Summary
Исследования слежения за глазами с использованием предпочтительной парадигмы могут быть использованы для изучения возникающих понимания младенцев, и внимание к их внешний визуальный мир.
Abstract
Мы обсуждаем использование предпочтительной парадигмы в исследованиях по слежению за глазами для изучения того, как младенцы развиваются, понимают и посещают окружающий мир. Отслеживание глаз является безопасным и неинвазивным способом сбора данных взгляда от младенцев, и предпочтительный вид парадигмы прост в разработке и требует только ребенка, чтобы присутствовать на экране. Одновременно показывая два визуальных стимула, которые отличаются в одном измерении, мы можем оценить, показывают ли младенцы различные перспективные поведение для любого стимула, тем самым демонстрируя чувствительность к этой разнице. Проблемы в таких экспериментальных подходов в том, что эксперименты должны быть краткими (не более 10 мин) и тщательно контролироваться таким образом, что два стимула отличаются только одним способом. Необходимо также тщательно рассмотреть вопрос о толковании нулевых результатов. В этой статье мы иллюстрируем успешный пример исследования отслеживания глаз младенца с предпочтительной парадигмой, чтобы обнаружить, что 6-месячные дети чувствительны к лингвистическим сигналам на подписанном языке, несмотря на отсутствие предварительного контакта с подписанным языком, предполагая, что младенцы обладают внутренней или врожденной чувствительностью к этим сигналам.
Introduction
Главной целью науки о развитии является изучение появления когнитивных функций, языка и социального познания у младенцев и детей. Движения глаз модулируются намерениями, пониманием, знанием, интересом и вниманием к внешнему миру. Сбор окуломоторных реакций у младенцев во время их ориентации и сканирования визуальных статических или динамических изображений может обеспечить информацию о формирующемся понимании и внимании к их внешним визуальным мирам и языковому входной информации, которую они получают.
В то время как технология слежения за глазами была вокруг на больше чем 100 лет, она только недавно выдвинула в эффективности и удобстве использования, позволяющ его быть использованным для того чтобы начать учить младенцев. В последнее десятилетие, отслеживание глаз показал многое о психическом мире младенцев. Например, мы теперь знаем много о кратковременной памяти, окклюзии объекта, и предвкушение предстоящих событий в 6-месячных от взгляда поведение1,2,3. Отслеживание глаз также может быть использовано для изучения изучения детского языка4. Как правило, изучение языка младенцев зависит от способности различать сенсорные сигналы, присутствующие в окружающей среде и определить сигналы, которые являются наиболее заметными для передачи языка5,6. Ученые-разработчики стремятся лучше понять, что это за сенсорные сигналы, почему они привлекают внимание младенцев, и как внимание к этим сигналам эшафот изучения языка у младенцев. В настоящем документе представлен протокол отслеживания глаз и преференциальная парадигма, которая может быть использована вместе для изучения чувствительности младенцев к таким сигналам на устных или подписанных языках.
В Камне, и др.7, слежение за глазами было использовано с преференциальной парадигмой, чтобы проверить, обладают ли наивные младенцы чувствительностью к набору фонологических контрастов в подписанном языке. Эти контрасты отличались звучностью (т.е. perceptual salience), структурной лингвистической собственностью, присутствуют как в устных, так и в подписанных языках7,8,9,10,11, 12,13. Соноity считается важным для фонологических ограничений в формировании слогов в разговорных и подписанных языках, так что слоги, которые подчиняются ограничениям, основанным на сноморе, считаются более «хорошо сформированными». Младенцы, слушая речь, были замечены, чтобы показать поведенческие предпочтения для хорошо сформированных слогов по сравнению с плохо сформированных слогов на нескольких языках, и даже на языках, которые они никогда не слышали до14,15. Мы предположили, что младенцы также будут показывать аналогичные предпочтения для хорошо сформировавшихся слогов на подписанном языке, даже если у них не было предварительного опыта работы с подписанным языком.
Мы далее предположили, что это предпочтение - или чувствительность - будет подвергаться сужению восприятия. Это явление приобретения языка, где, как младенец приближается к своему первому дню рождения, ранней, универсальной чувствительности ребенка ко многим особенностям языка смягчается до только функции в языке (ы) ребенок был подвержен16 ,17. Мы набрали молодых (шестимесячных) и старших (двенадцатимесячных) младенцев, выбрав эти возрасты, потому что они находятся на противоположных концах функции сужения восприятия для чувствительности к новым фонетическим контрастам17,18, 19. Мы предсказывали, что младшие дети будут отдавать предпочтение хорошо сформированным слогам на подписанном языке, но что старшие дети не будут. Младенцы смотрели видео, состоящие из хорошо сформировавшийся и плохо сформировавшийся написания пальцев, выбранный по двум причинам. Во-первых, слоги в беглых fingerspelling теоретизированы повиноваться звучности основе фонологических ограничений8, предоставляя возможность производить экспериментальные контрасты, которые непосредственно проверить ли младенцы чувствительны к звучности основе сигналов в начале изучение языка. Во-вторых, мы выбрали fingerspelling вместо полных знаков на теле и лице, потому что fingerspelling позволило нам более строго контролировать возможные восприятия confounds в том числе скорость и размер движений рук, по сравнению с полными знаками, которые сильно различаются в подписании пространства и скорости движения. В нашем исследовании использовались видео, показывающие только руки, но эта парадигма обобщается для видео, показывающих, как подписавшиеся и ораторы возглавляют головы или полные тела, или даже показывают животных или неодушевленные предметы, в зависимости от изученного научного вопроса и контрастов.
