Method Article

Um método de quantificação Visual Information Processing em Crianças Usando Eye Tracking

DOI:

10.3791/54031

⸱

July 9th, 2016

 ,  ,  , 
1Department of Neuroscience, Erasmus MC, 2KEI, Royal Dutch Visio

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Um método é descrito para quantificar a qualidade do processamento da informação visual com base nos movimentos oculares reflexivos em resposta a modalidades visuais específicas. Os tempos de reação e os parâmetros de saída de fixação são usados para caracterizar o desempenho visual em crianças com e sem deficiência visual a partir dos 6 meses de idade.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Problemas visuais que ocorrem no início da vida podem ter um grande impacto no desenvolvimento de uma criança. Sem comunicação verbal e baseada apenas em métodos observacionais, é difícil fazer uma avaliação quantitativa dos problemas visuais de uma criança. Isso limita o diagnóstico preciso em crianças menores de 4 anos e em crianças com deficiência intelectual. Aqui descrevemos um método quantitativo que supera esses problemas. O método usa um rastreador ocular remoto e um paradigma de aparência preferencial de quatro opções para medir as respostas do movimento ocular a diferentes estímulos visuais. A criança senta-se sem apoio de cabeça em frente a um monitor com câmeras infravermelhas integradas. Em um dos quatro quadrantes do monitor, um estímulo visual é apresentado. Cada estímulo tem uma modalidade visual específica em relação ao fundo, por exemplo, forma, movimento, contraste ou cor. A partir das respostas reflexivas do movimento ocular a essas modalidades visuais específicas, parâmetros de saída, como tempos de reação, precisão de fixação e duração da fixação, são calculados para quantificar o comportamento de visualização de uma criança. Com essa abordagem, a qualidade do processamento da informação visual pode ser avaliada sem o uso de comunicação. Ao comparar os resultados com os valores de referência obtidos em crianças com desenvolvimento típico de 0 a 12 anos, o método fornece uma caracterização do processamento da informação visual em crianças com deficiência visual. As informações quantitativas fornecidas por este método podem ser vantajosas para o campo da avaliação visual clínica e reabilitação de várias maneiras. Os valores dos parâmetros fornecem uma boa base para: (i) caracterizar as capacidades visuais precoces e, consequentemente, permitir intervenções precoces; (ii) comparar grupos de risco e acompanhar o desenvolvimento visual ao longo do tempo; e (iii) construir um perfil visual individual para cada criança.

Introduction

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A prevalência de cerebrais relacionadas com danos problemas visuais em crianças tem aumentado. Como os problemas visuais podem ter um grande impacto no desenvolvimento da criança, a detecção precoce em lactentes jovens e crianças em risco é muito importante. No momento, testes de função visuais para avaliar funções sensoriais visuais, como a acuidade visual e sensibilidade ao contraste (por exemplo, testes de optotipos) são aplicáveis ​​em crianças de 1-2 anos de idade 1. Nas crianças menores estes testes são baseados em observações estruturadas do comportamento de visualização de uma criança à informação visual. A interpretação de tal comportamento, ou seja, ao olhar para os movimentos dos olhos de uma criança, pode ser prejudicado por oculomotor ou disfunções de atenção da criança, ou mesmo exibindo comportamento do observador. Cerebralmente mediadas funções visuais, como a memória visual-espacial e reconhecimento de objetos são avaliados com testes de percepção visual (por exemplo, DTVP 2). Estes testes exigem ins verbaistruções e comunicação e pode ser usado a partir de 4-5 anos de idade. Tendo em vista o desenvolvimento pós-natal do sistema visual e para tirar proveito do elevado nível de plasticidade no início da vida, é desejável determinar a presença e extensão da deficiência no processamento de informação visual tão cedo quanto possível. Dessa forma, as crianças com (cerebrais) deficiência visual pode maximamente beneficiar de intervenção precoce, a estimulação visual, ou estratégias de apoio. Por conseguinte, existe uma necessidade de um método de avaliação de processamento de informação visual que pode ser utilizado sem comunicação verbal em crianças e que é baseado nos resultados quantitativos.

