Eye Movement Övervakning av Memory

Summary

Ögonrörelser övervakning (eller eye tracking) avslöjar var i rymden ögonen dröja kvar, när och hur länge. Här visar vi hur eye tracking kan användas för att undersöka integriteten av minne i flera deltagare populationer, utan att verbalt eller på annat sätt explicit, rapporter.

Abstract

Explicit (ofta verbal) rapporterar vanligtvis används för att undersöka minne (t.ex. "Säg mig vad du minns om den person du såg på banken igår."), Kan dock dessa rapporter ofta otillförlitliga eller känsliga för svar partiskhet

Protocol

Utrustning som använts vid datainsamling

Eye tracker

Ögat tracker som används i det nuvarande protokollet är en EyeLink II-systemet (SR Research Ltd, Mississauga, Ontario, Kanada). Detta huvudmonterade, video-baserade öga tracker rekord öga position i X-, Y-koordinat bildruta i en samplingsfrekvens på antingen 500 eller 250 Hz, med en rumslig upplösning på <0,1 °. En kamera används för att övervaka huvudets ställning genom att sända IR-markörer för att sensorer placeras på fyra hörn bildskärm som ses av deltagarna. Ytterligare två kameror monterade på pannbandet som ligger under varje av ögon och IR strålkastare används för att observera eleven och hornhinnan reflektioner. Ögonläge kan baseras på elev och hornhinnan reflektioner, eller baserat på eleven bara. Den vadderade huvudbandet i ögat tracker kan justeras i två plan för att bekvämt passa huvudet stor som en vuxen deltagare. De flesta glasögon och kontaktlinser kan rymmas i ögat trackern.

Datorer

Två datorer används för att stödja inspelning ögonrörelser. En dator fungerar som display dator, som presenterar kalibrering skärmar, nödvändiga instruktioner uppgift och de bilder som används i den experimentella paradigm till deltagarna. Displayen Datorn detaljer parametrar för datainsamling som sedan styrs av andra, värddatorn. Värddatorn beräknar i realtid blick position och registrerar ögonrörelser data för senare analys, samt en knapp att trycka på eller svar tangentbord gjorde deltagaren. Deltagare installation och drift av ögat tracker sker via värddatorn.

Programvara

I detta protokoll, när och ordning genom vilka experimentella stimuli presenteras för deltagarna, och det sätt på vilket öga ställning skall samlas in av värddatorn är programmerade via Experimentera Builder, ett program speciellt utvecklat av SR Research Ltd att samverka med ögat trackern värddatorn. Däremot kan stimulus presentation också göras genom andra program (t.ex. Presentation, neurobeteende Systems, Albany, CA). Konvertering av data ögonrörelser till en rad fixering och saccade händelser som tar tid låsta till stimulus presentation (eller någon annan extern händelse) uppnås genom värddatorn och kan förhöras med datagranskaren en programvara som utvecklats av SR Research Ltd , men, återigen, kan andra program användas för att härleda de nödvändiga åtgärderna ögonrörelser. Här upptäckt av upptagningar och saccades är beroende av ett online-parser, som skiljer rå prover ögonrörelser till meningsfull stater (saccades, blinkar och upptagningar). Om hastigheten på två på varandra följande prover ögonrörelser överstiger 22 grader per sekund över ett avstånd på 0,1 °, är proverna märkt som en saccade. Om eleven saknas för tre eller flera prov, är ögat aktivitet markeras som en blinkning i dataströmmen. Icke-saccade och icke-blink aktiviteten anses upptagningar.

Eye tracking förfaranden.

Nedan detalj vi tillvägagångssättet för att få inspelningar ögonrörelser för varje deltagare.

1. Samtycke. Innan deltagaren setup, är deltagarna visat pannbandet ögat tracker. Försöksledaren förklarar för deltagarna att huvudet och ögonen positioner övervakas med hjälp av de kameror som finns på pannbandet.
2. För ett givet experimentella paradigm är deltagarna sitter ett fast avstånd från skärmen för att bibehålla samma visuella vinkeln mellan deltagarna.
3. Eye tracker kamerans inställningar. Ögat tracker Hjälmen justeras så att hjälmen sitter åt och det är osannolikt att flytta, men inte obekväm runt huvudet. Hjälmen justeras ytterligare så att huvudet kameran kan skicka IR-belysning till den yttre markörer på bildskärm. Var i ögat kamerorna är placerade på enskilda stavar som sträcker sig från hjälmen som möjliggör justering i alla axlar. Ögat kamerorna är placerade strax under och en aning bort från vardera ögat utan att det hindrar deltagarens syn på bildskärm (se figur 1). Kamerorna är fokuserade på att få en klar och stabil bild av eleven och hornhinnan reflektioner. Status paneler på värddatorn ange om eleven och hornhinnan reflektioner håller på att förvärvas. Belysningen tröskeln kan justeras för att få de mest stabila inspelningen av eleven och hornhinnan reflektioner. Försöksledaren väljer sedan det lämpligaste experimentella paradigmet, och utser ett filnamn för den efterföljande inspelningarna ögonrörelser.
   
