VisualEyes : 안구 운동 실험을위한 모듈 형 소프트웨어 시스템
2011년 3월 25일
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.
이 절차의 전반적인 목표는 실험자가 안구 시스템을 사용하여 안구 운동 연구를 수행하기 위해 일련의 시각적 자극을 생성할 수 있도록 하는 것입니다. 먼저, 측정된 표적을 사용하여 픽셀 값을 각도로 변환하여 시각 눈 시스템을 보정해야 합니다. 두 번째 단계는 실험 세션 전에 자극을 라이브러리에 저장하여 왼쪽 및 오른쪽 눈 자극의 초기 및 최종 위치를 정의하는 것입니다.
마지막으로 안구 운동 모니터를 피험자에 놓고 실험 스크립트를 실행하여 안구 운동 반응을 기록합니다. 궁극적으로 안구 운동의 위치 및 속도 흔적을 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다. 독점 소프트웨어와 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 작업자가 모든 유형의 안구 운동 실험을 수행하기 위해 모든 시각적 자극을 합성한다는 것입니다.
이 절차를 시연하는 것은 내 연구실의 Kim에 대한 박사 과정 학생입니다. 이 시스템에는 모든 유형의 안구 운동 모니터를 사용할 수 있습니다. 이 시연에서는 정신병적 또는 부드러운 추적과 같은 탠덤 추적 움직임을 위해 림버스 추적 및 비디오 모니터링 안구 운동 시스템이 사용됩니다.
단일 컴퓨터를 사용하여 시각적 디스플레이에 처녀와 같은 반대쪽 안구 움직임 또는 처녀와 탠덤 버전 움직임의 상호 작용을 연구할 수 있습니다. 시각적 표시를 위해 두 개의 컴퓨터 모니터가 있는 하플로 스코프가 필요합니다. 한 메트릭 세트를 다른 메트릭으로 변환하려면 첫 번째 보정이 필요한데, 안구 움직임은 일반적으로 회전 각도로 표시되기 때문입니다.
컴퓨터 모니터는 픽셀 값을 사용하지만 삼각법을 사용하여 시각적 디스플레이를 보정하기 위해 물리적 대상을 배치할 위치를 계산할 수 있습니다. 예를 들어, 컴퓨터 화면의 자극이 2도의 물리적 목표와 정렬되면 해당 픽셀 값은 2도의 자극에 해당합니다. 시스템을 보정하려면 작업자가 visualize 디렉토리 내에서 픽셀을 각도 도트 vei 파일로 열어야 합니다.
먼저 스트레치 모드 필드를 사용하여 보정할 모니터를 정의합니다. 왼쪽 눈 모니터의 경우 1번, 오른쪽 눈 모니터의 경우 2번을 입력합니다. 그런 다음 프로그램을 실행하고 녹색 선이 물리적 목표 위에 겹쳐질 때까지 녹색 선 자극을 움직입니다.
이제 물리적 대상의 알려진 위치를 도 단위로 입력하고 저장 버튼을 누릅니다. 그런 다음 녹색 선을 클릭합니다. 각도와 픽셀 값은 왼쪽 하단 모서리의 디스플레이에 표시되며 작업자는 최소 3개의 보정 지점을 수집해야 합니다.
모든 캘리브레이션 포인트를 저장한 후 시각화된 디렉토리에서 D two P Excel 출력 파일을 엽니다. 보정 점을 얻습니다. 선형 회귀 방정식을 얻기 위해 검량점을 플로팅합니다.
방정식을 사용하여 시각적 자극의 초기 및 최종 위치를 계산합니다. 연산자는 픽셀 값으로 프로그래밍하려고 합니다. 처녀 자극에 대한 5개의 보정 포인트를 사용하여 얻은 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈 보정 곡선의 예가 여기에 나와 있습니다.
자극에 추가 모니터가 필요한 경우 다른 모니터에 대해 이전 두 단계를 반복합니다. 먼저, 작업자는 실험 전에 왼쪽 및 오른쪽 눈 자극의 초기 및 최종 위치를 정의해야 합니다. 이렇게 하려면 새 텍스트 파일을 열고 첫 번째 행에서 초기 시간 및 위치 값을 정의합니다.
