal de recuerdo de objetos, una tarea de colocación en mapas y una tarea de orientación espacial con lápiz y papel. También se evaluó la importancia de las distintas estrategias espaciales de orientación y los niveles de ansiedad. En el tercer estudio (N=53) se comparó el rendimiento con estímulos visuales y táctiles y se utilizaron entornos de pequeñas dimensiones. Del desarrollo y de los tres estudios realizados se extrajeron las siguientes conclusiones generales: 1) La RA basada en SLAM es adecuada para desarrollar tareas de evaluación de la memoria espacial, pudiéndose utilizar en cualquier entorno y sin necesidad de añadir elementos reales al entorno para su registro; 2) Las aplicaciones desarrolladas en esta tesis permiten la personalización de la tarea y el almacenamiento de las variables de rendimiento; 3) Estas aplicaciones han permitido una evaluación ecológica; 4) Estas aplicaciones y otras herramientas similares podrían utilizarse para evaluar y entrenar la memoria espacial como alternativa a los métodos tradicionales; 5) Los estímulos táctiles son estímulos válidos que pueden beneficiar la evaluación de la memoria de las asociaciones táctiles-espaciales, pero la memoria de las asociaciones visuales-espaciales es dominante; 6) Las aplicaciones desarrolladas en esta tesis y otras herramientas similares podrían ayudar en el diagnóstico de las alteraciones de la memoria espacial. / [CA] Aquesta tesi se centra en explotar les possibilitats de la Realitat Augmentada (RA) basada en SLAM (localització i mapeig simultanis) per a l'avaluació de la memòria espacial. L'objectiu principal va ser desenvolupar noves tècniques de localització en interiors en l'àmbit de la RA, aprofitant els avanços tecnològics, i validarles mitjançant la construcció de frameworks i aplicacions orientades a l'avaluació de la capacitat de localització espacial en adults; i estudiar l'augment perceptiu en els canals visual i tàctil. En aquesta tesi, per a complir amb aquest objectiu principal, es va desenvolupar un framework per al desenvolupament d'aplicacions d'autor per a utilitzar en l'estudi de la memòria espacial aprofitant la RA basada en SLAM. El nostre framework permet utilitzar diferents motors/SDKs de RA. Hi ha diferents interfícies incorporades en el framework a través de les quals es poden connectar els diferents mòduls de RA. Això permet un ús modular i independent del motor de RA per als desenvolupadors. El funcionament general de les aplicacions desenvolupades en aquesta tesi consta de tres fases. En una primera fase, el supervisor selecciona el nombre d'objectes virtuals a memoritzar i els propis objectes virtuals, que col·loca en els llocs desitjats de l'entorn. En la segona fase, l'usuari recorre l'entorn i memoritza les ubicacions dels objectes virtuals en l'entorn real. En la tercera fase, l'usuari ha de col·locar els objectes virtuals en les ubicacions que tenien en la fase anterior. Fins on sabem, aquest és el primer treball que utilitza la RA basada en SLAM per a l'avaluació de la memòria espacial, implicant el moviment físic de l'usuari, i considerant estímuls visuals i tàctils. Per a la validació, es van realitzar tres estudis centrats en estudiar la viabilitat de l'ús de les aplicacions en entorns de xicotetes i grans dimensions, així com l'ús d'estímuls visuals i tàctils. El rendiment de les nostres aplicacions es va comparar amb els mètodes tradicionals. També es van avaluar les variables subjectives. En el primer estudi (N=55) es van considerar els estímuls visuals i els entorns de xicotetes dimensions. Els participants es van dividir en dos grups: ARGroup (memorització mitjançant RA) i el NoARGroup (memorització mirant fotografies). El segon estudi (N=46) va tindre en compte els estímuls visuals i els entorns de grans dimensions. Es va avaluar el rendiment dels participants en una tasca verbal de record d'objectes, una tasca de col·locació en mapes i una tasca d'orientació espacial amb llapis i paper. També es va avaluar la importància de les diferents estratègies espacials d'orientació i els nivells d'ansietat. En el tercer estudi (N=53) es va comparar el rendiment amb estímuls visuals i tàctils i es van utilitzar entorns de xicotetes dimensions. Del desenvolupament i dels tres estudis realitzats es van extraure les següents conclusions generals: 1) La RA basada en SLAM és adequada per a desenvolupar tasques d'avaluació de la memòria espacial, podent-se utilitzar en qualsevol entorn i sense necessitat d'afegir elements reals a l'entorn per al seu registre; 2) Les aplicacions desenvolupades en aquesta tesi permeten la personalització de la tasca i l'emmagatzematge de les variables de rendiment; 3) Aquestes aplicacions han permés una avaluació ecològica; 