Eye Movement Monitoring van Memory

Summary

Oogbewegingen monitoring (of eye tracking) onthult waar in de ruimte de ogen blijven hangen, wanneer en voor hoe lang. Hier laten we zien hoe eye tracking kan worden gebruikt om de integriteit van het geheugen in meerdere deelnemer populaties te onderzoeken, zonder dat verbaal of anderszins expliciete, rapporten.

Abstract

Expliciete (vaak mondelinge) rapportages worden meestal gebruikt om het geheugen (bijvoorbeeld: "Vertel me wat je nog over de persoon die je zag bij de bank gisteren. ') Te onderzoeken, kunnen echter dergelijke rapporten vaak onbetrouwbaar of gevoelig zijn voor bias

Protocol

Apparatuur die wordt gebruikt tijdens de data-acquisitie

Eye tracker

Het oog tracker gebruikt worden in het huidige protocol is een EyeLink II-systeem (SR Research Ltd, Mississauga, Ontario, Canada). Deze head-mounted, video-op basis van eye tracker records ooghoogte in X, Y-coördinaat frame een sampling rate van 500 of 250 Hz, met een ruimtelijke resolutie van <0,1 °. Een camera wordt gebruikt om het hoofd positie te controleren door het sturen van infrarood-markers om sensoren geplaatst op de vier hoeken van de monitor, dat is bekeken door de deelnemers. Twee extra camera's zijn gemonteerd op de hoofdband zich onder elk van de ogen, en infrarood verlichting worden gebruikt om de leerling en het hoornvlies reflecties noot. Ooghoogte kunnen gebaseerd zijn op leerling-en hoornvlies reflecties, of op basis van de leerling alleen. De gewatteerde hoofdband van de eye tracker kan worden aangepast in twee vlakken om comfortabel te passen bij de grootte van het hoofd van een volwassen deelnemer. De meeste brillen en contactlenzen kunnen worden opgevangen door het oog tracker.

Computers

Twee pc's worden gebruikt om de oogbewegingen de opname steunen. Een computer fungeert als het beeldscherm computer, die de kalibratie-schermen, noodzakelijke taak instructies en de beelden gebruikt in de experimentele paradigma presenteert zich op de deelnemers. Het display computer details het verzamelen van gegevens parameters die vervolgens worden beheerst door de tweede, host-computer. De host computer berekent in real-time blik positie en registreert de oogbewegingen gegevens voor latere analyse, alsmede alle druk op de knop of het toetsenbord antwoorden van de deelnemer. Deelnemer opzet en werking van de eye tracker worden uitgevoerd via de host-pc.

Software

In dit protocol, de timing en de volgorde waarin experimentele stimuli worden gepresenteerd aan de deelnemers en de wijze waarop ooghoogte moet worden verzameld door de host-pc worden geprogrammeerd via Experiment Builder, een software-programma dat specifiek is ontwikkeld door SR Research Ltd om te communiceren met de eye tracker hostcomputer. Kan echter stimulus presentatie ook worden uitgevoerd door middel van andere software programma's (bijvoorbeeld, Presentatie, Neurobehavioral Systems, Albany, CA). Conversie van de oogbeweging gegevens aan een reeks van fixatie en saccade gebeurtenissen die veel tijd afgesloten om stimulus presentatie (of een andere externe gebeurtenis) is bereikt door de host-computer en kunnen worden ondervraagd met Data Viewer, een software programma ontwikkeld door SR Research Ltd , maar, nogmaals, kunnen andere programma's worden gebruikt om de benodigde oogbeweging maatregelen. Hier, de detectie van fixaties en saccades zijn afhankelijk van een online-parser, die raw oogbeweging samples scheidt in betekenisvolle toestanden (saccades, knippert en fixaties). Als de snelheid van twee opeenvolgende oogbeweging monsters groter is dan 22 graden per seconde over een afstand van 0,1 °, worden de monsters gelabeld als een saccade. Als de leerling ontbreekt voor drie of meer monsters, is het oog activiteit gemarkeerd als een knipperen in de datastroom. Niet-saccade en niet-knipperen-activiteit worden beschouwd als fixaties.

Eye tracking procedures.

Hieronder hebben we de procedures voor het verkrijgen van eye movement opnames voor elke deelnemer.

