Eine Methode zur Quantifizierung von Visual Information Processing bei Kindern Eye-Tracking

Das übergeordnete Ziel dieser auf Eye-Tracking basierenden Präferenzschau-Methode besteht darin, die Qualität der visuellen Informationsverarbeitung bei Kindern anhand reflektorischer, visuell gesteuerter Orientierungsreaktionen zu quantifizieren. Diese Methode wird einen bedeutenden Wert im Bereich klinischer visueller Beurteilungen und der Rehabilitation von Kindern ab einem Alter von sechs Monaten haben. Außerdem basiert die Methode auf objektiven Messungen und der Analyse von Augenbewegungsreaktionen.

Diese Antworten liefern quantitative Informationen über die visuelle Leistung und können ohne verbale Kommunikation erfasst werden. Die quantitativen Parameter der visuellen Verarbeitung, wie Reaktionszeiten und Fixationsqualität, haben einen zusätzlichen Wert für die Charakterisierung der visuellen Leistung, insbesondere bei kleinen Kindern und Kindern mit geistiger Behinderung. Die Bedeutung dieses Aspekts reicht von der Beschreibung der visuellen Verarbeitung und okulomotorischer Funktionen bei gesunden Kindern bis hin zur Identifizierung abnormaler visueller Leistungen bei Kindern mit Sehstörungen.

Beginnen Sie mit der Auswahl eines Satzes visueller Reize, wie Bilder oder Filme, um die Verarbeitung grundlegender okulomotorischer Funktionen und visueller Verarbeitungsfunktionen zu untersuchen. Verwenden Sie visuelle Reize, um grundlegende okulomotorische Funktionen wie Fixationen und Sakkaden, sanftes Verfolgen (Smooth Pursuit) sowie optokinetischen Nystagmus zu evaluieren. Verwenden Sie anschließend einen Satz visueller Reize, die auf einem Vier-Alternativen-forced-Choice-Präferenzschau-Paradigma basieren, wobei jeweils vier verschiedene Stimulusbereiche in den Bildecken eine alternative Wahl oder Zielzone darstellen.

Verwenden Sie diese visuellen Reize, um Funktionen der visuellen Verarbeitung wie simultane Verarbeitung, Form, Kontrast, Farbe oder Bewegung zu evaluieren. Anschließend entwerfen Sie eine Testsequenz in der Eye-Tracker-Software, indem Sie den Typ des hinzuzufügenden Reizes auswählen, entweder ein Bild oder einen Film. Wählen Sie hierzu den gewünschten Reiz aus dem Ordner, in dem er sich befindet, und klicken Sie auf Hinzufügen.

Wiederholen Sie diese Schritte, bis alle Stimuli der Zeitleiste hinzugefügt wurden. Platzieren Sie abschließend die verschiedenen Arten visueller Stimuli in zufälliger Reihenfolge in der Testsequenz. Stellen Sie sicher, dass die Position des Zielbereichs von Durchgang zu Durchgang wechselt, um reflektorische Augenbewegungen des Teilnehmers in Richtung des Ziels zu erzeugen.

Wählen Sie zunächst ein Eye-Tracking-System, das für pädiatrische Populationen geeignet ist, beispielsweise mit ferninfrarotem Licht, aus und befestigen Sie den Eye-Tracker-Monitor mit einem flexiblen LCD-Arm an einem festen Tisch. Wählen Sie einen Arm, der sich in drei Dimensionen bewegen lässt. Führen Sie das Kind in den Untersuchungsraum und positionieren Sie es in einem Abstand von etwa 60 Zentimetern zum Monitor, um eine effiziente Pupillenverfolgung beider Augen sicherzustellen.

Danach justieren Sie die Position des Monitors, sodass er senkrecht zu den Augen des Kindes steht. Überprüfen Sie anschließend die Qualität der Pupillenerfassung anhand von zwei deutlich sichtbaren weißen Punkten, die die Augen des Kindes auf dem Bildschirm darstellen. Starten Sie das Kalibrierungsverfahren der Eye-Tracker-Software, bei dem sich bewegende Punkte in vordefinierten Bereichen des Monitors angezeigt werden, um die Blickpositionen auszurichten.

Überprüfen Sie die Qualität dieser voreingestellten Kalibrierung, um sicherzustellen, dass Aufnahmen durchgeführt werden können. Aktivieren Sie anschließend ein separates Fenster namens Viewer, das die Augenbewegungsreaktionen des Kindes auf die Testreize anzeigt, indem das Blicksignal auf die Videoaufnahme überlagert wird. Schalten Sie eine Webkamera ein, die auf das Kind gerichtet ist, um das allgemeine Verhalten des Kindes während des Tests zu beobachten und aufzuzeichnen.

Sagen Sie dem Kind, dass es fernsehen wird. Führen Sie dann den Test durch und beobachten Sie das körperliche Verhalten und die Augenbewegungsreaktionen des Kindes. Nach der Testdurchführung spielen Sie die Blickaufzeichnung offline erneut ab und analysieren die Blickreaktionen auf die dargebotenen Reize, um eine qualitative Charakterisierung des visuellen Orientierungsverhaltens des Kindes zu erhalten.