   
   Figur 1. Exempel på ett huvud monterat-video-baserade eye tracker (vänster) och displayen och värd datorer (höger). Observera att bildskärm framför den delicipant visar var eleven (blå prick med hårkors) och hornhinnan reflektion (gul prick med hårkorset) till stöd i kamerans inställningar.
4. Kalibrering. Att få exakt inspelningar i ögat position på bildskärm, är ett kalibreringen inleddes efter kamerans inställningar. Under kalibreringen är deltagarna i uppdrag att titta på en rad mål som visas på olika platser på displayen. Normalt är nio målplatser användas, men kalibrering kan utföras med så få som tre målplatser. Från dessa nio inspelade platser kan ögonläge som helst på skärmen interpoleras.
5. Validering. Efter kalibrering är ett valideringsförfarande används för att kontrollera riktigheten av ögonrörelser inspelning. Samma nio målplatser ges till deltagaren att fixera, och skillnaden beräknas mellan dagens fixering position och tidigare inspelade fixering position. Om den genomsnittliga noggrannhet för inspelning av position för en (eller båda) ögon överstiger acceptabel nivå (medelfel <0,5 ° och största fel som helst <1,0 °), är kalibrering och validering procedurer upprepas. Efter godkännande av noggrannhet nivåer kan försöksledaren avgöra om ögonrörelser inspelningen ska lupp eller kikare. Vid monokulära inspelning kan försöksledaren avgöra från vilken öga uppgifter skall registreras, eller värddatorn kan automatiskt välja ögat med den lägre medelfel och den lägre maximala felet. Medan kalibrering och validering kan ske med små huvudrörelser, är det fördelaktigt att ha deltagare sitta så stilla som möjligt. Deltagarna instrueras att inte föregripa den kommande placeringen av mål, utan snarare att flytta till, och fixera medvetet om, de mål bara när de visas och att stanna fixerad vid målet tills den försvinner.
6. Experimentell Paradigm. Instruktioner särskilt till ett visst paradigm presenteras för deltagaren (t.ex. "Var snäll och fritt för var och en av följande bilder."), Och datainspelning initieras för sessionen.
7. Drift korrigering. Innan uppkomsten av varje experimentell stimulans, kan en förskjutning korrigering utföras genom att låta deltagarna titta på en central fixering mål samtidigt som du trycker på en knapp på en joypad eller tangentbord för att acceptera fixering position. När avdrift korrigering är anställd, kommer en rättegång börjar inte förrän deltagaren framgångsrikt fixerar på det centrala fixeringen regionen inom 2,0 ° av centrum målet. Om deltagaren genomgående fixerar större än 2,0 °, måste deltagaren genomgå igen kalibrering och validering förfaranden. Någon skillnad mindre än 2,0 ° mellan det inspelade ögat position och den inledande fixering positionen som erhålls vid kalibrering / validering inspelningar då noteras som fel och redovisas i data.
8. Stimulus presentation. Eye ställning, inklusive fixering och saccade händelser redovisas följande rutiner driva korrigering för varje stimulus presentation. Försöksledaren kan kontrollera riktigheten av de inspelningar online via inspektion av värddatorn.
9. Efter ögonrörelser inspelningen, kan åtgärder för att karaktärisera ögonrörelser scanning mönster för olika typer av bilder (t.ex. roman, upprepas) härledas med en rad olika programpaket, som SR Research Ltd s Data Viewer. Dessutom kan visa på specifika regioner i ett stimulus (t.ex. oförändrad, manipuleras) präglas av att analysera ögonrörelser med hänsyn till försöksledaren dragna områden av intresse som skapas för varje bild antingen på paradigmet programplaneringsfasen eller efter datainsamling.
10. Deltagarna informerades om syftet med försöket i slutet av sessionen.

Representativa resultat

Flera åtgärder kan härledas från inspelningarna ögonrörelser, inbegripet åtgärder för att övergripande beskriva ser på bilden (inklusive egenskaperna för varje fixering / saccade), och åtgärder som beskriver mönstret av visning som har riktats till en viss region av intresse inom en bild ^3. Åtgärder av övergripande tittandet till en bild kan omfatta (men är inte begränsade till): antalet upptagningar och antalet saccades till bilden, den genomsnittliga löptiden för varje fixering, och den totala tittartiden som spenderades fixering på bilden. Åtgärder som beskriver mönstret av tittandet till en viss region av intresse kan omfatta (men är inte begränsade till): antalet upptagningar som gjorts i regionen av intresse, tillbringade den tid inom en region av intresse, och antalet övergångar gjorda i / ur en region av intresse. Vidare får åtgärder härledas från inspelningar ögonrörelser att beskriva tidpunkten genom vilka (dvs hur tidigt) ett visst ögonrörelser händelse har inträffat, till exempelsom när, efter stimulans debut, ögonen fixera på en specifik region av intresse, då de första saccade görs på en bild, och entropi (begränsning / slumpmässighet) som ingår i den sekvens av mönster ögonrörelser.

