Introduction
De prevalentie van hersenletsel gerelateerde visuele problemen bij kinderen is toegenomen. Omdat visuele problemen grote impact op de ontwikkeling van een kind kan hebben, vroegtijdige opsporing bij jonge baby's en kinderen in gevaar is van groot belang. Op dit moment is de visuele functie tests om visuele zintuiglijke functies zoals gezichtsscherpte en contrastgevoeligheid te beoordelen (bijv optotype tests) zijn van toepassing bij kinderen van 1-2 jaar 1. Bij jongere kinderen deze tests zijn gebaseerd op gestructureerde observaties van kijkgedrag van een kind om visuele informatie. De interpretatie van dergelijk gedrag, dat wil zeggen, door te kijken naar oogbewegingen van een kind, kan worden belemmerd door oculomotor of attentional disfuncties van het kind, of zelfs door het bekijken van het gedrag van de waarnemer. Cerebraal gemedieerde visuele functies, zoals visueel-ruimtelijke geheugen en erkenning object worden beoordeeld met visuele waarneming tests (bv DTVP 2). Deze testen vereisen verbale instructions en communicatie en kan gebruikt worden 4-5 jaar. Gezien de postnatale ontwikkeling van het visuele systeem en gebruik te maken van de hoge plasticiteit vroeg in het leven te nemen, is het wenselijk om de aanwezigheid en mate van stoornissen in visuele informatieverwerking zo snel mogelijk vast te stellen. Op die manier kunnen kinderen met (cerebrale) visuele beperking maximaal profiteren van vroegtijdige interventie, visuele stimulatie, of ondersteunende strategieën. Bijgevolg is er behoefte aan een beoordelingsmethode visuele informatieverwerking die zonder verbale communicatie bij kinderen kunnen worden gebruikt en dat is gebaseerd op kwantitatieve resultaten.
Oogbewegingen zijn een goed model om visueel begeleid oriënterende gedrag te bestuderen op prikkels 3,4 en gerelateerde perceptuele en cognitieve functies 5. Oogbewegingen geven de focus van visuele aandacht in scènes, en staan bekend om het gevolg hetzij van bottom-up (reflexieve, saillantie-aangedreven) of van boven naar beneden (intentional, cognitieve) werkwijzen 6. Oogbewegingen worden gebruikt om de fovea, dwz gezichtsscherpte, om nieuwe objecten te leiden. De visuele inhoud van een object of interest verwerkt via routes die lopen van de retina via de laterale geniculate nucleus primaire visuele cortex (V1), en die zich verdelen over cerebrale verwerkingsgebied (bijv betrokken aandachtsstoornis, ruimtelijke oriëntatie, herkenning, geheugen en emoties). Oogbewegingen zijn beide een voorwaarde voor, en een vervolg op visuele informatie verwerken.
De ontwikkelingen in het meten van oogbewegingen met infrarood oog trackers geven de mogelijkheid om kwantitatieve parameters van oculomotorische en visuele functie. Geautomatiseerde eye trackers zijn tegenwoordig alomtegenwoordig in medische en psychologische onderzoek met gezonde en klinische populaties. Het doel is niet alleen om oculomotorische functie en aandacht verdeling 7 bestuderen, maar ook te beantwoorden vragen about gedrags- en psychologische mechanismen 8,9. Met de opkomst van toegankelijke en commerciële eye tracking systemen, ze worden steeds meer gebruikt om kwetsbare bevolkingsgroepen van zuigelingen en kinderen 10-12 te testen, zonder beperkende voorwaarden, complexe instructies, of actieve medewerking 12,13. Door de directe koppeling tussen de oculomotorische en visuele systeem een oculaire en cerebrale niveau, eye-tracking-gebaseerde methoden zijn bij uitstek geschikt om visueel kunnen beoordelen. Tot nu toe, naast het meten van de gezichtsscherpte 14, het gebruik van de techniek voor de beoordeling van de visuele functie bij kinderen heeft relatief weinig aandacht gekregen.
Onze fractie heeft gecombineerd oogbeweging metingen met een preferentieel uitziende paradigma 13. Preferentiële kijken is de voorkeur te geven aan een patroon oppervlakken fixeren dan homogene degenen 15. Dit principe wordt toegepast door visuele stimuli met een doelgebied in vier kwadranten, die differ van de achtergrond op het gebied van een specifiek visueel element, bijvoorbeeld coherente vorm, coherente beweging, contrast en kleur. Deze veiligheidskenmerken zijn bekend te worden verwerkt door afzonderlijke perifere en centrale visuele pathways. Zo wordt informaties vorm verwerkt ventrale paden, V1 van de temporale cortex. Informatie over beweging wordt verwerkt door de dorsale trajecten, van V1 naar pariëtale cortex posterior 16. Vandaar dat specifieke stimuli gebruikt om visuele informatie triggeren in verschillende gebieden van het visuele systeem. Als een kind in staat is de specifieke visuele informatie gepresenteerd zien wordt die informatie visuele aandacht in de vorm van oogbewegingen. Deze reflexieve oogbeweging reacties op de visuele stimuli worden opgenomen met een verre infrarood eye tracker. Zo oogbeweging hiermee een communicatie-vrije beoordeling van de kwaliteit van de verschillende aspecten van visuele informatieverwerking 13.
