Bir Yöntem Göz İzleme Kullanarak Çocuklarda Görsel Bilgi İşleme belirlememize
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
Çocuklarda beyin hasarı ile ilgili görsel sorunların yaygınlığı artmıştır. görsel problemler çocuğun gelişimi üzerinde büyük bir etkisi olabilir, çünkü risk altındaki küçük bebeklerde ve çocuklarda erken teşhis çok önemlidir. Şu anda, görsel fonksiyon testleri gibi görme keskinliği ve kontrast duyarlılık gibi görsel duyusal işlevleri değerlendirmek için (örneğin, optotype testleri) 1 yaş 1-2 yaşındaki çocuklarda uygulanabilir. küçük çocuklarda bu testler görsel bilgilerin bir çocuğun görüş davranışının yapısal gözlemlere dayanır. Bir çocuğun göz hareketleri bakarak, yani böyle bir davranış, yorumlanması, hatta gözlemci davranışını görüntüleyerek okülomotor ya da çocuğun dikkat işlev bozukluklarının engel olabilir. Böyle görsel-uzamsal bellek ve nesne tanıma gibi beyinle ilgili aracılı görsel işlevler görsel algı testleri (örneğin, DTVP 2) ile değerlendirilir. Bu testler sözlü ins gerektirirtalimatların, iletişim ve, 4-5 yaşındaki kullanılabilir. görsel sistemin postnatal gelişim ışığında ve yaşamın erken plastisite yüksek düzeyde yararlanmak için, mümkün olduğunca erken görsel bilgi işleme bozuklukların varlığı ve derecesini belirlemek için arzu edilir. Bu şekilde, (serebral) Görme bozukluğu olan çocukların maksimum erken müdahale, görsel uyarı ya da destekleyici stratejiler yararlanabilir. Sonuç olarak, çocuklarda sözlü iletişim olmadan kullanılabilir ve bu miktar sonuçlarına göre görsel bilgi işlem bir değerlendirme yöntemi için bir ihtiyaç vardır.
Göz hareketleri bir 3,4 uyaranlara görsel güdümlü yönlendirme davranışlarını incelemek için iyi bir model ve ilgili algısal ve bilişsel işlevler 5 vardır. Göz hareketleri sahneleri görsel ilgi odağı gösterir ve her iki aşağıdan yukarıya (dönüşlü, çıkıntı odaklı) veya üst menüden (i sonuçlandığı bilinmektedirntentional, bilişsel) 6 işler. Göz hareketleri yeni nesnelere foveayı, yani görme keskinliğini, yönlendirmek için kullanılır. Ilgi bir nesnenin görsel içerik (primer görme korteksi (V1) lateral genikulat nükleus yoluyla retina çalıştırmak yollar aracılığıyla işlenir ve serebral işleme alanları üzerinde kendilerini dağıtmak örn, dikkat katılan, mekansal yönelim, tanıma, bellek ve duygular). Göz hareketleri için bir ön ve görsel bilgi işleme bir devamı hem de.
Kızılötesi göz izci ile göz hareketlerinin ölçümü Gelişmeler okülomotor ve görme fonksiyonu nicel parametrelerini elde etmek imkanı verir. Otomatik göz izci sağlıklı ve klinik popülasyonları içeren tıbbi ve psikolojik araştırmalarda günümüzde her yerde vardır. Bunların amacı sadece okülomotor fonksiyonu ve dikkat tahsisi 7 incelemek için değil, aynı zamanda sorulara abo cevap içinut davranışsal ve psikolojik mekanizmalar 8,9. Erişilebilir ve ticari göz izleme sistemlerinin yükselişi ile, zorlayıcı koşullar, karmaşık talimatlar, ya da aktif işbirliği 12,13 olmadan, bebeklerde ve çocuklarda 10-12 savunmasız nüfusları test etmek için giderek kullanılan bulunmaktadır. Yüzünden göz ve beyin düzeyinde okülomotor ve görsel sistemin yakın kavramaya, göz izleme tabanlı yöntemler görsel kapasitelerini değerlendirmek için önceden fazlasıyla uygundur. Şimdiye kadar, görme keskinliği 14 ölçümü yanı sıra, çocuklarda görme fonksiyonunu değerlendirmede tekniğinin kullanımı nispeten az ilgi görmüştür.
