Une méthode pour quantifier visuel Traitement de l'information chez les enfants Utilisation du suivi des yeux

Le protocole décrit ici a été approuvé par le Comité éthique de la recherche médicale du Centre médical Erasmus, Rotterdam, Pays-Bas (MEC 2012-097). Les procédures adhèrent aux principes de la Déclaration d'Helsinki (2013) pour la recherche impliquant des sujets humains. 1. Stimuli visuels Sélectionnez un ensemble de stimuli visuels, à savoir, des images et des films, pour cibler le traitement des fonctions oculomotrices de base et les fonctions de traitement visuel. Utiliser des images et des films pour évaluer les fonctions oculomotrices de base telles que la fixation, saccades, poursuite lisse, et nystagmus optocinétique. Lorsque des anomalies de la fonction oculomotrice sont détectées, en tenir compte dans l'analyse et l'interprétation des données. Utiliser une image pour évaluer la fixation et saccades. Le paradigme actuel contient des images smiley avec un rayon de 3º d'angle visuel, qui sont présentés dans la gauche, à droite, la moitié supérieure et inférieure de l'écran. USE l'image se déplaçant lentement pour évaluer la poursuite lisse. Le paradigme actuel contient des films de smileys qui se déplacent 16º dans le sens horizontal et vertical sinusoïdal à travers le moniteur, avec une vitesse de 4º / sec. Utilisez un film pour évaluer les réflexes de nystagmus optocinétiques. Le paradigme actuel contient des films de réseaux sinusoïdaux en noir et blanc qui se déplacent dans le sens gauche et à droite. Utiliser des images et des films pour évaluer les fonctions de traitement visuel, par exemple, le contraste, la couleur, la forme ou le mouvement. Utilisez un ensemble de stimuli visuels qui sont basés sur un 4-alternatif choix forcé préférentiel paradigme d' aspect (4-AFC PL 19). Dans le paradigme actuel, les 4 coins de relance (ie, en haut à gauche et le quadrant droit, inférieur gauche et le quadrant droite) représentent chacun une alternative de choix, à savoir, une zone cible. Chaque zone cible a un rayon de 6º et diffère des 3 autres quadrants par rapport à l'information visuelle spécifique,par exemple, basé sur le contraste, la couleur, la forme ou le mouvement. Les stimuli visuels suivant peut être utilisé, par exemple: Utiliser une image pour évaluer le traitement Formulaire Cohérence: une image avec un réseau de lignes orientées de façon aléatoire à court W hite (0,2º x 0.6º; densité 4,3 lignes / degré 2) sur un fond noir. Dans la zone cible toutes les lignes sont disposées en forme de cercle. Utilisez un film pour évaluer Local traitement de Motion: un film avec un blanc cible carré noir / à motifs, avec un angle visuel de 2.3º, sur un fond également à motifs, se déplaçant 2,5º vers la gauche et vers la droite dans un quadrant à 2,5º /seconde. Utilisez un film pour évaluer le traitement de Global Motion: une image avec un réseau de points blancs (diamètre 0.25º, densité 2,6 points / degré 2) l' expansion du centre de la zone cible vers les frontières du moniteur. Les points se déplacent sur un fond noir avec une vitesse de 11.8º / s et une durée de vie limitéede 0,4 s. Utiliser une image pour évaluer détection de contraste: une image avec une luminosité de 0% (noir) Hiding image Heidi dans la zone cible, contre 75% (gris clair) fond luminosité. Utiliser une image pour évaluer la Détection de couleur: une image avec un numéro vert 17 dans la zone cible, sur un fond rouge-jaune. Utilisez un film pour évaluer le traitement visuel simultané, par exemple, une bande dessinée: une image colorée, contraste élevé (reproduit avec la permission de Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Pays – Bas) avec un angle visuel de 4,5º x 9.0º (largeur x hauteur ) se déplaçant 1,5º de haut en bas à une vitesse de 3º / s dans la zone cible, sur un fond noir. REMARQUE: Pour des raisons de clarté, les résultats représentatifs de cet article se concentrera sur le stimulus très saillant de bande dessinée qui contient différents types d'informations visuelles (figure 1). Pour les photos des autres stimuli visuels, s'il vous plaît consulter une étude précédente 20 </sup>. Figure 1. Cartoon stimulus. Le stimulus de bande dessinée contient diverses modalités visuelles (forme, mouvement, couleur et de contraste). Ce stimulus déclenche l'attention visuelle, et donne des temps de réponse les plus rapides chez les enfants. Superposée est un mouvement des yeux (gris), allant du coin inférieur gauche de l'écran dans la zone cible dans le coin supérieur droit (ie, une réponse réflexive au stimulus). