שיטה לכמת עיבוד מידע ויזואלי בילדים באמצעות מעקב אחר תנועות עיניים
9 ביולי 2016
מתוארת שיטה לכימות איכות עיבוד המידע החזותי המבוסס על תנועות עיניים רפלקסיביות בתגובה לשיטות ראייה ספציפיות. זמני תגובה ופרמטרים של פלט קיבוע משמשים לאפיון ביצועים חזותיים בילדים עם ובלי ליקויי ראייה מגיל 6 חודשים.
המטרה הכוללת של שיטת ההסתכלות המועדפת המבוססת על מעקב עיניים זו, היא לכמת את איכות עיבוד המידע החזותי בילדים, בהתבסס על תגובות התכוונות רפלקסיביות מודרכות חזותית. לשיטה זו יהיה ערך משמעותי בתחום ההערכות החזותיות הקליניות והשיקום בילדים מגיל שישה חודשים. כמו כן, השיטה מבוססת על מדידות אובייקטיביות וניתוח של תגובות תנועת העיניים.
תגובות אלו מספקות מידע כמותי על ביצועים חזותיים, וניתן להשיגן ללא תקשורת מילולית. לפרמטרים כמותיים של עיבוד חזותי, כגון זמני תגובה ואיכות קיבוע המבט, יש ערך נוסף לאפיון ביצועים חזותיים, במיוחד בילדים צעירים ובילדים עם מוגבלויות שכליות. ההשלכות של נושא זה נשתרות מאפיון עיבוד חזותי ותפקודי מוטוריקה עינית בילדים בריאים, ועד לזיהוי ביצועים חזותיים חריגים בילדים עם לקויות ראייה.
התחילו בבחירת סט של גירויים חזותיים, כגון תמונות או סרטונים, כדי למקד את הבדיקה בעיבוד של תפקודי מוטוריקה עינית בסיסיים ותפקודי עיבוד חזותי. השתמשו בגירויים חזותיים כדי להעריך תפקודי מוטוריקה עינית בסיסיים, כגון Fixations ו-Saccades, Smooth Pursuit ו-Optokinetic Nystagmus. לאחר מכן, השתמשו בסט של גירויים חזותיים המבוססים על פרדיגמת מבט מועדף של בחירה כפויה מבין ארבע חלופות (Four Alternative-forced Choice Preferential-looking Paradigm), כך שארבע פינות גירוי שונות מייצגות כל אחת בחירה חלופית או אזור מטרה.
השתמשו בגירויים חזותיים אלו כדי להעריך תפקודי עיבוד חזותי, כגון עיבוד סימולטני, צורה, ניגודיות, צבע או תנועה. לאחר מכן, תכננו רצף בדיקה בתוכנת ה-Eye-tracker, על ידי בחירת סוג הגירוי להוספה, תמונה או סרטון. כדי לעשות זאת, בחרו את הגירוי הרצוי מהתיקייה שבה הוא נמצא, ולחצו על Add.
חזור על שלבים אלו עד שכל הגירויים יתווספו לציר הזמן. לבסוף, מקם את הסוגים השונים של הגירויים החזותיים, בסדר אקראי, ברצף הבדיקה. ודא שמיקום אזור המטרה משתנה מניסוי לניסוי, וזאת כדי לעורר תנועות עיניים רפלקסיביות של המשתתף לעבר המטרה.
התחילו בבחירת מערכת למעקב אחר תנועות עיניים המתאימה לאוכלוסיות ילדים, לדוגמה, כזו המשתמשת באור אינפרא-אדום מרחוק, וחברו את מסך המעקב למסך LCD עם זרוע גמישה לשולחן יציב. בחרו בזרוע המסוגלת לנוע בשלושה ממדים. לוו את הילד לחדר הבדיקה, והמיקמו אותו במרחק של כ-60 סנטימטרים מהמסך, כדי להבטיח מעקב יעיל אחר האישונים של שתי העיניים.
