방법 논문

VisualEyes : 안구 운동 실험을위한 모듈 형 소프트웨어 시스템

DOI:

10.3791/2530

⸱

2011년 3월 25일

 ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, New Jersey Institute of Technology

이 논문에서

정오 공지

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요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

신경 제어 및인지 과정은 눈동자의 움직임을 통해 공부하실 수 있습니다. VisualEyes 소프트웨어는 작업자가 독립적 간단한 커스텀 스크립트 언어를 사용하여 두 개의 컴퓨터 화면에 자극을 프로그래밍 할 수있다. 이 시스템은 탠덤 안구 운동 (안구 단속 운동과 부드러운 추구) 또는 반대 안구 운동 (이향) 또는 이들의 조합을 자극 할 수 있습니다.

초록

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

안구 운동 연구는 뇌가 정상적인 기능 장애 뇌 모두에서 영상 정보를 획득하는 방법에 대한 이해를 형성 튼튼한 기초를 제공했다. (1) 그러나, 플랫폼의 개발 촉진 및 저장 안구 운동 상당한 프로그래밍 시간과 비용을 필요로 할 수있다. 많은 시스템 실험의 다양한 요구에 대한 여러 자극을 프로그래밍 할 수있는 유연성을 제공하지 않는다. 그러나 VisualEyes 시스템 오퍼레이터가 어떤 배경 및 전경 자극 프로그램 탠덤 또는 안구 운동 대향하는 하나 또는 두 개의 화면을 선택할 수 있으며 독립적으로 좌우의 눈을 자극 할 수 있도록, 유연한 구조를 갖는다. 이 시스템은 크게 돌림 연구를 수행하는데 필요한 프로그래밍 개발 시간을 단축 할 수있다. 1) 안구 운동 응답들을 획득하기 돌림 기록 장치가, 2) LabVIEW에서 작성된 VisualEyes 소프트웨어, 자극의 배열을 생성한다 : VisualEyes 시스템은 세 부분으로 설명 될 것이다텍스트 파일 및 3) 오프라인 분석과 같은 데이터 저장소 응답. 윤부 추적 시스템, 공막 됨 코일 또는 영상 시스템 : 안구 운동은 다음과 같은 여러 종류의 기기에 의해 기록 될 수있다. 이러한 단속적 안구 운동 단계, vergent 램프와 해당 응답에 vergent 단계와 같은 일반적인 안구 운동 자극이 표시됩니다. 이 비디오 보고서에서는 시스템의 유연성이 많은 시각적 자극 건강뿐만 아니라 임상 개체군 연구 과학자들과 기본적인 임상에 의해 이용 될 수있는 기록 눈동자의 움직임을 만들 보여준다.

프로토콜

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

안구 실험을 수행하는 데 필요한 주요 구성 요소의 개요 흐름도의 각 블록은 아래에서 상세히 설명 될 것이다도 1에 도시되어있다.

1. 계측 SET-UP :

  1. 안구 운동 모니터에 임의의 유형의 시스템이 사용될 수있다. 우리는 적외선 윤부 추적 및 비디오 모니터링 시스템을 설명 할 것이다.
  2. 이러한 매끄러운 또는 단속적 안구 추적 같은 탠덤 추적 움직임의 경우, 하나의 컴퓨터는 시각적 표시를 위해 사용될 수있다. 이러한 이향 또는 (즉, 단속적 안구 자극과 vergent) haploscope가 시각적 표시를위한 두 개의 컴퓨터 모니터에 필요한 직렬 버전의 움직임과 이향 운동의 상호 작용으로 반대 눈의 움직임을 연구하기 위해, 그림 2를 참조하십시오.

2. 보정 :

