Visualeyes: ein modulares Softwaresystem für oculomotorius Experimentieren

Das allgemeine Ziel dieses Verfahrens besteht darin, einem Experimentator die Erzeugung einer Reihe visueller Reize mithilfe des visuellen Augensystems zur Durchführung einer okulomotorischen Studie zu ermöglichen. Zunächst muss das visuelle Augensystem kalibriert werden, indem Pixelwerte anhand gemessener Zielreize in Grad umgerechnet werden. Der zweite Schritt besteht darin, die Anfangs- und Endpositionen der Reize für das linke und rechte Auge festzulegen, indem die Reize vor der experimentellen Sitzung in einer Bibliothek gespeichert werden.

Und schließlich wird der Augenbewegungsmonitor am Probanden angebracht und das experimentelle Skript ausgeführt, um die Augenbewegungsantworten aufzuzeichnen. Letztendlich können Ergebnisse erhalten werden, die Positions- und Geschwindigkeitsspuren der Augenbewegungen zeigen. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie beispielsweise proprietärer Software, besteht darin, dass der Bediener beliebige visuelle Reize zusammenstellen kann, um beliebige Arten von okulomotorischen Experimenten durchzuführen.

Den Ablauf demonstriert ein Doktorand aus meinem Labor, Kim. Für dieses System kann jede Art von Augenbewegungsmonitor verwendet werden. In dieser Demonstration wird ein Limbus-Tracking- und ein Videoüberwachungs-System zur Augenbewegungserfassung zur gleichzeitigen Erfassung von Bewegungen wie zuckenden oder sanften Verfolgungsbewegungen eingesetzt.

Ein einzelner Computer kann zur visuellen Darstellung verwendet werden, um entgegengesetzte Augenbewegungen wie beispielsweise von Jungfern oder die Interaktion von Jungfern mit tandemartigen Versionbewegungen zu untersuchen. Für die visuelle Darstellung ist ein Haploskop mit zwei Computermonitoren erforderlich. Zunächst ist eine Kalibrierung notwendig, um einen Satz von Messgrößen in einen anderen umzuwandeln, da Augenbewegungen gewöhnlich in Grad der Rotation angegeben werden.

Während Computermonitore Pixelwerte verwenden, kann man mithilfe der Trigonometrie berechnen, wo die physischen Ziele zur Kalibrierung der visuellen Anzeigen platziert werden müssen. Wenn beispielsweise der Reiz auf dem Computerschirm mit einem physischen Ziel von zwei Grad übereinstimmt, entspricht dieser Pixelwert einem Reiz von zwei Grad. Zur Kalibrierung des Systems muss der Bediener die Datei „pixel to degree dot vei“ im Verzeichnis „visualize“ öffnen.

Zunächst definieren Sie den zu kalibrierenden Monitor mithilfe des Streckmodus-Felds. Geben Sie die Zahl eins für den Monitor des linken Auges und die Zahl zwei für den Monitor des rechten Auges ein. Führen Sie dann das Programm aus und bewegen Sie den grünen Linienreiz, bis die grüne Linie genau über dem physischen Ziel liegt.

Geben Sie nun die bekannte Position des physischen Ziels in Grad ein und drücken Sie die Speichertaste. Klicken Sie anschließend auf die grüne Linie. Der Grad- und Pixelwert werden in der Anzeige in der unteren linken Ecke angezeigt, und der Bediener sollte mindestens drei Kalibrierpunkte erfassen.

Nachdem alle Kalibrierpunkte gespeichert wurden, öffnen Sie die D-two-P-Excel-Ausgabedatei im Visualisierungsverzeichnis, um die Kalibrierpunkte zu erhalten. Zeichnen Sie die Kalibrierpunkte auf, um eine lineare Regressionsgleichung zu erhalten.

Verwenden Sie die Gleichung, um die Anfangs- und Endposition des visuellen Reizes zu berechnen. Der Bediener möchte Pixelwerte programmieren. Ein Beispiel der Kalibrierungskurve für das linke und rechte Auge, aufgenommen mit fünf Kalibrierungspunkten für einen neuen Reiz, ist hier dargestellt.

Wiederholen Sie die beiden vorherigen Schritte für den anderen Monitor, falls der Reiz einen zusätzlichen Monitor erfordert. Zunächst muss der Bediener die Anfangs- und Endposition des Stimulus für das linke und rechte Auge vor dem Experiment definieren. Öffnen Sie dazu eine neue Textdatei und geben Sie in der ersten Zeile die Anfangszeit und die Anfangspositionsparameter an.

