Un metodo per quantificare Visual Information Processing in bambini che utilizzano Eye Tracking

Summary

Viene descritto un metodo per quantificare la qualità dell'elaborazione delle informazioni visive basata sui movimenti oculari riflessi in risposta a specifiche modalità visive. I tempi di reazione e i parametri di output della fissazione vengono utilizzati per caratterizzare le prestazioni visive nei bambini con e senza disabilità visive a partire dai 6 mesi di età.

Abstract

I problemi visivi che si verificano presto nella vita possono avere un impatto importante sullo sviluppo di un bambino. Senza comunicazione verbale e basata solo su metodi osservativi, è difficile fare una valutazione quantitativa dei problemi visivi di un bambino. Ciò limita una diagnostica accurata nei bambini di età inferiore ai 4 anni e nei bambini con disabilità intellettiva. Qui descriviamo un metodo quantitativo che supera questi problemi. Il metodo utilizza un eye tracker remoto e un paradigma di osservazione preferenziale a quattro scelte per misurare le risposte dei movimenti oculari a diversi stimoli visivi. Il bambino siede senza poggiatesta davanti a un monitor con telecamere a infrarossi integrate. In uno dei quattro quadranti del monitor viene presentato uno stimolo visivo. Ogni stimolo ha una modalità visiva specifica rispetto allo sfondo, ad esempio la forma, il movimento, il contrasto o il colore. Dalle risposte riflessive ai movimenti oculari a queste specifiche modalità visive, vengono calcolati parametri di output come i tempi di reazione, l'accuratezza e la durata della fissazione per quantificare il comportamento visivo di un bambino. Con questo approccio, la qualità dell'elaborazione delle informazioni visive può essere valutata senza l'uso della comunicazione. Confrontando i risultati con i valori di riferimento ottenuti nei bambini con sviluppo tipico da 0 a 12 anni, il metodo fornisce una caratterizzazione dell'elaborazione delle informazioni visive nei bambini ipovedenti. Le informazioni quantitative fornite da questo metodo possono essere vantaggiose per il campo della valutazione visiva clinica e della riabilitazione in diversi modi. I valori dei parametri forniscono una buona base per: (i) caratterizzare le capacità visive precoci e di conseguenza consentire interventi precoci; (ii) confrontare i gruppi di rischio e seguire l'evoluzione visiva nel tempo; e (iii), costruire un profilo visivo individuale per ogni bambino.

Introduction

La prevalenza di danni cerebrali connessi problemi visivi nei bambini è aumentato. Poiché i problemi visivi possono avere un grande impatto sullo sviluppo di un bambino, la diagnosi precoce nei bambini neonati e nei bambini a rischio è molto importante. Allo stato attuale, i test di funzionalità visiva per valutare funzioni sensoriali visivi come acuità visiva e sensibilità al contrasto (ad esempio, i test ottotipo) sono applicabili in bambini dai 1-2 anni di età ^1. Nei bambini più piccoli questi test si basano su osservazioni strutturate di comportamento di visione di un bambino di informazioni visive. L'interpretazione di tale comportamento, vale a dire, cercando in movimenti degli occhi di un bambino, può essere ostacolato da oculomotor o disfunzioni di attenzione del bambino, o anche per la visualizzazione di comportamento dell'osservatore. Funzioni visive cerebralmente mediate come la memoria visuo-spaziale e di riconoscimento degli oggetti vengono valutate con i test di percezione visiva (per esempio, DTVP ^2). Questi test richiedono ins verbalitructions e la comunicazione e può essere utilizzato da 4-5 anni di età. In vista dello sviluppo postnatale del sistema visivo e di sfruttare l'elevato livello di plasticità primi anni di vita, è auspicabile stabilire la presenza e l'entità di deficit nella trasformazione informazioni visive più presto possibile. In questo modo, i bambini con (cerebrali) disabilità visive possono al massimo trarre beneficio da un intervento precoce, la stimolazione visiva, o di strategie di sostegno. Di conseguenza, vi è la necessità per un metodo di valutazione di elaborazione delle informazioni visive che possono essere utilizzati senza comunicazione verbale nei bambini e che si basa su risultati quantitativi.

I movimenti oculari sono un buon modello per studiare il comportamento di orientamento guidato visivamente agli stimoli ^3,4, e relativi funzioni percettive e cognitive ^5. I movimenti oculari indicano al centro dell'attenzione visiva in scene, e sono noti per causare sia da bottom-up (riflessiva, salienza-driven) o dall'alto verso il basso (intentional, cognitivo) elabora ^6. I movimenti oculari sono utilizzati per dirigere la fovea, cioè, nitidezza della visione, a nuovi oggetti. Il contenuto visivo di un oggetto di interesse è trasformati tramite percorsi che corrono dalla retina attraverso il genicolato nucleo laterale primaria corteccia visiva (V1), e che si distribuiscono su aree di lavorazione cerebrali (ad esempio, coinvolti in attenzione, orientamento spaziale, il riconoscimento, la memoria e le emozioni). I movimenti oculari sono sia un prerequisito per, e un sequel di elaborazione delle informazioni visive.

