Wykorzystanie pomiarów elektroencefalograficznych i wysokiej jakości nagrań wideo do analizy wizualnej percepcji treści medialnych
26 maja 2018
Prezentujemy wykrywanie, akwizycję i analizę wskaźników mrugania oczami podczas oglądania treści multimedialnych.
Ogólnym celem tej procedury eksperymentalnej jest analiza wizualnej percepcji treści medialnych poprzez kwantyfikację częstości spontanicznego mrugania oczami za pomocą zapisów elektroencelograficznych i elektromiograficznych. Tutaj zwrócimy uwagę na częstotliwość mrugania oczami uczestników podczas oglądania filmów na ekranie. Główną funkcją mrugania okiem jest ochrona rogówki przed urazami mechanicznymi i chemicznymi, a także utrzymywanie jej w stanie mokrym i ochrona przed obcymi zanieczyszczeniami.
Ten rodzaj mrugania oczami może być wywoływany przez różnego rodzaju ruchy powiek. Na przykład mamy odruch rogówkowy, który jest wytwarzany przez aktywację mechanicznych lub chemicznych lub bolesnych receptorów i można je znaleźć w rogówce, a także w skórze. Stymulacja tych receptorów stymuluje w ten sam sposób neurony trójdzielne: najpierw nerw trójdzielny, a następnie neurony trójdzielne, które aktywują neurony ruchowe, które są umieszczone w jądrze twarzowym.
Ale jest jeszcze inna, mniej znana funkcja mrugania oczami, która jest związana z procesem poznawczym bodźców wzrokowych. I to zwykle dotyczy tego, co w rzeczywistości dzieje się za każdym razem w ciągu dnia z powodu tych spontanicznych mrugnięć oczami, percepcja wzrokowa jest odświeżana podczas mrugania. Tak więc mrugnięcie po jednej stronie modyfikuje nieco nasze wizualne postrzeganie rzeczywistości.
Nie zdajemy sobie z tego sprawy. W rzeczywistości nie jesteśmy świadomi, że podczas tych spontanicznych mrugnięć, które trwają około 100-200 milisekund, mamy wrażenie pewności, że nadal widzimy, ale jest to niemożliwe, ponieważ źrenica jest zakryta przez powiekę, górną powiekę, przez ten okres czasu. Zaletą stosowania pomiarów EG/MG do analizy wizualnej percepcji treści medialnych jest wysokie tymczasowe rozwiązanie danych w porównaniu z innymi trzydziestoma przypadkami, takimi jak FMRI.
Dzięki zastosowaniu EG/MG mamy dostęp do aktywności mózgu i powiek na różnych częstotliwościach. Zaletą tego zabiegu jest wysoka zsynchronizowana odpowiedź elektrycznej aktywności mózgu na prezentację wybranych bodźców wzrokowych. Ważne jest, aby kontrolować wszystkie zmienne i parametry treści medialnych i percepcji wizualnej.
Z tego powodu pożądane jest tworzenie własnych filmów wideo. W związku z tym własne treści mogą być tworzone za pomocą kamery wideo przez laboratorium lub w tym celu przez centrum multimedialne. Bardzo ważny jest również dobór uczestników.
Liczne badania dowiodły różnych wzorców percepcji między osobami badanymi podczas lub patrząc na zadanie wizualne. Z tego powodu należy zwrócić uwagę na dobór uczestników. Na przykład w tym eksperymencie porównano wskaźniki spontanicznego mrugania oczami wykonywane przez media w porównaniu z osobami niekorzystającymi z mediów.
W tym przypadku wybrano profesjonalistów z branży medialnej na podstawie kilku konkretnych kryteriów. Musieli mieć minimum sześcioletnie doświadczenie w podejmowaniu decyzji związanych z montażem multimediów czy cięciami audio w swojej codziennej pracy. Szczegółowe kryteria wyboru tematów powinny być opisane w części metodycznej publikacji.
Stwórz odpowiedni scenariusz prezentacji swojego filmu wideo. Każdy element rozpraszający może denerwować uczestnika eksperymentu. W naszym przypadku powstały dwie czarne struktury, które definiują elastyczną przestrzeń.
Jedna struktura jako tło dla bodźca do gry na żywo. I druga struktura o tych samych wymiarach i otworze w środku, który zasila ekran do prezentacji bodźców wideo. Ważne jest, aby stworzyć wygodną przestrzeń do wykonania procedury eksperymentalnej.
Prezentujemy tu fragment trzech filmów o tej samej treści i czasie trwania, który został zaprezentowany uczestnikom. Jednym z nich był film jednoujęciowy z otwartym ujęciem i bez ruchów kamery. Innym był film w stylu hollywoodzkim z 33 ujęciami i średnią długością ujęcia wynoszącą 5,9 sekundy oraz ciągłością między ujęciami, z relacjami treści, rytmu, przestrzeni i czasu.
