Summary

La combinación de PC del juego basado en experimentos del comportamiento de alta densidad de seguimiento de mirada EEG e infrarrojo

Published: December 16, 2010
doi:

Summary

Procedimientos para la grabación de alta densidad de datos de EEG y la mirada en equipo basado en juego de las tareas cognitivas se describen. El uso de un juego de vídeo para presentar las tareas cognitivas mejora validez ecológica sin sacrificar el control experimental.

Abstract

Paradigmas experimentales son valiosos en la medida en el tiempo y otros parámetros de los estímulos están bien especificados y controlados, y la medida en que el rendimiento de datos relevantes para el proceso cognitivo que se produce bajo condiciones ecológicamente válida. Estos dos objetivos a menudo están en desacuerdo, ya que los estímulos bien controlados a menudo son demasiado repetitivos para mantener la motivación de los sujetos. Los estudios que emplean la electroencefalografía (EEG) a menudo son especialmente sensibles a este dilema entre la validez ecológica y el control experimental: lograr suficiente relación señal-ruido en los promedios de las demandas fisiológicas un gran número de ensayos repetidos en largas sesiones de grabación, lo que limita la piscina con sujeción a las personas con la capacidad y la paciencia para llevar a cabo una tarea determinada una y otra vez. Esta restricción limita severamente la capacidad de los investigadores para investigar las poblaciones más jóvenes, así como las poblaciones clínicas asociadas con una mayor ansiedad o alteraciones atencionales. Incluso los adultos, los sujetos no clínicos pueden no ser capaces de alcanzar sus niveles típicos de rendimiento o compromiso cognitivo: un tema sin motivación para que una tarea experimental es poco más que una tarea no es lo mismo, conductual, cognitiva o de origen neurológico, como sujeto que es intrínsecamente motivados y comprometidos con la tarea. Un creciente cuerpo de literatura que demuestra que la integración de los experimentos dentro de los juegos de vídeo puede proporcionar una manera entre los cuernos de este dilema entre el control experimental y la validez ecológica. El relato de un juego proporciona un contexto más realista en el que las tareas se producen, mejorando su validez ecológica (Chaytor y Schmitter Edgecombe, 2003). Además, este contexto proporciona la motivación para completar sus tareas. En nuestro juego, los sujetos realizar varias misiones de colecta de recursos, defenderse de los piratas, interceptar comunicaciones o facilitar las relaciones diplomáticas. De esta manera, también realizan una gran variedad de tareas cognitivas, incluyendo la atención de Posner-cambio de paradigma (Posner, 1980), vaya a / no-go la prueba de inhibición de motor, una coherencia psicofísica movimiento tarea umbral, la prueba incorporada figuras (Witkin , 1950, 1954) y una teoría de la mente (Wimmer y Perner, 1983) la tarea. El software del juego registra automáticamente los estímulos del juego y las acciones de los sujetos y las respuestas en un archivo de registro, y envía los códigos de eventos para sincronizar con registradores de datos fisiológicos. Así, el juego se puede combinar con las medidas fisiológicas, tales como EEG o fMRI, y con el seguimiento de momento a momento de la mirada. Seguimiento de la mirada puede verificar el cumplimiento de los sujetos con las tareas de comportamiento (por ejemplo, la fijación) y la atención a estímulos experimentales, y también la activación fisiológica como se refleja en dilatación de la pupila (Bradley et al., 2008). A grandes frecuencias de muestreo suficiente, el seguimiento de la mirada también puede ayudar a evaluar la atención encubierta como se refleja en microsacadas – movimientos oculares que son demasiado pequeños para foveate un nuevo objeto, sino que son tan rápidos en el inicio y tener la misma relación entre la distancia angular y la velocidad máxima al igual que sacudidas que recorren grandes distancias. La distribución de las direcciones de microsacadas se correlaciona con la dirección (en caso contrario) encubiertas de la atención (Hafed y Clark, 2002).