Sviluppi nella misurazione dei movimenti oculari con inseguitori occhi infrarossi danno la possibilità di ottenere parametri quantitativi di oculomotor e funzione visiva. trackers occhio automatizzati sono oggi onnipresenti nella ricerca medica e psicologica che coinvolge popolazioni sane e clinici. Il loro scopo non è solo per studiare la funzione oculomotoria e l'allocazione attenzione ^7, ma anche per rispondere alle domande about meccanismi comportamentali e psicologici ^8,9. Con l'aumento dei sistemi di tracciamento dell'occhio accessibili e commerciali, sono sempre più utilizzati per testare le popolazioni vulnerabili di neonati e bambini ^10-12, senza condizioni vincolanti, istruzioni complesse, o cooperazione attiva ^12,13. A causa della stretta accoppiamento del oculomotor e sistema visivo a livello cerebrale oculare e, occhio metodi di monitoraggio basati sono preminentemente adatto per valutare le capacità visive. Finora, oltre la misura dell'acuità visiva ^14, l'utilizzo della tecnica nella valutazione della funzione visiva nei bambini ha ricevuto relativamente poca attenzione.

Il nostro gruppo ha combinato misurazioni movimento degli occhi con un paradigma di sguardo preferenziale ^13. Preferenziale cercando è la preferenza per fissare le superfici modellate su quelle omogenee ^15. Questo principio viene applicato utilizzando stimoli visivi con un'area bersaglio in uno dei quattro quadranti, che diffER dallo sfondo, in termini di una caratteristica visiva specifica, ad esempio forma coerente, movimento coerente, contrasto e colore. Queste caratteristiche visive sono noti per essere elaborato da vie visive periferiche e centrali separati. Ad esempio, le informazioni sulla forma viene elaborato da percorsi ventrali, da V1 a corteccia temporale. Informazioni su movimento viene elaborato da percorsi dorsali, da V1 a corteccia parietale posteriore ^16. Quindi, stimoli specifici vengono usati per attivare l'elaborazione dell'informazione visiva in zone distinte del sistema visivo. Se un bambino è in grado di vedere le informazioni visive specifiche che viene presentato, che le informazioni attirerà l'attenzione visiva in forma di movimenti oculari. Questi riflessivi risposte movimento degli occhi agli stimoli visivi sono registrati con un tracker occhio a raggi infrarossi a distanza. In questo modo, le misure di movimento degli occhi fornire una valutazione priva di comunicazione della qualità dei vari aspetti di informazioni visive di elaborazione ^13.

I movimenti oculari forniscono non solo i dati di osservazione del comportamento di visione di un bambino ^11, ma possono essere utilizzate anche altre misure oggettive outcome. In combinazione con un paradigma di test accuratamente progettato, movimenti oculari possono dare informazioni precise e obiettive sui elaborazione delle informazioni visive. Queste informazioni sono ottenute calcolando parametri quantitativi basati sulle proprietà temporali e spaziali di risposte movimento degli occhi. Esempi di tali parametri sono il tempo di reazione ^13, tempo di fissazione ^17, metriche saccade ⁷ o allocazione attenzione cumulativo ^18. La disponibilità di questi parametri è nuovo al campo della valutazione visiva nei bambini in giovane fase di sviluppo.

L'obiettivo di questo lavoro è quello di presentare un metodo di monitoraggio basata su occhio per misurare l'elaborazione delle informazioni visive nei bambini a partire dall'età di 6 mesi. La misura di set-up e la procedura (cioè paradigma verbale, post-calibrazione e mobility) si applicano specificamente all'utilizzo di questo metodo in bambini a rischio. Un aspetto fondamentale è l'analisi di parametri quantitativi visivi di risposta, cioè il tempo di reazione, la durata di fissaggio, e la precisione di fissaggio. Questi parametri vengono utilizzati per fornire aree di riferimento di risposte guidate visivamente nei bambini con sviluppo tipico, a caratterizzare l'elaborazione delle informazioni visive in gruppi a rischio di bambini con disabilità visive.

Protocol

Il protocollo qui descritto è stato approvato dal Comitato Etico ricerca medica della Erasmus Medical Center, Rotterdam, Paesi Bassi (MEC 2012-097). Le procedure rispettati i principi della Dichiarazione di Helsinki (2013) per la ricerca che coinvolge soggetti umani.