Oogbewegingen bieden niet alleen waarnemingen kijk- gedrag van een kind 11, maar kan ook worden gebruikt voor meer objectieve uitkomstmaten. In combinatie met een zorgvuldig ontworpen test- paradigma, kan oogbewegingen nauwkeurige en objectieve informatie over de visuele informatieverwerking geven. Deze informatie wordt verkregen door berekening op basis van kwantitatieve parameters temporele en ruimtelijke eigenschappen van oogbeweging reacties. Voorbeelden van dergelijke parameters zijn reactietijd 13, fixatie tijd 17 saccade metrics 7 of cumulatieve aandacht toewijzing 18. De beschikbaarheid van deze parameters is nieuw op het gebied van visuele beoordeling bij kinderen op jonge ontwikkelingsstadium.
Het doel van dit artikel is een eye-tracking-gebaseerde methode om visuele informatieverwerking bij kinderen te meten vanaf de leeftijd van 6 maanden te presenteren. De meting set-up en de procedure (dwz non-verbale paradigma, post-kalibratie en mobility) specifiek van toepassing op het gebruik van deze methode bij kinderen in gevaar. Een belangrijk aspect is de analyse van kwantitatieve visuele responsie parameters, reactietijd, duur fixatie en nauwkeurigheid fixatie. Deze parameters worden gebruikt om referentiegebieden van visueel geleide reacties te bieden in normaal ontwikkelende kinderen, te karakteriseren visuele informatie verwerken in risicogroepen kinderen met een visuele handicap.
Protocol
Het hier beschreven protocol werd goedgekeurd door de Ethische Commissie Onderzoek Medisch van het Erasmus Medisch Centrum, Rotterdam, Nederland (MEC 2012-097). De procedures gehandeld op grond van de principes van de Verklaring van Helsinki (2013) voor onderzoek met menselijke proefpersonen.
1. visuele stimuli
- Selecteer een set van visuele stimuli, dat wil zeggen, foto's en films, met de verwerking van elementaire oculomotorische functies en visuele verwerking functies richten.
- Gebruik foto's en films te elementaire oculomotorische functies zoals fixatie, saccades, smooth pursuit en optokinetische nystagmus te evalueren. Bij afwijkingen in oculomotor functie worden gedetecteerd, hiermee rekening te houden in data analyse en interpretatie.
- Gebruik een afbeelding om fixatie en saccades te beoordelen. De huidige paradigma bevat smiley foto's met een straal van 3º van de gezichtshoek, die worden gepresenteerd in de linker-, rechter-, bovenste en onderste helft van de monitor.
- Use een langzaam bewegend beeld te smooth pursuit te beoordelen. De huidige paradigma bevat films van smileys die 16º bewegen sinusvormige horizontale en verticale richting over het beeldscherm, met een snelheid van 4 ° / sec.
- Gebruik een film naar optokinetische nystagmus reflexen te beoordelen. De huidige paradigma bevat films van zwart-wit sinusvormige roosters die bewegen in naar links en naar rechts richting.
- Gebruik foto's en films naar visuele verwerking functies, bijvoorbeeld, contrast, kleur, vorm of beweging te beoordelen.
- Gebruik een set van visuele prikkels die zijn gebaseerd op een 4-alternatief gedwongen keuze preferentiële uitziende paradigma (4-AFC PL 19). In dit paradigma, de 4 stimulus hoeken (dwz linker en rechter kwadrant linker en rechter kwadrant) elk een alternatieve keuze, dat wil zeggen een doelgebied. Elk doelgebied heeft een straal van 6 ° en verschilt van de andere kwadranten 3 met betrekking tot specifieke visuele informatie,bijvoorbeeld op basis van contrast, kleur, vorm of beweging. De volgende visuele stimuli kunnen worden gebruikt als voorbeeld:
- Gebruik een afbeelding om Form Coherence verwerking te beoordelen: een beeld met een serie van willekeurig georiënteerde korte w hite lijnen (0.2º x 0.6º; dichtheid van 4,3 regels / graad 2) tegen een zwarte achtergrond. In het doelgebied alle lijnen zijn gerangschikt in de vorm van een cirkel.
- Gebruik een film Local bewegingsverwerking beoordelen: een film met een zwart / wit vierkant patroon doel, met een visuele hoek van 2.3º tegen een even gevormde achtergrond, 2.5º bewegen naar links en rechts in een kwadrant 2.5º / sec.
- Gebruik een film naar Global Motion verwerking te beoordelen: een beeld met een array van witte stippen (diameter 0.25º, dichtheid 2,6 punten / graad 2) de uitbreiding van het centrum van het doelgebied in de richting van de grenzen van de monitor. De punten bewegen op een zwarte achtergrond met een snelheid van 11.8º / sec en een beperkte levensduurvan 0,4 sec.
- Gebruik een afbeelding om Contrast Detection te beoordelen: een beeld met een helderheid van 0% (zwart) Hiding Heidi beeld in het doelgebied, tegen een 75% (lichtgrijs) helderheid van de achtergrond.
- Gebruik een afbeelding om Color Detection te beoordelen: een beeld met een groen nummer 17 in het doelgebied, tegen een rood-gele achtergrond.
- Gebruik een film gelijktijdig visuele verwerking, beoordelen bijvoorbeeld een Cartoon: een kleurrijke, hoog contrast afbeelding (gereproduceerd met toestemming van Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Nederland) met een visuele hoek van 4.5º x 9.0º (breedte x hoogte ) 1.5º bewegen op en neer met een snelheid van 3 ° / sec in het doelgebied, tegen een zwarte achtergrond.