Bizim grup tercihli görünümlü paradigma 13 ile göz hareketi ölçümleri birleştirdi. Tercihli görünümlü homojen olanlar üzerinde 15 desenli yüzeyler sabitleşmek için tercihtir. Bu prensip diff biri dört kadranda, bir hedef alanı ile görsel uyaranlara kullanılarak uygulanırbelirli bir görsel özellik bakımından arka planda, örneğin tutarlı formda, tutarlı hareket, kontrast ve renk gelen er. Bu görsel özellikler ayrı periferik ve santral görme yolları tarafından işlenecek bilinmektedir. Örneğin, form hakkında bilgi temporal kortekse V1, ventral yollar tarafından işlenir. Hareket hakkında bilgi parietal korteks 16 posterior V1, sırt yollar tarafından işlenir. Bu nedenle, belirli uyaranlar görme sisteminin farklı alanlarda görsel bilgi işlem tetiklemek için kullanılır. Bir çocuk sunulmuştur özel görsel bilgileri görmek mümkün ise, bu bilgi göz hareketleri şeklinde görsel dikkat çekecek. görsel uyaranlara karşı bu refleksif göz hareketi yanıtları uzak kızılötesi göz izleme ile kaydedilir. Bu şekilde, göz hareketleri önlemleri 13 işleme görsel bilgilerin çeşitli yönleriyle kaliteli bir iletişim ücretsiz değerlendirmesini sağlamak.
Göz hareketleri bir çocuğun görüş davranışı 11 değil sadece gözlemsel veri sağlar, fakat aynı zamanda daha objektif sonuç ölçümleri için kullanılabilir. Özenle tasarlanmış deney paradigması ile birlikte, göz hareketleri, görsel bilgi işleme hassas ve objektif bilgi verebilir. Bu bilgiler, göz hareketi tepkilerinin zamansal ve uzamsal özellikleri göre nicel parametreler hesaplanması ile elde edilir. Bu tür parametrelerin örnekleri reaksiyon süresi 13, tespit süresi 17 sakkaddan ölçümlerini 7 veya kümülatif dikkat tahsisi 18 vardır. Bu parametrelerin kullanılabilirliği genç gelişim aşamasında çocuklarda görme değerlendirme alanına yeni.
Bu yazının amacı, 6 aylıktan itibaren çocuklarda görsel bilgi işlem ölçmek için bir göz izleme tabanlı yöntemi sunmaktır. Ölçüm set-up ve prosedür (yani sözsüz paradigma, post-kalibrasyon ve mobility), risk altındaki çocuklarda bu yöntemi kullanarak uygulanır. Bir önemli yönü kantitatif görsel tepki parametreleri, yani reaksiyon süresi, tespit süresi ve tespit doğruluk analizidir. Bu parametreler görme engelli çocukların risk grubunda görsel bilgi işlem karakterize etmek, genellikle gelişmekte çocuklarda görsel güdümlü tepkilerin referans alanları sağlamak için kullanılır.
Protocol
Representative Results
Discussion
kantitatif göz hareketleri analizi ile kombine sunulan ölçüm set-up okülomotor ve görme bozukluğu olan çocukların çeşitli gruplar görsel işleme fonksiyonları ayrı bir karakterizasyonu sağlar. Bu paradigmanın önemli özelliği performansı refleksif bir şekilde tetiklenen görsel uyaranlara göz hareketi yanıtları dayalı olmasıdır. Belirli sözlü talimatları ve çocuklar sözlü yanıt için gerek yoktur vardır. Parametreler RTF, GFA ve FD her grupta mevcut parametre değerlerinin (- 6 Şekil 4) sınırlı yayılması rağmen tipik Gelişme-ve görme engelli çocuk grupları arasında önemli farklılıklar göstermektedir. Görme bozukluğu olan bazı çocukların 'normal' bir performans gösterirken Böylece değerlendirilen parametreye bağlı olarak, bazı tipik gelişmekte olan çocuklar, sapkın bir performans gösterebilir. Sonuçta, birden fazla görsel tepki birden sonuç ölçümlerimodaliteleri bireysel düzeyde ele alınmalıdır. Tüm sonuç ölçütleri bir özeti 6 aylıktan itibaren çocuklarda görsel profiline dönüştürülmüş olabilir görsel bilgi işleme kapasiteleri, eşsiz bir karakterizasyonu sağlar.