För en viss bild, ögonrörelser åtgärder kan detalj vars ögon var fixerade, när och hur länge. För att erhålla ett index av minne, kan vi ge tittarna olika typer eller mängder av exponering för olika uppsättningar av bilder och sedan jämföra visa mönster över de apparater och olika deltagare. Till exempel att söka minne för upprepning av en bild, kan scanning mönster ställas i kontrast mellan nya bilder och bilder som har visats flera gånger under en test session. Visa bilder flera gånger under ett testresultat session i en minskning i det totala visning av bild ^{2, 4-5, 8.} Detta kan ses i figur 2. I detta representativt resultat från Riggs et al ^11, deltagare visade nya bilder av ansikten gång i alla fem tester block;. Med ökande exponering, var det en minskning av mängden av upptagningar som tittarna gör i ansikten. Att söka minne för vissa detaljer i en bild, kan scanning mönster ställas i kontrast mellan bilder som har flera gånger sett i sin ursprungliga, oförändrade form (upprepade bilder) och bilder som på liknande sätt har visats flera gånger under en test session, men en förändring har infördes för att några element i en scen under den sista exponeringen (manipulerade bilder). I sådana fall skannar mönster lockade differentiellt till den region som har modifierats i en manipulerad bild jämfört med samma, oförändrade region av upprepade bilder ^{2-3, 7-8.} Men sådana ögonrörelser index minne inte finns i vissa populationer, till exempel när friska äldre vuxna och patienter med minnesförlust på grund av mediala temporalloben skador bedöms utifrån sin minne av rumsliga relationer mellan objekt i scener, som visas i figur 3 ^{2, 8.} Därför kan resultaten från ögonrörelser övervakning användas för att kontrastera minne bland grupper av deltagare med olika neuropsykologiska status ^{2-3, 8-10.}

Figur 2. Ögonrörelser avslöjar minne för upprepning I detta representativt resultat från vårt laboratorium [11], deltagare visade ansikten över 5 studie block,. Som antalet visningar ökat (från 1-5), minskade antalet upptagningar till ansikten.

Figur 3. Ögonrörelser avslöjar minne för ändrade detaljer. Yngre vuxna [2 (Experiment 1, 2), 8 (Gratis Kollar skick)] regisserat en större andel av deras totala ögat upptagningar till en kritisk region i en manipulerad bild som har genomgått en förändring från ett före visning jämfört med när regionen inte har genomgått en förändring, som i romanen och upprepade bilder. Sådana effekter på minne saknades hos friska äldre vuxna [8 (Gratis Kollar skick] och amnesiframkallande patienter [2].

Discussion

Ögonrörelser övervakning är ett effektivt och användbart verktyg för att bedöma minnesfunktion i olika populationer. Detta protokoll beskriver användningen av ett huvud monterat-video-baserade eye tracker, men protokollet kan lätt anpassas till användning av fjärrenheter eye tracking, som fjärröga trackers undanröja behovet av hjälmen justering och förenkla kamerans justeringar. Men med en fjärrkontroll öga tracker måste huvudrörelser begränsas för att upprätthålla riktigheten i ögat inspelningar. Korrekt kalibrering av ögonrörelser är av största vikt för att få användbara, och tolkningsbara, data.

Index minne som erhållits genom ögonrörelser övervakning undanröja behovet av att förvärva explicita (dvs verbala) rapporter om minne, vilket kan vara fördelaktigt för en snabb undersökning av minne i populationer med nedsatt kommunikationsförmåga. Eye tracking kan också användas i samråd med tydliga rapporter för att avgöra om det finns information som är kvar i minnet, men är inte tillgängligt för medveten introspektion. Dessutom kan ögat rörelsemönster bli utforskad att avgöra när påverkan av minnet inducerar en förändring i dessa mönster. Alla tillsammans, jämfört med explicita rapporter, åtgärder från ögonrörelser övervakning ge mer omfattande detalj om vad som är kvar i minnet, och när den öppnas ^2-3.

Jämföra mönster ögonrörelser olika befolkningsgrupper ger inblick i hur integriteten i minnesfunktionen kan förändras med åldern, och / eller ändras neuropsykologiska status. Förhöra index ögonrörelser minne hos personer med skador på vissa områden av hjärnan kan avslöja de neurala områden som är kritiska för att bilda och underhålla särskilda typer av information ^{2-3, 9-10.} Med ytterligare forskning som undersöker tillförlitligheten av få index minne för enskilda deltagare med minsta försök utanför laboratoriet miljön kan ögonstyrning bli en användbar metod för att övervaka och validera minne i utbildning miljöer, kliniska och / eller brottsbekämpande situationer, som i ögonvittne identifieringsförfaranden ^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