Значение, используюеееееееео парадигму преференциальных предпочтений для измерения чувствительности к языку или сенсорным контрастам, заключается в его относительной простоте и простоте управления. В таких парадигме младенцы представлены с двумя стимулами бок о бок, которые отличаются только одним измерением или одной особенностью, относящейся к исследовательскому вопросу. Младенцы получают возможность foveate на любом стимуле. Общее время поиска к каждому стимулу записано и проанализировано. Существенная разница в поиске поведения для двух стимулов указывает на то, что младенец может быть способен воспринимать измерение, с которым два стимула отличаются. Поскольку оба стимула показаны одновременно и в одинаковой продолжительности, общий эксперимент хорошо контролируется для особенностей поведения младенца (невнимательность, поиск в другом месте, суетливость, плач). То есть по сравнению с другими парадигмами, где стимулы показаны последовательно, и в этом случае, младенцы могут спонтанно показать различное количество внимания к различным стимулам по причинам, не связанным с стимулами (например, суетливый в период, когда есть было больше испытаний Stimuli A, чем Стимулы B). Кроме того, инструкции и понимание стимулов не требуется; младенцы просто должны смотреть на него. Наконец, эта парадигма не требует активного мониторинга поведения младенцев для критерия для того, чтобы изменить раздражителей презентации, как это часто бывает в младенческой контролируемых парадигм привыкания16,20. Смотря предпочтения парадигмы также подходит для тестирования гипотез о поиске предпочтений, а не различия. Другими словами, помимо младенцев, способных различать Стимулы А и Стимули B, исследователи могут также проверить, для чего стимулы вызвали увеличение или уменьшение поведения, которое может быть информативным о зарождающихся предубеждений младенцев и возникающих познания.
В более общем плане, преимущества современной, неинвазивной технологии слежения за глазами многочисленны. Отслеживание глаз опирается на измерение ближнего инфракрасного света, который излучается от устройства и отражается от глаз участника1,21. Этот инфракрасный свет невидим, незаметен и полностью безопасен. Эксперименты по слежению за глазами не требуют инструкций и зависят только от пассивного просмотра. Текущие модели генерируют большое количество данных взгляда за короткий промежуток времени с помощью простой настройки. Младенцы могут сидеть на коленях своих родителей и, по нашему опыту, они часто пользуются эксперимента. Большинство современных удаленных трекеров глаз не требуют подголовники или элементы, размещенные на младенца, и являются надежными для движения головы, быстро восстанавливается после мигает, плачет, двигаясь вне диапазона, или глядя в сторону. При желании, саккад ные образы, данные о положении головы, и зрачковая может быть записанв в дополнение к данным положения глаз.
Проблемы в проведении исследований отслеживания глаз младенца реальны, но не непреодолимы. Данные слежения за глазами могут быть шумными из-за движения младенцев, невнимательности, суетливости и сонливости. Эксперименты должны быть разработаны таким образом, чтобы они могли быть завершены примерно за 10 минут или меньше - что может быть преимуществом в том, что посещение лаборатории быстро, но и недостаток, если вам нужно получить больше данных или иметь несколько экспериментальных условий. Другим важным предостережением является то, что нулевая находка не означает, что младенцы не чувствительны к экспериментальным манипуляциям. Если младенцы не показывают существенной разницы между Stimuli A и Stimuli B, этот вывод может означать либо (1) нечувствительность к разнице между A и B, или (2) неспособность вызвать поведенческие предпочтения. Например, возможно, младенец был в равной степени очарован А и В, хотя младенец был чувствителен к разнице между ними. Эта проблема может быть решена путем добавления второго условия, в идеале с использованием тех же (или очень похожи) стимулы, но тестирование по другому измерению, для которого известно, что младенцы проявляют поведенческие предпочтения. Если младенцы не демонстрируют предпочтения в первом состоянии, но делают это во втором, то можно интерпретировать, что младенцы способны продемонстрировать перспективных предпочтений для стимулов, которые могут помочь прояснить интерпретацию любых нулевых результатов. Наконец, очень важно точно откалибровать глаз трекер. Калибровка должна быть точной, как с низкой пространственной, так и с временной ошибкой, так что данные глаза могут быть точно отображены на экспериментальных стимулах. Другими словами, "ваше исследование только так хорошо, как ваша калибровка". Проверка калибровки до и после представления стимулов может обеспечить дополнительную меру уверенности. Подробные и отличные отзывы о калибровке глаз отслеживания с младенцами были опубликованы в другом месте1,21,22,23,24,25, 26,27.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Следующая процедура, в которой участвуют люди, была одобрена Программой защиты человеческих исследований в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
1. Скрининг участников и подготовка
- Набирать младенцев в определенный возрастной диапазон интересов (например, от 5 до 14 месяцев). Используйте несколько методов, включая социальные сети, листовки, почтовую почту. Рассмотрите возможность заработка соглашений с местными больницами или правительственными учреждениями для получения записей с указанием новорожденных, их родителей и их почтовых адресов, позволяющих обращаться непосредственно к ним по почте.
- Экран младенцев, когда заинтересованные родители называют лабораторию для планирования. Убедитесь, что младенцы свободны от каких-либо осложнений во время беременности или родов, от любых неврологических расстройств, и имеют нормальный слух и зрение.
ПРИМЕЧАНИЕ: В нашем эксперименте7, потому что мы были заинтересованы в зарождающейся чувствительности к языку жестов, мы убедились, что наши участвующие младенцы не видели никакого языка жестов в доме и не было показано каких-либо видео инструкций знак ребенка (на основе родительских отчетов). Чтобы еще больше уменьшить непреднамеренную изменчивость языкового опыта, мы также набирали на работу младенцев, которые были подвержены воздействию английского языка только дома. - Расписание тестирования вскоре после регулярного кормления ребенка или дремлющий раз, чтобы обеспечить минимальную суетливость. Сообщите родителям, что в лаборатории имеются места для частного кормления и/или дремлющих помещений. Компенсировать родителям участие через оплату или подарок лабораторной футболке, onesie, или небольшой игрушкой.
2. Глядя предпочтения парадигмы и экспериментального дизайна
- Используйте глядя предпочтения парадигмы с условием, в котором два различных видео стимулы показаны одновременно, каждый на одной половине экрана. Убедитесь, что оба раздражители отличаются вдоль точно одного измерения или функции и в противном случае идентичны для всех других визуальных элементов.