לאחר מכן, כווננו את מיקום המסך כך שיהיה ניצב לעיני הילד. בשלב הבא, ודאו את איכות קליטת האישונים על ידי נוכחותן של שתי נקודות לבנות הנראות בבירור, המייצגות את עיני הילד על המסך. הפעילו את הליך כיול תוכנת מעקב העיניים (Eye-tracker Software Calibration Procedure), המציג נקודות נעות באזורים מוגדרים מראש על המסך, כדי לסנכרן את מיקומי המבט.
בדקו את איכות הכיול המוגדר מראש, כדי להבטיח שניתן לבצע הקלטות. לאחר מכן, הפעילו חלון נפרד הנקרא viewer, המציג את תגובות תנועות העיניים של הילד לגירויי הבדיקה, על ידי הבלטת אות המבט על גבי הקלטת הווידאו. הפעילו מצלמת רשת המופנית אל הילד, כדי לצפות ולהקליט את התנהגותו הכללית של הילד במהלך הבדיקה.
הודיעו לילד כי הוא עומד לצפות בטלוויזיה. לאחר מכן, בצעו את הבדיקה ועקבו אחר ההתנהגות הפיזית של הילד ותגובות תנועות העיניים שלו. לאחר ביצוע הבדיקה, השמיעו מחדש את הקלטת המבט במצב לא מקוון (offline), ובחנו את תגובות המבט לגירויים שהוצגו, וזאת כדי לקבל אפיון איכותני של התנהגות ההכוון החזותי של הילד.
לבסוף, ייצאו ואחסנו עבור כל נבדק את הנתונים המוקלטים מבוססי הזמן על מאפייני תנועות העיניים, כגון מרחק צפייה ומיקומי מבט, ובנפרד את הרשימה מבוססת הזמן של הגירויים החזותיים שהוצגו, כגון מיקומי הגירויים. בצעו הליך כיול לאחר בדיקה (post-calibration) לאחר סיום ההקלטה, כדי לעקוף כיול לקוי לפני הבדיקה שנגרם עקב תנועות ראש מרובות, חוסר בקיבעונות ראייה תקינים, או מבט או תנוחת ראש לא תקינים. כדי לעשות זאת, פתחו את תוכנת הניתוח (Analysis software) ובחרו את הגירוי לצורך ניתוח נתוני המבט, על ידי הקלדת המספר 1 לצד הגירוי הנבחר.
לחצו על Run. בתפריט הצף, בחרו באפשרות Post-calibrate the Data. לאחר מכן, בחרו את נתוני המבט (Gaze Data) של נבדק אחד מרשימת הקבצים ולחצו על Open.
בתפריט הפופ-אפ הבא, בחרו באילו עיניים לנתח: שמאל, ימין או שתיהן, כדי להפיק תרשים פיזור של כל מיקומי המבט והמטרות שנרשמו, לאורך כל זמן הצגת הגירוי. לאחר מכן, בחרו כן או לא, בהתאם לשאלה האם מיקומי המבט חופפים נכונה למיקומי המטרה התואמים.
אם הכיול אינו תקין, בחרו ב-No כדי לבצע כיול לאחר מכן. תרגמו את נקודות מרכז המבט למרכז המסך, על ידי לחיצה אחת על ה-Center of Gaze Points, או על נקודת המרכז הממוקמת בדיוק במרכז הציר האנכי והאופקי. התאימו את קנה המידה של מיקומי המבט למיקומי המטרה המתאימים, על ידי לחיצה אחת על ה-Center of Gaze Points בכל אחד מארבעת רבעי המטרה.
בדקו שוב האם מיקומי המבט חופפים נכונה למיקומי המטרה המתאימים. אם הכיול תקין, בחרו ב-Yes כדי לשמור את נתוני המבט המכוילים. אחרת, בחרו ב-No וחזרו על הליך הכיול הסופי.
