$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Sprzęt do okulografii
Chociaż na rynku dostępnych jest wiele systemów śledzenia wzroku, te, które najlepiej nadają się do badania małych dzieci z ASD, charakteryzują się następującymi cechami:
- Przede wszystkim eye-tracker musi uwzględniać ruchy głowy, które w przypadku braku korekty mogą naruszyć integralność pozyskiwanych danych o spojrzeniu. O ile wiele starszych systemów zapewniało dokładne śledzenie poprzez stabilizację głowy za pomocą podpórki pod brodę lub systemów montowanych na głowie (patrz Rysunek 1), o tyle rozwiązania te nie są optymalne w przypadku małych dzieci, które mogą stawiać opór próbom ograniczenia ruchów głowy lub nie chcieć nosić założonego sprzętu. Na szczęście większość nowoczesnych komercyjnych systemów wideo-eye-trackingu w podczerwieni wykorzystuje system referencyjny oparty na odbiciach rogówkowych, które są odporne na niewielkie ruchy głowy. Preferowane są i obecnie szeroko dostępne systemy eyetrackingu oferujące zintegrowane lub zdalne rozwiązania śledzenia głowy.
- W przypadku badania dzieci z ASD zaleca się stosowanie dyskretnych systemów eyetrackingu, które nie zakłócają przebiegu sesji testowej. Mogą to być modele zintegrowane z monitorem (np. modele Tobii Technology TX300, T60XL lub T120; SensoMotoric Instruments RED500) lub wersje pulpitowe (np. Tobii Technology TX300, X120; Applied Science Laboratories D6 Optics; SR Research EyeLink 1000) umieszczone w sposób niewidoczny w zasięgu uczestnika. Ponieważ wersje pulpitowe nie są ograniczone do konkretnego rozmiaru ekranu, oferują one większą elastyczność metodologiczną, ale są w mniejszym stopniu zautomatyzowane i mogą wymagać częstszej ręcznej regulacji.
- Badacze powinni również wybrać system eyetrackingu z częstotliwością próbkowania odpowiednią do stawianych pytań badawczych. Większość systemów opartych na odbiciach rogówkowych posiada minimalną częstotliwość próbkowania 50 Hz (tj. 50 punktów danych na sekundę), co jest wystarczające do badania wzorców percepcyjnych małych dzieci podczas skanowania wzrokowego statycznych obrazów13 oraz dynamicznych filmów10. Jednak badacze zainteresowani subtelnymi zachowaniami okulomotorycznymi14 (np. płynnym śledzeniem, wzmocnieniem i/lub sakkadami ekspresowymi) będą chcieli zainwestować w system o wyższej częstotliwości próbkowania (tj. ≥ 250 Hz). Należy mieć świadomość, że w niektórych systemach oferujących kilka opcji częstotliwości próbkowania, wyższe wartości są często osiągane kosztem ograniczenia swobody ruchów głowy, co utrudnia utrzymanie ruchliwego dziecka w zakresie działania urządzenia. Wyższa liczba klatek wymaga szybszego próbkowania i przetwarzania danych wideo, co zazwyczaj osiąga się poprzez kadrowanie obrazu z kamery. Skutkuje to zmniejszeniem użytkowanego pola widzenia, co tym samym redukuje zakres dopuszczalnych ruchów głowy. Badacze korzystający z systemów oferujących różne opcje częstotliwości próbkowania powinni wybrać taką, która będzie wystarczająco wysoka, aby odpowiedzieć na pytanie badawcze, ale jednocześnie na tyle niska, by dopuścić przewidywany poziom ruchów głowy.
2. Środowisko testowe i bodźce
- W najbliższym otoczeniu systemu eye-tracking zaleca się minimalistyczną dekorację pomieszczenia, aby zminimalizować ryzyko odwrócenia uwagi dziecka od ekranu. Podobnie, słabo oświetlone pomieszczenie pomaga zmniejszyć dostrzegalność konkurujących bodźców spoza wyświetlacza.
- Ponieważ jednak niektóre małe dzieci z ASD mogą wykazywać nadwrażliwość wzrokową i/lub słuchową, badacze powinni unikać przeprowadzania testów w całkowicie zaciemnionym pomieszczeniu, co potęguje jasność ekranu, oraz unikać stosowania zbyt głośnych lub gwałtownych efektów dźwiękowych w prezentacjach, gdyż mogą one być awersyjne dla niektórych dzieci z ASD i prowadzić do mniejszej współpracy podczas testów. Zaciemnione środowisko może również zwiększyć rozszerzenie źrenic, co może utrudnić ich śledzenie, choć zależy to od użytego sprzętu do eye-trackingu. W większości przypadków zaleca się standardowe oświetlenie biurowe.