1. stimoli visivi

1. Selezionare un insieme di stimoli visivi, cioè immagini e filmati, di indirizzare l'elaborazione di funzioni oculomotori base e funzioni di elaborazione visiva.
2. Utilizzare immagini e filmati per valutare le funzioni oculomotori di base come la fissazione, saccadi, l'esercizio regolare e nistagmo optocinetico. Quando vengono rilevati anomalie della funzione oculomotor, tenerne conto nell'analisi dei dati e l'interpretazione.
   1. Utilizzare un'immagine per valutare la fissazione e saccadi. L'attuale paradigma contiene immagini smiley con un raggio di 3º dell'angolo visivo, che vengono presentati nella sinistra, destra, metà superiore e inferiore del monitor.
   2. USe a un'immagine che si muove lentamente per valutare ricerca liscia. L'attuale paradigma contiene film di smile che si muovono 16º in direzione orizzontale e verticale sinusoidale attraverso il monitor, con una velocità di 4a / sec.
   3. Utilizzare un film per valutare i riflessi nistagmo optokinetic. L'attuale paradigma contiene i film di reticoli sinusoidali in bianco e nero che si muovono in direzione verso sinistra e verso destra.
3. Utilizzare immagini e filmati per valutare le funzioni di elaborazione visiva, ad esempio, contrasto, colore, forma o movimento.
4. Utilizzare una serie di stimoli visivi che si basano su un 4-alternativa scelta forzata preferenziale paradigma Looking (4-AFC PL ^19). Nella presente paradigma 4 angoli di stimolo (cioè, in alto a sinistra e destra del quadrante, inferiore sinistro e quadrante destro) rappresentano ognuno una scelta alternativa, cioè, un'area bersaglio. Ogni area di destinazione ha un raggio di 6º e si distingue dalle altre 3 quadranti rispetto alle specifiche informazioni visive,ad esempio, sulla base di contrasto, colore, forma o movimento. Il seguente stimoli visivo può essere utilizzato come esempio:
   1. Utilizzare un'immagine per valutare l'elaborazione dei moduli Coerenza: un'immagine con una serie di linee orientate in modo casuale brevi w Hite (0,2º x 0.6º; densità 4,3 linee / grado ²⁾ contro uno sfondo nero. Nella zona di destinazione tutte le righe sono disposti a forma di cerchio.
   2. Utilizzare un film per valutare Local elaborazione Motion: un film con un nero bianco bersaglio quadrata / fantasia, con un angolo di visuale di 2.3º, contro uno sfondo altrettanto fantasia, spostando 2.5º verso sinistra e verso destra in un quadrante a 2.5º / sec.
   3. Utilizzare un film per valutare l'elaborazione di movimento globale: un'immagine con una serie di puntini bianchi (diametro 0.25º, densità 2.6 punti / grado ^2), in espansione dal centro dell'area di destinazione verso i confini del monitor. I punti muovono su uno sfondo nero con una velocità di 11.8º / sec ed una durata limitatadi 0,4 sec.
   4. Utilizzare un'immagine per valutare rilevazione del contrasto: un'immagine con una luminosità 0% (nero) Hiding Heidi immagine nella zona di destinazione, contro un 75% (grigio chiaro) luminosità dello sfondo.
   5. Utilizzare un'immagine per valutare Rilevazione Colore: un'immagine con un numero verde 17 nella zona di destinazione, su uno sfondo rosso-giallo.
   6. Utilizzare un film per valutare l'elaborazione visiva contemporanea, per esempio, un cartone animato: una immagine colorata, alto contrasto (riprodotto con il permesso di Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Paesi Bassi) con un angolo di visuale di 4.5º x 9.0º (altezza x larghezza ) mobile 1.5º su e giù a una velocità di 3a / sec nell'area di destinazione, contro uno sfondo nero.
      NOTA: Ai fini della chiarezza, i risultati rappresentativi di questo lavoro si concentrerà sullo stimolo dei cartoni animati altamente saliente che contiene i vari tipi di informazioni visive (Figura 1). Per le immagini degli altri stimoli visivi, si prega di consultare uno studio precedente ²⁰

Figura 1. stimolo del fumetto. Lo stimolo cartone contiene diverse modalità visive (forma, movimento, colore e contrasto). Questo stimolo innesca attenzione visiva, e dà i tempi di risposta più veloci nei bambini. Sovrapposto è un movimento oculare (grigio), che va dall'angolo in basso a sinistra del monitor nella zona di destinazione in alto a destra (cioè, una risposta riflessiva allo stimolo). Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Paradigma di prova 2. eye-tracking-based

