Name: Monitorowanie ruchu gałek ocznych pamięci (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-08-15T17:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 6 s
Description: Poznaj metodę śledzenia ruchów gałek ocznych do oceny integralności pamięci za pomocą nagłownego systemu eye-tracking. Ta technika umożliwia badanie procesów poznawczych bez konieczności werbalnego raportowania.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy pragną podziękować współpracownikom za badania wykorzystujące monitorowanie ruchów gałek ocznych w badaniu pamięci, ze szczególnymi podziękowaniami dla Eyala Reingolda, Jiye Shen, Neala J. Cohena, Roberta R. Althoffa, Deborah Hannuli i Dave'a Warrena. Praca ta była wspierana przez Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), Canadian Institutes of Health Research (CIHR), Canada Research Chairs Program oraz Canadian Foundation for Innovation (CFI).

Sprzęt użyty podczas pozyskiwania danych
Okulograf
Okulograf użyty w niniejszym protokole to system EyeLink II (SR Research Ltd; Mississauga, Ontario, Kanada). Ten montowany na głowie, oparty na obrazie wideo okulograf rejestruje pozycję oka w układzie współrzędnych X, Y z częstotliwością próbkowania 50 lub 250 Hz, z rozdzielczością przestrzenną &lt; 0.1°. Jedna kamera służy do monitorowania pozycji głowy poprzez wysyłanie markerów podczerwieni do czujników umieszczonych w czterech rogach monitora wyświetlacza, na który patrzą uczestnicy. Dwie dodatkowe kamery są zamontowane na opasce na głowę, poniżej każdego z oczu, a iluminatory podczerwieni są wykorzystywane do rejestracji odbić z źrenicy i rogówki. Pozycja oka może być wyznaczana na podstawie odbić z źrenicy i rogówki lub wyłącznie na podstawie źrenicy. Wyściełana opaska okulografu może być regulowana w dwóch płaszczyznach, aby komfortowo dopasować ją do rozmiaru głowy dorosłego uczestnika. Okulograf jest kompatybilny z większością okularów oraz soczewkami kontaktowymi.
Komputery
Do rejestracji ruchów gałek ocznych wykorzystuje się dwa komputery PC. Jeden komputer służy jako komputer wyświetlacza, który prezentuje uczestnikom ekrany kalibracyjne, niezbędne instrukcje do zadań oraz obrazy wykorzystywane w paradygmacie eksperymentalnym. Komputer wyświetlacza określa parametry zbierania danych, które są następnie sterowane przez drugi, komputer główny. Komputer główny oblicza w czasie rzeczywistym pozycję spojrzenia i rejestruje dane o ruchach gałek ocznych do późniejszej analizy, a także wszelkie reakcje uczestnika w postaci naciśnięć przycisków lub klawiatury. Konfiguracja uczestnika oraz obsługa eyetrackera odbywają się za pośrednictwem głównego komputera PC.
Oprogramowanie
W niniejszym protokole czas i kolejność prezentacji bodźców eksperymentalnych uczestnikom oraz sposób gromadzenia pozycji oka przez komputer nadrzędny są programowane za pomocą Experiment Builder, oprogramowania opracowanego specjalnie przez SR Research Ltd w celu komunikacji z komputerem sterującym eye trackerem. Prezentacja bodźców może być jednak przeprowadzona również za pomocą innych programów (np. Presentation, Neurobehavioral Systems; Albany, CA). Konwersja danych o ruchach gałek ocznych na serię zdarzeń fiksacji i sakad, które są zsynchronizowane czasowo z prezentacją bodźca (lub innym zdarzeniem zewnętrznym), odbywa się za pomocą komputera nadrzędnego i może być analizowana w programie Data Viewer opracowanym przez SR Research Ltd; niemniej jednak do wyznaczenia wymaganych parametrów ruchów gałek ocznych można wykorzystać również inne programy. W tym przypadku detekcja fiksacji i sakad zależy od parsera online, który rozdziela surowe próbki ruchów oczu na znaczące stany (sakady, mrugnięcia i fiksacje). Jeśli prędkość dwóch następujących po sobie próbek ruchu oka przekracza 2 stopnie na sekundę na dystansie 0.1°, próbki te są klasyfikowane jako sakada. Jeśli źrenica jest niewidoczna przez 3 lub więcej próbek, aktywność oka w strumieniu danych jest oznaczana jako mrugnięcie. Aktywność niebędąca sakadą ani mrugnięciem jest uznawana za fiksację.

