Baby's en peuters bekijken de wereld in een fundamenteel anders dan hun ouders. Hoofd gemonteerde camera's voorzien van een hanteerbare mechanisme om te begrijpen van de zuigeling visuele omgeving. Dit protocol biedt leidende beginselen voor experimenten in het huis of het laboratorium te vangen de egocentrische weergave voor kleuters en peuters.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een weergave van hun eigen land: de egocentrische weergave van baby's en peuters met Head-Mounted camera's vastleggen
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Baby's en peuters bekijken de wereld, op een zintuiglijke basisniveau, een fundamenteel anders dan hun ouders. Dit is grotendeels te wijten aan biologische beperkingen: zuigelingen bezitten verschillende lichaamsverhoudingen dan hun ouders en de mogelijkheid om controle van hun eigen hoofdbewegingen minder ontwikkeld. Dergelijke beperkingen beperkt u namelijk de visuele input beschikbaar. Dit protocol heeft tot doel van de leidende beginselen voor onderzoekers met behulp van hoofd gemonteerde camera's om te begrijpen van de veranderende visuele input ervaren door de ontwikkelende zuigeling. Succesvol gebruik van dit protocol kunnen onderzoekers te ontwerpen en uitvoeren van studies van visuele omgeving van het ontwikkelende kind instellen in het huis of het laboratorium. Van deze methode, onderzoekers kunnen het compileren van een totale weergave van alle mogelijke items in het gezichtsveld van een kind. Deze methode doet precies wat het kind kijkt niet direct meten. Door te combineren kan deze aanpak met machinaal leren, de computer visie algoritmen, en de hand-codering, de onderzoekers een high density dataset ter illustratie van de veranderende visuele ecologie van de ontwikkelende zuigeling produceren.
Inleiding
Voor decennia, hebben psychologen getracht te begrijpen van het milieu van de ontwikkelende zuigeling, die William James beroemde beschreven als een "bloeien, zoemen verwarring1." De dagelijkse ervaringen van het kind zijn meestal bestudeerd door het filmen naturalistische spelen met sociale partners vanuit het perspectief van een derde persoon. Deze weergaven van de kant of boven tonen meestal rommelige omgevingen en een ontmoedigend aantal potentiële referenten voor elk nieuw woord dat zuigeling hoort2. Een buitenstaander, James's beschrijving is apt, maar deze stationaire, derde persoon perspectief is niet de manier waarop die een kind de wereld ziet. Een kind is dichter bij de grond en door hun wereld, kunt verplaatsen om objecten dichter bij te brengen voor visuele exploratie. Een derde persoon-weergave van een ouder-kind interactie wordt geïllustreerd in Figuur 1. Gemarkeerd zijn de fundamentele verschillen tussen hun perspectieven. Misschien is de input die baby's krijgen lang niet zo chaotisch als verwacht door ouders en onderzoekers. Het doel van methoden met een hoofd gemonteerde camera is vast te leggen van de zuigeling ervaring van een first-person view kunnen begrijpen van de visuele omgeving beschikbaar aan hen in de gehele ontwikkeling.
Hoofd gemonteerde camera's, gedragen op een hoed of hoofdband, geven u een venster op de visuele ervaringen van moment tot moment van de ontwikkelende zuigeling. Vanuit dit perspectief wordt de studie van de structuur en regelmatigheden in de zuigeling omgeving duidelijk. Hoofd gemonteerde camera's is gebleken dat zuigelingen visuele ervaringen te worden grotendeels gedomineerd door handen, zowel hun eigen en van hun sociale partner en dat gezicht-blikken, ooit beschouwd als noodzakelijk voor de vaststelling van gezamenlijke aandacht, zijn veel schaarser dan verwachte 3. Head-mounted camera's hebben ook aangetoond dat kinderen en hun verzorgers momenten wanneer objecten worden visueel dominant en gecentreerd in de zuigeling beeldveld (FOV) maken, vermindering van de onzekerheid die inherent zijn aan het object-label toewijzing4.
