Monitorowanie ruchu gałek ocznych pamięci
August 15th, 2010
Monitorowanie ruchu gałek ocznych (lub śledzenie ruchu gałek ocznych) ujawnia, gdzie w przestrzeni zatrzymują się oczy, kiedy i jak długo. W tym miejscu pokazujemy, w jaki sposób śledzenie ruchu gałek ocznych może być wykorzystywane do badania integralności pamięci w wielu populacjach uczestników, bez konieczności składania ustnych lub w inny sposób wyraźnych raportów.
Ten film przedstawia procedurę monitorowania ruchów gałek ocznych podczas oglądania obrazów przez uczestników. Na uczestnika najpierw umieszcza się kask śledzący ruch gałek oczny, a następnie kamery są dostosowywane tak, aby znajdowały się tuż pod każdym okiem. Kamery są ustawione tak, aby uzyskać odbicia źrenicy i rogówki.
Poprzez skupienie się uczestnika na serii celów, ruchy gałek ocznych są kalibrowane i walidowane Poprzez inspekcję zmian w ruchach gałek ocznych, wzorców skanowania, można pokazać, że szczegóły dotyczące wcześniej oglądanych obrazów zostały zapisane w pamięci. Cześć, nazywam się dr Jennifer Ryan, jestem starszym naukowcem w Instytucie Badawczym Rotmana w Baycrest w Toronto. Dzisiaj chcielibyśmy pokazać Wam nasz protokół, monitorowanie ruchów gałek ocznych pamięci.
Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie pamięci, takie jak to, kiedy uzyskuje się dostęp do wspomnień i jakie szczegóły są zachowywane w tych reprezentacjach. Do monitorowania ruchu gałek ocznych podczas eksperymentów z integralnością pamięci używany jest system śledzenia dwóch gałek ocznych iLink. Ten montowany na głowie czujnik wizyjny rejestruje pozycję oka w układzie współrzędnych XY z częstotliwością próbkowania 500 lub 250 Hz z rozdzielczością przestrzenną mniejszą niż 0,1 stopnia.
Jedna kamera służy do monitorowania pozycji głowy poprzez wysyłanie znaczników podczerwieni do czujników umieszczonych w czterech rogach monitora wyświetlacza, który jest oglądany przez uczestników. Dwie dodatkowe kamery zamontowane na pałąku umieszczonym poniżej każdego z oczu oraz oświetlacze podczerwieni służą do odnotowania, że odbicie źrenicy i rogówki pozycja oka może być oparta na odbiciach źrenicy i rogówki lub na podstawie źrenicy, tylko wyściełany pałąk oka może być regulowany w dwóch płaszczyznach, aby wygodnie dopasować się do rozmiaru głowy dorosłego uczestnika, Większość okularów i soczewek kontaktowych może być wyposażona w eye tracker. Dwa komputery służą do rejestrowania ruchu gałek ocznych, jeden komputer służy jako komputer wyświetlający, który prezentuje uczestnikom ekrany kalibracyjne, niezbędne instrukcje dotyczące zadań oraz obrazy używane w paradygmacie eksperymentalnym.
Komputer gospodarza oblicza pozycję spojrzenia w czasie rzeczywistym i rejestruje dane dotyczące ruchu gałek ocznych, a także wszelkie naciśnięcia przycisku lub odpowiedzi klawiatury wykonane przez uczestników. Program Experiment builder służy zarówno do prezentowania uczestnikom bodźców eksperymentalnych, jak i do programowania sposobu, w jaki pozycja I jest zbierana przez komputer hosta. Przeglądarka danych programu służy do charakteryzowania ruchów gałek ocznych podczas nagrywania.
Zobaczmy teraz, jak skonfigurować i przeprowadzić eksperyment ze śledzeniem ruchu gałek ocznych. Wybierz odpowiedni paradygmat eksperymentalny na komputerze wyświetlającym i wyznacz nazwę pliku dla następujących po nim nagrań ruchów gałek ocznych. Przygotowując się do eksperymentu, obserwuj uczestnika w stałej odległości od monitora, tak aby zachować ten sam kąt widzenia.
Uczestnicy dostosowują kask śledzący ruch gałek oczny tak, aby był dobrze dopasowany i mało się poruszał, ale nie był niewygodny wokół głowy. Ponadto wyreguluj kask tak, aby kamera na głowę mogła wysyłać oświetlenie w podczerwieni do zewnętrznych znaczników na monitorze wyświetlacza. Każda z kamer okolicznych umieszczona jest na indywidualnych prętach wystających z kasku, które pozwalają na regulację we wszystkich osiach.
