자폐증과 어린 아이를 추적 눈

요약

안구 추적이 오랫동안 일반적-개발하는 개인에 시선 패턴을 공부하기 위해 사용되었지만 최근의 기술적 진보는 자폐증보다 실현 가능한 포함한 임상 인구와 사용을 만들었습니다. 눈이-추적 자폐증과 어린 자녀 것은 초기 증상의 발현에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만, 그것은 방법론적인 도전을 포함한다. 모범 사례에 대한 제안 사항이 제공됩니다.

초록

접근 상업적 안구 추적 시스템의 상승 심리와 정신 연구에 자신의 사용 급속한 증가를 자극했다. 시선 문제의 직접, 상세하고 객관적인 측정을 제공함으로써, 시선 추적 임상 집단에서 비정상 인식 전략을 조사를위한 유용한 도구가되고 있으며, 장애 관련 특성 ^1을 식별 조기 식별 ^2를 홍보하고, 치료 ³ 알리기 위해 사용되었습니다 . 특히 자폐증 스펙트럼 장애의 수사 (ASD)는 ^4-7 자신의 연구 패러다임으로 시선 추적을 통합으로부터 혜택을했습니다. 눈 - 추적은 대체로 특히 사회 정보 ^1,10-11을 처리하는 동안, 장애인 작업 성능 ⁸ 및 이상 뇌 기능 ⁹ 근본 메커니즘을 나타내기 위해 이러한 연구에 사용되었습니다. ASD를 가진 세 어린이와 어른이 눈길을 추적,이 지역에서 연구의 둘째 치더를 구성하는 동안그것이 ^2,12-13를 평가하고 초기 신흥 발달 이상을 quantifying위한 비침습 도구를 제공로서 장애와 어린 자녀를 공부를 위해 특히 유용할 수 있습니다. ASD를 가진 어린이들과 눈을 추적을 구현하지만, 특정 작업의 요구 및 장애 관련 psychosocial 고려 사항으로 인해 발생하는 준수 행동 문제를 포함한 독특한 도전의 숫자와 연결되어 있습니다. ASD를 가진 어린 아이들을 시선을 추적하면서 연구 설계, 데이터 수집 및 psychometric 분석을 최적화하기위한이 프로토콜에서는, 우리는 세부 방법론적인 고려 사항. 제공된 권고도 더욱 광범위하게 다른 발달 장애와 안구 추적 어린이에게 적용하기 위해 설계되었습니다. 우리 자신의 작품에서 파생된 수업을 기반으로이 분야의 베스트 프랙티스에 대한 지침을 제공함으로써, 우리는 데이터를 손상 수있는 일반적인 함정을 피하면서 다른 수사관들이 건전한 연구 설계 및 분석 선택을 도울 수 있도록 노력하겠습니다인수 ASD이나 다른 발달 장애와 안구 추적 어린이 동안.

프로토콜

1. 눈 - 추적 장비

안구 추적 시스템의 다양한 상업적으로 사용할 수 있지만, ASD 점유율 다음과 같은 기능을 어린 아이를 시험에 가장 도움이되는있는 사람들은 :