  1. 교정 지표로 다른 한 세트로 변환하는데 필요하다. 눈 운동은 일반적으로 그러나 그림 3. 컴퓨터 m에 표시된 회전도 (°)로 표시됩니다onitors 자주도의 시각적 자극을 표시 비전 연구자에 비해 픽셀 값을 사용합니다. 따라서, 변환은도까지 화소 값을 변환 할 필요가있다. 시각적 표시를 보정하기 위해 실제 목표를 배치 할 위치를 하나는 계산 삼각법을 사용할 수 있습니다. 컴퓨터 화면에 자극이 2 ° 물리적 대상에 맞춰 예를 들면, 그 화소 값은 12 °의 자극에 대응한다 (도 2 참조).
  2. 시스템을 보정하기 위해, 운영자는 VisualEyes 디렉토리 내에 Pixel2Deg.vei을 열 필요가있다. 먼저, 스트레칭 모드 필드를 사용하여 교정하는 모니터를 정의한다. 오른쪽 눈 모니터의 왼쪽 눈 모니터와 숫자 2 숫자 1을 입력합니다. 그 후, 프로그램을 실행하고 녹색 선이 물리적 대상의 상단에 중첩 될 때까지 녹색 선 자극을 이동합니다. 도에 물리적 대상의 알려진 위치를 입력하고 저장 버튼을 누릅니다. 그런 다음, 녹색 선을 클릭합니다. 정도의 픽셀 값은 t의 디스플레이에 표시됩니다그는 하단 코너를 떠났다. 작업자는 세 개의 캘리브레이션 포인트의 최소를 수집한다.
  3. 모든 캘리브레이션 포인트를 저장 한 후, 캘리브레이션 포인트를 획득하기 위해 디렉토리에 VisualEyes D2P 출력 파일을 연다. 선형 회귀 방정식을 달성하기 위해 교정 점을 그린다. 오퍼레이터가 픽셀 값에 프로그래밍하고자 시각 자극의 초기 및 최종 위치를 계산하는 방정식을 사용한다. 이향 자극에 다섯 캘리브레이션 포인트를 사용하여 수득 된 좌안과 우안 용 검량선의 예는도 4에 도시된다.
  4. 자극이 추가 모니터가 필요한 경우 반복 2.2 다른 모니터 2.3 단계를 반복합니다.

3. VISUALEYES 소프트웨어 :

  1. 자극을 정의 연산자는 실험 전에 좌측 및 우측 안구 자극의 초기 및 최종 위치를 정의 할 필요가있다. 첫째, 새 텍스트 파일을 열고 첫 번째 행에, 초기 시간을 정의하고 위치는 O 값자극 바. 네 개의 파라미터) 1) 시간 (초 정의 될 필요가, 2)의 수평 위치 (픽셀), 3)의 수직 위치 (화소), 및 4)에 의해 분리 탭 회전 (°). 마찬가지로, 최종 시간과 자극의 위치의 네 개의 매개 변수를 정의합니다. stimulus_name.vei (VEI = VisualEyes 입력) 파일로 VisualEyes 디렉토리에 자극을 저장하고 다른 눈의 자극에 대해이 단계를 반복합니다.
    1. 급격한 단계 또는 연속 램프 : 자극의 운동은 운동의 두 가지 유형으로 일반화 될 수있다. 단계는 자극이 갑자기 이동하거나 최종 위치로 초기 위치를 이동할 수 있습니다. 운영자는 시간의 변화 단계 자극 0.001 초 있음을 알아 두셔야합니다. 다음 행에서, 당신은 자극이 초기 위치뿐만 아니라 최종 위치에 있어야 할 시간을 정의합니다. 자극은 하나의 행 내에서 네 개의 필드를 사용하여 정의됩니다. 단속적 안구 운동 단계, 부드러운 추구 램프, vergent 단계 및 vergent 램프의 예에 표시됩니다표 1.
    2. 자극의 경우, 이러한 다단계 공정으로 또는 시각적 작업 순서와 같은 단일의 자극을 가질 수있다.
  2. 자극 도서관에 자극을 저장 : VisualEyes 디렉토리에있는 몇 가지 기본 dc1.txt의 설정 (왼쪽 눈의 자극 / 모니터) 및 dc2.txt (오른쪽 눈의 자극 / 모니터) 파일이 있습니다. 첫 번째 줄은 수평 방향 내에서 화면의 비율입니다. 두 번째 줄은 수직 방향 내에서 화면의 비율입니다. 셋째는 배경 화상이고 제 전경 또는 대상 이미지이다. 다섯 번째 줄은 독립 모드에서 작동하는 컴퓨터를 나타냅니다. 모니터 6 번째가하기 (1 오른쪽 눈과 2는 눈을 남아 있습니다). 7 번째 줄은 모니터의 종횡비이다. 라인의 나머지 실험 세션 내에서 사용할 수있는 연산자를 자극의 다른 유형이다.
    1. dc1.txt를 열고 VisualEyes의를 임시 저장에서 dc2.txt토리. 이 두 파일은 각각 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 대한 라이브러리 자극이 포함되어 있습니다. 마지막 행에서 3.1 단계에서 생성 된 자극의 파일 이름을 작성합니다. 프로파일 번호 자극 파일 이름에 대응하는 m 번째 행을 의미한다. 예를 들어,도 1에서, 자극의 프로파일 번호 8이다.
  3. 하나는 실험에 필요한 많은 자극을 만들기 위해 3.2 단계 3.1을 반복 할 수 있습니다.
  4. 실험 프로토콜에 대한 스크립트를 작성 : 실험 프로토콜 명령을 입력하는 텍스트 파일을 엽니 다. 이 파일은 VisualEyes 시스템 읽고이 파일에있는 스크립트에서 각 명령을 실행할 것을 의미 스크립트 파일이라고합니다. 실험 프로토콜 스크립트 파일을 생성하는 능력은 사용자가 동일한 프로토콜을 사용하여 실험을 반복 세션을 수행 할 수있다. 또한, 수많은 실험 스크립트 명령의 종류와 순서를 변화 시키도록 기록 될 수있다. 이 파일script_name.ves 파일로 VisualEyes 디렉토리에 저장 될 수 있습니다. (VES는 VisualEyes 스크립트 =)
    1. VisualEyes 기능은 입력 및 출력 인수를 가지고있다. 표 2는 VisualEyes 소프트웨어의 모든 기능을 보여줍니다.
      1. ExpTrial :이 기능은 단계 3.2에서 자극 라이브러리에 저장되어있는 자극을 호출하는 데 사용됩니다. 데이터 길이는이 함수의 자극을 수행 할 수 있도록 시간이다. tempfile.lwf는 VisualEyes 소프트웨어 일시적 출력 버퍼로 들어오는 데이터 출력을 저장할 수있다. tempfile.lwf가 정의되지 않은 경우,이 함수의 실행 동안, 그것은 디지털화 들어오는 데이터를 저장하지 않는다.
      2. logfile 여기서이 함수는 문자열 또는 VisualEyes 디렉토리의 파일로 out.txt ExpTrial에서 정의 된 입력 버퍼를 출력한다. 실험이 완료되면, 작업자는 다른 이름 out.txt 파일의 이름을 변경해야한다. 그렇지 않으면, 데이터는 다음 experim 동안 덮어 쓸천만에.
      3. TriggerWait :이 기능은 ExpTrial를 시작하고 데이터를 디지털화 할 수있는 트리거 버튼을 눌러 대상을 기다립니다. 이 신호가 낮은 (5 V) 디지털 높은에서 변경을 기다리고 디지털 수집 카드에 채널 (0 V).
      4. RandomDelay :이 함수는 예측 또는 다음의 기대 자극을 방지하기 위해 랜덤 지연을 발생시킨다.
      5. WaveMSD :이 함수는 데이터의 평균 및 표준 편차를 계산한다.