בנוסף, ודאו שהנבדק ראה את הצגת הגירוי, על ידי בדיקה שהנתוני מבט תואמים לקריטריונים הבאים, וכן לגרף הוויזואליזציה. אם ניתן לסווג את הגירוי כנראה, לחצו על "כן" בתפריט הפופ-אפ. אחרת, לחצו על "לא". במקביל, שרטטו את כל נקודות הקיבוע השייכות לגירוי המוצג ברביע המטרה המתאים.
בצעו בדיקה ויזואלית כדי לוודא שנקודות הקיבוע ממוקמות ברבע הנכון. לבסוף, לאחר בדיקה ידנית של תגובות תנועת העין, השתמשו בתוכנה כדי לחשב שלושה פרמטרים: זמן תגובה לקיבוע (Reaction Time to Fixation), או RTF; משך קיבוע (Fixation Duration), או FD; ושטח קיבוע מבט (Gaze Fixation Area), או GFA.
RTF הוא מדד לזמן הדרוש לעיבוד מידע חזותי ולביצוע תנועת עיניים. כאן, ערכי ה-RTF הממוצעים במהלך גירוי הסרטון הדינמי גבוהים באופן מובהק בקרב ילדים עם לקויות ראייה, בהשוואה לילדים ללא לקויות ראייה. בנוסף, ערכי ה-RTF גבוהים באופן מובהק בקרב ילדים עם לקויות ראייה מוחיות, בהשוואה לילדים עם לקויות ראייה עיניות.
משך הקיבוע (Fixation Duration) הוא סך הזמן שבו המבט היה מקובע בתוך אזור המטרה. משך הקיבוע קצר באופן משמעותי אצל ילדים עם לקויות ראייה, בהשוואה לילדים ללא לקויות ראייה. בנוסף, משך הקיבוע קצר באופן משמעותי אצל ילדים עם לקויות ראייה מוחיות, בהשוואה לילדים עם לקויות ראייה עיניות.
יתרה מכך, שטח קיבוע המבט (Gaze Fixation Area), הוא מדד לדיוק הקיבוע, שבו שטח קיבוע קטן מעיד על דיוק קיבוע גבוה. במקרה זה, ערכי ה-GFA גדולים באופן מובהק אצל ילדים עם לקויות ראייה מאשר אצל ילדים ללא לקויות ראייה. בנוסף, ה-GFA גדול באופן מובהק אצל ילדים עם לקויות ראייה וניסטגמוס, בהשוואה לילדים עם לקויות ראייה אך ללא ניסטגמוס.
לאחר צפייה בסרטון זה, תגמרו עם הבנה טובה של אופן השימוש בשיטות מבוססות מעקב עיניים (Eye-tracking), בקליניקה ובפרקטיקה. שיטות אלו יכולות לשמש לכימות איכות עיבוד המידע החזותי בילדים החל מגיל שישה חודשים. השלבים החיוניים בפרוטוקול כוללים גירויים המבוססים על העדפת מבט, את היכולת לבצע כיול לאחר מעשה (post-calibrate) לנתוני מעקב העיניים, ואת הזמינות של מדדי תוצאה כמותיים.
פרמטרי העיבוד הרשמיים המתקבלים בשיטות אלו עשויים להועיל במעקב אחר התפתחויות חזותיות לאורך זמן, ובניטור השפעותיהם של תוכניות התערבות חזותית. שיטות אלו יכולות לספק פרופילים אישיים של ביצועים חזותיים. פרופילים אלו עשויים לשמש לתמיכה תפקודית בחיי היומיום, המותאמת לצרכיו של הילד.
סקירה כללית
מאמר זה מציג שיטה לכימות עיבוד מידע חזותי בילדים באמצעות תנועות עיניים רפלקסיביות. הוא מתמקד בניתוח זמני תגובה ופרמטרי קיבוע כדי להעריך ביצועים חזותיים הן בילדים עם התפתחות טיפוסית והן בילדים עם לקויות ראייה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי העצב
- הערכות ראייה קליניות
- התפתחות הילד
רקע
- עיבוד מידע חזותי הוא חיוני להתפתחות הילד.
