Exploring spädbarns känslighet för visuellt språk med hjälp av ögonspårning och preferens utseende paradigm

Summary

Eye tracking studier med en preferens ser paradigm kan användas för att studera spädbarns framväxande förståelse för, och uppmärksamhet på, deras externa visuella världen.

Abstract

Vi diskuterar användningen av preferens utseende paradigm i ögat tracking studier för att studera hur spädbarn utveckla, förstå och sköta världen omkring dem. Eye tracking är ett säkert och icke-invasiv sätt att samla blicken data från spädbarn, och den preferens ser paradigm är enkel att designa och endast kräver barnet att närvara vid skärmen. Genom att samtidigt visa två visuella stimuli som skiljer sig i en dimension, kan vi bedöma om spädbarn visar olika utseende beteende för antingen stimulans, vilket visar känslighet för denna skillnad. Utmaningarna i sådana experimentella metoder är att experiment måste hållas korta (inte mer än 10 min) och noggrant kontrolleras så att de två stimuli skiljer sig åt på bara ett sätt. Tolkningen av null-resultat måste också övervägas noggrant. I detta dokument illustrerar vi ett framgångsrikt exempel på en spädbarns öga tracking studie med ett preferens utseende paradigm för att upptäcka att 6-månaders-åringar är känsliga för språkliga signaler i ett undertecknat språk trots att ingen tidigare exponering för undertecknat språk, tyder på att spädbarn besitter inneboende eller medfödda känslighet för dessa signaler.

Introduction

Det viktigaste målet för utvecklings vetenskapen är att studera uppkomsten av kognitiva funktioner, språk och social kognition hos spädbarn och barn. Ögonrörelser moduleras av deltagarnas avsikter, förståelse, kunskap, intresse och uppmärksamhet till omvärlden. Samla in ögonmuskelförlamningar svar hos spädbarn medan de orienterar sig till och skanna visuella statiska eller dynamiska bilder kan ge information om spädbarns framväxande förståelse för, och uppmärksamhet på, deras externa visuella världar och språk ingången de får.

Medan Eye spårningsteknik har funnits i mer än hundra år, det har bara nyligen avancerade i effektivitet och användbarhet, tillåter det att användas för att studera spädbarn. Under det senaste decenniet har Eye tracking avslöjat mycket om den mentala världen av spädbarn. Till exempel, vi vet nu mycket om korttidsminne, objekt ocklusion, och väntan på kommande händelser i 6-månaders-åringar från blicken beteende^1,2,3. Ögonspårning kan också användas för att studera spädbarns språkinlärning⁴. Generellt, spädbarn språkinlärning beror på förmågan att diskriminera sensoriska ledtrådar som finns i miljön och för att identifiera de ledtrådar som är mest framträdande för språk överföring^5,6. Utvecklingsforskare försöker bättre förstå vad dessa sensoriska signaler är, varför de lockar spädbarns uppmärksamhet, och hur uppmärksamhet på dessa signaler byggnadsställning språkinlärning hos spädbarn. Den nuvarande papper presenterar ett öga tracking protokoll och en preferens ser paradigm som kan användas tillsammans för att studera spädbarns känslighet för sådana signaler i talade eller signerade språk.

I Stone, et al.⁷, ögonspårning användes med en preferens ser paradigm för att testa om tecken naiva spädbarn besatt en känslighet för en uppsättning fonologiska kontraster i undertecknat språk. Dessa kontraster skiljde sig från sonority (dvs perceptuella salience), en strukturell språklig egenskap som finns i både talade och signerade språk^{7,8,9,10,11, 12,13}. Sonority tros vara viktigt för fonologiska restriktioner i stavelse formation i talade och signerade språk så att stavelser som lyder sonority-baserade restriktioner anses vara mer "välformade." Spädbarn, när du lyssnar på tal, har observerats för att Visa beteendemässiga preferenser för välformade stavelser över illa bildade stavelser över flera språk, och även på språk som de aldrig hade hört före^14,15. Vi en hypotes om att spädbarn också skulle visa liknande preferenser för välformade stavelser på signerat språk, även om de inte hade någon tidigare erfarenhet av undertecknat språk.

Vi ytterligare hypotesen att denna preferens-eller känslighet-skulle vara föremål för perceptuella förträngning. Detta är det språk som förvärvet fenomen där, som barnet närmar sig sin första födelsedag, spädbarnets tidiga, universell känslighet för många språkfunktioner dämpar ner till endast de funktioner inom språket (s) barnet har utsatts för^{16 ,17}. Vi rekryterade yngre (sex-månaders-åringar) och äldre (tolv månaders ålder) spädbarn, välja dessa åldrar eftersom de är på motsatta ändar av perceptuell förträngning funktion för känslighet för nya fonetiska kontraster^{17,18, 19}. Vi förutspådde att yngre spädbarn skulle visa en preferens för välformade stavelser i undertecknat språk, men att äldre spädbarn inte skulle. Spädbarnen såg videor som bestod av välformade och illa formade fingerspelling, utvalda av två anledningar.  För det första är stavelser i flytande fingerspelling teoretiserade att lyda sonority-baserade fonologiska restriktioner⁸, vilket ger en möjlighet att producera experimentella kontraster som direkt testar om spädbarn är känsliga för sonority-baserade signaler i början Språkinlärning. För det andra valde vi fingerspelling istället för fulla tecken på kroppen och ansiktet eftersom fingerspelling tillät oss att mer rigoröst kontrollera möjliga perceptuella blandar ihop inklusive hastighet och storlek på handrörelser, jämfört med full tecken som varierar kraftigt i undertecknande rymd-och rörelsehastighet. Vår studie används videor som visar bara händerna, men detta paradigm är generaliserbart till videor som visar undertecknare och talare huvuden eller hela organ, eller ens visar djur eller döda föremål, beroende på den vetenskapliga frågan och kontraster studeras.

