Badanie wrażliwości niemowląt na język wizualny za pomocą śledzenia ruchu gałek ocznych i paradygmatu preferencyjnego patrzenia

Summary

Badania śledzenia ruchu gałek ocznych wykorzystujące paradygmat preferencyjnego patrzenia mogą być wykorzystane do badania nowego rozumienia i zwracania uwagi na ich zewnętrzny świat wizualny przez niemowlęta.

Abstract

Omawiamy użycie paradygmatu preferencyjnego wyglądu w badaniach eyetrackingowych, aby zbadać, jak niemowlęta rozwijają, rozumieją i zwracają uwagę na otaczający je świat. Śledzenie ruchu gałek ocznych jest bezpiecznym i nieinwazyjnym sposobem zbierania danych o spojrzeniu niemowląt, a paradygmat preferencyjnego wyglądu jest prosty do zaprojektowania i wymaga od niemowlęcia jedynie zwracania uwagi na ekran. Pokazując jednocześnie dwa bodźce wzrokowe, które różnią się w jednym wymiarze, możemy ocenić, czy niemowlęta wykazują różne zachowanie w stosunku do któregokolwiek z bodźców, wykazując w ten sposób wrażliwość na tę różnicę. Wyzwania związane z takimi podejściami eksperymentalnymi polegają na tym, że eksperymenty muszą być krótkie (nie więcej niż 10 minut) i starannie kontrolowane tak, aby te dwa bodźce różniły się tylko w jeden sposób. Interpretacja wyników zerowych również musi być dokładnie przemyślana. W tym artykule ilustrujemy udany przykład badania okulograficznego u niemowląt z paradygmatem preferencyjnego wyglądu, aby odkryć, że 6-miesięczne dzieci są wrażliwe na sygnały językowe w języku migowym, mimo że nie miały wcześniejszego kontaktu z językiem migowym, co sugeruje, że niemowlęta mają wrodzoną lub wrodzoną wrażliwość na te sygnały.

Introduction

Nadrzędnym celem nauki o rozwoju jest badanie powstawania funkcji poznawczych, języka i poznania społecznego u niemowląt i dzieci. Ruchy gałek ocznych są modulowane przez intencje, zrozumienie, wiedzę, zainteresowanie i uwagę uczestników na świat zewnętrzny. Zbieranie reakcji okoruchowych u niemowląt podczas orientacji i skanowania obrazów wizualnych, statycznych lub dynamicznych może dostarczyć informacji na temat powstającego zrozumienia i uwagi niemowląt na ich zewnętrzny świat wizualny oraz danych językowych, które otrzymują.

Chociaż technologia śledzenia ruchu gałek ocznych istnieje od ponad stu lat, dopiero niedawno rozwinęła się pod względem wydajności i użyteczności, co pozwala na wykorzystanie jej do badania niemowląt. W ciągu ostatniej dekady śledzenie ruchu gałek ocznych ujawniło wiele informacji na temat świata psychicznego niemowląt. Na przykład, wiemy teraz dużo o pamięci krótkotrwałej, okluzji obiektów i przewidywaniu nadchodzących wydarzeń u 6-miesięcznych dzieci na podstawie zachowania spojrzenia^1,2,3. Śledzenie ruchu gałek ocznych może być również wykorzystywane do badania nauki języków obcych przez niemowlęta⁴. Ogólnie rzecz biorąc, nauka języka u niemowląt zależy od zdolności do rozróżniania sygnałów sensorycznych obecnych w otoczeniu i identyfikowania wskazówek, które są najbardziej istotne dla transmisji języka^5,6. Naukowcy zajmujący się rozwojem starają się lepiej zrozumieć, czym są te sygnały sensoryczne, dlaczego przyciągają uwagę niemowląt i w jaki sposób zwracanie uwagi na te sygnały stanowi rusztowanie dla nauki języka u niemowląt. W niniejszej pracy przedstawiono protokół śledzenia ruchu gałek ocznych i paradygmat preferencyjnego patrzenia, które mogą być używane razem do badania wrażliwości niemowląt na takie sygnały w językach mówionych lub migowych.

W Stone, et al.⁷, zastosowano śledzenie ruchu gałek ocznych z paradygmatem preferencyjnego wyglądu, aby sprawdzić, czy niemowlęta nieposiadające wcześniej znaku mają wrażliwość na zestaw kontrastów fonologicznych w języku migowym. Kontrasty te różniły się dźwięcznością (tj. znaczeniem percepcyjnym), strukturalną właściwością językową obecną zarówno w języku mówionym, jak i migowym^{7,8,9,10,11,12,13}. Uważa się, że dźwięczność jest ważna dla ograniczeń fonologicznych w tworzeniu sylab w językach mówionych i migowych, tak że sylaby, które podlegają ograniczeniom opartym na brzmieniu, są uważane za bardziej "dobrze uformowane". Zaobserwowano, że niemowlęta, słuchając mowy, wykazują preferencje behawioralne dla dobrze sformułowanych sylab w porównaniu ze źle sformułowanymi sylabami w wielu językach, a nawet w językach, których nigdy wcześniej nie słyszały^14,15. Postawiliśmy hipotezę, że niemowlęta również wykazywałyby podobne preferencje dotyczące dobrze sformułowanych sylab w języku migowym, nawet jeśli nie miały wcześniejszego doświadczenia z językiem migowym.