4개의 매개변수를 정의해야 하는데, 시간, 수평 위치, 수직 위치 및 회전은 각각 탭으로 구분됩니다. 마찬가지로 4개의 최종 매개변수, 최종 시간, 수평 위치, 수직 위치 및 자극의 회전을 정의합니다. 시각화된 디렉토리에 자극을 자극 이름 dot vii 파일로 저장하고 다른 I 자극에 대해 이 단계를 반복합니다.
다음으로, 자극의 움직임은 두 가지 유형의 움직임으로 일반화할 수 있습니다. 갑작스러운 단계 또는 지속적인 경사로. 스텝을 사용하면 자극이 초기 위치에서 최종 위치로 갑자기 이동하거나 점프할 수 있습니다.
작업자는 스텝 자극에 대해 시간 변화가 0.001초가 되어야 한다는 점에 유의해야 합니다. 정신병적 스텝의 예, 부드러운 추격 램프, 버진 스텝 및 버진 램프가 표 1에 나와 있습니다. 자극의 경우, 단계와 같은 단일 자극 또는 다중 단계와 같은 일련의 시각적 작업을 가질 수 있습니다.
이제 두 자극 파일을 모두 자극 라이브러리에 저장합니다. 시각화된 디렉토리 내에는 몇 가지 기본 설정이 있습니다. 첫 번째 줄은 가로 방향 내에서 화면의 백분율입니다.
두 번째 줄은 세로 방향 내에 있는 화면의 백분율입니다. 세 번째는 배경 이미지이고 네 번째는 전경 또는 대상 이미지입니다. 다섯 번째 줄은 컴퓨터가 독립 모드에서 작동해야 함을 나타냅니다.
여섯 번째 줄은 사용되는 모니터를 나타냅니다. 일곱 번째 줄은 모니터의 종횡비입니다. 나머지 라인은 작업자가 실험 세션 내에서 사용할 수 있는 다양한 유형의 자극입니다.
이제 왼쪽 눈 자극 모니터와 오른쪽 눈 자극을 엽니다. 시각화된 디렉터리에서 파일을 모니터링합니다. 이 두 파일에는 각각 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 대한 라이브러리 자극이 포함되어 있습니다.
마지막 행에는 정의된 자극의 파일 이름을 씁니다. 프로파일 번호는 자극 파일 이름에 해당하는 행을 나타냅니다. 예를 들어, 여기서 자극의 프로파일 번호는 8입니다.
이전 단계를 반복하여 실험에 필요한 만큼의 자극을 생성할 수 있습니다. 다음으로, 실험 프로토콜에 대한 스크립트를 작성할 수 있습니다. 먼저 텍스트 파일을 열어 실험적 프로토콜 명령을 입력하고 이 파일을 시각화된 디렉토리에 스크립트 이름 대 파일로 저장합니다.
이것은 시각화 시스템이 명령을 읽고 실행하는 스크립트 파일입니다. 시각화된 함수에는 입력 인수와 출력 인수가 있습니다. 이 표에는 임시 파일 dot lwf가 정의되지 않은 경우 사용할 수 있는 시각화된 소프트웨어의 모든 기능이 표시됩니다.
이 기능을 실행하는 동안 소프트웨어는 디지털화를 위해 들어오는 데이터를 저장하지 않습니다. 로그 파일 함수는 문자열을 출력하거나 EXP 평가판에서 정의된 입력 버퍼를 시각화된 디렉터리의 출력 텍스트 파일로 출력합니다. 실험이 완료되면 출력 텍스트 파일의 이름을 다른 이름으로 변경해야 합니다.
그렇지 않으면 다음 실험 중에 데이터를 덮어씁니다. 트리거 가중치 기능은 피험자가 트리거 버튼을 눌러 화면에 exp trial으로 표시된 실험 시험을 시작하고 데이터를 디지털화할 때까지 기다립니다. 이것은 신호가 디지털 하이에서 로우로 변경되기를 기다리는 디지털 수집 카드의 채널 12입니다.
마지막으로, 임의 지연 함수는 다음 자극에 대한 예측이나 예상을 방지하기 위해 임의 지연을 생성하고, 파동 MSD 함수는 데이터의 평균과 표준 편차를 계산합니다. 실험을 시작하기 전에 피험자는 기관 검토 위원회에서 승인한 서면 및 정보에 입각한 동의를 제공해야 합니다. 실험에 대한 자세한 설명이 있어야 피험자가 참여에 동의할 수 있습니다.