Çeşitli çalışmalar dikkatsel veya psikolojik kapasitelerini 9,12,18 anlaması için, çocukların savunmasız nüfus uzaktan göz izleme değerini göstermiştir. çalışmaların çoğu davranışsal gözlem ve talimatların kullanımına dayalı Oysa, mevcut paradigmanın farklı bir özelliği sözsüz, kantitatif bir yaklaşımdır. protokolü içinde kritik adımlar, bu nedenle tercihli görünümlü, mobil ölçüm set-up dayalı uyarıcılar ve özel kalibrasyon ve analiz yazılımları içerir. ayrıntılı analiz yöntemleri ile gözlem temelli sonuçların sunulan uzatma görsel işleme fonksiyonları üzerinde standart ve detaylı sonuçlar sağlar. Bu değerlendirilmesi konusunda çalışmaları ile uyumludurçeşitli bozuklukların 7'de bir göz izci 14 ve bakışları kontrolü çalışmaları ile bebek görme keskinliği. yöntem esnek ve küçük çocuklar veya birden fazla engelli çocuklarda klinik değerlendirmeler yaparken vazgeçilmez mobil değerlendirmesini sağlar. Nedenle, bir monitör izlerken yeteneğine sahip hemen hemen tüm çocuklarda okülomotor ve görsel işleme kapasitelerini ölçmek için uygundur.
Mevcut görsel tanı yöntemlerine (yani, geçerlilik) göre bu yöntemin önemi klinik uygulamaya yönelik bir ilk adım olarak ele alınmıştır. Mevcut paradigma çocuklarda halen kullanılmakta olan görme fonksiyonu değerlendirmesi (VFA) ile birleştirildi. göz hareketi kayıtları dayalı okülomotor ve görsel fonksiyonların Gözlemler bu fonksiyonların standart davranış gözlemleri ile karşılaştırılabilir. Ayrıca, göz izleme parametreleri, örneğin, sabitleme süresi ve sakkadik yön sağlanan reklamVFA sırasında Okülomotor ve çocuklarda görsel performans karakterize ditional değer (KOOIKER MJG et. al., 2015, sunulan). Sunulan yöntemin en önemli kazancı şu anda genç yaşta görme fonksiyonu değerlendirmelerde yapılır daha görsel fonksiyonları değerlendirmek ve nicel olarak 26 onları değerlendirmek imkanı yatıyor. Mevcut yöntemlere göre bir sınırlama uyarlamalar olmadan, iyice mevcut test batarya 14 ile görme keskinliği veya görme alanının değerlendirilmesi için henüz mümkün değildir olmasıdır.
Biz farklı görsel yöntemler diğer uyaranlara (örneğin, farklı formlar, hareket, renk ve kontrast bilgisi) 22,20,25 kullanılarak test edilebilir gelecekteki uygulamalar karikatür uyaranlara sonuçlarının sunumu, kendimizi sınırlı olmasına rağmen. Bu şekilde, primer görme yolları ötesinde belirli bir görsel işleme alanları, geçici ya da parietal korteks görsel dernek alanları olarak, hedeflenir.Yöntemin bir sınırlaması mevcut görsel uyaranlara sadece görsel giriş algılama tetikler ve görsel işleme ilk aşaması çağırmak olmasıdır. Bu uyaranlar normalde görsel algı testi ile ölçülür uyaran algılama sonra ilgili olmak ve daha yüksek dereceden fonksiyonlar hedef yok. Iletişimin kullanımı olmadan yürütme zorlu olmasına rağmen, bir göz izleme tabanlı paradigma algısı ile ilgili bilgilerin tespiti için umut verici bir gelecek biçimi, örneğin görsel arama, bellekli veya selektif dikkat.
Özetle, görsel uyarı çeşitli ayrıntılı göz hareketi yanıtları erken gelişme, görsel bilgi işleme fonksiyonları kapsamlı bir karakterizasyonu sağlar. Sonuç olarak, her çocuk için sağlam ve engelli işlevleri açısından bireysel görsel profil oluşturulabilir. Böyle bir profil okülomotor ve görsel olarak güçlü ve zayıf yönleri hakkında ayrıntılı bilgi verebilirişlevi. Günlük yaşamda destek için bir başlangıç noktası olarak kullanılan, öğretmen ve bakıcı eğitimi için olabilir. Bu yöntem ile kullanılabilir hale gelmiştir nicel bilgiler zamanla ve görsel müdahaleleri ve rehabilitasyon programları izlemek için görsel gelişimini takip için avantajlı olabilir.
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).