Dalej przypuszczaliśmy, że ta preferencja - lub wrażliwość - będzie podlegała zawężeniu percepcji. Jest to zjawisko przyswajania języka, w którym, gdy niemowlę zbliża się do swoich pierwszych urodzin, wczesna, uniwersalna wrażliwość niemowlęcia na wiele cech językowych słabnie tylko do cech w języku, z którym niemowlę miało styczność^16,17. Rekrutowaliśmy młodsze (sześciomiesięczne dzieci) i starsze (dwunastomiesięczne) niemowlęta, wybierając te grupy, ponieważ znajdują się one na przeciwległych końcach funkcji zwężania percepcji pod kątem wrażliwości na nowe kontrasty fonetyczne^17,18,19. Przewidywaliśmy, że młodsze niemowlęta będą preferować dobrze sformułowane sylaby w języku migowym, ale starsze niemowlęta nie. Niemowlęta oglądały filmy składające się z dobrze uformowanej i źle sformułowanej pisowni palcami, wybranych z dwóch powodów. Po pierwsze, sylaby w płynnej pisowni palcami są teoretycznie zgodne z ograniczeniami fonologicznymi opartymi na brzmieniu⁸, co daje możliwość stworzenia eksperymentalnych kontrastów, które bezpośrednio sprawdzają, czy niemowlęta są wrażliwe na sygnały oparte na dźwięczności we wczesnej nauce języka. Po drugie, wybraliśmy pisownię palcami zamiast pełnych znaków na ciele i twarzy, ponieważ pisownia palcami pozwoliła nam bardziej rygorystycznie kontrolować możliwe zakłócenia percepcyjne, w tym szybkość i rozmiar ruchów dłoni, w porównaniu z pełnymi znakami, które różnią się znacznie pod względem przestrzeni migowej i prędkości ruchu. W naszym badaniu wykorzystaliśmy filmy pokazujące tylko dłonie, ale ten paradygmat można uogólnić na filmy pokazujące głowy lub całe ciała osób i mówiących, a nawet pokazujące zwierzęta lub przedmioty nieożywione, w zależności od badanego pytania naukowego i kontrastów.

Wartość używająca paradygmatu preferencji preferencyjnego do pomiaru wrażliwości na język lub kontrasty sensoryczne polega na jego względnej prostocie i łatwości kontroli. W takich paradygmatach niemowlętom prezentowane są obok siebie dwa bodźce, które różnią się tylko jednym wymiarem lub jedną cechą istotną dla pytania badawczego. Niemowlęta mają możliwość skupienia się na każdym z tych bodźców. Łączny czas patrzenia w kierunku każdego bodźca jest rejestrowany i analizowany. Znacząca różnica w zachowaniu patrzenia na te dwa bodźce wskazuje, że niemowlę może być w stanie dostrzec wymiar, w którym te dwa bodźce się różnią. Ponieważ oba bodźce są pokazywane w tym samym czasie i w równym czasie trwania, cały eksperyment jest dobrze kontrolowany pod kątem idiosynkrazji zachowania niemowlęcia (nieuwaga, patrzenie gdzie indziej, rozdrażnienie, płacz). Jest to w porównaniu z innymi paradygmatami, w których bodźce są pokazywane sekwencyjnie, w którym to przypadku niemowlęta mogą spontanicznie wykazywać różną ilość uwagi na różne bodźce z powodów niezwiązanych z bodźcami (np. bardziej wybredne w okresie, w którym było więcej prób bodźców A niż bodźców B). Nie są również wymagane instrukcje i zrozumienie bodźców; Niemowlęta muszą tylko na nią patrzeć. Wreszcie, paradygmat ten nie wymaga aktywnego monitorowania zachowania niemowlęcia jako kryterium w celu zmiany prezentacji bodźców, jak to jest powszechne w paradygmatach habituacji kontrolowanej przez niemowlęcia^16,20. Paradygmat preferencji patrzenia nadaje się również do testowania hipotez dotyczących preferencji wyglądu, a nie różnic. Innymi słowy, oprócz tego, że niemowlęta są w stanie rozróżnić bodźce A i B, naukowcy mogą również testować, które bodźce wywoływały zwiększone lub zmniejszone zachowanie wyglądu, co może być pouczające o rodzących się uprzedzeniach niemowląt i pojawiających się zdolnościach poznawczych.

Bardziej ogólnie, zalety nowoczesnej, nieinwazyjnej technologii śledzenia ruchu gałek ocznych są liczne. Śledzenie ruchu gałek ocznych polega na pomiarze światła w bliskiej podczerwieni, które jest emitowane przez urządzenie i odbijane od oczu uczestnika^1,21. To światło podczerwone jest niewidoczne, niezauważalne i całkowicie bezpieczne. Eksperymenty ze śledzeniem ruchu gałek ocznych nie wymagają żadnych instrukcji i polegają wyłącznie na biernym oglądaniu. Obecne modele generują dużą ilość danych o spojrzeniu w krótkim czasie dzięki prostej konfiguracji. Niemowlęta mogą siedzieć na kolanach rodzica i, z naszego doświadczenia, często podoba im się ten eksperyment. Większość nowoczesnych zdalnych urządzeń do śledzenia ruchu gałek ocznych nie wymaga zagłówków ani przedmiotów umieszczanych na niemowlęciu i jest odporna na ruchy głowy, szybko wraca do zdrowia po mrugnięciu, płaczu, wyjściu poza zasięg lub odwróceniu wzroku. W razie potrzeby oprócz danych o pozycji oczu można rejestrować wzorce sakkad, dane dotyczące pozycji głowy i pupilometrię.