Värdet med en preferens ser preferens paradigm för att mäta känslighet för språk eller sensoriska kontraster är i sin relativa enkelhet och enkel kontroll. I sådana paradigm, spädbarn presenteras med två stimuli sida vid sida som skiljer sig med endast en dimension eller en funktion som är relevant för forskningsfrågan. Spädbarn ges möjligheter att foveate på antingen stimulans. Totalt ser gånger mot varje stimulans registreras och analyseras. En betydande skillnad i att se beteende för de två stimuli indikerar att barnet kan vara kapabel att uppfatta den dimension med vilken de två stimuli skiljer sig. Eftersom båda stimuli visas samtidigt och på samma varaktighet, det övergripande experimentet är väl kontrollerad för egenheter av barnets beteende (ouppmärksamhet, söker någon annanstans, fussiness, gråta). Det är i jämförelse med andra paradigm där stimuli visas sekventiellt, i vilket fall, spädbarn kan spontant Visa olika mängder uppmärksamhet mot olika stimuli av skäl som inte har samband med stimuli (t. ex., känsligare under en period där det var fler prövningar av stimuli A än stimuli B). Också, instruktioner och förståelse av stimuli krävs inte; spädbarn behöver bara titta på det. Sist, detta paradigm kräver inte aktivt övervakning spädbarn beteende för kriterium för att ändra stimuli presentationen, som är vanligt i spädbarns-kontrollerade tillvänjning paradigm^16,20. Den letar preferens paradigm är också lämplig för att testa hypoteser om att se preferenser snarare än skillnader. Med andra ord, bortsett från spädbarn att kunna diskriminera mellan stimuli A och stimuli B, forskare kan också testa för vilka stimuli framkallade ökat eller minskat utseende beteende, som kan vara informativ om spädbarn ' begynnande fördomar och framväxande kognition.

Mer allmänt är fördelarna med modern, icke-invasiv eyetrackingsystem-teknik många. Ögonspårning förlitar sig på mätning nära infrarött ljus som avges från enheten och reflekteras från deltagarens ögon^1,21. Detta infraröda ljus är osynlig, omärklig, och helt säker. Experiment med ögonspårning kräver inga instruktioner och är endast beroende av passiv visning. Nuvarande modeller genererar en kopiösa mängd blicken data på kort tid med en enkel installation. Spädbarn kan sitta på föräldrarnas knä och, enligt vår erfarenhet, de ofta njuta av experimentet. De flesta moderna fjärrkontrollen öga trackers kräver inte huvudstöd eller föremål placeras på barnet, och är robusta för att huvudet rörelser, återhämta sig snabbt efter blinkande, gråt, flyttar utanför intervallet, eller tittar bort. Om så önskas kan Saccade-mönster, Head positionsdata och Pupillometri spelas in förutom ögon positionsdata.

Utmaningarna i att bedriva spädbarns ögonspårning forskning är verkliga, men inte oöverstigliga. Ögon spårningsdata kan vara bullriga på grund av spädbarns rörelse, ouppmärksamhet, fussiness, och sömnighet. Experiment måste utformas så att de kan fyllas i ca 10 min eller mindre-vilket kan vara en fördel i att Lab besök är snabba, men också en nackdel om du behöver få mer data eller har flera experimentella förhållanden. En annan viktig varning är att ett nollfynd inte innebär att spädbarn är icke-känsliga för experimentell manipulation. Om spädbarn inte uppvisar någon signifikant skillnad mellan stimuli A och stimuli B kan detta fynd betyda antingen (1) en okänslighet för skillnaden mellan A och B, eller (2) ett misslyckande att framkalla beteendemässiga preferenser. Till exempel, kanske barnet var lika fascinerad av A och B, även om barnet var känsligt för skillnaden mellan dem. Detta problem kan åtgärdas genom tillsats av ett andra villkor, helst med samma (eller mycket liknande) stimuli men testning längs en annan dimension som det är känt att spädbarn uppvisar beteendemässiga preferenser. Om spädbarn inte uppvisar en preferens i det första villkoret, men gör det i den andra, då kan det tolkas att spädbarnen är kapabla att demonstrera letar preferenser för stimuli, vilket kan bidra till att klargöra tolkningen av eventuella null resultat. Slutligen är det viktigt att exakt kalibrera Eye Tracker. Kalibrering måste vara korrekt, med både låga rumsliga och temporala fel, så att ögat blicken data kan exakt kartläggas på de experimentella stimuli. Med andra ord, "din studie är bara så bra som din kalibrering." Kalibrerings kontroller före och efter stimuli presentationen kan ge ett extra mått på förtroende. Detaljerade och utmärkta recensioner om kalibrering av ögonspårning med spädbarn har publicerats på andra ställen^{1,21,22,23,24,25, 26,27}.