Procedury okulografii.
Poniżej szczegółowo opisujemy procedury pozyskiwania zapisów ruchów gałek ocznych dla każdego uczestnika.
<ol>
<li>	Zgoda. Przed przygotowaniem uczestników prezentowana jest im opaska z okularym eye-trackery. Eksperymentator wyjaśnia uczestnikom, że pozycja głowy i oczu jest monitorowana za pomocą kamer znajdujących się w opasce.</li>

<li>	W przypadku danego paradygmatu eksperymentalnego uczestnicy siedzą w stałej odległości od monitora, aby zachować ten sam kąt widzenia u wszystkich badanych.</li>

<li>	Konfiguracja kamer eyetrackera. Hełm eytrackera zostaje dopasowany tak, aby ściśle przylegał do głowy i nie przemieszczał się, lecz nie powodował dyskomfortu. Hełm jest dalej regulowany w taki sposób, aby kamera głowowa mogła wysyłać promieniowanie podczerwone do markerów zewnętrznych znajdujących się na monitorze wyświetlacza. Każda z kamer oka jest osadzona na oddzielnym ramieniu wysuniętym z hełmu, co umożliwia regulację we wszystkich osiach. Kamery oka są rozmieszczone tuż poniżej i lekko oddalone od każdego oka, w sposób niezasłaniający uczestnikowi widoku monitora wyświetlacza (patrz Rysunek 1). Ostrość kamer jest ustawiana tak, aby uzyskać wyraźny i stabilny obraz źrenicy oraz odblasków rogówkówki. Panele stanu w komputerze sterującym wskazują, czy obraz źrenicy i odblasków rogówki są rejestrowane. Próg podświetlenia można dostosować, aby uzyskać najstabilniejszy zapis źrenicy i odblasków rogówki. Następnie eksperymentator wybiera odpowiedni paradygmat eksperymentalny i nadaje nazwę plikowi dla nadchodzących zapisów ruchów gałek ocznych. 
<img src="/files/ftp_upload/2108/2108fig1.jpg" alt="Układ eksperymentu eyetrackingowego z urządzeniem mocowanym na głowie i interfejsem komputerowym do analizy wizualnej." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> Rycina 1. Przykład nałożonego na głowę eyetrackera wideo (po lewej) oraz monitora i komputera sterującego (po prawej). Należy zwrócić uwagę, że monitor wyświetlany przed uczestnikiem pokazuje położenie źrenicy (niebieska kropka z celownikiem) i odbicia rogówkowego (żółta kropka z celownikiem), co ułatwia konfigurację kamery.</li>
<li>	Kalibracja. Aby uzyskać dokładne zapisy pozycji oka na monitorze, po konfiguracji kamery uruchamia się procedurę kalibracji. Podczas procedury kalibracji uczestnicy otrzymują polecenie patrzenia na serię punktów odniesienia pojawiających się w różnych miejscach na wyświetlaczu. Zazwyczaj wykorzystuje się dziewięć lokalizacji punktów odniesienia, jednak kalibrację można przeprowadzić przy użyciu nawet trzech takich punktów. Na podstawie tych dziewięciu zarejestrowanych lokalizacji można interpolować pozycję oka w dowolnym punkcie ekranu.</li>

<li>	Walidacja. Po kalibracji stosowana jest procedura walidacji w celu sprawdzenia dokładności rejestracji ruchów gałek ocznych. Uczestnik ponownie fiksuje te same dziewięć lokalizacji celów, a następnie obliczana jest różnica między bieżącą pozycją fiksacji a poprzednio zarejestrowaną pozycją fiksacji. Jeśli średnia dokładność rejestracji pozycji dla jednego (lub obu) oczu przekracza dopuszczalne poziomy (średni błąd &lt; 0.5° or maksymalny błąd w dowolnym punkcie &lt; 1.0°), ponownie przeprowadza się procedury kalibracji i walidacji. Po zaakceptowaniu poziomów dokładności badacz może określić, czy rejestracja ruchów gałek ocznych powinna być monokularna czy binokularna. W przypadku rejestracji monokularnej badacz może wskazać oko, z którego mają być rejestrowane dane, lub komputer sterujący może automatycznie wybrać oko o niższym średnim i maksymalnym błędzie. Choć kalibracja i walidacja mogą odbywać się przy niewielkich ruchach głowy, korzystne jest, aby uczestnicy siedzieli tak nieruchomo, jak to możliwe. Uczestnicy otrzymują również instrukcję, aby nie antycypować nadchodzących lokalizacji celów, lecz przemieszczać wzrok i świadomie fiksować go na celach dopiero w momencie ich pojawienia się oraz utrzymywać fiksację na celu aż do jego zniknięcia.</li>

<li>	Paradygmat eksperymentalny. Uczestnikowi prezentowane są instrukcje właściwe dla danego paradygmatu (np. „Proszę swobodnie oglądać każde z poniższych zdjęć”), a następnie rozpoczyna się rejestrację danych dla danej sesji.</li>

<li>	Korekcja dryftu. Przed rozpoczęciem każdego bodźca eksperymentalnego można przeprowadzić korekcję dryftu, prosząc uczestników o patrzenie na centralny punkt fiksacji przy jednoczesnym naciskaniu przycisku na joypadzie lub klawiaturze w celu zatwierdzenia pozycji fiksacji. W przypadku zastosowania korekcji dryftu próba nie rozpocznie się, dopóki uczestnik nie ustali pomyślnie fiksacji w centralnym obszarze fiksacji w ramach 2.0° punktu centralnego celu. Jeśli uczestnik konsekwentnie fiksuje wzrok powyżej 2.0°uczestnik musi ponownie przejść procedury kalibracji i walidacji. Każda różnica mniejsza niż 2.0° Różnica między zarejestrowaną pozycją oka a początkową pozycją fiksacji uzyskaną podczas pomiarów kalibracyjnych/walidacyjnych jest następnie odnotowywana jako błąd i uwzględniana w danych.</li>

