طريقة لتحديد البصرية معالجة المعلومات لدى الأطفال عن طريق تتبع العين
Summary
A method is described to quantify the quality of visual information processing based on reflexive eye movements in response to specific visual modalities. Reaction times and fixation output parameters are used to characterize visual performance in children with and without visual impairments from 6 months of age.
Abstract
Visual problems that occur early in life can have major impact on a child’s development. Without verbal communication and only based on observational methods, it is difficult to make a quantitative assessment of a child’s visual problems. This limits accurate diagnostics in children under the age of 4 years and in children with intellectual disabilities. Here we describe a quantitative method that overcomes these problems. The method uses a remote eye tracker and a four choice preferential looking paradigm to measure eye movement responses to different visual stimuli. The child sits without head support in front of a monitor with integrated infrared cameras. In one of four monitor quadrants a visual stimulus is presented. Each stimulus has a specific visual modality with respect to the background, e.g., form, motion, contrast or color. From the reflexive eye movement responses to these specific visual modalities, output parameters such as reaction times, fixation accuracy and fixation duration are calculated to quantify a child’s viewing behavior. With this approach, the quality of visual information processing can be assessed without the use of communication. By comparing results with reference values obtained in typically developing children from 0-12 years, the method provides a characterization of visual information processing in visually impaired children. The quantitative information provided by this method can be advantageous for the field of clinical visual assessment and rehabilitation in multiple ways. The parameter values provide a good basis to: (i) characterize early visual capacities and consequently to enable early interventions; (ii) compare risk groups and follow visual development over time; and (iii), construct an individual visual profile for each child.
Introduction
ازداد انتشار الدماغ المشاكل البصرية ذات الصلة الضرر في الأطفال. بسبب مشاكل بصرية يمكن أن يكون لها تأثير كبير على نمو الطفل والكشف المبكر لدى الرضع الصغار والأطفال المعرضين للخطر مهم للغاية. في الوقت الحاضر، اختبارات وظيفة البصرية لتقييم الوظائف الحسية البصرية مثل حدة البصر وحساسية التباين (على سبيل المثال، الاختبارات اختبار البصر) قابلة للتطبيق في الأطفال من 1-2 سنوات من العمر 1. في الأطفال الأصغر سنا وتستند هذه الاختبارات على ملاحظات منظمة للسلوك المشاهدة الطفل على المعلومات البصرية. تفسير مثل هذا السلوك، أي من خلال النظر في حركات العين الطفل، التي يمكن أن تعوق المحرك للعين أو الخلل الإنتباه للطفل، أو حتى عن طريق عرض سلوك المراقب. يتم تقييم الوظائف البصرية بوساطة Cerebrally مثل الذاكرة إبصاري فراغي والتعرف على الأشياء مع اختبارات الإدراك البصري (على سبيل المثال، DTVP 2). هذه الاختبارات تتطلب الإضافية اللفظيةtructions والاتصالات، ويمكن استخدامها 4-5 سنوات من العمر. في ظل التطور بعد الولادة من النظام البصري والاستفادة من مستوى عال من المرونة في وقت مبكر من الحياة، فمن المستحسن أن تحديد وجود ومدى ضعف في معالجة المعلومات البصرية في أقرب وقت ممكن. بهذه الطريقة، الأطفال الذين يعانون من (المخ) الإعاقة البصرية قد يستفيد الى اقصى حد ممكن من التدخل المبكر، التحفيز البصري، أو استراتيجيات داعمة. ونتيجة لذلك، هناك حاجة لطريقة تقييم معالجة المعلومات البصرية التي يمكن أن تستخدم من دون الاتصال اللفظي عند الأطفال والتي تقوم على النتائج الكمية.