Os movimentos oculares são um bom modelo para estudar o comportamento de orientação visual guiada aos estímulos 3,4, e afins funções perceptivas e cognitivas 5. Os movimentos oculares indicam o foco da atenção visual em cenas, e são conhecidos por resultar tanto de baixo para cima (reflexiva,-saliência driven) ou a partir de cima para baixo (intentional, cognitivo) processa 6. Os movimentos oculares são usadas para dirigir a fóvea, ou seja, a nitidez da visão, para novos objetos. O conteúdo visual de um objeto de interesse é processado através de vias que são executados a partir da retina através do núcleo geniculado lateral para o córtex visual primário (V1), e que se distribuem ao longo áreas de processamento cerebral (por exemplo, envolvido em atenção, orientação espacial, o reconhecimento, memória e emoções). Os movimentos oculares são tanto um pré-requisito para, e uma sequela de processamento de informação visual.

Desenvolvimentos na medição dos movimentos oculares com rastreadores oculares infravermelhos dar a possibilidade de obtenção de parâmetros quantitativos do oculomotor e função visual. rastreadores oculares automatizados são hoje onipresente na pesquisa médica e psicológica envolvendo populações saudáveis ​​e clínicos. O seu objectivo é não só para estudar a função oculomotor e alocação de atenção 7, mas também para responder a perguntas about mecanismos psicológicos e comportamentais 8,9. Com o surgimento de sistemas de rastreamento ocular acessíveis e comerciais, eles são cada vez mais utilizados para testar as populações vulneráveis ​​de lactentes e crianças 10-12, sem condições de constrangimento, instruções complexas, ou cooperação activa 12,13. Devido à estreita acoplamento do oculomotor e sistema visual em um nível cerebral e ocular, métodos baseados em Eye Tracking são pré-eminentemente adequado para avaliar as capacidades visuais. Até agora, para além da medição da acuidade visual 14, a utilização da técnica na avaliação da função visual em crianças tem recebido pouca atenção.

O nosso grupo tem combinado medições de movimento dos olhos com um paradigma de vista preferencial 13. Olhando preferencial é a preferência para fixar superfícies estampados sobre os mais homogêneos 15. Este princípio é aplicado usando estímulos visuais com uma área-alvo em um dos quatro quadrantes, que differ a partir do fundo em termos de uma característica visual específico, por exemplo, forma coerente, movimento coerente, contraste e cor. Estas características visuais são conhecidos para serem processados ​​por vias visuais periférico e central separados. Por exemplo, informações sobre a forma é processada por vias ventrais, de V1 para o córtex temporal. Informações sobre o movimento é processado por vias dorsais, de V1 para posterior córtex parietal 16. Assim, os estímulos específicos são utilizados para desencadear o processamento de informação visual em áreas distintas do sistema visual. Se uma criança é capaz de ver a informação visual específica que é apresentada, essa informação vai atrair a atenção visual na forma de movimentos oculares. Estas respostas de movimento dos olhos reflexivos para os estímulos visuais são gravados com um rastreador de olho infravermelho remoto. Dessa forma, as medidas do movimento do olho fornecem uma avaliação livre de comunicação da qualidade de vários aspectos de processamento de informação visual 13.

Os movimentos oculares fornecer não apenas os dados observacionais de comportamento de visualização de uma criança de 11, mas também pode ser usado para mais medidas de resultados objectivos. Em combinação com um paradigma teste cuidadosamente projetado, os movimentos dos olhos pode dar informações precisas e objetivas sobre o processamento da informação visual. Esta informação é obtida calculando parâmetros quantitativos com base nas propriedades temporais e espaciais de respostas de movimento dos olhos. Exemplos de tais parâmetros são tempo de reacção 13, tempo de fixação 17, métricas sacádicos 7 ou alocação de atenção cumulativa 18. A disponibilidade destes parâmetros é novo para o campo da avaliação visual em crianças em fase de desenvolvimento jovem.

O objetivo deste trabalho é apresentar um método à base de rastreamento ocular para medir processamento de informação visual em crianças a partir da idade de 6 meses. A medição set-up e procedimento (ie paradigma não-verbal, o pós-calibração e mobility) se aplicam especificamente a utilização deste método em crianças em risco. Um aspecto crucial é a análise dos parâmetros quantitativos visuais de resposta, tempo de reação ou seja, a duração de fixação e precisão fixação. Estes parâmetros são usados ​​para fornecer áreas de referência de respostas visualmente guiadas em crianças com desenvolvimento típico, para caracterizar o processamento da informação visual em grupos de risco de crianças com deficiência visual.

Protocol

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O protocolo aqui descrito foi aprovado pelo Comitê de Ética Médica em Pesquisa do Centro Médico Erasmus, Rotterdam, Países Baixos (MEC 2012-097). Os procedimentos aderiu aos princípios da Declaração de Helsinki (2013) para pesquisas envolvendo seres humanos.