Protocol

Följande förfarande, som involverar mänskliga deltagare, godkändes av Human Research skydd program vid University of California, San Diego.

1. screening och förberedelse av deltagare

1. Rekrytera spädbarn i det definierade åldersintervallet (t. ex. 5 till 14 månader gamla). Använd flera metoder, inklusive sociala medier, flygblad, vanlig post. Överväg att göra avtal med lokala sjukhus eller statliga kontor för att hämta register över nyfödda, deras föräldrar och deras postadresser, vilket gör det möjligt att nå ut direkt till dem via vanlig post.
2. Skärmen spädbarn när intresserade föräldrar kallar labbet för schemaläggning. Se till att spädbarn är fria från eventuella komplikationer under graviditet eller förlossning, av eventuella neurologiska sjukdomar, och har normal hörsel och syn.
   Notera: i vårt experiment⁷, eftersom vi var intresserade av begynnande känslighet för teckenspråk, såg vi till att våra deltagande spädbarn inte hade sett något teckenspråk i hemmet och inte hade visats några barn skylt instruktionsfilmer (baserat på överordnade rapporter). För att ytterligare minska den oavsiktliga variationen i språk upplevelserna rekryterade vi även spädbarn som bara hade utsatts för engelska hemma.
3. Schemalägg testning snart efter spädbarnets regelbundna utfodring eller tupp gånger för att säkerställa minimal fussiness. Informera föräldrarna om att det finns privata utfodrings-och/eller tupp-utrymmen tillgängliga i laboratoriet. Kompensera föräldrar för deltagande via betalning eller Gifting ett laboratorium t-shirt, onesie, eller en liten leksak.

2. looking preferens paradigm och experimentell design

1. Använd ett utseende preferens paradigm med ett tillstånd där två olika video stimuli visas samtidigt, vardera på ena halvan av skärmen. Se till att båda stimuli varierar längs exakt en dimension eller funktion och är i övrigt identiska för alla andra visuella element.
   Anmärkning: i vårt protokoll fokuserade vi på spädbarns känslighet för sonority-baserade fonologiska signaler på teckenspråk⁷, men detta protokoll är lätt generaliserat till andra spädbarn eyetrackingsystem studier med visuella stimuli. Vår huvudsakliga upprepade försöks tillstånd var den sonority villkoret (se figur 1). Detta villkor innehöll två olika lexikaliserade fingerspelling sekvenser, en "välformade" (dvs., det lydde sonority-baserade fonologiska restriktioner) och den andra "illa bildade."
2. Designa en andra "kontroll" villkor med två video stimuli som förväntas framkalla söker preferenser hos spädbarn. Återigen, se till att båda stimuli skiljer sig längs exakt en dimension eller funktion, och styrs för alla andra visuella element.
   Anmärkning: i vårt protokoll⁷, detta andra villkor var "video orientering" skick. Detta villkor innehöll två videor, båda visar samma fingerspelling sekvens som används för sonority skick, men en sida var vänt vertikalt och horisontellt (se figur 1). Utformningen av "kontroll" villkoret beror på forskningsfrågan, och det kan vara antingen en icke-Språkkontroll som att kontrastera språk villkoret, eller ett bekräftande tillstånd där spädbarn förväntas visa en preferens.