1. 우선 제일 중요 한건, 시선 추적 장치는 uncorrected 경우, 인수 시선 데이터의 무결성을 침해할 수있는 머리 움직임을 고려해야합니다. 많은 오래된 시스템이 턱 - 휴식이나 헤드 마운트 시스템 (그림 1 참조)의 사용을 통해 헤드 안정화를 통해 정확한 추적을 보장 있지만, 이러한 옵션은 머리의 움직임을 제한하는 노력을 거부할 수도 있습니다 어린 아이들을위한 이상적인 안구 추적 솔루션하지 않은 경우 또는 그 위에 놓여 장비되어 있습니다. 다행히도, 대부분의 현대적인 상업 적외선 비디오 안구 추적 시스템은 작은 머리의 움직임으로 탄력있는 각막 반사를 기반 레퍼런스 시스템을 사용합니다. 중 통합 또는 원격 헤드 트래킹 솔루션을 제공하는 안구 추적 시스템을 사용하는 것이 좋습니다 이제는 다양한 있습니다가능한 요.
2. 테스트 세션을 방해하지 않는 겸손한 시선 추적 시스템은 ASD를 가진 아이를 테스트하도록 권장합니다. 또는 테이블 상단 버전 (예 : Tobii 기술 TX300, X120, 응용 과학 연구소 모델 D6 광학, 이러한 디스플레이 모니터 (SensoMotoric 인스 트루먼 트의 모델 RED500 예 Tobii 기술 모델 TX300, T60XL, 또는 T120) 내에 통합되어 모델이 될 수 ; SR 연구 모델 EyeLink 1000) 참가자의 범위 내에서 inconspicuously 배치. 테이블 상단 버전의 특정 화면 크기에 잠겨 없기 때문에, 그들은 증가 방법론적인 유연성을 제공하지만 덜 자동화 등을 수동으로 조정이 필요할 수 있습니다.
3. 연구원들은 또한 연구 질문의 해결을 위해 적절한 샘플링 속도와 시선 추적 시스템을 선택해야합니다. 대부분의 각막 반사 안구 추적 시스템은 어린 아이들의 지각 패티를 검사에 적합 50 Hz의 최소 샘플링 속도 (즉, 초당 50 데이터 포인트)를 가지고정적 이미지 ¹³ 역동적인 동영상 ¹⁰ 그들의 시각 스캔 동안 erns. 그러나 연구자들이 미묘한 oculomotor 동작 ¹⁴ (예 : 부드러운 추격, 이득 및 / 또는 명시적 saccades)에 관심이 높은 샘플링 속도 (즉, ≥ 250 Hz에서)와 함께 시스템에 투자하는 것이 좋습니다. 여러 샘플링 속도 옵션 수 있도록 일부 시스템에서는 높은 샘플링 속도가 종종 더 어렵게 안구 추적 범위 내에서 운동 자녀를 유지하고, 머리의 움직임의 자유의 비용으로 활성화되어 유의하십시오. 높은 프레임 속도는 빠른 샘플링하고 일반적으로 카메라에서 얻은 이미지를 자르기하여 수행되는 비디오 데이터의 처리가 필요합니다. 따라서 허용 헤드 움직임의 범위를 줄여보기의 사용 분야의 감소에서이 결과를. 다른 샘플링 속도 옵션을 제공하는 시스템을 사용하는 연구자들은 연구 문제를 해결할 수있을만큼 높은 수준에 있지만 예상되는 수 있도록 충분히 낮은 하나를 선택합니다헤드의 움직임.

2. 테스트 환경과 자극

1. 스파스 객실 장식은 아이의 시선이 화면 밖으로 그려진있다는 가능성을 최소화하기 위해 즉각적인 안구 추적 환경을 권장합니다. 마찬가지로, 희미하게 빛나는 방 경쟁이 아닌 디스플레이 자극의 돌출을 줄일 수 있습니다.
2. 이들은 ave​​rsive이 될 수 있으므로 그러나 때문에 ASD가있는 일부 어린이는 시각적 경험 및 / 또는 청각 hypersensitivities는 연구자 표시하거나 프레 젠 테이션의 지나치게 큰 소리로 또는 부조화 음향 효과를 포함하여의 밝기를 좋아할 완전히 어두운 방에서 테스트 피해야 수 ASD와 감소 테스트 준수 결과의 일부 어린이. 이것이 사용되는 눈 - 추적 장비에 따라 달라질 수 있지만 어두운 환경도 추적할 학생이 더 어려워질 수 동공 팽창을 증가시킬 수 있습니다. 대부분의 경우 표준 사무실 조명을 권장합니다.
3. furthe하기R 디스플레이에서 떨어져 산만하고 아이의 가능성을 줄이고, 실험자들이 참여하는 어린이에게 표시해서는 안됩니다. 이것은 시선 추적 역과 실험자-유인 호스트 컴퓨터간에 또는 단순히 참가자에서보기 때문에 실험자을 배치한하여 파티션을 배치함으로써 달성될 수있다. 두 번째 카메라는 실험자이 상황에서 참가자의 관점을 유지하는 데 도움이됩니다. 참가자의 동영상이 실험자 모니터링을위한 호스트 컴퓨터에 실시간 중계되고 있으므로 사실, 몇몇 상업적인 시선 추적기는 디스플레이 내에 카메라를 통합합니다.