1. estímulos visuais

  1. Selecione um conjunto de estímulos visuais, ou seja, imagens e filmes, para direcionar o processamento de funções oculomotoras e funções básicas de processamento visual.
  2. Use imagens e filmes para avaliar funções básicas oculomotoras tais como fixação, sacadas, exercício suave, e nistagmo optocinético. Quando são detectadas anormalidades na função oculomotor, levar isso em conta na análise de dados e interpretação.
    1. Usar uma imagem para avaliar a fixação e sacadas. O paradigma atual contém imagens do smiley com um raio de 3º do ângulo visual, que são apresentados na esquerda, direita, metade superior e inferior do monitor.
    2. vocêif uma imagem movendo-se lentamente para avaliar exercício suave. O paradigma atual contém filmes de smileys que se movem 16º no sentido horizontal e vertical sinusoidal através do monitor, com uma velocidade de 4º / seg.
    3. Use um filme para avaliar os reflexos nistagmo optocinéticas. O paradigma atual contém filmes de grades senoidais preto-e-branco que se movem em direção à esquerda e para a direita.
  3. Use imagens e filmes para avaliar funções de processamento visual, por exemplo, contraste, cor, forma ou movimento.
  4. Use um conjunto de estímulos visuais que são baseados em uma escolha forçada preferencial paradigma de 4 alternativa de vista (4-AFC PL 19). No presente paradigma, os cantos 4 de estímulo (isto é, superior esquerdo e no quadrante direito, inferior esquerdo e direito quadrante) representam cada um, uma alternativa, ou seja, uma área alvo. Cada área-alvo tem um raio de 6º e difere das outras 3 quadrantes em relação à informação visual específico,por exemplo, com base em contraste, cor, forma ou movimento. O seguinte estímulo visual pode ser usado como um exemplo:
    1. Usar uma imagem para avaliar o processamento de formulário Coerência: uma imagem com um conjunto de linhas orientadas aleatoriamente curtas w hite (0.2º x 0.6º; densidade 4,3 linhas / grau 2) contra um fundo preto. Na área alvo todas as linhas estão dispostas na forma de um círculo.
    2. Use um filme para avaliar processamento Motion local: um filme com um alvo preto / branco modelado quadrado, com um ângulo visual de 2,3º, contra um fundo igualmente padronizada, movendo-se 2,5º à esquerda e à direita em um quadrante de 2,5º / seg.
    3. Use um filme para avaliar o processamento global de movimento: uma imagem com uma matriz de pontos brancos (diâmetro 0.25º, densidade 2,6 pontos / grau 2) a expansão do centro da área-alvo para as fronteiras do monitor. Os pontos movem-se sobre um fundo preto com uma velocidade de 11.8º / seg e uma vida limitadade 0,4 seg.
    4. Usar uma imagem para avaliar a detecção de contraste: uma imagem com um brilho de 0% (preto) Hiding Heidi imagem na área alvo, contra um fundo de brilho de 75% (cinza claro).
    5. Usar uma imagem para avaliar Detecção Cor: uma imagem com um número verde 17 na área alvo, contra um fundo vermelho-amarelo.
    6. Use um filme para avaliar o processamento visual simultânea, por exemplo, um dos desenhos animados: uma imagem colorida, alto contraste (reproduzido com permissão de Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Holanda) com um ângulo visual de 4,5º x 9,0º (largura x altura ) movendo 1,5º cima e para baixo a uma velocidade de 3 ° / seg na área alvo, contra um fundo preto.
      NOTA: Para efeitos de clareza, os resultados representativos deste artigo incidirá sobre o estímulo altamente salientes dos desenhos animados que contém vários tipos de informação visual (Figura 1). Para fotos de outros estímulos visuais, por favor consulte um estudo anterior 20

figure-protocol-1
Figura 1. estímulo dos desenhos animados. O estímulo de banda desenhada contém várias modalidades visuais (forma, movimento, cor e contraste). Este estímulo desencadeia a atenção visual, e dá os tempos de resposta mais rápidos em crianças. Sobreposto é um movimento do olho (cinza), indo do canto inferior esquerdo do monitor dentro da área alvo no canto superior direito (ou seja, uma resposta reflexa ao estímulo). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