각막 반사 비디오 이미징 시스템, 윤막 추적 시스템 또는 공막 검색 코일과 같은 다양한 안구 운동 모니터를 사용하여 안구 움직임을 수집하고 기록할 수 있습니다. 여기에서는 림버스 추적 시스템을 시연합니다. 그런 다음 안구 운동 모니터를 조정하여 사용하는 안구 운동 모니터에 따라 가장자리 또는 동공 및 각막 반사와 같은 눈의 해부학적 특성을 캡처합니다.
안구 운동 모니터가 피험자에 맞게 조정되면 피험자에게 좌우 정신병적 또는 처녀 운동이라고 하는 안구 운동 또는 안구 및 바깥쪽으로 하도록 요청하여 안구 운동 모니터가 안구 움직임을 캡처하고 있는지 확인합니다. 오른쪽 상단 모서리의 시각화된 디렉토리에서 Read script dot vei 프로그램을 열고 이전에 만든 실험 프로토콜 스크립트 파일의 파일 이름을 입력합니다. 그런 다음 왼쪽 상단 모서리에 있는 화살표 버튼을 눌러 read script dot vei 프로그램을 실행합니다.
다음으로, 피험자에게 트리거 버튼을 주고 버튼을 누르면 데이터 수집이 시작된다고 설명합니다. 다른 획득 VEI 파일이 화면에 자동으로 나타나 들어오는 데이터를 플로팅합니다. 데이터는 500Hz에서 샘플링됩니다.
실험이 완료되면 이때 읽기 스크립트 dot bei가 자동으로 중지됩니다. 시각화된 디렉토리로 이동하여 출력 텍스트 파일을 찾습니다. 파일 이름을 바꿉니다.
그렇지 않으면 다음에 작업자가 실험을 실행할 때 데이터 파일을 덮어씁니다. 실험이 완료되면 MATLAB 또는 Excel 대기 시간을 포함한 다양한 소프트웨어 패키지를 사용하여 데이터를 분석할 수 있습니다. 피크 속도 또는 진폭은 연구에 따라 흥미로울 수 있습니다.
시각화된 디렉터리에는 SEC 코드, 처녀 계단 및 처녀 램프를 플로팅하기 위한 MATLAB 분석 코드의 예가 제공됩니다. 여기에서 시각화된 시스템을 사용하여 기록할 수 있는 안구 움직임의 앙상블의 예를 볼 수 있습니다. 이 플롯에서 우리는 프로세코(Proseccos)라고도 불리는 전형적인 10도의 정신병적 움직임을 볼 수 있다.
우리의 연구는 회전 정도를 사용합니다. 안구 운동은 각도, 미터 각도 또는 프리즘 디옵터 단위로 보정할 수 있습니다. 각 트레이스는 개별 안구 움직임을 나타내며, 위쪽 그래프에서 위치는 시간 함수로 도 단위로 표시됩니다.
맨 아래 그래프는 시간 함수로 초당 도 단위로 표시된 속도입니다. Antis cos가 여기에 표시됩니다. 이것은 정신병적 반응이다.
피험자에게 시각적 자극의 반대 방향으로 세코드(secod)를 만들라고 말하면 처녀의 반응은 4도에 달한다. 여기에서 단계를 볼 수 있으며 초당 5도 램프 자극에 대한 버진의 반응이 여기에 표시됩니다. 이 절차를 시도하는 동안 피험자가 연구를 위해 들어오기 전에 시스템을 보정하는 것을 기억하는 것이 중요합니다.
피험자에게 적절한 지침을 제공하고 안구 운동 모니터가 피험자에 맞게 올바르게 조정되었는지 확인하십시오. 이 비디오를 시청한 후에는 시각화된 스크립팅 언어를 사용하여 프로그래밍하여 광범위한 안구 운동 실험을 연구하기 위한 자신만의 시각적 자극을 구성하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 안구 운동 연구는 정상 및 기능 장애 뇌에 대한 통찰력을 제공할 수 있기 때문에 강력한 연구 기반의 이점을 얻습니다.
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개요
이 기사는 시선 운동을 통한 신경 제어 및 인지 과정 연구에 VisualEyes 소프트웨어의 사용에 대해 논의합니다. 이 시스템은 두 개의 화면에서 시각 자극을 독립적으로 프로그래밍할 수 있게 하여 다양한 안구-운동 실험을 용이하게 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 안구-운동 제어
- 인지 과정
배경
- 시선 운동은 신경 제어를 이해하는 데 중요합니다.
