VisualEyes: نظام وحدات البرمجيات لالمحرك للعين التجريب
مارس 25, 2011
التحكم العصبي والعمليات المعرفية يمكن دراستها من خلال حركات العين. البرنامج VisualEyes يسمح للمشغل المحفزات على شاشات الكمبيوتر اثنين بشكل مستقل باستخدام لغة بسيطة والبرمجة المخصصة البرنامج. النظام يمكن أن تحفز حركات جنبا إلى جنب العين (saccades والسعي نحو سلس)، أو حركات العين المعارضة (تمايز) أو أي مجموعة.
الهدف العام من هذا الإجراء هو السماح للمجرب بتوليد مجموعة من المحفزات البصرية باستخدام نظام العين البصري لإجراء دراسة حركية للعين. أولا ، يحتاج نظام العين المرئي إلى المعايرة عن طريق تحويل قيم البكسل إلى درجات باستخدام الأهداف المقاسة. الخطوة الثانية هي تحديد المواضع الأولية والنهائية لمنبهات العين اليمنى واليسرى عن طريق حفظ المحفزات في مكتبة قبل الجلسة التجريبية.
وأخيرا ، يتم وضع جهاز مراقبة حركة العين على الموضوع ويتم تشغيل النص التجريبي لتسجيل استجابات حركة العين. في النهاية ، يمكن الحصول على نتائج تظهر آثار موضع وسرعة حركات العين. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية ، مثل البرامج الاحتكارية ، هي أن المشغل يجمع أي محفزات بصرية لإجراء أي نوع من التجارب الحركية للعين.
يوضح هذا الإجراء طالب دكتوراه على كيم من مختبري. يمكن استخدام أي نوع من أجهزة مراقبة حركة العين لهذا النظام. في هذا العرض التوضيحي ، سيتم استخدام نظام تتبع الأطراف ونظام مراقبة حركة العين بالفيديو لتتبع حركات الترادف مثل السعي الذهاني أو السلس.
يمكن استخدام جهاز كمبيوتر واحد للعرض المرئي لدراسة حركات العين المتعارضة مثل العذارى أو تفاعل العذارى مع حركات الإصدار الترادفية. هناك حاجة إلى نطاق هابلو مع شاشتي كمبيوتر للعرض المرئي. هناك حاجة إلى المعايرة الأولى لتحويل مجموعة من المقاييس إلى أخرى لأن حركات العين يشار إليها عادة بدرجات الدوران.
بينما تستخدم شاشات الكمبيوتر قيم البكسل ، يمكن للمرء استخدام علم المثلثات لحساب مكان وضع الأهداف المادية لمعايرة العروض المرئية. على سبيل المثال ، إذا كان الحافز على شاشة الكمبيوتر يتماشى مع هدف مادي بدرجتين ، فإن قيمة البكسل هذه تتوافق مع حافز بدرجتين. لمعايرة النظام ، يحتاج المشغل إلى فتح ملف البكسل إلى درجة نقطة vei داخل دليل visualize.
أولا ، حدد الشاشة المراد معايرتها باستخدام حقل وضع التمدد. أدخل رقم واحد لجهاز مراقبة العين اليسرى والرقم الثاني لجهاز مراقبة العين الأيمن. ثم قم بتشغيل البرنامج وحرك محفز الخط الأخضر حتى يتم تثبيت الخط الأخضر فوق الهدف المادي.
أدخل الآن الموضع المعروف للهدف المادي بالدرجات ، واضغط على زر الحفظ. ثم انقر على الخط الأخضر. ستظهر الدرجة وقيمة البكسل على الشاشة في الزاوية اليسرى السفلية ، ويجب على المشغل جمع ما لا يقل عن ثلاث نقاط معايرة.
بعد حفظ جميع نقاط المعايرة ، افتح ملف إخراج D two P Excel في الدليل المرئي. للحصول على نقاط المعايرة. ارسم نقاط المعايرة لتحقيق معادلة انحدار خطي.
استخدم المعادلة لحساب الموضع الأولي والنهائي للحافز البصري. يرغب المشغل في البرمجة بقيم البكسل. يظهر هنا مثال على منحنى معايرة العين اليسرى والعين اليمنى الذي تم الحصول عليه باستخدام خمس نقاط معايرة للتحفيز البكر.
كرر الخطوتين السابقتين للشاشة الأخرى إذا كان الحافز يتطلب شاشة إضافية. أولا ، يحتاج المشغل إلى تحديد الموضع الأولي والنهائي لمحفز العين اليمنى واليسرى قبل التجربة. للقيام بذلك ، افتح ملفا نصيا جديدا وفي الصف الأول ، حدد قيم الوقت والموضع الأولية.