Wyzwania związane z prowadzeniem badań nad śledzeniem ruchu gałek ocznych u niemowląt są realne, ale nie nie do pokonania. Dane śledzenia ruchu gałek ocznych mogą być zaszumione z powodu ruchów niemowląt, nieuwagi, wybrzydzania i senności. Eksperymenty muszą być zaprojektowane tak, aby można je było ukończyć w około 10 minut lub krócej - co może być zaletą, ponieważ wizyty w laboratorium są szybkie, ale także wadą, jeśli chcesz uzyskać więcej danych lub masz kilka warunków eksperymentalnych. Innym ważnym zastrzeżeniem jest to, że wynik zerowy nie oznacza, że niemowlęta nie są wrażliwe na manipulację eksperymentalną. Jeśli niemowlęta nie wykazują znaczącej różnicy między bodźcami A i B, odkrycie to może oznaczać albo (1) niewrażliwość na różnicę między A i B, albo (2) niepowodzenie w wywoływaniu preferencji behawioralnych. Na przykład, być może niemowlę było w równym stopniu zafascynowane A i B, mimo że niemowlę było wrażliwe na różnicę między nimi. Problem ten można rozwiązać, dodając drugi warunek, najlepiej przy użyciu tych samych (lub bardzo podobnych) bodźców, ale testując w innym wymiarze, dla którego wiadomo, że niemowlęta wykazują preferencje behawioralne. Jeśli niemowlęta nie wykazują preferencji w pierwszym warunku, ale robią to w drugim, można interpretować, że niemowlęta są w stanie wykazać preferencje dotyczące wyglądu bodźców, co może pomóc w wyjaśnieniu interpretacji wszelkich wyników zerowych. Wreszcie, ważne jest, aby precyzyjnie skalibrować urządzenie śledzące ruch gałek ocznych. Kalibracja musi być dokładna, z niskim błędem przestrzennym i czasowym, tak aby dane dotyczące spojrzenia oka mogły być precyzyjnie odwzorowane na bodźce eksperymentalne. Innymi słowy, "twoje badanie jest tylko tak dobre, jak twoja kalibracja". Kontrole kalibracji przed i po prezentacji bodźców mogą zapewnić dodatkową miarę pewności. Szczegółowe i doskonałe recenzje na temat kalibracji śledzenia ruchu gałek ocznych u niemowląt zostały opublikowane gdzie indziej^{1,21,22,23,24,25,26,27}.

Protocol

Poniższa procedura, która obejmuje ludzi, została zatwierdzona przez Program Ochrony Badań Naukowych na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

1. Selekcja i przygotowanie uczestników

1. Rekrutuj niemowlęta w określonym przedziale wiekowym zainteresowań (np. w wieku od 5 do 14 miesięcy). Korzystaj z wielu metod, w tym mediów społecznościowych, ulotek, poczty tradycyjnej. Rozważ zawarcie umów z lokalnymi szpitalami lub urzędami rządowymi w celu odzyskania rejestrów zawierających informacje o noworodkach, ich rodzicach i adresach pocztowych, co pozwoli na bezpośrednie skontaktowanie się z nimi za pośrednictwem poczty tradycyjnej.
2. Przebadaj niemowlęta, gdy zainteresowani rodzice zadzwonią do laboratorium w celu umówienia się na spotkanie. Upewnij się, że niemowlęta są wolne od jakichkolwiek komplikacji podczas ciąży lub porodu, jakichkolwiek zaburzeń neurologicznych oraz mają prawidłowy słuch i wzrok.
   UWAGA: W naszym eksperymencie⁷, ponieważ byliśmy zainteresowani rodzącą się wrażliwością na język migowy, upewniliśmy się, że nasze uczestniczące niemowlęta nie widziały żadnego języka migowego w domu i nie pokazano im żadnych filmów instruktażowych dotyczących dla niemowląt (na podstawie raportów rodziców). Aby jeszcze bardziej zmniejszyć niezamierzoną zmienność w doświadczeniach językowych, zrekrutowaliśmy również niemowlęta, które miały kontakt z językiem angielskim tylko w domu.
3. Zaplanuj badanie wkrótce po regularnym karmieniu lub drzemce niemowlęcia, aby zminimalizować wybrzydzanie. Poinformuj rodziców, że w laboratorium dostępne są prywatne miejsca do karmienia i/lub drzemki. Zrekompensuj rodzicom udział poprzez płatność lub podarowanie koszulki laboratoryjnej, kombinezonu lub małej zabawki.