1. Scegliere un sistema di tracciamento oculare adatto per le popolazioni pediatriche (ad esempio, non invasivo, la tolleranza di movimenti della testa, e facilità d'uso) ^12. Ciò comporta in genere a raggi infrarossi a distanzatrackers oculari (ad esempio, Tobii T60XL, SMI RED) ^10,11.
2. Scegli un ampio monitor del computer dimensioni angolo per visualizzare completamente ogni stimolo (ad esempio, l'angolo visivo minimo di 24º x 30º a 60 cm di distanza in linea). L'inseguitore sensore remoto o è integrato con il monitor, oppure può essere collegato separatamente ad un monitor.
   NOTA: trackers sensore remoto emettono luce infrarossa che viene utilizzato un campione cornea riflessione. Una frequenza di campionamento di eye-tracking ~ 60 Hz è generalmente sufficiente per studiare gli schemi di comportamento sguardo nei bambini.
3. Assemblare un mobile measurement set-up per il collegamento di un monitor e il sistema di eye tracking remoto a un computer portatile o PC desktop.
4. Installare un programma software compatibile sul PC (ad esempio, Tobii Studio, iView) per la presentazione di stimoli visivi e la registrazione dei movimenti oculari.
5. Progettare una sequenza di test che contiene tutti i tipi di stimolo che sono richiesti per testare le funzioni oculomotorie e / o funzioni di elaborazione visiva(Vedere il passaggio del protocollo 1: stimoli visivi). Il presente esempio contiene tutti i tipi di stimolo che sono descritti nel punto 1, cioè, 9 in totale.
   1. Posizionare i diversi tipi di stimoli visivi in ​​ordine casuale nella sequenza di prova, ma fare in modo che la posizione dei supplenti zona bersaglio da prova a prova. Questo assicura la necessità di fare movimenti oculari riflessi al bersaglio.
   2. Presentare ogni stimolo almeno 4 volte (cioè, con l'area di destinazione almeno una volta in ogni quadrante), e per almeno 4 sec, per consentire un tempo sufficiente per effettuare una risposta movimento dell'occhio. Nel presente esempio, gli stimoli fumetto sono mostrati 16 volte mentre tutti gli altri stimoli sono mostrati 4 volte. Questo corrisponde a un totale di 48 presentazioni stimolo e un tempo di prova totale di ~ 3,5 min.
      NOTA: ripetute presentazioni aumentare la probabilità di campionamento punti sguardo sufficienti per ogni stimolo e ogni area di destinazione nel campo visivo del bambino. In generale, la disponibilità di dati sguardo fo è necessario almeno il 25% delle presentazioni di stimolo per garantire risultati affidabili ^21.
   3. Assicurarsi che il tempo di test per sequenza non è più lungo di ~ 5 minuti, perché una volta che una sequenza di test è in esecuzione, non può essere messo in pausa. È preferibile effettuare due sequenze che possono essere eseguiti in successione, per fornire un periodo di riposo a metà.
      NOTA: per massimizzare l'attenzione durante la prova, presente audio o segnali audiovisivi vicino al monitor in mezzo, ma non contemporaneamente, la presentazione di stimoli visivi. I bambini con disabilità visive sono particolarmente più sensibili e reattivi ai segnali audio. Tali spunti potrebbero migliorare prova di attenzione in questa popolazione.
6. Applicare la sequenza di prova (s) nel software occhio tracker. In primo luogo, selezionare il tipo di stimolo da aggiungere alla timeline del software Eye Tracker: immagine o il filmato. Quindi, selezionare lo stimolo desiderato dalla cartella in cui si trova e fare clic su 'Aggiungi'. Ripetere questi passaggi fino a quando tutti gli stimoli hannostato aggiunto.

3. Eseguire l'esperimento Eye Tracking

1. Collegare il monitor occhio inseguitore con un braccio LCD flessibile per un tavolo solido o parete. Scegli un braccio che può muoversi in 3 dimensioni (ad esempio, 3 traduzioni, 3 rotazioni).
2. bambini posizione in una breve distanza (in genere ~ 60 cm) dal monitor per garantire efficiente monitoraggio allievo di entrambi gli occhi.
3. Regolare la posizione del monitor per essere perfettamente perpendicolare gli occhi del bambino. Con un braccio LCD questo è possibile anche quando il bambino è sdraiato o seduto in una carrozzina o in una sedia a rotelle.
   NOTA: Questo set-up permette di valutare i bambini molto piccoli e intellettualmente disabili, in quanto non richiede una particolare postura del corpo, la comunicazione verbale o partecipazione attiva. Alcuni disturbi oculomotori (es nistagmo) sono caratterizzati da posizioni privilegiate della testa al fine di compensare le posizioni oculari devianti (ad esempio, torcicollo). L'abilità diregolare il monitor occhio tracker per la posizione della testa individuale consente un rilevamento accurato della pupilla in questo gruppo di bambini.