يجب تحديد أربع معلمات ، الوقت ، والموضع الأفقي ، والموضع الرأسي ، والدوران مفصولة كل منها بعلامة تبويب. وبالمثل ، حدد المعلمات الأربعة النهائية ، والوقت النهائي ، والموضع الأفقي ، والموضع الرأسي ، ودوران المنبه. احفظ الحافز في الدليل المرئي كملف اسم محفز dot vii ، وكرر هذه الخطوة لأي حافز I.
بعد ذلك ، يمكن تعميم حركة المنبه إلى نوعين من الحركة. خطوة مفاجئة أو منحدر مستمر. تسمح الخطوة للمحفز بالتحرك فجأة أو القفز من الموضع الأولي إلى الموضع النهائي.
يجب على المشغل ملاحظة أن التغيير في الوقت يجب أن يكون 0.001 ثانية لتحفيز الخطوة. يظهر مثال على خطوة ذهانية ، منحدر مطاردة سلس ، خطوة عذراء ومنحدر عذراء في الجدول الأول. بالنسبة للمنبهات، يمكن أن يكون لديك حافز واحد، مثل خطوة أو سلسلة من المهام المرئية، مثل الخطوات المتعددة.
الآن ، احفظ كلا ملفي التحفيز في مكتبة المحفزات. لاحظ أن هناك العديد من الإعدادات الافتراضية داخل الدليل المرئي. السطر الأول هو النسبة المئوية للشاشة في الاتجاه الأفقي.
السطر الثاني هو النسبة المئوية للشاشة في الاتجاه الرأسي. والثالث هو صورة الخلفية ، والرابع هو الصورة الأمامية أو الهدف. يشير السطر الخامس إلى أن الكمبيوتر يجب أن يعمل في الوضع المستقل.
يشيرالسطر السادس إلى الشاشة المستخدمة. السطر السابع هو نسبة العرض إلى الارتفاع للشاشات. باقي الخطوط هي أنواع مختلفة من المحفزات التي يمكن للمشغل استخدامها في جلسة تجريبية.
الآن ، افتح جهاز مراقبة تحفيز العين اليسرى وتحفيز العين اليمنى. مراقبة الملفات من الدليل المرئي. يحتوي هذان الملفان على محفزات المكتبة للعين اليسرى والعين اليمنى على التوالي.
في الصف الأخير ، اكتب اسم ملف الحافز الذي تم تعريفه. يشير رقم ملف التعريف إلى الصف المقابل لاسم ملف التحفيز. على سبيل المثال ، هنا رقم الملف الشخصي للحافز هو ثمانية.
يمكن للمرء أن يكرر الخطوات السابقة لإنشاء أكبر عدد ممكن من المحفزات اللازمة للتجربة. بعد ذلك ، يمكن كتابة البرنامج النصي للبروتوكول التجريبي. أولا ، افتح ملفا نصيا لكتابة أوامر البروتوكول التجريبي واحفظ هذا الملف في الدليل المرئي كاسم نصي مقابل ملف.
سيكون هذا هو ملف البرنامج النصي الذي سيقرأ منه نظام التصور الأوامر وينفذها. تحتوي الدوال المرئية على وسيطات إدخال وإخراج. يعرض هذا الجدول جميع الوظائف في البرنامج المرئي التي يمكن استخدامها عندما لا يتم تعريف ملف temp dot lwf.
أثناء تنفيذ هذه الوظيفة ، لن يقوم البرنامج بتخزين أي بيانات واردة للرقمنة. سلاسل إخراج دالة ملف السجل، أو المخزن المؤقت للإدخال المحدد من الإصدار التجريبي من EXP في ملف النص الصادر في الدليل المرئي. عند اكتمال التجربة، تأكد من تغيير اسم الملف النصي الصادر إلى اسم آخر.
خلاف ذلك ، سيتم استبدال البيانات أثناء التجربة التالية. تنتظر وظيفة وزن الزناد حتى يضغط الموضوع على زر الزناد لبدء الإصدار التجريبي المشار إليه باسم exp trial على الشاشة ورقمنة البيانات. هذه هي القناة 12 على بطاقة الاستحواذ الرقمية التي تنتظر أن تتغير الإشارة من ارتفاع رقمي إلى منخفض.