2. Paradygmat preferencji patrzenia i projekt eksperymentalny

1. Zastosuj paradygmat preferencji patrzenia ze stanem, w którym dwa różne bodźce wideo są wyświetlane jednocześnie, każdy na jednej połowie ekranu. Upewnij się, że oba bodźce różnią się dokładnie w tym samym wymiarze lub funkcji, a poza tym są identyczne dla wszystkich innych elementów wizualnych.
   UWAGA: W naszym protokole skupiliśmy się na wrażliwości niemowląt na sygnały fonologiczne oparte na dźwięczności w języku migowym⁷, ale ten protokół można łatwo uogólnić na inne badania okulologiczne niemowląt dotyczące bodźców wzrokowych. Naszym głównym warunkiem eksperymentalnym z powtarzającymi się badaniami był warunek dźwięczności (patrz Rysunek 1). Ten stan zawierał dwie różne zleksykalizowane sekwencje pisowni palcami, jedną "dobrze uformowaną" (tj. podlegającą ograniczeniom fonologicznym opartym na dźwięczności), a drugą "źle uformowaną".
2. Zaprojektuj drugi warunek "kontrolny" z dwoma bodźcami wideo, które mają wywołać preferencje dotyczące wyglądu u niemowląt. Ponownie upewnij się, że oba bodźce różnią się dokładnie w jednym wymiarze lub funkcji i są kontrolowane dla wszystkich innych elementów wizualnych.
   UWAGA: W naszym protokole⁷, ten drugi warunek był warunkiem "orientacja wideo". Ten warunek zawierał dwa filmy, oba pokazujące tę samą sekwencję pisowni palcami, która była używana dla warunku dźwięczności, ale jedna strona była odwrócona pionowo i poziomo (patrz Rysunek 1). Konstrukcja warunku "kontrolnego" zależy od pytania badawczego i może to być albo kontrola niejęzykowa, z którą należy porównać warunek językowy, albo warunek potwierdzający, w którym oczekuje się, że niemowlęta wykażą preferencje.