4. EYE MOVEMENT 모니터 & RUN 실험 :

  1. 이러한 각막 반사 화상 촬상 시스템, 윤부 추적 시스템 또는 공막 됨 코일 등 다양한 안구 운동 모니터는 수집하고 기록 안구 운동하는데 사용될 수있다.
  2. 주체가 참여하기 전에 실험을 설명해야하며, 주제는 읽기 및 임상 시험 심사위원회의 승인 동의서에 서명해야합니다.
  3. 운영자 MUST는 주제에 안구 운동 모니터를 조정합니다. 첫째, 대상은 대상을 응시하도록 요청한다. 오퍼레이터는 이러한 사용 안구 운동 모니터에 따라 또는 퓨필 각막 반사 (홍채와 공막 사이의 경계) 윤부로 눈의 해부학 적 특성을 포착하는 안구 운동 모니터를 조정한다.
  4. 안구 운동 모니터가 피사체를 정확히 조정되면, 작업자는 안구 운동 모니터 vergent 또는 단속적 안구 운동을하도록 요청함으로써 피사체의 눈의 움직임을 캡처하는 것을 확인한다.
  5. VisualEyes 디렉토리에 프로그램 ReadScript.vei를 엽니 다. 오른쪽 상단 모서리에서 3.4 단계에서 생성 된 실험 프로토콜 스크립트 파일의 파일 이름을 입력합니다. 그런 다음 왼쪽 상단 모서리에 빨간색 화살표를 밀어 ReadScript.vei 프로그램을 실행합니다.
  6. 주제를 트리거 버튼을 지정하고 피사체가 버튼을 누릅니다 때, 데이터 수집이 시작됩니다 것을 설명한다. 또 다른 Acquire.vei 파일은 자동적합니다 LY는 들어오는 데이터를 플롯합니다 화면에 나타납니다. 데이터는 500Hz로 샘플링됩니다.
  7. 실험이 완료되면 ReadScript.vei 자동으로 정지한다. 이 때, VisualEyes 디렉토리로 가서 Out1.txt 파일을 찾을 수 있습니다. 그렇지 않으면 운전자가 실험을 실행하는 다음 번에, 데이터 파일이 덮어 쓸 파일의 이름을 바꿉니다.

