VisualEyes: Een modulair software systeem voor oogmotorische Experimenteren
25 maart 2011
Neurale controle en cognitieve processen kunnen worden bestudeerd door middel van oogbewegingen. De VisualEyes software maakt het mogelijk een operator om stimuli op twee computerschermen zelfstandig met behulp van een eenvoudig, douane scripttaal programmeren. Het systeem kan stimuleren bewegingen tandem oog (saccades en glad achtervolging) of tegengestelde oogbewegingen (convergentie) of een combinatie.
Het algemene doel van deze procedure is om een experimentator in staat te stellen een reeks visuele stimuli te genereren met behulp van het visuele oogsysteem om een oculaire-motorisch onderzoek uit te voeren. Eerst moet het visuele oogsysteem worden gekalibreerd door pixelwaarden om te zetten in graden met behulp van gemeten doelen. De tweede stap is het definiëren van de begin- en eindposities van de linkse en rechter oog stimuli door de stimuli op te slaan in een bibliotheek voorafgaand aan de experimentele sessie.
En tenslotte wordt de oogbewegingsmonitor op het onderwerp geplaatst en wordt het experimentele script uitgevoerd om oogbewegingsreacties op te nemen. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die positie- en snelheidssporen van oogbewegingen laten zien. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals eigen software, is dat de operator elk visueel stimulus kan samenstellen om elk type oculaire motorische experiment uit te voeren.
Het demonstreren van deze procedure is een doctoraatsstudent van Kim uit mijn laboratorium. Elk type oogbewegingsmonitor kan voor dit systeem worden gebruikt. In deze demonstratie wordt een limbus tracking en een videobewakingsoogbewegingssysteem gebruikt voor tandem tracking bewegingen zoals psychotisch of soepele achtervolging.
Een enkele computer kan worden gebruikt voor de visuele weergave om tegengestelde oogbewegingen zoals virgins of de interactie van virgins met tandem versie bewegingen te bestuderen. Een haplo scope is nodig met twee computermonitoren voor visuele weergave. Eerste kalibratie is nodig om een set metrische gegevens om te zetten in een andere omdat oogbewegingen typisch worden aangegeven in rotatiegraden.
Terwijl computermonitoren pixelwaarden gebruiken, kan men trigonometrie gebruiken om te berekenen waar de fysieke doelen geplaatst moeten worden om de visuele weergaven te kalibreren. Bijvoorbeeld, als het stimulus op het computerscherm gelijkstaat aan een fysiek doel van twee graden, dan komt die pixelwaarde overeen met een stimulus van twee graden. Om het systeem te kalibreren, moet de operator het pixel naar graad dot vei-bestand openen in de visualize-directory.
Definieer eerst de monitor om te kalibreren met behulp van het stretch mode veld. Voer nummer één in voor de linker oogmonitor en nummer twee voor de rechter oogmonitor. Voer vervolgens het programma uit en beweeg de groene lijn stimulus tot de groene lijn bovenop het fysieke doel is gesuperponeerd.
Voer nu de bekende positie van het fysieke doel in graden in, en druk op de opslaan knop. Klik vervolgens op de groene lijn. De graad en pixelwaarde worden getoond op de weergave in de linker benedenhoek, en de operator moet minimaal drie kalibratiepunten verzamelen.
Na het opslaan van alle kalibratiepunten, open het D twee P Excel outputbestand in de visualized-directory. Om de kalibratiepunten te verkrijgen. Plot de kalibratiepunten om een lineaire regressie-vergelijking te verkrijgen.
Gebruik de vergelijking om de begin- en eindpositie van het visuele stimulus te berekenen. De operator wil in pixelwaarden programmeren. Een voorbeeld van de linker oog en rechter oog kalibratiecurve verkregen met behulp van vijf kalibratiepunten voor een virgin stimulus is hier getoond.
Herhaal de vorige twee stappen voor de andere monitor als de stimulus een extra monitor vereist. Eerst moet de operator de begin- en eindpositie van de linker en rechter oog stimulus definiëren voorafgaand aan het experiment. Om dit te doen, open een nieuw tekstbestand en definieer op de eerste rij de begintijd en positiewaarden.
Vier parameters moeten worden gedefinieerd, de tijd, de horizontale positie, de verticale positie, en de rotatie elk gescheiden door een tab. Definieer eveneens de vier eindparameters, de eindtijd, horizontale positie, verticale positie, en de rotatie van het stimulus. Sla het stimulus op in de visualized-directory als een stimulusnaam dot vii-bestand, en herhaal deze stap voor elke andere I stimulus.