3. Budowa bodźców

1. Zdefiniuj elementy językowe na podstawie konkretnego pytania eksperymentalnego. Staraj się wybierać elementy, które trwają krótko (zwykle 4-10 s), ponieważ podczas gdy niemowlęta zazwyczaj tolerują od 6 do 10 minut eksperymentowania, musi być również wystarczająca liczba prób i powtórzeń.
   UWAGA: Nasz protocol⁷ użył 4 sekwencji pisowni palcami z poprawnie sformułowanymi i źle sformułowanymi wariantami (łącznie osiem sekwencji) w 32 randomizowanych dziesięciosekundowych próbach, 16 próbach warunków dźwięczności i 16 próbach warunków orientacji wideo. Całkowita długość, nie licząc kalibracji (mniej niż 1 min) i przyciągających uwagę segmentów (około 3-5 s każdy), wyniosła 5,3 min.
2. Zdefiniuj schemat randomizacji. Losowo mieszaj warunki i losowo dobieraj elementy językowe pojawiające się po lewej i prawej stronie ekranu, tak aby była równa liczba, na przykład elementów A i B i B kontra A.
3. Zdefiniuj schemat równoważenia. Skonstruuj dwie różne losowe sekwencje eksperymentalne lub serie i przypisz równą liczbę uczestników do każdej sekwencji eksperymentalnej, kontrolując wiek, płeć i wszelkie inne czynniki zainteresowania.
4. Jeśli tworzysz filmy, w których występują ludzie, skorzystaj z dobrze przygotowanego studia fotograficznego/filmowego, w którym osoba stoi na niebieskim lub zielonym tle chromakey.
   UWAGA: W naszym protocol⁷ skupiliśmy się na sekwencjach pisowni palcami, więc nie używaliśmy twarzy ani ciał w naszych filmach. Jednak ten protokół jest napisany przy założeniu, że możesz wybrać pokazywanie ludzi w widoku całego ciała lub tylko głowy.
5. Ustaw oświetlenie równomiernie we wszystkich częściach obrazu, bez silnych cieni ani na osobie, ani na tle.
6. Użyj kamery wideo o wysokiej rozdzielczości umieszczonej na statywie i podniesionej na wysokość szyi osoby. Wyłącz automatyczne ustawianie ostrości, aby zapobiec zmianom ostrości podczas nagrywania. Użyj taśmy, aby zaznaczyć, gdzie należy umieścić stopy osoby podczas filmowania i zminimalizować chodzenie podczas sesji filmowej.
7. Wybierz rodzimego użytkownika badanego języka, który jest w stanie odtworzyć elementy języka w sposób naturalny i bez wysiłku. Ubrania powinny być kontrastowe z odcieniem skóry i nie zawierać żadnych kolorów podobnych do tła chromakey. Usuń biżuterię lub ozdoby. Wszelkie rozpuszczone włosy należy uczesać lub związać.
   UWAGA: Przed badaniem niemowląt zaleca się przeprowadzenie towarzyszącego eksperymentu "potwierdzającego" w celu sprawdzenia, czy bodźce i warunki eksperymentalne są akceptowane przez użytkowników języka ojczystego.
8. Poproś osobę, aby w naturalny sposób odtworzyła każdy element językowy kilka razy, podczas gdy kamera zarejestruje wszystkie reprodukcje w jednym klipie wideo. Ponieważ te klipy wideo mogą być odtwarzane w pętlach, upewnij się, że początek i koniec klipu wideo pokazują osobę w tej samej pozycji ciała, aby zapewnić płynne przejście między pętlami.
9. Po nakręceniu zaimportuj filmy do programu do edycji wideo. Wybierz najlepszą reprodukcję dla każdego elementu językowego i przytnij klipy do tych elementów. Wstawia równą liczbę ramek wiodących i końcowych wokół każdego elementu języka. Jeśli to konieczne, zastosuj narzędzia transformacji, aby powiększyć lub wyśrodkować obraz osoby, ale zastosuj je równomiernie do wszystkich bodźców.
10. Jeśli to możliwe, używaj bodźców o wysokim kontraście. Użyj funkcji chromakey programu do edycji wideo, aby zmienić tło na białe, aby zmaksymalizować odbicie rogówki, co pozwala na uzyskanie najlepszych warunków do przechwytywania danych spojrzenia.
11. W przypadku zapętlania bodźców upewnij się, że czas trwania pętli jest równy dla dowolnych dwóch par bodźców wideo pokazanych razem (tj. długości elementów języka po obu stronach muszą być takie same). Aby to osiągnąć, nieznacznie dostosuj prędkość wideo każdego elementu językowego.
    UWAGA: Należy pamiętać, że niemowlęta potrzebują wolniejszego tempa prezentacji, aby skutecznie przetwarzać bodźce ruchowe. Wszelkie korekty muszą być subtelne i nie mogą znacząco zmieniać ani zniekształcać elementu językowego. W naszym protocol⁷ prędkość bodźców została spowolniona o 50% i potwierdziliśmy, że ta manipulacja nie była zauważalna dla dorosłych obserwatorów.
12. Umieść pary elementów językowych obok siebie w klipie kompozytowym. Pamiętaj, że te pary będą już miały wyrównane długości filmów w poprzednim kroku. Upewnij się, że pozycja każdego elementu języka jest identyczna dla obu stron (np. lewy element nie jest wyższy, niższy, większy lub nie jest wyśrodkowany w porównaniu z prawym elementem) i że oba elementy zaczynają się i kończą jednocześnie.
13. Podobnie jak w przypadku projektowania bodźców, kontroluj niskopoziomowe cechy wizualne klipów wideo, takie jak luminancja i kolor, tak aby były takie same po obu stronach ekranu.
14. Zastosuj zachowanie pętli, powielając klip kompozytowy na osi czasu wideo. Aby zminimalizować szarpnięcia między pętlami, zwróć uwagę na wszelkie różnice w klatkach początkowych i końcowych pętli. W razie potrzeby użyj krótkiego przejścia wideo, aby zapewnić płynniejsze przejście między pętlami.
15. Eksportuj edytowane filmy w formacie odpowiednim dla programu śledzenia ruchu gałek ocznych i w najwyższej możliwej rozdzielczości.
16. Użyj eksperymentalnego oprogramowania do prezentacji, zwykle dołączonego do urządzenia do śledzenia ruchu gałek ocznych, aby zaprogramować i zaprezentować bodźce oraz losowo ustawić kolejność bodźców. Można również korzystać z oprogramowania do prezentacji eksperymentów ogólnego przeznaczenia, pod warunkiem, że są one w stanie sterować urządzeniem śledzącym ruch gałek ocznych i rejestrować z niego dane.
17. Wstaw przyciągające uwagę obrazy przed każdym badaniem, aby utrzymać i przekierować uwagę niemowląt na środek ekranu bezpośrednio przed rozpoczęciem badania (patrz Rysunek 2).
    UWAGA: Przykłady obejmują statyczne lub animowane szczenięta, kocięta, zabawki, uśmiechnięte twarze lub postacie z kreskówek, o ile są one bardzo wrodzone i mają taką samą wielkość. Chociaż animacje mogą być bardziej skuteczne, wymagają dużej ilości pamięci i stwierdziliśmy, że statyczne obrazy działają równie dobrze. Obrazy te powinny być małe (około 2 do 5 stopni) i umieszczone centralnie na monitorze, tak aby niemowlę patrzyło na środek monitora przed rozpoczęciem każdej próby.
18. Na początku i na końcu sekwencji eksperymentalnej wstaw trzypunktową procedurę sprawdzania kalibracji składającą się z trzech slajdów, każdy z jednym celem, który pojawia się w lewym górnym rogu, na środku ekranu i w prawym dolnym rogu (patrz Rysunek 2).