1. Toestemming. Voorafgaand aan de deelnemer setup, worden de deelnemers zien de eye tracker hoofdband. De onderzoeker legt aan de deelnemers die kop en ogen worden bewaakt door de camera's die zijn opgenomen op de hoofdband.
2. Voor een gegeven experimenteel paradigma, worden de deelnemers zit een vaste afstand van de monitor aan dezelfde visuele hoek te behouden over de deelnemers.
3. Eye-tracker camera-instellingen. Het oog tracker helm wordt aangepast, zodat de helm is strak en het is onwaarschijnlijk om te bewegen, maar niet oncomfortabel rond het hoofd. De helm is verder aangepast zodat het hoofd camera kan infrarood verlichting te sturen naar de externe markers op de monitor. Elk van de eye camera's bevinden zich op de individuele staven die zich uitstrekken van de helm die het mogelijk maken voor de aanpassing in alle assen. Het oog camera's zijn geplaatst net onder en iets uit de buurt van elk oog, zonder het belemmeren van de deelnemers de mening van de monitor (zie figuur 1). De camera's zijn gericht om een ​​duidelijk en stabiel beeld van de leerling en het hoornvlies reflecties te krijgen. De status van panelen op de host-computer aan te geven of leerling en het hoornvlies reflecties worden overgenomen. De verlichting drempel kan worden aangepast aan de meest stabiele opname van de leerling en het hoornvlies reflecties te krijgen. De onderzoeker selecteert vervolgens de juiste experimentele paradigma, en wijst een bestandsnaam voor de daaropvolgende oogbeweging opnames.
   
   
   Figuur 1. Voorbeeld van een head-mounted video-op basis van eye tracker (links) en op het display en host-pc's (rechts). Merk op dat de monitor in de voorkant van het onderdeelicipant toont de locatie van de leerling (blauwe stip met een crosshair) en het hoornvlies reflectie (gele stip met een crosshair) om te helpen bij camera-instellingen.
4. Kalibratie. Voor het verkrijgen van nauwkeurige opnamen van het oog positie op de monitor, is een kalibratie procedure ingeleid na camera-instellingen. Tijdens de kalibratie procedure, worden de deelnemers geïnstrueerd om te kijken naar een reeks doelen die verschijnen op verschillende locaties op het display. Typisch, zijn negen doellocaties gebruikt, maar calibratie kan worden uitgevoerd met zo weinig als doel drie locaties. Van deze negen opgenomen locaties kunt ooghoogte op elk punt op het scherm worden geïnterpoleerd.
5. Validatie. Na de kalibratie, is een validatie procedure gebruikt om de nauwkeurigheid van de oogbewegingen opname te controleren. Dezelfde doelgroep negen locaties zijn bedoeld om de deelnemer te fixeren, en het verschil wordt berekend tussen de huidige fixatie positie en de eerder opgenomen fixatie positie. Als de gemiddelde nauwkeurigheid voor het opnemen van de positie voor een (of beide) ogen groter is dan een aanvaardbaar niveau (gemiddelde fout <0,5 ° en een maximale fout van elk punt <1,0 °), zijn kalibratie en validatie procedures herhaald. Na de aanvaarding van de nauwkeurigheid niveaus, kan de onderzoeker bepalen of eye movement opname moet worden monoculaire of binoculaire. In het geval van monoculaire opnemen, kan de onderzoeker bepalen vanuit welke oog gegevens moeten worden opgenomen, of de host-pc kan automatisch het oog met de lagere gemiddelde fout en de lagere maximale fout. Terwijl de kalibratie en validatie kan optreden met een lichte beweging van het hoofd, is het voordelig om de deelnemers te zitten zo stil mogelijk. Deelnemers worden ook de opdracht niet om de komende locaties van targets te anticiperen, maar eerder om te verhuizen naar, en opzettelijk fixeren op, de doelstellingen alleen wanneer ze verschijnen en te blijven gefixeerd op het doel tot het verdwijnt.
6. Experimentele paradigma. Instructies voor het bijzonder om een ​​bepaald paradigma worden gepresenteerd aan de deelnemer (bijvoorbeeld "Please vrij uitzicht elk van de volgende beelden."), En het opnemen van gegevens wordt gestart voor de sessie.
7. Drift correctie. Voorafgaand aan het begin van elke experimentele stimulus, kan een drift correctie worden uitgevoerd door met de deelnemers kijken naar een centrale fixatie doelwit terwijl u op een knop op een joypad of het toetsenbord om de fixatie functie te aanvaarden. Wanneer drift correctie wordt toegepast, zal een proef niet beginnen tot de deelnemer met succes fixeert op de centrale fixatie regio binnen 2,0 ° van het centrum doel. Indien de deelnemer voortdurend fixeert groter is dan 2,0 °, moet de deelnemer opnieuw te ondergaan kalibratie en validatie procedures. Elk verschil minder dan 2,0 ° tussen de opgenomen ooghoogte en de eerste fixatie positie verkregen tijdens de kalibratie / validatie-opnames wordt dan genoteerd als fout en verantwoord in de gegevens.
8. Stimulus presentatie. Ooghoogte, waaronder fixatie en saccade gebeurtenissen wordt vastgelegd volgende drift correctie procedures voor elke stimulus presentatie. De experimentator kan toezien op de juistheid van de opnames online via de inspectie van de host-computer.
9. Naar aanleiding van de oogbewegingen opnamesessie, kunnen maatregelen die de oogbewegingen karakteriseren scannen patronen voor verschillende soorten afbeeldingen (bijv. roman, herhaalde) af te leiden met een verscheidenheid aan software pakketten, zoals de SR Research Ltd s Data Viewer. Daarnaast kan het bekijken op specifieke gebieden van een stimulus (bijvoorbeeld ongewijzigd, gemanipuleerd) worden gekenmerkt door het analyseren van oogbewegingen met betrekking tot de experimentator getekende regio's van belang die voor elke foto gemaakt, hetzij op het paradigma programmering fase of na het verzamelen van gegevens.
10. Deelnemers zijn ingelicht over het doel van het experiment aan het einde van de sessie.

