Blik in actie: Head-mounted Eye Tracking van kinder dynamische visuele aandacht tijdens naturalistische gedrag
Summary
Jonge kinderen niet passief observeren van de wereld, maar eerder actief verkennen en zich met hun omgeving. Dit protocol biedt leidende beginselen en praktische aanbevelingen voor het gebruik van hoofd gemonteerde oog trackers opnemen zuigelingen en peuters dynamische visuele omgevingen en visuele aandacht in het kader van natuurlijke gedrag.
Abstract
Jonge kinderen visuele omgevingen zijn dynamisch, veranderen van elk-moment-zoals kinderen fysiek en visueel ruimten en objecten verkennen en interactie met mensen om hen heen. Hoofd gemonteerde eye tracking biedt een unieke kans te vangen kinderen dynamische egocentrisch uitzicht en hoe zij verdelen visuele aandacht in deze weergaven. Dit protocol biedt leidende beginselen en praktische aanbevelingen voor onderzoekers met behulp van hoofd gemonteerde oog trackers in zowel laboratorium en meer naturalistische instellingen. Hoofd gemonteerde eye tracking is een aanvulling op andere experimentele methoden door het verbeteren van de mogelijkheden voor het verzamelen van de gegevens in een meer ecologisch geldig context door grotere draagbaarheid en vrijheid van de bewegingen van het hoofd en lichaam ten opzichte van schermgebaseerde eye tracking. Dit protocol kan ook worden geïntegreerd met andere technologieën, zoals het volgen van beweging en hartslag-controle, om te voorzien in een hoge dichtheid multimodale dataset natuurlijke gedrag, leren en ontwikkeling dan voorheen mogelijk te onderzoeken. Dit Groenboek illustreert de soorten gegevens die zijn gegenereerd uit hoofd gemonteerde eye tracking in een studie die is ontworpen om te onderzoeken van de visuele aandacht in een natuurlijke context voor peuters: vrijstromend speelgoed spelen met een ouder. Succesvol gebruik van dit protocol zal het toestaan van onderzoekers voor het verzamelen van gegevens die kunnen worden gebruikt voor het beantwoorden van de vragen niet alleen over visuele aandacht, maar ook over een breed scala van andere perceptuele, cognitieve en sociale vaardigheden en hun ontwikkeling.
Introduction
De laatste decennia hebben gezien groeiende interesse in de ontwikkeling van baby- en kindervoeding visuele aandacht bestuderen. Deze belangstelling heeft voor een groot deel voortvloeide uit het gebruik van tijdmetingen kijken als een primaire middel om te beoordelen van andere cognitieve functies in kinderschoenen en heeft zich ontwikkeld tot de studie van de zuigeling visuele aandacht in zijn eigen recht. Hedendaagse onderzoek van baby- en kindervoeding visuele aandacht meet hoofdzakelijk oogbewegingen tijdens schermgebaseerde eye-tracking taken. Kinderen zitten in een stoel of ouder schoot voor een scherm terwijl hun oogbewegingen worden gecontroleerd tijdens de presentatie van statische beelden of gebeurtenissen. Dergelijke taken, ontbreken echter te vangen van de dynamische aard van natuurlijke visuele aandacht en de middelen waarmee kinderen natuurlijke visuele omgevingen worden gegenereerd – actieve exploratie.
Baby’s en peuters zijn actieve wezens, verplaatsen van hun handen, hoofd, ogen en organen om te verkennen van de objecten, mensen en ruimten om hen heen. Elke nieuwe ontwikkeling in het lichaam morfologie, motorische vaardigheid en gedrag – kruipen, lopen, oppakken van objecten, met de sociale partners – gaat vergezeld van de daarmee gepaard gaande wijzigingen in de vroege visuele omgeving. Omdat bepaalt wat baby’s doen wat ze zien en wat ze zien voor wat zij in visueel begeleide actie doen serveert, wordt bestuderen de natuurlijke ontwikkeling van de visuele aandacht best uitgevoerd in de context van natuurlijke gedrag1.