3. stimuli konstruktion

1. Definiera språk objekt baserat på den specifika experimentella frågan. Sikta på objekt som är korta i varaktighet (typiskt 4-10 s), eftersom medan spädbarn i allmänhet tolererar mellan 6 till 10 min av experiment, det måste också finnas tillräckliga prövningar och repetitioner.
   Anmärkning: vårt protokoll⁷ används 4 fingerspelling sekvenser med välformade och dåligt bildade varianter (åtta sekvenser totalt) i 32 randomiserade tio-sekunders prövningar, 16 sonority villkor prövningar och 16 video orientering villkor prövningar. Den totala längden, inte räkna kalibrering (mindre än 1 min) eller Attention-Grabber segment (ca 3-5 s vardera), var 5,3 min.
2. Definiera randomiserings schema. Slumpmässigt blanda villkoren och randomize lines språk objekt som visas på skärmens vänster och höger sida så att det finns lika många, till exempel, en kontra B objekt och B kontra A objekt.
3. Definiera motbalanseringsschemat. Konstruera två olika randomiserade experimentella sekvenser, eller körningar, och tilldela lika många deltagare till varje experimentell sekvens, kontrollera för ålder, kön, och andra faktorer av intresse.
4. Om du skapar videor med människor i dem, använda en väl etablerad fotografering/Filmning Studio med den person som står framför en blå eller grön Chromakey bakgrund.
   Notera: i vårt protokoll⁷fokuserade vi på fingerspelling-sekvenser, så vi använde inte ansikten eller kroppar i våra videor. Detta protokoll är dock skrivet förutsatt att du kan välja att Visa personer i vyn hel-eller enbart huvud.
5. Positionera belysningen jämnt över alla delar av bilden, utan starka skuggor på vare sig personen eller bakgrunden.
6. Använd en HD-videokamera placerad på ett stativ och upphöjt till höjden på personens nacke. Stäng av autofokus om du vill förhindra fokus ändringar under inspelningen. Använd tejp för att markera var personens fötter ska placeras under inspelningen och minimera alla promenader runt under filmningssessionen.
7. Välj en ursprunglig användare av språket som undersöks och som kan återge språk objekt naturligt och utan ansträngning. Kläder bör kontrasterande med hudtonen och inte innehålla några färger som liknar Chromakey bakgrund. Ta bort alla smycken eller utsmyckningar. Alla lösa hår bör kammade eller bunden.
   Obs: innan du testar spädbarn, det rekommenderas att genomföra en följeslagare "bekräftande" experiment för att kontrollera att stimuli och experimentella villkor accepteras av modersmål användare.
8. Be personen att naturligt återge varje språk objekt några gånger medan kameran spelar in alla reproduktioner i ett enda videoklipp. Eftersom dessa videoklipp kan spelas upp i loopar, se till att början och slutet av videoklippet både visar personen i samma kroppsposition för en sömlös övergång mellan slingor.
9. Efter inspelningen importerar du videorna i ett videoredigeringsprogram. Välj bästa reproduktion för varje språk objekt och trimma klippen till dessa objekt. Infoga lika många inledande och avslutande bildrutor runt varje språk objekt. Om det behövs kan du använda omformningsverktyg för att förstora eller centrera personens bild, men tillämpa dem jämnt över alla stimuli.
10. Använd hög kontrast stimuli när det är möjligt. Använd videoredigerings programmets Chromakey funktion för att ändra bakgrunden till vitt för att maximera hornhinnan reflektion, vilket möjliggör de bästa förutsättningarna för att fånga blicken data.
11. Om looping stimuli, se till att längden på slingorna är lika för två par av video stimuli visas tillsammans (dvs, längderna på de språk objekt på båda sidor måste vara densamma). För att uppnå detta, justera videohastigheten för varje språk objekt något.
    Notera: Tänk på att spädbarn behöver långsammare presentation för att effektivt bearbeta rörliga stimuli. Alla justeringar måste vara subtila och inte påtagligt förändra eller förvränga språkobjektet. I vårt protokoll⁷bromsades hastigheten på stimuli med 50%, och vi bekräftade att denna manipulation inte märktes av vuxna observatörer.
12. Placera par av språk objekt sida vid sida i ett sammansatt klipp. Kom ihåg att dessa par kommer att ha redan haft sina video längder utjämnade i föregående steg. Se till att positionen för varje språk post är identisk för båda sidor (t. ex. är det vänstra objektet inte högre, lägre, större eller off-Center jämfört med rätt objekt) och att båda objekten börjar och slutar samtidigt.
13. Som med stimuli design, kontroll lågnivå visuella funktioner i videoklippen som luminans och färg så att de är desamma på båda sidor av skärmen.
14. Använd loopbeteende genom att duplicera komposit klippet i videons tidslinje. För att minimera ryckig mellan slingor, delta i eventuella skillnader i Start-och ramarna i slingan. Om det behövs kan du använda en kort videoövergång för att ge en jämnare övergång mellan loopar.
15. Exportera de redigerade videoklippen i ett format som lämpar sig för ögon spårningsprogrammet och med högsta möjliga upplösning.
16. Använd experimentell presentationsprogram, vanligtvis förpackad med Eye Tracker, för att programmera och presentera stimuli och för att randomisera stimuli ordning. General-Purpose experiment presentationsprogram kan också användas, förutsatt att de kan styra Eye Tracker och registrera data från den.
17. Infoga Attention-Grabber bilder före varje rättegång för att underhålla och omdirigera spädbarns uppmärksamhet till mitten av skärmen omedelbart innan rättegången börjar (se figur 2).
    ANMÄRKNINGAR: exempel är statiska eller animerade valpar, kattungar, leksaker, leende ansikten, eller tecknade figurer, så länge de är mycket innteresting och av samma storlek. Även om animeringar kan vara mer effektiva är de minnesintensiva och vi upptäckte att statiska bilder fungerade lika bra. Dessa bilder bör vara små (ca 2 till 5 grader) och centralt placerad på bildskärmen, så att barnet tittar i mitten av monitorn innan varje rättegång startar.
18. I början och slutet av den experimentella sekvensen infogar du en trepunkts kalibrerings kontroll som består av tre bilder, var och en med ett mål som visas i det övre vänstra hörnet, skärm Center och nedre högra hörnet (se figur 2).