Opmerking: Voor de duidelijkheid, de representatieve resultaten van dit document nadruk op de zeer opvallende cartoon stimulus die verschillende soorten visuele informatie (figuur 1) bevat. Voor foto's van de andere visuele stimuli, raadpleeg dan een eerdere studie 20
Figuur 1. stimulus Cartoon. De cartoon prikkel bevat verschillende visuele modaliteiten (vorm, beweging, kleur en contrast). Deze prikkel activeert visuele aandacht, en geeft de snelste responstijden bij kinderen. Bovenop is een eye movement (grijs), gaande van de linker benedenhoek van de monitor in het doelgebied in de rechterbovenhoek (dwz een reflexieve reactie op de stimulus). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
2. Eye Tracking-gebaseerde test Paradigm
- Kies een eye tracking systeem geschikt voor pediatrische populaties (bijvoorbeeld, niet-invasieve, tolerantie van hoofdbewegingen, en gebruiksgemak) 12. Dit houdt in het algemeen verre infraroodeye trackers (bijv Tobii T60XL, SMI RED) 10,11.
- Kies een groothoek formaat monitor voor elke stimulus (dwz minimaal visuele hoek van 24º x 30º op 60 cm kijkafstand) volledig weer te geven. De remote eye tracker is ofwel geïntegreerd met de monitor, of kan afzonderlijk op een monitor worden bevestigd.
OPMERKING: Remote eye trackers uitstoten infrarood licht dat wordt bemonsterd aan de hand hoornvlies reflectie. Een eye tracking sampling rate van ~ 60 Hz is over het algemeen voldoende om patronen van de blik van gedrag te bestuderen bij kinderen. - Monteer een mobiele meting set-up door het aansluiten van een monitor en de remote eye tracking systeem om een laptop of desktop PC.
- Installeer een compatibele software programma op de PC (bijv Tobii Studio, iView) voor de presentatie van visuele stimuli en de registratie van oogbewegingen.
- Ontwerp een testreeks met alle soorten stimulus die nodig zijn om oculomotorische functies en / of visuele verwerking functies te testen(Zie protocol stap 1: visuele stimuli). Het onderhavige voorbeeld zijn alle mogelijke prikkel die in stap 1, dat wil zeggen, 9 worden in totaal.
- Leg de verschillende types van visuele stimuli in willekeurige volgorde in de testcyclus, maar zorg ervoor dat de positie van het doelgebied plaatsvervangers van proef tot proef. Dit waarborgt dat het noodzakelijk is reflex oogbewegingen naar het doel.
- Presenteer elke stimulus minstens 4 keer (dat wil zeggen, met het doelgebied ten minste eenmaal in elk kwadrant), en gedurende ten minste 4 sec, voldoende tijd om een oogbeweging reactie te maken toe te staan. In het onderhavige voorbeeld worden de stimuli cartoon 16 keer getoond terwijl alle andere stimuli getoond 4 keer. Dit komt neer op een totaal van 48 stimulus presentaties en een totale testtijd van ~ 3,5 min.
OPMERKING: Herhaalde presentaties te verhogen de kans op het bemonsteren van voldoende blik punten voor elke stimulus en elk doelgebied in het gezichtsveld van het kind. In het algemeen is de beschikbaarheid van gegevens blik fof ten minste 25% van de stimulus presentaties nodig om betrouwbare resultaten 21. - Zorg ervoor dat het testen van de tijd per sequentie is niet langer dan ~ 5 min, want zodra een testreeks wordt uitgevoerd, kan niet worden onderbroken. Het de voorkeur om twee sequenties die worden uitgevoerd na elkaar maken, een rustperiode halverwege verschaffen.
LET OP: Om de aandacht te maximaliseren tijdens de test, huidige audio- of audiovisuele signalen in de buurt van de monitor tussen, maar niet gelijktijdig met de presentatie van de visuele stimuli. Kinderen met een visuele handicap zijn bijzonder gevoelig en ontvankelijk voor audio signalen. Dergelijke signalen kunnen testen aandacht te verbeteren in deze populatie.
- Breng de testsequentie (s) in de eye tracker software. Selecteer eerst de aard van de stimulus te worden toegevoegd aan de tijdlijn van de eye tracker software: afbeelding of film. Vervolgens selecteert u de gewenste stimulans van de map waarin het zich bevindt en klik op 'Toevoegen'. Herhaal deze stappen totdat alle stimuliis toegevoegd.
3. Het uitvoeren van de Eye Tracking Experiment
- Bevestig de eye tracker monitor met een flexibele LCD arm aan een vaste tafel of aan de muur. Kies een arm die kan bewegen in 3 dimensies (dat wil zeggen, 3 vertalingen, 3 rotaties).
- Positie kinderen op een korte afstand (gewoonlijk ~ 60 cm) vanaf de monitor efficiënte pupil volgen van beide ogen waarborgen.
- Stel het beeldscherm positie perfect loodrecht op de ogen van het kind te zijn. Met een lcd-arm is dit mogelijk, zelfs wanneer het kind ligt of zit in een kinderwagen of in een rolstoel.
