Un método para cuantificar procesamiento de la información visual en niños El uso de Eye Tracking

El protocolo descrito aquí fue aprobado por el Comité Ético de Investigación Médica del Centro Médico Erasmus, Rotterdam, Países Bajos (MEC 2012-097). Los procedimientos se adhirieron a los postulados de la Declaración de Helsinki (2013) para la investigación en seres humanos. 1. Los estímulos visuales Seleccionar un conjunto de estímulos visuales, es decir, imágenes y películas, para dirigir el procesamiento de las funciones básicas oculomotores y funciones de procesamiento visual. Use imágenes y películas para evaluar las funciones básicas tales como la fijación oculomotores, movimientos sacádicos, el seguimiento suave y nistagmo optocinético. Cuando se detectan anomalías en la función oculomotora, tener esto en cuenta en el análisis e interpretación de datos. Utilice una imagen para evaluar la fijación y sacadas. El paradigma actual contiene imágenes sonrientes con un radio de 3º de ángulo visual, que se presentan en la izquierda, a la derecha, la mitad superior e inferior de la pantalla. Tse una imagen en movimiento lentamente para evaluar el seguimiento suave. El paradigma actual contiene películas de emoticonos que se mueven 16º en dirección horizontal y vertical sinusoidal a través del monitor, con una velocidad de 4º / seg. Utilice una película para evaluar los reflejos nistagmo optocinético. El paradigma actual contiene películas de rejillas sinusoidales blanco y negro que se mueven en dirección hacia la izquierda y hacia la derecha. Use imágenes y películas para evaluar las funciones de procesamiento visual, por ejemplo, el contraste, el color, la forma o el movimiento. Utilice un conjunto de estímulos visuales que se basan en una elección forzada paradigma de la mirada preferente 4-alternativo (4-AFC PL 19). En el actual paradigma, las 4 esquinas de estímulo (es decir, la parte superior izquierda y el cuadrante derecho, inferior izquierdo y el cuadrante derecho) representan cada uno una opción alternativa, es decir, un área objetivo. Cada área objetivo tiene un radio de 6º y difiere de las otras 3 cuadrantes con respecto a la información visual específico,por ejemplo, basado en el contraste, el color, la forma o el movimiento. La siguiente estímulos visual puede ser utilizado como un ejemplo: Utilice una imagen para evaluar el procesamiento Formulario de coherencia: una imagen con una serie de líneas cortas orientadas al azar w hite (0,2º x 0,6º; densidad de 4,3 líneas / grado 2) contra un fondo negro. En el área de destino todas las líneas están dispuestas en la forma de un círculo. Utilice una película para evaluar el procesamiento de movimiento local: una película con un blanco negro / blanco con patrón cuadrado, con un ángulo visual de 2.3º, contra un fondo igualmente con dibujos, moviéndose 2,5º hacia la izquierda y hacia la derecha en un cuadrante en 2,5º /segundo. Utilice una película para evaluar el procesamiento de movimiento global: una imagen con una serie de puntos blancos (0.25º diámetro, densidad 2,6 puntos / grado 2) la ampliación del centro de la zona de destino hacia los bordes de la pantalla. Los puntos se mueven sobre un fondo negro con una velocidad de 11.8º / seg y una vida útil limitadade 0,4 seg. Utilice una imagen para evaluar la detección de contraste: una imagen con un brillo de 0% (negro) Ocultación de la imagen Heidi en la zona de destino, contra un fondo de brillo 75% (gris claro). Utilice una imagen para evaluar Detección de color: una imagen con un número verde 17 en la zona de destino, sobre un fondo rojo-amarillo. Utilice una película para evaluar el procesamiento visual simultánea, por ejemplo, una historieta: una imagen de colores, alto contraste (reproducido con permiso de Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Países Bajos) con un ángulo visual de 4.5º x 9.0º (ancho x alto ) que se mueve 1,5º arriba y hacia abajo a una velocidad de 3º / seg en la zona objetivo, contra un fondo negro. NOTA: Por razones de claridad, los resultados representativos de este documento se centrará en el estímulo de dibujos animados altamente relevante que contiene varios tipos de información visual (Figura 1). Para las imágenes de los otros estímulos visuales, por favor consulte a un estudio previo 20 </sarriba>. Figura 1. estímulo de dibujos animados. El estímulo de dibujos animados contiene diversas modalidades visuales (forma, movimiento, color y contraste). Este estímulo desencadena la atención visual, y da los tiempos de respuesta más rápidos en los niños. Superpuesta es un movimiento de los ojos (gris), que va desde la esquina inferior izquierda de la pantalla en el área de destino en la esquina superior derecha (es decir, una respuesta refleja a los estímulos). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Paradigma de prueba basados ​​en el seguimiento de 2. Ojo Elija un sistema de seguimiento de los ojos adecuado para poblaciones pediátricas (por ejemplo, no invasiva, la tolerancia de los movimientos de la cabeza, y la facilidad de uso) 12. Esto conlleva generalmente a distancia por infrarrojosrastreadores oculares (por ejemplo, Tobii T60XL, SMI RED) 10,11. Elija un monitor de gran tamaño del ordenador ángulo para mostrar plenamente cada estímulo (es decir, el ángulo visual mínima de 24º x 30º a 60 cm de distancia de visión). El rastreador ocular a distancia se integra bien con el monitor, o se puede conectar por separado a un monitor. NOTA: rastreadores oculares remotos emiten luz infrarroja que se muestrearon mediante córnea reflexión. Una frecuencia de muestreo de seguimiento de los ojos de ~ 60 Hz es generalmente suficiente para estudiar los patrones de comportamiento mirada en los niños. Montar una medición de telefonía móvil puesta a punto mediante la conexión de un monitor y el sistema de seguimiento de los ojos remoto a un ordenador portátil o PC de escritorio. Instalar el programa informático adecuado en el PC (por ejemplo, Tobii Studio, iView) para la presentación de estímulos visuales y el registro de los movimientos oculares. Diseño de una secuencia de ensayo que contiene todos los tipos de estímulo que se requieren para poner a prueba las funciones oculomotores y / o funciones de procesamiento de gráficos(Véase el paso del protocolo 1: estímulos visuales). El presente ejemplo contiene todos los tipos de estímulo que se describen en el paso 1, es decir, 9 en total. Coloque los diferentes tipos de estímulos visuales en orden aleatorio en la secuencia de prueba, pero asegúrese de que la posición de los suplentes en la zona objetivo de un ensayo a otro. Esto asegura la necesidad de hacer los movimientos oculares reflejos al objetivo. Presentar cada estímulo al menos 4 veces (es decir, con la zona de destino, al menos una vez en cada cuadrante), y durante al menos 4 segundos, para que haya tiempo suficiente para dar una respuesta movimiento de los ojos. En el presente ejemplo, los estímulos de dibujos animados se muestran 16 veces mientras que todos los otros estímulos son mostrados 4 veces. Esto se suma a un total de 48 presentaciones de estímulo y un tiempo total de la prueba de ~ 3,5 min. NOTA: presentaciones repetidas aumentan la posibilidad de tomar muestras suficientes puntos para cada estímulo de la mirada y cada área de destino en el campo visual del niño. En general, la disponibilidad de datos mirada fo se necesita al menos 25% de las presentaciones de estímulo para asegurar resultados fiables 21. Hacer tiempo de prueba seguro por secuencia no es superior a ~ 5 min, porque una vez que una secuencia de prueba se está ejecutando, no puede ser detenido. Es preferible hacer dos secuencias que se pueden ejecutar en la serie, para proporcionar un período de descanso a mitad de camino. NOTA: Para maximizar la atención durante la prueba, el presente audio o señales audiovisuales cerca del monitor en el medio, pero no simultáneamente con, la presentación de estímulos visuales. Los niños con impedimentos visuales son particularmente más sensibles y responden a las señales de audio. Tales señales pueden mejorar la atención de ensayo en esta población. Aplicar la secuencia (s) de prueba en el software rastreador ocular. En primer lugar, seleccionar el tipo de estímulo que se añade a la línea de tiempo del software rastreador ocular: imagen o película. A continuación, seleccione el estímulo deseado de la carpeta en la que se encuentra y haga clic en "Añadir". Repita estos pasos hasta que todos los estímulos tienenha agregado. 