Umieść kamery oczu tuż pod każdym okiem i nieco z dala od niego, nie zasłaniając uczestnikowi view na monitorze. Ustaw ostrość kamer, aby uzyskać wyraźny i stabilny obraz odbicia źrenicy i rogówki. Panele stanu na komputerze hosta wskazują, gdzie są uzyskiwane odbicia źrenicy i rogówki.
Dostosuj próg oświetlenia, aby uzyskać najbardziej stabilny zapis odbić źrenicy i rogówki. Po skonfigurowaniu kamer w celu uzyskania dokładnych zapisów pozycji oczu na monitorze wyświetlacza należy rozpocząć procedurę kalibracji. Poinstruuj uczestnika, aby spojrzał na serię celów, które pojawiają się w różnych miejscach na wyświetlaczu.
Zazwyczaj używanych jest dziewięć lokalizacji docelowych, przy czym lokalizacja środkowa jest powtarzana dwukrotnie, ale kalibrację można przeprowadzić tylko z trzema lokalizacjami docelowymi. Z zarejestrowanych lokalizacji. Pozycja oka w dowolnym punkcie ekranu może być interpolowana.
Po kalibracji. Procedura walidacji służy do sprawdzenia dokładności zapisu ruchu gałek ocznych. Te same dziewięć lokalizacji docelowych jest dostarczanych uczestnikowi do fiksacji, a różnica jest obliczana między bieżącą pozycją fiksacji a poprzednio zarejestrowaną pozycją fiksacji.
Jeśli średnia dokładność zapisu pozycji dla jednego lub obu oczu przekracza błąd 0,5 stopnia, procedury kalibracji i walidacji są powtarzane. Okej, więc teraz przejdziemy do kalibracji i walidacji, a ja chcę ci tylko powiedzieć, że możesz lekko poruszyć głową, ale wolimy, abyś pozostał tak nieruchomy, jak to możliwe do końca eksperymentu. Czy to w porządku?
Tak.Idealnie.W porządku, zacznijmy więc. Konwersja danych o ruchu gałek ocznych na serię zdarzeń fiksacji i karty SEC, które są osiągane przez komputer hosta i mogą być sprawdzane za pomocą przeglądarki danych oprogramowania. W tym przypadku wykrywanie fiksacji i kart SEC jest zależne od przechodnia online, który rozdziela surowe próbki ruchu gałek ocznych na znaczące stany.
Jeśli prędkość dwóch kolejnych próbek ruchu gałek ocznych przekracza 22 stopnie na sekundę na odległość 0,1 stopnia, próbki są oznaczane jako karta SEC. Jeśli w przypadku trzech lub więcej próbek brakuje źrenicy, aktywność oka jest oznaczana jako mrugnięcie w strumieniu danych. Aktywność bez karty SEC i bez mrugania jest uważana za fiksację Oglądanie określonych regionów bodźca można scharakteryzować poprzez analizę ruchów gałek ocznych w odniesieniu do eksperymentalnie narysowanych obszarów zainteresowania, które są tworzone dla każdego obrazu, albo w fazie programowania paradygmatu, albo po zebraniu danych.
Teraz pokażemy kilka reprezentatywnych wyników śledzenia ruchu gałek ocznych, aby zbadać pamięć dla pojedynczego obrazu. Stopień, w jakim oczy poruszają się po obrazie przy każdym oglądaniu, jest mierzony jako reprezentatywne wyniki dla liczby fiksacji oczu na twarzach. Jak pokazano tutaj, twarze były oglądane raz w każdym z pięciu bloków.
Z biegiem czasu zmniejsza się liczba fiksacji na twarzach, które powtarzano w całym eksperymencie w celu zbadania pamięci w poszukiwaniu szczegółów na obrazie. Wyświetlanie między zmienionymi obrazami a obrazami, które nie zostały zmienione, jest kontrastowane w tych reprezentatywnych wynikach. Większa część fiksacji wzroku jest kierowana na obszar, który został zmieniony ze zmanipulowanych scen, w porównaniu z niezmienionym obszarem w przypadku nowych scen i scen, które zostały powtórzone.
Ten wzrost oglądalności odzwierciedla pamięć o tym, co pierwotnie zajmowało zmieniony obszar. Ten wzrost widzenia do zmienionego regionu obserwuje się tylko u młodszych osób dorosłych i zazwyczaj nie występuje u osób starszych i pacjentów z amnezją, którzy zgłaszają problemy z pamięcią po jego rozwoju. Technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się psychologią i neuronauką poznawczą do badania funkcji poznawczych, takich jak pamięć, w wielu populacjach uczestników, w tym u osób z uszkodzeniami mózgu lub innymi chorobami neurodegeneracyjnymi.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
To wideo demonstruje procedurę monitorowania ruchów oczu podczas oglądania obrazów przez uczestników. Śledzenie ruchów oczu może ujawniać wgląd w integralność pamięci w różnych populacjach uczestników.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Badania behawioralne
- Psychologia poznawcza
Tło
- Monitorowanie ruchów oczu zapewnia wgląd w uwagę wzrokową.