Hoofd gemonteerde oog trackers (ETs) zijn uitgevonden en gebruikt voor volwassenen voor decennia2,3. Pas onlangs zijn technologische vooruitgang hoofd gemonteerde eye-tracking technologie geschikt voor baby’s en peuters. Deelnemers zijn uitgerust met twee lichtgewicht camera’s op het hoofd, een scène camera naar buiten geconfronteerd met die het eerste persoon perspectief van de deelnemer vangt en een eye camera geconfronteerd met naar binnen die het oog beeld vastlegt. Een kalibratieprocedure biedt trainingsgegevens aan een algoritme dat de kaarten zo nauwkeurig mogelijk de veranderende standpunten van de leerling en het hoornvlies reflectie (CR) in de afbeelding van de ogen aan de overeenkomstige pixels in de afbeelding van de scène die waren visueel wordt bijgewoond. Het doel van deze methode is om te vangen beide de natuurlijke visuele omgevingen van zuigelingen en zuigelingen actieve visuele verkenning van deze omgevingen als zuigelingen zet vrij. Dergelijke gegevens kunnen helpen om vragen niet alleen over visuele aandacht, maar ook over een breed scala van perceptuele, cognitieve en sociale ontwikkelingen,4,5,6,7,8te beantwoorden. Het gebruik van deze technieken heeft getransformeerd afspraken van gezamenlijke aandacht7,8,9, aanhoudende aandacht10, veranderende visuele ervaringen met leeftijd en motorische ontwikkeling4 , 6 , 11en de rol van visuele ervaringen in woord leren12. De huidige papier biedt leidende beginselen en praktische aanbevelingen voor het uitvoeren van hoofd gemonteerde eye-tracking experimenten met baby’s en peuters en illustreert de soorten gegevens die kunnen worden gegenereerd vanaf hoofd gemonteerde eye tracking in een natuurlijke context voor peuters: vrijstromend speelgoed spelen met een ouder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol biedt leidende beginselen en praktische aanbevelingen voor de tenuitvoerlegging van hoofd gemonteerde eye tracking met zuigelingen en jonge kinderen. Dit protocol is gebaseerd op de studie van natuurlijke peuter gedrag in het kader van ouder-peuter gratis spelen met speelgoed in een laboratorium-omgeving. In-House eye-tracking apparatuur en software werden gebruikt voor kalibratie en gegevens codering. Dit protocol is echter bedoeld als algemeen toepasbaar voor onderzoekers met behulp van een verscheidenheid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gefinancierd door de National Institutes of Health subsidies R01HD074601 (CY), T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.) en F32HD093280 (L.K.S.); National Science Foundation verlenen BCS1523982 (L.B.S., CY); en door de Indiana University door het opkomende gebied onderzoeksinitiatief – leren: hersenen, Machines en kinderen (L.B.S.). De auteurs danken de vrijwilligers van het kind en ouder die heeft deelgenomen aan dit onderzoek en die ermee ingestemd om te worden gebruikt in de cijfers en filmen van dit protocol. Wij waarderen ook de leden van de computationele cognitie en leren laboratorium, vooral Sven Bambach, Anting Chen, Steven Elmlinger, Seth Foster, Grace Lisandrelli en Charlene Tay, voor hun hulp bij de ontwikkeling en honen van dit protocol.
References
- Tatler, B. W., Hayhoe, M. M., Land, M. F., Ballard, D. H. Eye guidance in natural vision: Reinterpreting salience. Journal of Vision. 11 (5), 1-23 (2011).
- Hayhoe, M. Vision using routines: A functional account of vision. Visual Cognition. 7 (1-3), 43-64 (2000).
- Land, M., Mennie, N., Rusted, J. The Roles of Vision and Eye Movements in the Control of Activities of Daily Living. Perception. 28 (11), 1311-1328 (1999).