Protocol

1. Diseño de un juego de video de entretenimiento informativo y científico Aplicar un proceso iterativo de diseño de juegos en los que se refiere a un valor científico y la jugabilidad se informarán mutuamente. Como investigador, usted tiene ideas en cuanto a los estímulos y los paradigmas de comportamiento que usted desea ver integrado en un juego de ordenador. Porque usted no es un diseñador de juegos, la tarea de construir estos paradigmas en los juegos puede parecer un detalle que …

Discussion

Tal vez el obstáculo más importante a los estudios de integración es el límite práctico en la cantidad de tiempo que un solo sujeto experimental (en especial uno de una población clínica) se puede esperar razonablemente para llevar a cabo antes de fatigarse. Por desgracia, a menudo el más controlado es un estímulo desde el punto de vista científico, el más repetitivo y tedioso el experimento puede parecer desde el punto de vista del sujeto. La investigación del comportamiento de los trastornos neuropsiquiát…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este proyecto está financiado por el Autism Speaks Piloto de Becas de Investigación # 2597 y en EE.UU. National Science Premio de la Fundación Facultad de Desarrollo Profesional # 0846892 BCS.

Materials

Material Name Tipo Company Catalogue Number Comment
128-channel BioSemi ActiveTwo measurement system   BioSemi   http://www.biosemi.com
32 channel A-set + CMS/DRL   BioSemi P32-ABC-ACMS  
32 channel B-set   BioSemi P32-ABC-B  
32 channel C-set   BioSemi P32-ABC-C  
32 channel D-set   BioSemi P32-ABC-D  
EX1-EX8 electrodes   BioSemi 8 x TP PIN  
128-channel cap   BioSemi CAP M 128  
EyeLink 1000 infrared gaze tracker   SR Research    
EyeLink 1000 Remote Camera Upgrade   SR Research n/a Allows for target sticker tracking
SignaGel electrode gel   Parker Labs n/a  
0.05% KCl electrolytic (NaCl) gel   n/a n/a Purchased from compounding pharmacy
Intensity Pro   Blackmagic Design    

