Jak zbudować system prezentacji dichoptycznej, który zawiera Eye Tracker
6 września 2017
Niedawno zaproponowaliśmy metodę, która pozwala na jednoczesne prezentowanie bodźców wizualnych i obuoczne śledzenie gałek ocznych1. Kluczem jest połączenie urządzenia śledzącego ruch gałek ocznych na podczerwień i odpowiednich luster przezroczystych w podczerwieni. Ten manuskrypt zawiera szczegółowy protokół wstępnej konfiguracji i codziennej obsługi.
Ogólnym celem niniejszej procedury jest uzyskanie binokularnego śledzenia ruchu gałek ocznych podczas prezentacji dichoptycznej stymulacji wizualnej. W badaniach nad wzrokiem często istotne jest wyświetlanie różnego obrazu dla każdego oka, na przykład z wykorzystaniem luster.
Technika ta nazywa się stymulacją dychoptyczną. Główną zaletą tej metody jest to, że umożliwia ona śledzenie ruchu gałek ocznych podczas oglądania dychoptycznego w konfiguracji, która jest w pełni kompatybilna ze standardowymi okulografami, charakteryzuje się niskim kosztem i nakłada bardzo niewielkie ograniczenia na rozmiar oraz kolor stosowanych bodźców wzrokowych. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w badaniach nad ludzkim wzrokiem, takie jak: w jaki sposób oczy poruszają się w scenach 3D oraz jak źrenice reagują na bodźce wzrokowe prezentowane podprogowo przy użyciu techniki zwanej supresją interokularną.
Zazwyczaj osoby próbujące przeprowadzić okulografię w standardowych układach dichoptycznych napotykają trudności, ponieważ lustra stosowane do prezentacji dichoptycznej blokują widoczność dla śledzników oczu opartych na wideo. Aby zbudować stelaż z płyty pilśniowej, należy rozpocząć od zmontowania jednego elementu centralnego, który będzie utrzymywał lustra oraz okulograf, oraz dwóch tablic referencyjnych pomalowanych na matowy czarny kolor w celu zredukowania rozproszenia światła. Górny element tej konstrukcji należy umieścić tak, aby pozostawić 8 cm odstępu od krawędzi biurka, co zapewni wystarczającą przestrzeń dla twarzy uczestnika po ustabilizowaniu jej na podgłówku oraz zapobiegnie skraplaniu się pary wodnej na lustrach podczas badania.
Następnie umieść dwie płyty referencyjne w pożądanych miejscach monitorów. Zamontuj dwa monitory płaskie na standardowych ramionach do monitorów, przymocowanych do boku biurka, aby umożliwić przemieszczanie w trzech wymiarach oraz obrót w płaszczyźnie ekranu. Następnie przytwierdź uchwyty luster do płyty pilśniowej i ustabilizuj lustra w uchwytach.
Ustaw lustra tak, aby stykały się pod kątem 90 stopni w centrum, w celu odbijania bodźców z dwóch ekranów umieszczonych na przeciwległych końcach stołu. Wyrównaj zagłówek ze środkiem luster. Na koniec wykonaj klapki zasłaniające z czarnego kartonu oraz całkowicie wyściełane pianką pasy pomalowane na czarno i przymocuj je do wsporników zagłówka.
Ustaw tracker okulistyczny za lustrami; cały zestaw jest teraz gotowy do przeprowadzenia eksperymentów. Rozpocznij od posadzenia uczestnika przed lustrami w taki sposób, aby każde oko widziało obraz z innego ekranu odbity w innym lustrze. Dla uzyskania najlepszych wyników należy zastosować zagłówek w celu stabilizacji głowy uczestnika.
Umieść oparty na wideo eye tracker czuły na podczerwień, obejmujący kamerę i iluminator, przed uczestnikiem, lecz za lustrami. Jeśli pożądana pozycja monitora zostanie utracona, przywróć ją, korzystając z oznaczeń na tablicy kalibracyjnej, aby umieścić tablicę z powrotem w tym samym miejscu względem tablicy referencyjnej o stałej pozycji na biurku. Ponownie przesuń monitor, aby wyrównać go z odpowiednimi oznaczeniami.