5. OFF-LINE 데이터 분석 :

  1. 오퍼레이터는 다양한 소프트웨어 패키지 (즉, 매트랩 (Matlab) 또는 엑셀)을 사용하여 데이터를 분석 할 수있다. 대기 시간, 최대 속도 또는 진폭은 연구에 따라 관심의 대상이 될 수있다.
    1. 매트랩 분석 코드의 예는 안구 단속 운동, 이향 운동 단계와 이향 운동 램프 음모 VisualEyes 디렉토리에 제공됩니다. 대응 속도 응답과 앙상블 단속적, 이향 운동 단계와 이향 운동 램프 위치 추적의 예는 그림 5에 표시됩니다.

6. 대표 결과 :

t "> VisualEyes 시스템을 사용하여 기록 된 안구 운동의 앙상블로서는 5. 전형적인 10 ° 단속적 안구 운동이 플롯 4a에 도시되는 도면에 도시되어있다. 피사체의 반대 방향으로 단속적을 만드는 것 때 Antisaccades가 단속적 안구 반응 아르 . 시각적 자극과 플롯 (b)에 표시됩니다 이것은 더하고인지 능력을 많이 필요로하는 작업이다, 따라서 하나의 대기 시간이나 운동을 시작하는 시간이 더 antisaccades (플롯 4B)에도 prosaccades라는 시각 자극으로 안구 단속 운동과 비교되는 것을 관찰 할 수있다 4 ° 단계에 (플롯 4A). 이향 반응은 자극이 플롯 4D에 표시됩니다 5 ° / s의 램프에 플롯 4C와 이향 운동 응답에 표시됩니다. 각 추적이 상위 행의 총수로도 단위로 표시된다 개별 안구 운동이다 의 기능 시간. 눈의 움직임은도, 미터 각도, 또는 프리즘 디옵터의 단위로 보정된다. 우리의 연구는 회전의 정도를 사용합니다. 맨 아래 행은 시간의 함수로 ° / s의 플롯 속도입니다D는 이동 속도이다. 각 앙상블 데이터의 규모는 움직임에 따라 다릅니다.

figure-protocol-1
안구 실험을 위해 핵심 요소 1. 흐름도도. 오프라인 데이터 분석을위한 실험을 VisualEyes 소프트웨어를 사용하여 자극을 생성하고 수행하는 데 필요한 단계의 예는 도시된다. 파트 A Pixel2Deg.vei 창을 보여줍니다. 파트 B는 자극을 정의하는 데 필요한 네 개의 매개 변수를 보여줍니다. 자극 라이브러리 내의 검정 텍스트 라인 예제 파일을 자극하고 빨간색 텍스트 각 줄을 정의 어디에 파트 C는 자극 라이브러리입니다. 파트 D는 스크립트 실험 프로토콜의 예이다.

figure-protocol-2
그림 2. VisualEyes 시스템 Haploscope 실험 장치. 세 CRT 모니터가 사용된다 : 1) 제어 패널을 자극 볼 필요D 응답은 2) 오른쪽 눈 (RE) 시각적 자극과 3) CRT 용 CRT 모니터는 왼쪽 눈 (LE) 시각적 자극을 모니터링 할 수 있습니다. 반 실버 미러 30cm 떨어진 두 시각적 자극 CRT 모니터에서 배치됩니다. 이는 CRT 모니터에 자극 은도금 하프 미러 (50 % 및 50 % 투과 반사 거울) 상에 투영되는 것을 보장한다. 미러는 피사체가 교정에 필요한 피사체로부터 측정 된 거리에있는 대상에 중첩 컴퓨터 화면에서 자극을 볼 수 있습니다. haploscope으로, 두 눈에 숙박 시설의 수요가 일정하게 유지된다. 피사체의 눈과 거울 사이의 거리는 10cm이다. 이 시스템은 다른 간 동공 거리 (IPD)을 수용 할 수 있도록 조정할 수 있지만,이 데모를 위해 우리는 6cm로 IPD를 가정합니다.

figure-protocol-3
단속적 안구 운동 (왼쪽)와 Vergent 3. 계산 그림 (오른쪽) 모B에 대상에서 vement이 표시됩니다. IPD는 동공 간 거리이다.

figure-protocol-4
왼쪽 눈 (위 그래프)과 오른쪽 눈 (아래 그래프) 자극의 그림 4. 교정 곡선. 유사한 절차는 단속적 안구 운동 또는 부드러운 추구 자극을 실시 할 것입니다.

figure-protocol-5
그림 안구 단속 운동의 5 예 (A) antisaccades (B), 이향 운동 단계 (C)과 이향 운동 램프 (D) VisualEyes 시스템을 사용하여 사용자 정의 MATLAB 프로그램을 사용하여 분석 하였다. 앙상블 위치 추적 (초에서 시간의 함수로서 °)는 각 컬러 라인은 다른 안구 운동을 나타내는 위쪽 열의 그려진다. (초에서 시간의 함수로서 / 초 °) 해당 속도 추적.