4. utrustning för eyetracking

1. Använd en fjärrkontroll Eye Tracker som inte kräver några begränsningar eller apparater för att säkra positionen av huvudet och kan en samplingsfrekvens på minst 50 Hz.
   Obs: Remote Eye trackers innehåller omärklig, infraröd lysdioder (LED) som avger ljus på observatörens ögon. Den inbyggda infraröda kameran upptäcker positionerna för eleverna och hornhinnan reflektioner och tillämpar algoritmer för att beräkna observatörens fixering punkt på bildskärmen som tredimensionella (x, y, z) koordinater. Koordinaterna är i genomsnitt över båda ögonen för att producera ett enda binokulärt värde. Vanligtvis endast (x, y) koordinater analyseras, som z, avstånd från bildskärmen, är inte relevant.
2. Använd en datorskärm 15 "eller högre, med en upplösning på minst 1024 x 728 pixlar, för att Visa experimentella stimuli.
3. Placera Eye Tracker direkt under stimuli Monitor och i en låg vinkel mot barnets ansikte som direkt Head-on som möjligt. Använd Linjaler och en digital Vinkelmätare för att mäta placeringen och vinkeln på eyetracker och monitorn. Om det behövs anger du dessa nummer i eyetrackingsystem-programvaran.
   Obs: en högre vinkel (t. ex. att ögat tracker är lägre till marken och därför vinklad högre) kan störa ögat spårning på grund av ocklusion av ögonen av barnets kinder och händer. För bästa praxis i Eye Tracker position, konsultera den specifika Eye Tracker modellens riktlinjer. Dessutom, mest öga spår mjukvaran kanna rädda den här informationen till vara lastat framför var session. Men om det finns möjlighet för ögat tracker eller monitorn rör sig även något i mellan experimentella sessioner, återsamla mätningar före varje session för att uppnå den mest exakta kalibreringen.
4. Placera en separat webbkamera, som ofta kallas en användar-eller scen kamera, ovanför stimulus Monitor för att spela in deltagarens fulla ansikte under experimentet. Det ger en live-feed under experimentet och dess inspelning lagras med rå blicken data.
5. Ställ in den experimentella presentationsprogram varan, vanligtvis kommersiellt tillgänglig med Eye Tracker, för att presentera stimuli, registrera ögonrörelser, registrera användaren eller scen kameran, Visa blickpunkter under experimentet, och, valfritt, utföra blick data Analys.
   Anmärkning: ett allmänt experimentellt presentationsprogram kan också användas, förutsatt att det innehåller integrationer som gör det möjligt att styra Eye Tracker och registrera data från den.

5. eyetracking-förfarande

1. Deltagar post & bakgrundsåtgärder
   1. Vid ankomsten, förklara studien, inhämta undertecknat samtycke i enlighet med University IRB förordningar. Om barnet är alert, fortsätta med testning och fylla i enkäter efter experimentet. Om barnet vid ankomsten inte är färdigt (t. ex. spädbarn är kinkig, sover eller behöver matas), Använd den här gången för att föräldern ska slutföra alla bakgrunds-och språk enkäter.
   2. Ha överordnat att fylla i någon bakgrund familj och språk enkäter. Samla in demografisk och medicinsk standardinformation och information om spädbarnets språk-och teknik miljö (t. ex. antal språk som används i hemmet, exponering för video, smartphones, surfplattor).
2. Set-up
   1. Dämpa belysningen i experiment rummet och se till att det inte finns några andra uppenbara visuella distraktorer i rummet. Använd gardiner för att ockludera spädbarnets synfält från alla distraktorer i rummet (se figur 3). Kontrollera att alla bakgrundsprogram på datorn, inklusive antivirusskanning och programuppdateringar, inte körs under experimentet.
   2. Be föräldern att sitta i stolen med barnet sittande i knät. För att ge mer stabilitet, kan föräldern fästa barnet i en mjuk bältesstol placerad på förälderns knä.
      Obs: sådana bältesstolar bevara närhet med föräldrar, men också hindrar yngre spädbarn från lutar bakåt eller framåt för mycket (vilket resulterar i dataförlust) och äldre spädbarn från krypande bort.
   3. Enligt Eye Tracker riktlinjer, kontrollera att barnets huvud är placerad på ett optimalt avstånd från monitorn och Eye Tracker. Bekräfta, med hjälp av Eye Tracker programvara, att barnets ögon är synliga för ögat tracker. Om inte synlig, be föräldern försiktigt gungning barnet i alla riktningar tills ögonen upptäcks och inom lämpligt avstånd.
   4. Förse föräldern med ockludera glasögon som hindrar honom eller henne från att se de experimentella stimuli.
      Obs: ockluderande glasögon minska risken för att polarisering barnet till särskilda stimuli eller skärm sidor, och även förhindra ögat tracker från oavsiktligt spåra förälderns ögon i stället för spädbarnets.
3. Kalibrering
   1. Utför Kalibreringsproceduren enligt anvisningarna för Eye Tracker.
   2. Om det stöds av Eye Tracker-programvaran, Använd en Fempunkts kalibrerings procedur som motsvarar de fyra hörnen och mitten av monitorn.
      Anm: för att kalibreringen ska fungera måste spädbarnet titta på kalibrerings bilden. Därför måste bilden vara mycket intressant. En spinning-typ av animation fungerar bra så att "centrum" av bilden förblir stillastående, som du vill att spädbarnets ögon ska vara så riktad som möjligt till mitten av kalibreringspunkten.
   3. Under kalibreringen ska du inte peka mot bilden, eller låta föräldern rikta uppmärksamheten på kalibrerings bilden, eftersom det kan dra spädbarns uppmärksamhet bort från skärmen och mot den person som pekar på den.
   4. Kontrollera att kalibreringen har slutförts med hjälp av Eye Tracker-programvaran. Upprepa kalibreringen om det behövs, särskilt om föräldern eller spädbarnet rör sig väsentligt (t. ex. om föräldern står upp) under kalibreringen.
      Obs: kalibreringsprocessen beror på att det är nytt, intressant och kort. Ju fler gånger spädbarn behöver genomgå kalibrering, desto mindre effektiva kan det vara.
   5. Efter kalibrering bekräftas att vara framgångsrik, omedelbart börja experimentet.
4. Experiment
   1. Påbörja experimentet med trepunkts kalibrerings kontroll (se figur 2). Kontrollera varaktigheten för varje mål manuellt. När barnet fixerar på målet i en bild, omedelbart gå vidare till nästa mål. Om ögat blicken är konsekvent en grad eller större bort från varje mål centrum, avbryta experimentet och upprepa kalibrering.
   2. Fortsätt med experimentet, börja med uppmärksamhets gripet före den första rättegången (se figur 2). Kontrollera manuellt hur länge uppmärksamhets gripet visas. Börja rättegången när barnet fixerar på uppmärksamhet gripet. Om spädbarnet inte fixerar på det efter flera sekunder, Använd en gnisslande leksak eller blinkande ljus för att omdirigera barnets uppmärksamhet till skärmen.
   3. När alla prövningar har visats, utför samma trepunktskalibreringskontroll igen för att testa om det finns möjliga signal drift eller kalibrerings ändringar under experimentet. Avsluta experimentet efter kontrollen.
   4. Avsluta experimentet om barnet visar oåterkalleligt kinkighet eller om föräldern begär att sluta.
5. Sammanfattning
   1. Om de inte redan är slutförda ska föräldrarna fylla i frågeformulären för bakgrunds familjen och språk.
   2. Ge ersättning och, om samtyckt till, dela ytterligare flygblad/material för föräldern att fördela bland sina kamrater för att bistå vid rekrytering.