Vier Parameter müssen definiert werden: die Zeit, die horizontale Position, die vertikale Position und die Rotation, jeweils durch einen Tabulator getrennt. Definieren Sie ebenso die vier endgültigen Parameter: die Endzeit, horizontale Endposition, vertikale Endposition und die Rotation des Reizes. Speichern Sie den Reiz im visualisierten Verzeichnis als Datei mit dem Namen des Reizes und der Endung .vii und wiederholen Sie diesen Schritt für jeden weiteren I-Reiz.

Danach kann die Bewegung des Reizes in zwei Bewegungsarten verallgemeinert werden: einen abrupten Sprung oder eine kontinuierliche Rampe. Bei einem Sprung bewegt sich der Reiz abrupt oder springt von der Ausgangsposition in die Endposition.

Der Bediener sollte beachten, dass die Zeitänderung bei einem Sprungreiz 0,001 Sekunden betragen sollte. Ein Beispiel für einen psychotischen Sprung, eine glatte Verfolgungsrampenbewegung, einen Virgin-Sprung und eine Virgin-Rampe ist in Tabelle eins dargestellt. Bei Reizen kann es sich um einen einzelnen Reiz handeln, wie beispielsweise einen Sprung, oder um eine Abfolge visueller Aufgaben, wie beispielsweise Mehrfachsprünge.

Speichern Sie nun beide Stimulusdateien in der Stimulusbibliothek. Beachten Sie, dass es mehrere Voreinstellungen innerhalb des visualisierten Verzeichnisses gibt. Die erste Zeile ist der Prozentsatz des Bildschirms in horizontaler Richtung.

Die zweite Zeile ist der Prozentsatz des Bildschirms in vertikaler Richtung. Die dritte ist das Hintergrundbild und die vierte ist das Vordergrund- oder Zielbild. Die fünfte Zeile gibt an, dass der Computer im unabhängigen Modus arbeiten soll.

Die sechste Zeile gibt an, welcher Monitor verwendet wird. Die siebte Zeile ist das Seitenverhältnis der Monitore. Die übrigen Zeilen sind die verschiedenen Arten von Reizen, die der Bediener innerhalb einer Versuchssitzung verwenden kann.

Öffnen Sie nun den Monitor für den linken Augenreiz und den Monitor für den rechten Augenreiz. Öffnen Sie die Dateien aus dem visualisierten Verzeichnis. Diese beiden Dateien enthalten jeweils die Reizbibliotheken für das linke und das rechte Auge.

In der letzten Zeile schreiben Sie den Dateinamen des definierten Stimulus. Die Profilnummer bezieht sich auf die Zeile, die dem Dateinamen des Stimulus entspricht. Beispielsweise ist hier die Profilnummer des Stimulus acht.

Man kann die vorherigen Schritte wiederholen, um beliebig viele Reize zu erstellen, die für ein Experiment benötigt werden. Anschließend kann das Skript für den experimentellen Ablauf verfasst werden. Öffnen Sie zunächst eine Textdatei, um die Befehle für den experimentellen Ablauf einzugeben, und speichern Sie diese Datei im Visualisierungsverzeichnis als Skriptname vs. Datei.

Dies wird die Skriptdatei sein, aus der das Visualisierungssystem Befehle liest und ausführt. Die visualisierten Funktionen verfügen über Eingabe- und Ausgabeargumente. Diese Tabelle zeigt alle Funktionen der visualisierten Software an, die verwendet werden können, wenn die temporäre Datei mit der Endung lwf nicht definiert ist.

Während der Ausführung dieser Funktion speichert die Software keine eingehenden Daten zur Digitalisierung. Die Funktion zur Protokolldatei gibt Zeichenketten aus oder den Eingabepuffer, der aus dem EXP-Versuch stammt, in die Ausgabetextdatei im visualisierten Verzeichnis. Sobald das Experiment abgeschlossen ist, achten Sie darauf, den Namen der Ausgabetextdatei in einen anderen Namen zu ändern.

Andernfalls werden die Daten während des nächsten Experiments überschrieben. Die Auslösegewichtsfunktion wartet darauf, dass der Proband den Auslöseknopf drückt, um die experimentelle Durchführung zu starten, die auf dem Bildschirm als exp trial bezeichnet ist, und um die Daten zu digitalisieren. Dabei handelt es sich um Kanal 12 auf der digitalen Erfassungskarte, der darauf wartet, dass das Signal von einem digitalen High- auf ein Low-Signal wechselt.