Wreszcie trzeci teledysk był filmem w stylu MTV z 79 ujęciami i średnią długością ujęcia 2,4 sekundy. Tu między ujęciami nastąpiła nieciągłość treści, rytmu, przestrzeni i czasu. Aby rozpocząć sesję EEG/EMG należy przygotować następujące materiały: czepek, skrzynkę kontrolną, elektrody, żel przewodzący, strzykawkę, miernik do wykonywania pomiarów głowy uczestników i inne podstawowe produkty.
Teraz zacznij od przyłożenia czepka EEG do głowy badanego. Oczyść powierzchnię skóry, aby usunąć wszelkie ślady brudu, produktów do włosów. Zmierz głowę uczestnika.
Zmierz odległość między nasionem a wgłębieniem i zaznacz punkt środkowy jako wierzchołek. Przygotuj elektrody w czepku EEG za pomocą systemu 10-20. Przyłóż nasadkę do obiektu zgodnie ze znakiem, tak aby wierzchołek pasował do środkowego punktu zerowego czapki.
Nałóż żel przewodzący za pomocą strzykawki na elektrody i upewnij się, że nasadka jest prawidłowo wyregulowana. Następnie umieść elektrodę referencyjną i elektrokulografię w głowie badanego. Zapytaj osobę badaną, czy czuje się komfortowo i jest przygotowana do sesji.
Sprawdź, czy skrzynka kontrolna jest prawidłowo podłączona do komputera, który rejestruje dane. Sprawdź, czy sygnał każdej elektrody jest prawidłowy, w przeciwnym razie sprawdź elektrodę. Podczas rejestrowania aktywności EEG/EMG pożądane jest sprawdzenie, czy te sygnały elektryczne są prawidłowo rejestrowane za pomocą oprogramowania dostarczonego przez producenta lub innego opracowanego na potrzeby eksperymentu.
Potwierdź odpowiednie przewodzące sygnały EEG/EMG i w razie potrzeby zmień dowolny parametr sesji. Gdy wszystko zostanie sprawdzone, możesz rozpocząć sesję nagrywania. Przechowuj dane EEG/EMG w swoich plikach i importuj je do analizy oprogramowania.
Mruganie oczami jest zwykle uważane za artefakty w zapisach EEG. Dlatego każdy protokół oprogramowania powinien mieć dobry detektor mrugania oczami. Tak jak jest to stosowane, dobrą procedurą jest użycie określonych elektrod EEG i EMG oraz filtrowanie odpowiednich pasm przy najbardziej odpowiednich częstotliwościach.
Wybierz i przefiltruj dane, a następnie zastosuj odpowiedni filtr mrugania oczami, aby określić, ile i kiedy te mrugnięcia oczami miały miejsce. Dobrym sposobem na trójkątne zbliżenie wyników jest nagranie oczu uczestników za pomocą kamery wideo HD. Umożliwi to sprawdzenie ruchów gałek ocznych, gdy tylko masz jakiekolwiek wątpliwości co do reakcji powiek wykrytej przez oprogramowanie.
W tym przykładzie uczestnika zidentyfikowaliśmy kilka mrugnięć oczami podczas oglądania jednego z prezentowanych bodźców. Zostały one wykryte w elektrodach FP1, FP2 i EOG. Ten rysunek przedstawia porównanie częstości spontanicznego mrugania oczami u osób niezwiązanych z mediami i profesjonalistów medialnych podczas oglądania różnych stylów edycji.
Zgodnie z naszymi wynikami, profesjonalizacja mediów i ich edycja wpływają na szybkość mrugania oczami widzów. Korzystając z zapisów EEG lub EMG do analizy percepcji wzrokowej badanych, naukowcy mogą uzyskać dostęp do różnej aktywności mózgu w wielu pasmach częstotliwości. W tym eksperymencie zwracamy uwagę na częstotliwość mrugania oczami, ale teraz można przeprowadzić wielokrotną analizę danych EEG uzyskanych podczas sesji.
Jest to pierwsze badanie, które donosi o różnych czynnościach mózgu i mięśni związanych ze stylami widzenia mediów i profesjonalizacją mediów. W porównaniu z innymi technikami odbioru mediów, nagrania EG/MG mogą pomóc w określeniu aktywności mózgu i mięśni podczas percepcji treści medialnych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie koncentruje się na wykrywaniu, pozyskiwaniu i analizie częstości mrugania podczas oglądania treści multimedialnych. Poprzez kwantyfikację spontanicznych częstości mrugania, badanie ma na celu pogłębienie zrozumienia percepcji wzrokowej.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neurobiologia
- Analiza behawioralna
- Percepcja wzrokowa
Wprowadzenie
- Mruganie ma na celu ochronę rogówki i utrzymanie wilgotności.
