VisualEyes: modularny system oprogramowania do eksperymentów okulomotorycznych

Ogólnym celem tej procedury jest umożliwienie eksperymentatorowi wygenerowania zestawu bodźców wizualnych przy użyciu systemu wizualizacji oka w celu przeprowadzenia badania okulomotorycznego. W pierwszej kolejności system wizualizacji oka musi zostać skalibrowany poprzez przeliczenie wartości pikseli na stopnie przy użyciu pomiarowych punktów odniesienia. Drugim krokiem jest zdefiniowanie pozycji początkowych i końcowych bodźców dla lewego i prawego oka poprzez zapisanie bodźców w bibliotece przed sesją eksperymentalną.

Na koniec na badanym zostaje umieszczony monitor ruchów gałek ocznych i uruchamiany jest skrypt eksperymentalny w celu zarejestrowania odpowiedzi w postaci ruchów oczu. W rezultacie można uzyskać dane ukazujące przebiegi pozycji i prędkości ruchów gałek ocznych. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak oprogramowanie komercyjne, jest możliwość konfigurowania przez operatora dowolnych bodźców wizualnych do przeprowadzenia każdego rodzaju eksperymentów z zakresu motoryki ocznej.

Procedurę tę demonstruje doktorant z mojego laboratorium, Kim. Do tego systemu można wykorzystać dowolny typ monitora ruchów gałek ocznych. W tej demonstracji do śledzenia ruchów tandemowych, takich jak ruchy sakadowe lub płynne podążanie, zostanie użyty system monitorowania wideo i śledzenia limbusa.

Do wyświetlania bodźców wizualnych w celu badania przeciwstawnych ruchów gałek ocznych, takich jak wersje, lub interakcji wersji z ruchami tandemowymi, można wykorzystać pojedynczy komputer. Do prezentacji wizualnej wymagany jest haploskop z dwoma monitorami komputerowymi. W pierwszej kolejności niezbędna jest kalibracja w celu przeliczenia jednego zestawu miar na inny, ponieważ ruchy gałek ocznych są zazwyczaj określane w stopniach obrotu.

Podczas gdy monitory komputerowe wykorzystują wartości pikseli, można zastosować trygonometrię do obliczenia miejsca rozmieszczenia fizycznych celów w celu kalibracji wyświetlaczy wizualnych. Na przykład, jeśli bodziec na ekranie komputera pokrywa się z fizycznym celem pod kątem dwóch stopni, to ta wartość piksela odpowiada bodźcowi o wartości dwóch stopni. Aby skalibrować system, operator musi otworzyć plik vei „pixel to degree dot” w katalogu visualize.

Najpierw należy zdefiniować monitor do kalibracji, korzystając z pola trybu rozciągania (stretch mode). Wprowadź liczbę jeden dla monitora lewego oka oraz liczbę dwa dla monitora prawego oka. Następnie uruchom program i przemieszczaj bodziec w postaci zielonej linii, aż zostanie on nałożony na fizyczny cel.

Teraz wprowadź znaną pozycję fizycznego celu w stopniach i naciśnij przycisk zapisu. Następnie kliknij zieloną linię. Wartość w stopniach i pikselach zostanie wyświetlona na ekranie w lewym dolnym rogu; operator powinien zebrać minimum trzy punkty kalibracyjne.

Po zapisaniu wszystkich punktów kalibracyjnych otwórz plik wyjściowy D two P w programie Excel w wyświetlonym katalogu, aby uzyskać punkty kalibracyjne. Wykreśl punkty kalibracyjne w celu wyznaczenia równania regresji liniowej.

Użyj równania, aby obliczyć początkową i końcową pozycję bodźca wzrokowego. Operator chce zaprogramować wartości w pikselach. Poniżej przedstawiono przykład krzywej kalibracyjnej dla lewego i prawego oka, uzyskanej przy użyciu pięciu punktów kalibracyjnych dla nowego bodźca.

Powtórz dwa poprzednie kroki dla drugiego monitora, jeśli bodziec wymaga użycia dodatkowego ekranu. Najpierw operator musi zdefiniować początkową i końcową pozycję bodźca dla lewego i prawego oka przed rozpoczęciem eksperymentu. Aby to zrobić, otwórz nowy plik tekstowy i w pierwszym wierszu określ wartości czasu początkowego oraz pozycji.