Hoofd gemonteerde camera's vangen de zuigelingen eerste-persoon bekijken op basis van hoofdbewegingen. Deze weergave is niet perfect synchroon met, of vertegenwoordiger van baby oogbewegingen, die alleen in combinatie met een oog-tracker kunnen worden vastgelegd. Bijvoorbeeld, ontstaat een verschuiving van alleen de ogen terwijl het hoofd stationaire of een verschuiving van het hoofd terwijl de ogen vastgesteld op een object, er een afwijking tussen de zuigelingen werkelijke FOV en gevangen genomen door de hoofd camera. Toch, tijdens het afspelen van speelgoed, zuigelingen meestal centreren de objecten die ze bijwonen, uitlijnen van hun hoofd, ogen en de locatie van het speelgoed met hun lichaamseigen middellijn5. Onjuiste wisselkoersenverhoudingen zijn zeldzaam en worden doorgaans gemaakt door kortstondige vertragingen tussen een verschuiving van het oog en de begeleidende hoofd van beurt3. Hoofd-camera's zijn daarom niet geschikt voor het vastleggen van de snelle dynamiek van de verschuivingen in de aandacht. De kracht van hoofd gemonteerde camera's ligt in het vastleggen van de dagelijkse visuele omgeving, onthullen de visuele inhoud beschikbaar voor zuigelingen.
Het volgende protocol en vertegenwoordiger resultaten demonstreer hoe hoofd gemonteerde camera's kan worden gebruikt voor het bestuderen van de visuele omgeving van baby's en peuters.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
De volgende procedure om gegevens te verzamelen op baby- en kindervoeding van visuele ervaringen in het laboratorium en thuis werd goedgekeurd door de Indiana University institutionele Review Board. Geïnformeerde toestemming was verkregen van de zuigeling verzorger.
1. Kies een hoofd-Camera
Opmerking: Er zijn talloze kleine, lichtgewicht en draagbare camera's beschikbaar voor aankoop (Figuur 2).
- Kies een hoofd camera die onopvallend is en zal geen invloed hebben op de schermen wordt opgenomen.
- Monteren van de camera naar een knus hoed of hoofdband met behulp van een tijdelijke lijm of veilig monteren de camera op een klein plastic bord, gekoppeld aan de hoofdband. Plaats de camera op het voorhoofd van het kind (figuur 2B, links).
- Afhankelijk van de vorm van de camera, mount de camera door naaien doekje lussen in een hoofdband of hoed (figuur 2B, centreren en rechts).
- Ervoor zorgen dat de hoed of hoofdband instelbaar tot het bereiken van een knusse en comfortabele pasvorm op het hoofd van het kind (figuur 2A).
Opmerking: Een camera gelegen direct tussen de ogen van het kind is theoretisch ideaal, maar dit niet heel goed mogelijk met de huidige technologie is. Kleine camera's die laag kunnen worden geplaatst op het voorhoofd worden in toenemende mate beschikbaar.
- Monteren van de camera naar een knus hoed of hoofdband met behulp van een tijdelijke lijm of veilig monteren de camera op een klein plastic bord, gekoppeld aan de hoofdband. Plaats de camera op het voorhoofd van het kind (figuur 2B, links).
- Als camera's zijn home wordt verzonden met de ouders, zorgen dat ouders zonder enige technische hulp kunnen gebruiken.
- Voordat de ouders het laboratorium laat, kunt u ze trainen over hoe de hoofd camera bedienen.
- Het ouderlijk huis met de camera te gebruiken, de hoofd-band of hoed, en een hand-out met een beschrijving van de procedure voor het inschakelen van de camera en record gegevens verzenden.
- Zorg ervoor dat de camera's licht genoeg voor zuigelingen zijn te dragen en te vergeten.
Opmerking: Het aanbevolen gewicht is minder dan 30 g3. Elke gekozen camera niet tijdens het gebruik moet opwarmen en moet duurzaam onder zware gebruik. - Als de experimentele opzet de kinderen vrij bewegende vereist, winkel opgenomen video naar een interne geheugenkaart. Gebruik anders camera's vastgebonden aan de computer gegevens verzameling.
- Gebruik van een camera met een hoge kwaliteit lens beter benutten recente vooruitgang in machinaal leren algoritmen die visuele scènes in regio's van belang segmenteren.
- Als visuele scènes zal handmatig worden gecodeerd door onderzoekers, gebruikt u een camera die beelden bij voldoende kwaliteit voor handmatige controle vangen kan.
- Zorg ervoor dat elke batterij-aangedreven camera staat van opname voor de gewenste hoeveelheid tijd.
- Kort voor het begin van het experiment of verzendt de camera thuis met de ouders, test u de hoofd camera om ervoor te zorgen dat het werkt naar behoren.