6. analys av data

1. Först, bedöma kvaliteten på data genom att plotta ett hastighetsdiagram eller ett spår av blicken position över tiden för att undersöka om data är bullrig (perioder av hög hastighet toppar) för varje ämne. Hög hastighet förändringar eller systematiska drivor i data position kan tyda på dålig kalibrering eller datainsamling fel.
2. Filtrera bort högfrekvent information från blicken data med hjälp av brus reducerings algoritmer eller filter, till exempel med ett glidande medelvärde. Dessa algoritmer kan också interpolera över korta luckor i data, vanligtvis orsakas av blinkar och Head rörelse.
   Anmärkning: använda vanliga spatial-temporal filter för att klassificera fixeringar och saccades rekommenderas inte, eftersom dessa algoritmer är baserade på vuxet öga beteende och är inte generaliserbart till spädbarn öga beteende.
3. Rita två områden av intresse (AOIs), en för varje sida av skärmen. Se till att AOIs är något större än de visuella elementen själva (t. ex. 25 pixlar eller 1 º visuell vinkel större, runt personen) för att rymma eventuella smärre kalibrerings felaktigheter eller standardinstrument fel.
   Obs: medan AOI är statisk, den omfattar ett rörligt objekt i en video, så också se till att AOI bör vara större än de maximala dimensionerna av rörliga objekt medan den ändras i hela videon. Om så önskas och stöds av Eye Tracker programvara, kan du använda dynamiska rörliga AOIs istället.
4. Behåll ett mellanrum på ca 25 pixlar eller större mellan de två AOIs, i mitten av skärmen.
5. Med hjälp av Eye Tracker programvara eller ett sekundärt analysprogram, beräkna totala letar gånger för varje AOI för varje prov genom att summera alla blickpunkter som faller inom AOI och multiplicera detta antal med samplingsintervallet (t. ex. om du använder en 120Hz Eye Tracker, samplingsintervallet är 8,33 MS).
6. Om du fortfarande använder Eye Tracker-programvaran exporterar du tids data. Nästa, beräkna totala letar gånger för varje spädbarn, för varje stimulans typ, över hela experimentella körningen. Utesluta spädbarn som inte ger tillräckligt med blicken data (t. ex. minst 25% av den maximala data som möjligt).
   Anmärkning: i sten, et al.⁷, 24% av alla testade spädbarn exkluderades på grund av dålig kalibrering eller otillräcklig blick data på grund av fussiness, tittar bort, ocklusion av ögonen under inspelningen, överdriven blinkande, hängande ögonlock, Instrumentfel, eller experimenteraren fel.
7. Beräkna en letar preferens index för varje spädbarn. Först, dela den totala letar tid för en stimulans typ över den andra.
   Anmärkning: detta steg tillåter spädbarn att vara direkt jämfört med varandra, oavsett om spädbarn varierade i hur länge de tittade på experimentet övergripande.
8. Normalisera detta värde med en logaritmisk omvandling, vilket gör att det ser preferens indexet att tolkas på ett meningsfullt sätt över alla spädbarn där ett index på-1,0 och 1,0 representerar samma magnitud, men i motsatt riktning.
9. Utför lämpliga statistiska tester för att jämföra den totala tiden och leta efter preferens index i deltagargrupper. Rapportera statistiska testresultat tillsammans med effekt storlekar och/eller konfidensintervall.
   Anmärkning: i sten, et al.⁷, för att testa för åldersrelaterade känslighet för sonority-baserade fonologiska restriktioner i teckenspråk, en oberoende t-test utfördes för att jämföra sonority söker preferens index (stocken av kvoten av att se tid för välformade objekt över illa bildade objekt) mellan yngre och äldre spädbarns grupper.