ПРИМЕЧАНИЕ: В нашем протоколе, мы сосредоточились на чувствительности младенцев к сонообразности основе фонологических сигналов на языке жестов7, но этот протокол легко обобщены для других детских глаз исследований с участием визуальных стимулов. Нашим главным экспериментальным условием повторных субъектов было состояние звучности (см. рисунок1). Это условие содержало две различные лексические последовательности написания пальцев, одна "хорошо сформированная" (т.е. она подчинялась фонологическим ограничениям на основе звучности), а другая -неформировалась. - Дизайн второго "контроль" состояние с двумя видео стимулы, которые, как ожидается, вызвать перспективных предпочтений у младенцев. Опять же, убедитесь, что оба стимула отличаются вдоль точно одного измерения или функции, и контролируются для всех других визуальных элементов.
ПРИМЕЧАНИЕ: В нашем протоколе7, это второе условие было "видео ориентации" состояние. Это условие содержало два видео, оба показывающие ту же последовательность написания пальцев, как используется для состояния соноity, но одна сторона была отражена вертикально и горизонтально (см. рисунок 1). Конструкция "контрольного" состояния зависит от вопроса исследования, и это может быть либо неязыковой контроль, с которым противопоставить состояние языка, или подтверждая состояние, в котором младенцы должны показать предпочтение.
3. Строительство стимулов
- Определите языковые элементы на основе конкретного экспериментального вопроса. Цель для элементов, которые являются короткими по продолжительности (обычно 4-10 с), потому что в то время как младенцы обычно переносят от 6 до 10 минут экспериментов, должно быть также достаточно испытаний и повторений.
ПРИМЕЧАНИЕ: Наш протокол7 использовал 4 последовательности fingerspelling с хорошо сформированными и плохо сформированными вариантами (восемь последовательностей всего) в 32 рандомизированных десятисекундных испытаниях, 16 испытаниях состояния соноритии и 16 испытаниях состояния видеоориентации. Общая длина, не считая калибровки (менее 1 мин) или сегментов привлекателя (около 3-5 с каждый), составила 5,3 мин. - Определите схему рандомизации. Случайно перемешивают условия и рандомизируют элементы языка, появляющиеся на левой и правой сторонах экрана, так что есть равное количество, например, элементов A vs. B и B против A.
- Определите схему противовеса. Постройте две различные рандомизированные экспериментальные последовательности, или трассы, и назначайте одинаковое количество участников для каждой экспериментальной последовательности, контролируя возраст, пол и любые другие факторы интереса.
- При создании видео с людьми в них, использовать хорошо подготовленные фотографии / съемки студии с человеком, стоящим перед синим или зеленым фоном хромакей.
ПРИМЕЧАНИЕ: В нашем протоколе7, мы сосредоточились на fingerspell последовательности, поэтому мы не использовали лица или тела в наших видео. Тем не менее, этот протокол написан, предполагая, что вы можете выбрать, чтобы показать людям в полном теле или только для головы зрения. - Позиция освещения равномерно во всех частях изображения, без каких-либо сильных теней на любом человеке или фоне.
- Используйте видеокамеру высокой четкости, размещенную на штативе и поднятую на высоту шеи человека. Выключите автофокус, чтобы предотвратить изменения фокусировки во время записи. Используйте ленту, чтобы отметить, где ноги человека должны быть помещены во время съемок и свести к минимуму любые прогулки во время съемок сессии.
- Выберите родного пользователя исследуемого языка и который может воспроизвести языковые элементы естественным путем и без усилий. Одежда должна быть контрастной с тоном кожи и не содержать никаких цветов, похожих на фон хромаке. Удалите любые украшения или украшения. Любые распущенные волосы должны быть расчесаны или связаны.
ПРИМЕЧАНИЕ: Перед тестированием младенцев, рекомендуется провести спутник "подтвержденный" эксперимент, чтобы убедиться, что стимулы и экспериментальные условия принимаются пользователями родного языка. - Попросите человека, естественно, воспроизвести каждый элемент языка несколько раз, в то время как камера записывает все репродукции в одном видеоклипе. Поскольку эти видеоклипы могут воспроизводиться в петлях, убедитесь, что начало и конец видеоклипа показывают человека в одном и том же положении тела для плавного перехода между петлями.
- После съемок импортируйте видео в программу редактирования видео. Выберите лучшее воспроизведение для каждого элемента языка и обрезать клипы на эти элементы. Вставьте равное количество ведущих и задних кадров вокруг каждого элемента языка. При необходимости применяйте инструменты трансформации для увеличения или центризасъемки изображения человека, но применяйте их в равной степени во всех стимулах.
- Используйте высокие контрастные стимулы, когда это возможно. Используйте функцию хромакеи программы редактирования видео, чтобы изменить фон на белый, чтобы максимизировать отражение роговицы, что позволяет создать наилучшие условия для захвата данных взгляда.
- При цикле стимулов убедитесь, что продолжительность циклов равна для любых двух пар видеостимулов, показанных вместе (т.е. длина языковых элементов с обеих сторон должна быть одинаковой). Для достижения этой цели слегка отрегулируйте скорость видео каждого элемента языка.
ПРИМЕЧАНИЕ: Имейте в виду, что младенцы нуждаются в более низких темпах представления для эффективного процесса движущихся стимулов. Любые корректировки должны быть тонкими и существенно не изменять или искажать элемент языка. В нашем протоколе7скорость раздражителей замедлилась на 50%, и мы подтвердили, что эта манипуляция не была заметна взрослыми наблюдателями. - Поместите пары языковых элементов бок о бок в составном клипе. Помните, что эти пары уже были их длины видео уравняли в предыдущем шаге. Убедитесь, что положение каждого элемента языка одинаково для обеих сторон (например, левый элемент не выше, ниже, больше или вне центра по сравнению с правым элементом) и что оба элемента начинаются и заканчиваются одновременно.
- Как и в том, что касается дизайна стимулов, контролируйте низкоуровневые визуальные особенности видеоклипов, таких как яркость и цвет, чтобы они были одинаковыми по обе стороны экрана.