2. gegevensverzameling in het laboratorium
Opmerking: Hoofd gemonteerde camera's kunnen eenvoudig worden toegevoegd aan de meeste experimenten.
- Hebben 2-3 onderzoekers plaats de camera op het hoofd van het kind: een experimentator plaatst de hoofd camera, een bewaakt de hoofd-cameraweergave en, indien nodig, een afleidt van het kind.
- Vraag de ouders om ervoor te zorgen dat het kind kalm blijft en om af te leiden van het kind tijdens de plaatsing.
- De plaatsing van de camera als volgt in drie stappen uitvoeren.
- Desensibiliseren de zuigeling hand van acties in de buurt van hun hoofd.
- Vraag de ouder te licht raken of beroerte de zuigeling hoofd en haar meerdere malen.
- Vraag de experimentator plaatsen van de hoed op het hoofd van de zuigeling te doen hetzelfde als in 2.2.1.1.
- Hebben de experimentator het hoofd gemonteerde camera plaats wanneer het kind afgeleid wordt.
- Gebruik drukknop speelgoed bezig te houden van het kind handen.
- Hebben de afleidende experimentator of bovenliggende helpen in dit stadium door zachtjes duwen van het kind handen naar het boeiende speelgoed, zodat het kind de handen niet naar het hoofd.
- Draai de hoed op het hoofd van het kind en het hoofd camera aan te passen wanneer het kind met het speelgoed bezighoudt zich.
- De camera zo instellen dat wanneer het kind een object voor zijn/haar gezicht houdt, het object is gecentreerd in de hoofd camera FOV.
- Als het kind zit, de camera zo instellen dat het vangt de meeste van de ronde van het kind wanneer het kind neerkijkt.
- Desensibiliseren de zuigeling hand van acties in de buurt van hun hoofd.
- Vragen na het plaatsen van de camera op de kop van het kind, de experimentator te verlaten van de kamer en beginnen met opnemen.
- In het geval dat een camera is misplaatst verplaatst of verwijderd, opnieuw de kamer om te corrigeren van de camera in te voeren.
- Het experiment beëindigen als het kind tolereert geen de camera opnieuw wordt toegepast.
Opmerking: Voor het vastleggen van natuurlijke omgevingen in het huis, eerst passen een hoed en een camera voor het individuele kind en ouders vertellen hoe plaats de camera. Het ontwerp en de pasvorm van de camera moeten ervoor zorgen dat ouders zal zitten kundig voor zet de hoed op hun kind zonder technische hulp.
- Het experiment beëindigen als het kind tolereert geen de camera opnieuw wordt toegepast.
3. gegevensverzameling voor de studie van de ouder-kind
Opmerking: De volgende representatieve methode voor hoofd-camera's gebruikt naturalistische speelgoed spelen in het lab om aan te tonen de soort analyses die kunnen worden uitgevoerd op de egocentrische opvattingen van kinderen en hun ouders (figuur 3A).
- Outfit van de ouder en het kind met het hoofd gemonteerde camera's, zoals beschreven in 2.1 en 2.2.
- Hoofd camera's gebruiken voor het vastleggen van video's met een resolutie van 720 x 1280 pixels bij 30 kader/s. Ga verder zoals beschreven in stap 2.3 en 2.4.
- Subsample van de video-stream in een frame elke 5 s.
- Handmatig tekenen omsluitende kaders rond elke speelgoed (figuur 3B) binnen weergave met behulp van commerciële software of een programma dat intern ontwikkeld (Zie Figuur 3 c voor een monster frame).
- Als alleen deel van een stuk speelgoed zichtbaar als gevolg van occlusie door andere speelgoed of afkappen aan de rand van het frame is, alleen trekken omsluitende kaders als een stuk speelgoed is gemakkelijk herkenbaar en omvatten alle zichtbare onderdelen van het speelgoed.