<li>	Prezentacja bodźca. Pozycję oka, w tym zdarzenia fiksacyjne i sakadyczne, rejestruje się po przeprowadzeniu procedur korekcji dryfu dla każdej prezentacji bodźca. Eksperymentator może monitorować dokładność rejestracji w czasie rzeczywistym, dokonując inspekcji na komputerze głównym.</li>

<li>	Po zakończeniu sesji rejestracji ruchów gałek ocznych, za pomocą różnych pakietów oprogramowania, takich jak Data Viewer firmy SR Research Ltd, można wyznaczyć miary charakteryzujące wzorce skanowania podczas ruchów gałek ocznych dla różnych typów obrazów (np. nowych, powtarzanych). Ponadto analizę patrzenia na konkretne obszary bodźca (np. niezmienione, zmodyfikowane) można przeprowadzić poprzez analizę ruchów gałek ocznych w odniesieniu do wyznaczonych przez eksperymentatora obszarów zainteresowania (regions of interest), które są tworzone dla każdego obrazu albo na etapie programowania paradygmatu, albo po zebraniu danych.</li>

<li>	Po zakończeniu sesji uczestnicy zostali poinformowani o celu eksperymentu.</li>
</ol>

Reprezentatywne wyniki
Z rejestracji ruchów gałek ocznych można wyprowadzić wiele miar, w tym wskaźniki opisujące ogólne oglądanie obrazu (w tym charakterystykę każdego utrwalenia wzroku/sakady) oraz miary opisujące wzorzec oglądania skierowany na konkretny obszar zainteresowania w obrębie obrazu 3. Miary ogólnego oglądania obrazu mogą obejmować (między innymi): liczbę utrwaleń wzroku i liczbę sakad wykonanych na obrazie, średni czas trwania każdego utrwalenia oraz całkowity czas oglądania poświęcony na fiksację obrazu. Miary opisujące wzorzec oglądania konkretnego obszaru zainteresowania mogą obejmować (między innymi): liczbę utrwaleń wzroku w obszarze zainteresowania, czas spędzony w obszarze zainteresowania oraz liczbę przejść do obszaru zainteresowania lub z niego. Ponadto z rejestracji ruchów gałek ocznych można wyprowadzić miary określające czas (tj. jak wcześnie) wystąpienia konkretnego zdarzenia ruchowego, takie jak moment utrwalenia wzroku na określonym obszarze zainteresowania po pojawieniu się bodźca, moment wykonania pierwszej sakady na obrazie oraz entropię (stopień ograniczenia/losowości) właściwą dla sekwencji wzorców ruchów gałek ocznych.

W przypadku każdego obrazu pomiary ruchów gałek ocznych mogą szczegółowo określić, gdzie wzrok był utrwalony, kiedy i jak długo. Aby uzyskać wskaźnik pamięci, możemy poddać obserwatorów różnym typom lub ilościom ekspozycji na odmienne zestawy obrazów, a następnie porównać wzorce oglądania między tymi zestawami oraz między uczestnikami. Na przykład, aby zbadać pamięć dotyczącą powtórzenia obrazu, można zestawić wzorce skanowania obrazów nowych z obrazami, które były oglądane wielokrotnie w trakcie sesji testowej. Wielokrotne oglądanie obrazów w trakcie sesji testowej prowadzi do zmniejszenia całkowitego czasu oglądania obrazu 2, 4-5, 8. Można to zaobserwować na Rysunku 2. W tym reprezentatywnym wyniku z pracy Riggs i wsp. 1 uczestnicy oglądali nowe zdjęcia twarzy raz w każdym z pięciu bloków testowych; wraz ze wzrostem ekspozycji zmniejszała się liczba fiksacji, które obserwatorzy kierowali na twarze. Aby zbadać pamięć dotyczącą szczegółów obrazu, można zestawić wzorce skanowania obrazów, które były wielokrotnie oglądane w ich oryginalnej, niezmienionej formie (obrazy powtórzone), z obrazami, które były analogicznie oglądane wielokrotnie w trakcie sesji testowej, ale podczas ostatniej ekspozycji wprowadzono zmianę w niektórych elementach sceny (obrazy manipulowane). W takich przypadkach wzorce skanowania są w różny sposób przyciągane do obszaru, który został zmieniony w obrazie manipulowanym, w porównaniu z tym samym, niezmienionym obszarem w obrazach powtórzonych 2-3, 7-8. Jednakże takie wskaźniki pamięci oparte na ruchach gałek ocznych nie występują w niektórych populacjach, na przykład gdy ocenia się pamięć relacji przestrzennych między obiektami w scenach u zdrowych osób starszych oraz u pacjentów z amnezją spowodowaną uszkodzeniem przyśrodkowego płata skroniowego, co przedstawiono na Rysunku 3 2, 8. Zatem wyniki monitorowania ruchów gałek ocznych mogą być wykorzystywane do kontrastowania pamięci w grupach uczestników o różnym stanie neuropsychologicznym 2-3, 8-10.