- Примените поведение циклов, дублируя составной клип в хронике видео. Чтобы свести к минимуму отрывок между циклами, отдавайте время на любые различия в стартовых и конечных кадрах цикла. При необходимости используйте короткий переход видео, чтобы обеспечить более плавный переход между циклами.
- Экспорт отредактированных видео в формате, подходящем для программы отслеживания глаз и с максимально возможным разрешением.
- Используйте экспериментальное программное обеспечение презентации, как правило, упакованы с глаз трекер, для программы и представить стимулы и рандомизировать стимулы порядка. Программное обеспечение для представления экспериментов общего назначения также может быть использовано при условии, что они могут контролировать трекер глаз и записывать данные с него.
- Вставьте изображения, привлекаемые вниманием к захвату внимания перед каждым испытанием, чтобы поддерживать и перенаправлять внимание младенцев к центру экрана непосредственно перед началом судебного разбирательства (см. рисунок2).
ПРИМЕЧАНИЕ: Примеры включают статические или анимированные щенки, котята, игрушки, улыбающиеся лица, или мультфильм цифры, до тех пор, как они очень innteresting и равного размера. Хотя анимация может быть более эффективной, они являются интенсивными памяти, и мы обнаружили, что статические изображения работали одинаково хорошо. Эти изображения должны быть небольшими (от 2 до 5 градусов) и централизованно расположены на мониторе, так что младенец смотрит в центр монитора перед каждым испытанием начинается. - В начале и конце экспериментальной последовательности вставьте трехточечную процедуру калибровки, состоящую из трех слайдов, каждый из которых имеет одну цель, которая появляется в верхнем левом углу, центре экрана и нижнем правом углу (см. рисунок 2).
4. Аппарат для слежения за глазами
- Используйте удаленный трекер глаз, который не требует каких-либо ограничений или аппарата для обеспечения положения головы и способен на частоту отбора проб не менее 50 Гц.
ПРИМЕЧАНИЕ: Удаленные трекеры глаз содержат незаметные, инфракрасные светоизлучающие диоды (СВЕТОДИОДы), которые излучают свет на глаза наблюдателя. Встроенная инфракрасная камера определяет положение зрачков и отражения роговицы и применяет алгоритмы для вычисления точки фиксации наблюдателя на мониторе в виде трехмерных (x, y, z) координат. Координаты усредняются на обоих глазах, чтобы создать единое бинокулярное значение. Обычно анализируются только координаты (x, y), так как z, расстояние от монитора, не имеет значения. - Используйте монитор компьютера 15 "или больше, с разрешением не менее 1024 х 728 пикселей, для отображения экспериментальных стимулов.
- Расположите глаз трекер непосредственно под монитором стимулов и под низким углом, обращенным к лицу младенца, как можно прямо лоб в лоб. Используйте линейки и цифровой датчик угла для измерения размещения и угол eyetracker и монитора. При необходимости введите эти цифры в программное обеспечение для отслеживания глаз.
ПРИМЕЧАНИЕ: Более высокий угол (например, глаз трекер ниже к земле и, следовательно, под углом выше) может нарушить отслеживание глаз из-за окклюзии глаз щеки и руки ребенка. Для достижения наилучшей практики в положении глаз трекер, обратитесь к конкретным глаз трекер модели руководящих принципов. Кроме того, большинство глаз трекер программного обеспечения может сохранить эту информацию для загрузки перед каждым сеансом. Однако, если есть возможность глаз трекер или монитор движется даже немного между экспериментальными сессиями, повторно собирать измерения перед каждой сессии для того, чтобы достичь наиболее точной калибровки. - Расположите отдельную веб-камеру, часто называемую пользователем или камерой сцены, над монитором стимула для записи полного лица участника во время эксперимента. Он обеспечивает живой канал во время эксперимента, и его запись хранится с необработанными данными взгляда.
- Настройка экспериментального программного обеспечения презентации, как правило, коммерчески доступны с глаз трекер, чтобы представить стимулы, записывать движения глаз, записывать пользователя или сцены камеры, отображать точки взгляда во время эксперимента, и, по желанию, выполнять данные взгляда Анализа.
ПРИМЕЧАНИЕ: Экспериментальное программное обеспечение общего назначения также может быть использовано, при условии, что оно содержит интеграции, позволяющие ему контролировать трекер глаз и записывать данные с него.
5. Процедура слежения за глазами
- Вход участников и фоновые показатели
- По прибытии объясните исследование, получите подписанное согласие в соответствии с правилами университетского IRB. Если младенец начеку, приступить к тестированию, и заполнить анкеты после эксперимента. Если по прибытии младенец не готов (например, младенец суетливый, спит или нуждается в корме), используйте это время для родителей, чтобы заполнить все анкеты семьи и языка.
- Попросите родителей заполнить любые анкеты по семейным и языковым вопросам. Сбор стандартной демографической и медицинской информации, а также информации о языке и технологической среде ребенка (например, количество языков, используемых в домашних условиях; воздействие видео, смартфонов, планшетов).
- Настройка
- Тусклый свет в экспериментальной комнате и убедитесь, что нет других очевидных визуальных отвлекателей в комнате. Используйте шторы, чтобы охладеть поле зрения младенца от всех отвлекателей в комнате (см. рисунок3). Убедитесь, что все фоновые приложения на компьютере, включая сканирование антивирусов и обновления программного обеспечения, не работают во время эксперимента.
- Предложите родителю сесть в кресло с младенцем, сидящим на коленях. Чтобы обеспечить большую стабильность, родитель может привязать ребенка в мягком сиденье руля, размещенное на коленях родителя.
ПРИМЕЧАНИЕ: Такие бустерные сиденья сохраняют близость к родителям, но также не позволяют младшим младенцам слишком сильно наклоняться назад или вперед (в результате потери данных) и пожилым младенцам от сканирования. - Согласно рекомендациям глазного трекера, убедитесь, что голова младенца расположена на оптимальном расстоянии от монитора и глаз трекера. Подтвердите, используя программное обеспечение для отслеживания глаз, что глаза младенца видны на глаз трекера. Если не видно, попросите родителей осторожно поколебать ребенка во всех направлениях, пока глаза не обнаружены и в пределах соответствующего расстояния.