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Test de paradigme basé sur le suivi 2. Eye Choisissez un système de suivi de l' oeil adapté pour les populations pédiatriques (par exemple, non-invasive, la tolérance des mouvements de la tête, et la facilité d'utilisation) 12. Cela implique généralement l'infrarouge à distancetrackers oculaires (par exemple, Tobii T60XL, SMI RED) 10,11. Choisissez un grand écran d'ordinateur de la taille d'angle pour afficher pleinement chaque stimulus (ie, angle visuel minimum de 24º x 30º à 60 cm de distance de visualisation). L'oculomètre soit à distance est intégré à l'écran, ou peut être fixé séparément à un moniteur. REMARQUE: les trackers oculaires à distance émettent une lumière infrarouge qui est échantillonné en utilisant la cornée réflexion. Un taux d'échantillonnage de suivi de l'oeil ~ 60 Hz est généralement suffisante pour étudier les modèles de comportement du regard chez les enfants. Assembler une mesure mobile set-up en connectant un moniteur et le système de suivi de l'oeil à distance à un ordinateur portable ou PC de bureau. Installez un logiciel compatible sur le PC (par exemple, Tobii Studio iView) pour la présentation des stimuli visuels et l'enregistrement des mouvements oculaires. Concevoir une séquence de test contenant tous les types de relance qui sont nécessaires pour tester les fonctions oculomoteurs et / ou fonctions de traitement visuel(Voir protocole étape 1: stimuli visuels). Le présent exemple contient tous les types de stimulus qui sont décrites dans l' étape 1, soit 9 au total. Placez les différents types de stimuli visuels dans un ordre aléatoire dans la séquence de test, mais assurez-vous que la position des suppléants de la zone cible d'un essai à. Ceci assure le besoin de faire des mouvements oculaires réflexes à la cible. Présenter chaque stimulus au moins 4 fois (c. – à la zone cible au moins une fois dans chaque quadrant), et pendant au moins 4 secondes, afin de laisser suffisamment de temps pour faire une réponse de mouvement des yeux. Dans le présent exemple, les stimuli Cartoon sont présentés 16 fois alors que tous les autres stimuli sont présentés 4 fois. Cela ajoute jusqu'à un total de 48 présentations de relance et un temps total de test d'environ 3,5 min. NOTE: répétée présentations augmentent les risques de l'échantillonnage des points du regard suffisant pour chaque stimulus et chaque zone cible dans le champ visuel de l'enfant. En général, la disponibilité des données regard fou au moins 25% des présentations de relance est nécessaire pour garantir des résultats fiables 21. Assurez-vous que le temps de test par séquence ne dépasse pas ~ 5 min, car une fois une séquence de test est en cours d'exécution, il ne peut pas être mis en pause. Il est préférable de faire deux séquences qui peuvent être exécutées successivement, pour fournir une période de repos à mi-chemin. NOTE: Afin de maximiser l'attention lors de l'essai, présente audio ou des signaux audiovisuels à proximité du moniteur entre les deux, mais pas en même temps, la présentation de stimuli visuels. Les enfants ayant une déficience visuelle sont particulièrement plus sensible et réactif aux signaux audio. Ces indices pourraient améliorer l'attention de test dans cette population. Appliquer la séquence (s) de test dans le logiciel de suivi de l'oeil. Tout d'abord, sélectionnez le type de stimulus à ajouter à la chronologie du logiciel de suivi d'oeil: image ou film. Ensuite, sélectionnez le stimulus souhaité dans le dossier dans lequel il se trouve et cliquez sur "Ajouter". Répétez ces étapes jusqu'à ce que tous les stimuli ontété ajoutée. 