حركات العين هي نموذج جيد لدراسة السلوك توجيه الموجهة بصريا للمنبهات 3،4، وما يتصل بها من وظائف الإدراك الحسي والمعرفي 5. وتشير حركات العين تركيز الانتباه البصري في الكواليس، والمعروف أن ينتج إما من الأسفل إلى الأعلى (انعكاسية، يحركها بروز) أو من أعلى إلى أسفل (طntentional ومعرفيا) بمعالجة 6. وتستخدم حركات العين لتوجيه النقرة، أي الحدة من الرؤية، لكائنات جديدة. تتم معالجة المحتوى المرئي من كائن من الفائدة عبر الممرات التي تمتد من شبكية العين عن طريق النواة الركبية الجانبية إلى القشرة البصرية الأولية (V1)، والتي توزع نفسها على المناطق المعالجة الدماغية (على سبيل المثال، والمشاركة في الاهتمام، والتوجه المكاني، والاعتراف، الذاكرة، والعواطف). حركات العين على حد سواء شرط أساسي ل، وتكملة لمعالجة المعلومات البصرية.
التطورات في قياس حركات العين مع تعقب العين الحمراء تعطي إمكانية للحصول على المعلمات كمية من المحرك للعين وظيفة البصرية. تعقب العين الآلية هي منتشرة في كل مكان في الوقت الحاضر في البحوث الطبية والنفسية التي يتعرض لها السكان الصحي والسريري. الغرض منها هو ليس فقط لدراسة وظيفة المحرك للعين وتخصيص اهتمام 7، ولكن أيضا للرد على أسئلة ABOالتحرير الآليات السلوكية والنفسية 8،9. مع صعود أنظمة تتبع العين يمكن الوصول إليها والتجارية، فهي تستخدم بشكل متزايد لاختبار السكان المعرضين للرضع والأطفال 10-12، دون شروط تقييد، تعليمات معقدة، أو التعاون النشط 12،13. نظرا لاقتران بالقرب من المحرك للعين والجهاز البصري على العين ومستوى المخ، أساليب تعتمد على تتبع العين هي بارز مناسبة لتقييم القدرات البصرية. وحتى الآن، إلى جانب قياس حدة البصر 14، تلقت استخدام هذه التقنية في تقييم وظيفة البصرية لدى الأطفال اهتماما قليلا نسبيا.
مجموعتنا في الجمع بين القياسات حركة العين مع نموذج ذات نظرة تفضيلية 13. تفضيلية أبحث هو تفضيل ليحملق الأسطح المزخرفة أكثر من تلك متجانسة 15. يتم تطبيق هذا المبدأ من خلال استخدام المثيرات البصرية مع المنطقة المستهدفة في واحدة من أربعة أجزاء، والتي مهرجان دبي السينمائي الدوليإيه من الخلفية من حيث ميزة المرئية واحدة محددة، على سبيل المثال شكل متماسك، حركة متماسكة، وعلى النقيض من لون. ومن المعروف أن هذه الميزات المرئية التي سيتم تجهيزها من خلال مسارات بصرية منفصلة الطرفية والمركزية. على سبيل المثال، يتم معالجة المعلومات حول النموذج مسارات بطني، من V1 إلى القشرة الزمنية. تتم معالجة المعلومات عن الحركة من خلال مسارات ظهري، من V1 إلى الخلفية القشرة الجدارية 16. وبالتالي، تستخدم المحفزات محددة لتحريك معالجة المعلومات البصرية في مجالات مختلفة من النظام البصري. إذا كان الطفل قادرا على رؤية المعلومات البصرية المحددة التي يتم عرضها، وهذه المعلومات جذب الانتباه البصري في شكل حركات العين. وتسجل هذه الاستجابات الانعكاسية حركة العين إلى محفزات بصرية مع بعد بالأشعة تحت الحمراء تعقب العين. بهذه الطريقة، وتوفر تدابير حركة العين تقييم خالية من الاتصالات من الجودة لمختلف جوانب المعلومات البصرية تجهيز 13.
توفر حركات العين بيانات الرصد ليس فقط من سلوك المشاهدة الطفل 11، ولكن يمكن أن تستخدم أيضا لمزيد من التدابير نتائج موضوعية. جنبا إلى جنب مع نموذج اختبار مصممة بعناية، يمكن أن حركات العين تعطي معلومات دقيقة وموضوعية عن معالجة المعلومات البصرية. يتم الحصول على هذه المعلومات عن طريق حساب المعلمات الكمية على أساس الخصائص الزمانية والمكانية للاستجابات حركة العين. ومن الأمثلة على هذه المعايير هي رد فعل الزمن 13، الوقت تثبيت 17، مقاييس رمش 7 أو تخصيص اهتمام التراكمي 18. توافر هذه المعايير هو جديد في مجال التقييم البصري لدى الأطفال في مرحلة النمو الشباب.
