我们近期提出了一种可同时实现双目分视视觉刺激呈现与双眼眼动追踪的方法1。其关键在于结合红外眼动追踪仪与相应的红外透射镜。本文提供了该系统初始安装及日常操作的详细实验方案。
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本文内容
摘要
摘要
将不同刺激呈现给双眼（即双眼分离呈现）对于涉及三维视觉和眼间抑制的研究至关重要。近年来，关于瞳孔和眼动测量独特实验价值的文献日益增多，尤其是在眼间抑制研究领域。因此，获取眼动追踪数据将有助于采用双目分离呈现的研究。然而，实现双目分离呈现所必需的硬件（例如镜子）常常会干扰高质量的眼动追踪，特别是在使用基于视频的眼动仪时。我们近期描述了一种实验装置，该装置通过使用红外透射镜，将标准的双目分离呈现系统与红外眼动仪相结合1。该装置兼容标准显示器和眼动仪，易于实施，且成本较低（约1000美元）。与现有方法相比，该装置的优势在于无需特殊设备，并且对视觉刺激的性质和质量限制较少。本文提供了该装置构建与使用的可视化指南。
引言
在正常观察条件下，我们的每只眼睛接收到的视觉输入略有不同。这些输入随后被处理，以产生一个连贯的、三维的世界表征。双目独立呈现（dichoptic presentation）是指独立控制呈现给两只眼睛的视觉输入，这种方法使研究人员能够研究人类如何从两幅二维视网膜图像重建出三维视觉2,3,4。此外，如果两只眼睛的图像差异过大，则双眼信息无法成功融合，观察者会报告在某一时刻仅感知到其中一幅图像，而另一幅图像则被抑制，这种现象见于双眼竞争（binocular rivalry）5和持续闪光抑制（continuous flash suppression）6。研究此类眼间抑制现象的研究人员同样采用双目独立呈现方法，以探讨与意识的神经基础7、知觉选择8,9以及无意识加工10等相关的问题。
在人类行为与感知研究中，注视方向和瞳孔动态被记录用于多种目的。注视方向可以反映注意力分配
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方案
本方案已获得密歇根州立大学机构审查委员会的批准。
1. 构建系统
- 原理
- 准备镜像装置，该装置是经典惠斯通立体镜28的一种变体，如图1所示，由两面镜子组成，相对于受试者的中线呈45°角放置。镜子将位于桌子两端、彼此相对的两个屏幕上的刺激反射出来。
- 让受试者坐在镜子前方，使其每只眼睛通过不同的镜子观察不同的屏幕。为获得最佳效果，使用头部固定架以稳定受试者的头部。
- 在受试者前方、镜子后方放置一个基于红外敏感视频的眼动仪，包括摄像头和照明器。眼动仪在图1中以方框表示。
注意：在此类常规装置中进行眼动追踪时的一个挑战是，镜子会遮挡眼睛。 - 使用两个前表面镜，通常被宣传为"冷镜"（入射角：45°），其对可见光波长具有近乎完全的反射性，同时对近红外波长具有近乎完全的透射性（有关镜子的详细信息见表1）。
注意：此类镜子可通过供应科研与工业用途光学设备的公司获得，这些公司通常将此类组件列为“冷镜”或某种“二向色镜”（详见材料/设备表）。
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结果
在完成本方案中所述的校准后，我们在放置镜子的情况下顺利进行了校准-验证程序。该方法的有效性在图5中得到清晰展示，该图显示了使用科研用内眼追踪系统时相机所采集的图像（镜子已就位）。沿受试者鼻部两侧以及眉毛上方的两组平行线为镜子的边缘，但尽管如此，框架内部的面部图像与外部同样清晰。这突显了在相机记录的波长范围内无信号损失。先前的一项正式评估已表明，使用镜子与不使用镜子在瞳孔大小、扫视及平滑追踪结果上具有等效性1。下文将描述该评估中的一个代表性部分。
进行了一项简短的实验，仅放置一面镜子，以比较有无镜子时的结果。受试者对屏幕上的不同位置进行了扫视。眼动仪未丢失任一眼睛的任何采样数据。水平注视角和垂直注视角的平均相关系数均为0.99（见 图6).
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讨论
本文介绍了一种实验装置的构建与使用方法，该装置可实现双眼同时追踪以及视觉刺激的双目分视呈现。在许多使用双目分视刺激的实验场景中，阻碍有效眼动追踪的关键问题是：用于双目分视呈现的镜子会遮挡基于视频的眼动仪视线。本方案通过采用红外透射镜和红外敏感型眼动仪解决了这一问题。该装置使从事三维视觉、双眼抑制或临床研究的研究人员能够在使用大尺寸、任意颜色刺激材料的同时，采集高质量的眼动追踪数据。
可根据实验需求修改该设置。如果双眼的刺激足够小5，能够同时显示在单个屏幕上，则使用四个反射镜和一个屏幕可能足以实现双目异视呈现下的眼动追踪。在这种情况下，需在现有反射镜的外周平行放置另外两个前表面反射镜（无需红外透射性），将屏幕上显示的视觉刺激反射至当前的反射镜上（有关标准镜面立体镜中反射镜的放置方式，参见参考文献5）。
本实验设置存在一些局限性。其一是代表结果中提到的眼动仪照明光源可能产生视觉污染。其次，如果视觉刺激的颜色无关紧要，使用红蓝眼镜可能是更.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢Pieter Schiphorst在设计实验装置以及提供图1和图3插图方面所做的贡献，同时感谢Marnix Naber富有启发性的讨论及其对图6的贡献。作者还感谢相关研究人员和出版机构允许重用已发表论文中的图1和图61。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 装置1中的反射镜 | Edmund Optics | #64-452 | 尺寸 10.10 × 12.70 cm；反射波段：400 ~ 690 nm；透射波段：750 ~ 1200 nm |
| 装置2中的反射镜 | Edmund Optics | 产品已停产 | 尺寸 10.10 × 12.70 cm；反射波段：425 ~ 650 nm；透射波段：800 ~ 1200 nm |
| 其他反射镜选项 | Edmund Optics | #62-634 | 尺寸 12.50 × 12.50 cm；反射波段：425 ~ 650 nm；透射波段：800 ~ 1200 nm |
| 装置1中的眼动仪 | SR Research Ltd., Mississauga, Ontario, Canada | Eyelink 1000 | 透射波段：890 ~ 940 nm |
| 装置2中的眼动仪 | The Eye Tribe Aps, Copenhagen, Denmark | Eye Tribe（产品已停产） | 透射波段：约 850 nm |
参考文献
- Brascamp, J. W., Naber, M. Eye tracking under dichoptic viewing conditions: a practical solution. Behav. Res. Methods. , 1-7 (2016).
- Barendregt, M., Harvey, B. M., Rokers, B., Dumoulin, S. O. Transformation from a Retinal to a Cyclopean Representation in Human Visual Cortex.<....
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重印与许可