Schließlich exportieren und speichern Sie die aufgezeichneten, zeitbasierten Daten jedes Probanden zu den Merkmalen der Augenbewegungen, wie Betrachtungsabstand und Blickpositionen, sowie separat die zeitbasierte Liste der präsentierten visuellen Reize, wie Reizpositionen. Wenden Sie nach Abschluss der Aufnahme ein Nachkalibrierungsverfahren an, um Probleme durch eine ungenügende Kalibrierung vor dem Test zu umgehen, die durch übermäßige Kopfbewegungen, fehlende korrekte Fixationen oder abnormale Blick- bzw. Kopfpositionen verursacht wurden. Öffnen Sie dazu die Analyse-Software und wählen Sie den Reiz zur Analyse der Blickdaten aus, indem Sie eine Eins neben dem gewünschten Reiz eingeben.

Klicken Sie auf „Run“. Wählen Sie im Popup-Menü die Option „Post-kalibrieren der Daten“. Wählen Sie dann „Blickdaten“ für einen Probanden aus der Dateiliste aus und klicken Sie auf „Open“.

Wählen Sie im nächsten Popup-Menü aus, welche Augen analysiert werden sollen: Links, Rechts oder Beide, um ein Streudiagramm aller aufgezeichneten Blick- und Zielpositionen über die gesamte Dauer der Stimuluspräsentation zu erstellen. Wählen Sie anschließend Ja oder Nein, je nachdem, ob die Blickpositionen korrekt mit den entsprechenden Zielpositionen übereinstimmen.

Wenn die Kalibrierung nicht korrekt ist, wählen Sie „Nein“, um eine Nachkalibrierung durchzuführen. Klicken Sie einmal auf den Mittelpunkt der Blickpunkte oder den genau in der Mitte der vertikalen und horizontalen Achse liegenden Mittelpunkt, um den Mittelpunkt der Blickpunkte auf die Mitte des Bildschirms zu verschieben. Skalieren Sie die Blickpositionen auf die entsprechenden Zielpositionen, indem Sie nacheinander in jedem der vier Zielquadranten einmal auf den Mittelpunkt der Blickpunkte klicken.

Überprüfen Sie erneut, ob die Blickpositionen korrekt mit den entsprechenden Zielpositionen übereinstimmen. Wenn die Kalibrierung korrekt ist, wählen Sie Ja, um die kalibrierten Blickdaten zu speichern. Andernfalls wählen Sie Nein und wiederholen Sie das Nachkalibrierungsverfahren.

Überprüfen Sie außerdem, ob der Proband die Stimuluspräsentation wahrgenommen hat, indem Sie prüfen, ob die Blickdaten den folgenden Kriterien sowie dem Visualisierungsdiagramm entsprechen. Wenn der Stimulus als gesehen klassifiziert werden kann, klicken Sie im Popup-Menü auf Ja. Andernfalls klicken Sie auf Nein. Gleichzeitig werden alle Fixationspunkte, die zum präsentierten Stimulus gehören, im entsprechenden Zielquadranten dargestellt.

Visuell überprüfen, ob sich die Fixationspunkte im richtigen Quadranten befinden. Abschließend, nach der manuellen Überprüfung der Augenbewegungsantworten, verwenden Sie die Software, um drei Parameter zu berechnen: Reaktionszeit bis zur Fixation (RTF), Fixationsdauer (FD) und Blickfixationsbereich (GFA).

Die Reaktionszeit für visuelle Reize (RTF) ist ein Maß für die Zeit, die benötigt wird, um visuelle Informationen zu verarbeiten und eine Augenbewegung auszuführen. Hier sind die durchschnittlichen RTF-Werte während des dynamischen Cartoon-Reizes bei Kindern mit Sehstörungen signifikant höher im Vergleich zu Kindern ohne Sehstörungen. Zusätzlich sind die RTF-Werte bei Kindern mit zerebralen Sehstörungen signifikant höher als bei Kindern mit okulären Sehstörungen.

Die Fixationsdauer ist die gesamte Zeitspanne, während der der Blick im Zielbereich fixiert war. Die Fixationsdauer ist bei Kindern mit Sehbehinderungen signifikant kürzer als bei Kindern ohne Sehbehinderungen. Außerdem ist die Fixationsdauer bei Kindern mit zerebralen Sehstörungen signifikant kürzer als bei Kindern mit okulären Sehstörungen.

Außerdem ist die Blickfixationsfläche ein Maß für die Genauigkeit der Fixation, wobei eine kleine Fixationsfläche auf eine hohe Fixationsgenauigkeit hinweist. Hier sind die GFA-Werte bei Kindern mit Sehbehinderungen signifikant größer als bei Kindern ohne Sehbehinderungen. Zusätzlich sind die GFA-Werte bei Kindern mit Sehbehinderungen und Nystagmus signifikant größer im Vergleich zu Kindern mit Sehbehinderungen, aber ohne Nystagmus.

Nachdem Sie dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man augenverfolgungsbasierte Methoden in der klinischen Praxis anwendet. Diese Methoden können verwendet werden, um die Qualität der visuellen Informationsverarbeitung bei Kindern ab einem Alter von sechs Monaten zu quantifizieren. Wesentliche Schritte innerhalb des Protokolls umfassen die Verwendung von Stimuli, die auf dem Prinzip des bevorzugten Blickverhaltens beruhen, die Möglichkeit, die Augenverfolgungsdaten nachträglich zu kalibrieren, sowie die Verfügbarkeit quantitativer Ergebnisparameter.

Die offiziellen Verarbeitungsparameter, die mit diesen Methoden gewonnen werden, können vorteilhaft sein, um visuelle Entwicklungen über die Zeit zu verfolgen und die Wirkungen von Sehförderprogrammen zu überwachen. Diese Methoden können individuelle Profilierungen der visuellen Leistung liefern. Solche Profile können zur funktionalen Unterstützung im Alltag herangezogen werden, angepasst an die Bedürfnisse des Kindes.