Representative Results

Provet i sten, et al.⁷ bestod av 16 yngre spädbarn (medelålder = 5,6 ± 0,6 månader; intervall = 4,4-6,7 månader; 8 kvinnor) och 13 äldre spädbarn (medelålder = 11,8 ± 0,9 månader; intervall = 10,6-12,8 månader; 7 hona). Inget av dessa spädbarn hade sett teckenspråk förut. Först bedömde vi skillnaderna i Total tidsperiod mellan åldersgrupperna och fann ingen signifikant skillnad (betyder: 48,8 s vs 36,7 s; t (27) = 1,71; p = 0,10). Detta utesluter möjligheten av ovidkommande åldersrelaterade förklaringar (t. ex. uppmärksamhet, Head-svarvning, blinkande) för följande resultat. I sonority skick, yngre spädbarn såg längre på välformade än illa bildade objekt (medel: 28,6 s vs. 20.2 s; parade t (15) = 4,03, p = 0,001, Cohen ' s d = 0,74). Som jämförelse visade äldre spädbarn liten skillnad i att se beteende mellan de två stimulans typerna (medel: 18,1 s vs 18,6 s; t (12) = 0,29, p = 0,78). Yngre spädbarn hade större sonority preferens indexvärden än äldre spädbarn (figur 4; Medel: 0,15 vs.-0,03; t (27) = 3,35, p = 0,002, Cohen ' s d = 0,74). Resultaten indikerar att yngre spädbarn, men inte äldre spädbarn, är känsliga för sonority-baserade fonologiska restriktioner på teckenspråk, trots att de aldrig har utsatts för teckenspråk tidigare.

Vi utforskade också ser beteende i video orientering skick. Använda orienterings preferenser index som den beroende variabeln, körde vi en tvåvägsanova med upprepade mått faktor sonority (välformade kontra dåligt bildade) och mellan-ämnen faktor ålder (yngre jämfört med äldre). Det var en huvudsaklig effekt av ålder (F (1, 27) = 6,815, p = 0,015, partiell H2 = 0,20), vilket indikerar att yngre och äldre spädbarn har olika visnings preferenser för upprätt och inverterad signering stimuli (figur 4). Närmare bestämt, yngre spädbarn såg längre på upprätt stimuli (medelvärde = 0,11), medan äldre spädbarn såg längre på inverterade stimuli (medelvärde =-0,12). Det fanns ingen huvudsaklig effekt av sonority (F (1, 27) = 2,04, p = 0,165, partisk H2 = 0,07) som indikerar att sonority inte påverkade det upprätt preferens indexet värderar. Ingen sonority x åldergrupp interaktion hittades F (1, 27) = 0,12, p = 0,73, partiell H2 = 0,004). Medan äldre spädbarn misslyckats med att visa en preferens i sonority skick, kunde de ändå visa en preferens i video orientering skick. Därför tolkade vi det null resultatet med äldre spädbarn i sonority villkoret har uppstått från en sann okänslighet för de fonologiska signaler i undertecknat språk.

Figur 1 . Och video orienterings förhållanden. Till vänster visas två olika fingerspelling-sekvenser (välformade v. dåligt formade). Till höger, samma fingerspelling sekvens visas, men en är upprätt och den andra är inverterad (vänt vertikalt och horisontellt). Bild som tidigare publicerats i Stone et al.⁷ (se https://www.tandfonline.com). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2 . Kalibrerings kontroll och stimulans presentation förfarande. Den trepunkts kalibrerings kontroll sekvensen visar ett lyckohjul-mål i det övre vänstra hörnet, skärm Center och nedre högra hörnet. När barnet fixerar på målet, fortsätter försöksledaren till nästa diabilder. Kalibreringskontrollen görs före och efter att alla stimuli har visats. Den stimulans presentationen visar Attention-Grabber (valp), vars varaktighet styrs av försöksledaren. När spädbarnet fixerar på valpen, börjar experimentet 10 s stimulus video. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3 . Eye spårning laboratorium set-up. Föräldern och spädbarnet sitter på den justerbara höjden vita stolen till vänster, medan forskarna sitter till höger. Det finns en vit gardin som skiljer deltagar-och forskar områden, och ytterligare vita gardiner och brädor ockludera all utrustning utom för ögat tracker och monitorn. Spädbarnet kan sitta på den blå bältes stolen som sedan placeras på förälderns knä, eller barnet kan sitta direkt på förälderns knä. Alla leksaker och visuella distraktorer, som den gula fågel leksaken som visas på fotografiet, tas bort från deltagar området innan experimentet påbörjas. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4 . Representativa översikts diagram över letar inställnings indexdata. Det vänstra diagrammet visar en signifikant skillnad mellan de två ålders gruppernas preferens index, där yngre spädbarn visar en preferens för välformade fingerspelling medan äldre spädbarn inte. Rätt diagram visar en grafisk representation av en 2 x 2 ANOVA-stilanalys på orienterings preferens index. Se steg 6: data analys för instruktioner om hur du beräknar preferens index. Båda åldersgrupperna visade utseende preferenser för upprätt eller inverterade stimuli. Felstaplar indikerar standardfel för medelvärdet. Bild modifierad från sten et al.⁷ (se https://www.tandfonline.com). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Vi använde preferens utseende paradigm för att upptäcka bevis för att spädbarn kan vara känsliga för en viss visuell Cue i språk signalen, trots att ingen tidigare erfarenhet av undertecknat språk. Dessutom, denna känslighet observerades endast hos yngre spädbarn, och inte äldre spädbarn, en manifestation av den klassiska perceptuella förträngning funktion. Bevis på en åldersbaserad preferens för välformade stavelser baserade på sonority begränsningar tillät oss att ytterligare hypotes om att sonority kan vara en viktig Cue för spädbarns språkinlärning⁷. Stimuli var noggrant utformade för att erbjuda två kontrasterande språk signaler som skilde sig på ett subtilt sätt, och ett andra villkor tillåts för bättre tolkning av alla möjliga null resultat. Spädbarn var fria att titta på någon av våra stimuli i en enkel, njutbar laboratoriemiljö, utan att kräva instruktioner eller demonstrera språkförståelse. Denna studie etablerade också en viktig baslinje som att kontrastera andra grupper av spädbarn, såsom teckenexponerade spädbarn med döva undertecknar föräldrar. Att studera teckenexponerade spädbarn (döva och hörselskadade), medan svårt att rekrytera, skulle ge ny information om den roll som tidig sensorisk och språklig erfarenhet av att forma spädbarns känslighet för visuella språkliga signaler. Att bedöma döva spädbarns känslighet för signaler i visuellt språk, i synnerhet, skulle vara viktigt eftersom detta är en population som ofta lider av språk brist i den tidiga barndomen^28,29. Vi förutspår att äldre teckenexponerade spädbarn, både döva och hörsel, inte skulle visa den minskade känsligheten som observerades hos äldre icke-teckenexponerade spädbarn.