LET OP: Deze set-up maakt van de beoordeling van zeer jonge en verstandelijk gehandicapte kinderen, omdat het niet een bepaalde lichaamshouding, verbale communicatie of actieve deelname vereisen. Bepaalde oculomotor stoornissen (bijv nystagmus) zich door voorkeur posities van de kop ter compensatie van afwijkende positie van ogen (bijvoorbeeld torticollis). De mogelijkheid ompas de eye tracker monitor op de individuele positie van het hoofd maakt een nauwkeurige leerling volgen in deze groep kinderen. - Controleer de kwaliteit van de opvang pupil. Dit wordt algemeen aangeduid door de aanwezigheid van twee markers die ogen van het kind (bijvoorbeeld witte stippen). Als de twee markers zijn duidelijk zichtbaar en niet regelmatig verdwijnen, de kwaliteit voldoende is. In een apart scherm, controleer dan de afstand van de ogen aan de monitor (bij voorkeur ~ 60 cm).
LET OP: De meeste eye trackers nemen de blik positie van elk oog afzonderlijk en te compenseren voor gratis hoofdbewegingen. Pupil signaalontvangst is in het algemeen niet bij kinderen die een bril of contactlenzen draagt, bij kinderen met een of twee functionerende ogen, of bij kinderen met strabismus gecompromitteerd. - Start de eye tracker softwarekalibratie procedure om de blik posities met vooraf bepaalde posities op het beeldscherm af te stemmen, voorafgaand aan de start van de meting. In de meeste eye tracker softwarepakketten proced deze kalibratieure bestaat uit de presentatie van bewegende stippen in vooraf bepaalde gebieden van de monitor, die moeten worden gefixeerd hebben. Voor de kinderen, kan een versie met cartoons of dreigende punten worden gebruikt om de visuele aandacht te verbeteren.
LET OP: Hoewel de kalibratie procedures voor kinderen aanzienlijk zijn verbeterd, kunnen ze nog steeds een uitdaging om te presteren bij jonge kinderen en kinderen met bepaalde oog- of gedragsstoornissen zijn. - Controleer de kwaliteit van de vooraf ingestelde kalibratie. Wanneer de kwaliteit van kalibratie slecht, (bijvoorbeeld vanwege overmatige bewegingen kop, gebrek aan goede fixaties afwijkende blikpositie of afwijkende positie van het hoofd), niet opgenomen kunnen worden. Om dit te omzeilen, breng dan een post-kalibratie procedure nadat de opname is voltooid, voorafgaand aan de verdere data-analyse (zie Overleg sectie).
- Voordat u de testopname, activeer de 'live viewer': een apart venster dat oogbeweging van het kind antwoorden geeft op de proef stimuli door superinstelling van het blik signaal op de video-opname.
- Activeer een webcam die gericht is op het kind te observeren en algemene gedrag van het kind op te nemen tijdens de test. Zo'n opname geeft een overzicht van de visuele aandacht van het kind, gedrag, vermoeidheid, en omgevingsfactoren.
- Voorafgaand aan het starten van de test, vertellen het kind dat hij of zij zal zijn 'televisie kijken'. Geen specifieke instructies nodig tijdens de test.
- Tijdens de testuitvoering, observeren van het kind fysieke gedrag en oogbeweging reacties. Dit kan door het observeren gedragsmatig in real time, of door het observeren van de opnamen gemaakt met de webcam.
- Wanneer de leerling signaal verdwijnt tijdens de testuitvoering, verplaats het kind of de monitor om een goede leerling detectie te hervatten.
- Als een kind niet is aandacht voor de monitor, verbaal aan te moedigen het kind naar de monitor te kijken. Niet onder de aandacht van het kind direct richten op de doelgroepgebied; directe blik van het kind enkel de algemene locatie van de eye tracker monitor.
- Na testuitvoering, speel de blik opnemen van off-line naar de blik reacties op de gepresenteerde stimuli te observeren. Dit is een eerste stap in het karakteriseren van visuele oriëntatie gedrag van het kind.
LET OP: Een veelheid van parameters worden continu geregistreerd door de eye tracker software gedurende de totale testtijd. Essentiële parameters die moeten worden uitgevoerd naar de gegevensanalyse de onderhavige paradigma uitvoeren zijn: tijdstempels kijkafstand tussen beide ogen en de monitor, de positie van de linker- en rechteroog op de monitor (in x- en y-coördinaten) , de geldigheid van de blik data, en de timing en de positie van de gepresenteerde stimuli (dat wil zeggen, evenementen). - Per onderwerp, export en de opgenomen tijd gebaseerde gegevens over de oogbeweging karakteristieken (blik gegevens zoals kijkafstand en blik standen), en afzonderlijk de time-based lijst gepresenteerd visuele st slaanimuli (event gegevens zoals stimulus posities). Zorg ervoor dat de twee gegevensbestanden exporteren als tekstbestanden en deze omzetten in een spreadsheet data (bijvoorbeeld opslaan als een Excel-bestand).
LET OP: De twee tekstbestanden (event data en blik data) worden gecombineerd met behulp van hun overeenkomstige tijd stempels, en worden omgezet in een reeks kwantitatieve parameterwaarden met een zelfgeschreven software programma (zie volgende paragraaf). In vergelijking met standaard eye tracker analyse software, zoals parameters zorgen voor een meer nauwkeurige en kwantitatieve oogbeweging analyse, om te streven naar gedetailleerde visuele en cognitieve processen.
4. Kwantitatieve Analyse van Eye Movements
OPMERKING: Het huidige protocol is specifiek voor een zelfgeschreven software programma. Om bootsen, moet men dergelijke software, bijvoorbeeld in MATLAB of Python schrijven, visuele oriëntatie gedrag van het kind kwantificeren. In het programma worden de volgende stappen uitgevoerd voor elke stimulus type. Het onderhavige voorbeeld is gericht op Cartoon; hetzelfde protocol geldt voor andere stimulus.