3. Exécution de l'expérience Eye Tracking Fixez le moniteur de suivi des yeux avec un bras flexible LCD à une table solide ou un mur. Choisissez un bras qui peut se déplacer en 3 dimensions (ie, 3 translations, 3 rotations). Position enfants à une courte distance (généralement ~ 60 cm) du moniteur afin d'assurer l'efficacité de suivi des élèves des deux yeux. Ajustez la position du moniteur pour être parfaitement perpendiculaire aux yeux de l'enfant. Avec un bras LCD cela est possible, même lorsque l'enfant est couché ou assis dans une poussette ou en fauteuil roulant. NOTE: Cette configuration permet l'évaluation des très jeunes et des enfants handicapés mentaux, car il ne nécessite pas une posture particulière du corps, la communication verbale ou participation active. Certains troubles oculomoteurs (par exemple , nystagmus) sont caractérisées par des positions privilégiées de la tête afin de compenser les positions des yeux déviants (par exemple, torticolis). La capacité àajuster le oculomètre moniteur à la position de tête individuelle permet le suivi des élèves précis dans ce groupe d'enfants. Vérifiez la qualité de l'accueil des élèves. Ceci est généralement indiqué par la présence de deux marqueurs représentant les yeux de l'enfant (par exemple, des points blancs). Si les deux marqueurs sont clairement visibles et ne disparaissent pas régulièrement, la qualité est suffisante. Dans un affichage séparé, vérifier la distance des yeux à l'écran (de préférence ~ 60 cm). REMARQUE: La plupart des trackers oculaires enregistrent la position du regard de chaque oeil séparément et compenser les mouvements de la tête libre. la réception du signal de l'élève est en général pas compromise chez les enfants qui portent des lunettes ou des lentilles de contact, chez les enfants avec un ou deux yeux fonctionnent, ou chez les enfants atteints de strabisme. Démarrez l'oculomètre procédure d'étalonnage du logiciel pour aligner les positions du regard avec des positions prédéfinies sur l'écran, avant le début de la mesure. Dans la plupart des logiciels de tracker oeil cette calibration Procédure consiste en la présentation de déplacer des points dans des zones prédéfinies du moniteur, qui doivent être obsédé. Pour les enfants, une version avec des dessins animés ou des points qui se profilent peut être utilisé pour améliorer l'attention visuelle. NOTE: Bien que les procédures d'étalonnage pour les enfants se sont améliorées de façon significative, ils peuvent encore être difficiles à réaliser chez les jeunes enfants et les enfants avec certains oculaire ou des troubles du comportement. Vérifier la qualité de l'étalonnage préétablie. Lorsque la qualité de l' étalonnage est pauvre, (par exemple, en raison de mouvements de la tête excessive, le manque de fixations appropriées, la position du regard déviant ou position de la tête déviante), aucun enregistrement ne peut être effectué. Pour contourner cela, appliquer une procédure post-étalonnage après l'enregistrement est terminé, avant une analyse plus approfondie des données (voir la section Discussion). Avant de commencer l'enregistrement de test, activer le «spectateur en direct»: une fenêtre distincte qui montre les réponses des mouvements oculaires de l'enfant aux stimuli de test par de superimposer le signal de regard sur l'enregistrement vidéo. Activer une webcam qui est dirigée à l'enfant, pour observer et enregistrer le comportement général de l'enfant pendant le test. Un tel enregistrement donne un aperçu de l'attention de l'enfant visuel, le comportement, la fatigue et les conditions environnementales. Avant de commencer le test, dire à l'enfant qu'il ou elle sera «regarder la télévision». Pas d'instructions spécifiques sont nécessaires pendant le test. Pendant l'exécution du test, observer les réponses de comportement et de mouvements oculaires physiques de l'enfant. Cela peut être fait en observant behaviorally en temps réel, ou en observant les enregistrements effectués avec la came web. Lorsque le signal