Eye Movement Überwachung von Speicher

Ausrüstung während der Datenerfassung verwendet

Eye-Tracker

Die Eye-Tracker im aktuellen Protokoll ist ein EyeLink II-System (SR Research Ltd; Mississauga, Ontario, Kanada). Das Head-Mounted-, Video-basierte Eye Tracker zeichnet Augenposition in X, Y-Koordinatensystem mit einer Abtastrate von entweder 500 oder 250 Hz, mit einer räumlichen Auflösung von <0,1 °. Eine Kamera wird verwendet, um Kopfposition per Infrarot-Markern mit Sensoren an den vier Ecken des Displays zu überwachen, dass von den Teilnehmern betrachtet wird gesetzt zu überwachen. Zwei weitere Kameras sind auf dem Stirnband unter jeder der Augen entfernt montiert und Infrarot-Strahler werden verwendet, um die Pupille und Hornhaut Reflexionen beachten. Eye-Position kann auf Schüler-und Hornhaut Überlegungen basieren, oder auf der Grundlage der Schüler nur. Der gepolsterte Kopfbügel des Eye-Tracker kann in zwei Ebenen eingestellt werden, um bequem die Kopfgröße eines erwachsenen Teilnehmer. Die meisten Brillen und Kontaktlinsen können durch die Eye-Tracker untergebracht werden.

Computers

Zwei PCs verwendet werden, um Augenbewegungen Aufnahme zu unterstützen. Ein Computer dient als Display-Computer, die die Kalibrierung Bildschirme, notwendige Aufgabe Anleitungen und die Bilder in der experimentellen Paradigma präsentiert den Teilnehmern. Das Display Computer Einzelheiten der Datenerhebung Parameter, die dann von dem zweiten, Host-Computer regiert werden. Der Host-Rechner berechnet in Echtzeit Blickposition und zeichnet die Augenbewegungen Daten für eine spätere Analyse, sowie eine Taste drücken oder die Tastatur Antworten machten die Teilnehmer. Teilnehmer Setup und den Betrieb der Eye-Tracker werden über den Host-PC durchgeführt.

Software

In diesem Protokoll, um das Timing und Ordnung, durch die experimentellen Stimuli werden den Teilnehmern vorgestellt werden, und die Art und Weise, in der Augen-Position ist durch den Host-PC erfasst werden durch Experiment Builder, ein Software-Programm, das speziell von SR Research Ltd entwickelt programmiert eine Schnittstelle mit dem Eye-Tracker Host-Computer. Allerdings kann Stimuluspräsentation auch durch andere Software-Programme (; Albany, CA zB Präsentation, Neuropsychologische Systems) durchgeführt werden. Die Umwandlung der Augenbewegung Daten zu einer Reihe von Fixierung und Sakkade Ereignisse sind zeitlich gesperrt werden, um Reiz-Präsentation (oder ein anderes externes Ereignis) wird durch den Host-Computer erreicht und können mit Data Viewer, ein Software-Programm von SR Research Ltd entwickelt abgefragt werden , aber wieder, können andere Programme verwendet werden, um daraus die erforderlichen Maßnahmen Augenbewegungen werden. Hier sind die Erkennung von Fixationen und Sakkaden abhängig von einer Online-Parser, der Roh-eye movement Proben trennt in sinnvolle Staaten (Sakkaden, blinkt und Fixierungen). Wenn die Geschwindigkeit von zwei aufeinanderfolgenden eye movement Proben übersteigt 22 Grad pro Sekunde über eine Distanz von 0,1 °, werden die Proben als Sakkade bezeichnet. Wenn die Schüler für 3 oder mehr Proben fehlt, ist das Auge Tätigkeit als blink innerhalb des Datenstroms markiert. Non-Sakkade und nicht blinken Tätigkeiten als Fixierungen.

Eye-Tracking-Verfahren.

Im Folgenden detailliert wir die Verfahren zur Einholung der Augenbewegung Aufnahmen für jeden Teilnehmer.