أخيرا ، تولد وظيفة التأخير العشوائي تأخيرا عشوائيا لمنع التنبؤ أو توقع الحافز التالي ، وتحسب دالة MSD الموجة متوسط وانحراف معياري للبيانات. قبل البدء في التجربة ، يجب على الموضوع تقديم موافقة خطية ومستنيرة معتمدة من قبل مجلس المراجعة المؤسسية. يجب شرح التجربة بالتفصيل قبل أن يوافق الموضوع على المشاركة.
يمكن استخدام أجهزة مراقبة حركة العين المختلفة ، مثل نظام التصوير بالفيديو بانعكاس القرنية ، أو نظام تتبع الأطراف ، أو ملف البحث عن الصلبة لجمع حركات العين وتسجيلها. هنا سوف نعرض نظام تتبع limbus. ثم اضبط جهاز مراقبة حركة العين لالتقاط السمات التشريحية للعين ، مثل الطرف أو التلميذ وانعكاس القرنية ، اعتمادا على جهاز مراقبة حركة العين المستخدم.
بمجرد ضبط جهاز مراقبة حركة العين بشكل صحيح على الموضوع ، تحقق من أن جهاز مراقبة حركة العين يلتقط حركات العين عن طريق مطالبة الشخص بعمل حركات ذهانية من جانب إلى آخر أو من الداخل والخارج تسمى الحركات البكر. افتح البرنامج قراءة البرنامج النصي dot vei في الدليل المرئي في الزاوية اليمنى العليا ، واكتب اسم ملف البرنامج النصي للبروتوكول التجريبي الذي تم إنشاؤه مسبقا. ثم قم بتشغيل برنامج قراءة البرنامج النصي dot vei عن طريق الضغط على زر السهم في الزاوية اليسرى العليا.
بعد ذلك ، امنح الموضوع زر التشغيل واشرح أنه عند الضغط على الزر ، سيبدأ جمع البيانات. سيظهر ملف VEI آخر تلقائيا على الشاشة ، والذي سيرسم البيانات الواردة. يتم أخذ عينات من البيانات عند 500 هرتز.
عند اكتمال التجربة ، ستتوقف نقطة القراءة النصية تلقائيا في هذا الوقت. انتقل إلى الدليل المرئي وابحث عن الملف النصي. أعد تسمية الملف.
وإلا، في المرة التالية التي يقوم فيها المشغل بتشغيل التجربة، سيتم استبدال ملف البيانات. عند اكتمال التجربة ، يمكن تحليل البيانات باستخدام حزم برامج مختلفة بما في ذلك زمن انتقال MATLAB أو Excel. قد تكون سرعة الذروة أو السعة ذات أهمية اعتمادا على الدراسة.
يتم توفير مثال على كود تحليل MATLAB في الدليل المرئي لرسم رموز SEC والخطوات البكر ومنحدرات العذارى. نرى هنا أمثلة على مجموعة حركات العين التي يمكن تسجيلها باستخدام النظام المرئي. في هذه المؤامرات ، نرى حركات ذهانية نموذجية بزاوية 10 درجات ، وتسمى أيضا بروسيكوس.
يستخدمبحثنا درجة الدوران. يمكن معايرة حركات العين بوحدات الدرجات أو زوايا المتر أو الديوبتر المنشوري. يمثل كل أثر حركة عين فردية حيث يشار إلى موضع الرسم البياني العلوي بالدرجات كدالة للوقت.
الرسم البياني السفلي هو السرعة المرسومة بالدرجات في الثانية كدالة للوقت. يتم عرض Antis cos هنا. هذه استجابات ذهانية.
عندما يطلب من الموضوع أن يصنع سيكود في الاتجاه المعاكس للحافز البصري ، فإن استجابات العذراء تصل إلى أربع درجات. يمكن رؤية الخطوات هنا ويتم عرض استجابات عذراء لمحفزات منحدر خمس درجات في الثانية هنا. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر معايرة النظام قبل دخول الموضوع للدراسة.
أعط التعليمات المناسبة للموضوع وتأكد من ضبط جهاز مراقبة حركة العين بشكل صحيح للهدف. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية البرمجة باستخدام لغة البرمجة النصية المرئية لبناء المحفزات البصرية الخاصة بك لدراسة مجموعة واسعة من التجارب الحركية للعين. تستفيد الأبحاث الحركية للعين من أساس بحثي قوي لأنها يمكن أن تسفر عن نظرة ثاقبة للدماغ الطبيعي والمختل.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تناقش هذه المقالة استخدام برنامج VisualEyes لدراسة التحكم العصبي والعمليات المعرفية من خلال حركات العين. يسمح النظام بالبرمجة المستقلة للمحفزات البصرية على شاشتين، مما يسهل العديد من التجارب العينية الحركية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- التحكم العيني الحركي
- العمليات المعرفية
الخلفية
- حركات العين حاسمة لفهم التحكم العصبي.