- Może być wykorzystywane do oceny pamięci bez raportów werbalnych.
- Rozumienie ruchów oczu może pomóc w badaniu procesów poznawczych.
- Technologia śledzenia ruchów oczu znacznie się rozwinęła w ostatnich latach.
Cel badania
- Zbadanie integralności pamięci za pomocą śledzenia ruchów oczu.
- Demonstracja niewerbalnej metody oceny pamięci.
- Walidacja wzorców ruchów oczu jako wskaźników zatrzymywania pamięci.
Zastosowane metody
- Uczestnicy noszą kask ze śledzeniem oczu.
- Kamery są ustawione tak, aby rejestrować odbicia źrenic i rogówek.
- Uczestnicy skupiają się na celach, aby skalibrować ruchy oczu.
- Analizę zmian w ruchach oczu stosuje się do oceny pamięci.
Główne wyniki
- Ruchy oczu ujawniają szczegóły dotyczące wcześniej przeglądanych obrazów.
- Wzorce skanowania wskazują na przechowywanie i odzyskiwanie pamięci.
- Procesy kalibracji i walidacji poprawiają dokładność danych.
- Wyniki potwierdzają zastosowanie śledzenia ruchów oczu w badaniach nad pamięcią.
Wnioski
- Śledzenie ruchów oczu jest cennym narzędziem do badania pamięci.
- Ta metoda może być stosowana w różnych populacjach uczestników.
- Przyszłe badania mogą rozszerzyć te odkrycia, aby zbadać funkcje poznawcze.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Eye movement monitoring provides a non-verbal, objective method to assess memory integrity, offering biopharma R&D a translational biomarker for cognitive function evaluation. This approach enables mechanistic de-risking in preclinical models by revealing real-time memory access and detail-specific encoding without reliance on subjective reports. It supports target validation and assay development for neurodegenerative therapeutics by quantifying cognitive endpoints across neurologically intact and impaired populations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by revealing when and how memory details are accessed during cognitive processing.
- Operational Value: Enables pathway clarification through fixation and saccade patterns linked to prior visual experience.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying memory-specific deficits in disease models prior to behavioral confirmation.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing baseline oculomotor metrics in healthy controls.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through calibration/validation procedures ensuring <0.5 degree positional accuracy.
- Scalability: Highlights screening readiness via real-time XY-coordinate tracking at 250/500 Hz sampling for high-throughput cognitive phenotyping.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Discusses disease relevance by comparing scanning patterns across neurologically intact, impaired, and aged populations to detect memory-specific alterations.
- Operational Value: Describes continuity from discovery through preclinical validation by time-locking eye movements to stimulus onset/offset and button presses.
- Risk-Adjusted Advancement: Addresses mechanistic de-risking by quantifying altered detail storage via differential viewing of changed vs. unchanged image regions.
Pipeline & Workflow Integration
Eye movement monitoring integrates into the discovery continuum from hypothesis testing in early discovery to lead identification via quantitative cognitive phenotyping, supporting go/no-go decisions in neurodegenerative target validation.
- Discovery Biology: Explains how the method supports hypothesis testing by revealing memory access timing and detail-specific encoding through fixation density changes.
- Screening: Describes assay readiness through real-time gaze position calculation and fixation/saccade classification using velocity thresholds (>22°/sec).
- Analytics: Highlights measurements like fixation count, regional viewing bias, and saccade frequency that enable cross-condition comparison of memory integrity.
- Translational Research: Connects the method to preclinical continuity by allowing comparison of memory organization across healthy individuals and those with neurological insult.
- Enterprise Reuse: Frames the method as a reusable capability via standardized helmet-based eye tracker setup accommodating most eyeglasses and contact lenses.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduction of mechanistic ambiguity in memory encoding and retrieval.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability via dual-PC system (display/host) and Experiment Builder/Data Viewer software pipeline.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk by detecting memory deficits early in preclinical models.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on oculomotor biomarkers of memory specificity and retention.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in oculomotor data interpretation and experimental paradigm design for memory probing.
- Instrumentation and analytical infrastructure needs including head-mounted eye tracker, infrared markers, dual-PC setup, and Experiment Builder software.
- Cross-team standardization requirements for calibration (9-point target fixation) and validation procedures to maintain <0.5 degree accuracy.
- Adaptation considerations across model systems, including accommodation of head movement via infrared marker tracking on display monitor corners.
- Practical limitations: Blink detection (3+ missing pupil samples) and saccade fixation classification thresholds may require tuning for specific populations.