- Aby dodatkowo zmniejszyć ryzyko odwrócenia uwagi dziecka od ekranu, eksperymentator nie powinien być widoczny dla uczestnika. Można to osiągnąć poprzez umieszczenie ścianki działowej między stanowiskiem eye-trackingu a komputerem sterującym obsługiwanym przez eksperymentatora lub po prostu przez ustawienie eksperymentatora poza zasięgiem wzroku uczestnika. W takiej sytuacji druga kamera może pomóc eksperymentatorowi zachować widoczność uczestnika. Rzeczywiście, niektóre komercyjne systemy eye-tracking mają zintegrowaną kamerę w wyświetlaczu, dzięki czemu obraz wideo uczestnika jest przesyłany w czasie rzeczywistym do komputera sterującego w celu monitorowania przez eksperymentatora.
3. Procedury
- Małe dzieci, zwłaszcza te z ASD, mogą odczuwać niepokój w związku z nowym środowiskiem testowym. Choć wcześniejsze zapoznanie się z przestrzenią testową i/lub eksperymentatorem może pomóc złagodzić te uczucia, nie zawsze jest to możliwe. W takim przypadku dzieci odczuwające niepokój powinny być przez cały czas trwania sesji testowej w towarzystwie rodzica lub znanego im dorosłego. W niektórych sytuacjach badacze powinni być przygotowani na wykazanie się cierpliwością, dopóki dziecko nie zaadaptuje się do nowego otoczenia.
- Przed rozpoczęciem sesji testowej eksperymentator może zdecydować o wyświetleniu na monitorze filmu dla dzieci lub kreskówki. Często pomaga to dziecku poczuć się swobodniej, zapewniając jednocześnie skierowanie uwagi w stronę wyświetlacza testowego. Eksperymentator może następnie wykorzystać przyciągniętą uwagę dziecka, aby ustawić je w zasięgu eyetrackera i przejść bezpośrednio do sekwencji kalibracji.
- Siedzisko dla dziecka musi umożliwiać regulację pionową, aby zapewnić, że wszystkie dzieci, niezależnie od wzrostu i postawy, mogą zostać ustawione w zasięgu eyetrackera. Choć odległość krzesła od wyświetlacza zależy od rozmiaru ekranu i pożądanego kąta widzenia, wysokość krzesła musi być dostosowana do wzrostu dziecka, aby linia wzroku była zestandaryzowana dla wszystkich uczestników. Ponieważ nie wszystkie dzieci siedzą w krześle w ten sam sposób, często konieczne jest również niewielkie skorygowanie odległości uczestnika od wyświetlacza, aby upewnić się, że każde dziecko znajduje się w optymalnej odległości od ekranu dla uzyskania wysokiej jakości danych. Odległość ta jest określana przez producenta eyetrackera i najłatwiej ją osiągnąć, korzystając z krzesła mobilnego.
- Eksperymentatorzy mogą w pierwszej kolejności spróbować posadzić dziecko (jeśli jest wystarczająco małe) samodzielnie w przypiętym foteliku samochodowym na regulowanej platformie lub w przenośnym krzesełku do karmienia przymocowanym do biurowego krzesła o regulowanej wysokości. Osiągnęliśmy również sukcesy, stosując krzesło Rifton, szczególnie u dzieci, które używały go wcześniej w szkole lub w domu, ponieważ jest ono łatwe w ustawieniu i pomaga ograniczyć ruchliwość, która mogłaby prowadzić do utraty danych.
- Dzieci, które współpracują tylko wtedy, gdy siedzą na kolanach opiekuna, lub które wymagają wsparcia fizycznego zapewnianego przez opiekuna, mogą zostać zakwaterowane poprzez posadzenie opiekuna na krześle biurowym, którego wysokość można regulować, aby ustawić dziecko w ramach zestandaryzowanych parametrów odległości. Przykład takiego ustawienia przedstawiono na Rysunku 2. Statystyki dotyczące siedzenia na kolanach w porównaniu do siedzenia w krześle powinny być zawsze odnotowane w celu analizy możliwych czynników zakłócających. Aby upewnić się, że eyetracker rejestruje wyłącznie oczy dziecka, badacze mogą poprosić opiekunów o założenie okularów przeciwsłonecznych blokujących podczerwień lub nieprzezroczystych bądź po prostu polecić im zamknięcie oczu podczas testu. Opiekunowie powinni zostać również poinstruowani, aby zachowali spokój i powstrzymali się od komunikacji werbalnej i niewerbalnej z dzieckiem podczas procedury testowej.

Rycina 1. System śledzenia wzroku montowany na głowie.