 <img src="/files/ftp_upload/2108/2108fig2.jpg" alt="Trend spadkowy fiksacji; wykres liniowy; analiza danych; wizualne badanie behawioralne; porównanie bloków." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rycina 2. Ruchy gałek ocznych ujawniają pamięć o powtórzeniu. W tym reprezentatywnym wyniku z naszego laboratorium [11] uczestnicy oglądali twarze w ciągu 5 bloków badawczych; wraz ze wzrostem liczby wyświetleń (od 1 do 5), liczba fiksacji na twarzach uległa zmniejszeniu.
 <img src="/files/ftp_upload/2108/2108fig3.jpg" alt="Wykres słupkowy porównujący proporcje fiksacji w różnych grupach wiekowych i warunkach: nowym, powtórzonym oraz zmodyfikowanym." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 3"> 
Rysunek 3. Ruchy gałek ocznych ujawniają pamięć o zmienionych szczegółach. Młodzi dorośli [2 (eksperymenty 1, 2), 8 (warunek swobodnego oglądania)] kierowali większą proporcję całkowitych fiksacji wzroku na krytyczny obszar w manipulowanym obrazie, który uległ zmianie w porównaniu z poprzednim oglądaniem, niż w przypadku, gdy obszar ten nie uległ zmianie, jak ma to miejsce w obrazach nowych i powtarzanych. Takie efekty pamięciowe nie wystąpiły u zdrowych starszych dorosłych [8 (warunek swobodnego oglądania)] oraz u pacjentów z amnezją [2].

<ol><li>Bradfield, A. L., Wells, G. L., Olsen, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+damaging+effect+of+confirming+feedback+on+the+relation+between+eyewitness+certainty+and+identification+accuracy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Psychol%22%5BJournal%5D)">The damaging effect of confirming feedback on the relation between eyewitness certainty and identification accuracy.</a> J. Appl. Psychol. 87 (1), 112-120 (2002).</li>
<li>Ryan, J. D., Althoff, R. R., Whitlow, S., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amnesia+is+a+deficit+in+relational+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Psych.+Sci%22%5BJournal%5D)">Amnesia is a deficit in relational memory.</a> Psych. Sci. 11 (6), 454-461 (2000).</li>
<li>Ryan, J. D., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+nature+of+change+detection+and+online+representations+of+scenes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Psych.+Hum.+Percept.+Perfor%22%5BJournal%5D)">The nature of change detection and online representations of scenes.</a> J. Exp. Psych. Hum. Percept. Perfor. 30, 98-1015 (2004).</li>
<li>Althoff, R. R., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eye-movement-based+memory+effect%3A+a+re-processing+effect+in+face+perception%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Psychol.+Learn+Mem.+Cog%22%5BJournal%5D)">Eye-movement-based memory effect: a re-processing effect in face perception.</a> J. Exp. Psychol. Learn Mem. Cog. 25 (4), 997-1010 (1999).</li>
<li>Heisz, J. J., Shore, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((More+efficient+scanning+for+familiar+faces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis%22%5BJournal%5D)">More efficient scanning for familiar faces.</a> J. Vis. 8 (1), 1-10 (2008).</li>
<li>Parker, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Picture+processing+during+recognition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Psych.+Hum.+Percept.+Perfor%22%5BJournal%5D)">Picture processing during recognition.</a> J. Exp. Psych. Hum. Percept. Perfor. 4, 284-293 (1978).</li>
<li>Hollingworth, A., Williams, C. C., Henderson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((To+see+and+remember%3A+Visually+specific+information+is+retained+in+memory+from+previously+attended+objects+in+natural+scenes%5BTitle%5D)+AND+%22Psychon+Bull.+Rev%22%5BJournal%5D)">To see and remember: Visually specific information is retained in memory from previously attended objects in natural scenes.</a> Psychon Bull. Rev. 8, 761-768 (2001).</li>
<li>Ryan, J. D., Leung, G., Turk-Browne, N. B., Hasher, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+age-related+changes+in+inhibition+and+binding+using+eye+movement+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Assessment of age-related changes in inhibition and binding using eye movement monitoring.</a> Psychol. Aging. 22 (2), 239-250 (2007).</li>
<li>Hannula, D. E., Ryan, J. D., Tranel, D., Cohen, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+onset+relational+memory+effects+are+evident+in+eye+movement+behavior%2C+but+not+in+hippocampal+amnesia%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cog.+Neuro%22%5BJournal%5D)">Rapid onset relational memory effects are evident in eye movement behavior, but not in hippocampal amnesia.</a> J. Cog. Neuro. 19 (10), 1690-1705 (2007).</li>
<li>Bate, S., Haslam, C., Tree, J. J., Hodgson, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+of+an+eye+movement-based+memory+effect+in+congenital+prosopsagnosia%5BTitle%5D)+AND+%22Cortex%22%5BJournal%5D)">Evidence of an eye movement-based memory effect in congenital prosopsagnosia.</a> Cortex. 44 (7), 806-819 (2008).</li>
<li>Riggs, L., McQuiggan, D., Chan, J., Anderson, A. K., Ryan, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emotion-+modulated+viewing+of+faces+by+association%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Emotion- modulated viewing of faces by association.</a> , Forthcoming Forthcoming.</li>
<li>Kramer, A. F., McCarley, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oculomotor+behaviour+as+a+reflection+of+attention+and+memory+processes%3A+Neural+mechanisms+and+applications+to+human+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Theor.+Issues+Ergon.+Sci%22%5BJournal%5D)">Oculomotor behaviour as a reflection of attention and memory processes: Neural mechanisms and applications to human factors.</a> Theor. Issues Ergon. Sci. 4 (1), 21-55 (2003).</li>
</ol>

Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.