Podczas korzystania z klapek przesuń je na wysokość oczu uczestnika i lekko obróć w stronę linii środkowej, aby zminimalizować ekspozycję uczestnika na inne bodźce wizualne. Upewnij się, że każde oko może widzieć cały bodziec wizualny w lustrze, nie widząc go bezpośrednio. W celu kalibracji oprogramowania wyświetlaj kropkę na każdym z dwóch ekranów naprzemiennie.
Poleć uczestnikowi zniwelowanie postrzeganej zmiany pozycji poprzez przesunięcie kropki na jednym z ekranów. Alternatywnie, poleć uczestnikowi wyrównanie ramek bodźców eksperymentalnych zamiast dwóch kropek, tak aby oba pola widzenia kluczowe dla danego eksperymentu były wyrównane. Na koniec, po zastosowaniu jednej z tych metod, wycentruj bodźce w eksperymencie na wynikających z tego pozycjach na ekranie, aby rozpocząć badanie.
Podczas eksperymentu obraz wyświetlany w oprogramowaniu eyetrackera będzie wyglądał tak, jakby lustra nie było. Przeprowadzono krótki eksperyment z wykorzystaniem tylko jednego lustra, aby porównać wyniki z lustrem i bez niego. Uczestnik patrzył w dwa różne miejsca na ekranie, przy czym jedno oko było śledzone bez lustra, a drugie z lustrem.
Eye tracker nie pominął żadnej próbki dla żadnego z oczu. Średnie korelacje w poziomie kąta spojrzenia oraz w pionie kąta spojrzenia wyniosły 0,99. Podczas przygotowywania tej konfiguracji ważne jest zakupienie luster kodujących, które charakteryzują się niemal całkowitym odbiciem fal widzialnych oraz niemal całkowitą transmisją fal bliskiej podczerwieni.
Po opanowaniu metody, konfiguracja i kalibracja mogą zostać ukończone w ciągu 10 minut dla każdego uczestnika, jeśli zostaną przeprowadzone prawidłowo. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak budować i używać tego dichoptycznego systemu prezentacji z eye-trackerem. Po opracowaniu tej techniki badacze w dziedzinie nauk o widzeniu zyskali możliwość badania dynamiki spojrzenia i źrenic przy użyciu systemu umożliwiającego dichoptyczną prezentację wizualną.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia metodę uzyskania binokularnego śledzenia ruchu gałek ocznych podczas prezentacji dichoptycznych bodźców wzrokowych. Technika ta wykorzystuje podczerwone śledzenie ruchu oczu w połączeniu z lustrami przepuszczającymi podczerwień, co pozwala na skuteczne monitorowanie ruchu oczu przy jednoczesnym wyświetlaniu różnych obrazów dla każdego oka.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauka o widzeniu
- Eye tracking
- Stymulacja dichoptyczna
Wprowadzenie
- Stymulacja dichoptyczna polega na prezentowaniu różnych obrazów każdemu z oczu.
- Metoda ta jest kompatybilna ze standardowymi trackerami oczu.
- Jest ona niskokosztowa i elastyczna w zakresie stosowanych bodźców wizualnych.
- Pomaga w zrozumieniu ruchów gałek ocznych w scenach 3D.
Cel badania
- Umożliwienie śledzenia ruchu gałek ocznych podczas widzenia dichoptycznego.
- Zbadanie reakcji źrenic na bodźce wzrokowe prezentowane podprogowo.
- Zbadanie ruchów gałek ocznych w różnych kontekstach wizualnych.
Zastosowane metody
- Technologia śledzenia ruchu gałek ocznych w podczerwieni.
- Lustra przepuszczające podczerwień do prezentacji dichoptycznej.
- Konfiguracja do codziennego użytkowania systemu śledzenia ruchu gałek ocznych.
- Protokoły wstępnej konfiguracji i bieżącego użytkowania.
Główne wyniki
- Pomyślna implementacja binokularnego śledzenia ruchu gałek ocznych.
- Kompatybilność z szerokim zakresem bodźców wizualnych.
- Wgląd w dynamikę ruchów gałek ocznych w odpowiedzi na bodźce dichoptyczne.
- Potencjalne zastosowania w badaniu supresji międzyocznej.
Wnioski
- Metoda ta usprawnia badanie ludzkiego wzroku.
- Stanowi ona kosztowo efektywne rozwiązanie dla badaczy.