- Post-kalibreren van de Gaze Gegevens
- Open MATLAB. Selecteer de stimulans om de blik gegevens te analyseren, door het intypen van '1' naast de stimulans van keuze.
- Druk op Uitvoeren. In het verschenen pop-up menu, selecteer de optie 'Post-kalibreren van de data'. Een lijst met blik databestanden per onderwerp verschijnt. Selecteer blik gegevens van een onderwerp in en druk op 'Open'.
- Vanaf de volgende pop-up menu, selecteren welke eye (s) te analyseren: links, rechts, of beide. Het programma genereert nu een scatter plot van alle geregistreerde blik standpunten en doelposities, over de totale stimulus presentatie tijd.
- Controleer of blik posities correct overlappen met de bijbehorende doelgroep posities. Als dit systeem juist is gekalibreerd, drukt u op 'Ja'. Druk anders op 'Nee'. Dit zal de mogelijkheid om een post-kalibratie te starten.
- Vertaal het centrum of blik wijst naar het midden van de monitor, door eenmaal op het midden van blik punten klikken. Dit middelpunt ligt precies in het midden van de verticale- en horizontale assen.
- Schaal de blik posities de corresponderende doelposities door op het centrum van blik punten in elk van de vier doelgebieden keer (dat wil zeggen, de 4 kwadranten).
- Controleer nogmaals of blik posities correct overlappen met de bijbehorende doelgroep posities. Als dit het geval is, invullen in het pop-up menu dat kalibratie correct is uitgevoerd, door op 'ja', waarna de geijkte blik worden opgeslagen. Zo niet, druk op 'Nee', waarna begint post-kalibratie opnieuw vanaf stap 4.1.5.
OPMERKING: Na het post-kalibratie, multiple blik antwoorden zijn te vinden per stimulus soort en per onderwerp. Deze kunnen worden gebruikt om kwantitatieve parameters van visuele verwerking berekenen. Voorafgaand aan de berekening van deze parameters, te controleren of de blik reacties warenaan het doelgebied (dat wil zeggen, dat de specifieke stimulus is gezien door het kind).
- Controleren of de Stimulus is gezien
- Per stimulus ieder vak wordt de bijbehorende blik er gegevens in totale presentatietijd gevisualiseerd in een grafiek (figuur 2). Controleer of deze stimulans is gezien, door het controleren van de criteria die zijn vermeld in tabel 1, en die worden gevisualiseerd in figuur 2. Als de oogbeweging respons voldoet aan de criteria, dat wil zeggen, kan de stimulus worden aangemerkt als gezien, klikt u op 'Accepteren 'in het pop-up menu. Als de oogbeweging respons is niet in overeenstemming met de criteria, klikt u op 'Afwijzen'.
- Tegelijkertijd plot alle bevestigingspunten die behoren tot de gepresenteerde stimulus en de overeenkomstige doelgebied (bijv kwadrant) in een tweede grafiek. Inspecteer visueel of de bevestigingspunten zich bevinden in het correct kwadrant.
- Ga verder met de volgende stimulus presentatie, en de stappen 4.2.1 en 4.2.2 voor alle beschikbare oogbeweging reacties. Na de oogbeweging reacties handmatig controleren van de software programma berekent drie uitkomstmaten: RTF, FD, en GFA (figuur 3).
Figuur 2. Eye beweging reactie op het doelgebied van een stimulus. Een eye movement trace (horizontale en verticale richtingen samen) in afstand van het centrum van het doelgebied (in graden, y-as) over stimulus presentatie tijd (in ms, x-as). De gestippelde lijn geeft de grens van het doelgebied (6 ° radius). Letters geven criteria vast te stellen of de stimulus waargenomen: (A) Blik signaal in de eerste 500 msec; (B) Gaze was niet in het doelgebied before 120 msec; (C) Blik in het doelgebied voor ≥200 msec. Merk op dat in deze figuur de afgebeelde presentatietijd is max 2000 msec op de eerste, reflexieve reactie visualiseren. Tijdens het testen, de totale presentatie tijd van alle stimuli was 4000 msec. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Criterium (Figuur 2) | Controleer of de blik signaal: | Achtergrond: |
| EEN | Is geconstateerd ≥500 msec na stimulus onset | Capture reflex oriënterende reacties |
| B | Niet betreden het doelgebied <120 msec na stimulus onset, en was niet al in het doel aan het begin van de stimulus presentatie | Uitsluitencorrecte uitvoering op basis van toeval |
| C | Was in het doelgebied voor ≥200 msec | Zorg ervoor dat de fixatie op het doel |
| D | Ingevoerd het doelgebied binnen een raam van 1500 msec, en minder dan 4 saccades werden gemaakt | Uitsluiten visuele zoekgedrag |
Tabel 1:. Criteria vast te stellen of een stimulus gezien Criteria A, B en C worden gevisualiseerd in figuur 2.