Monitorowanie ruchów gałek ocznych jest wydajnym i użytecznym narzędziem służącym do oceny funkcji pamięci w różnych grupach populacyjnych. Niniejszy protokół opisuje zastosowanie zamontowanego na głowie eyetrackera wideo, jednak procedurę można łatwo dostosować do urządzeń do zdalnego śledzenia wzroku, ponieważ eyetrackery zdalne eliminują konieczność dopasowania kasku i upraszczają regulację kamer. Jednak w przypadku zdalnego eyetrackera ruchy głowy muszą być ograniczone, aby zachować dokładność zapisów ruchów oczu. Pr...

A correction was made to <a href="http://www.jove.com/index/details.stp?id=2108">Eye Movement Monitoring of Memory</a>. There was an error in the author, Douglas A. McQuiggan's, name. The author's name has been corrected to:
Douglas A. McQuiggan
instead of:
Doug McQuiggan

A correction to an author's name has been made for the article Eye Movement Monitoring of Memory.

Erratum: Eye Movement Monitoring of Memory

<table><tbody ><tr ><td>Eye tracker</td><td>SR Research Ltd.</td><td>Eyelink II</td><td></td></tr ><tr ><td>Oprogramowanie do kontroli eksperymentu</td><td>SR Research Ltd.</td><td>Experiment Builder</td><td></td></tr ><tr ><td>Program do analizy ruchów gałek ocznych</td><td>SR Research Ltd.</td><td>Data Viewer</td><td></td></tr ></tbody></table>

monitorowanie ruchów gałek ocznych w badaniach pamięci

Eye Movement Monitoring of Memory

Wyraźne (często werbalne) relacje są zwykle stosowane do badania pamięci (np. „Powiedz mi, co pamiętasz o osobie, którą widziałeś wczoraj w banku.”), jednak takie relacje mogą być często niezawodne lub podatne na błędy odpowiedzi1, a mogą być niedostępne w przypadku niektórych grup uczestników. Co więcej, jawne relacje ujawniają jedynie moment, w którym informacja osiągnęła świadomość, i nie pozwalają określić, kiedy wspomnienia były przetwarzane, niezależnie od tego, czy informacja była później świadomie przetwarzana. Monitorowanie ruchów oczu (śledzenie oczu) dostarcza narzędzia umożliwiającego zbadanie pamięci bez pytania uczestników o treść ich wspomnień, a dostęp do takich wspomnień może być ujawniony na bieżąco2,3. Systemy eye-trackingowe oparte na wideo (głowowe lub zdalne) wykorzystują zestaw kamer i markerów podczerwonych do analizy źrenicy oraz odbicia rogówki w każdym oku, gdy uczestnik obserwuje ekran monitora. W przypadku systemów głowowych markery podczerwieni służą również do określenia pozycji głowy, co pozwala na jej ruch i bardziej precyzyjne lokalizowanie pozycji oka. W niniejszym opracowaniu prezentujemy zastosowanie głowowego systemu eye-trackingowego do badania wydolności pamięci u dorosłych z zachowaną funkcją neurologiczną oraz u osób z uszkodzeniami neurologicznymi. Procedury monitorowania ruchów oczu rozpoczynają się od założenia urządzenia eye-trackingowego na uczestnika oraz ustawienia kamer rejestrujących głowę i oczy. Przeprowadza się kalibrację i walidację, aby zapewnić dokładność rejestracji pozycji oka. Następnie rzeczywiste w czasie rzeczywistym zapisy pozycji współrzędnych X,Y na ekranie są przetwarzane i wykorzystywane do opisu okresów, w których oko pozostaje nieruchome (tzw. fiksacje) w porównaniu z okresami ruchu (tzw. skoki sakkadowe). Fiksacje i skoki sakkadowe są zsynchronizowane czasowo z momentem pojawienia się lub zniknięcia bodźca wizualnego albo z innym zdarzeniem zewnętrznym (np. naciśnięciem przycisku). Manipulacje eksperymentalne są projektowane w celu zbadania, w jaki sposób i kiedy wzorce fiksacji i skoków sakkadowych zmieniają się pod wpływem różnego rodzaju wcześniejszego doświadczenia. Wpływ pamięci ujawnia się w stopniu, w jakim wzorce skanowania nowych obrazów różnią się od wzorców skanowania obrazów, które były wcześniej prezentowane2, 4-5. Pamięć można również badać pod kątem jej specyficzności; na przykład różnice w wzorcach ruchów oczu między identyczną a zmienioną wersją wcześniej przeanalizowanego obrazu ujawniają przechowywanie zmienionego szczegółu w pamięci2-3, 6-8. Te wskaźniki pamięci mogą być porównywane między różnymi populacjami uczestników, stanowiąc tym samym potężne narzędzie do badania organizacji pamięci u osób zdrowych oraz konkretnych zmian zachodzących w pamięci na skutek uszkodzenia neurologicznego lub jej upośledzenia2-3, 8-10.