Abschließend erzeugt die Zufallsverzögerungsfunktion eine zufällige Verzögerung, um die Vorhersage oder Erwartung des nächsten Reizes zu verhindern, und die Wellen-MSD-Funktion berechnet den Mittelwert und die Standardabweichung der Daten. Bevor ein Experiment beginnt, muss der Proband eine schriftliche, informierte Zustimmung abgeben, die von der zuständigen Ethikkommission genehmigt wurde. Das Experiment muss dem Probanden im Detail erläutert werden, bevor er seine Teilnahme bestätigen kann.

Es können verschiedene Augenbewegungsmonitore verwendet werden, wie beispielsweise ein Video-Bildgebungssystem zur Erfassung der Hornhautreflexe, ein Limbus-Tracking-System oder eine Sklerenspule, um Augenbewegungen aufzuzeichnen. Hier wird ein Limbus-Tracking-System vorgestellt. Anschließend wird der Augenbewegungsmonitor entsprechend den anatomischen Merkmalen des Auges justiert, beispielsweise dem Limbus oder der Pupille und dem Hornhautreflex, abhängig vom verwendeten Augenbewegungsmonitor.

Nachdem der Augenbewegungsmonitor korrekt am Probanden angepasst wurde, überprüfen Sie, ob der Monitor die Augenbewegungen erfasst, indem Sie den Probanden auffordern, seitliche psychotische oder einwärts und auswärts gerichtete Bewegungen, sogenannte Virgin-Bewegungen, auszuführen. Öffnen Sie das Programm „Read script.vei“ im visualisierten Verzeichnis in der oberen rechten Ecke und geben Sie den Dateinamen der zuvor erstellten Versuchsprotokoll-Skriptdatei ein. Führen Sie anschließend das Programm „read script.vei“ aus, indem Sie auf den Pfeilknopf in der oberen linken Ecke klicken.

Als Nächstes überreichen Sie der Versuchsperson den Auslöserknopf und erklären, dass mit dem Drücken des Knopfs die Datenaufnahme beginnt. Ein weiterer VEI-Aufnahme-Datei wird automatisch auf dem Bildschirm erscheinen und die eingehenden Daten grafisch darstellen. Die Daten werden mit 500 Hertz abgetastet.

Wenn das Experiment abgeschlossen ist, wird das Ausleseskript dot bei automatisch zu diesem Zeitpunkt stoppen. Wechseln Sie in das Visualisierungsverzeichnis und suchen Sie die Ausgabedatei im Textformat. Benennen Sie die Datei um.

Andernfalls wird beim nächsten Durchlauf des Experiments durch den Bediener die Datendatei überschrieben. Nach Abschluss des Experiments können die Daten mit verschiedenen Softwarepaketen wie MATLAB oder Excel-Latenz analysiert werden. Je nach Studie können die maximale Geschwindigkeit oder die Amplitude von Interesse sein.

Ein Beispiel für einen MATLAB-Analysecode wird im visualisierten Verzeichnis bereitgestellt, um SEC-Codes, Virgin-Schritte und Virgin-Rampen darzustellen. Hier sehen wir Beispiele für die Gesamtheit der Augenbewegungen, die mit dem visualisierten System aufgezeichnet werden können. In diesen Diagrammen sehen wir typische 10-Grad-psychotische Bewegungen, auch Proseccos genannt.

Unsere Forschung nutzt den Drehwinkel. Augenbewegungen können in Einheiten von Grad, Meterwinkeln oder Prismendioptern kalibriert werden. Jede Spur stellt eine einzelne Augenbewegung dar, wobei im oberen Diagramm die Position oben als Funktion der Zeit in Grad angegeben ist.

Der untere Graph zeigt die Geschwindigkeit in Grad pro Sekunde in Abhängigkeit von der Zeit. Antis-Kos werden hier dargestellt. Dies sind psychotische Reaktionen.

Wenn dem Probanden mitgeteilt wird, eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung des visuellen Reizes auszuführen, sind die Reaktionen von Virgin auf vier Grad. Schritte sind hier zu sehen und die Reaktionen von Virgin auf Rampenreize von fünf Grad pro Sekunde sind hier dargestellt. Bei Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, das System vor dem Eintreffen des Probanden für eine Studie zu kalibrieren.

Geben Sie der Versuchsperson klare Anweisungen und stellen Sie sicher, dass der Augenbewegungsmonitor korrekt für die Versuchsperson eingestellt ist. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man mithilfe der visualisierten Skriptsprache programmiert, um eigene visuelle Reize zur Untersuchung einer breiten Palette von okulomotorischen Experimenten zu erstellen. Die okulomotorische Forschung profitiert von einer soliden Forschungsbasis, da sie Einblicke in das normale und dysfunktionale Gehirn liefern kann.