Figuur 3. Visualisatie van de kwantitatieve parameters RTF, FD en GFA. Eén oogbeweging sporen in afstand van het centrum van het doelgebied (in graden, y-as) over stimulus presentatie tijd (in msec, x-as). De verticale rode lijn vertegenwoordigt de tijd waarop blik ging de tarkrijg gebied, dat wil zeggen, Reaction Time to Fixation (RTF). De horizontale rode lijn geeft de totale tijd die blik was gefixeerd op het doelgebied, dat wil zeggen, Fixatie Duur (FD). De verticale rode pijl geeft de breedte van de fixatie spoor, in graden van de gezichtshoek, dat wil zeggen, Gaze Fixatie Area (GFA). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Representative Results
De gepresenteerde methode is toegepast in twee populaties van kinderen: een controlegroep van 337 kinderen zonder een visuele handicap (gemiddelde leeftijd (SD) = 4,8 (3,3) jaar), en een groep van 119 kinderen met een visuele handicap (gemiddelde leeftijd (SD) = 8,10 (2,96) jaar) die werden gerekruteerd in een visuele revalidatiecentrum (Koninklijke Nederlandse Visio, Nederland). Van deze kinderen, 74 hadden oculaire slechtziendheid en 45 hadden cerebrale visuele handicap. De resultaten van controle kinderen worden gevisualiseerd in figuren 4-6, afzonderlijk reactietijd, duur fixatie en fixatie blik gebied. Referentielimieten (aangegeven door zwarte lijnen) werden geconstrueerd door het aanbrengen van een logaritmische functie om de besturingdata op basis van leeftijd. Deze cijfers dienen als basis voor het karakteriseren van de verwerking van visuele functies bij kinderen met een visuele handicap, in termen van een verminderde of intacte functie.
13). Hoe lager de RTF waarde, hoe sneller de oogbeweging respons. Goede herhaalbaarheid van RTF is aangetoond in een groep normaal ontwikkelende kinderen 0-12 jaar 13,21,22 en bij kinderen met verschillende soorten visuele beperkingen 21. Figuur 4 geeft de gemiddelde RTF naar de dynamische stimulus cartoon ouder voor controle kinderen, kinderen met cerebrale visuele beperking (CVI) en kinderen met oculaire visuele beperking (OVI). RTF waarden zijn significant hoger bij kinderen met- in vergelijking met kinderen zonder een visuele handicap (gemiddeld verschil = 85 msec; t = -13,91, p <0,001, Cohen's d = 1.32) en in children met CVI in vergelijking met OVI (gemiddeld verschil = 99 msec; t = -6,90, p <0,001, Cohen's d = 1.25). Deze resultaten bevestigen eerder gepubliceerde bevindingen over RTF in subgroepen van de huidige dataset 20,24,25.
Figuur 4. Gemiddeld RTF bij kinderen met- en zonder visuele beperking. Gemiddeld RTF waarden in ms (y-as) per kind, ouder (x-as). De waarden worden afzonderlijk weergegeven voor de controle kinderen (open cirkels), kinderen met OVI (zwarte cirkels), en kinderen met CVI (kruisjes). De zwarte lijn geeft het bovenste referentiegrens van RTF in de controlegroep. RTF waarden boven deze lijn worden beschouwd als afwijkend, dwz lange reactietijden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5 toont gemiddelde FD over leeftijd, afzonderlijk voor controle kinderen, kinderen met CVI, en kinderen met OVI. FD is aanzienlijk korter bij kinderen met- dan bij kinderen zonder een visuele beperking (gemiddeld verschil = 850 msec; t = 11.72, p <0,001, Cohen's d = -1,12) en significant korter bij kinderen met CVI dan bij kinderen met OVI (gemiddelde verschil = 325 msec; t = 2,44, p <0,05, Cohen's d = -0,50). Dit bevestigt eerdere resultaten bij kinderen met-, in vergelijking met kinderen zonder een visuele handicap (Kooiker MJG et al., Ingediend).
Figuur 5. Gemiddeld FD bij kinderen met- en zonder visuele beperking. Gemiddeld FD waarden in ms (y-as) per kind, ouder (x-as). De waarden worden afzonderlijk weergegeven voor de controle kinderen (open cirkels), kinderen met OVI (zwarte cirkels), en kinderen met CVI (kruisjes). De zwarte lijn geeft het onderste referentiegrens FD in de controlegroep. FD waarden onder deze regel worden beschouwd als afwijkend, dat wil zeggen korte fixatie duur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
De parameter blik fixatie gebied (BVO) is gevoelig voor storingen op te sporen in oculomotor controle, in het bijzonder nystagmus. GFA geeft de grootte van het gebied van fixatie in graden, en is een maat voornauwkeurigheid fixatie (voor berekeningen zie eerdere studies 13,23). Een klein deel van de fixatie geeft een hoge fixatie nauwkeurigheid. GFA afhankelijk van de grootte van de stimulus en het overeenkomstige doelgebied (dat wil zeggen een straal 6º in dit voorbeeld). Goede herhaalbaarheid van GFA is aangetoond in een groep normaal ontwikkelende kinderen 0-12 jaar 13, 21, en bij kinderen met verschillende soorten visuele beperkingen 21. Figuur 6 laat de gemiddelde GFA in reactie op de stimulus cartoon ouder, apart controle kinderen, kinderen met de oculomotorische impairment nystagmus, en kinderen met een visuele handicap, maar zonder nystagmus. GFA waarden zijn aanzienlijk groter, dat wil zeggen lagere fixatie nauwkeurigheid, bij kinderen met- in vergelijking met kinderen zonder een visuele handicap (gemiddeld verschil = 1.34º; t = -25,09, p <0,001, Cohen's d = 2.37). Bovendien, kinderen met nystagmus hebben een lagere fixatie nauwkeurigheid dan kinderen wi thout nystagmus maar met andere vormen van visuele beperking (gemiddeld verschil = 0.71º; t = 5,03, p <0,001; Cohen's d = 1.04). Dit is consistent met eerder gepubliceerde bevindingen over GFA in subgroepen van deze dataset 20,24,25.