- Предоставьте родителю окклюзионные очки, которые мешают ему или ей видеть экспериментальные стимулы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окклюзивные очки уменьшают возможность смещения ребенка к определенным стимулам или сторонам экрана, а также предотвращают непреднамеренное отслеживание глаз родителя, а не у ребенка.
- Калибровки
- Выполните процедуру калибровки в соответствии с инструкциями глаз трекера.
- При поддержке программного обеспечения для отслеживания глаз используйте пятиточечную процедуру калибровки, соответствующую четырем углам и центру монитора.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для калибровки на работу, младенцы должны смотреть на калибровочное изображение. Поэтому изображение должно быть очень интересным. Вращающийся тип анимации работает хорошо, так что "центр" изображения остается неподвижным, как вы хотите, чтобы глаза младенца, чтобы быть как можно более направлены к центру точки калибровки. - Во время калибровки, не указывая на изображение, или родитель прямое внимание к калибровочному изображению, потому что это может привлечь внимание младенцев от экрана и к лицу, указывая на него.
- Убедитесь, что калибровка является успешной, используя программное обеспечение для отслеживания глаз. Повторите калибровку, если это необходимо, особенно если родитель или младенец значительно перемещается (например, родитель встать) во время калибровки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Процесс калибровки зависит от того, что он является новым, интересным и кратким. Чем больше времени младенцы должны пройти калибровку, тем менее эффективным она может быть. - После калибровки подтверждается как успешный, немедленно начать эксперимент.
- Эксперимент
- Начните эксперимент с трехточечной проверки калибровки (см. рисунок2). Ручно контролируйте продолжительность каждой цели; когда младенец фиксируется на цели в одном слайде, немедленно переходите к следующей цели. Если взгляд глаза последовательно один градус или больше от центра каждой цели, прервать эксперимент и повторить калибровку.
- Продолжить эксперимент, начиная с внимания захвата до первого испытания (см. Рисунок 2). Ручные элементы управления, как долго отображается внимание-захватчик. Начните испытание, когда младенец зацикливается на привлекателе внимания. Если младенец не зацикливается на нем через несколько секунд, используйте скрипящих игрушек или мигающий свет, чтобы перенаправить внимание младенца на экран.
- После того, как все испытания были показаны, выполнить ту же трехточечную процедуру калибровки проверить еще раз для проверки на возможные изменения дрейфа сигнала или калибровки в ходе эксперимента. После проверки, конец эксперимента.
- Прекратите эксперимент, если младенец демонстрирует невосполнимую суетливость или если родитель просит остановиться.
- Wrap-Up
- Если они еще не завершены, заполните ли родители анкеты по семейным и языковым вопросам.
- Предоставлять компенсацию и, если он дает согласие, совместно предоставлять родителям дополнительные листовки/материалы для распространения между своими сверстниками для оказания помощи в приеме на работу.
6. Анализ данных
- Во-первых, оцените качество данных, напланируя диаграмму скорости или след положения взгляда с течением времени, чтобы проверить, являются ли данные шумными (периоды высоких пиков скорости) для каждого предмета. Высокая скорость изменения или систематические дрейфы в положении данных могут свидетельствовать о плохой калибровке или ошибках в сборе данных.
- Отфильтруй высокочастотную информацию из данных взгляда с помощью алгоритмов снижения шума или фильтров, таких как скользящая средняя. Эти алгоритмы также могут интерполировать короткие пробелы в данных, обычно вызванные мигает и движение головы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Использование общих пространственно-временных фильтров для классификации фиксаций и саккадов не рекомендуется, потому что эти алгоритмы основаны на поведении взрослых глаз и не обобщаются для поведения младенцев глаз. - Нарисуйте две области, представляющие интерес (AOIs), по одной для каждой стороны экрана. Убедитесь, что AOIs немного больше, чем сами визуальные элементы (например, 25 пикселей или 1o визуальный угол больше, все вокруг человека), чтобы учесть любые незначительные неточности калибровки или стандартной ошибки инструмента.
ПРИМЕЧАНИЕ: В то время как AOI статичен, он включает движущийся объект в видео, поэтому также убедитесь, что AOI должен быть больше, чем максимальные размеры движущегося объекта, пока он изменяется на протяжении всего видео. При желании и поддерживается программным обеспечением глаз трекер, вы можете использовать динамические движущихся AOIs вместо. - Поддерживайте зазор около 25 пикселей или больше между двумя AOIs, в центре экрана.
- Используя программное обеспечение глаз трекер или программы вторичного анализа, рассчитать общее время поиска для каждого AOI для каждого испытания путем суммирования всех точек взгляда, подпадающих под AOI и умножения этого количества на интервал выборки (например, при использовании 120 Гц глаз трекер, интервал отбора выборки составляет 8,33 мс).
- Если все еще используя программное обеспечение трекер глаз, экспортировать перспективных данных времени. Далее, рассчитать общее время поиска для каждого младенца, для каждого типа стимула, через полный экспериментальный запуск. Исключить всех младенцев, которые не предоставили достаточного количества данных взгляда (например, не менее 25% от максимально возможных данных).
ПРИМЕЧАНИЕ: В камне, и др.7, 24% всех детей испытания были исключены из-за плохой калибровки или недостаточного взгляда данных из-за суетливость, глядя в нее, окклюзия глаз во время записи, чрезмерное мигание, опущенные веки, ошибка инструмента, или ошибка экспериментатора. - Рассчитайте индекс предпочтений для каждого младенца. Во-первых, разделить общее время поиска для одного типа стимула по сравнению с другим.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг позволяет младенцам быть сразу сравненные с собой, независимо от того, дети менялись в как долго они смотрели на эксперимент в целом. - Нормализовать это значение с логарифмической трансформацией, что позволяет индексу предпочтений, который будет существенно интерпретироваться во всех младенцах, где индекс -1.0 и 1.0 представляют ту же величину, но в противоположных направлениях.