3. Ejecución del experimento Eye Tracking Coloque el monitor seguidor de ojos con un brazo de LCD flexible para una mesa sólida o en la pared. Elija un brazo que puede moverse en 3 dimensiones (es decir, 3 traslaciones, rotaciones 3). los niños de posición en una distancia corta (generalmente ~ 60 cm) desde el monitor para asegurar el seguimiento de la pupila eficiente de ambos ojos. Ajustar la posición del monitor para ser perfectamente perpendicular a los ojos del niño. Con un brazo LCD esto es posible incluso cuando el niño está tumbado o sentado en un cochecito o en una silla de ruedas. NOTA: Esta configuración permite la evaluación de niños de muy corta edad y con discapacidad intelectual, ya que no requiere una postura del cuerpo en particular, la comunicación verbal o la participación activa. Ciertas alteraciones oculomotoras (por ejemplo, nistagmo) se caracterizan por posiciones preferentes de la cabeza con el fin de compensar la posición de los ojos desviados (por ejemplo, tortícolis). La habilidad paraajustar el monitor de seguimiento del ojo a la posición cabeza individual permite el seguimiento de la pupila precisa en este grupo de niños. Comprobar la calidad de la recepción de la pupila. Esto se indica generalmente por la presencia de dos marcadores que representan los ojos del niño (por ejemplo, puntos blancos). Si los dos marcadores son claramente visibles y no desaparecen con regularidad, la calidad es suficiente. En una pantalla separada, comprobar la distancia de los ojos al monitor (preferiblemente ~ 60 cm). NOTA: La mayoría de los rastreadores oculares registran la posición de la mirada de cada ojo por separado y se compensan los movimientos de cabeza libres. recepción de la señal pupila es, en general, no comprometida en niños que usan gafas o lentes de contacto, en los niños con uno o dos ojos que funcionan, o en niños con estrabismo. Iniciar el rastreador ocular procedimiento de calibración del software para alinear las posiciones de la mirada con las posiciones predefinidas en el monitor, antes del comienzo de la medición. En la mayoría de los paquetes de software de seguimiento del ojo esta calibración PROCEDUre consiste en la presentación de mover los puntos en las zonas predefinidas del monitor, que tienen que ser fijado. Para los niños, una versión con dibujos animados o puntos se avecina puede ser utilizado para mejorar la atención visual. NOTA: Aunque los procedimientos de calibración para los niños han mejorado significativamente, todavía puede ser difícil de realizar en niños pequeños y niños con cierta ocular o trastornos del comportamiento. Comprobar la calidad de la calibración pre-establecido. Cuando la calidad de la calibración es pobre, (por ejemplo, debido a los movimientos de la cabeza excesivos, falta de fijaciones, la posición del mirada desviada o posición del cabezal desviada), la grabación se puede hacer. Para evitar esto, aplicar un procedimiento posterior a la calibración después de la grabación ha terminado, antes de continuar con el análisis de datos (véase la sección Discusión). Antes de iniciar la grabación de prueba, activar el 'espectador en vivo': una ventana independiente que muestra las respuestas de movimiento de los ojos del niño a los estímulos de prueba de súperla imposición de la señal mirada en la grabación de vídeo. Activar una cámara web que está dirigido a los niños, para observar y registrar el comportamiento general del niño durante la prueba. una grabación de este tipo proporciona una visión general de la atención visual del niño, la conducta, la fatiga y las condiciones ambientales. Antes de comenzar la prueba, decirle al niño que él o ella será "ver televisión". No hay instrucciones específicas son necesarias durante la prueba. Durante la ejecución de pruebas, observar el comportamiento y el movimiento de los ojos respuestas físicas del niño. Esto se puede hacer mediante la observación de su comportamiento en tiempo real, o mediante la observación de las grabaciones realizadas con la leva web. Cuando desaparece la señal de la pupila durante la ejecución