Rycina 2. Dziecko może siedzieć na kolanach opiekuna, jeśli wymaga ono fizycznej pomocy przy siedzeniu lub jeśli jest to konieczne dla utrzymania współpracy.
- W przypadku systemów eye-trackingowych, które zapewniają eksperymentatorowi okno wyświetlające oczy uczestnika w zakresie dopuszczalnego ruchu głowy, oczy dziecka powinny znajdować się w centrum okna, aby zwiększyć prawdopodobieństwo utrzymania obrazu oka przez eye-tracker, nawet jeśli dziecko zgarbi się, wyprostuje lub zacznie się kołysać podczas testu.
- Po prawidłowym ustawieniu eksperymentator powinien rozpocząć procedurę kalibracji. Ponieważ małe dzieci z ASD mogą nie być w stanie lub nie chcieć stosować się do instrukcji słownych dotyczących patrzenia w określone miejsca na ekranie (co jest typowe dla wielu sekwencji kalibracyjnych), zastosowanie dynamicznych bodźców z towarzyszącym im dźwiękiem może skuteczniej przyciągnąć uwagę, a tym samym dostarczyć dokładniejsze dane o spojrzeniu. Zazwyczaj sekwencja 5-punktowa jest na tyle krótka, aby utrzymać uwagę dziecka, zapewniając jednocześnie precyzyjną kalibrację. W badaniach eye-trackingowych z niemowlętami często stosuje się kalibrację 2-punktową, natomiast kalibracja 9-punktowa jest typowa dla badań z młodzieżą i dorosłymi.
- Eksperymentatorzy mogą zmaksymalizować uwagę wizualną dziecka skierowaną na wyświetlacz podczas testu, projektując zwięzłe i angażujące zadanie o minimalnych wymaganiach (np. zadanie pasywnego oglądania). Ponadto wstawienie animacji międzybodźcowej z towarzyszącym efektem dźwiękowym (być może podobnym do tych używanych podczas sekwencji kalibracji) może pomóc w przekierowaniu uwagi na wyświetlacz u dzieci, których koncentracja osłabła. Dodatkowo umieszczenie tej animacji międzybodźcowej w predefined location może zapewnić, że wszystkie wzorce skanowania wizualnego będą rozpoczynać się w tym samym punkcie u wszystkich uczestników.
- Jeśli zadanie badawcze jest długie, eksperymentator może wykorzystać tę animację międzybodźcową jako „punkt odniesienia”, aby sprawdzić, czy występuje dryf kalibracji. Zazwyczaj, jeśli dryf przekrocza 3 stopnie kąta widzenia, należy przeprowadzić ponowną kalibrację. Ponadto w przypadku zastosowania wielu zadań lub prób zaleca się ponowną kalibrację pomiędzy każdym z nich, aby wyeliminować dryf w trakcie trwania testowania.
4. Analiza
- Większość systemów eye-trackingowych generuje surowe pliki danych, które zawierają co najmniej znacznik czasu, współrzędne X i Y punktu spojrzenia (czasami dla obu oczu), odległość od wyświetlacza lub bodźca, a także indeks charakteryzujący zdarzenie lub zmianę w prezentacji bodźca. Niektóre programy komputerowe dostarczają również informacji o średnicy źrenicy i metrykach fiksacji.
- Sposób kondensacji ogromnej ilości surowych danych jest determinowany przez pytanie badawcze. Najczęściej celem jest charakterystyka metryk gęstości fiksacji i/lub dynamiki okulomotorycznej. Jednak po scharakteryzowaniu tych konstruktów można badać konstrukty nadrzędne, takie jak uwaga i pamięć, w określonych warunkach eksperymentalnych.
- Gęstość fiksacji: Choć istnieje wiele różnych algorytmów charakteryzujących gęstość fiksacji15, wszystkie analizują dwa główne komponenty: informacje czasowe i przestrzenne. Na przykład fiksację można zdefiniować jako punkt spojrzenia pozostający w obrębie średnicy 1° kąta widzenia przez co najmniej 100 milisekund, choć parametry te są często dostosowywane do pytania badawczego. Typowe zmienne zależne obejmują liczbę fiksacji, średni czas trwania fiksacji i całkowity czas fiksacji, a także rozmieszczenie przestrzenne i/lub sekwencję poszczególnych fiksacji (tzn. ścieżki skanowania)16.
- Analizy fiksacji są często przeprowadzane w obrębie zdefiniowanych wcześniej „obszarów zainteresowania” (AOI). Badaczy może interesować, czy dzieci z ASD i bez ASD różnią się pod względem czasu fiksacji na konkretnych AOI (takich jak oczy na twarzy), czasu latencji do pierwszej fiksacji AOI lub w wzorcach przesunięć spojrzenia między AOI. Ponadto metryki wymienione w punkcie 4.3 mogą być również stosowane w analizach AOI.