d'élève disparaît pendant l'exécution du test, repositionner l'enfant ou le moniteur pour reprendre une bonne détection de la pupille. Quand un enfant ne fait pas attention à l'écran, verbalement encourager l'enfant à regarder le moniteur. Ne pas diriger l'attention de l'enfant directement à la ciblerégion; diriger le regard de l'enfant uniquement à l'emplacement général du moniteur de suivi d'oeil. Après l'exécution des tests, rejouer le regard d'enregistrement hors ligne pour observer les réactions du regard aux stimuli présentés. Ceci est une première étape dans la caractérisation visuelle orientation comportement de l'enfant. REMARQUE: une multitude de paramètres sont enregistrés en continu par le logiciel de suivi de l'oeil pendant le temps d'essai global. Les paramètres essentiels qui doivent être exportés pour effectuer l'analyse des données pour le paradigme actuel sont les suivants: l'horodatage, la visualisation de distance entre les deux yeux et l'écran, la position de l'œil gauche et à droite sur l'écran (en coordonnées x et) , la validité des données du regard, et le moment et la position des stimuli présentés (c. -à- événements). Par sujet, l'exportation et stocker les données enregistrées par le temps sur les caractéristiques des mouvements oculaires (données du regard tels que les positions de distance de vision et le regard), et séparément la liste en fonction du temps de st présenté visuelleimuli (données d'événements tels que les positions de relance). Assurez – vous d'exporter les deux fichiers de données sous forme de fichiers texte et les convertir en une feuille de calcul de données (par exemple, enregistrer dans un fichier Excel). REMARQUE: Les deux fichiers texte (données d'événements et les données du regard) sont combinés en utilisant leurs timbres temporels correspondants, et sont convertis en un ensemble de valeurs de paramètres quantitatifs avec un logiciel d'auto-écrite (voir la section suivante). Par rapport à un logiciel standard d'analyse de suivi d'oeil, ces paramètres fournissent une analyse des mouvements oculaires plus précise et quantitative, de viser des processus visuels et cognitifs détaillés. 4. Analyse quantitative des mouvements oculaires REMARQUE: Le présent protocole est spécifique à un logiciel d'auto-écrite. Afin de le reproduire, il faut écrire un tel logiciel, par exemple, dans MATLAB ou Python, pour quantifier visuelle orienter le comportement de l'enfant. Dans le logiciel, les étapes suivantes sont effectuées pour tous les sType timulus. Le présent exemple se concentre sur Cartoon; Le même protocole est applicable à d'autres types de relance. Post-calibrer les données Gaze Ouvrir MATLAB. Sélectionnez le stimulus pour analyser les données du regard, en tapant "1" à côté de la relance de choix. Appuyez sur Exécuter. Dans le menu contextuel qui apparaît, sélectionnez l'option «Post-calibrer les données '. Une liste avec les fichiers de données du regard par sujet apparaît. Sélectionnez les données regard d'un sujet et appuyez sur 'Ouvrir'. Dans le menu pop-up suivant, sélectionnez quel oeil (s) à analyser: Gauche, Droite, ou les deux. Le programme génère maintenant un nuage de points de toutes les positions du regard enregistrées et les positions cibles, sur le temps de la présentation du plan de relance. Vérifier si les positions du regard se chevauchent correctement avec les positions cibles correspondantes. Si cet étalonnage est correct, appuyez sur 'Oui'. Sinon, appuyez sur «Non». Cela va démarrer l'option d'effectuer un post-étalonnage. Traduire le centre of points de regard vers le centre de l'écran, en cliquant une fois sur le centre des points de regard. Ce point central est situé exactement au milieu des axes vertical- et horizontaux. Escaladez les positions du regard vers les positions cibles correspondant en cliquant sur ​​le centre de points de regard dans chacune des quatre zones cibles une fois ( par exemple, les 4 quadrants). Vérifiez à nouveau si les positions du regard se chevauchent correctement avec les positions cibles correspondantes. Si