4. Controllare la qualità della ricezione pupilla. Questo è indicato dalla presenza di due marcatori rappresentano gli occhi del bambino (ad esempio, punti bianchi). Se i due marcatori sono chiaramente visibili e non regolarmente scompaiono, la qualità è sufficiente. In un display separato, controllare la distanza degli occhi al monitor (preferibilmente ~ 60 cm).
   NOTA: La maggior parte dei tracker occhio registrano la posizione sguardo di ciascun occhio separatamente e compensare i movimenti della testa libera. ricezione del segnale allievo è, in generale, non è compromessa nei bambini che indossano gli occhiali o lenti a contatto, nei bambini con uno o due occhi funzionanti, o in bambini con strabismo.
5. Avviare la procedura di calibrazione del software occhio tracker per allineare le posizioni di sguardo con posizioni predefinite sul monitor, prima dell'inizio della misurazione. Nella maggior parte dei pacchetti software Eye Tracker questa calibrazione procedure consiste nella presentazione di muoversi puntini in zone prestabilite del monitor, che devono essere fissata. Per i bambini, una versione con i cartoni animati o punti incombente può essere utilizzato per migliorare l'attenzione visiva.
   NOTA: Anche se le procedure di calibrazione per i bambini sono migliorati in modo significativo, possono ancora essere difficile da eseguire nei bambini piccoli e bambini con alcune Eye o disturbi comportamentali.
6. Controllare la qualità della calibrazione pre-impostata. Quando la qualità della calibrazione è scarsa, (ad esempio, a causa di movimenti della testa eccessive, mancanza di fissazioni, le posizioni degli sguardo devianti o posizione della testa devianti), senza registrazione può essere fatta. Per aggirare questo, dopo la registrazione è stata terminata, prima di ulteriori analisi dei dati (vedere la sezione Discussione) applicare una procedura di post-calibrazione.
7. Prima di iniziare la registrazione di prova, attivare il 'spettatore dal vivo': una finestra separata che mostra le risposte movimento degli occhi del bambino agli stimoli di prova da Superimponendo il segnale sguardo sulla registrazione video.
8. Attivare una web cam che si rivolge al bambino, per osservare e registrare il comportamento generale del bambino durante la prova. Tale registrazione fornisce una panoramica della attenzione del bambino visivo, il comportamento, la fatica, e delle condizioni ambientali.
9. Prima di iniziare la prova, dire al bambino che lui o lei sarà 'a guardare la televisione'. Nessun istruzioni specifiche sono necessarie durante la prova.
10. Durante l'esecuzione del test, osservare le risposte comportamentali e movimenti oculari fisiche del bambino. Questo può essere fatto osservando comportamentale in tempo reale, o osservando le registrazioni effettuate con la camma web.
    1. Quando il segnale pupilla scompare durante l'esecuzione del test, riposizionare o il bambino o il monitor di riprendere il rilevamento pupilla corretta.
    2. Quando un bambino non sta prestando attenzione al monitor, verbalmente incoraggiare il bambino a guardare il monitor. Non dirigere l'attenzione del bambino direttamente al bersagliola zona; dirigere lo sguardo del bambino unicamente alla posizione generale del monitor occhio tracker.
11. Dopo l'esecuzione di test, ripetere lo sguardo registrazione off-line per osservare le risposte sguardo verso gli stimoli presentati. Questo è un primo passo nella caratterizzazione comportamento orientamento visivo del bambino.
    NOTA: Una moltitudine di parametri vengono registrati continuamente dal software occhio inseguitore durante il tempo di prova totale. parametri essenziali che devono essere esportati per eseguire l'analisi dei dati per il presente paradigma sono: data e ora, la visualizzazione di distanza tra gli occhi e il monitor, la posizione dell'occhio destro e sinistro sul monitor (in x e y coordinate) , validità dei dati sguardo, e la tempistica e la posizione degli stimoli presentati (cioè, eventi).
12. Per soggetto, l'esportazione e memorizzare i dati registrati nel tempo sulla base di caratteristiche di movimento degli occhi (dati gaze quali posizioni distanza di visione e sguardo), e separatamente l'elenco basato sul tempo di presentato st visivaimuli (dati degli eventi, come le posizioni di stimolo). Assicurarsi di esportare i due file di dati come file di testo e convertirli in un foglio elettronico di dati (ad esempio, salvare come un file Excel).
    NOTA: Le due file di testo (dati degli eventi e dati di sguardo) sono combinati con i loro corrispondenti time stamp, e vengono convertiti in un insieme di valori dei parametri quantitativi con un programma di software di auto-scritto (vedi paragrafo successivo). Rispetto al software di analisi occhio inseguitore principio tali parametri forniscono una più precisa e quantitativa analisi del movimento degli occhi, puntare a processi visivi e cognitivi dettagliate.