- Выполните соответствующее статистическое тестирование для сравнения общего времени поиска и поиска индексов предпочтений в группах участников. Сообщите о результатах статистического теста вместе с размерами эффекта и/или интервалами доверия.
ПРИМЕЧАНИЕ: В камне, и др.7, чтобы проверить на возрастную чувствительность к сонородии основе фонологических ограничений в языке жестов, независимый t-тест был выполнен для сравнения звучности глядя предпочтения индексы (журнал фактор ищет время для хорошо сформировавшихся предметов над плохо сформированными предметами) между младшими и старшими группами младенцев.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Образец в Stone, et al.7 состоял из 16 младших детей (средний возраст 5,6 и 0,6 месяца; диапазон 4,4-6,7 месяца; 8 женщин) и 13 старших детей (средний возраст 11,8 и 0,9 месяца; диапазон 10,6-12,8 месяца; 7 женщин). Ни один из этих младенцев не видел язык жестов раньше. Во-первых, мы оценили различия в общем времени поиска между возрастными группами, и не нашли существенной разницы (средства: 48,8 с против 36,7 с; т (27) 1,71; стр 0,10). Это исключает возможность посторонних возрастных объяснений (например, внимательность, поворот головы, мигает) для следующих результатов. В состоянии звучности младшие младенцы смотрели дольше на хорошо сформированные, чем плохо сформированные предметы (означает: 28,6 с против 20,2 с; парные т (15) 4,03, стр 0,001, Коэн-де-0,74). Для сравнения, пожилые младенцы показали небольшую разницу в поведении между двумя типами стимулов (средства: 18,1 с против 18,6 с; т (12) 0,29, стр 0,78). Младшие дети имели большие значения значений предпочтений сонородности, чем у детей старшего возраста(рисунок4; Средства: 0,15 против -0,03; t (27) - 3,35, р 0,002, коэна d - 0,74). Результаты показывают, что младшие дети, но не старшие дети, чувствительны к фонологическим ограничениям на языке жестов, несмотря на то, что они никогда ранее не подвергались воздействию языка жестов.
Мы также исследовали поведение в состоянии видеоориентации. Используя индексы ориентационных предпочтений в качестве зависимой переменной, мы запустили двусторонню ANOVA с фактором повторного измерения Sonority (хорошо сформированный против плохо сформированного) и между субъектами фактор Возраст (младший против старше). Был основной эффект возраста (F (F (1,27) 6,815, р 0,015, частичный h2 и 0,20), указывая, что молодые и пожилые дети имеют различные предпочтения просмотра для вертикально и перевернутый подписания стимулов (Рисунок 4). В частности, младшие младенцы дольше смотрели на вертикальное стимулы (Средние 0,11), в то время как более старые младенцы смотрели дольше на перевернутые стимулы (Средний -0.12). Не было никакого основного эффекта Sonority (F(1, 27) 2.04, р 0.165, частичного h2 и 0.07) о том, что звучность не влияет на значения индекса вертикального предпочтения. Не было найдено взаимодействия Sonority x Age Group F (1,27) и 0,12, р 0,73, частичное h2 и 0,004). В то время как старшие младенцы не смогли показать предпочтение в состоянии звучности, они смогли однако показать предпочтение в состоянии видеоориентации. Таким образом, мы интерпретировали нулевой результат со старшими младенцами в состоянии соноритии, которые возникли из истинной нечувствительности к этим фонологическим сигналам в подписанном языке.
Рисунок 1 . Условия ориентации на видеоий. Слева показаны две различные последовательности написания пальцев (хорошо сформированные против плохо сформированных). Справа отображается та же последовательность написания пальцев, но одна из них вертикальна, а другая перевернута (перевернутая вертикально и горизонтально). Изображение, ранее опубликованное в Stone et al.7 (см. https://www.tandfonline.com). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2 . Проверка калибровки и процедура презентации стимула. Последовательность проверки трехточечной калибровки показывает цель в верхнем левом углу, центре экрана и нижнем правом углу; когда младенец фиксируется на цели, экспериментатор переходит к следующим слайдам. Проверка калибровки проводится до и после того, как все раздражители показаны. Презентация стимула показывает внимание-захватчик (щенок), продолжительность которого контролируется экспериментатором. Когда младенец фиксирует на щенке, эксперимент начинает видео стимула 10 s. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3 . Установка лаборатории слежения за глазами. Родитель и младенец сидят на регулируемом-высотном белом стуле к левой стороне, пока исследователя сидят на праве. Существует белый занавес, разделяющий участника и исследователя областях, а также дополнительные белые шторы и доски окторное все оборудование, за исключением глаз трекер и монитор. Младенец может сидеть на голубом сиденье бустера, которое затем помещается на коленях родителей, или младенец может сидеть прямо на коленях родителей. Все игрушки и визуальные отвлекающие, такие как желтая игрушка птиц, показанная на фотографии, удаляются из зоны участника до начала эксперимента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4 . Представитель ныестые сводные диаграммы поиска данных индекса предпочтений. Левая диаграмма демонстрирует существенную разницу между показателями предпочтений сноуорности двух возрастных групп, где младшие дети отдают предпочтение хорошо сформированной орфографии, в то время как старшие дети этого не делают. На правой диаграмме показано графическое представление анализа в стиле 2 x 2 ANOVA по индексам предпочтений ориентации. Пожалуйста, см. Шаг 6: Анализ данных для получения инструкций по расчету индексов предпочтений. Обе возрастные группы продемонстрировали перспективных предпочтений для вертикально или перевернутый стимулы. Бары ошибок указывают на стандартную ошибку среднего значения. Изображение изменено из Камня и др.7 (см. https://www.tandfonline.com). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Мы использовали преференциальную парадигму, чтобы обнаружить доказательства того, что младенцы могут быть чувствительны к определенному визуальному сигналу в языковом сигнале, несмотря на отсутствие предварительного опыта работы с подписанным языком. Кроме того, эта чувствительность наблюдалась только у младших, а не у детей старшего возраста, что является проявлением классической функции сужения восприятия. Доказательства возрастного предпочтения хорошо сформированных слогов на основе ограничений звучности позволили нам далее предположить, что звучность может быть важным сигналом для изучения языка младенца7. Стимулы были тщательно разработаны, чтобы предложить два контрастных языковых сигналов, которые отличались одним тонким способом, а второе условие позволило лучше интерпретировать любые возможные нулевые результаты. Младенцы были свободны смотреть на любой из наших стимулов в простой, приятной обстановке лаборатории, не требуя инструкций или демонстрации понимания языка. Это исследование также установило важный базовый упор, с которым противопоставить другие группы младенцев, таких как знак-экспонированных младенцев с глухими подписания родителей. Изучение подверженных знакам младенцев (глухих и слуховых лучей), в то время как трудно набирать, будет производить новую информацию о роли раннего сенсорного и языкового опыта в формировании чувствительности младенцев к визуальным лингвистическим сигналам. Оценка чувствительности глухих младенцев к сигналам в визуальном языке, в частности, будет важно, поскольку это население, которое часто страдает от языковой депривации в раннем детстве28,29. Мы прогнозируем, что пожилые младенцы, подвергающиеся воздействию знаков, как глухие, так и слуховые, не покажут снижение чувствительности, которое наблюдалось у пожилых детей, не подвергающихся воздействию знаков.