baseada-Tracking 2. Eye Paradigm Teste

  1. Escolha um sistema de rastreamento ocular adequada para as populações pediátricas (por exemplo, não-invasivo, a tolerância de movimentos da cabeça, e facilidade de uso) 12. Isso geralmente implica remoto infravermelhorastreadores oculares (por exemplo, Tobii T60XL, SMI RED) 10,11.
  2. Escolha um amplo monitor de computador tamanho ângulo para exibir completamente cada estímulo (isto é, ângulo visual mínima de 24º x 30º a 60 cm de distância de visualização). O rastreador olho remoto ou é integrado com o monitor, ou pode ser conectado separadamente a um monitor.
    NOTA: rastreadores oculares remotos emitem luz infravermelha, que é amostrado usando córnea reflexão. Uma taxa de amostragem eye tracking do ~ 60 Hz é geralmente suficiente para estudar os padrões de comportamento olhar em crianças.
  3. Montar uma medição móvel set-up pela conexão de um monitor e o sistema de rastreamento de olho remoto para um laptop ou desktop PC.
  4. Instalar um programa de software compatível no PC (por exemplo, Tobii Studio, iView) para a apresentação de estímulos visuais e a gravação dos movimentos oculares.
  5. Projetar uma sequência de ensaio contendo todos os tipos de estímulos que são necessários para testar funções oculomotoras e / ou funções de processamento visual(Veja o passo protocolo 1: estímulos visuais). O presente exemplo contém todos os tipos de estímulos que estão descritos no passo 1, isto é, nove no total.
    1. Coloque os diferentes tipos de estímulos visuais em ordem aleatória na sequência de testes, mas certifique-se de que a posição dos suplentes da área alvo de uma tentativa para. Isso garante a necessidade de fazer movimentos oculares reflexos para o alvo.
    2. Apresentar cada estímulo, pelo menos 4 vezes (ou seja, com a área de destino, pelo menos uma vez em cada quadrante), e durante pelo menos 4 segundos, para que haja tempo suficiente para dar uma resposta o movimento dos olhos. No presente exemplo, os estímulos dos desenhos são mostrados 16 vezes enquanto que todos os outros estímulos são mostradas em 4 vezes. Isso se soma a um total de 48 apresentações de estímulo e um tempo total de teste de ~ 3,5 min.
      NOTA: repetida apresentações aumentar a chance de amostragem pontos do olhar suficientes para cada estímulo e cada área-alvo no campo visual da criança. Em geral, a disponibilidade de dados f olharou é necessário, pelo menos, 25% das apresentações de estímulo para garantir resultados confiáveis ​​21.
    3. Certifique-se de tempo de teste por sequência não é mais do que ~ 5 min, porque uma vez que uma sequência de teste é executado, ele não pode ser interrompida. É preferível fazer duas sequências que podem ser executados em sucessão, para fornecer um período de repouso na metade.
      NOTA: Para maximizar a atenção durante o teste, presente de áudio ou sinais audiovisuais próximo do monitor no meio, mas não em simultâneo com, a apresentação de estímulos visuais. Crianças com deficiência visual são particularmente mais sensível e receptiva às pistas de áudio. Tais pistas podem aumentar a atenção teste nessa população.
  6. Aplicar a sequência (s) de teste no software rastreador olho. Primeiro, selecione o tipo de estímulo a ser adicionada à linha do tempo do software gerenciador de visão: imagem ou filme. Em seguida, selecione o estímulo desejado da pasta em que ele está localizado e clique em "Adicionar". Repita essas etapas até que todos os estímulos têmfoi adicionado.