4. Analisi quantitativa dei movimenti oculari

NOTA: Il presente Protocollo è specifico di un programma di software di auto-scritta. Al fine di replicare, si dovrebbe scrivere un tale programma software, ad esempio, in MATLAB o Python, per quantificare il comportamento di orientamento visivo del bambino. Nel programma software, i seguenti passaggi vengono eseguiti per ogni sTipo timulus. Il presente esempio è focalizzata su Cartoon; lo stesso protocollo è applicabile ad altri tipi di stimolo.

1. Post-calibrare il dati Gaze
   1. Aprire MATLAB. Selezionare lo stimolo per analizzare i dati sguardo, digitando '1' accanto allo stimolo di scelta.
   2. Premere RUN. Nel menu pop-up che appare, selezionare l'opzione 'Post-calibrare i dati'. Viene visualizzato un elenco con i file di dati sguardo al soggetto. Selezionare i dati sguardo di un soggetto e premere 'Apri'.
   3. Dal successivo menu a comparsa, selezionare quali occhio (s) per analizzare: Sinistra, Destra, o entrambi. Il programma ora genera un grafico a dispersione di tutte le posizioni sguardo registrati e le posizioni di destinazione, il tempo totale di presentazione dello stimolo.
   4. Controllare se le posizioni sguardo si sovrappongono in modo corretto con le posizioni di destinazione corrispondenti. Se questa calibrazione è corretta, premere 'Sì'. In caso contrario, premere 'No'. Ciò inizierà la possibilità di eseguire una post-calibrazione.
   5. Tradurre il centro oPunti F sguardo verso il centro del monitor, facendo clic una volta al centro di punti sguardo. Questo punto centrale si trova esattamente al centro degli assi verticale- e orizzontali.
   6. Scala le posizioni sguardo verso le corrispondenti posizioni di destinazione, fare clic sul centro di punti sguardo in ciascuna delle quattro aree di destinazione una volta (cioè, i 4 quadranti).
   7. Controllare ancora una volta se le posizioni sguardo si sovrappongono in modo corretto con le posizioni di destinazione corrispondenti. Se questo è il caso, indicare nel menu a comparsa accanto che la calibrazione è stata eseguita correttamente, premendo il tasto 'Sì', dopo di che i dati sguardo calibrato viene salvato. In caso contrario, premere 'No', dopo di che post-calibrazione inizia di nuovo dal punto 4.1.5.
      NOTA: Dopo post-calibrazione, risposte multiple sguardo sono disponibili per ogni tipo di stimolo e per ogni soggetto. Questi possono essere utilizzati per calcolare parametri quantitativi di elaborazione visiva. Prima di calcolo di questi parametri, verificare che le risposte erano sguardofatto per l'area di destinazione (cioè, che lo stimolo specifico è stato visto dal bambino).
2. Determinare se lo stimolo è stato Visto
   1. Per la presentazione dello stimolo di ciascun soggetto, i dati relativi sguardo che è stato registrato durante il tempo totale di presentazione viene visualizzato in un grafico (Figura 2). Verificare se questo stimolo è visto, controllando i criteri che sono indicati nella tabella 1, e che sono visualizzati in figura 2. Se la risposta movimento degli occhi aderisce ai criteri, vale a dire, lo stimolo può essere classificato come si è visto, fare clic su 'Accept 'nel menu a comparsa. Se la risposta movimento degli occhi non è in conformità con i criteri, fare clic su 'Rifiuta'.
   2. Contemporaneamente, tracciare tutti i punti di fissaggio appartenenti allo stimolo presentato e la corrispondente area di destinazione (cioè, quadrante) in un secondo grafico. Controllare visivamente se i punti di fissaggio sono situati nel corrict quadrante.
   3. Continuare con la successiva presentazione dello stimolo, e eseguire i passi 4.2.1 e 4.2.2 per tutte le risposte disponibili movimento degli occhi. Dopo aver controllato manualmente le risposte movimento degli occhi, il programma software calcola tre parametri di esito: RTF, FD e GFA (Figura 3).

Figura 2. Eye risposta movimento alla zona bersaglio di uno stimolo. Traccia Un occhio movimento (orizzontale e verticale combinato) nella distanza dal centro dell'area target (in gradi, asse y) nel tempo presentazione dello stimolo (in ms, asse x). La linea tratteggiata rappresenta il confine della zona di destinazione (6 ° raggio). Le lettere indicano i criteri per stabilire se lo stimolo è stato visto: (A) il segnale sguardo nel primo 500 msec; (B) Gaze non era nella zona di destinazione before 120 msec; (C) Lo sguardo dentro l'area di destinazione per ≥200 msec. Si noti che in questa figura, il tempo di presentazione è raffigurato max 2.000 msec per visualizzare la prima, la risposta riflessiva. Durante il test, il tempo totale presentazione di tutti gli stimoli era 4.000 msec. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Criterium (Figura 2)	Verificare che il segnale di sguardo:	Fondamento logico:
UN	È stato registrato per ≥500 msec dopo stimolo insorgenza	Cattura risposte riflesse di orientamento
B	Non hai inserito l'area di destinazione <120 msec dopo stimolo esordio, e non era già all'interno del bersaglio all'inizio della presentazione dello stimolo	Escluderecorretta esecuzione sulla base di possibilità
C	Era nella zona di destinazione per ≥200 msec	Assicurarsi fissazione sulla destinazione
D	Entrato nell'area di destinazione all'interno di una finestra temporale di 1500 msec, e meno di 4 saccades state fatte	Escludere il comportamento di ricerca visiva

Tabella 1:. Criteri per stabilire se un stimolo è stato consultato criteri A, B, e C sono visualizzati nella figura 2.

Figura 3. visualizzazione dei parametri quantitativi RTF, FD e GFA. Un occhio traccia il movimento a breve distanza dal centro della zona di destinazione (in gradi, asse y) nel corso del tempo la presentazione dello stimolo (in msec, asse X). La linea rossa verticale rappresenta il momento in cui lo sguardo è entrato il catrameottenere zona, vale a dire, tempo di reazione di fissazione (RTF). La linea rossa orizzontale rappresenta il tempo totale sguardo era fissato con l'area di destinazione, vale a dire, Fissazione Durata (FD). La freccia rossa verticale rappresenta la larghezza della traccia di fissaggio, in gradi di angolo visivo, ad esempio, Gaze Fissazione Area (GFA). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Results

Il metodo presentato è stato applicato in due popolazioni di bambini: un gruppo di controllo di 337 bambini senza disabilità visive (età media (SD) = 4,8 (3,3) anni), e un gruppo di 119 bambini con disabilità visive (età media (SD) = 8.10 (2.96) anni) che sono stati reclutati in un centro di riabilitazione visiva (Royal Dutch Visio, Paesi Bassi). Di questi bambini, 74 avevano disabilità visiva oculare e 45 ha avuto problemi di vista cerebrale. I risultati di tutti i bambini di controllo sono visualizzati nelle figure 4 - 6, separatamente per il tempo di reazione, la durata di fissazione, e la zona di fissaggio sguardo. I limiti di riferimento (indicati da linee nere) sono stati costruiti inserendo una funzione logaritmica per i dati di controllo in base all'età. Queste cifre servono come base per la caratterizzazione di funzioni di elaborazione visiva nei bambini con disabilità visive, in termini di funzione compromessa o intatto.

