Een methode om Visual Information Processing kwantificeren bij kinderen met behulp van Eye Tracking
July 9th, 2016
Er wordt een methode beschreven om de kwaliteit van visuele informatieverwerking te kwantificeren op basis van reflexmatige oogbewegingen als reactie op specifieke visuele modaliteiten. Reactietijden en fixatie-uitvoerparameters worden gebruikt om visuele prestaties te karakteriseren bij kinderen met en zonder visuele beperkingen vanaf 6 maanden oud.
Het algemene doel van deze Eye-Tracking-Based Preferential Looking Method, is om de kwaliteit van visuele informatieverwerking bij kinderen te kwantificeren, gebaseerd op reflexieve, visueel geleide oriëntatieresponces. Deze methode zal een significante waarde hebben op het gebied van klinische visuele beoordelingen en revalidatie bij kinderen vanaf zes maanden oud. Ook is de methode gebaseerd op objectieve metingen en analyse van oogbewegingsrespons.
Deze respons biedt kwantitatieve informatie over visuele prestaties en kan worden verkregen zonder verbale communicatie. De kwantitatieve visuele verwerkingsparameters, zoals reactietijden en fixatiekwaliteit, hebben extra waarde voor het karakteriseren van visuele prestaties, vooral bij jonge kinderen en kinderen met een verstandelijke beperking. De implicaties van deze zaak, strekken zich uit van het karakteriseren van visuele verwerking en oculair motorische functies bij gezonde kinderen, tot de identificatie van abnormale visuele prestaties bij kinderen met visuele beperkingen.
Begin met het selecteren van een set visuele stimuli, zoals afbeeldingen of films, om de verwerking van basale oculair motorische functies en visuele verwerkingsfuncties te targeten. Gebruik visuele stimuli om basale oculair motorische functies te evalueren, zoals Fixaties en Saccaden, Smooth Pursuit en Optokinetic Nystagmus. Gebruik vervolgens een set visuele stimuli, gebaseerd op een Four Alternative-forced Choice Preferential-looking Paradigm, zodat vier verschillende stimulushoeken elke een alternatieve keuze of een doelgebied vertegenwoordigen.
Gebruik deze visuele stimuli om visuele verwerkingsfuncties te evalueren, zoals gelijktijdige verwerking, vorm, contrast, kleur of beweging. Ontwerp vervolgens een testsequentie in de Eye-tracker software door het type stimulus te selecteren dat moet worden toegevoegd, hetzij een afbeelding of film. Om dit te doen, selecteer de gewenste stimulus uit de map waarin deze zich bevindt en klik op Toevoegen.
Herhaal deze stappen totdat alle stimuli zijn toegevoegd aan de tijdlijn. Plaats ten slotte de verschillende soorten visuele stimuli in willekeurige volgorde in de testsequentie. Zorg ervoor dat de positie van het doelgebied van proef tot proef afwisselt om reflexieve oogbewegingen naar het doel van de deelnemer te bevorderen.
Begin met het kiezen van een eye-tracking systeem dat geschikt is voor pediatrische populaties, bijvoorbeeld met afstandsinfraroodlicht, en bevestig de eye-tracker monitor met een flexibele LCD-arm aan een stevige tafel. Kies een arm die in drie dimensies kan bewegen. Begeleide het kind naar de testruimte en plaats het op ongeveer 60 centimeter van de monitor, om een efficiënte pupiltracking van beide ogen te garanderen.
Vervolgens, pas de positie van de monitor aan om loodrecht op de ogen van het kind te staan. Bevestig vervolgens de kwaliteit van de pupilontvangst door de aanwezigheid van twee duidelijk zichtbare witte stippen, die de ogen van het kind op het scherm vertegenwoordigen. Start de Eye-tracker Software Calibratieprocedure, die bewegende stippen presenteert in vooraf gedefinieerde gebieden van de monitor om de blikposities uit te lijnen.
Controleer de kwaliteit van deze vooraf ingestelde calibratie om ervoor te zorgen dat opnames kunnen worden gemaakt. Activeer vervolgens een apart venster genaamd viewer, dat de oogbewegingsrespons van het kind op de test stimuli kiest door het bliksignaal op de video-opname te superponeren. Activeer een webcam die op het kind is gericht om het algemene gedrag van het kind tijdens de test te observeren en op te nemen.