3. Executando o Experimento Eye Tracking

  1. Anexar o monitor rastreador de olhos com um braço de LCD flexível para uma mesa sólida ou na parede. Escolha um braço que pode mover-se em 3 dimensões (ou seja, 3 traduções, 3 rotações).
  2. crianças posição em uma curta distância (geralmente ~ 60 cm) a partir do monitor para garantir o acompanhamento dos alunos eficiente de ambos os olhos.
  3. Ajustar a posição do monitor para ser perfeitamente perpendicular ao olhos da criança. Com um braço LCD isso é possível mesmo quando a criança está deitado ou sentado em um carrinho de bebê ou em uma cadeira de rodas.
    NOTA: Esta configuração permite a avaliação de crianças muito jovens e intelectualmente deficientes, uma vez que não requer uma postura corporal particular, a comunicação verbal ou participação ativa. Certas deficiências oculomotores (por exemplo, nistagmo) são caracterizados por posições preferenciais da cabeça, a fim de compensar as posições desviantes do olho (por exemplo, torcicolo). A habilidade deajustar o monitor rastreador olho a posição da cabeça indivíduo permite o acompanhamento dos alunos precisas neste grupo de crianças.
  4. Verifique a qualidade da recepção dos alunos. Esta é geralmente indicada pela presença de dois marcadores que representam os olhos da criança (por exemplo, pontos brancos). Se os dois marcadores são claramente visíveis e não desaparecem com regularidade, a qualidade é suficiente. Em uma exibição separada, verificar a distância dos olhos para o monitor (de preferência ~ 60 cm).
    NOTA: A maioria dos rastreadores oculares registrar a posição olhar de cada olho separadamente e compensar os movimentos da cabeça livres. recepção do sinal da pupila não é em geral comprometido em crianças que usam óculos ou lentes de contato, em crianças com um ou dois olhos funcionam, ou em crianças com estrabismo.
  5. Iniciar o procedimento de calibração software rastreador olho para alinhar as posições do olhar com posições pré-definidas no monitor, antes do início da medição. Na maioria dos pacotes de software rastreador olho esta calibração procedure consiste na apresentação de mover pontos em áreas predefinidas do monitor, que têm de ser fixado. Para as crianças, uma versão com desenhos animados ou pontos iminentes podem ser usados ​​para melhorar a atenção visual.
    NOTA: Embora os procedimentos de calibração para as crianças melhoraram significativamente, eles ainda podem ser um desafio para executar em crianças pequenas e crianças com certa ocular ou distúrbios comportamentais.
  6. Verifique a qualidade da calibragem pré-definido. Quando a qualidade da calibração é pobre, (por exemplo, devido a movimentos de cabeça excessivas, falta de fixação adequada, a posição olhar desviante ou da posição da cabeça desviante), nenhuma gravação pode ser feita. Para contornar isso, aplique um procedimento de pós-calibração após a gravação foi concluída, antes de uma análise mais aprofundada dos dados (ver secção Discussão).
  7. Antes de iniciar a gravação de teste, ative o "Visualizador ao vivo": uma janela separada que mostra as respostas de movimento dos olhos da criança aos estímulos de teste por superimpondo o sinal olhar sobre a gravação de vídeo.
  8. Ative uma web cam que é direcionado para a criança, para observar e registrar o comportamento geral da criança durante o teste. Tal gravação fornece uma visão geral de atenção da criança visual, comportamento, fadiga, e as condições ambientais.
  9. Antes de iniciar o teste, dizer à criança que ele ou ela será "ver televisão". Não há instruções específicas são necessárias durante o teste.
  10. Durante a execução do teste, observe o comportamento e movimento dos olhos respostas físicas da criança. Isto pode ser feito por meio da observação comportamental em tempo real, ou através da observação das gravações feitas com a webcam.
    1. Quando o sinal de pupila desaparece durante a execução do teste, reposicionar ou a criança ou o monitor para retomar a detecção da pupila adequada.
    2. Quando uma criança não está prestando atenção ao monitor, incentivar verbalmente a criança para ver o monitor. Não dirija a atenção da criança diretamente para o alvoárea; dirigir o olhar da criança apenas à localização geral do monitor rastreador olho.
  11. Após a execução do teste, repetir o olhar gravação off-line para observar as respostas olhar para a estímulos apresentados. Este é um primeiro passo para caracterizar o comportamento de orientação visual da criança.
    NOTA: Uma multidão de parâmetros são gravados continuamente pelo software rastreador olho durante o tempo de teste total. parâmetros essenciais que precisam ser exportados para realizar a análise de dados para o atual paradigma são: carimbos de tempo, vendo a distância entre os dois olhos eo monitor, a posição do olho esquerdo e lado direito do monitor (em xey coordenadas) , validade dos dados olhar, e o tempo e a posição dos estímulos apresentados (ou seja, eventos).
  12. Por disciplina, exportação e armazenar os dados gravados com base no tempo sobre as características dos movimentos oculares (dados do olhar, como posições de distância de visualização e olhar), e separadamente a lista com base no tempo de apresentado st visuaisimuli (dados de eventos, tais como posições de estímulo). Certifique-se de exportar os dois arquivos de dados como arquivos de texto e convertê-los em uma planilha de dados (por exemplo, salvar como um arquivo Excel).
    NOTA: Os dois arquivos de texto (dados de eventos e dados do olhar) são combinados usando seus selos de tempo correspondentes, e são convertidos em um conjunto de valores de parâmetros quantitativos com um programa de software de auto-escrita (ver secção seguinte). Em comparação com software padrão análise eye tracker, tais parâmetros fornecem uma análise mais precisa e quantitativa movimento dos olhos, para visar os processos visuais e cognitivos detalhados.