الهدف من هذه الورقة هو تقديم وسيلة القائم على تتبع العين لقياس معالجة المعلومات البصرية لدى الأطفال من سن 6 أشهر. قياس انشاء والإجراء (أي نموذج غير اللفظي، بعد المعايرة، وmobilitذ) تنطبق على وجه التحديد لاستخدام هذا الأسلوب في الأطفال المعرضين للخطر. وثمة جانب بالغ الأهمية هو تحليل المعلمات الكمية البصرية ردا على ذلك، أي وقت رد الفعل، ومدة التثبيت، ودقة التثبيت. وتستخدم هذه المعايير لتوفير مناطق إشارة الردود الموجهة بصريا في الأطفال عادة النامية، لتوصيف معالجة المعلومات البصرية في الفئات المعرضة للخطر من الأطفال الذين يعانون من إعاقات بصرية.
Protocol
Representative Results
Discussion
قياس عرض انشاء جنبا إلى جنب مع تحليل حركة العين الكمي يوفر توصيف واضح في وظائف معالجة بصرية في مجموعات مختلفة من الأطفال الذين يعانون من المحرك للعين والعاهات البصرية. الميزة الرئيسية لهذا النموذج هو أن الأداء يعتمد على استجابات حركة العين للمؤثرات البصرية التي يتم تشغيلها بطريقة انعكاسية. يتم إعطاء أية تعليمات لفظية محددة وليس هناك حاجة للأطفال للرد شفهيا. وRTF المعلمات، GFA وFD تظهر فروق ذات دلالة إحصائية بين مجموعات من الأطفال عادة developing- وضعاف البصر، على الرغم من انتشار محدود من القيم المعلمة موجود في كل مجموعة (الشكلان 4-6). وهكذا، وهذا يتوقف على المعلمة تقييمها، يمكن لبعض الأطفال عادة النامية تظهر أداء المنحرف، في حين أن بعض الأطفال الذين يعانون من إعاقات بصرية تظهر «طبيعية» الأداء. في نهاية المطاف، واتخاذ تدابير نتائج متعددة في استجابة لمضاعفات بصريةوينبغي النظر في طرائق على المستوى الفردي. ملخص جميع التدابير نتائج يوفر خصائص فريدة من قدرات معالجة المعلومات البصرية، والتي يمكن تحويلها في لمحة البصري لدى الأطفال من 6 أشهر من العمر.
وقد أظهرت العديد من الدراسات أن قيمة تتبع العين بعيد في فئات الضعيفة من الأطفال، للاستدلال في الانتباه أو القدرات النفسية 9،12،18. في حين أن معظم الدراسات تعتمد على الملاحظات السلوكية واستخدام التعليمات، سمة مميزة للنموذج الحالي هو نهج كمي غير اللفظي. ولذلك تتضمن الخطوات الحاسمة ضمن بروتوكول المنبهات التي تستند إلى التفضيلي تبحث، وقياس المحمول انشاء، والعرف المعايرة وتحليل البرامج. تمديد عرض النتائج على أساس الملاحظة مع طرق تحليل وضع يتيح النتائج موحدة ومفصلة عن وظائف معالجة بصرية. وهذا يتماشى مع العمل على تقييمحدة البصر الرضع مع تعقب العين 14، والعمل على السيطرة البصر في مختلف الاضطرابات 7. طريقة مرنة ويمكن تقييم المحمول الذي لا غنى عنه عند إجراء تقييمات السريرية في الأطفال الصغار أو الأطفال الذين يعانون من الإعاقات المتعددة. لذلك، هي مناسبة لقياس المحرك للعين وقدرات المعالجة البصرية في جميع الأطفال تقريبا التي هي قادرة على مشاهدة الشاشة.