13). Più basso è il valore di RTF, più veloce è la risposta movimento degli occhi. Una buona ripetibilità dei RTF è stato dimostrato in un gruppo di bambini a sviluppo tipico da 0-12 anni ^13,21,22, e nei bambini con vari tipi di disabilità visive ^21. La figura 4 mostra RTF media allo stimolo del fumetto dinamica sopra l'età, per bambini di controllo, i bambini con compromissione della funzione cerebrale visiva (CVI) e bambini con disabilità visiva oculare (OVI). I valori RTF sono significativamente più alti nei bambini state ritirate rispetto ai bambini senza disabilità visive (differenza media = 85 msec; t = -13,91, p <0,001, d di Cohen = 1.32) e in children con CVI rispetto al OVI (differenza media = 99 msec; t = -6,90, p <0,001, d di Cohen = 1.25). Questi risultati confermano precedentemente pubblicato i risultati su RTF in sottogruppi del presente set di dati ^20,24,25.

Figura 4. RTF media nei bambini state ritirate e senza disabilità visive. Valori medi RTF in ms (asse y) per ogni figlio, di età superiore ai (asse x). I valori sono indicati separatamente per bambini di controllo (cerchi aperti), i bambini con OVI (cerchi neri), e bambini con CVI (croci). La linea nera rappresenta il limite di riferimento superiore del RTF nel gruppo di controllo. Valori RTF di sopra di questa linea sono considerati devianti, cioè lunghi tempi di reazione. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

La Figura 5 mostra significano FD sopra l'età, separatamente per i bambini di controllo, i bambini con CVI, e bambini con OVI. FD è significativamente più breve nei bambini state ritirate rispetto ai bambini senza disabilità visive (differenza media = 850 msec; t = 11,72, p <0.001, di Cohen d = -1,12), e significativamente più breve nei bambini con CVI rispetto ai bambini con OVI (media differenza = 325 msec; t = 2.44, p <0.05, d di Cohen = -0.50). Ciò conferma i risultati precedenti nei bambini state ritirate, rispetto ai bambini senza disabilità visive (Kooiker MJG et al., Submitted).

Figura 5. media FD nei bambini state ritirate e senza disabilità visive. Valori medi FD in ms (asse y) per ogni figlio, di età superiore ai (asse x). I valori sono indicati separatamente per bambini di controllo (cerchi aperti), i bambini con OVI (cerchi neri), e bambini con CVI (croci). La linea nera rappresenta il limite di riferimento inferiore del FD nel gruppo di controllo. I valori FD di sotto di questa linea sono considerati devianti, cioè breve durata fissazione. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

L'area di fissaggio parametro sguardo (GFA) è sensibile per rilevare disturbi nel controllo oculomotorio, in particolare nistagmo. GFA rappresenta la dimensione dell'area di fissaggio in gradi, ed è una misura perla precisione di fissaggio (per i calcoli vedi studi precedenti ^13,23). Una piccola area di fissaggio indica elevata precisione fissazione. GFA dipende dalla dimensione dello stimolo e la corrispondente area di destinazione (cioè, un raggio 6a nella presente esempio). Buona ripetibilità dei GFA è stato dimostrato in un gruppo di bambini normali da 0-12 anni ^{13, 21,} e nei bambini con vari tipi di disturbi visivi ^21. Figura 6 mostra significa GFA in risposta allo stimolo cartone animato su età, separatamente per bambini di controllo, i bambini con la compromissione oculomotorio nistagmo, e bambini con disabilità visive, ma senza nistagmo. I valori GFA sono significativamente più grandi, vale a dire inferiore accuratezza di fissaggio, nei bambini state ritirate rispetto ai bambini senza disabilità visive (differenza media = 1.34º; t = -25,09, p <0,001, d di Cohen = 2.37). Inoltre, i bambini con nistagmo hanno una minore accuratezza di fissaggio rispetto ai bambini wi thout nistagmo ma con altri tipi di disabilità visiva (differenza media = 0.71º; t = 5.03, p <0.001; di Cohen d = 1,04). Ciò è coerente con i risultati precedentemente pubblicati su GFA in sottogruppi del presente ^20,24,25 set di dati.

Figura 6. media GFA nei bambini con e senza disabilità visive. Valori medi GFA in gradi (asse y) per ogni figlio, di età superiore ai (asse x). I valori sono indicati separatamente per bambini di controllo (cerchi aperti), i bambini con disabilità visiva e nistagmo (asterisco), e bambini con disabilità visiva senza nistagmo (nero diamante). La linea nera rappresenta il limite di riferimento superiore del GFA nel gruppo di controllo. Valori GFA di sopra di questa linea sono considerati devianti, cioè bassa precisione fissazione.t = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Discussion

La misura presentata set-up in combinazione con l'analisi quantitativa movimento degli occhi fornisce una caratterizzazione netta di funzioni di elaborazione visiva in vari gruppi di bambini con oculomotor e disabilità visive. La caratteristica fondamentale di questo paradigma è che le prestazioni si basa sulle risposte dei movimenti oculari a stimoli visivi che vengono attivati ​​in maniera riflessiva. Non ci sono istruzioni verbali specifiche sono date e non vi è alcuna necessità per i bambini di rispondere verbalmente. I parametri RTF, GFA e FD mostrano differenze significative tra i gruppi di bambini in genere developing- e non vedenti, nonostante la limitata diffusione dei valori dei parametri che esiste in ogni gruppo (Figure 4 - 6). Così, a seconda del parametro valutato, alcuni bambini con sviluppo tipico possono mostrare prestazioni devianti, mentre alcuni bambini con disabilità visive mostrano 'normale' delle prestazioni. In ultima analisi, più misure di outcome in risposta a più visivamodalità dovrebbero essere considerati a livello individuale. Una sintesi di tutte le misure di esito fornisce una caratterizzazione unica di capacità di elaborazione delle informazioni visive, che possono essere convertiti in un profilo visivo nei bambini dai 6 mesi di età.