Det finns några viktiga punkter att tänka på med det nuvarande paradigmet. Användningen av ögonspårning beror på ett antagande att det finns en direkt relation mellan vad spädbarn kan se (synskärpa) och där spädbarn väljer att titta på (visuell preferens). Naturligtvis kan hemliga uppmärksamhet Skift hända också i form av saccades, men analyserades inte här. Men den centrala fokalvregionen som ger hög skärpa och klarhet är extremt liten (ca 2 º). Eftersom skärpa utanför denna region är mycket dålig, bör en observatör behöver se fina detaljer klart, han eller hon behöver för att omdirigera blicken och foveate på den. En annan fråga att vara medveten om är att total ser tid (dvs, uppehållstider) är en brutto åtgärd, och kanske inte alltid exakt korrelerar med uppmärksamhet, avsiktliga eller oavsiktliga. Minskningar i räntebindningstider innebär inte nödvändigtvis mindre uppmärksamhet eller fokus. Det kan också tyda på tillbakadragande eller trötthet. En viktig fördel med ögon blickar är att den kan analyseras på många olika sätt. Medan vi fokuserade på räntebindningstider (dvs. uppehållstider), saccades och scanning mönster (dvs. skannings vägar) kan också härledas från identiska rådata uppsättning för att lära sig hur spädbarn modulera deras uppmärksamhet bland olika stimuli^30,31. Rumsliga och temporala dataanalyser tillvägagångssätt är både användbara och många, och Pupillometri data kan också analyseras för att ge mer insikt i spädbarns ögon blick beteende och dra slutsatser om hur de uppfattar och organiserar sin värld^{2, 32}.

Vid utformningen av nya ögonspårning studier, måste man överväga noga testmiljön och deltagarnas individuella egenskaper, eftersom både påverkar datainsamling och kvalitet. Omgivande belysningsnivåer och även subtila förändringar i positionerna för stimuli monitorn eller ögat tracker under inspelningen kan påverka kalibrering och spårbarhet. Deltagar faktorer som ålder och etnicitet kan också påverka datakvaliteten. Vi uppmuntrar laboratorier med Eye trackers att testa och dokumentera dessa begränsningar i sina laboratorie inställningar och med ett varierat urval av deltagare i olika åldrar, innan de genomför empiriska studier. För att upptäcka och undvika signal drift, vilket är ackumuleringen av mätfel under loppet av datainsamling, rekommenderar vi att du mäter positionerna och vinklar för Eye Tracker och stimulus Monitor före varje session, och, som beskrivits tidigare, med hjälp av kalibrerings kontroller före och efter sessionen. Detta är särskilt viktigt om forskare vill samla in exakt blick Skift/saccadic mönster och scanpaths. En fördel med den preferens ser paradigm är att det är tolerant mot mindre Kalibreringsfel på grund av dess tillit till mer grova hemifield skillnader.

Den nuvarande studien visar det tydliga värdet av ögat spårningsteknik och preferens ser paradigm med spädbarn. Detta paradigm är flexibelt och kan utökas till att omfatta ett brett spektrum av forskningsfrågor. Den vanligaste tillämpningen är för närvarande att studera utvecklingen av ansikts diskriminering^33,34,35, men det kan tillämpas för att studera audiovisuella eller visuella språk känslighet och färdigheter, sociala signaler, känslomässig Valens, och även förståelse. Dessutom är den idealisk för studier med spädbarn i olika åldrar (t. ex. längsgående eller tvärsnitts) eftersom varje datainsamlings session är kort och enkel, och paradigmet fungerar bra för både yngre och äldre spädbarn.

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)