3. 절차

1. 특히 어린이, ASD를 가진 사람은 새로운 테스트 환경을 경험에 대한 우려 수 있습니다. 테스트 공간 및 / 또는 실험자와 사전 친숙 이러한 감정을 달래기하는 데 도움이 될 수 있지만, 이것은 항상 그렇지는 않습니다. 최소한되기도 어린이는 부모 또는 famili을 첨부하여야한다테스트 세션 내내 AR 성인. 어떤 경우에는 연구자들은 아이가 새로운 환경에 수용되는 동안 환자가 될 수 있도록 준비되어야한다.
2. 테스트 세션이 시작하기 전에 실험자는 LCD 모니터에서 노는 아이들의 동영상이나 만화를 선택할 수 있습니다. 이것은 종종 또한 테스트 디스플레이쪽으로 이동되어 주목을 확보하면서 자녀 안심 더욱 느끼게 해줍니다. 실험자 그러면 직접 교정 순서로 안구 추적 범위와 전환 내에 아이를 배치하기 위해 자녀의 캡처된 관심을 활용할 수 있습니다.
3. 자녀 좌석 것은 관계없이 모든 어린이, 높이와 자세의가, 눈 - 추적 범위 내에서 위치를 수 있도록하기 위해 수직 조정 허용해야합니다. 디스플레이에서 의자의 거리는 화면의 크기와 원하는 시각 각도에 따라 달라집니다 동안, 의자의 높이가 아이의 성장에 기반 s의 그래서 라인을 조정해야항공은 모든 참가자에 걸쳐 표준화되어있다. 모든 어린이들이 정확히 같은 방법으로 의자에 앉아 있기 때문에 각 아동은 높은 품질의 데이터를 취득을위한 화면에서 최적의 거리에 위치되도록 약간 위해 참가자 - 투 - 디스플레이 거리를 조정하는 것이 또한 필요하다 . 이 거리는 눈 - 추적 제조 업체에 의해 지정되며, 가장 쉽게 모바일 의자를 사용하여 이루어진다.
4. 충분히 작은 경우에 경험 먼저 가변 리프트 또는 조절 가능한 높이 사무실 의자에 부착 휴대용 높은 의자에 휘었 카시트에 혼자 앉아, 아이를 갖고 시도할 수 있습니다. 우리는 또한 위치에 용이하고 데이터 손실을 초래할 수 이동성을 제한하는 데 도움으로, 특히 강의실 또는 가정 설정에서 이전에 그것을 사용했을 아이들과 함께, Rifton 의자를 사용하여 성공을 이뤄 냈습니다.
5. 교사의 무릎 위에 앉아있는 동안에만 호환이 유지, 또는 몸이 교사 CA를 지원할 필요로 사람 어린이N, 제공도 제기 또는 표준 거리 매개 변수 내에 아이를 배치하는 낮춘 수 있습니다 사무실 의자에서 간병인의 앉게함으로써 수용할 수 있습니다. 이 설정의 예를 들면 그림 2 참조하십시오. 무릎 대 의자 돌보기에 관한 통계는 항상 가능한 confounds을 분석 retailed해야합니다. 오직 아이의 눈을 안구 추적기에 인수되는 것을 보장하기 위해, 연구자들은 보호자는 적외선 차단 또는 불투명 선글라스를 착용하거나, 단순히 테스트를하는 동안 눈을 감으하도록 지시가있을 수 있습니다. 보호자도 여전히하고 구두로 또는 비 구두 시험 절차를 수행하는 동안 아이와 통신하지 않도록 지시해야한다.

그림 1. 헤드 마운트 안구 추적 시스템.

그림 2.