Należy zdefiniować cztery parametry: czas, pozycję poziomą, pozycję pionową oraz rotację, oddzielając każdy z nich znakiem tabulacji. W ten sam sposób należy zdefiniować cztery parametry końcowe: czas końcowy, poziomą pozycję końcową, pionową pozycję końcową oraz rotację bodźca. Zapisz bodziec w katalogu wizualizacji jako plik z nazwą bodźca i rozszerzeniem .vii, a następnie powtórz ten krok dla każdego kolejnego bodźca.

Następnie ruch bodźca można uogólnić do dwóch typów ruchu: gwałtownego skoku lub ciągłej rampy. Skok pozwala bodźcowi na gwałtowną zmianę pozycji lub przeskoczenie z pozycji początkowej do pozycji końcowej.

Operator powinien zwrócić uwagę, że w przypadku bodźca skokowego zmiana czasu powinna wynosić 0,001 sekundy. Przykład skoku psychotycznego, rampy śledzenia gładkiego, skoku pierwotnego oraz rampy pierwotnej przedstawiono w tabeli 1. W zakresie bodźców można zastosować pojedynczy bodziec, taki jak skok, lub sekwencję zadań wizualnych, na przykład wielostopniową.

Teraz należy zapisać oba pliki bodźców w bibliotece bodźców. Należy zwrócić uwagę, że w wizualizowanym katalogu znajduje się kilka ustawień domyślnych. Pierwsza linia określa procent ekranu w kierunku poziomym.

Druga linia określa procent ekranu w kierunku pionowym. Trzecia linia to obraz tła, a czwarta to obraz pierwszego planu lub obraz celu. Piąta linia wskazuje, że komputer powinien pracować w trybie niezależnym.

Szósta linia określa, który monitor jest używany. Siódma linia to proporcje obrazu monitorów. Pozostałe linie określają różne rodzaje bodźców, których operator może użyć w trakcie sesji eksperymentalnej.

Teraz otwórz monitor stymulacji oka lewego oraz monitor stymulacji oka prawego. Pliki z katalogu wizualizowanego. Te dwa pliki zawierają bibliotekę bodźców odpowiednio dla oka lewego i oka prawego.

W ostatnim wierszu wpisz nazwę pliku zdefiniowanego bodźca. Numer profilu odnosi się do wiersza odpowiadającego nazwie pliku bodźca. Na przykład w tym przypadku numer profilu bodźca to osiem.

Poprzednie kroki można powtórzyć, aby stworzyć tyle bodźców, ile jest wymaganych dla danego eksperymentu. Następnie można napisać skrypt do protokołu eksperymentalnego. W pierwszej kolejności należy otworzyć plik tekstowy, aby wpisać polecenia protokołu eksperymentalnego, a następnie zapisać ten plik w zdefiniowanym katalogiu pod nazwą pliku skryptu.

Będzie to plik skryptu, z którego system wizualizacji będzie odczytywał i wykonywał polecenia. Wizualizowane funkcje posiadają argumenty wejściowe i wyjściowe. Niniejsza tabela przedstawia wszystkie funkcje w oprogramowaniu wizualizacyjnym, które mogą być używane, gdy plik tymczasowy dot lwf nie jest zdefiniowany.

Podczas wykonywania tej funkcji oprogramowanie nie będzie przechowywać żadnych przychodzących danych do digitalizacji. Funkcja pliku dziennika zapisuje ciągi wyjściowe lub bufor wejściowy zdefiniowany z próby EXP do pliku tekstowego wyjściowego (out text file) w katalogu wizualizacyjnym. Po zakończeniu eksperymentu należy zmienić nazwę pliku tekstowego wyjściowego na inną.

W przeciwnym razie dane zostaną nadpisane podczas następnego eksperymentu. Funkcja wagi wyzwalacza oczekuje, aż badany naciśnie przycisk wyzwalacza, aby rozpocząć próbę eksperymentalną, oznaczoną na ekranie jako exp trial, i zdigitalizować dane. Jest to kanał 12 na cyfrowej karcie akwizycji, który oczekuje na zmianę sygnału ze stanu wysokiego na niski.