- Dzieci z ASD, szczególnie te z zaburzeniami uwagi trwalej, często wykazują więcej brakujących danych dotyczących spojrzenia niż grupa kontrolna. Może to wynikać z mniejszej uwagi wizualnej poświęcanej bodźcom na ekranie lub z nadmiernego mrugania (czasami wywołanego zbyt jasnym wyświetlaczem lub zbyt ciemnym otoczeniem testowym). Aby kontrolować różnice w brakujących danych między grupami, badacze mogą przeprowadzić analizę jako proporcję czasu spojrzenia na ekran, zamiast stosować wartości bezwzględne, które mogą być zaburzone przez brakujące dane. Ponadto, aby zapobiec niezawodności danych spowodowanej niewystarczającym próbkowaniem, badacze powinni wymagać, aby wszyscy uczestnicy włączeni do końcowej próby przekroczyli próg „minimalnego czasu”. Specyfika tego progu będzie różnić się w zależności od badania, ale ogólnie uczestnicy z większą ilością danych brakujących niż zarejestrowanych powinni być uznani za podejrzane.
- W przeciwieństwie do analizy fiksacji, algorytmy oparte na prędkości uwzględniają zmianę odległości euklidesowej między kolejnymi pomiarami i koncentrują się przede wszystkim na sakadach. Sakada jest sygnalizowana, gdy prędkość (odległość/czas) przekroczy określony próg. Jeśli jednoczesne pomiary nie przekraczają tego progu prędkości przez określony czas, sygnalizowana jest fiksacja.
- Dynamika okulomotoryczna: Charakterystyka dynamiki okulomotorycznej wymaga systemu eye-trackingowego o wysokiej częstotliwości próbkowania, który jest wystarczająco czuły na subtelne zmiany pozycji i ruchu oka. Chociaż w ramach dynamiki okulomotorycznej można badać wiele zmiennych zależnych, w tym sakady, dryft okularny i śledzenie, wszystkie wskaźniki opierają się na prędkości ruchu oka. Charakterystyka tej prędkości opiera się na dwóch właściwościach (tzn. odległości i czasie) i pozwala tym samym na badanie innych właściwości dynamiki okulomotorycznej, w tym rozkładu lub wzorca prędkości sakad, rozkładu lub wzorca amplitudy sakad, rozkładu lub wzorca czasu trwania sakad, a także latencji sakady i dokładności zakończenia sakady (tzn. wzmocnienia). Typowe paradygmaty obejmują zadania sakadowe kierowane wizualnie, zadania antysakadowe, zadania sakadowe kierowane pamięciowo oraz zadania sakadowe predykcyjne.7, 17 Istniejąca literatura zawiera obszerny zbiór badań nad dynamiką sakad, które mogą być pomocne dla zainteresowanych badaczy18-20.
5. Reprezentatywne wyniki

Rysunek 3. Rysunek 3 przedstawia mapę fiksacji wygenerowaną w badaniach przeprowadzonych przez naszą grupę. Pokazano tutaj poszczególne fiksacje, oznaczone fioletowymi kółkami, jednego dziecka z ASD podczas oglądania statycznego obrazu. Fiksacje z tego i podobnych zadań są analizowane w całej grupie uczestników, aby ustalić, czy dzieci z ASD i bez ASD różnią się pod względem uwagi wizualnej skierowanej na poszczególne AOI.

Rycina 4. Rycina 4 przedstawia przykład końcowego produktu obejmującego wiele opisanych powyżej kroków, w tym: 1) zastosowanie filtra fiksacji do surowych danych o spojrzeniu, 2) przypisanie fiksacji do konkretnych obszarów zainteresowania (AOI) oraz 3) kondensację i porównanie wzorców fiksacji w grupie dzieci rozwijających się typowo (TD) oraz grupie dzieci z ASD. Bardziej szczegółowo, rycina ta wykazuje, że w paradygmacie eksploracji wizualnej dzieci z ASD eksplorują (tj. fiksują) mniej obrazów społecznych niż dzieci TD, gdy jednocześnie wyświetlane są obiekty o „wysokim zainteresowaniu autystycznym” (HAI). Jednakże, gdy bodźce społeczne są prezentowane wraz z obiektami o „niskim zainteresowaniu autystycznym” (LAI), eksploracja obrazów społecznych nie różni się znacząco między grupami, co sugeruje, że uwaga społeczna w ASD jest modulowana w zależności od względnej istotności konkurujących bodźców.21