4) Aquestes aplicacions i altres ferramentes similars podrien utilitzar-se per a avaluar i entrenar la memòria espacial com a alternativa als mètodes tradicionals; 5) Els estímuls tàctils són estímuls vàlids que poden beneficiar l'avaluació de la memoria de les associacions tàctils-espacials, però la memòria de les associacions visualsespacials és dominant; 6) Les aplicacions desenvolupades en aquesta tesi i altres ferramentes similars podrien ajudar en el diagnòstic de les alteracions de la memòria espacial. / [EN] This thesis focuses on exploiting the possibilities of Augmented Reality (AR) based on SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) for the assessment of spatial memory. The main objective was to develop new indoor localization techniques in the field of AR, taking advantage of technological advances, and to validate them by building frameworks and applications oriented to the assessment of spatial location ability in adults; and studying perceptual augmentation in the visual and tactile channels. In this thesis, to fulfill this main objective, a framework was developed for the development of author applications to use in the study of spatial memory taking advantage of AR based on SLAM. Our framework enables using different AR engines or SDKs. There are different interfaces incorporated in the framework through which the different AR modules can be connected. This enables a modular and independent use of the AR engine for developers. The general functioning of the applications developed in this thesis consists of three phases. In a first phase, the supervisor selects the number of virtual objects to be memorized and the virtual objects themselves, which she/he places at desired locations in the environment. In the second phase, the user walks through the environment and memorizes the locations of the virtual objects in the real environment. In the third phase, the user must place the virtual objects in the locations they were in the previous phase. To our knowledge, this is the first work using SLAM-based AR for the assessment of spatial memory, involving physical movement of the user, and considering visual and tactile stimuli. For the validation, three studies were carried out that focused on studying the feasibility of using the applications in small and large environments, as well as the use of visual and tactile stimuli. The performance of our applications was compared with traditional methods. Subjective variables were also assessed. The first study considered visual stimulus and small environments. This study involved 55 users. Participants were divided into two groups: ARGroup (participants memorized the location of virtual objects in the real world in a memorization phase using AR) and the NoARGroup (participants memorized the location of virtual objects by looking at photographs of the augmented environment using the device). The second study considered visual stimulus and large environments. This study involved 46 young adults. The participants had to go through a two-story building and memorize the position of a total of eight virtual objects. Participants' performance was also evaluated in a verbal object recall task, a pencil and paper spatial orientation task and a map-pointing task. The importance of different spatial strategies for orientation and anxiety levels were also evaluated. The third study compared the performance using visual versus tactile stimuli and used small environments. This study involved 53 subjects. The participants were divided into two groups: Visual, which used visual stimuli, and Tactile, which used tactile stimuli. The following general conclusions were extracted from the development and the three studies carried out: 1) SLAM-based AR is suitable for developing spatial memory assessment tasks, working in any environment and without the need to add real objects to the environment for registration; 2) The applications developed in this thesis allow task customization and storage of performance variables; 3) These applications have allowed an ecological assessment; 4) These applications and similar tools could be used to assess and train spatial memory as an alternative to traditional methods; 5) Tactile stimuli are valid stimuli that can help the assessment of memory of tactile-spatial associations, but memory of visual-spatial associations is dominant; 6) The applications developed in this thesis and similar tools could help in the diagnosis of spatial memory impairments. / Muñoz Montoya, FM. (2023). Augmented Reality through Various Sensory Channels and its Application to Orientation and Spatial Localization Processes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195733 / Compendio