Representatieve resultaten

Meerdere maatregelen kunnen worden afgeleid uit de oogbeweging opnamen, met inbegrip van maatregelen dat de algemene beschrijving van het bekijken van het beeld (met inbegrip van de kenmerken van elke fixatie / saccade), en maatregelen die het patroon van het bekijken te beschrijven die is aan een bepaalde regio van belang gericht binnen een afbeelding ^3. Maatregelen van de totale bekijken om een ​​beeld te kunnen omvatten (maar zijn niet beperkt tot): het aantal fixaties en het aantal saccades aan het beeld, de gemiddelde duur van elke fixatie, en het totale bedrag van het bekijken van de tijd die werd besteed fixeren op het beeld. Maatregelen die het patroon van het bekijken van een bepaalde regio van belang te beschrijven kunnen omvatten (maar zijn niet beperkt tot): het aantal fixaties gemaakt naar de regio van belang, de hoeveelheid tijd doorgebracht binnen een regio van belang, en het aantal overgangen gemaakt in / uit een regio van belang zijn. Verder kunnen maatregelen worden afgeleid uit de oogbewegingen opnames die de timing van die (dat wil zeggen, hoe vroeg) een overzicht van een bepaalde oogbeweging heeft voorgedaan, zoalsals toen, na stimulus begin, de ogen fixeren op een bepaalde regio van belang, als de eerste saccade is gemaakt op een afbeelding, en de entropie (beperking / willekeur), die inherent zijn aan de volgorde van oogbewegingen patronen.

Voor een gegeven afbeelding, oogbeweging maatregelen kunnen detail waar de ogen waren gefixeerd, wanneer en voor hoe lang. Voor het verkrijgen van een index van het geheugen, kunnen we kijkers verschillende soorten of hoeveelheden van de blootstelling aan verschillende sets van foto's, en vergelijk het bekijken van patronen in deze verzamelingen en over de deelnemers. Bijvoorbeeld, in het geheugen voor herhaling van een beeld sonde, kan het scannen van patronen in contrast tussen de nieuwe beelden en beelden die meerdere malen bekeken door een testsessie. Bekijken van beelden herhaaldelijk gedurende een testsessie resulteert in een daling van de totale bekijken van het beeld ^{2, 4-5, 8.} Dit kan worden gezien in figuur 2. In deze vertegenwoordiger het gevolg zijn van Riggs et al. ^11, de deelnemers bekeken nieuwe foto's van gezichten eens in elk van de vijf testen blokken;. Met toenemende blootstelling was er een afname van de hoeveelheid van de fixaties die kijkers aan te brengen in de gezichten. Te probe-geheugen voor bepaalde details van een afbeelding, kan het scannen van patronen in contrast tussen de beelden die herhaaldelijk bekeken in hun originele, ongewijzigde vorm (herhaalde beelden) en beelden die op dezelfde herhaaldelijk bekeken gedurende een testsessie, maar een verandering is kennis met enkele element binnen een scène tijdens de finale blootstelling (gemanipuleerde beelden). In dergelijke gevallen, zijn het scannen van patronen differentieel aangetrokken tot het gebied dat is binnen een gemanipuleerde beeld veranderd ten opzichte van dezelfde, ongewijzigde gebied van herhaalde beelden ^{2-3, 7-8.} Echter, een dergelijke oogbeweging indices van het geheugen niet aanwezig zijn in bepaalde bevolkingsgroepen, zoals bij gezonde ouderen en patiënten met geheugenverlies als gevolg van mediale temporale kwab schade worden beoordeeld op hun herinnering van de ruimtelijke relaties tussen objecten in scènes, zoals geschetst in figuur 3 ^{2, 8.} Daarom kunnen de bevindingen van de oogbeweging de controle worden gebruikt om het contrast geheugen onder de groepen van de deelnemers met verschillende neuropsychologische status van ^{2-3, 8-10.}