4. Aparatura do śledzenia ruchu gałek ocznych

1. Należy używać zdalnego urządzenia śledzącego ruch gałek ocznych, które nie wymaga żadnych ograniczeń ani aparatury w celu zabezpieczenia pozycji głowy i jest zdolne do pobierania próbek z częstotliwością co najmniej 50 Hz.
   UWAGA: Zdalne urządzenia śledzące ruch gałek ocznych zawierają niezauważalne diody elektroluminescencyjne (LED) emitujące światło na oczy obserwatora. Wbudowana kamera na podczerwień wykrywa położenie źrenic i odbić rogówki oraz stosuje algorytmy do obliczania punktu fiksacji obserwatora na monitorze jako współrzędnych trójwymiarowych (x, y, z). Współrzędne są uśredniane dla obu oczu, aby uzyskać pojedynczą wartość lornetkową. Zwykle analizowane są tylko współrzędne (x, y), ponieważ z, odległość od monitora, nie ma znaczenia.
2. Użyj monitora komputerowego o przekątnej 15 cali lub większej, o rozdzielczości co najmniej 1024 x 728 pikseli, aby wyświetlić bodźce eksperymentalne.
3. Umieść eyetracker bezpośrednio pod monitorem bodźców i pod niskim kątem, skierowany w stronę twarzy niemowlęcia, jak najbardziej bezpośrednio, do przodu. Użyj linijek i cyfrowego kątomierza, aby zmierzyć położenie i kąt śledzenia oczu i monitora. W razie potrzeby wprowadź te numery do oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych.
   UWAGA: Większy kąt (np. oczko śledzące jest niżej od podłoża, a zatem ustawione pod wyższym kątem) może zakłócać śledzenie ruchu gałek ocznych z powodu zasłonięcia oczu przez policzki i dłonie niemowlęcia. Aby zapoznać się z najlepszymi praktykami dotyczącymi pozycji urządzenia do śledzenia ruchu gałek ocznych, zapoznaj się z wytycznymi konkretnego modelu urządzenia do śledzenia oczu. Co więcej, większość programów do śledzenia ruchu gałek ocznych może zapisywać te informacje do załadowania przed każdą sesją. Jeśli jednak istnieje możliwość, że eye tracker lub monitor przesunie się nawet nieznacznie między sesjami eksperymentalnymi, należy ponownie zebrać pomiary przed każdą sesją, aby uzyskać najdokładniejszą kalibrację.
4. Umieść oddzielną kamerę internetową, często nazywaną kamerą użytkownika lub kamerą sceny, nad monitorem bodźców, aby nagrywać całą twarz uczestnika podczas eksperymentu. Zapewnia transmisję na żywo podczas eksperymentu, a jej nagranie jest przechowywane wraz z surowymi danymi spojrzenia.
5. Skonfiguruj oprogramowanie do prezentacji eksperymentalnej, zwykle dostępne na rynku z urządzeniem śledzącym ruch gałek ocznych, aby prezentować bodźce, rejestrować ruchy gałek ocznych, nagrywać użytkownika lub kamerę sceny, wyświetlać punkty spojrzenia podczas eksperymentu i, opcjonalnie, przeprowadzać analizę danych dotyczących spojrzenia.
   UWAGA: Można również użyć eksperymentalnego oprogramowania do prezentacji ogólnego przeznaczenia, pod warunkiem, że zawiera ono integracje pozwalające na sterowanie urządzeniem śledzącym ruch gałek ocznych i rejestrowanie z niego danych.