Monitorowanie ruchów gałek ocznych (lub eyetracking) pozwala określić, w których obszarach przestrzeni wzrok zatrzymuje się, kiedy i na jak długo. W niniejszym materiale demonstrujemy, w jaki sposób eyetracking może być wykorzystany do badania sprawności pamięci w wielu grupach uczestników, bez konieczności uzyskiwania raportów werbalnych lub innych form jawnych odpowiedzi.

Monitorowanie ruchów gałek ocznych w badaniach pamięci

Do badania pamięci zazwyczaj wykorzystuje się raporty jawne (często werbalne) (np. „Opisz, co pamiętasz o osobie, którą widziałeś w banku...

Niniejszy film prezentuje procedurę monitorowania ruchów gałek ocznych podczas oglądania obrazów przez uczestników. W pierwszej kolejności uczestnikowi zakłada się kask z okulografem, a następnie reguluje się ustawienie kamer tak, aby znajdowały się one bezpośrednio pod każdym okiem. Kamery są ustawiane w sposób umożliwiający uzyskanie odbić od źrenicy i rogówki.Poprzez nakazanie uczestnikowi fiksacji wzroku na serii celów, ruchy gałek ocznych są kalibrowane i walidowane. Analiza zmian w ruchach oczu oraz wzorcach skanowania pozwala wykazać, że szczegóły dotyczące wcześniej oglądanych obrazów zostały zapisane w pamięci. Dzień dobry, jestem dr Jennifer Ryan, starszy naukowiec w Instytucie Badawczym Rotmana w Baycrest w Toronto. Dzisiaj chcielibyśmy zaprezentować Państwu nasz protokół monitorowania ruchów gałek ocznych w badaniu pamięci.Ta metoda może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania z dziedziny pamięci, takie jak moment przywoływania wspomnień oraz to, jakie szczegóły są zachowane w tych reprezentacjach. Do monitorowania ruchów gałek ocznych podczas eksperymentów nad integralnością pamięci wykorzystuje się system śledzenia wzroku iLink two. Ten montowany na głowie tracker oparty na systemie wideo rejestruje pozycję oka w układzie współrzędnych XY przy częstotliwości próbkowania 500 lub 250 hertz, z rozdzielczością przestrzenną poniżej 0,1 stopnia.Jedna kamera służy do monitorowania pozycji głowy poprzez przesyłanie markerów podczerwieni do czujników umieszczonych w czterech narożnikach monitora wyświetlacza, na który patrzą uczestnicy. Dwie dodatkowe kamery zamontowane na opasce na głowę, umiejscowione pod każdym z oczu, oraz iluminatory podczerwieni są wykorzystywane do rejestracji odbić źrenicznych i rogówkowych; pozycja oka może być określana na podstawie odbić źrenicznych i rogówkowych lub wyłącznie na podstawie źrenicy. Wyściełana opaska eyetrackera może być regulowana w dwóch płaszczyznach, aby komfortowo dopasować się do rozmiaru głowy dorosłego uczestnika; eyetracker jest kompatybilny z większością okularów i soczewek kontaktowych. Do rejestracji ruchów gałek ocznych wykorzystuje się dwa komputery PC, z czego jeden pełni funkcję komputera wyświetlającego, który prezentuje uczestnikom ekrany kalibracyjne, niezbędne instrukcje do zadania oraz obrazy wykorzystywane w paradygmacie eksperymentalnym.Komputer główny oblicza w czasie rzeczywistym pozycję spojrzenia i rejestruje dane o ruchach oczu, a także wszelkie odpowiedzi uczestników w postaci naciśnięć przycisków lub klawiatury. Program komputerowy Experiment builder służy zarówno do prezentowania uczestnikom bodźców eksperymentalnych, jak i do programowania sposobu zbierania pozycji przez komputer główny. Program komputerowy data viewer jest wykorzystywany do charakteryzacji ruchów oczu podczas rejestracji.Przejdźmy teraz do konfiguracji i przeprowadzenia eksperymentu z wykorzystaniem eyetrackingu. Wybierz odpowiedni paradygmat eksperymentalny na komputerze sterującym i nadaj nazwę plikowi dla nadchodzących zapisów ruchów gałek ocznych. W ramach przygotowania do eksperymentu, posadź uczestnika w stałej odległości od monitora, aby zachować ten sam kąt widzenia w trakcie badania.Uczestnicy dopasowują kask okulograficzny tak, aby przylegał ściśle i był mało podatny na przemieszczanie się, ale nie powodował dyskomfortu wokół głowy. Następnie należy ustawić kask w taki sposób, aby kamera głowowa mogła kierować podczerwone oświetlenie na markery zewnętrzne znajdujące się na monitorze wyświetlacza. Każda z kamer okularowych jest osadzona na oddzielnych prętach wysuniętych z kasku, co umożliwia regulację w każdej z osi.Umieść kamery do śledzenia oczu bezpośrednio pod każdym okiem i lekko z boku, tak aby nie zasłaniać uczestnikowi widoku monitora. Ustaw ostrość kamer, aby uzyskać wyraźny i stabilny