de la prueba, ya sea cambiar la posición del niño o el monitor para reanudar la detección de la pupila adecuada. Cuando un niño no está prestando atención al monitor, verbalmente animar al niño a mirar el monitor. No dirigir la atención del niño directamente a la dianazona; dirigir la mirada del niño únicamente a la ubicación general del monitor seguidor de ojos. Después de la ejecución de pruebas, reproducir la grabación de la mirada fuera de línea para observar las respuestas mirada hacia los estímulos presentados. Este es un primer paso en la caracterización de la conducta de orientación visual del niño. NOTA: Una multitud de parámetros se registran continuamente por el software de seguimiento del ojo durante el tiempo total de la prueba. Los parámetros esenciales que deben ser exportados para llevar a cabo el análisis de datos para el actual paradigma son: marcas de tiempo, la visualización de distancia entre ambos ojos y el monitor, la posición del ojo izquierdo y derecho en el monitor (en x e y las coordenadas) , la validez de los datos de la mirada, y el momento y la posición de los estímulos presentados (es decir, eventos). Por sujeto, exportar y almacenar los datos grabados basados ​​en el tiempo sobre las características de los movimientos oculares (datos de la mirada como la posición de distancia de visión y la mirada), y separado de la lista basada en el tiempo de presentado st visualimuli (datos de eventos, tales como posiciones de estímulo). Asegúrese de exportar los dos archivos de datos como archivos de texto y convertirlos en una hoja de cálculo de datos (por ejemplo, guardar como un archivo de Excel). NOTA: Los dos archivos de texto (datos de eventos y datos de la mirada) se combinan utilizando sus correspondientes sellos temporales, y se convierten en un conjunto de valores de parámetros cuantitativos con un programa de software de auto-escrita (véase la sección siguiente). En comparación con el software estándar de análisis de seguimiento del ojo, tales parámetros proporcionan un análisis más preciso y cuantitativo del movimiento del ojo, para apuntar a los procesos visuales y cognitivas detalladas. 4. Análisis cuantitativo de los movimientos oculares NOTA: El presente protocolo es específico de un programa de software de auto-escrita. Con el fin de replicarlo, uno debe escribir un programa de este tipo de software, por ejemplo, en MATLAB o Python, para cuantificar el comportamiento de orientación visual del niño. En el programa de software, los siguientes pasos se realizan para cada sTipo timulus. El presente ejemplo se centra en la historieta; el mismo protocolo es aplicable a otros tipos de estímulo. Post-calibrar la mirada de Datos MATLAB abierta. Seleccione el estímulo para analizar los datos de la mirada, escribiendo en '1' al lado del estímulo de la elección. Pulse en Ejecutar. En el menú emergente que aparece, seleccione la opción "Post-calibrar los datos '. Aparece una lista con los archivos de datos de la mirada por sujeto. Seleccionar los datos de la mirada de un tema y pulse "Abrir". A partir de la siguiente menú emergente, seleccione qué ojo (s) para analizar: izquierda, derecha, o ambas cosas. Ahora, el programa genera un gráfico de dispersión de todas las posiciones de la mirada grabadas y posiciones de destino, el tiempo total de la presentación del estímulo. Compruebe si posiciones de la mirada se superponen correctamente con las posiciones de destino correspondientes. Si esta calibración es correcta, pulse "Sí". De lo contrario, pulse "No". Esto iniciará la opción de realizar un post-calibración. Traducir el centro Of mirada apunta al centro de la pantalla, haciendo clic una vez en el centro de puntos mirada. Este punto central se encuentra exactamente en el centro de los ejes Vertical- y horizontales. Escalar las posiciones de la mirada a las posiciones de destino correspondientes haciendo clic en el centro de la mirada puntos en cada una de las cuatro áreas objetivo una vez (es decir, los 4 cuadrantes). Comprobar de nuevo si posiciones de la mirada se superponen correctamente con las posiciones de destino correspondientes. Si este es el caso, indicar en el siguiente menú emergente que la