Summary

Come costruire un sistema di presentazione di dicoptico che include Eye Tracker

Published: September 06, 2017
doi:

Summary

Abbiamo recentemente proposto un metodo che consente la presentazione di stimolo visivo dicoptico e binoculare eye-tracking contemporaneamente1. La chiave è la combinazione di infrarossi eye tracker e gli specchi a infrarossi-trasparente corrispondenti. Questo manoscritto fornisce un’approfondita protocollo per la configurazione iniziale e il funzionamento di tutti i giorni.

Abstract

La presentazione di stimoli diversi per i due occhi, dicoptico presentazione, è essenziale per gli studi che coinvolgono la visione 3D e soppressione interoculare. C’è una crescente letteratura il valore sperimentale unico di misure pupillari e oculomotorie, soprattutto per la ricerca sulla soppressione interoculare. Anche se ottenere provvedimenti di eye tracking beneficerebbe così gli studi che utilizzano dicoptico presentazione, l’hardware essenziale per dicoptico presentazione (es. specchi) spesso interferisce con alta qualità eye-tracking, soprattutto quando si utilizza un occhio basati su video Tracker. Recentemente abbiamo descritto una messa a punto sperimentale che combina un sistema di presentazione standard dicoptico con infrarossi eye tracker utilizzando specchi infrarosso-trasparente1. Il programma di installazione è compatibile con monitor standard ed occhio inseguitori, facile da implementare e a prezzi accessibili (dell’ordine di US$ 1.000). Relativo ai metodi esistenti ha i vantaggi di non richiedere attrezzature speciali e in posa pochi limiti sulla natura e qualità dello stimolo visivo. Qui forniamo una guida visiva per la costruzione e l’utilizzo del nostro programma di installazione.

Introduction

In condizioni di normale visualizzazione ciascuno dei nostri occhi riceve un input visivo leggermente diverso. Questo input è poi elaborati per produrre una rappresentazione tridimensionale, coerente del mondo. Dicoptico presentazione, pratica del controllo in modo indipendente l’input ha presentato a ciascuno dei due occhi, quindi permette ai ricercatori di studiare come gli esseri umani ricostruire una rappresentazione tridimensionale da due immagini retiniche bidimensionali2 ,3,4. Inoltre, se immagini i due occhi sono troppo dissimile, questa combinazione interoculare non riesce, e osservatori invece segnalano la percezione di una sola delle immagini alla volta mentre l’altro rimane soppresso, fenomeni come antagonismo binoculare5 e continui flash soppressione6. Ricercatori di tale soppressione interoculare, utilizzano troppo, dicoptico presentazione, in questo caso per esaminare le questioni relazionati ad argomenti come il locus neurale di consapevolezza7, selezione percettiva8,9e inconscio trattamento10.

Lo sguardo e pupilla dinamiche sono registrate ai fini più nella ricerca sul comportamento umano e la percezione. Direzione dello sguardo può informare, per esempio, attenzione allocazione11,10,13 e decisione facendo14, mentre le dimensioni della pupilla possono rivelare aspetti di elaborazione visiva15, 16, compito fidanzamento17o intelligenza fluida18.

Combinazione di eye-tracking con dicoptico presentazione è utile nella ricerca in, per esempio, tre percezione dimensionale (3D)19,20,21,22 o oculare risposte a visual ingresso durante soppressione interoculare23,24,25. Ad esempio, i movimenti oculari sono stati trovati per rivelare l’elaborazione inconscia senza percezione soggettiva durante continui flash soppressione23. Ricercatori clinici visual possono utilizzare la capacità di tenere traccia di entrambi gli occhi durante la presentazione dicoptico per studiare le malattie oculari che colpiscono i due occhi asimmetricamente, ad esempio, per monitorare il monoculare e binoculare distorsioni visive che si verificano in ambliopia26 e maculopathy27.

Recentemente abbiamo descritto un’installazione1 che consente la combinazione di alta qualità basati su video eye tracking e dicoptico stimolazione con piccola limitazione sulla dimensione o colore degli stimoli, e abbiamo valutato le prestazioni. Qui di seguito riassumiamo la costruzione e l’utilizzo di questa configurazione.

Protocol

questo protocollo è stato approvato dalla recensione commissioni istituzionali di Michigan State University. 1. costruzione del sistema logica preparare l’installazione di specchio, una variante del classico Wheatstone stereoscopio 28 illustrato Figura 1 , composto da due specchi posizionati ad un angolo di 45° rispetto il partecipante ' linea mediana s. Gli specchi riflettono stimoli da due sche…

Representative Results

Dopo la calibrazione descritta nel protocollo, abbiamo effettuato una procedura di calibrazione-convalida senza problemi con gli specchi in luogo. L’efficacia del metodo è chiaramente illustrato dalla Figura 5, che mostra l’immagine della telecamera (con un occhio di fine ricerca sistema di tracciamento) con gli specchi in luogo. Le due serie di linee parallele lungo naso dei partecipanti e le linee sopra le sopracciglia sono i bordi degli specchi ma, tuttav…

Discussion

Vi presentiamo una guida passo passo per la costruzione e l’uso di un apparato sperimentale che permette di tenere traccia simultaneo di entrambi gli occhi e dicoptico presentazione di stimoli visivi. In molte situazioni dove lo stimolo dicoptico è usato, la questione critica impedire rilevamento efficace occhio è che gli specchi per presentazione dicoptico bloccano la vista di inseguitori occhio basate su video. Questo viene risolto qui utilizzando specchi trasparenti all’infrarosso e infrarosso sensibili eye tracker….