W końcu funkcja losowego opóźnienia generuje przypadkowy odstęp czasu, aby zapobiec przewidywaniu lub antycypacji kolejnego bodźca, a funkcja wave MSD oblicza średnią oraz odchylenie standardowe danych. Przed rozpoczęciem eksperymentu badany musi wyrazić pisemną i świadomą zgodę zatwierdzoną przez instytucjonalną komisję etyczną. Przed wyrażeniem zgody na udział w badaniu, przebieg eksperymentu musi zostać szczegółowo wyjaśniony badanemu.

Do zbierania i rejestrowania ruchów gałek ocznych można wykorzystać różne monitory ruchu oczu, takie jak system obrazowania wideo odblasku rogówkowego, system śledzenia limbusa lub cewka poszukiwawcza twardówki. W tej części zaprezentujemy system śledzenia limbusa. Następnie należy dostroić monitor ruchu oczu tak, aby rejestrował cechy anatomiczne oka, takie jak limbus lub źrenica i odblask rogówkowy, w zależności od zastosowanego monitora.

Po odpowiednim dopasowaniu monitora ruchów oka do badanego, należy zweryfikować, czy urządzenie rejestruje ruchy oczu, prosząc badanego o wykonywanie ruchów bocznych (psychotycznych) lub ruchów zbieżnych i rozbieżnych (tzw. ruchów wersji). Otwórz program Read script dot vei w katalogu wizualizacyjnym, w prawym górnym rogu wpisz nazwę pliku skryptu protokołu eksperymentalnego utworzonego wcześniej. Następnie uruchom program read script dot vei, naciskając przycisk strzałki w lewym górnym rogu.

Następnie należy przekazać badanemu przycisk wyzwalający i wyjaśnić, że po jego naciśnięciu rozpocznie się gromadzenie danych. Na ekranie automatycznie pojawi się kolejny plik acquire VEI, w którym będą wykreślane napływające dane. Próbkowanie danych odbywa się z częstotliwością 500 hertz.

Po zakończeniu eksperymentu skrypt odczytujący dot bei zostanie automatycznie zatrzymany. Przejdź do katalogu z wizualizacjami i odszukaj plik tekstowy wyjściowy. Zmień nazwę tego pliku.

W przeciwnym razie przy kolejnym uruchomieniu eksperymentu przez operatora plik z danymi zostanie nadpisany. Po zakończeniu eksperymentu dane można analizować za pomocą różnych pakietów oprogramowania, w tym MATLAB lub Excel w celu wyznaczenia latencji. W zależności od celu badania przedmiotem analizy może być prędkość szczytowa lub amplituda.

W katalogu z wizualizacjami udostępniono przykładowy kod analizy w programie MATLAB do wykreślania kodów SEC, kroków pierwotnych (virgin steps) oraz ramp pierwotnych (virgins ramps). Poniżej przedstawiono przykłady zestawu ruchów gałek ocznych, które można zarejestrować za pomocą systemu wizualizacji. Na tych wykresach widoczne są typowe ruchy psychotyczne o amplitudzie 10 stopni, nazywane również Proseccos.

W naszych badaniach wykorzystujemy stopnie obrotu. Ruchy gałek ocznych mogą być kalibrowane w jednostkach stopni, kątów mierzonej w metrach lub dioptrii pryzmatycznych. Każdy zapis reprezentuje pojedynczy ruch oka, gdzie na górnym wykresie pozycja jest określona w stopniach w funkcji czasu.

Dolny wykres przedstawia prędkość wyrażoną w stopniach na sekundę w funkcji czasu. Przedstawiono tutaj odpowiedzi typu antis cos. Są to odpowiedzi psychotyczne.

Gdy badany ma za zadanie wykonać ruch w kierunku przeciwnym do bodźca wizualnego, reakcje badanego przy czterech stopniach są widoczne tutaj, a reakcje badanego na bodźce rampowe o wartości pięciu stopni na sekundę są pokazane tutaj. Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest, aby pamiętać o skalibrowaniu systemu przed przybyciem badanego na badanie.

Przekaż badanyemu odpowiednie instrukcje i upewnij się, że monitor ruchu gałek ocznych jest prawidłowo dopasowany do osoby badanej. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak programować w wizualnym języku skryptowym w celu tworzenia własnych bodźców wizualnych do przeprowadzania szerokiego zakresu eksperymentów z zakresu motoryki ocznej. Badania nad motoryką oczną opierają się na silnych podstawach naukowych, ponieważ mogą dostarczyć wiedzy na temat prawidłowego funkcjonowania mózgu oraz jego dysfunkcji.