Olhar em ação: capacetes Eye Tracking da atenção Visual dinâmico de crianças durante o comportamento naturalista
Summary
Crianças pequenas não passivamente observar o mundo, mas prefiro ativamente explorar e interagir com seu ambiente. Este protocolo fornece princípios orientadores e recomendações práticas para o uso de rastreadores de olho capacetes para gravar dos infantes e crianças ambientes visuais dinâmicos e atenção visual no contexto do comportamento natural.
Abstract
Ambientes visual jovem infantil são dinâmicas, mudando de momento a momento como crianças fisicamente e visualmente explorar espaços e objetos e interagirem com as pessoas ao seu redor. Olho de capacetes de rastreamento oferece uma oportunidade única para capturar exibições egocêntricas dinâmico e como alocam atenção visual dentro daquelas opiniões das crianças. Este protocolo fornece princípios orientadores e recomendações práticas para pesquisadores usando rastreadores de capacetes de olho em laboratório e configurações mais naturalistas. Olho de capacetes de rastreamento complementa outros métodos experimentais, aumentando as oportunidades para coleta de dados em contextos mais ecologicamente válidos maior portabilidade e liberdade de movimentos de cabeça e corpo em relação ao olho em tela de rastreamento. Este protocolo também pode ser integrado com outras tecnologias, como rastreamento de movimento e ritmo cardíaco monitorização, para fornecer um conjunto de dados de alta densidade multimodal para examinar o comportamento natural, aprendizagem e desenvolvimento do que era possível anteriormente. Este documento ilustra os tipos de dados gerados a partir de olho capacetes de rastreamento em um estudo visando investigar a atenção visual em um contexto natural para crianças: fluxo livre jogo de brinquedo com um pai. O uso bem sucedido do presente protocolo permitirá que pesquisadores coletar dados que podem ser usados para responder a perguntas, não só sobre atenção visual, mas também sobre uma ampla gama de outras habilidades perceptuais, cognitivas e sociais e o seu desenvolvimento.
Introduction
Das últimas décadas viram o crescente interesse em estudar o desenvolvimento da atenção visual, alimentação do lactente e da criança. Este interesse tem resultou em grande parte do uso de medições de tempo a olhar como um primário significa avaliar outras funções cognitivas na infância e evoluiu para o estudo da atenção visual infantil em sua própria direita. Investigações contemporâneas de atenção visual, alimentação do lactente e da criança principalmente medem os movimentos oculares durante tarefas de olho de monitoramento baseado em tela. Infantes sentam em uma cadeira ou o colo do pai na frente de uma tela, enquanto seus movimentos oculares são monitorados durante a apresentação de imagens estáticas ou eventos. Tais tarefas, no entanto, não conseguem capturar a natureza dinâmica da atenção visual natural e o meio pelo qual são gerados ambientes visuais naturais infantil – exploração activa.
Lactentes e crianças são criaturas ativas, movendo suas mãos, cabeça, olhos e corpos para explorar os objetos, pessoas e espaços em torno deles. Cada novo desenvolvimento na morfologia do corpo, habilidade motora e comportamento – rastejar, andar, pegar objetos, se envolver com os parceiros sociais – é acompanhado de alterações concomitantes no ambiente visual precoce. Porque o infantes que determina o que eles veem, e o que eles veem serve para o que eles fazem em ação visualmente orientada, estudar o desenvolvimento natural da atenção visual é melhor realizado no contexto do comportamento natural1.
Rastreadores de olho capacetes (ETs) foram inventados e usados para adultos por décadas2,3. Só recentemente os avanços tecnológicos fizeram capacetes tecnologia de olho-de acompanhamento adequado para bebés e crianças. Os participantes são equipados com duas câmeras leves na cabeça, uma câmera de cena virada para fora que capta a perspectiva de primeira pessoa do participante e uma câmera de olho virado para dentro que capta a imagem do olho. Um procedimento de calibração fornece dados de treinamento a um algoritmo que mapeia como com precisão quanto possível as mudanças posições do aluno e reflexo corneal (CR) na imagem do olho para os correspondentes pixels na imagem cena que foram sendo atendidos visualmente. O objetivo desse método é capturar ambos os ambientes naturais visuais de lactentes e crianças ativo visual exploração nesses ambientes como infantes mover livremente. Esses dados podem ajudar a responder às perguntas, não só sobre a atenção visual, mas também sobre uma ampla gama de desenvolvimentos perceptuais, cognitivos e sociais4,5,6,7,8. O uso destas técnicas transformou entendimentos de atenção conjunta7,8,9, atenção sustentada10, mudando experiências visuais com a idade e desenvolvimento motor4 , 6 , 11e o papel das experiências visuais na palavra aprendizagem12. O presente trabalho fornece princípios orientadores e recomendações práticas para a realização de experiências de acompanhamento de olho capacetes com infantes e crianças e ilustra os tipos de dados que podem ser gerados de olho capacetes de rastreamento em um natural contexto para crianças: fluxo livre jogo de brinquedo com um pai.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo fornece princípios orientadores e recomendações práticas para a implementação de olho capacetes de rastreamento com bebês e crianças pequenas. Este protocolo foi baseado no estudo dos comportamentos naturais da criança no contexto do jogo livre de pai-criança com brinquedos em um ambiente de laboratório. Software e equipamento de olho de monitoramento interno foram utilizados para a calibração e a codificação de dados. No entanto, este protocolo destina-se a ser geralmente aplicável aos pes…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi financiada pelo National Institutes of Health subsídios R01HD074601 (CY), T32HD007475-22 (cosmologia, S.E.A) e F32HD093280 (L.K.S.); National Science Foundation grant BCS1523982 (if, CY); e pela Universidade de Indiana, através da iniciativa de pesquisa de área emergente – aprendizagem: cérebros, máquinas e crianças (if). Os autores agradecer os voluntários de filho e pai que participaram desta pesquisa e que concordou em ser usado nas figuras e filmagem do presente protocolo. Agradecemos também os membros da cognição computacional e laboratório de aprendizagem, especialmente Sven Bambach, Chen Anting, Steven Elmlinger, Seth Foster, Grace Lisandrelli e Charlene Tay, por sua assistência em desenvolver e aperfeiçoar este protocolo.