Есть несколько важных моментов, которые следует рассмотреть с нынешней парадигмой. Использование отслеживания глаз зависит от предположения, что существует прямая связь между тем, что дети могут видеть (острота зрения) и где младенцы предпочитают смотреть на (визуальные предпочтения). Естественно, скрытые сдвиги внимания могут произойти также в виде саккад, но не были проанализированы здесь. Тем не менее, центральная область фовеального региона, обеспечивающая высокую остроту и ясность, крайне мала (примерно 2o). Поскольку острота за пределами этого региона очень бедна, если наблюдателю необходимо четко видеть мелкие детали, ему нужно перенаправить взгляд и нагнетать на него. Другой вопрос, который следует знать, заключается в том, что общее время поиска (т.е. время пребывания) является грубой мерой, и не всегда точно коррелирует с вниманием, преднамеренное или непреднамеренное. Снижение времени фиксации не обязательно означает меньше внимания или фокуса; это также может указывать на разъединение или усталость. Ключевым преимуществом данных глазного взгляда является то, что они могут быть проанализированы по-разному. В то время как мы сосредоточились на времени фиксации (т.е. время пребывания), саккады и сканирующие шаблоны (т.е. сканирующие пути) также могут быть получены из идентичного исходного набора данных, чтобы узнать, как младенцы модулируют свое внимание среди различных стимулов30,31. Пространственные и временные подходы к анализу данных являются полезными и многочисленными, и данные о зрачковах также могут быть проанализированы, чтобы дать больше информации о поведении взгляда младенцев и сделать выводы о том, как они воспринимают и организуют свой мир2, 32.
При разработке новых исследований по отслеживанию глаз необходимо тщательно рассмотреть условия тестирования и индивидуальные характеристики участников, а также влияние на приобретение данных и качество. Уровни освещения и даже тонкие изменения в положении монитора стимулов или глаз трекера во время записи сессии может повлиять на калибровку и отслеживаемость. Такие факторы, как возраст и этническая принадлежность, также могут влиять на качество данных. Мы призываем лаборатории с глаз трекеров для тестирования и документирования этих ограничений в лабораторных условиях и с разнообразным выборкой участников в разном возрасте, до проведения эмпирических исследований. Для обнаружения и избежания дрейфа сигнала, который представляет собой накопление ошибок измерения в ходе получения данных, мы рекомендуем переизмерить позиции и углы глаз трекера и монитора стимулов перед каждой сессией, и, как описано ранее, с помощью проверки калибровки до и после сеанса. Это особенно важно, если исследователи хотят собрать точные взгляд сдвиг / саккадные модели и сканпаты. Одним из преимуществ предпочтительной парадигмы является то, что она терпима к незначительным ошибкам калибровки из-за своей зависимости от более грубых различий в гемифилде.
Настоящее исследование демонстрирует четкую ценность технологии отслеживания глаз и преференциальных парадигм с младенцами. Эта парадигма является гибкой и может быть расширена для охвата широкого круга вопросов исследований. Наиболее распространенным приложением в настоящее время является изучение развития дискриминации лица33,34,35, но она может быть применена для изучения аудиовизуальных или визуальных языковых чувствительности и квалификации, социальные сигналы, эмоциональная валентность, и даже понимание. Кроме того, он идеально подходит для исследований с участием младенцев в разном возрасте (например, продольных или поперечных), так как каждый сеанс сбора данных является коротким и простым, и парадигма хорошо работает как для младших, так и для детей старшего возраста.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Сбор данных для исследования был проведен в UCSD Mind, Experience, и восприятие лаборатории (UCSD MEP Lab) в Университете Калифорнии, Сан-Диего. Финансирование было предоставлено NIH R01EY024623 (Босворт и Добкинс) и NSF SBE-1041725 (Петитто и Аллен; субваде в Босворт). Мы благодарны студенческой исследовательской группе MEPLab, а также младенцам и семьям в Сан-Диего, Штат Калифорния, которые приняли участие в этом исследовании.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Eye Tracker | Tobii | Model X120 | |
| Experiment Presentation & Gaze Analysis Software | Tobii | Tobii Studio Pro | |
| Experimenter Monitor | Dell | Dell Professional P2210 22" Wide Monitor | |
| Stimulus Monitor | Dell | Generic 17" Monitor | |
| CPU | Dell | Dell Precision T5500 Advanced with 2.13 Ghz Quad Core Intel Xeon Processor and 4 GB DDR3 Memory) with 250 GB SSD hard disk and standard video output cards. | |
| Webcamera | Logitech | Logitech C150 HD Cam | |
| Video Capture Card | Osprey | Osprey 230 Video Capture Card (to capture stimulus that is output to Stimulus Monitor) |
References
- Aslin, R. N., McMurray, B. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: Methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).
