כל ההליכים הניסיוניים שכללו משתתפים אנושיים בוצעו בהתאם להצהרת הלסינקי. פרוטוקול המחקר נבדק ואושר על ידי ועדת האתיקה למדע וטכנולוגיה של אוניברסיטת צ'ינגחואה (רפואה) (פרויקט מס' THU01-20250087). הסכמה מדעת בכתב התקבלה מכל המשתתפים לפני הכללתם במחקר. הצרכנים והציוד המשמשים מופיעים בטבלת החומרים.
מסגרת ניסויית דו-מודלית
המתודולוגיה השתמשה במערכת אימות דו-מודלית כדי ללכוד את המפגש בין מציאות לפגוע. בשלב הראשון, המשתתפים לבשו מערכת מעקב עיניים לבישה עם תדר דגימה של 50 הרץ. מכשיר זה תפס דינמיקת מבט ברזולוציה גבוהה, כולל תדר סקאדי ומשך קיבוע קבוע, כאשר המשתתפים ניווטו באופן עצמאי מסלול טרמינל אמיתי מהכניסה לשער. בשלב השני נעשה שימוש באוזניות מציאות מעורבת (MR) המותקנות על הראש כדי לדמות אובדן ראייה פתולוגי. באמצעות שיידרים בזמן אמת של OpenGL, המערכת הטילה פגמים בשדה הראייה על תצוגות המשתתפים של הסביבה הסופית, תוך חיקוי תכונות של ניוון מקולרי (סקוטומה מרכזית), גלאוקומה (אובדן פריפרי), רטינופתיה סוכרתית (ראייה מקוטעת) ורטיניטיס פיגמנטוזה (ראיית מנהרה). כדי לזהות את המשתנים הספציפיים שגורמים לכשל ניווט, יושם עיצוב סטנדרטי של מערך אורתוגונלי L9. עיצוב סטטיסטי זה העריך באופן שיטתי ארבעה משתנים בלתי תלויים, שכל אחד מהם קיבל שלוש רמות נפרדות: צפיפות מידע (נמוכה, בינונית, גבוהה), פורמט קידוד (טקסט בלבד, אייקון בלבד, היברידי), הפרעות סביבתיות (נמוך, בינוניות, חמורות), ולחץ זמן (אין, בינוני, גבוה). פרמטרים אלו יצרו תשעה שילובים ניסיוניים סימטריים. בנוסף לתרחיש בקרה בסיסי לא משוקלל אחד, זה הניב סך של 10 תנאים ניסיוניים. כדי להפחית השפעות למידה רציפה והטיית העברה, סדר ההצגה של עשרת התרחישים הללו הוקצה באקראי מוחלט לכל משתתף באמצעות אסטרטגיית ריבוע לטינית (טבלה משלימה 1).
משימות ניווט וסימולציות לקות ראייה
המחקר השתמש במערכת מתודולוגית דו-שכבתית. בשלב הראשון, המשתתפים ביצעו רצף של משימות ניתוח דרך סטנדרטיות מהעולם האמיתי (שער → הכניסה → האבטחה, המשתרע על מסלול מוגדר מראש בקירוב של 450 מטר) בתוך טרמינל שדה תעופה גדול ומתפקד. המשתתפים קיבלו הוראה לנווט בקצב ההליכה הטבעי שלהם מבלי לבקש עזרה חיצונית. כל המפגשים הניסיוניים התקיימו בתנאי תאורה סביבתית יומית סטנדרטיים (כ-300–500 לוקס). כל מפגש נמשך כ-30 דקות וכלל תקופת הסתגלות חובה של 5 דקות כדי לאפשר למשתתפים להסתגל למשקל האוזניות ולתצוגות הוויזואליות לפני הקלטת הנתונים. נתוני מבט רציפים נרשמו בתדירות דגימה של 50 הרץ. עיבוד נתונים מוקדם וניתוח תפעולי בוצעו באמצעות תוכנת ניתוח מעקב עיניים ייעודית. בשלב זה, המשתתפים לבשו את משקפי מעקב העיניים שהוזכרו קודם. לפני הניווט, המערכת כויללה בנפרד לכל משתתף באמצעות הליך כיול נקודתי יחיד סטנדרטי דרך יישום בקר נלווי. ניסויים