Figuur 6. Gemiddelde GFA bij kinderen met en zonder visuele beperking. GFA gemiddelde waarden in graden (y-as) per kind ouder (x-as). De waarden worden afzonderlijk weergegeven voor de controle kinderen (open cirkels), kinderen met een visuele beperking en nystagmus (asterisk), en kinderen met een visuele beperking zonder nystagmus (zwarte diamant). De zwarte lijn geeft het bovenste referentiegrens van GFA in de controlegroep. GFA waarden boven deze lijn worden beschouwd als afwijkend, dat wil zeggen lage nauwkeurigheid fixatie.t = "_ blank"> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Discussion
De gepresenteerde meting set-up in combinatie met kwantitatieve oogbeweging analyse geeft een duidelijke karakterisering van visuele verwerking functies in verschillende groepen kinderen met oculomotorische en een visuele beperking. Het belangrijkste kenmerk van dit paradigma is dat de prestaties is gebaseerd op oogbeweging reacties op visuele stimuli die worden geactiveerd in een reflexieve manier. Geen specifieke mondelinge instructies gegeven en er is geen noodzaak voor kinderen verbaal reageren. De parameters RTF, GFA en FD tonen significante verschillen tussen groepen van typisch nieuw te ontwikkelen en slechtzienden kinderen, ondanks de beperkte verspreiding van de parameter waarden die in elke groep bestaat (figuren 4-6). Dus, afhankelijk van de geëvalueerde parameter, wat normaal ontwikkelende kinderen kunnen afwijkende prestaties laten zien, terwijl sommige kinderen met een visuele handicap te tonen 'normale' performance. Uiteindelijk meerdere uitkomstmaten in reactie op meerdere visuelemodaliteiten moet worden beschouwd als op individueel niveau. Een overzicht van alle meetinstrumenten een unieke karakterisering van visuele informatie verwerkingscapaciteit, die kan worden omgezet in een visueel profiel bij kinderen van 6 maanden.
Verschillende studies hebben de waarde van remote eye tracking getoond in kwetsbare populaties van kinderen, om aandachtsproblemen of psychologische capaciteiten 9,12,18 afleiden. Terwijl de meeste studies rekenen op gedragsobservaties en het gebruik van instructies, een duidelijk kenmerk van de huidige paradigma is de non-verbale, kwantitatieve benadering. Kritische stappen in het protocol zijn onder andere daarom de stimuli die zijn gebaseerd op de preferentiële kijken, de mobiele meting set-up, en de aangepaste calibratie en analyse software. De gepresenteerde uitbreiding van observatie op basis van resultaten met uitgebreide analysemethoden biedt gestandaardiseerde en gedetailleerde resultaten op visuele verwerking functies. Dit is in lijn met de werkzaamheden aan de beoordeling van dezuigeling gezichtsscherpte met een oog tracker 14, en werken aan blik controle bij verschillende aandoeningen 7. De methode is flexibel en maakt het mogelijk mobiele assessment die onmisbaar is bij het uitvoeren van klinische tekenen bij jonge kinderen of kinderen met een meervoudige handicap. Daarom is het geschikt voor oculomotorische en visuele verwerkingscapaciteit meten vrijwel alle kinderen die in staat kijken naar een monitor.
De betekenis van deze methode ten opzichte van de bestaande visuele diagnostische methoden (dat wil zeggen, validiteit) is onderzocht als een eerste stap in de richting van klinische implementatie. De huidige paradigma werd gecombineerd met die momenteel worden gebruikt visuele functie assessment (VFA) bij kinderen. Reacties oculomotorische en visuele functies die gebaseerd zijn op oogbeweging opnames waren vergelijkbaar met standaard gedragsobservaties van deze functies. Bovendien, eye tracking parameters, bijvoorbeeld fixatie duur en saccadische richting, advullende waarde bij het karakteriseren oculomotorische en visuele prestaties bij kinderen tijdens VFA (Kooiker MJG et. al., 2015, ingediend). De belangrijkste winst van de gepresenteerde methode ligt in de mogelijkheid om meer visuele functies te beoordelen dan op dit moment gebeurt in de visuele functie assessments op jonge leeftijd, en om ze op een kwantitatieve manier 26 te beoordelen. Een beperking met betrekking tot bestaande methoden is dat zonder aanpassingen, is het nog niet mogelijk om grondig te beoordelen gezichtsscherpte of gezichtsveld met de huidige testbatterij 14.
Hoewel we ons beperkt tot de presentatie van de resultaten van de cartoon stimuli, in toekomstige toepassingen verschillende visuele modaliteiten kan worden getest met behulp van andere stimuli (bijvoorbeeld verschillende vormen, beweging, kleur en contrast informatie) 22,20,25. Op die manier specifieke visuele verwerking gebieden die buiten de primaire visuele trajecten zijn gericht, zoals visuele vereniging gebieden in de temporale en pariëtale cortex.Een beperking van deze methode is dat deze visuele stimuli alleen de detectie van visuele input veroorzaken en roep de beginfase van visuele verwerking. Deze stimuli niet richten op een hogere orde functies die relevant na stimulus detectie geworden en dat zijn doorgaans gemeten met een visuele waarneming testen. Hoewel de uitvoering zonder gebruik van communicatie is een uitdaging, een eye-tracking-gebaseerde paradigma is een veelbelovende toekomst formaat voor de detectie van waarneming gerelateerde informatie, bijvoorbeeld visueel zoeken, -Onderdelen of selectieve aandacht.