1. Zustimmung. Vor Teilnehmer Setup werden die Teilnehmer der Eye-Tracker Stirnband dargestellt. Der Versuchsleiter erläutert den Teilnehmern, dass Kopf-und Augenbewegungen Positionen durch die Kameras, die auf dem Stirnband enthalten sind, überwacht werden.
2. Für eine gegebene experimentelle Paradigma werden die Teilnehmer in einem festen Abstand vom Monitor auf die gleiche Blickwinkel über die Teilnehmer zu halten sitzt.
3. Eye-Tracker-Kamera-Setup. Die Eye-Tracker Helm ist so eingestellt, dass der Helm eng und kaum zu bewegen, aber nicht unbequem um den Kopf ist. Der Helm ist noch so, dass der Kopf Kamera Infrarot-Beleuchtung auf die externe Marker auf dem Display Monitor zu senden angepasst. Jeder der Augen-Kameras sind auf einzelne Stangen, die aus dem Helm, der für die Einstellung in allen Achsen ermöglichen verlängern entfernt. Das Auge Kameras sind knapp positioniert und ein wenig weg von jedem Auge, ohne dass die Teilnehmer nach Ansicht der Anzeige-Monitor (siehe Abbildung 1). Die Kameras sind ausgerichtet auf eine klare und stabile Bild der Pupille und Hornhaut Reflexionen zu bekommen. Status-Panels auf dem Host-Computer an, ob Schüler und Hornhaut Reflexionen zu erworben werden. Die Beleuchtung Schwelle kann angepasst werden, um die stabile Aufzeichnung der Pupille und Hornhaut Reflexionen zu erhalten. Der Versuchsleiter wählt dann den entsprechenden experimentellen Paradigma, und bezeichnet einen Dateinamen für die anschließende eye movement Aufnahmen.
   

   
   Abbildung 1. Beispiel für ein Head-Mounted-video-basierten Eye-Tracker (links) und die Anzeige-und Host-PCs (rechts). Beachten Sie, dass dieDisplay-Monitor vor der Teilnehmer zeigt die Lage der Pupille (blauer Punkt mit Fadenkreuz) und Hornhaut-Reflexion (gelber Punkt mit Fadenkreuz) in Kamera-Setup zu unterstützen.

4. Kalibrierung. Um genaue Aufnahmen des Auges Position auf dem Display zu überwachen, ist eine Kalibrierung folgende Kamera-Setup gestartet. Während der Kalibrierung werden die Teilnehmer angewiesen, eine Reihe von Zielen, die an verschiedenen Standorten auf dem Display betrachten. Typischerweise werden neun Ziel-Standorten eingesetzt werden, sondern Kalibrierung kann mit nur drei Zielregionen durchgeführt werden. Von diesen neun aufgezeichneten Positionen können Augenposition an einer beliebigen Stelle auf dem Bildschirm interpoliert werden.
5. Validation. Nach der Kalibrierung ist eine Validierung verwendet werden, um die Genauigkeit der Augenbewegungen Aufnahme zu überprüfen. Die gleichen neun Zielgebiete sind die Teilnehmer zu fixieren vorgesehen, und der Unterschied ist zwischen der aktuellen Position und Fixierung der zuvor aufgenommenen Fixierung Position berechnet. Wenn die durchschnittliche Genauigkeit für die Erfassung der Position für eine (oder beide) Augen über ein annehmbares Niveau (durchschnittlich Fehler <0,5 ° und maximalen Fehler von jedem Punkt <1,0 °), sind Kalibrierung und Validierung Verfahren wiederholt. Nach Annahme des Genauigkeitsstufen, kann der Experimentator, ob eye movement Aufnahme sollte monokular oder binokular. Im Falle der monokularen Aufnahmen kann der Experimentator bestimmen, von welchem ​​Auge Daten aufgezeichnet werden soll, oder den Host-PC kann automatisch das Auge mit dem niedrigeren durchschnittlichen Fehler und der niedrigeren maximalen Fehler. Während Kalibrierung und Validierung mit leichten Kopfbewegung auftreten können, ist es vorteilhaft, haben die Teilnehmer so still wie möglich sitzen. Die Teilnehmer sind angewiesen, nicht auf die kommende Standorte der Ziele zu antizipieren, sondern um sich zu bewegen, und bewusst zu fixieren auf, die Ziele nur, wenn sie erscheinen und bleiben auf dem Ziel fixiert, bis sie verschwindet.
6. Experimentelle Paradigm. Hinweise insbesondere zu einem bestimmten Paradigma werden dem Teilnehmer (zB "Bitte frei Sicht jede der folgenden Bilder.") Vorgestellt, und Datenaufzeichnung ist für die Sitzung initiiert.
7. Drift Korrektur. Vor Beginn eines jeden Versuches Reiz kann eine Driftkorrektur, indem die Teilnehmer Blick auf eine zentrale Fixationsziel beim Drücken einer Taste auf einem Joypad oder Tastatur, um die Fixierung Position zu akzeptieren durchgeführt werden. Wenn Driftkorrektur verwendet wird, wird eine Studie erst beginnen, wenn der Teilnehmer erfolgreich fixiert auf das zentrale Fixierung Region innerhalb 2,0 ° von der Mitte Ziel. Wenn der Teilnehmer durchweg fixiert größer als 2,0 °, muss der Teilnehmer erneut durchlaufen Kalibrierung und Validierung Verfahren. Jede Differenz weniger als 2,0 ° zwischen den aufgezeichneten Augenposition und die anfängliche Fixierung Position während der Kalibrierung / Validierung Aufnahmen gewonnen wird dann als Fehler bemerkt und machte in den Daten.
8. Stimulus-Präsentation. Eye Position, einschließlich Fixierung und Sakkade Veranstaltungen ist folgende Driftkorrektur Verfahren für jeden Stimulus Präsentation aufgezeichnet. Der Versuchsleiter überwachen können die Genauigkeit der Aufnahmen online via Inspektion des Host-Computers.
9. Nach der Augenbewegung Aufnahme-Session, können Maßnahmen, die die Augenbewegungen charakterisiert Scan-Muster für verschiedene Arten von Bildern (zB Roman, wiederholt) mit einer Vielzahl von Software-Paketen, wie SR Research Ltd s Data Viewer abgeleitet werden. Darüber hinaus können Anzeigen auf bestimmte Regionen eines Reizes (zB unverändert, manipuliert) durch die Analyse von Augenbewegungen in Bezug auf charakterisiert werden Experimentator gezogenen Regionen von Interesse, dass für jedes Bild entweder auf dem Paradigma der Programmierung Phase oder nach der Datenerfassung geschaffen.
10. Die Teilnehmer werden Debriefing über den Zweck des Experiments am Ende der Sitzung.