החלו רק לאחר שהתוכנה יצרה אישור כיול מוצלח, שהבטיח סף דיוק מיפוי מרחבי של <0.5 מעלות זווית ראייה. וקטורי מבט גולמיים הוחלקו באמצעות מסנן חציוני (גודל חלון = 3 דגימות) כדי לבודד רעש אות בתדר גבוה. קיבועים הוגדרו תפעולית באמצעות אלגוריתם זיהוי סף מהירות (I-VT), כאשר סף המהירות מוגדר בפרמטר של 30 מעלות לשנייה ומשך קיבוע מינימלי של 60 מילישניות. פרמטרי סינון מבט שללו תקופות של אובדן אות העולים על 100 מילישניות, הנובעות מהבהוב או ארטיפקטים חומרתיים. בשלב השני, כדי לבודד במדויק את ההשפעה ההתנהגותית של ליקויים בראייה מהירידה הקוגניטיבית הכללית הקשורה לגיל, רק קבוצת הביקורת הצעירה יותר השתמשה באוזניות MR כדי לדמות פרופילים ספציפיים של אובדן ראייה פתולוגי. על ידי הרצת שיידרים מותאמים אישית בזמן אמת בזמן אמת OpenGL (שפותחו בתוך מנוע משחקים חוצה פלטפורמות סטנדרטי), מערכת MR הטילה מסננים ויזואליים על הסביבה הפיזית. לפני כל בלוק סימולציה, צוות המחקר אישר באופן שיטתי את הפעלת השיידרים ואת סתירת שדה הראייה המדויק מול רשת כיול פיזיקלי סטנדרטית כנקודת ביקורת ביניים חיונית. כדי להבטיח שחזוריות, פרמטרי הסימולציה עוגנו במודלים אופתלמולוגיים קליניים מבוססים20: ניוון מקולרי דומה באמצעות סקוטומה אבסולוטית מרכזית שמסתירה את 10° השדה המרכזי של שדה הראייה; גלאוקומה ורטיניטיס פיגמנטוזה דומו דרך דרגות שונות של סתימה פריפרית (ראיית מנהרה מוגבלת לפתח מרכזי של 20° ו-10°, בהתאמה); ורטינופתיה סוכרתית שוחזרה באמצעות סקוטומות אקראיות עם הפחתה אחידה של 40% ברגישות לניגודיות.
פתרון תקלות מתודולוגי ובקרת איכות
כדי להבטיח את אמינות הפרוטוקול הדו-מודלי, יושמו אמצעי בקרת איכות מחמירים. שלב קריטי לאמינות מעקב עיניים היה שמירה על סף דיוק מיפוי מרחבי של <0.5 מעלות; סטיית כיול, אתגר נפוץ במהלך משימות הליכה ממושכות בעולם האמיתי, טופלה על ידי קביעת נקודות כיול מחדש חובה כל 10 דקות. בסימולציות המציאות המעורבת, שמירה על יציבות של חסימת שדה הראייה למרות תנועת ראש המשתתפים היוותה אתגר טכני משמעותי. זה הוקל על ידי שימוש ביכולות העיגון המרחבי של אוזניות ה-MR לנעילה נוקשה של השיידרים למרחק הבין-אישונים (IPD) של המשתמש, ועל ידי אימות שיטתי של יישור ההסתרה מול רשת כיול פיזית לפני כל ניסוי.
חישוב מהירות זוויתית ממוצעת
המדד הכמותי המרכזי שהופק היה מהירות הזווית הממוצעת (AV) של המבט, ששימש כמדד תפעולי לעוצמת סריקה מרחבית שעשוי לשקף הן מאמץ חקר פיצוי והן אי-ודאות ניווטית בסיסית. AV חושב כגודל קצב ההזזה הזוויתית של וקטור המבט על פני מרווחי דגימה בדידים (Δt = 20 מילישניות, תואם מתמטית לקצב דגימת חומרה של 50 הרץ). מהירות הזווית המיידית, המסומנת כ-ω(t), חושבה באמצעות קואורדינטות המבט הדו-ממדיות המסוננות (x, y) על מישור הראייה המוקרן:
(3)