Kortom, gedetailleerde oogbeweging reacties op verschillende soorten visuele stimulatie een uitgebreide karakterisering van visuele informatie verwerkingsfuncties, vroeg in de ontwikkeling. Derhalve voor elk kind een afzonderlijk visueel profiel qua intacte en gestoorde werking kan worden gecreëerd. Een dergelijk profiel kan gedetailleerde informatie over de sterke en zwakke punten in oculomotorische en visuele biedenfunctie. Het kan worden gebruikt als uitgangspunt voor ondersteuning in het dagelijkse leven, en leraar en verzorger onderwijs. De kwantitatieve informatie die met deze methode beschikbaar is gekomen kan voordelig zijn voor volgende visuele ontwikkeling in de tijd en voor de controle visuele interventies en revalidatie programma's.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Tobii T60 XL | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/ | remote infrared eye tracker |
| Tobii Studio | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ | eye tracker software |
| MATLAB | MathWorks Inc | http://nl.mathworks.com/products/matlab/ | data analysis software |
References
- Hyvärinen, L. Considerations in evaluation and treatment of the child with low vision. Am. J. Occup. Ther. 49 (9), 891-897 (1995).
- Hamill, D. D., Pearson, N. A., Voress, J. K. Developmental Test of Visual Perception. , 2nd edn, Pro-Ed. Austin, TX. (1993).
- Yarbus, A. L. Eye movements and vision. , Plenum Press. New York. (1967).
- Noton, D., Stark, L. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).
- Liversedge, S. P., Findlay, J. M. Saccadic eye movements and cognition. Trends Cogn. Sci. 4 (1), 6-14 (2000).
- Corbetta, M., Shulman, G. L. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat. Rev. Neurosci. 3 (3), 201-215 (2002).
- Tseng, P. H., et al. High-throughput classification of clinical populations from natural viewing eye movements. J. Neurol. 260 (1), 275-284 (2013).
- Karatekin, C. Eye tracking studies of normative and atypical development. Dev. Rev. 27 (3), 283-348 (2007).
- Rommelse, N. N., Vander Stigchel, S., Sergeant, J. A. A review on eye movement studies in childhood and adolescent psychiatry. Brain Cogn. 68 (3), 391-414 (2008).
- Gredebäck, G., Johnson, S., von Hofsten, C.
- Aslin, R. N., McMurray, B. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).
- Sasson, N. J., Elison, J. T. Eye tracking young children with autism. J. Vis. Exp. (61), e3675 (2012).
- Pel, J. J., Manders, J. C., van der Steen, J. Assessment of visual orienting behaviour in young children using remote eye tracking: methodology and reliability. J. Neurosci. Meth. 189 (2), 252-256 (2010).
- Jones, P. R., Kalwarowsky, S., Atkinson, J., Braddick, O. J., Nardini, M. Automated measurement of resolution acuity in infants using remote eye-tracking. Invest. Ophth. Vis. Sci. 55 (12), 8102-8110 (2014).
- Fantz, R. L. Visual perception from birth as shown by pattern selectivity. Ann. N. Y. Acad. Sci. 118 (21), 793-814 (1965).
- Wattam-Bell, J., et al. Reorganization of global form and motion processing during human visual development. Curr. Biol. 20 (5), 411-415 (2010).
- Falck-Ytter, T., von Hofsten, C., Gillberg, C., Fernell, E. Visualization and analysis of eye movement data from children with typical and atypical development. J. Autism. Dev. Disord. 43 (10), 2249-2258 (2013).
- Ahtola, E., et al. Dynamic eye tracking based metrics for infant gaze patterns in the face-distractor competition paradigm. Plos One. 9 (5), e97299 (2014).
- Jäkel, F., Wichmann, F. A. Spatial four-alternative forced-choice method is the preferred psychophysical method for naive observers. J. Vision. 6 (11), 1307-1322 (2006).
- Pel, J. J., et al. Orienting responses to various visual stimuli in children with visual processing impairments or infantile nystagmus syndrome. J. Child Neurol. 29 (12), 1632-1637 (2013).
- Kooiker, M. J., van der Steen, J., Pel, J. J. Reliability of visual orienting response measures in children with and without visual impairments. J. Neurosci. Meth. 233, 54-62 (2014).
- Boot, F. H., Pel, J. J., Evenhuis, H. M., van der Steen, J. Quantification of visual orienting responses to coherent form and motion in typically developing children aged 0-12 years. Invest. Ophth. Vis. Sci. 53 (6), 2708-2714 (2012).
- Oliveira, L. F., Simpson, D. M., Nadal, J. Calculation of area of stabilometric signals using principal component analysis. Physiol. Meas. 17 (4), 305-312 (1996).
- Pel, J., et al. Effects of visual processing and congenital nystagmus on visually guided ocular motor behaviour. Dev. Med. Child Neurol. 53 (4), 344-349 (2011).
- Kooiker, M. J., Pel, J. J., van der Steen, J. The relationship between visual orienting responses and clinical characteristics in children attending special education for the visually impaired. J. Child Neurol. 30 (6), 690-697 (2014).
- Ricci, D., et al. Early assessment of visual function in full term newborns. Early Hum. Dev. 84 (2), 107-113 (2008).