6. 허용 헤드 운동의 범위 내에서 참가자의 시선을 표시하는 창이 함께 실험자를 제공 안구 추적 시스템의 경우, 아이의 눈은 안구 추적기는 이미지를 유지 것이라는 가능성을 증가하기 위해서는 윈도우의 중앙에 위치해야 눈의도 테스트를하는 동안 아이 slouches, straightens 또는 좌우되는 경우.
7. 일단 제대로 위치, 실험자는 교정 절차를 시작합니다. ASD를 가진 어린이없는거나 화면 특정 위치 (많은 보정 시퀀스를위한 전형적인이기 때문에)으로 볼 수 언어적 지시에 따라 들까지다시피 소리와 함께 역동적인 자극,의 사용은보다 효과적으로 결과를 이렇게 관심을 끄는하고 있습니다 보다 정확한 시선 데이터 인치 일반적으로 5 포인트 순서는 유지 정도로 간단한입니다아이의 관심 또한 정확한 측정을 제공하면서. 9 점 교정은 청소년과 어른 들과의 수사 전형적인 동안 유아와 눈 추적 연구들은 단지 2 점 보정을 채용하고 있습니다.
8. 경험은 최소한의 작업 요구 (예를 들어, 수동적인보기 작업)이 간결하며 뛰어난 작업을 설계하여 테스트하는 동안 디스플레이에 대한 아동의 시각적 관심을 극대화할 수 있습니다. 또한, 수반되는 음향 효과 (보정 시퀀스 중에 사용하는 자에게는 아마도 유사)과 상호 자극 애니메이션을 포함시키는 것은 주목 타락한하였습니다 아이들을위한 디스플레이에 대한 관심을 리디렉션할 수 있습니다. 또한 미리 정의된 위치에서이 상호 자극 애니메이션을 배치한 것은 모든 시각적인 스캐닝 패턴은 모든 참가자에 같은 장소에서 시작하도록 할 수 있습니다.
9. 연구 작업이 긴 경우, 실험자들은 보정 드리프트가 발생하는지 확인하려면 "닻"로 상호 자극 애니메이션을 사용할 수 있습니다. Typicall드리프트는 시각적인 각도 3도 초과하면 y는, 다시 교정을 실시하여야한다. 복수의 작업이나 시련이 포함되어있는 경우 또한, 다시 교정은 테스트의 과정을 통해 드리프트를 제거하기 위해 각 사이에 권장합니다.