- يُمكّن برنامج VisualEyes البرمجة النصية المخصصة لعرض المحفزات.
- يمكن تحفيز أنواع مختلفة من حركات العين، بما في ذلك الحركات الساكنة والمتابعة الملساء.
- يوفر النظام مرونة مقارنة بالبرامج الاحتكارية.
هدف الدراسة
- لتوليد المحفزات البصرية للدراسات العينية الحركية.
- لضبط نظام العين البصري لإجراء قياسات دقيقة.
- لتسجيل استجابات حركة العين أثناء التجارب.
الطرق المستخدمة
- ضبط نظام العين البصري عن طريق تحويل قيم البكسل إلى درجات.
- تحديد المواقف الأولية والنهائية للمحفزات لكلتا العينين.
- حفظ المحفزات في مكتبة قبل جلسة التجربة.
- تشغيل البرامج النصية التجريبية لمراقبة وتسجيل حركات العين.
النتائج الرئيسية
- تم تسجيل مسارات الموقف والسرعة لحركات العين بنجاح.
- أظهرت التقنية مزايا على البرامج الاحتكارية الموجودة.
- توفر النتائج رؤى حول آليات التحكم العيني الحركي.
- تتيح المرونة في برمجة المحفزات تصميمات تجريبية متنوعة.
الاستنتاجات
- يعد برنامج VisualEyes أداة قيّمة لأبحاث العين الحركية.
- تعزز البرمجة النصية المخصصة القدرة على إجراء تجارب متنوعة.
- يمكن للدراسات المستقبلية الاستفادة من هذا النظام للحصول على رؤى أعمق حول العمليات المعرفية.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Oculomotor experimentation provides critical insights into neural control mechanisms relevant to target validation in neuroscience drug discovery. The VisualEyes system enables flexible, programmable visual stimulus generation to support mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses involving visual processing pathways. This capability enhances predictive confidence in preclinical models by allowing precise, reproducible eye movement measurements across diverse experimental designs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to visual processing and oculomotor control pathways.
- Operational Value: Supports biological de-risking through functional validation of targets involved in eye movement regulation.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by providing quantitative, reproducible ocular motor readouts for target engagement assessment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows through standardized stimulus presentation and response capture.
- Quantitative Outputs: Generates position and velocity traces enabling reliable compound screening and dose-response characterization.
- Platform Reuse: Offers scalability across experimental sessions via stimulus library storage and protocol scripting for consistent assay performance.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase mechanistic insights to preclinical validation through disease-relevant oculomotor phenotyping.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by linking target modulation to measurable changes in saccadic, pursuit, or vergence eye movements.
- Biomarker Alignment: Enables exploration of eye movement parameters as translational biomarkers for CNS target engagement and functional outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The VisualEyes system integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification to preclinical validation by providing a modular platform for stimulus control and response quantification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via programmable visual stimuli to probe neural circuits underlying eye movement control.
- Screening: Enables assay readiness through reproducible stimulus presentation and high-sampling-rate (500 Hz) eye movement monitoring.
- Analytics: Delivers position and velocity readouts in degrees and degrees per second, enabling quantitative comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by allowing disease-model eye movement profiling aligned with visual or oculomotor dysfunction.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability via stimulus library, script-based protocols, and compatibility with multiple eye movement monitoring systems (limbus tracking, video-based, scleral search coil).
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in visual processing pathways.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through calibrated stimulus presentation (pixel-to-degree conversion) and script-driven experimental control.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by reducing custom software development time and enabling rapid adaptation to diverse ocular-motor experimental needs.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization by providing objective, quantifiable oculomotor endpoints for target modulation studies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in experimental neuroscience, visual stimulus design, and oculomotor physiology.
- Needs instrumentation for eye movement monitoring (e.g., limbus tracking, video-based, or scleral search coil systems) and a haploscope with dual monitors for binocular stimulation.
- Demands cross-team standardization of calibration procedures (pixel-to-degree conversion using physical targets) and stimulus library management.
- Involves adaptation considerations across model systems, including species-specific eye anatomy and movement ranges.
- Includes practical limitations such as the need for pre-experimental calibration, subject consent procedures, and post-experiment data file management to prevent overwriting.