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gli autori ringraziano Pieter Schiphorst per il suo ruolo nel progettare l’installazione e per fornire la grafica delle figure 1 e 3 e Marnix Naber per utili discussioni e il suo contributo alla figura 6. Gli autori riconoscono anche i ricercatori e gli editori per il riutilizzo di figura 1 e 6 da una carta pubblicata1.

Materials

Mirrors in Setup 1 Edmund Optics  #64-452 dimensions 10.10 × 12.70 cm; Reflectance: 400 ~ 690 nm; Transmission: 750 ~ 1200nm
Mirrors in Setup 2 Edmund Optics Item discontinued dimensions 10.10 × 12.70 cm; Reflectance: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm
Other Mirror Option Edmund Optics #62-634 dimensions 12.50 × 12.50 cm; Reflectance: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm
Eye Tracker in Setup 1 SR Research Ltd., Mississauga, Ontario, Canada Eyelink 1000 Transmission: 890 ~ 940 nm
Eye Tracker in Setup 2 The Eye Tribe Aps, Copenhagen, Denmark Eye Tribe (item discontinued) Transmission: around 850 nm

Referencias

  1. Brascamp, J. W., Naber, M. Eye tracking under dichoptic viewing conditions: a practical solution. Behav. Res. Methods. , 1-7 (2016).
  2. Barendregt, M., Harvey, B. M., Rokers, B., Dumoulin, S. O. Transformation from a Retinal to a Cyclopean Representation in Human Visual Cortex. Curr. Biol. 25 (15), 1982-1987 (2015).
  3. Held, R. T., Cooper, E. A., Banks, M. S. Blur and Disparity Are Complementary Cues to Depth. Curr. Biol. 22 (5), 426-431 (2012).
  4. Julesz, B. . Foundations of cyclopean perception. xiv, (1971).
  5. Carmel, D., Arcaro, M., Kastner, S., Hasson, U. How to Create and Use Binocular Rivalry. J. Vis. Exp. (45), (2010).
  6. Tsuchiya, N., Koch, C. Continuous flash suppression reduces negative afterimages. Nat. Neurosci. 8 (8), 1096-1101 (2005).
  7. Crick, F., Koch, C. Consciousness and neuroscience. Cereb Cortex. 8 (2), 97-107 (1998).
  8. Jiang, Y., Costello, P., Fang, F., Huang, M., He, S. A gender- and sexual orientation-dependent spatial attentional effect of invisible images. Proc. Natl. Acad. Sci. 103 (45), 17048-17052 (2006).
  9. Jiang, Y., Costello, P., He, S. Processing of Invisible Stimuli: Advantage of Upright Faces and Recognizable Words in Overcoming Interocular Suppression. Psychol. Sci. 18 (4), 349-355 (2007).
  10. Bahrami, B., Carmel, D., Walsh, V., Rees, G., Lavie, N. Spatial attention can modulate unconscious orientation processing. Perception. 37 (10), 1520-1528 (2008).
  11. Smith, D. T., Ball, K., Ellison, A., Schenk, T. Deficits of reflexive attention induced by abduction of the eye. Neuropsychologia. 48 (5), 1269-1276 (2010).
  12. Deubel, H., Schneider, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision Res. 36 (12), 1827-1837 (1996).
  13. Pastukhov, A., Braun, J. Rare but precious: Microsaccades are highly informative about attentional allocation. Vision Res. 50 (12), 1173-1184 (2010).
  14. Reddi, B. a. J., Carpenter, R. H. S. The influence of urgency on decision time. Nat. Neurosci. 3 (8), 827-830 (2000).
  15. Barbur, J. L. Learning from the pupil-studies of basic mechanisms and clinical applications. Vis. Neurosci. 1, 641-656 (2004).
  16. Naber, M., Nakayama, K. Pupil responses to high-level image content. J. Vis. 13 (6), 7-7 (2013).
  17. Gilzenrat, M. S., Nieuwenhuis, S., Jepma, M., Cohen, J. D. Pupil diameter tracks changes in control state predicted by the adaptive gain theory of locus coeruleus function. Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 10 (2), 252-269 (2010).
  18. Van Der Meer, E., et al. Resource allocation and fluid intelligence: Insights from pupillometry. Psychophysiology. 47 (1), 158-169 (2010).
  19. Erkelens, C. J., Regan, D. Human ocular vergence movements induced by changing size and disparity. J. Physiol. 379, 145-169 (1986).
  20. Wismeijer, D. A., Erkelens, C. J., van Ee, R., M, W. e. x. l. e. r. Depth cue combination in spontaneous eye movements. J. Vis. 10 (6), 25-25 (2010).
  21. Takagi, M., et al. Adaptive Changes in Dynamic Properties of Human Disparity-Induced Vergence. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 42 (7), 1479-1486 (2001).