자극 유형 자극_Name_Left Eye.vei Stimulus_Name_Right_Eye.vei
시간 (들) X-위치 (픽셀) Y 위치 (픽셀) 회전 (°) 시간 (들) X-위치 (픽셀) Y 위치 (픽셀) 회전 (°)
부드러운 추구 램프 0 (100) 0 0 0 (100) 0 0
(10) (200) 0 0 (10) (200) 0 0
단속적 단계 0 (100) 0 0 0 (100) 0 0
(100) 0 0 0.5 (100) 0 0
0.501 (200) 0 0 0.501 (200) 0 0
3 (200) 0 0 3 (200) 0 0
이향 램프 0 (452) 0 0 0 (973) 0 0
(10) (370) 0 0 (10) 1,044 0 0
이향 단계 0 (452) 0 0 0 (973) 0
0.5 (452) 0 0 0.5 (973) 0 0
0.501 (416) 0 0 0.501 1,002 0 0
3 (416) 0 0 3 1,002 0 0
0.5

표 부드러운 추구 램프, 단속적 안구 운동 단계, 이향 램프와 이향 운동 단계 자극의 1 예

기능 구문
ExpTrial 출력 버퍼 # = ExpTrial ( "길이 데이터의 : LE 프로필 : 프로필 RE");
예 : 2 = ExpTrial ( "13 : 3 : 3");
Output 버퍼 ​​# = 출 시험 ( "데이터의 길이 : LE 프로필 : 프로필 RE :. 임시 파일 LWF");
예 : 2 = ExpTrial ( "13 : 3 : 3 : templfile.lwf");
LogFile에 출력 버퍼 # = LogFile에 ( "TEXT");
예 : 0 = LogFile에 ( "실험 1");
0 = LogFile에 (입력 버퍼 #);
예 : 0 = LogFile이 (2);
TriggerWait 0 = TriggerWait (버퍼 수);
예 : 0 = TriggerWait (0);
RandomDelay 0 = RandomDelay ( "T2 : T1");
예 : 0 = RandomDelay ( "2000 : 500");
WaveMSD 출력 버퍼 # = WaveMSD (입력 버퍼 #);

표 2. 기능 VisualEyes 프로그램에 실험 프로토콜을 작성하는 데 사용

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토론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

중요한 단계 :

안구 운동 모니터는 피사체를 정확히 조정해야합니다. 예를 들어, 안구 운동 기록 모니터 범위 내에서 작동하고 피사체로 조정되어야한다. 피검 운동 범위를 넘어서는 경우, 시스템은 포화된다. 포화되면, 안구 운동 신호가 유효하지 않습니다. 교정 또한 안구 운동 기록에 매우 중요합니다. 모든 안구 운동 모니터는 디지털화되고 일반적으로 이러한 회전 정도로서 안구 운동 연구에 사용 된 단위로 변환 될 필요가 아날로그 신호를 측정한다. 세 개 이상의 교정 점을 통해 평가 시스템의 선형성도 정도의 신호 변환이 간단한 선형 변환하거나 더 복잡한 변형을 필요로하여 수행 될 수 있는지를 결정하는 것도 중요하다. 그것은 컴퓨터 모니터와 실제 타겟의 적절한 배치가 컴퓨터에 시각적 자극을 정렬하는 데 필요하다는 점에 유의하는 것이 중요haploscope 설정에서 사용할 때 화면.

또한, 주제에 대한 지침도 필수적이다. 예를 들어, 비디오...

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공개 사항

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

감사의 글

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작품은 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (BES-0447713)에서 경력 수상에 의해 실러, 국제 부여에서에서 부분적으로 지원되었다.

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재인쇄 및 허가

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정오

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Formal Correction: Erratum: VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation
Posted by JoVE Editors on 5/11/2011. Citeable Link.

A correction was made to VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation. There was an error in the authors, Eun H. Kim and Tara L. Alvarez, names. The author's names have been corrected to:

Eun H. Kim and Tara L. Alvarez

instead of:

Eun Kim and Tara Alvarez

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Oculomotor ExperimentationVisualEyes SoftwareEye Movement RecordingStimulus GenerationCalibration ProcedureLimbus Tracking SystemData Analysis ProtocolExperimental ScriptingVisual Display SetupEye Movement Monitoring

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