- VisualEyes 소프트웨어는 자극 표시를 위한 사용자 정의 스크립팅을 가능하게 합니다.
- 다양한 종류의 시선 운동을 자극할 수 있으며, 여기에는 급속 안구 운동 및 평활 추적 운동이 포함됩니다.
- 이 시스템은 독점 소프트웨어에 비해 유연성을 제공합니다.
연구 목적
- 안구-운동 연구를 위한 시각 자극을 생성하는 것.
- 정확한 측정을 위해 시각 시스템을 보정하는 것.
- 실험 중 시선 운동 반응을 기록하는 것.
사용된 방법
- 픽셀 값을 각도로 변환하여 시각 시스템 보정.
- 두 눈에 대한 자극의 초기 및 최종 위치 정의.
- 실험 세션 전에 자극을 라이브러리에 저장.
- 실험 스크립트를 실행하여 시선 운동을 모니터링하고 기록.
주요 결과
- 시선 운동의 위치 및 속도 추적을 성공적으로 기록했습니다.
- 이 기법은 기존 독점 소프트웨어보다 장점을 보여주었습니다.
- 결과는 안구-운동 제어 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다.
- 자극 프로그래밍의 유연성으로 다양한 실험 설계가 가능합니다.
결론
- VisualEyes 소프트웨어는 안구-운동 연구에 유용한 도구입니다.
- 사용자 정의 스크립팅은 다양한 실험을 수행하는 능력을 향상시킵니다.
- 미래 연구에서는 이 시스템을 활용하여 인지 과정에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Oculomotor experimentation provides critical insights into neural control mechanisms relevant to target validation in neuroscience drug discovery. The VisualEyes system enables flexible, programmable visual stimulus generation to support mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses involving visual processing pathways. This capability enhances predictive confidence in preclinical models by allowing precise, reproducible eye movement measurements across diverse experimental designs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to visual processing and oculomotor control pathways.
- Operational Value: Supports biological de-risking through functional validation of targets involved in eye movement regulation.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by providing quantitative, reproducible ocular motor readouts for target engagement assessment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows through standardized stimulus presentation and response capture.
- Quantitative Outputs: Generates position and velocity traces enabling reliable compound screening and dose-response characterization.
- Platform Reuse: Offers scalability across experimental sessions via stimulus library storage and protocol scripting for consistent assay performance.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase mechanistic insights to preclinical validation through disease-relevant oculomotor phenotyping.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by linking target modulation to measurable changes in saccadic, pursuit, or vergence eye movements.
- Biomarker Alignment: Enables exploration of eye movement parameters as translational biomarkers for CNS target engagement and functional outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The VisualEyes system integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification to preclinical validation by providing a modular platform for stimulus control and response quantification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via programmable visual stimuli to probe neural circuits underlying eye movement control.
- Screening: Enables assay readiness through reproducible stimulus presentation and high-sampling-rate (500 Hz) eye movement monitoring.
- Analytics: Delivers position and velocity readouts in degrees and degrees per second, enabling quantitative comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by allowing disease-model eye movement profiling aligned with visual or oculomotor dysfunction.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability via stimulus library, script-based protocols, and compatibility with multiple eye movement monitoring systems (limbus tracking, video-based, scleral search coil).
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in visual processing pathways.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through calibrated stimulus presentation (pixel-to-degree conversion) and script-driven experimental control.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by reducing custom software development time and enabling rapid adaptation to diverse ocular-motor experimental needs.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization by providing objective, quantifiable oculomotor endpoints for target modulation studies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in experimental neuroscience, visual stimulus design, and oculomotor physiology.
- Needs instrumentation for eye movement monitoring (e.g., limbus tracking, video-based, or scleral search coil systems) and a haploscope with dual monitors for binocular stimulation.
- Demands cross-team standardization of calibration procedures (pixel-to-degree conversion using physical targets) and stimulus library management.
- Involves adaptation considerations across model systems, including species-specific eye anatomy and movement ranges.
- Includes practical limitations such as the need for pre-experimental calibration, subject consent procedures, and post-experiment data file management to prevent overwriting.