Figuur 2. Oogbewegingen onthullen geheugen voor herhaling In dit representatief resultaat van ons laboratorium [11], de deelnemers bekeken gezichten over 5 studiepunten blokken;. Naarmate het aantal bezichtigingen is toegenomen (van 1-5), het aantal fixaties op de gezichten af.

Figuur 3. Oogbewegingen onthullen geheugen voor gewijzigde details. Jongere volwassenen [2 (Experimenten 1, 2), 8 (gratis Weergeven Condition)] gericht een groter deel van hun totale oogfixaties om een kritische regio in een gemanipuleerd beeld dat een verandering heeft ondergaan van een voor het bekijken dan wanneer de regio niet een verandering, zoals in de roman en herhaalde beelden ondergaan. Dergelijke effecten van het geheugen waren afwezig bij gezonde oudere volwassenen [8 (Free Weergeven Condition], en met amnestische patiënten [2].

Discussion

Oogbewegingen monitoring is een efficiënt, nuttig instrument waarmee geheugenfunctie te beoordelen in een verscheidenheid van populaties. Dit protocol beschrijft het gebruik van een head-mounted video-op basis van eye tracker, maar het protocol kan gemakkelijk worden aangepast aan het gebruik van remote eye tracking devices, zoals remote eye trackers te verwijderen de noodzaak voor helm aanpassing en vereenvoudiging van de camera aanpassingen. Echter, met een remote eye tracker, moet het hoofd beweging worden beperkt om de nauwkeurigheid van het oog opnames te behouden. Nauwkeurige kalibrering van de oogbewegingen is van groot belang voor het verkrijgen van nuttige, en interpreteerbaar, data.

Indices van het geheugen verkregen door middel van eye movement controle overbodig voor het verwerven van expliciete (dat wil zeggen, verbale) rapporten van het geheugen, dat kan voordelig zijn voor een snelle onderzoek van het geheugen in populaties die al een verminderde communicatieve vaardigheden. Eye tracking kan ook gebruikt worden in overleg met expliciete rapporten om te bepalen of er sprake is informatie die wordt bijgehouden in het geheugen, maar is niet beschikbaar voor bewuste introspectie. Bovendien kan het oog bewegingspatronen worden gesondeerd om te bepalen wanneer de invloed van het geheugen leidt tot een verandering in die patronen. Alles bij elkaar, in vergelijking met uitdrukkelijke rapporten, maatregelen afgeleid van de oogbeweging de controle zo uitgebreide details over wat behouden blijft in het geheugen, en wanneer het wordt geopend ^2-3.

Het vergelijken van oogbewegingen patronen in bevolkingsgroepen geeft inzicht in de manier waarop de integriteit van de geheugenfunctie kan veranderen met de leeftijd, en / of gewijzigd neuropsychologisch status. Ondervragen oogbewegingen indices van het geheugen bij mensen met letsels aan bepaalde gebieden van de hersenen kan onthullen die neurale gebieden die essentieel zijn voor het vormen en onderhouden van bepaalde soorten van informatie ^{2-3, 9-10.} Met verder onderzoek dat de betrouwbaarheid van het verkrijgen van indices van het geheugen voor individuele deelnemers met een minimale proeven buiten het laboratorium omgeving onderzoekt, kan eye tracking uitgegroeid tot een nuttig methode om te controleren en valideren van het geheugen in opleiding omgevingen, klinische settings en / of wetshandhaving situaties, zoals net als in ooggetuige identificatie procedures ^12.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eye Tracker	SR Research Ltd.	Eyelink II
Experimental Control Software	SR Research Ltd.	Experiment Builder
Eye Movement Analysis Program	SR Research Ltd.	Data Viewer