4. 분석

1. 대부분의 안구 추적 시스템을 특징 짓는 인덱스와 함께 원시 데이터를 최소한 포함 파일, 타임 스탬프, 관계의 요점 (때로는 양쪽 눈을위한)의 X와 Y 좌표, 디스플레이 또는 자극으로부터 거리를, 양보하다 이벤트 또는 자극 프레 젠 테이션의 변화. 일부 소프트웨어 프로그램은 또한 동공 직경 및 고정 통계에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
2. 한 원시 데이터의 방대한 양을 응결하도록 선택하는 방법의 연구 질문에 따라 결정됩니다. 대부분의 목표는 고정 밀도 및 / 또는 oculomotor 역학에 대한 통계를 특성화하는 것입니다. 이러한 구조가 특징 일단 그러나, 이러한주의 및 메모리와 같은 superordinate 구조는 사양하에 검사를하실 수 있습니다ific 설계 조건.
3. 고정 밀도 : 시간적 및 공간적 정보 : 여러 가지 알고리즘이 고정 밀도 ¹⁵ 특성화 것이 존재하지만, 모두가 두 가지 기본 구성 요소를 분석합니다. 이러한 매개 변수는 종종 연구 질문에 의해 정박하고 있지만 예를 들어, 고정은, 적어도 100 밀리초에 대한 시각적인 각도 1 °의 직경 내에 남아있는 관계의 핵심으로 정의될 수있다. 일반적인 종속 변수 fixations 수, 고정의 평균 기간 및 총 고정 시간, 개인 fixations (즉, 스캔 경로) ^16의 공간적 배치 및 / 또는 시퀀스를 포함합니다.
4. 고정 분석은 종종 미리 정의된 '관심 분야'(AOI) 이내에 실시하고 있습니다. 연구자와의 ASD없이 아이들이 특정 AOIs (예 : 얼굴에 눈 등) 우선 흥분시키는 장치 AOIs에 대한 그들의 지연, 또는 그들의 시선의 패턴에 AOIs 사이 주던 사람들에게 고정 시간에 차이가 있는지 여부에 관심이있을 수 있습니다. 또한 통계는 나와4.3에서도 AOI 분석에 적용할 수 있습니다.
5. 특히 ASD, 유지주의에 장애가있는 사람과 어린이들은 종종 컨트롤보다 누락 시선 데이터를 나타냅니다. 이것은 화면상의 자극에 의​​한 적은 시각적주의를 발생하거나 과도한 깜박임에 의해 (때로는 지나치게 밝은 화면이나 너무 어두운 테스트 환경에서 생성). 있습니다 그룹 간의 데이터 차이가 누락위한 제어하려면, 연구자들은 누락된 데이터에 의해 실마리를 못찾고 수있는 절대적인 값 대신 화면의 시선은 시간의 비율로 분석을 수행하는 것이 좋습니다. 또한, 불충 분한 표본 추출에 의한 신뢰성 데이터로부터 보호하기 위해, 연구자는 최종 샘플에 포함된 모든 참가자가 "최소한의 시간"단절을 통과해야한다. 이 컷 오프의 특이성은 연구에 의해 있지만 기록된 데이터보다 누락 이상이 고려되어야 용의자와 일반 참가자로 달라질 수 있습니다.
6. 고정 분석와는 달리, 속도 기반의 알고리즘은 채널을 통합이후의 음반 사이의 유클리드 거리로 엔지 주로 saccades 초점을 맞춥니다. saccade는 속도 (거리 / 시간)이 특정 임계값을 초과하면 표시됩니다. 동시 녹음 시간에 지정된 기간 동안이 속도 한계를 초과하지 않는 경우, 고정이 표시됩니다.
7. Oculomotor 역학 : oculomotor 역학을 특성화하는 것은 눈의 위치와 안구 운동의 미묘한 변화에 충분히 민감 높은 샘플링 안구 추적 시스템이 필요합니다. 많은 종속 변수는 saccades, 안구 드리프트, 그리고 추격, 안구 운동의 속도시 모든 인덱스의 나머지를 포함 oculomotor 역학의 범위 내에서 조사 수 있지만. 이 속도를 특성화하는 것은 두 가지 속성 (즉, 거리와 시간)을 기준으로하기 때문에 saccade 판매율, saccade 진폭의 분포 또는 패턴의 분배 또는 패턴의 배포 또는 패턴을 포함 oculomotor 역학의 다른 특성의 시험을 수있다 saccade durat이온뿐만 saccade 종단의 saccade 및 정확도의 대기 시간 (즉, 이득) 등. 일반적인 패러다임 시각 안내 saccade 작업, antisaccade 작업, 메모리 가이드 saccade 작업 및 예측 saccade 작업. ^{7, 17} 잇어 문헌 관심이 연구자에게 ^18-20에 도움 saccade 역학에 관한 연구의 큰 시체를 포함하고 포함됩니다.

5. 대표 결과

그림 3. 그림 3은 우리의 그룹에 의해 연구에서 생성된 고정지도를 나타냅니다. ASD를 가진 한 아이에 의해 보라색 동그라미가 그려진 개별 fixations, 정적 이미지를 보는 동안은 여기에 표시됩니다. 과 및 ASD없는 어린이들이 다양한 AOIs 자신의 시각적주의에 차이가있다면 참가자들이 결정을 통해 이것과 비슷한 작업에서 Fixations 분석된다.

. 1) 원시 시선 데이터, 2 필터 고정을 적용) 특정 AOIs에 fixations를 할당하고, 3) 응축 및 패턴 비교 : 그림 4 그림 4를 포함하여 위에서 설명한 단계 중 많은을 포함 최종 제품의 예를 나타냅니다 일반적으로 (TD) 어린이와 ASD를 가진 아이의 그룹을 개발 그룹에 걸쳐 fixations. 보다 구체적으로,이 그림은 시각적인 탐사 패러다임 내에서, ASD를 가진 아이들이 더 적은 사회적 이미지가 TD 아동이 때 "높은 자폐증 분야"(HAI) 개체가 동시에 표시됩니다 (즉, 흥분시키는) 탐험 것을 보여줍니다. "낮은 자폐증 분야"(라이) 개체가 사회적인 자극과 함께 제시하면,하지만, 사회 이미지의 탐험은 ASD의 사회적 관심은 경쟁 자극의 상대적 특징을 기반으로 변조된 것을 제안, 그룹간에 크게 다를하지 않습니다. ²¹