وقد درست أهمية هذه الطريقة فيما يتعلق بأساليب التشخيص البصرية القائمة (أي صحة) كخطوة أولى نحو تنفيذ السريري. وكان الجمع بين النموذج الحالي مع المستخدمة حاليا تقييم وظيفة البصرية (VFA) في الأطفال. وكانت ملاحظات وظائف المحرك للعين والبصرية التي تعتمد على التسجيلات حركة العين مقارنة مع الملاحظات السلوكية القياسية لهذه الوظائف. وعلاوة على ذلك، المعلمات تتبع العين، على سبيل المثال، ومدة التثبيت والتوجيه رمشي، إعلان المقدمةقيمة المشروط في تشخيص المحرك للعين والأداء البصري لدى الأطفال خلال VFA (Kooiker MJG وآخرون، 2015، المقدمة). المكسب الأكبر من طريقة عرض يكمن في إمكانية لتقييم المزيد من الوظائف البصرية مما هو عليه حاليا في تقييم وظيفة البصرية في سن مبكرة، وتقييمها بطريقة كمية 26. وجود قيود فيما يتعلق بأساليب الحالية هو أنه في غياب التكييف، فإنه ليس من الممكن بعد تقييم دقيق حدة الإبصار أو المجال البصري مع بطارية اختبار الحالية 14.
على الرغم من أننا محدودة أنفسنا لعرض النتائج من المحفزات الرسوم المتحركة، في التطبيقات المستقبلية يمكن اختبار الطرائق البصرية المختلفة باستخدام المنبهات الأخرى (على سبيل المثال، أشكال مميزة، والحركة واللون والمعلومات على النقيض) 22،20،25. وبهذه الطريقة، يتم استهداف المناطق المعالجة البصرية محددة خارج الممرات البصرية الأولية، مثل المناطق رابطة البصرية في القشرة الزمانية أو الجداري.وجود قيود على الأسلوب هو أن المثيرات البصرية الحالية مجرد يؤدي الكشف عن المدخلات البصرية، واستدعاء المرحلة الأولى من المعالجة البصرية. هذه المحفزات لا تستهدف الوظائف العليا التي تصبح صالحة بعد الكشف عن التحفيز والتي يتم قياسها عادة مع اختبارات الإدراك البصري. على الرغم من أن تنفيذها دون استخدام وسائل الاتصال هو أمر صعب، وهو نموذج يستند تتبع العين هو شكل مستقبل واعد للكشف عن المعلومات المتعلقة التصور، على سبيل المثال البحث البصري، والاهتمام -memory أو -selective.
وخلاصة القول، ردودا تفصيلية حركة العين لأنواع مختلفة من التحفيز البصري توفر توصيف شامل من وظائف معالجة المعلومات البصرية، في وقت مبكر في عملية التنمية. ونتيجة لذلك، لكل طفل ملف تعريف البصرية الفردية من حيث وظائفها سليمة وضعاف يمكن أن تنشأ. قد توفر مثل هذا التعريف معلومات مفصلة حول نقاط القوة والضعف في المحرك للعين والبصريةوظيفة. ويمكن أن تستخدم كنقطة انطلاق لدعم في الحياة اليومية، والمعلم والتعليم الرعاية. المعلومات الكمية التي أصبحت متاحة مع هذا الأسلوب يمكن أن تكون مفيدة لمتابعة تطوير البصرية مع مرور الوقت، ورصد التدخلات البصرية وبرامج إعادة التأهيل.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank daycare centers (Wasko, Alblasserwaard) for their support in recruiting the control group, and Mark Vonk for his help in data collection in the control group. The authors also thank the children from the control group and the children who are clients from Royal Dutch Visio for participation in the study. The authors are grateful to the children and their parents for participation in the video.
The development of the method was supported by a grant from the Novum Foundation: a non-profit organization providing financial support to (research) projects that improve the quality of life of individuals with a visual impairment (www.stichtingnovum.org). Financial support for the current study was provided by ‘ZonMw Inzicht’ (Netherlands Organization for Health Research and Development-Insight Society), grant number: 60-00635-98-10.
Materials
| Tobii T60 XL | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/ | remote infrared eye tracker |
| Tobii Studio | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ | eye tracker software |
| MATLAB | MathWorks Inc | http://nl.mathworks.com/products/matlab/ | data analysis software |
References
- Hyvärinen, L. Considerations in evaluation and treatment of the child with low vision. Am. J. Occup. Ther. 49 (9), 891-897 (1995).