5. Procedura śledzenia ruchu gałek ocznych

1. Wstęp uczestnika i środki dotyczące tła
   1. Po przyjeździe wyjaśnij badanie, uzyskaj podpisaną zgodę zgodnie z regulaminem uczelni IRB. Jeśli niemowlę jest przytomne, przystąp do testów i wypełnij kwestionariusze po eksperymencie. Jeśli po przyjeździe niemowlę nie jest gotowe (np. jest marudne, śpi lub wymaga karmienia), wykorzystaj ten czas, aby rodzic wypełnił wszystkie kwestionariusze rodzinne i językowe.
   2. Poproś rodzica o wypełnienie wszelkich kwestionariuszy dotyczących tła rodzinnego i językowego. Zbierz standardowe informacje demograficzne i medyczne oraz informacje o środowisku językowym i technologicznym niemowlęcia (np. liczba języków używanych w domu, kontakt z filmem, smartfony, tablety).
2. Konfiguracji
   1. Przyciemnij światła w pomieszczeniu eksperymentalnym i upewnij się, że w pomieszczeniu nie ma innych oczywistych wizualnych dystraktorów. Użyj zasłon, aby zasłonić pole widzenia niemowlęcia od wszystkich rozpraszaczy w pomieszczeniu (patrz Rysunek 3). Upewnij się, że wszystkie aplikacje działające w tle na komputerze, w tym skanowanie antywirusowe i aktualizacje oprogramowania, nie są uruchomione podczas eksperymentu.
   2. Poproś rodzica, aby usiadł na krześle z niemowlęciem siedzącym na jego kolanach. Aby zapewnić większą stabilność, rodzic może przypiąć niemowlę pasami w miękkim foteliku podwyższającym umieszczonym na kolanach rodzica.
      UWAGA: Takie foteliki podwyższające zachowują bliskość z rodzicami, ale także zapobiegają zbytniemu pochylaniu się młodszych niemowląt do tyłu lub do przodu (co skutkuje utratą danych), a starszym niemowlętom przed raczkowaniem.
   3. Zgodnie z wytycznymi dotyczącymi śledzenia ruchu gałek ocznych sprawdź, czy główka niemowlęcia znajduje się w optymalnej odległości od monitora i urządzenia śledzącego ruch gałek ocznych. Za pomocą oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych upewnij się, że oczy niemowlęcia są widoczne dla urządzenia śledzącego ruch gałek ocznych. Jeśli nie jest widoczny, poproś rodzica, aby delikatnie kołysał niemowlę we wszystkich kierunkach, aż oczy zostaną wykryte i w odpowiedniej odległości.
   4. Zaopatrz rodzica w okulary zasłaniające, które uniemożliwią mu dostrzeżenie bodźców eksperymentalnych.
      UWAGA: Okulary zasłaniające zmniejszają możliwość skierowania niemowlęcia na określone bodźce lub strony ekranu, a także zapobiegają przypadkowemu śledzeniu oczu rodzica zamiast niemowlęcia.
3. wzorcowanie
   1. Wykonaj procedurę kalibracji zgodnie z instrukcjami urządzenia do śledzenia ruchu gałek ocznych.
   2. Jeśli jest to obsługiwane przez oprogramowanie do śledzenia ruchu gałek ocznych, należy zastosować pięciopunktową procedurę kalibracji odpowiadającą czterem rogom i środkowi monitora.
      UWAGA: Aby kalibracja przebiegła pomyślnie, niemowlęta muszą spojrzeć na obraz kalibracyjny. Dlatego obraz musi być bardzo interesujący. Animacja typu wirującego działa dobrze, tak aby "środek" obrazu pozostał nieruchomy, ponieważ chcesz, aby oczy niemowlęcia były jak najbardziej skierowane na środek punktu kalibracji.
   3. Podczas kalibracji nie należy wskazywać na obraz ani nie należy kierować uwagi rodzica na obraz kalibracyjny, ponieważ może to odciągnąć uwagę niemowlęcia od ekranu i skierować ją w stronę osoby, która na niego wskazuje.
   4. Sprawdź, czy kalibracja się powiodła, korzystając z oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych. W razie potrzeby powtórz kalibrację, zwłaszcza jeśli rodzic lub niemowlę porusza się znacznie (np. rodzic wstaje) podczas kalibracji.
      UWAGA: Proces kalibracji zależy od tego, czy jest nowatorski, interesujący i krótki. Im więcej razy niemowlęta muszą przechodzić kalibrację, tym mniej skuteczna może ona być.
   5. Po potwierdzeniu, że kalibracja się powiodła, natychmiast rozpocznij eksperyment.
4. eksperyment
   1. Rozpocznij eksperyment od trzypunktowej kalibracji (patrz Rysunek 2). Ręcznie kontroluj czas trwania każdego celu; Kiedy niemowlę skupi się na celu na jednym slajdzie, natychmiast przejdź do następnego celu. Jeśli wzrok jest stale oddalony o jeden stopień lub więcej od środka każdego celu, przerwij eksperyment i powtórz kalibrację.
   2. Kontynuuj eksperyment, zaczynając od przyciągania uwagi przed pierwszą próbą (patrz Rysunek 2). Ręcznie kontroluj, jak długo przyciągający uwagę jest wyświetlany. Rozpocznij próbę, gdy niemowlę skupi się na osobie, która przyciąga uwagę. Jeśli niemowlę nie skupi się na nim po kilku sekundach, użyj piszczącej zabawki lub światła, aby przekierować uwagę niemowlęcia na ekran.
   3. Po pokazaniu wszystkich prób należy ponownie przeprowadzić tę samą trzypunktową procedurę kontrolną kalibracji, aby sprawdzić, czy podczas eksperymentu nie ma możliwego dryfu sygnału lub zmian kalibracji. Po sprawdzeniu zakończ eksperyment.
   4. Przerwij eksperyment, jeśli niemowlę wykazuje nieodwracalną rozdrażnienie lub jeśli rodzic poprosi o przerwanie.
5. Wrap-up
   1. Jeśli nie zostało to jeszcze wypełnione, poproś rodziców o wypełnienie kwestionariuszy rodzinnych i językowych.
   2. Zapewnij wynagrodzenie i, jeśli wyrazisz na to zgodę, udostępnij dodatkowe ulotki/materiały, które rodzic może rozdać swoim rówieśnikom, aby pomóc w rekrutacji.