Vertel het kind dat ze televisie zullen kijken. Voer vervolgens de test uit en observeer het fysieke gedrag en de oogbewegingsrespons van het kind. Na de testuitvoering, speel de blikrecord offline af en observeer de blikreacties op de gepresenteerde stimuli om een kwalitatieve karakterisering van het visuele oriëntatiegedrag van het kind te verkrijgen.
Ten slotte exporteert en slaat u de opgenomen, tijdgebaseerde gegevens van elk proefpersoon over oogbewegingskenmerken, zoals kijkafstand en blikposities, en apart de tijdgebaseerde lijst van gepresenteerde visuele stimuli, zoals stimulusposities. Pas een post-kalibratieprocedure toe nadat de opname is voltooid, om een slechte pre-test kalibratie te omzeilen als gevolg van overmatige hoofdbewegingen, gebrek aan goede fixaties en abnormale blik- of hoofdpositie. Om dit te doen, opent u de Analysesoftware en selecteert u de stimulus om de blikgegevens te analyseren door er een naast de gewenste stimulus in te typen.
Druk op Uitvoeren. Selecteer in het pop-upmenu de optie Data post-calibreren. Selecteer vervolgens Blikgegevens voor één proefpersoon uit de lijst met bestanden en druk op Openen.
Selecteer in het volgende pop-upmenu welke ogen moeten worden geanalyseerd. Links, Rechts of Beide, om een scatterplot te genereren van alle geregistreerde blik- en doelposities gedurende de totale stimuluspresentatietijd. Selecteer vervolgens Ja of Nee, afhankelijk van of blikposities correct overlappen met de overeenkomstige doelposities.
Als de kalibratie niet correct is, kies Nee om een post-kalibratie uit te voeren. Vertaal het centrum van de blikpunten naar het centrum van de monitor door eenmaal te klikken op het Centrum van Blikpunten of het Centrumpunt dat precies in het midden van de verticale en horizontale as is gelegen. Schaal de blikposities naar de overeenkomstige doelposities door eenmaal te klikken op het Centrum van Blikpunten in elk van de vier doelkwadranten.
Controleer opnieuw of de blikposities correct overlappen met de overeenkomstige doelposities. Als de kalibratie correct is, kies Ja om de gekalibreerde blikgegevens op te slaan. Kies anders Nee en herhaal de post-kalibratieprocedure.
Controleer verder of het proefpersoon het stimuluspresentatie heeft gezien door te controleren of de blikgegevens overeenkomt met de volgende criteria, evenals de visualisatiegrafiek. Als het stimulus kan worden geclassificeerd als gezien, klikt u op Ja in het pop-upmenu. Anders klikt u op Nee. Plot tegelijkertijd alle fixatiepunten, die horen bij het gepresenteerde stimulus, in het overeenkomstige doelkwadrant.
Inspecteer visueel of de fixatiepunten zich in het juiste kwadrant bevinden. Ten slotte, na het handmatig controleren van de oogbewegingsrespons, gebruikt u de software om drie parameters te berekenen. Reactietijd tot Fixatie, of RTF, Fixatie Duur, of FD, en Blikfixatiegeb
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode om visuele informatieverwerking bij kinderen te kwantificeren door middel van reflexieve oogbewegingen. Het richt zich op het analyseren van reactietijden en fixatieparameters om de visuele prestaties te beoordelen bij zowel typisch zich ontwikkelende kinderen als bij kinderen met visuele beperkingen.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Klinische visuele beoordelingen
- Kinderontwikkeling
Achtergrond
- Visuele informatieverwerking is cruciaal voor de ontwikkeling van kinderen.
- Reflexieve oogbewegingen kunnen wijzen op visuele prestaties.
- Objectieve metingen zijn essentieel in klinische beoordelingen.
- Het begrijpen van visuele verwerking kan helpen bij revalidatie-inspanningen.
Doel van de studie
- Om de kwaliteit van visuele verwerking bij kinderen te kwantificeren.
- Om reflexieve oogbewegingen in reactie op visuele stimuli te evalueren.
- Om visuele prestaties te identificeren bij kinderen met beperkingen.