Repräsentative Ergebnisse

Mehrere Maßnahmen können von der Augenbewegung Aufnahmen, einschließlich Maßnahmen, die das bestmögliche Fernseherlebnis zu beschreiben, um das Bild (einschließlich der Merkmale der einzelnen Fixierung / Sakkade), und Maßnahmen, die das Muster der Betrachtung zu beschreiben, die einer bestimmten Region von Interesse wurde in Regie abgeleitet werden ein Bild ^3. Maßnahmen der allgemeinen Betrachtung eines Bildes kann umfassen (sind aber nicht beschränkt auf): die Zahl der Fixierungen und die Anzahl der Sakkaden gemacht, um das Bild, die durchschnittliche Dauer der einzelnen Fixierung und der Gesamtbetrag der Sendezeit, die ausgegeben wurde Fixierung auf das Bild. Maßnahmen, die das Muster der Anzeige auf einen bestimmten Bereich von Interesse beschreiben kann umfassen (sind aber nicht beschränkt auf): die Zahl der Fixierungen aus der Region von Interesse, verbrachte die Zeit in einer Region von Interesse, und die Anzahl der Übergänge gemacht in / aus einer Region von Interesse. Ferner können Maßnahmen aus dem Auge Bewegung Aufnahmen, die das Timing skizzieren, mit denen (also ho abgeleitet werdenw früh) eine bestimmte Augenbewegungen Ereignis eingetreten ist, wie wenn nach Beginn des Stimulus, fixieren die Augen auf einen bestimmten Bereich von Interesse, als die ersten Sakkade auf ein Bild gemacht wird, und die Entropie (Einschränkung / Zufall) inhärente im Folge von Augen-Bewegungsmuster.

Für jeden gegebenen Bild kann eye movement Maßnahmen detailliert, wo die Augen waren fixiert, wann und für wie lange. Um einen Index-Speicher, können wir den Zuschauern verschiedene Arten oder Mengen der Exposition gegenüber verschiedenen Arten von Bildern, und vergleichen Sie dann Sehgewohnheiten auf diese Datensätze und über die Teilnehmer. Zum Beispiel, um Speicher für die Wiederholung eines Bildes Sonde kann Scan-Muster zwischen Roman-Bilder und Bilder, die mehrfach haben während einer Test-Session angesehen gegenübergestellt werden. Anzeigen von Bildern wiederholt während einer Test-Session führt zu einer Abnahme in insgesamt Betrachtung des Bildes ^{2, 4-5, 8.} Dies ist in Abbildung 2 zu sehen. In diesem repräsentativen Ergebnis von Riggs et al ^11, Teilnehmer angesehen Roman Bilder von Gesichtern, wenn in jedem der fünf Prüfblöcke;. Mit zunehmender Exposition, gab es einen Rückgang in Höhe von Fixierungen, die Zuschauer zu machen, um die Gesichter. Um Sonde Speicher für bestimmte Details eines Bildes, kann Scan-Muster zwischen den Bildern, die immer wieder in ihrer ursprünglichen, unveränderten Form (wiederholt Bilder) und Bilder, die in ähnlicher Weise wurden wiederholt über eine Testsitzung angesehen haben, interessierten gegenübergestellt werden, sondern eine Änderung wurde eingeführt, um ein Element innerhalb einer Szene während der letzten Exposition (manipulierte Bilder). In solchen Fällen sind Scan-Muster unterschiedlich auf die Region, die innerhalb eines manipulierten Bildes wurde im Vergleich zum gleichen, unveränderten Region wiederholt Bilder ^{2-3, 7-8} verändert angezogen. Allerdings, wie Augenbewegungen Indizes der Speicher nicht in bestimmten Bevölkerungsgruppen, z. B. wenn gesunden älteren Erwachsenen und bei Patienten mit Amnesie aufgrund medialen Temporallappen Schäden sind bekannt für ihre Erinnerung an die räumlichen Beziehungen zwischen Objekten in Szenen beurteilt präsentieren, wie in Abbildung 3 dargestellt ^{2, 8.} Daher können Erkenntnisse aus der Augenbewegung Überwachung, um den Kontrast Speicher zwischen Gruppen von Teilnehmern mit unterschiedlichen neuropsychologischen Status ^{2-3, 8-10} verwendet.