6. Analiza danych

1. Po pierwsze, oceń jakość danych, wykreślając wykres prędkości lub ślad pozycji wzroku w czasie, aby zbadać, czy dane są zaszumione (okresy szczytów dużej prędkości) dla każdego badanego. Duże zmiany prędkości lub systematyczne odchylenia w pozycji danych mogą wskazywać na słabą kalibrację lub błędy pozyskiwania danych.
2. Odfiltruj informacje o wysokiej częstotliwości z danych spojrzenia przy użyciu algorytmów redukcji szumów lub filtrów, takich jak użycie średniej ruchomej. Algorytmy te mogą również interpolować krótkie przerwy w danych, zwykle spowodowane mrugnięciami i ruchami głowy.
   UWAGA: Nie zaleca się używania typowych filtrów przestrzenno-czasowych do klasyfikowania fiksacji i sakkad, ponieważ algorytmy te opierają się na zachowaniu oczu dorosłych i nie można ich uogólnić na zachowanie oczu niemowlęcia.
3. Narysuj dwa obszary zainteresowania (AOI), po jednym z każdej strony ekranu. Upewnij się, że obszary zainteresowania są nieco większe niż same elementy wizualne (np. 25 pikseli lub 1º większy kąt widzenia wokół osoby), aby uwzględnić wszelkie drobne niedokładności kalibracji lub standardowy błąd urządzenia.
   UWAGA: Chociaż AOI jest statyczny, obejmuje poruszający się obiekt w filmie, więc upewnij się również, że AOI powinien być większy niż maksymalne wymiary poruszającego się obiektu, gdy zmienia się w trakcie filmu. W razie potrzeby i przy wsparciu oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych można zamiast tego użyć dynamicznych ruchomych obszarów działania.
4. Zachowaj odstęp około 25 pikseli lub większy między dwoma obszarami zainteresowania na środku ekranu.
5. Korzystając z oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych lub programu do analizy wtórnej, oblicz całkowity czas patrzenia dla każdego AOI dla każdej próby, sumując wszystkie punkty spojrzenia mieszczące się w AOI i mnożąc tę liczbę przez interwał próbkowania (np. w przypadku korzystania z urządzenia do śledzenia ruchu gałek ocznych 120 Hz interwał próbkowania wynosi 8,33 ms).
6. Jeśli nadal korzystasz z oprogramowania do śledzenia ruchu gałek ocznych, wyeksportuj dane dotyczące czasu patrzenia. Następnie oblicz całkowity czas patrzenia dla każdego niemowlęcia, dla każdego rodzaju bodźca, w całej serii eksperymentalnej. Wyklucz wszystkie niemowlęta, które nie dostarczyły wystarczającej ilości danych dotyczących spojrzenia (np. co najmniej 25% maksymalnej możliwej ilości danych).
   UWAGA: W Stone, et al.⁷, 24% wszystkich badanych niemowląt zostało wykluczonych z powodu złej kalibracji lub niewystarczających danych dotyczących spojrzenia z powodu wybredności, odwracania wzroku, niedrożności oczu podczas nagrywania, nadmiernego mrugania, opadających powiek, błędu instrumentu lub błędu eksperymentatora.
7. Oblicz wskaźnik preferencji wyglądu dla każdego niemowlęcia. Najpierw podziel całkowity czas szukania jednego typu bodźca na drugi.
   UWAGA: Ten krok pozwala na bezpośrednie porównanie niemowląt ze sobą, niezależnie od tego, czy niemowlęta różniły się pod względem czasu oglądania eksperymentu.
8. Znormalizuj tę wartość za pomocą transformacji logarytmicznej, która umożliwia sensowną interpretację indeksu preferencji wyglądu dla wszystkich niemowląt, u których indeks -1,0 i 1,0 reprezentuje tę samą wielkość, ale w przeciwnych kierunkach.
9. Wykonaj odpowiednie testy statystyczne, aby porównać całkowity czas wyszukiwania i wskaźniki preferencji wyszukiwania w różnych grupach uczestników. Raportuj wyniki testów statystycznych wraz z wielkościami efektów i/lub przedziałami ufności.
   UWAGA: W Stone, et al.⁷, w celu zbadania wrażliwości związanej z wiekiem na ograniczenia fonologiczne oparte na dźwięczności w języku migowym, przeprowadzono niezależny test t w celu porównania wskaźników preferencji wyglądu dźwięczności (logarytm ilorazu czasu szukania dobrze uformowanych elementów w porównaniu ze źle uformowanymi elementami) między młodszymi i starszymi grupami niemowląt.

Results

Próba w Stone, et al.⁷ składała się z 16 młodszych niemowląt (średni wiek = 5,6 ± 0,6 miesiąca; zakres = 4,4-6,7 miesięcy; 8 kobiet) i 13 starszych niemowląt (średni wiek = 11,8 ± 0,9 miesiąca; zakres = 10,6-12,8 miesięcy; 7 kobiet). Żadne z tych niemowląt nie widziało wcześniej języka migowego. Po pierwsze, oceniliśmy różnice w całkowitym czasie patrzenia między grupami wiekowymi i nie znaleźliśmy istotnej różnicy (średnie: 48,8 s vs. 36,7 s; t(27) = 1,71; p = 0,10). Wyklucza to możliwoś...

Discussion

Użyliśmy paradygmatu preferencyjnego wyglądu, aby odkryć dowody na to, że niemowlęta mogą być wrażliwe na określoną wskazówkę wizualną w sygnale językowym, mimo że nie miały wcześniejszego doświadczenia z językiem migowym. Co więcej, wrażliwość tę obserwowano tylko u młodszych niemowląt, a nie u starszych, co jest przejawem klasycznej funkcji zwężania percepcji. Dowody na preferencję wieku dla dobrze uformowanych sylab w oparciu o ograniczenia dźwięczności pozwoliły nam na dalsze hipotezę, że dźwięczność może być ważną w...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eye Tracker	Tobii		Model X120
Eksperyment Prezentacja i Oprogramowanie do analizy spojrzenia	Tobii		Tobii Studio Pro
Experimenter Monitor	Dell		Professional P2210 22" Wide Monitor
Stimulus	Dell		Generic 17" Dell Generic 17"
Procesor	Dell		Dell Precision T5500 Advanced z czterordzeniowym procesorem Intel Xeon 2,13 GHz i 4 GB pamięci DDR3) z dyskiem twardym SSD o pojemności 250 GB i standardowymi kartami wyjściowymi wideo.
WebKamera	Logitech Logitech		C150 HD
Cam Karta przechwytywania wideo	Osprey Osprey		230 Video Capture Card (do przechwytywania bodźców, które są wysyłane do monitora bodźców)