- Franchak, J. M., Kretch, K. S., Adolph, K. E. See and be seen: Infant-caregiver social looking during locomotor free play. Developmental Science. 21 (4), 12626 (2018).
- Franchak, J. M., Kretch, K. S., Soska, K. C., Adolph, K. E. Head-mounted eye tracking: a new method to describe infant looking. Child Development. 82 (6), 1738-1750 (2011).
- Kretch, K. S., Adolph, K. E. The organization of exploratory behaviors in infant locomotor planning. Developmental Science. 20 (4), 12421 (2017).
- Yu, C., Smith, L. B. Hand-Eye Coordination Predicts Joint Attention. Child Development. 88 (6), 2060-2078 (2017).
- Yu, C., Smith, L. B. Joint Attention without Gaze Following: Human Infants and Their Parents Coordinate Visual Attention to Objects through Eye-Hand Coordination. PLoS One. 8 (11), 79659 (2013).
- Yu, C., Smith, L. B. Multiple Sensory-Motor Pathways Lead to Coordinated Visual Attention. Cognitive Science. 41, 5-31 (2016).
- Yu, C., Smith, L. B. The Social Origins of Sustained Attention in One-Year-Old Human Infants. Current Biology. 26 (9), 1-6 (2016).
- Kretch, K. S., Franchak, J. M., Adolph, K. E. Crawling and walking infants see the world differently. Child Development. 85 (4), 1503-1518 (2014).
- Yu, C., Suanda, S. H., Smith, L. B. Infant sustained attention but not joint attention to objects at 9 months predicts vocabulary at 12 and 15 months. Developmental Science. , (2018).
- Hennessey, C., Lawrence, P. Noncontact binocular eye-gaze tracking for point-of-gaze estimation in three dimensions. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 56 (3), 790-799 (2009).
- Elmadjian, C., Shukla, P., Tula, A. D., Morimoto, C. H. 3D gaze estimation in the scene volume with a head-mounted eye tracker. Proceedings of the Workshop on Communication by Gaze Interaction. , 3 (2018).
- Castellanos, I., Pisoni, D. B., Yu, C., Chen, C., Houston, D. M., Knoors, H., Marschark, M. Embodied cognition in prelingually deaf children with cochlear implants: Preliminary findings. Educating Deaf Learners: New Perspectives. , (2018).
- Kennedy, D. P., Lisandrelli, G., Shaffer, R., Pedapati, E., Erickson, C. A., Yu, C. Face Looking, Eye Contact, and Joint Attention during Naturalistic Toy Play: A Dual Head-Mounted Eye Tracking Study in Young Children with ASD. Poster at the International Society for Autism Research Annual Meeting. , (2018).
- Yurkovic, J. R., Lisandrelli, G., Shaffer, R., Pedapati, E., Erickson, C. A., Yu, C., Kennedy, D. P. Using Dual Head-Mounted Eye Tracking to Index Social Responsiveness in Naturalistic Parent-Child Interaction. Talk at the International Congress for Infant Studies Biennial Congress. , (2018).
- Holmqvist, K., Nyström, M., Andersson, R., Dewhurst, R., Jarodzka, H., Van de Weijer, J. . Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures. , (2011).
- Saez de Urabain, I. R., Johnson, M. H., Smith, T. J. GraFIX: a semiautomatic approach for parsing low- and high-quality eye-tracking data. Behavior Research Methods. 47 (1), 53-72 (2015).
- Franchak, J. M., Hopkins, B., Geangu, E., Linkenauger, S. Using head-mounted eye tracking to study development. The Cambridge Encyclopedia of Child Development 2nd ed. , 113-116 (2017).
- Yonas, A., Arterberry, M. E., Granrud, C. E. Four-month-old infants’ sensitivity to binocular and kinetic information for three-dimensional-object shape. Child Development. 58 (4), 910-917 (1987).
- Smith, T. J., Saez de Urabain, I. R., Hopkins, B., Geangu, E., Linkenauger, S. Eye tracking. The Cambridge Encyclopedia of Child Development. , 97-101 (2017).