토론

정신 장애의 지각 특성을 조사하기위한 객관적이고 접근 도구로 시선 추적의 출현은 ASD의 임상적 특성에 기여하는 비정상적인 시각적 관심과 oculomotor 패턴으로 연구를 촉진하고있다. 이 작품의 특히 유망한 응용 프로그램은 장애의 초기 출현 발달 메커니즘을 포착하기 위해서는 ASD를 가진 어린 아이를 공부했습니다. 이 연령 그룹과 조사는 전통적인 행동 패러다임으로 이렇게, 초기 코스와 ASD의 특성을 계몽을위한 중요하지만 종종 인구에 존재하는 사회적 의사 소통 장애 주어진 도전했습니다. 눈 - 추적 시각적 환경 설정의 직접적이고 같지는 조치를 제공함으로써 이러한 작업 요구 중 일부를 완화하고 행동을 바라보며. 궁극적으로,이 접근법은 ASD의 개발에 중요한 기간 동안 중요한 정보를 노출 과정 THA에 도움이 될 수 있습니다차례 지마 조기 식별과 개입 노력을 알릴 수 있습니다.

이러한 혜택에도 불구하고, ASD를 가진 안구 추적 어린 아이들은 방법론적인 도전의 숫자에 의해 복잡하게된다. 이러한 인구 시선 추적을 구현하기위한 현재의 프로토콜 세부 지침. 제안은 특히 일반 및 상용 각막 반사 안구 추적 시스템, 참가자의 움직임을 제한하지 않고 머리의 움직임에 대해 수정할 수있는 사람으로 제한됩니다 여기서 설명하는 동안, 그들은 관심있는 연구자에 대한 일반적인 지침을 제공하도록 설계되었습니다. 최적의 디자인은 종종 구체적인 공부를하고 있지만 일반적인 권장 사항은 장비를 선택하고,이 인구를 공부하고 잠재적인 장애물 산만을 최소화하는 절차를 구현하고 적절한 분석 전략을 추구를위한 도움이되는가 테스트 환경을 만들어 포함됩니다.

이러한 관행의 채택은 눈 추적 연구를 신속히 수ASD의 조기 증상 발현을 조사 대상으로하지만, 역시 관심 연구 그룹과 관련된 있습니다 시선 추적 유아 ^22,뿐만 아니라 자폐증 이외의 다른 발달 장애를 가진 아동을 포함하여보다 광범위하게 어린 아이를. 또한, 연구팀은 psychobiological 응답의보다 포괄적인 프로필을 제공하는 등의 뇌파, 갈바 피부 전도성과 심장 속도 모니터링과 같은 다른 생리 조치로 시선 추적을 통합하여 이러한 권장 사항에 따라 만들 수 있습니다. 모바일 시선 추적 시스템의 증가 여부는 역시 라이브 사회적 상호 작용을 포함하여 많은 생태학 - 유효한 상황,에 ASD의 시선 문제의 연구를 확장할 수있는 가능성을 향상시킵니다. 이러한 혁신적인 설계는 향후 몇 년 동안 인기 늘어날 것으로 예상된다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
자재 명칭	유형	회사	카탈로그 번호	논평
눈 - 추적 장치	독립형 각막 반사 기반 시스템입니다. 눈 - 추적 60HZ에서 24 "TFT 와이드 스크린 모니터. 성적으로 통합되어 있습니다.	Tobii	Tobii 60XL	그림 2에 표시됩니다. (시각적인 각도의 ~ 0.5 °의 평균 정확도를 유지하면서,이 경우에는 60cm의 거리에서 40x20x27cm의 입방체 공간 내에서) 이것은 머리의 움직임을 허용 여러 시스템 중 하나입니다.
눈 - 추적 장치 제어 소프트웨어		Tobii	Tobii 스튜디오 대 2.1.14
고정 분석 프로그램		Tobii	Tobii 스튜디오 대 2.1.14	수정그림 3에서 ation 분석은이 프로그램을 사용하여 생성된. 그림 4의 출력은 외부 소프트웨어에서 발생.