- Gredebäck, G., Eriksson, M., Schmitow, C., Laeng, B., Stenberg, G. Individual differences in face processing: Infants’ scanning patterns and pupil dilations are influenced by the distribution of parental leave. Infancy. 17 (1), 79-101 (2012).
- Gredebäck, G., von Hofsten, C. Infants' evolving representations of object motion during occlusion: A longitudinal study of 6-to 12-month-old infants. Infancy. 6 (2), 165-184 (2004).
- Byers-Heinlein, K., Werker, J. F. Monolingual, bilingual, trilingual: infants' language experience influences the development of a word-learning heuristic. Developmental Science. 12 (5), 815-823 (2009).
- Jusczyk, P. W., Bertoncini, J. Viewing the development of speech perception as an innately guided learning process. Language and Speech. 31 (3), 217-238 (1988).
- Krentz, U. C., Corina, D. P. Preference for language in early infancy: the human language bias is not speech specific. Developmental Science. 11 (1), 1-9 (2008).
- Stone, A., Petitto, L. A., Bosworth, R. Visual sonority modulates infants' attraction to sign language. Language Learning and Development. 14 (2), 130-148 (2017).
- Brentari, D. A Prosodic Model of Sign Language Phonology. , MIT Press. Cambridge, MA. (1998).
- Jantunen, T., Takkinen, R. Syllable structure in sign language phonology. Sign Languages. Brentari, D. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. 312-331 (2010).
- MacNeilage, P. F., Krones, R., Hanson, R. Closed-loop control of the initiation of jaw movement for speech. The Journal of the Acoustical Society of America. 47 (1), 104 (1970).
- Ohala, J. J. The phonetics and phonology of aspects of assimilation. Papers in Laboratory Phonology. 1, 258-275 (1990).
- Perlmutter, D. M. Sonority and syllable structure in American Sign Language. Linguistic Inquiry. 23 (3), 407-442 (1992).
- Sandler, W. A sonority cycle in American Sign Language. Phonology. 10 (02), 243-279 (1993).
- Berent, I. The Phonological Mind. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2013).
- Gómez, D. M., Berent, I., Benavides-Varela, S., Bion, R. A., Cattarossi, L., Nespor, M., Mehler, J.
- Baker, S. A., Golinkoff, R. M., Petitto, L. A. New insights into old puzzles from infants' categorical discrimination of soundless phonetic units. Language Learning and Development. 2 (3), 147-162 (2006).
- Werker, J. F., Tees, R. C. Cross-language speech perception: Evidence for perceptual reorganization during the first year of life. Infant Behavior and Development. 7 (1), 49-63 (1984).
- Kuhl, P. K., Stevens, E., Hayashi, A., Deguchi, T., Kiritani, S., Iverson, P. Infants show a facilitation effect for native language phonetic perception between 6 and 12 months. Developmental Science. 9 (2), 13-21 (2006).
- Petitto, L. A., Berens, M. S., Kovelman, I., Dubins, M. H., Jasinska, K., Shalinsky, M. The "perceptual wedge hypothesis" as the basis for bilingual babies' phonetic processing advantage: New insights from fNIRS brain imaging. Brain and Language. 121 (2), 130-143 (2012).
- Colombo, J., Mitchell, D. W.
- Gredebäck, G., Johnson, S., von Hofsten, C.
- Duchowski, A. T. Eye tracking Methodology: Theory and practice. , Springer-Verlag Inc. New York, NY. (2007).
- Feng, G. Eye tracking: A brief guide for developmental researchers. Journal of Cognition and Development. 12, 1-11 (2011).
- Holmqvist, K., Nyström, M., Mulvey, F. Eye tracker data quality: what it is and how to measure it. Proceedings of the symposium on eye tracking research and applications. , March 45-52 (2012).
- Morgante, J. D., Zolfaghari, R., Johnson, S. P. A critical test of temporal and spatial accuracy of the Tobii T60XL eye tracker. Infancy. 17 (1), 9-32 (2012).
- Oakes, L. M. Advances in eye tracking in infancy research. Infancy. 17 (1), 1-8 (2012).
- Wass, S. V., Smith, T. J., Johnson, M. H. Parsing eye-tracking data of variable quality to provide accurate fixation duration estimates in infants and adults. Behavior Research Methods. 45 (1), 229-250 (2013).
- Hall, W. What you don’t know can hurt you: The risk of language deprivation by impairing sign language development in deaf children. Maternal and Child Health Journal. 21 (5), 961-965 (2017).
- Petitto, L. A., Langdon, C., Stone, A., Andriola, D., Kartheiser, G., Cochran, C. Visual sign phonology: Insights into human reading and language from a natural soundless phonology. WIREs Cognitive Science. 7 (6), 366-381 (2016).
- Johnson, M. H., Posner, M. I., Rothbart, M. K. Facilitation of saccades toward a covertly attended location in early infancy. Psychological Science. 5 (2), 90-93 (1994).
- Norton, D., Stark, L. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).
- Sirois, S., Jackson, I. R. Pupil dilation and object permanence in infants. Infancy. 17 (1), 61-78 (2012).
- Quinn, P. C., Uttley, L., Lee, K., Gibson, A., Smith, M., Slater, A. M., Pascalis, O. Infant preference for female faces occurs for same-but not other-race faces. Journal of Neuropsychology. 2 (1), 15-26 (2008).
- Rhodes, G., Geddes, K., Jeffery, L., Dziurawiec, S., Clark, A. Are average and symmetric faces attractive to infants? Discrimination and looking preferences. Perception. 31 (3), 315-321 (2002).
- Watanabe, K., Matsuda, T., Nishioka, T., Namatame, M. Eye gaze during observation of static faces in deaf people. PloS One. 6 (2), 16919 (2011).