Diversi studi hanno dimostrato il valore di eye tracking remoto in popolazioni vulnerabili di bambini, per inferire attentivo o capacità psicologiche ^9,12,18. Considerando maggior parte degli studi si basano su osservazioni comportamentali e l'uso di istruzioni, una caratteristica distintiva del paradigma corrente è l'approccio verbale, quantitativa. Passaggi critici all'interno del protocollo sono quindi gli stimoli che si basano su preferenziale guardare, la misura mobili set-up, e il software di calibrazione personalizzato e di analisi. L'estensione ha presentato i risultati di osservazione-based con metodi di analisi elaborati fornisce risultati standardizzati e dettagliate sulle funzioni di elaborazione visiva. Ciò è in linea con il lavoro sulla valutazione delinfante acuità visiva con un eye tracker ^14, e il lavoro sul controllo sguardo a vari disturbi ^7. Il metodo è flessibile e permette la valutazione cellulare che è indispensabile quando si eseguono le valutazioni cliniche nei bambini o bambini con disabilità multiple. Pertanto, è adatto per misurare oculomotor e capacità di elaborazione visiva in quasi tutti i bambini che sono in grado di guardare un monitor.

Il significato di questo metodo rispetto a metodi diagnostici visivi esistenti (cioè, validità) è stato studiato come primo passo verso l'implementazione clinica. L'attuale paradigma è stato combinato con la valutazione attualmente utilizzato visiva funzione (VFA) nei bambini. Le osservazioni di funzioni oculomotorie e visivi che si basano sulle registrazioni movimento degli occhi erano comparabili con le osservazioni del comportamento standard di queste funzioni. Inoltre, occhio parametri di monitoraggio, ad esempio, la durata di fissazione e la direzione saccadico, annuncio previstovalore dizionale nella caratterizzazione oculomotor e performance visiva nei bambini durante VFA (Kooiker MJG et. al., 2015, presentato). Il guadagno principale del metodo presentato risiede nella possibilità di valutare più funzioni visive rispetto a quello attualmente svolto nelle valutazioni delle funzioni visive in giovane età, e di valutarli in maniera quantitativa ^26. Una limitazione rispetto ai metodi esistenti è che, senza adattamenti, non è ancora possibile valutare a fondo l'acuità visiva o del campo visivo con l'attuale batteria di test ^14.

Anche se ci siamo limitati alla presentazione dei risultati di stimoli dei cartoni animati, in future applicazioni diverse modalità visive possono essere testati utilizzando altri stimoli (ad esempio, forme distinte, di movimento, di colori e di informazione contrasto) ^22,20,25. In questo modo, le aree specifiche di elaborazione visiva al di là delle vie visive primarie sono mirati, come le aree di associazione visivi in ​​corteccia temporale e parietale.Una limitazione del metodo è che gli attuali stimoli visivi semplicemente attivano la rilevazione di input visivo, e invocano la fase iniziale di elaborazione visiva. Questi stimoli non bersaglio funzioni di ordine superiore che diventano rilevanti dopo il rilevamento di stimolo e che sono normalmente misurati con i test di percezione visiva. Sebbene la loro esecuzione, senza l'uso della comunicazione è impegnativo, un paradigma-based occhio è un formato futuro promettente per la rilevazione delle informazioni percezione connessi, ad esempio ricerca visiva, attenzione -Memoria o -selettivo.

In sintesi, le risposte dettagliate movimento oculare a vari tipi di stimolazione visiva forniscono una caratterizzazione completa di funzioni di elaborazione delle informazioni visive, nelle prime fasi di sviluppo. Di conseguenza, per ogni bambino può essere creato un profilo visivo individuale in termini di funzioni intatte e ipovedenti. Tale profilo può fornire informazioni dettagliate sui punti di forza e di debolezza in oculomotor e visivofunzione. Può essere usato come punto di partenza per il sostegno nella vita quotidiana, e per insegnante e formazione caregiver. Le informazioni quantitative che è diventata disponibile con questo metodo può essere vantaggioso per seguenti sviluppo visivo nel tempo, e per monitorare interventi visivi e programmi di riabilitazione.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tobii T60 XL	Tecnologia Tobii: http://www.tobii.com	http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/	eye tracker a infrarossi a distanza
Tobii Studio	Tobii Tecnologia: http://www.tobii.com	http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/	software per l'inseguimento degli occhi
MATLAB	MathWorks Inc	Software per l'analisi dei	dati