References
- Tatler, B. W., Hayhoe, M. M., Land, M. F., Ballard, D. H. Eye guidance in natural vision: Reinterpreting salience. Journal of Vision. 11 (5), 1-23 (2011).
- Hayhoe, M. Vision using routines: A functional account of vision. Visual Cognition. 7 (1-3), 43-64 (2000).
- Land, M., Mennie, N., Rusted, J. The Roles of Vision and Eye Movements in the Control of Activities of Daily Living. Perception. 28 (11), 1311-1328 (1999).
- Franchak, J. M., Kretch, K. S., Adolph, K. E. See and be seen: Infant-caregiver social looking during locomotor free play. Developmental Science. 21 (4), 12626 (2018).
- Franchak, J. M., Kretch, K. S., Soska, K. C., Adolph, K. E. Head-mounted eye tracking: a new method to describe infant looking. Child Development. 82 (6), 1738-1750 (2011).
- Kretch, K. S., Adolph, K. E. The organization of exploratory behaviors in infant locomotor planning. Developmental Science. 20 (4), 12421 (2017).
- Yu, C., Smith, L. B. Hand-Eye Coordination Predicts Joint Attention. Child Development. 88 (6), 2060-2078 (2017).
- Yu, C., Smith, L. B. Joint Attention without Gaze Following: Human Infants and Their Parents Coordinate Visual Attention to Objects through Eye-Hand Coordination. PLoS One. 8 (11), 79659 (2013).
- Yu, C., Smith, L. B. Multiple Sensory-Motor Pathways Lead to Coordinated Visual Attention. Cognitive Science. 41, 5-31 (2016).
- Yu, C., Smith, L. B. The Social Origins of Sustained Attention in One-Year-Old Human Infants. Current Biology. 26 (9), 1-6 (2016).
- Kretch, K. S., Franchak, J. M., Adolph, K. E. Crawling and walking infants see the world differently. Child Development. 85 (4), 1503-1518 (2014).
- Yu, C., Suanda, S. H., Smith, L. B. Infant sustained attention but not joint attention to objects at 9 months predicts vocabulary at 12 and 15 months. Developmental Science. , (2018).
- Hennessey, C., Lawrence, P. Noncontact binocular eye-gaze tracking for point-of-gaze estimation in three dimensions. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 56 (3), 790-799 (2009).
- Elmadjian, C., Shukla, P., Tula, A. D., Morimoto, C. H. 3D gaze estimation in the scene volume with a head-mounted eye tracker. Proceedings of the Workshop on Communication by Gaze Interaction. , 3 (2018).
- Castellanos, I., Pisoni, D. B., Yu, C., Chen, C., Houston, D. M., Knoors, H., Marschark, M. Embodied cognition in prelingually deaf children with cochlear implants: Preliminary findings. Educating Deaf Learners: New Perspectives. , (2018).
- Kennedy, D. P., Lisandrelli, G., Shaffer, R., Pedapati, E., Erickson, C. A., Yu, C. Face Looking, Eye Contact, and Joint Attention during Naturalistic Toy Play: A Dual Head-Mounted Eye Tracking Study in Young Children with ASD. Poster at the International Society for Autism Research Annual Meeting. , (2018).
- Yurkovic, J. R., Lisandrelli, G., Shaffer, R., Pedapati, E., Erickson, C. A., Yu, C., Kennedy, D. P. Using Dual Head-Mounted Eye Tracking to Index Social Responsiveness in Naturalistic Parent-Child Interaction. Talk at the International Congress for Infant Studies Biennial Congress. , (2018).
- Holmqvist, K., Nyström, M., Andersson, R., Dewhurst, R., Jarodzka, H., Van de Weijer, J. . Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures. , (2011).
- Saez de Urabain, I. R., Johnson, M. H., Smith, T. J. GraFIX: a semiautomatic approach for parsing low- and high-quality eye-tracking data. Behavior Research Methods. 47 (1), 53-72 (2015).
- Franchak, J. M., Hopkins, B., Geangu, E., Linkenauger, S. Using head-mounted eye tracking to study development. The Cambridge Encyclopedia of Child Development 2nd ed. , 113-116 (2017).
- Yonas, A., Arterberry, M. E., Granrud, C. E. Four-month-old infants’ sensitivity to binocular and kinetic information for three-dimensional-object shape. Child Development. 58 (4), 910-917 (1987).
- Smith, T. J., Saez de Urabain, I. R., Hopkins, B., Geangu, E., Linkenauger, S. Eye tracking. The Cambridge Encyclopedia of Child Development. , 97-101 (2017).