- Hamill, D. D., Pearson, N. A., Voress, J. K. . Developmental Test of Visual Perception. , (1993).
- Yarbus, A. L. . Eye movements and vision. , (1967).
- Noton, D., Stark, L. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).
- Liversedge, S. P., Findlay, J. M. Saccadic eye movements and cognition. Trends Cogn. Sci. 4 (1), 6-14 (2000).
- Corbetta, M., Shulman, G. L. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat. Rev. Neurosci. 3 (3), 201-215 (2002).
- Tseng, P. H., et al. High-throughput classification of clinical populations from natural viewing eye movements. J. Neurol. 260 (1), 275-284 (2013).
- Karatekin, C. Eye tracking studies of normative and atypical development. Dev. Rev. 27 (3), 283-348 (2007).
- Rommelse, N. N., Vander Stigchel, S., Sergeant, J. A. A review on eye movement studies in childhood and adolescent psychiatry. Brain Cogn. 68 (3), 391-414 (2008).
- Gredebäck, G., Johnson, S., von Hofsten, C. Eye tracking in infancy research. Dev. Neuropsychol. 35 (1), 1-19 (2010).
- Aslin, R. N., McMurray, B. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).
- Sasson, N. J., Elison, J. T. Eye tracking young children with autism. J. Vis. Exp. (61), e3675 (2012).
- Pel, J. J., Manders, J. C., van der Steen, J. Assessment of visual orienting behaviour in young children using remote eye tracking: methodology and reliability. J. Neurosci. Meth. 189 (2), 252-256 (2010).
- Jones, P. R., Kalwarowsky, S., Atkinson, J., Braddick, O. J., Nardini, M. Automated measurement of resolution acuity in infants using remote eye-tracking. Invest. Ophth. Vis. Sci. 55 (12), 8102-8110 (2014).
- Fantz, R. L. Visual perception from birth as shown by pattern selectivity. Ann. N. Y. Acad. Sci. 118 (21), 793-814 (1965).
- Wattam-Bell, J., et al. Reorganization of global form and motion processing during human visual development. Curr. Biol. 20 (5), 411-415 (2010).
- Falck-Ytter, T., von Hofsten, C., Gillberg, C., Fernell, E. Visualization and analysis of eye movement data from children with typical and atypical development. J. Autism. Dev. Disord. 43 (10), 2249-2258 (2013).
- Ahtola, E., et al. Dynamic eye tracking based metrics for infant gaze patterns in the face-distractor competition paradigm. Plos One. 9 (5), e97299 (2014).
- Jäkel, F., Wichmann, F. A. Spatial four-alternative forced-choice method is the preferred psychophysical method for naive observers. J. Vision. 6 (11), 1307-1322 (2006).
- Pel, J. J., et al. Orienting responses to various visual stimuli in children with visual processing impairments or infantile nystagmus syndrome. J. Child Neurol. 29 (12), 1632-1637 (2013).
- Kooiker, M. J., van der Steen, J., Pel, J. J. Reliability of visual orienting response measures in children with and without visual impairments. J. Neurosci. Meth. 233, 54-62 (2014).
- Boot, F. H., Pel, J. J., Evenhuis, H. M., van der Steen, J. Quantification of visual orienting responses to coherent form and motion in typically developing children aged 0-12 years. Invest. Ophth. Vis. Sci. 53 (6), 2708-2714 (2012).
- Oliveira, L. F., Simpson, D. M., Nadal, J. Calculation of area of stabilometric signals using principal component analysis. Physiol. Meas. 17 (4), 305-312 (1996).
- Pel, J., et al. Effects of visual processing and congenital nystagmus on visually guided ocular motor behaviour. Dev. Med. Child Neurol. 53 (4), 344-349 (2011).
- Kooiker, M. J., Pel, J. J., van der Steen, J. The relationship between visual orienting responses and clinical characteristics in children attending special education for the visually impaired. J. Child Neurol. 30 (6), 690-697 (2014).
- Ricci, D., et al. Early assessment of visual function in full term newborns. Early Hum. Dev. 84 (2), 107-113 (2008).