- תנועות עיניים רפלקסיביות עשויות להעיד על ביצועים חזותיים.
- מדידות אובייקטיביות הן חיוניות בהערכות קליניות.
- הבנת העיבוד החזותי יכולה לסייע במאמצי שיקום.
מטרת המחקר
- לכימות איכות העיבוד החזותי אצל ילדים.
- להערכת תנועות עיניים רפלקסיביות בתגובה לגירויים חזותיים.
- לזיהוי הביצועים החזותיים אצל ילדים עם ליקויים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בחירה של גירויים חזותיים המכוונים לתפקודי המוטוריקה העינית.
- יישום של פרדיגמת מבט מועדף עם בחירה כפויה מבין ארבע חלופות (Four Alternative-forced Choice Preferential-looking Paradigm).
- כיול של מערכות מעקב עיניים המתאימות לאוכלוסיות ילדים.
- ניתוח נתוני מבט לאפיון התנהגות התכווננות חזותית.
תוצאות עיקריות
- פרמטרים כמותיים מספקים תובנות לגבי הביצועים החזותיים.
- ניתן לקבל מדידות אובייקטיביות ללא צורך בתקשורת מילולית.
- זוהו הבדלים בעיבוד חזותי בין ילדים בריאים לבין ילדים עם לקויות.
- נהלי כיול יעילים משפרים את דיוק הנתונים.
מסקנות
- השיטה בעלת ערך להערכות קליניות ושיקום.
- היא מסייעת בזיהוי ביצועים חזותיים חריגים.
- יישומים עתידיים עשויים לשפר התערבויות עבור ילדים עם ליקויי ראייה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שיטה זו מאפשרת הערכה כמותית ואובייקטיבית של עיבוד מידע חזותי באוכלוסיות ילדים ללא הסתמכות על תקשורת מילולית, ובכך היא נותנת מענה לפער קריטי באבחון מוקדם של ילדים מתחת לגיל ארבע ושל ילדים עם מוגבלויות שכליות. באמצעות מדידת תגובות רפלקסיביות של תנועת העיניים לגירויים חזותיים מבוקרים, היא מספקת ביומרקרים הניתנים לתרגום לצורך תיקוף יעדים (target validation) בתחומי טיפול נוירו-התפתחותיים ותחושתיים. גישה זו תומכת בהפחתת סיכונים מנגנונית (mechanistic de-risking) במודלים פרה-קליניים על ידי קישור תפקוד נתיב הראייה לפלטים התנהגותיים מדידים, ובכך היא מסייעת בקבלת החלטות go/no-go בקווי מחקר של גילוי מוקדם.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות הקשורות לשלמות המסלול הוויזואלי ומנגנוני עיבוד ויזואלי קורטיקליים.
- ערך תפעולי: מספק הפחתת סיכונים ביולוגית באמצעות תיקוף פונקציונלי של מטרה, באמצעות תגובות התמצאות רפלקסיביות לגירויי צורה, תנועה, ניגודיות וצבע.
- ערך ניבוי: תומך במיון פורטפוליו על ידי כימות פגמים בביצועים ויזואליים המתואמים עם ליקויים ויזואליים מוחיים לעומת עיניים.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- מוכנות הבדיקה: מכין מערכות ביולוגיות שעברו תיקוף עבור זרימות עבודה המשך באמצעות פאראדיגמות סטנדרטיות של מבט מועדף בבחירה כפויה מבין ארבע חלופות.
- תוצרים כמותיים: מספק מדידות הדירות של זמן התגובה עד לקיבעון המבט, משך הקיבעון ושטח קיבעון המבט עבור יישומי סריקת תרכובות.
- قابליות הרחבה: מאפשר שימוש חוזר בפלטפורמה להערכות של מודאליות חזותית עם תשתית למעקב עיניים מרחוק המתאימה להתאמה לסריקה בשפיות גבוהה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רלוונטיות למחלה: תואם לאסטרטגיות של ביומרקרים תרגומיים על ידי אפיון עיבוד מידע חזותי במערכות הרלוונטיות למחלה החל מגיל שישה חודשים.