- Różne ruchy powiek mogą wywoływać różne rodzaje mrugania.
- Odruch rogówkowy jest aktywowany przez mechaniczne, chemiczne lub bolesne bodźce.
- Neurony trójnerwowe odgrywają kluczową rolę w ścieżce odruchu mrugania.
Cel badania
- Analiza percepcji wzrokowej poprzez spontaniczne częstości mrugania.
- Zrozumienie związku między treściami multimedialnymi a częstotliwością mrugania.
- Wykorzystanie nagrań elektroencefalograficznych i elektromiograficznych do zbierania danych.
Wykorzystane metody
- Uczestnicy oglądają filmy, podczas gdy rejestrowane są ich częstości mrugania.
- Nagrań elektroencefalograficznych używa się do monitorowania aktywności mózgu.
- Nagrań elektromiograficznych rejestruje aktywność mięśni związaną z mruganiem.
- Analiza danych koncentruje się na korelacji między treściami multimedialnymi a częstotliwością mrugania.
Główne wyniki
- Obserwowano różnice w częstości mrugania podczas różnych segmentów treści multimedialnych.
- Dane elektrofizjologiczne dostarczyły informacji na temat mechanizmów percepcji wzrokowej.
- Wyniki sugerują związek między zaangażowaniem emocjonalnym a częstotliwością mrugania.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia roli mrugania w przetwarzaniu wzrokowym.
Wnioski
- Częstotliwość mrugania może służyć jako miara percepcji wzrokowej podczas konsumpcji treści multimedialnych.
- Badanie poszerza wiedzę na temat reakcji fizjologicznych na bodźce wzrokowe.
- Przyszłe badania mogą zbadać implikacje tych odkryć w różnych kontekstach.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
This method enables objective quantification of spontaneous eye blink rates as a proxy for visual perception during media consumption, offering a non-invasive biomarker for cognitive engagement. By linking electroencephalographic and electromyographic signals to media editing styles and professionalization, it supports mechanistic de-risking in target validation for neuroscience-related therapeutic areas. The approach provides translational value for assay development in phenotypic screening of CNS-active compounds where visual processing endpoints are relevant.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to visual perception pathways through quantification of spontaneous eye blink rates as a cognitive biomarker.
- Operational Value: Supports biological de-risking by providing quantitative, reproducible measures of neural and muscular responses to visual stimuli.
- Predictive Value: Facilitates mechanistic de-risking by isolating the effect of media editing style on eyeblink rate, aiding in target confidence assessment for CNS targets.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems (human participants) for downstream screening by standardizing stimulus presentation and synchronized EEG/EMG acquisition.
- Quantitative Output: Generates reproducible, millisecond-synchronized data on eyeblink frequency, enabling reliable compound evaluation in visual perception assays.
- Scalability: Uses purpose-made video content with controlled parameters to ensure reproducibility across screening campaigns and platform reuse.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase eyeblink rate measurements to preclinical validation by aligning with disease-relevant systems where visual processing is impaired.
- Mechanistic De-risking: Focuses on predictive confidence by isolating cognitive contributions to eyeblink rate independent of reflexive blinking, reducing ambiguity in target mechanism.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by providing objective, quantifiable endpoints for visual perception changes induced by therapeutic candidates.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification to preclinical validation, particularly for therapeutics targeting visual or cognitive pathways.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying spontaneous eye blink rate changes in response to controlled visual stimuli.
- Screening: Enables assay readiness through high-temporal-resolution EEG/EMG recordings that are synchronized with video stimulus presentation.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements (eyeblink rate, frequency, timing) that allow comparison across experimental conditions and compound treatments.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by providing a translatable biomarker of visual perception applicable in both human and model systems.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for assessing visual perception across multiple projects, reducing redundant setup and enhancing cross-study comparability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduction of mechanistic ambiguity in visual perception pathways.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via synchronized EEG/EMG acquisition and controlled stimulus delivery.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions by providing objective, quantifiable biomarkers for cognitive engagement, reducing late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on measurable effects on visual perception endpoints, improving capital efficiency in CNS drug development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurophysiology, EEG/EMG signal acquisition, and experimental design for visual perception studies.
- Needs instrumentation including 20-channel EEG wireless system, conductive gel, electrodes, and high-definition video recording equipment.
- Demands cross-team standardization of stimulus timing, electrode placement (10-20 system), and blink detection protocols.
- Involves adaptation considerations across model systems, particularly in translating human eyeblink biomarkers to preclinical models.
- Limited by the need to control for confounding variables such as fatigue, medication, and individual blink baseline variability.