Vervolgens kan de beweging van het stimulus worden gegeneraliseerd in twee soorten beweging. Een abrupte stap of een continue ramp. Een stap laat toe dat het stimulus abrupt beweegt of springt van de beginpositie naar de eindpositie.
De operator moet opmerken dat de verandering in tijd 0,001 seconden moet zijn voor een stapstimulus. Een voorbeeld van een psychotische stap, soepele achtervolging ramp, virgin stap en virgin ramp worden getoond in tabel een. Voor stimuli kunt u een enkel stimulus hebben, zoals een stap of een reeks van visuele taken, zoals een multi-stappen.
Sla nu beide stimulusbestanden op in de stimulibibliotheek. Merk op dat er verschillende standaardinstellingen zijn binnen de visualized-directory. De eerste regel is het percentage van het scherm binnen de horizontale richting.
De tweede regel is het percentage van het scherm binnen de verticale richting. De derde is de achtergrond afbeelding, en de vierde is de voorgrond of doel afbeelding. De vijfde regel geeft aan dat de computer in onafhankelijke modus moet werken.
De zesde regel geeft aan welke monitor wordt gebruikt. De zevende regel is de beeldverhouding van de monitoren. De rest van de regels zijn de verschillende soorten stimuli die de operator kan gebruiken binnen een experimentele sessie.
Open nu de linker oog stimulusmonitor en de rechter oog stimulus. Monitorbestanden van de visualized-directory. Deze twee bestanden bevatten de bibliotheek stimuli voor het linker en rechter oog respectievelijk.
Schrijf op de laatste regel de bestandsnaam van het stimulus dat is gedefinieerd. Het profielnummer verwijst naar de rij die overeenkomt met de stimulusbestandsnaam. Bijvoorbeeld, hier is het profielnummer van het stimulus acht.
Men kan de vorige stappen herhalen om zoveel stimuli te creëren als nodig is voor een experiment. Vervolgens kan het script voor het experimentele protocol worden geschreven. Open eerst een tekstbestand om de experimentele protocol commando's te typen en sla dit bestand op in de visualized-directory als een scriptnaam vs-bestand.
Dit zal het scriptbestand zijn waaruit het visualize systeem commando's zal lezen en uitvoeren. De visualized functies hebben invoer en uitvoer argumenten. Deze tabel toont alle functies in de visualized software die kunnen worden gebruikt wanneer het temp file dot lwf niet is gedefinieerd.
Tijdens de uitvoering van deze functie zal de software geen binnenkomende gegevens opslaan voor digitalisatie. De logbestandsfunctie geeft output strings, of de invoer buffer gedefinieerd vanuit de EXP-proef naar het uit tek
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel bespreekt het gebruik van de VisualEyes-software voor het bestuderen van neurale controle en cognitieve processen door middel van oogbewegingen. Het systeem maakt de onafhankelijke programmering van visuele stimuli op twee schermen mogelijk, wat verschillende oculaire-motorische experimenten faciliteert.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Oculaire-motorische controle
- Cognitieve processen
Achtergrond
- Oogbewegingen zijn cruciaal voor het begrijpen van neurale controle.
- VisualEyes-software maakt aangepast scripting mogelijk voor stimuli-presentatie.
- Verschillende soorten oogbewegingen kunnen worden gestimuleerd, inclusief saccades en soepele achtervolging.
- Het systeem biedt flexibiliteit in vergelijking met gepatenteerde software.
Doel van het onderzoek
- Visuele stimuli genereren voor oculaire-motorische studies.
- Het visuele oogsysteem kalibreren voor nauwkeurige metingen.
- Oogbewegingsreacties tijdens experimenten registreren.
Gebruikte methoden
- Kalibratie van het visuele oogsysteem door pixelwaarden om te zetten in graden.
- Het definiëren van begin- en eindposities van stimuli voor beide ogen.
- Stimuli opslaan in een bibliotheek vóór de experimentele sessie.
- Experimentele scripts uitvoeren om oogbewegingen te monitoren en registreren.
Belangrijkste resultaten
- Positie- en snelheidstraces van oogbewegingen werden succesvol geregistreerd.
- De techniek toonde voordelen aan ten opzichte van bestaande gepatenteerde software.
- Resultaten bieden inzichten in oculaire-motorische controlemechanismen.
- Flexibiliteit in stimuli-programmering maakt diverse experimentele ontwerpen mogelijk.
Conclusies
- De VisualEyes-software is een waardevol hulpmiddel voor oculaire-motorisch onderzoek.
- Aangepast scripting verbetert het vermogen om verschillende experimenten uit te voeren.
- Toekomstige studies kunnen dit systeem benutten voor diepere inzichten in cognitieve processen.
Veelgestelde vragen
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.