- המשכיות פרה-קלינית: מגשר בין שלב הגילוי לאישוש פרה-קליני על ידי מתן אפשרות למעקב ארוך טווח של התפתחות חזותית והשפעות של התערבויות.
- קידום מותאם סיכונים: מספק מידע להפחתת סיכונים מכניסטית על ידי זיהוי ביצועים חזותיים חריגים במודלים של ליקוי חזותי מוחי לעומת פתולוגיה עינית.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
השיטה משתלבת ברצף הגילוי, החל מתיקוף מטרות מוקדם, דרך זיהוי מובילים ועד למחקרים פרה-קליניים, במיוחד עבור טיפולים המכוונים לתפקוד לקוי של המסלול הראייתי או להפרעות נוירו-התפתחותיות.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת היפותזות ובבירור מסלולים על ידי בידוד פונקציות עיבוד חזותי כגון עיבוד סימולטני, ואפליה של צורה, תנועה וצבע.
- סריקה: מבטיח מוכנות של הבדיקה באמצעות פלטי תנועות עיניים רפלקסיביות וכמותיות, המאפשרים הערכה מהימנה של תרכובות על פני מודליות חזותיות שונות.
- אנליטיקה: מייצר מדדי זמן תגובה, משך קיבוע המבט ואזור קיבוע המבט, המאפשרים השוואה בין תנאים שונים וכבישור של גודל האפקט.
- מחקר תרגומי: מקשר לרציפות פרה-קלינית על ידי ה umożliw הכנת פרופילים חזותיים אישיים לניטור מסלולי התפתחות ותגובות להתערבויות.
- שימוש חוזר ארגוני: משמש כיכולת הניתנת לשימוש חוזר להערכת ביומרקרים חזותיים על פני מספר תחומים טיפוליים ומערכות מודל.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי בתיקוף המטרה על ידי הפחתת העמימות המכניסטית במסלולי עיבוד חזותי.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה, השחזוריות והיכולת להרחבה (scalability) באמצעות פרוטוקולי מדידה אובייקטיביים ולא-מילוליים.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) על ידי מתן אפשרות לגילוי מוקדם של ליקויי ביצועים חזותיים, ובכך מפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים בטיפולים תחושתיים.
- השפעה על הפורטפוליו: מקל על תיעדוף מותאם סיכונים באמצעות פרופילים חזותיים כמותיים התומכים בהחלטות קידום בתוכניות נוירו-התפתחותיות ותחושתיות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בהערכה חזותית פדיאטרית, טכנולוגיית מעקב אחר עיניים ומדעי המוח ההתנהגותיים.
- תלוי במערכות מעקב מרחוק באמצעות אינפרה-אדום, עם אפשרויות התקנה גמישות ויכולות מעקב אחר אישונים עבור ילדים מגיל שישה חודשים ומעלה.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של עיצוב הגירויים, נהלי כיול ותהליכי ניתוח נתונים באתרים המחקריים והקליניים.
- כולל שיקולי התאמה לרמות התפתחותיות משתנות, מצבי קשב ומצבים נלווים כגון ניסטגמוס או מוגבלות שכלית.
- מוגבל בשל הצורך בגירויים חזותיים מבוקרים ובנהלי כיול חוזרים כדי להבטיח את דיוק הנתונים בנוכחות תנועת ראש או חוסר יציבות בקיבעון המבט.
שאלות נפוצות בתחום הביופארמה
Chapters in this video
0:05
Title
1:10
Selection of Visual Stimuli and Design of Eye Tracking Paradigm
2:50
Eye Tracking Experiment
4:50
Quantitative Analysis of Eye Movements
7:24
Results: Children with Visual Impairments Show Higher RTF, Shorter FD, and Larger GFA than Children without Visual Impairments
8:45
Conclusion