calibración se ha realizado correctamente, pulsando "Sí", después de lo cual se guardan los datos calibrados mirada. De lo contrario, pulse "No", después de lo cual después de la calibración se inicia de nuevo desde el paso 4.1.5. NOTA: Después de post-calibración, múltiples respuestas mirada están disponibles según el tipo de estímulo y por sujeto. Estos pueden ser utilizados para calcular los parámetros cuantitativos de procesamiento visual. Antes de cálculo de estos parámetros, compruebe que las respuestas eran miradahizo a la zona objetivo (es decir, que el estímulo específico ha sido visto por el niño). Determinar si el estímulo se ha visto Por la presentación del estímulo de cada tema, los datos correspondientes de la mirada que se registró durante el tiempo total de exposición se visualiza en un gráfico (Figura 2). Verificar si este estímulo se ha visto, mediante la comprobación de los criterios que se indican en la Tabla 1, y que se visualizan en la Figura 2. Si la respuesta del movimiento del ojo se adhiere a los criterios, es decir, el estímulo puede ser clasificado como se ve, haga clic en "Aceptar 'en el menú emergente. Si la respuesta del movimiento del ojo no está de acuerdo con los criterios, haga clic en 'Rechazar'. Al mismo tiempo, trazar todos los puntos de fijación que pertenecen al estímulo presentado y el área objetivo correspondiente (es decir, el cuadrante) en un segundo gráfico. Inspeccionar visualmente si los puntos de fijación están situados en el correcuadrante ct. Continuar con la presentación del estímulo posterior, y realizar los pasos 4.2.1 y 4.2.2 para todas las respuestas de los movimientos oculares disponibles. Después de comprobar manualmente las respuestas de movimiento de los ojos, el programa de software calcula tres parámetros de resultados: RTF, FD, y GFA (Figura 3). Figura 2. Ojo respuesta movimiento a la zona objetivo de un estímulo. Un ojo el seguimiento de movimiento (horizontal y vertical combinado) en la distancia desde el centro de la zona de destino (en grados, eje y) con el tiempo la presentación del estímulo (en ms, eje x). La línea punteada representa la frontera de la zona de destino (6 ° radio). Las letras indican los criterios para establecer si el estímulo se ha visto: (A) la señal de la mirada en los primeros 500 ms; (B) de la mirada no estaba en el área de destino antre 120 ms; (C) La mirada en el interior del área de destino para ≥200 mseg. Tenga en cuenta que en esta figura, el tiempo de presentación representado es max 2.000 ms para visualizar la primera respuesta, reflexiva. Durante las pruebas, el tiempo total de la presentación de todos los estímulos fue de 4.000 ms. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Criterium (Figura 2) Verificar que la señal de la mirada: Razón fundamental: UN Se ha guardado para ≥500 ms después del inicio del estímulo Captura respuestas reflejo de orientación segundo No entró en el área de destino <120 ms después del inicio del estímulo, y no estaba ya en el interior del objetivo al comienzo de la presentación del estímulo Excluirel rendimiento correcto basado en el azar do Estaba en la zona objetivo para ≥200 mseg Garantizar la fijación en el objetivo re Entrado en el área objetivo dentro de una ventana de tiempo de 1,500 ms, y se hicieron menos de 4 movimientos sacádicos Excluir el comportamiento de búsqueda visual Tabla 1:. Criterios para establecer si un estímulo se ha visto Criterios A, B, y C se visualizan en la Figura 2. Figura 3. Visualización de la RTF parámetros cuantitativos, FD, y GFA. Una traza el movimiento del ojo en la distancia desde el centro de la zona de destino (en grados, eje y) con el tiempo la presentación del estímulo (en ms, eje x). La línea roja vertical representa el momento en que entraron en contemplar el alquitránobtener el área, es decir, tiempo de reacción de fijación (RTF). La línea roja horizontal representa el tiempo total de mirada estaba fija en la zona de destino, es decir, Fijación Duración (FD). La flecha roja vertical representa el ancho de la traza de la fijación, en grados de ángulo visual, es decir, la fijación de la mirada en la zona (GFA). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.