Abbildung 2. Die Augenbewegungen zeigen Speicher für Wiederholung In diesem repräsentativen Ergebnis aus unserem Labor [11], die Teilnehmer angesehen Gesichter auf 5 Lerneinheiten;. Wie die Zahl der Vorführungen erhöht (von 1-5), sank die Zahl der Fixierungen auf die Gesichter.

Abbildung 3. Die Augenbewegungen zeigen Speicher für geänderte Details. Jüngere Erwachsene [2 (Versuche 1, 2), 8 (Freie Viewing Condition)] Regie einen größeren Anteil ihrer gesamten Auge Fixierungen zu einer kritischen Region in ein manipuliertes Bild, das einen Wechsel von einem erfahren hat VORBESICHTIGUNG Vergleich dazu, wenn die Region nicht ändern, wie in Roman und wiederholten Bilder unterzogen. Solche Effekte der Speicher wurde bei gesunden älteren Erwachsenen [8 (Freie Viewing Zustand], und in Amnesie-Patienten [2] fehlen.

Augenbewegung Überwachung ist eine effiziente, nützliches Tool, mit dem Memory-Funktion in einer Vielzahl von Populationen zu beurteilen. Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung eines Head-Mounted-video-basierten Eye-Tracker, aber das Protokoll kann leicht an die Verwendung von Remote-Eye-Tracking-Geräte angepasst werden, wie Remote-Eye-Tracker entfernen die Notwendigkeit Helm Anpassung und Vereinfachung der Kameraeinstellungen. Allerdings mit einem Remote-Eye-Tracker, muss Kopfbewegung eingeschränkt, um die Genauigkeit des Auges Aufnahmen zu erhalten. Präzise Kalibrierung der Augenbewegungen ist von größter Bedeutung für den Erhalt von nützlichen und interpretierbar, Daten.

Indizes von Speicher durch Augenbewegung Überwachung erhalten überflüssig machen für den Erwerb expliziten (dh, verbal) Berichte über die Erinnerung, die von Vorteil sein, für eine schnelle Untersuchung des Gedächtnisses in Populationen mit eingeschränkter Kommunikationsfähigkeit kann. Eye-Tracking kann auch im Konzert mit ausdrücklicher Berichte verwendet werden, um festzustellen, ob es Informationen, die im Speicher gehalten wird, aber nicht für bewusste Introspektion zur Verfügung. Darüber hinaus können Augenbewegungen Muster untersucht werden um festzustellen, wann der Einfluss der Speicher induziert eine Änderung in diesen Mustern. Alle zusammen, wenn die explizite Berichte verglichen, bieten Maßnahmen von Augenbewegungen Monitoring abgeleitet umfassender Detail darüber, was im Speicher gehalten, und wenn es ^2-3 abgerufen.

Vergleicht Auge Bewegungsmuster über Bevölkerungsgruppen bietet Einblick in die Integrität der Memory-Funktion kann mit dem Alter und / oder verändert neuropsychologischen Status zu ändern. Interrogating eye movement Indizes des Gedächtnisses bei Patienten mit Läsionen in bestimmten Bereichen des Gehirns offenbaren kann die neuronale Regionen, die für die Bildung und Aufrechterhaltung bestimmter Arten von Informationen ^{2-3, 9-10} sind. Mit weiteren Forschung, die die Zuverlässigkeit der Erlangung Indizes der Speicher für die einzelnen Teilnehmer mit minimalem Studien außerhalb der Laborumgebung untersucht, kann Eye Tracking eine nützliche Methode geworden zu überwachen und zu validieren Speicher in der Ausbildung Umgebungen, klinischen und / oder Strafverfolgung Situationen, wie wie in Augenzeuge Identifikationsverfahren ^12.