Referencias

  1. Bell, A. J., Sejnowski, T. J. An information maximisation approach to blind separation and blind deconvolution. Neural Computation. 7, 1129-1159 (1995).
  2. Belmonte, M. K. Shifts of visual spatial attention modulate a steady-state visual evoked potential. Cognitive Brain Research. 6, 295-307 (1998).
  3. Belmonte, M. K. Abnormal attention in autism shown by steady-state visual evoked potentials. Autism. 4, 269-285 (2000).
  4. Benton, A. L., Sivan, A. B., Hamsher, K., Varney, N. R., Spreen, O. . Contributions to Neuropsychological Assessment. , (1994).
  5. Berka, C., Levendowski, D. J., Cvetinovic, M. M., Petrovic, M. M., Davis, G., Lumicao, M. N., Zivkovic, V. T. Real-time analyses of EEG indexes of alertness, cognition and memory acquired with a wireless EEG headset. International Journal of Human-Computer Interaction. 17, 151-170 (2004).
  6. Bradley, M. M., Miccoli, L., Escrig, M. A., Lang, P. J. The pupil as a measure of emotional arousal and autonomic activation. Psychophysiology. 45, 602-607 (2008).
  7. Brookings, J. B., Wilson, G. F., Swain, C. R. Psychophysiological responses to changes in work-load during simulated air traffic control. Biological Psychology. 42, 361-377 (1996).
  8. Castel, A. D., Pratt, J., Drummond, E. The effects of action video game experience on the time course of inhibition of return and the efficiency of visual search. Acta Psychologica. 119, 217-230 (2005).
  9. Chaytor, N., Schmitter-Edgecombe, M. The ecological validity of neuropsychological tests: a review of the literature on everyday cognitive skills. Neuropsychology Review. 13, 181-197 (2003).
  10. Dalton, K. M., Nacewicz, B. M., Johnstone, T., Schaefer, H. S., Gernsbacher, M. A., Goldsmith, H. H., Alexander, A. L., Davidson, R. J. Gaze fixation and the neural circuitry of face processing in autism. Nature Neuroscience. 8, 519-526 (2005).
  11. Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics. Journal of Neuroscience Methods. 134, 9-21 (2004).
  12. Ebisawa, Y. Improved video-based eye-gaze detection method. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 47, 948-955 (1998).
  13. Feng, J., Spence, I., Pratt, J. Playing an action video game reduces gender differences in spatial cognition. Psychological Science. 18, 850-855 (2007).
  14. Ferree, T. C., Luu, P., Russell, G. S., Tucker, D. M. Scalp electrode impedance, infection risk, and EEG data quality. Clinical Neurophysiology. 112, 536-544 (2001).
  15. Golan, O., Baron-Cohen, S. Systemizing empathy: teaching adults with Asperger syndrome or high-functioning autism to recognize complex emotions using interactive media. Development and Psychopathology. 18, 591-617 (2006).
  16. Graner Ray, S., S, Gender inclusive game design: Expanding the market. , (2004).
  17. Green, C. S., Bavelier, D. Action video game modifies visual selective attention. Nature. 423, 534-537 (2003).
  18. Green, C. S., Bavelier, D. Enumeration versus multiple object tracking: the case of action video game players. Cognition. 101, 217-245 .
  19. Green, C. S., Bavelier, D. Effect of action video games on the spatial distribution of visuospatial attention. Journal of Experimental Psychology Human Perception and Performance. 32, 1465-1478 (2006).
  20. Green, C. S., Bavelier, D. Action-video-game experience alters the spatial resolution of vision. Psychological Science. 18, 88-94 (2007).
  21. Hafed, Z. M., Clark, J. J. Microsaccades as an overt measure of covert attention shifts. Vision Research. 42, 2533-2545 (2002).
  22. Lieberman, H. R., Pentland, A. P. Microcomputer-based estimation of psychophysical thresholds: the best PEST. Behavior Research Methods and Instrumentation. 14, 21-25 (1982).
  23. Luck, S. J. . An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , (2005).
  24. Lykken, D. T., Venables, P. H. Direct measurement of skin conductance: a proposal for standardization. Psychophysiology. 8, 656-672 (1971).
  25. Makeig, S., Delorme, A., Westerfield, M., Jung, T., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, T. J. Electroencephalographic brain dynamics following manually responded visual targets. PLoS Biology. 2, e176-e176 (2004).
  26. Makeig, S., Jung, T., Bell, A. J., Ghahremani, D., Sejnowski, T. J. Blind separation of auditory event-related brain responses into independent components. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94, 10979-10984 (1997).
  27. Makeig, S., Westerfield, M., Jung, T. P., Enghoff, S., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, T. J. Dynamic brain sources of visual evoked responses. Science. 295, 690-694 (2002).
  28. Morgan, S. T., Hansen, J. C., Hillyard, S. A. Selective attention to stimulus location modulates the steady-state visual evoked potential. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93, 4770-4774 (1996).
  29. Pentland, A. P. Maximum likelihood estimation: the best PEST. Perception and Psychophysics. 28, 377-379 (1980).
  30. Plaisted, K., Swettenham, J., Rees, L. Children with autism show local precedence in a divided attention task and global precedence in a selective attention task. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 40, 733-742 (1999).
  31. Posner, M. I. Orienting of attention. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 32, 3-25 (1980).
  32. Smith, M. E., McEvoy, L. K., Gevins, A. Neurophysiological indices of strategy development and skill acquisition. Cognitive Brain Research. 7, 389-404 (1999).
  33. St John, M., Kobus, D. A., Morrison, J. G. A multi-tasking environment for manipulating and measuring neural correlates of cognitive workload. , (2002).
  34. St John, M., Kobus, D. A., Morrison, J. G., Schmorrow, D. Overview of the DARPA augmented cognition technical integration experiment. International Journal of Human-Computer Interac-tion. 17, 131-149 (2004).
  35. Thorell, L. B., Lindqvist, S., Nutley, S. B., Bohlin, G., Klingberg, T. Training and transfer effects of executive functions in preschool children. Developmental Science. 12, 106-113 (2009).
  36. Valla, J. M., Ganzel, B. L., Yoder, K. J., Chen, G. M., Lyman, L. T., Sidari, A. P., Keller, A. E., Maendel, J. W., Perlman, J. E., Wong, S. K. L., Belmonte, M. K. More than maths and mindread-ing: sex differences in empathising/systemising covariance. Autism Research. , (2010).
  37. Witkin, H. A. Individual differences in ease of perception of embedded figures. Journal of Personality. 19, 1-15 (1950).
  38. Witkin, H. A., Lewis, H. B., Hertzman, M., Machover, K., Meissner, P. B., Wapner, S. . Personality through Perception. , (1954).
  39. Wimmer, H., Perner, J. Beliefs about beliefs: Representation and constraining function of wrong beliefs in young children’s understanding of deception. Cognition. 13, 103-128 (1983).
  40. von Ahn, L. Games with a purpose. Computer. 39, 92-94 (2006).

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Citar este artículo
Yoder, K. J., Belmonte, M. K. Combining Computer Game-Based Behavioural Experiments With High-Density EEG and Infrared Gaze Tracking. J. Vis. Exp. (46), e2320, doi:10.3791/2320 (2010).

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