- Bijvoorbeeld, als alleen de doll's been zichtbaar, tekenen een begrenzende vierkant rond haar been. Als een object occludes de helft van de pop, waardoor het haar en de benen zichtbaar, dan tekent u een vak waarin zowel de haren en de benen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Een eenvoudige, maar informatief, analyse is te tellen het aantal objecten in de weergave op elk punt in de tijd. Omdat een hoofd camera gegevens bij ongeveer 30 Hz produceert (30 beelden/s), down-bemonstering de gegevens 1 beeld elke 5 s helpt bij het produceren van een meer beheersbaar dataset met behoud van een resolutie nodig voor het begrijpen van de soorten scènes kinderen zien. Voorafgaande onderzoek heeft aangetoond dat visuele scènes langzaam veranderende in zuigelingen
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Dit document schetst de basis voor de toepassing van hoofd gemonteerde camera's aan zuigelingen te vangen hun egocentrisch visuele scène. Verkrijgbare hoofd camera's zijn voldoende voor de overgrote meerderheid van de studies. Klein, lichtgewicht en draagbare camera's moeten worden opgenomen in een zachte stof hoed of hoofdband en toegepast op hoofd van het kind. Eenmaal succesvol ontworpen en geïmplementeerd, een verscheidenheid aan experimenten kan worden uitgevoerd, zowel in laboratorium instellingen als in de huiseli...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren geen belangenconflicten.
Dankbetuigingen
De auteurs bedanken Dr. Chen Yu voor zijn leiding in de oprichting van dit manuscript en voor de gegevens die worden gebruikt in de sectie vertegenwoordiger resultaten. Wij danken de deelnemende gezinnen die overeengekomen te worden gebruikt in de cijfers en filmen van het protocol, alsmede Lydia Hoffstaetter voor haar zorgvuldige lezing van dit manuscript. Dit onderzoek werd gesteund door de National Institutes of Health grants T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.), R01 HD074601 (S.B.), R01 HD028675 (S.B., L.B.S.) en F32HD093280 (L.K.S.). National Science Foundation verleent BCS-1523982 (S.B., L.B.S) en carrière IIS-1253549 (S.B., D.J.C.), de National Science Foundation Graduate Research Fellowship programma #1342962 (was), en door de Indiana University door middel van de opkomende gebied van onderzoek Initiatief - leren: Hersenen, Machines en kinderen (J.I.B., S.B., L.B.S.).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Head-camera | Looxcie | Looxcie 3 | |
| Head-camera | Watec | WAT-230A | |
| Head-camera | Supercircuits | PC207XP | |
| Head-camera | KT&C | VSN500N | |
| Head-camera | SereneLife | HD Clip-On | |
| Head-camera | Conbrov | Pen TD88 | |
| Head-camera | Mvowizon | Smiley Face Spy Button | |
| Head-camera | Narrative | Clip 2 | |
| Head-camera | MeCam | DM06 |
Referenties
- James, W. The Principles of Psychology. , Henry Holt and Co. New York. (1890).
- Quine, W., Van, O. Word and object: An inquiry into the linguistic mechanisms of objective reference. , The MIT Press. Cambridge, MA. (1960).
- Yoshida, H., Smith, L. B. What's in view for toddlers? Using a head camera to study visual experience. Infancy. 13 (3), 229-248 (2008).
- Yu, C., Smith, L. B. Embodied attention and word learning by toddlers. Cognition. 125 (2), 244-262 (2012).
- Bambach, S., Smith, L. B., Crandall, D. J., Yu, C. Objects in the center: How the infant's body constrains infant scenes. Joint IEEE International Conference on Development and Learning and Epigenetic Robotics 2016. , 132-137 (2016).
- Adolph, K. E., Gilmore, R. O., Freeman, C., Sanderson, P., Millman, D. Toward open behavioral science. Psychological Inquiry. 23 (3), 244-247 (2012).
- Sanderson, P. M., Scott, J. J. P., Johnston, T., Mainzer, J., Wantanbe, L. M., James, J. M. MacSHAPA and the enterprise of exploratory sequential data analysis (ESDA). International Journal of Human-Computer Studies. 41 (5), 633-681 (1994).
- Pereira, A. F., Smith, L. B., Yu, C. A bottom-up view of toddler word learning. Psychonomic Bulletin & Review. 21 (1), 178-185 (2014).
- 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), e79659(2013).
- Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. The faces in infant-perspective scenes change over the first year of life. PlOS ONE. 10 (5), e0123780(2015).
- Fausey, C. M., Jayaraman, S., Smith, L. B. From faces to hands: Changing visual input in the first two years. Cognition. 152, 101-107 (2016).
- Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. Why are faces denser in the visual experiences of younger than older infants? Developmental Psychology. 53 (1), 38(2017).
- Clerkin, E. M., Hart, E., Rehg, J. M., Yu, C., Smith, L. B. Real-world visual statistics and infants' first-learned object names. Philosophical Transactions of the Royal Society B, Biological Sciences. 372, 20160055(2017).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