obraz źrenicy oraz odbić rogówkowych. Panele stanu na komputerze głównym wskazują, w których miejscach rejestrowane są odbicia źrenicy i rogówki.Dostosuj próg oświetlenia, aby uzyskać najstabilniejszy zapis odblasków źrenicy i rogówki. Po skonfigurowaniu kamer w celu uzyskania dokładnych zapisów pozycji oka na monitorze wyświetlacza, rozpocznij procedurę kalibracji. Poproś uczestnika o patrzenie na serię punktów docelowych pojawiających się w różnych miejscach na wyświetlaczu.Zazwyczaj wykorzystuje się dziewięć punktów docelowych, przy czym punkt centralny jest powtarzany dwukrotnie, jednak kalibracja może zostać przeprowadzona przy użyciu nawet trzech punktów docelowych. Na podstawie zapisanych lokalizacji można zinterpolować pozycję oka w dowolnym punkcie ekranu.Po kalibracji przeprowadza się procedurę walidacji w celu sprawdzenia dokładności rejestracji ruchów gałek ocznych. Uczestnikowi ponownie prezentuje się te same dziewięć lokalizacji celów do fiksacji, a następnie oblicza się różnicę między aktualną pozycją fiksacji a wcześniej zarejestrowaną pozycją fiksacji.Jeśli średnia dokładność rejestracji pozycji dla jednego lub obu oczu przekracza błąd 0,5 stopnia, procedury kalibracji i walidacji są powtarzane. Dobrze, teraz przeprowadzimy kalibrację i walidację; chcę tylko zaznaczyć, że lekkie ruchy głową są dopuszczalne, ale w pozostałej części eksperymentu prosimy o pozostanie w bezruchu w możliwie największym stopniu. Czy to jest w porządku?Tak. Idealnie. Dobrze, zacznijmy zatem. Konwersja danych o ruchach gałek ocznych na serię zdarzeń fiksacji i sakkad, które są zsynchronizowane czasowo, odbywa się poprzez prezentację bodźca sterowaną z komputera gospodarza i może być analizowana za pomocą programu do przeglądania danych Data Viewer. W tym przypadku detekcja fiksacji i sakkad zależy od parsera online, który rozdziela surowe próbki ruchów gałek ocznych na znaczące stany.Jeśli prędkość dwóch kolejnych próbek ruchu oka przekracza 22 stopnie na sekundę na dystansie 0,1 stopnia, próbki te są oznaczane jako karta SEC. W przypadku braku źrenicy w trzech lub więcej próbkach, aktywność oka w strumieniu danych jest oznaczana jako mrugnięcie. Aktywność niebędąca kartą SEC ani mrugnięciem jest uznawana za fiksację. Przeglądanie konkretnych obszarów bodźca można scharakteryzować poprzez analizę ruchów oka w odniesieniu do eksperymentalnie wyznaczonych obszarów zainteresowania (regions of interest), które są tworzone dla każdego obrazu, albo na etapie programowania paradygmatu, albo po zebraniu danych.Teraz zaprezentujemy reprezentatywne wyniki śledzenia ruchu gałek ocznych w celu zbadania pamięci dla pojedynczego obrazu. Stopień, w jakim oczy poruszają się po obrazie podczas każdego wyświetlania, jest mierzony za pomocą reprezentatywnych wyników liczby fiksacji wzroku na twarzach. Jak pokazano tutaj, twarze były oglądane raz w każdym z pięciu bloków.Z biegiem czasu obserwuje się spadek liczby fiksacji skierowanych na twarze, które były powtarzane w trakcie eksperymentu w celu zbadania pamięci dla szczegółów w obrębie obrazu. W tych reprezentatywnych wynikach zestawiono oglądanie obrazów zmienionych oraz obrazów, które nie zostały zmodyfikowane. Większa proporcja fiksacji oka jest skierowana na obszar, który uległ zmianie w scenach manipulowanych, w porównaniu do obszaru niezmienionego w przypadku scen nowych oraz scen powtarzanych.Ten wzrost czasu oglądania odzwierciedla pamięć o tym, co pierwotnie znajdowało się w zmienionym obszarze. Taki wzrost uwagi skierowanej na zmieniony region obserwuje się wyłącznie u młodszych dorosłych; zazwyczaj nie występuje on u osób starszych oraz u pacjentów z amnezją, którzy zgłaszają problemy z pamięcią. Technika ta utorowała drogę badaczom w dziedzinie psychologii i neuronauk poznawczych do eksploracji funkcji poznawczych, takich jak pamięć, w wielu grupach uczestników, w tym u osób z uszkodzeniami mózgu lub innymi chorobami neurodegeneracyjnymi.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Monitoring ruchów oczu pamięci

Kontrolę neuronalną oraz procesy poznawcze można badać poprzez ruchy gałek ocznych. Oprogramowanie VisualEyes umożliwia operatorowi niezależne programowanie bodźców na dwóch ekranach komputera przy użyciu prostego, niestandardowego języka skryptowego. System może stymulować tandemowe ruchy oczu (sakady i pościg płynny), ruchy przeciwstawne (wergencję) lub dowolną ich kombinację.