  22. Maiello, G., Harrison, W. J., Bex, P. J. Monocular and Binocular Contributions to Oculomotor Plasticity. Sci. Rep. 6, (2016).
  23. Rothkirch, M., Stein, T., Sekutowicz, M., Sterzer, P. A direct oculomotor correlate of unconscious visual processing. Curr. Biol. 22 (13), R514-R515 (2012).
  24. Spering, M., Pomplun, M., Carrasco, M. Tracking Without Perceiving A Dissociation Between Eye Movements and Motion Perception. Psychol. Sci. 22 (2), 216-225 (2011).
  25. Spering, M., Carrasco, M. Acting without seeing: eye movements reveal visual processing without awareness. Trends Neurosci. 38 (4), 247-258 (2015).
  26. Piano, M. E. F., Bex, P. J., Simmers, A. J. Perceptual Visual Distortions in Adult Amblyopia and Their Relationship to Clinical FeaturesPerceptual Visual Distortions in Adult Amblyopia. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56 (9), 5533-5542 (2015).
  27. Wiecek, E., Lashkari, K., Dakin, S. C., Bex, P. Novel Quantitative Assessment of Metamorphopsia in MaculopathyQuantitative Assessment of Metamorphopsia. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56 (1), 494-504 (2015).
  28. Wheatstone, C. Contributions to the Physiology of Vision.–Part the First. On Some Remarkable, and Hitherto Unobserved, Phenomena of Binocular Vision. Philos. Trans. R. Soc. Lond. 128, 371-394 (1838).
  29. Beach, G., Cohen, C. J., Braun, J., Moody, G. Eye tracker system for use with head mounted displays. 1998 IEEE Int. Conf. Syst. Man. 5, 4348-4352 (1998).
  30. Gibaldi, A., Vanegas, M., Bex, P. J., Maiello, G. Evaluation of the Tobii EyeX Eye tracking controller and Matlab toolkit for research. Behav. Res. Methods. , 1-24 (2016).
  31. Fox, R., Todd, S., Bettinger, L. A. Optokinetic nystagmus as an objective indicator of binocular rivalry. Vision Res. 15 (7), 849-853 (1975).
  32. Leopold, D. A., Fitzgibbons, J. C., Logothetis, N. K. The Role of Attention in Binocular Rivalry as Revealed through Optokinetic Nystagmus. , (1995).
  33. Zaretskaya, N., Thielscher, A., Logothetis, N. K., Bartels, A. Disrupting Parietal Function Prolongs Dominance Durations in Binocular Rivalry. Curr. Biol. 20 (23), 2106-2111 (2010).
  34. Robinson, D. A. A Method of Measuring Eye Movemnent Using a Scieral Search Coil in a Magnetic Field. IEEE Trans. Bio-Med. Electron. 10 (4), 137-145 (1963).
  35. Kalisvaart, J. P., Goossens, J. Influence of Retinal Image Shifts and Extra-Retinal Eye Movement Signals on Binocular Rivalry Alternations. PLOS ONE. 8 (4), e61702 (2013).
  36. Frässle, S., Sommer, J., Jansen, A., Naber, M., Einhäuser, W. Binocular rivalry: frontal activity relates to introspection and action but not to perception. J. Neurosci. 34 (5), 1738-1747 (2014).
  37. Duchowski, A. T., et al. Binocular Eye Tracking in Virtual Reality for Inspection Training. Proc. 2000 Symp. Eye Track. Res. Appl. , 89-96 (2000).
  38. Hayashi, R., Tanifuji, M. Which image is in awareness during binocular rivalry? Reading perceptual status from eye movements. J. Vis. 12 (3), 5-5 (2012).
  39. van Dam, L. C. J., van Ee, R. Retinal image shifts, but not eye movements per se, cause alternations in awareness during binocular rivalry. J. Vis. 6 (11), 3-3 (2006).
  40. Maiello, G., Chessa, M., Solari, F., Bex, P. J. Simulated disparity and peripheral blur interact during binocular fusionShort Title??. J. Vis. 14 (8), 13-13 (2014).
  41. Vinnikov, M., Allison, R. S., Fernandes, S. Impact of depth of field simulation on visual fatigue: Who are impacted? and how?. Int. J. Hum.-Comput. Stud. 91, 37-51 (2016).
  42. Tsuchiya, N., Wilke, M., Frässle, S., Lamme, V. A. F. No-Report Paradigms: Extracting the True Neural Correlates of Consciousness. Trends Cogn. Sci. 19 (12), 757-770 (2015).
  43. Naber, M., Frässle, S., Einhäuser, W. Perceptual Rivalry: Reflexes Reveal the Gradual Nature of Visual Awareness. PLOS ONE. 6 (6), e20910 (2011).

Play Video

Citar este artículo
Qian, C. S., Brascamp, J. W. How to Build a Dichoptic Presentation System That Includes an Eye Tracker. J. Vis. Exp. (127), e56033, doi:10.3791/56033 (2017).

View Video