tel est le cas, indiquer dans le menu pop-up suivant que l'étalonnage a été effectué correctement, en appuyant sur «Oui», après quoi les données de regard calibré est enregistré. Sinon, appuyez sur «Non», après quoi post-calibration commence à nouveau à l'étape 4.1.5. NOTE: Après post-calibration, plusieurs réponses du regard sont disponibles selon le type de stimulus et par sujet. Ceux-ci peuvent être utilisés pour calculer les paramètres quantitatifs de traitement visuel. Avant de calcul de ces paramètres, vérifiez que les réponses du regard étaientfaite à la zone cible ( à savoir que le stimulus spécifique a été vue par l'enfant). Déterminer si la stimulation a été Vu Par la présentation du stimulus de chaque sujet, les données du regard correspondantes qui ont été enregistrées au cours du temps de présentation totale est visualisé dans un graphique (Figure 2). Vérifier si ce stimulus a été vu, en vérifiant les critères qui sont indiqués dans le tableau 1, et qui sont visualisées sur la figure 2. Si la réponse du mouvement des yeux est conforme aux critères, à savoir, le stimulus peut être classé comme on le voit, cliquez sur «Accepter 'dans le menu pop-up. Si la réponse des mouvements oculaires ne sont pas en conformité avec les critères, cliquez sur «Rejeter». En même temps, tracer tous les points de fixation appartenant au stimulus présenté et la zone cible correspondante (ie, quadrants) dans un second graphique. Inspecter visuellement si les points de fixation sont situés dans le correct quadrant. Continuer avec la présentation de relance subséquente, et suivez les étapes 4.2.1 et 4.2.2 pour toutes les réponses des mouvements oculaires disponibles. Après avoir vérifié manuellement les réponses des mouvements oculaires, le logiciel calcule trois paramètres de résultats: RTF, FD, et GFA (figure 3). Figure 2. Eye mouvement réponse à la zone cible d'un stimulus. Mouvement trace un oculaire (horizontal et vertical combinés) à une distance du centre de la zone cible (en degrés, y-axe) au fil du temps de présentation du stimulus (en ms, axe des abscisses). La ligne pointillée représente la frontière de la zone cible (6 ° de rayon). Les lettres indiquent les critères pour établir si le stimulus a été vue: (A) Signal Gaze dans les 500 premiers msec; (B) Gaze était pas dans la zone cible before 120 msec; (C) Contemplez l' intérieur de la zone cible pour ≥200 msec. Notez que dans ce chiffre, le temps de présentation représenté est max 2000 msec pour visualiser la première, la réponse réflexive. Pendant le test, le temps total de la présentation de tous les stimuli était de 4000 msec. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Criterium (Figure 2) Vérifiez que le signal de regard: Raisonnement: UNE A été enregistrée pour ≥500 msec après le début du stimulus Capturez réponses réflexe d'orientation B Ne pas entrer dans la zone cible <120 ms après le début du stimulus, et n'a pas été déjà à l'intérieur de la cible au début de la présentation du stimulus Exclurela performance correcte basée sur la chance C Était dans la zone cible pour ≥200 msec Veiller à la fixation sur la cible ré Entré dans la zone cible à l'intérieur d'une fenêtre temporelle de 1500 ms, et moins de 4 saccades ont été faites Exclure le comportement de recherche visuelle . Tableau 1: Critères pour établir si un stimulus a été vue critères A, B et C sont visualisés sur la figure 2. Figure 3. Visualisation des paramètres quantitatifs RTF, FD et GFA. Un œil mouvement trace de la distance du centre de la zone cible (en degrés, y-axe) au fil du temps de présentation du stimulus (en msec, x-axe). La ligne rouge verticale représente le moment où le regard est entré le goudronobtenir la zone, à savoir, temps de réaction à la fixation (RTF). La ligne rouge horizontale représente le temps total regard était fixé sur la zone cible, à savoir, Fixation Durée (FD). La flèche rouge verticale représente la largeur de la trace de fixation, en degrés d'angle visuel, à savoir, la fixation du regard Zone (GFA). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.