- Przyszłe badania mogą wykorzystać tę technikę w celu uzyskania pogłębionej wiedzy.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ta metoda umożliwia binokularne śledzenie ruchu gałek ocznych podczas dichoptycznej prezentacji wizualnej, wspierając ograniczanie ryzyka mechanistycznego w badaniach z zakresu nauki o widzeniu. Dzięki połączeniu podczerwienianego śledzenia wzroku z lustrami przepuszczającymi podczerwień, rozwiązanie to stanowi kosztowo efektywną i skalowalną metodę badania supresji międzyokularnej oraz mechanizmów widzenia 3D. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w modelach przedklinicznych funkcji wzroku, umożliwiając ilościowe pomiary okulomotoryczne i pupillometryczne w kontrolowanych warunkach dichoptycznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych dotyczących funkcji dróg wzrokowych oraz mechanizmów supresji międzygałkowej.
- Wartość operacyjna: Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez ilościowy pomiar dynamiki spojrzenia i źrenic podczas stymulacji dichoptycznej.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do dalszych etapów analizy poprzez standaryzację dostarczania bodźców dichoptycznych przy jednoczesnym śledzeniu ruchu gałek ocznych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność testu dzięki zastosowaniu konstrukcji luster przepuszczających podczerwień, co minimalizuje zakłócenia wizualne.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Jest zgodna z systemami istotnymi dla przebiegu chorób, umożliwiając badanie biomarkerów źrenicznych i okulomotorycznych w zaburzeniach widzenia.
- Wartość operacyjna: Ułatwia ciągłość translacyjną od etapu odkryć po walidację przedkliniczną dzięki spójnej, replikowalnej konfiguracji w różnych laboratoriach.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z kontinuum odkryć – od walidacji celu po badania przedkliniczne – dostarczając wiarygodnych, ilościowych danych z okulografii podczas prezentacji bodźców dychoptycznych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków w badaniach nad przetwarzaniem wizualnym poprzez kontrolowane dostarczanie bodźców monokularnych.
- Przesiewanie: Zapewnia gotowość do przeprowadzania testów i wyniki ilościowe dzięki binokularnemu śledzeniu wzroku, kompatybilnemu ze standardowymi systemami eye-trackingowymi w podczerwieni.
- Analityka: Umożliwia pomiar poziomych i pionowych kątów spojrzenia z wysoką korelacją (0,99), co wspiera porównania warunków w oparciu o dane.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość przedkliniczną, umożliwiając badanie reakcji źrenic na podprogowe bodźce wizualne w modelach chorobowych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako platforma wielokrotnego użytku dzięki niskim kosztom (~1 000 $), kompatybilności ze standardowymi monitorami oraz szybkiemu przygotowaniu (<10 minut na uczestnika).
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększenie pewności predykcyjnej w badaniach nad mechanizmami wizualnymi, redukcja niejednoznaczności mechanistycznej w badaniach nad supresją międzyokularną.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja, powtarzalność i skalowalność w różnych ośrodkach badawczych dzięki zastosowaniu gotowych komponentów.
- Wartość strategiczna: Usprawnienie decyzji go/no-go w walidacji celów związanych z widzeniem, efektywność kapitałowa oraz redukcja późnego ryzyka biologicznego w programach neuronaukowych.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja celów neuronauki wizualnej z uwzględnieniem ryzyka, oparta na wiarygodnym fenotypowaniu okulomotorycznym i pupilometrycznym.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w projektowaniu eksperymentów z zakresu nauki o widzeniu oraz w kalibracji eye-trackera.
- Wymagany jest eye-tracker wideo czuły na podczerwień, lustra przezroczyste dla podczerwieni oraz standardowe monitory z ramionami montażowymi.
- Wymagana jest standaryzacja międzyzespołowa w zakresie wyrównania luster (kąt 90 stopni), pozycjonowania zagłówka i konfiguracji przysłon.
- Konieczność uwzględnienia adaptacji do różnic fizjologicznych uczestników oraz rodzajów bodźców (np. minimalizacja ograniczeń dotyczących koloru i rozmiaru poprzez projekt).
- Uwzględnienie ograniczeń praktycznych, takich jak potrzeba precyzyjnych właściwości odbicia/przepuszczalności luster oraz kontroli światła otoczenia w celu zapobiegania zakłóceniom pracy eye-trackera.