VisualEyes: modularny system oprogramowania do eksperymentów okulomotorycznych

Niniejszy artykuł opisuje, jak używać metodologii śledzenia ruchu gałek ocznych do badania procesów poznawczych związanych ze zrozumieniem tekstu. Dołączono opisy sprzętu do śledzenia ruchu gałek ocznych, sposób opracowywania bodźców eksperymentalnych oraz zalecenia proceduralne. Przedstawione informacje można zastosować do większości badań z wykorzystaniem bodźców werbalnych.

Wykorzystanie ruchów gałek ocznych do oceny procesów poznawczych związanych ze zrozumieniem tekstu

Prezentujemy protokół używany do odkrycia interaktywnego wpływu między snem a kortyzolem na konsolidację pamięci, szczególnie w przypadku negatywnych obrazów pobudzających. W szczególności projekt eksperymentalny wykorzystuje śledzenie oczu, analizę kortyzolu w ślinie i testowanie pamięci behawioralnej – metody, które można stosować zarówno u uczestników zdrowych, jak i klinicznych.

Śledzenie ruchu gałek ocznych, kortyzol i opóźnienie konsolidacji snu i czuwania: połączenie metod w celu odkrycia interaktywnego wpływu snu i kortyzolu na pamięć

Deficyty poznawcze są powszechne u około jednej trzeciej pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym, stanem neurologicznym prowadzącym do postępującego upośledzenia mowy i zdolności ruchowych. Aby przeprowadzić testy poznawcze u pacjentów, którzy nie są w stanie mówić ani pisać, opracowano niezawodny i łatwy do przeprowadzenia paradygmat śledzenia wzroku.

Kontrola okulologiczna w celu oceny funkcji poznawczych u pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym

Artykuł opisuje praktyczną metodę rejestrowania poziomych ruchów gałek ocznych z dużą dokładnością za pomocą elektro-okulogram u pacjentów neurologicznych, przy użyciu elektrody kubkowej Ag-AgCl z szerokim plastikowym prążkiem. Stabilny pomiar wymaga odpowiedniego doboru i zamocowania elektrod, poświęcenia wystarczającej ilości czasu na adaptację światła i ponownej kalibracji w razie potrzeby.

Dokładne rejestrowanie wyników sakkad poziomych u pacjentów neurologicznych za pomocą elektrookulogramu

Metoda została zaprojektowana w celu zbadania roli hamowania powrotu (IOR) w regresyjnych ruchach gałek ocznych podczas czytania. Nacisk kładziony jest na rozróżnienie między regresjami wywołanymi w wyniku trudności ze zrozumieniem a tymi wywołanymi błędem okoruchowym, w tym na roli IOR w tych dwóch typach regresji.

Śledzenie ruchu gałek ocznych w celu rozróżnienia regresywnych ruchów gałek ocznych opartych na rozumieniu i okoruchowych podczas czytania

Opisujemy metodę przeprowadzania nagrań pojedynczych neuronów z jednoczesnym śledzeniem ruchu gałek ocznych u ludzi. Pokazujemy użyteczność tej metody i ilustrujemy, w jaki sposób wykorzystaliśmy to podejście do uzyskania neuronów w ludzkim przyśrodkowym płacie skroniowym, które kodują cele wyszukiwania wzrokowego.

Jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką u ludzi

Tutaj prezentujemy protokół do badania związku między parametrami ruchu gałek ocznych a funkcjami poznawczymi u pacjentów z chorobą Parkinsona bez demencji. W eksperymencie wykorzystano urządzenie śledzące ruch gałek ocznych do pomiaru amplitudy sakkady i czasu fiksacji w zadaniu wyszukiwania wizualnego. Następnie zmierzono korelację z wydajnością w wielodomenowych zadaniach poznawczych.

Charakterystyka związku między parametrami ruchu gałek ocznych a funkcjami poznawczymi u pacjentów z chorobą Parkinsona bez otępienia ze śledzeniem ruchu gałek ocznych

Badanie proponuje model aktywacji-dopasowania, aby zbadać, w jaki sposób samotność jest łagodzona, gdy samotna publiczność ogląda filmy z zaporą racjonalnych i emocjonalnych apeli. Protokół wykorzystuje śledzenie ruchu gałek ocznych do dokumentowania czasu trwania i fiksacji, uwzględniając stopień zadowolenia, gdy potrzeby emocjonalne są zaspokajane przez treść i zaporę.

Samotność złagodzona: śledzenie wzroku publiczności oglądającej filmy z zaporą

Prezentowany tutaj jest protokół oceny obuocznych ruchów gałek ocznych i kontrolowanych przez spojrzenie badań przesiewowych centralnego pola widzenia u uczestników z utratą widzenia centralnego.

Ocena obuocznego centralnego pola widzenia i obuocznych ruchów gałek ocznych w warunkach widzenia dychoptycznego

Poznaj metodę śledzenia ruchów gałek ocznych do oceny integralności pamięci za pomocą nagłownego systemu eye-tracking. Ta technika umożliwia badanie procesów poznawczych bez konieczności werbalnego raportowania.

Monitorowanie ruchów gałek ocznych w badaniach pamięci

Przeglądaj więcej filmów