Gebruikte methoden
- Selectie van visuele stimuli gericht op oculair motorische functies.
- Implementatie van een Four Alternative-forced Choice Preferential-looking Paradigm.
- Calibratie van oogvolgsystemen geschikt voor pediatrische populaties.
- Analyse van blikgegevens om visueel oriëntatiegedrag te karakteriseren.
Belangrijkste resultaten
- Kwantitatieve parameters geven inzicht in visuele prestaties.
- Objectieve metingen kunnen worden verkregen zonder verbale communicatie.
- Geïdentificeerde verschillen in visuele verwerking tussen gezonde kinderen en kinderen met beperkingen.
- Effectieve calibratieprocedures verbeteren de nauwkeurigheid van de gegevens.
Conclusies
- De methode is waardevol voor klinische beoordelingen en revalidatie.
- Het vergemakkelijkt de identificatie van abnormale visuele prestaties.
- Toekomstige toepassingen kunnen interventies voor kinderen met visuele beperkingen verbeteren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This method enables objective, quantitative assessment of visual information processing in pediatric populations without reliance on verbal communication, addressing a critical gap in early diagnostics for children under four years and those with intellectual disabilities. By measuring reflexive eye movement responses to controlled visual stimuli, it provides translatable biomarkers for target validation in neurodevelopmental and sensory therapeutic areas. The approach supports mechanistic de-risking in preclinical models by linking visual pathway function to quantifiable behavioral outputs, facilitating go/no-go decisions in early discovery pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to visual pathway integrity and cortical visual processing mechanisms.
- Operational Value: Provides biological de-risking through functional target validation via reflexive orienting responses to form, motion, contrast, and color stimuli.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying visual performance deficits that correlate with cerebral versus ocular visual impairments.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows through standardized four-alternative forced-choice preferential looking paradigms.
- Quantitative Outputs: Delivers reproducible measurements of reaction time to fixation, fixation duration, and gaze fixation area for compound screening applications.
- Scalability: Enables platform reuse across visual modality assessments with remote eye-tracking infrastructure suitable for high-throughput screening adaptation.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Aligns with translational biomarker strategies by characterizing visual information processing in disease-relevant systems from six months of age.
- Preclinical Continuity: Bridges discovery through preclinical validation by enabling longitudinal tracking of visual development and intervention effects.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs mechanistic de-risking by identifying abnormal visual performance in models of cerebral visual impairment versus ocular pathology.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through lead identification to preclinical studies, particularly for therapies targeting visual pathway dysfunction or neurodevelopmental disorders.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by isolating visual processing functions such as simultaneous processing, form, motion, and color discrimination.
- Screening: Ensures assay readiness through quantifiable, reflexive eye movement outputs that enable reliable compound evaluation across visual modalities.
- Analytics: Generates reaction time, fixation duration, and gaze fixation area metrics that allow cross-condition comparison and effect size quantification.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by enabling construction of individual visual profiles for monitoring developmental trajectories and intervention responses.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability for assessing visual biomarkers across multiple therapeutic areas and model systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in visual processing pathways.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability through objective, non-verbal measurement protocols.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling early detection of visual performance deficits, reducing late-stage biological risk in sensory therapeutics.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization through quantitative visual profiles that support advancement decisions in neurodevelopmental and sensory programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in pediatric visual assessment, eye-tracking technology, and behavioral neuroscience.
- Dependent on remote infrared eye-tracking systems with flexible mounting and pupil tracking capabilities for children aged six months and above.
- Necessitates cross-team standardization of stimulus design, calibration procedures, and data analysis pipelines across research and clinical sites.
- Involves adaptation considerations for varying developmental levels, attentional states, and comorbid conditions such as nystagmus or intellectual disability.
- Limited by the need for controlled visual stimuli and post-calibration procedures to ensure data accuracy in the presence of head movement or fixation instability.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:10
Selection of Visual Stimuli and Design of Eye Tracking Paradigm
2:50
Eye Tracking Experiment
4:50
Quantitative Analysis of Eye Movements
7:24
Results: Children with Visual Impairments Show Higher RTF, Shorter FD, and Larger GFA than Children without Visual Impairments
8:45
Conclusion