4. Análise Quantitativa de Movimentos Oculares

NOTA: O presente protocolo é específico para um programa de software de auto-escrita. A fim de reproduzi-la, deve-se escrever um programa de software, por exemplo, em MATLAB ou Python, para quantificar o comportamento de orientação visual da criança. No programa de software, os seguintes passos são realizados para cada sTipo timulus. O presente exemplo é focada em desenhos animados; o mesmo protocolo é aplicável a outros tipos de estímulo.

  1. Pós-calibrar a dados Gaze
    1. Abrir MATLAB. Selecione o estímulo para analisar os dados olhar, digitando "1" ao lado do estímulo de escolha.
    2. Imprensa Run. No menu pop-up que aparece, selecione a opção "Post-calibrar a data '. Uma lista com arquivos de dados olhar por motivo aparece. Selecione os dados do olhar de um assunto e pressione "Abrir".
    3. A partir do próximo menu pop-up, selecione qual olho (s) para analisar: esquerda, direita ou ambos. O programa agora gera um gráfico de dispersão de todas as posições do olhar gravados e posições de destino, sobre o tempo total de apresentação do estímulo.
    4. Verifique se as posições do olhar sobrepõem corretamente com as posições de destino correspondentes. Se esta calibração é correcta, prima "Sim". Caso contrário, pressione "Não". Isto irá iniciar a opção de realizar uma pós-calibração.
    5. Traduzir o centro of gaze aponta para o centro do monitor, clicando uma vez no centro de pontos olhar. Este ponto de centro está localizado exactamente no meio dos eixos horizontal e vertical-.
    6. Escalar as posições olhar para a posições de destino correspondentes clicando no centro de pontos do olhar em cada uma das quatro áreas-alvo uma vez (ou seja, os 4 quadrantes).
    7. Verifique novamente se as posições do olhar sobrepõem corretamente com as posições de destino correspondentes. Se este for o caso, indicar no próximo menu pop-up que a calibração foi realizada corretamente, pressionando 'Sim', após o qual os dados olhar calibrado é salvo. Caso contrário, pressione "Não", após o qual pós-calibração começa novamente a partir do passo 4.1.5.
      NOTA: Depois de pós-calibração, múltiplas respostas gaze estão disponíveis por tipo de estímulo e por disciplina. Estes podem ser usados ​​para calcular os parâmetros quantitativos de processamento visual. Antes de cálculo destes parâmetros, verifique se as respostas do olhar eramfeito para a área-alvo (ou seja, que o estímulo específico foi visto pela criança).
  2. Determinar se o estímulo foi visto
    1. Per apresentação do estímulo de cada assunto, os dados do olhar correspondentes que foi gravado durante o tempo total de apresentação é visualizado em um gráfico (Figura 2). Verificar se este estímulo foi visto, verificando os critérios que estão estabelecidos na Tabela 1, e que são visualizadas na Figura 2. Se a resposta do movimento ocular adere aos critérios, ou seja, o estímulo pode ser classificada como pode ser visto, o clique "Aceitar 'no menu pop-up. Se a resposta do movimento ocular não está de acordo com os critérios, clique em 'Rejeitar'.
    2. Simultaneamente, todos os pontos de fixação traçar pertencentes ao estímulo apresentado e a área alvo correspondente (isto é, o quadrante) em um segundo gráfico. Inspeccione visualmente se os pontos de fixação estão localizados no Correquadrante ct.
    3. Continue com a apresentação do estímulo subsequente e execute os passos 4.2.1 e 4.2.2 para todas as respostas dos movimentos oculares disponíveis. Depois de verificar manualmente as respostas dos movimentos oculares, o programa calcula três parâmetros de resultados: RTF, FD e GFA (Figura 3).

figure-protocol-2
Figura 2. resposta Eye movimento para a área alvo de um estímulo. Trace Um olho movimento (horizontal e vertical combinada) em distância do centro da área-alvo (em graus y-axis) ao longo do tempo de apresentação do estímulo (em ms, eixo x). A linha pontilhada representa a borda da área-alvo (6 ° raio). Letras indicam critérios para determinar se o estímulo foi visto: (A) sinal de Gaze no primeiro 500 ms; (B) Gaze não estava na área alvo before 120 ms; (C) Olhe dentro da área de meta para ≥ 200 ms. Note-se que nesta figura, o tempo de apresentação descrito é no máximo 2.000 ms para visualizar a primeira resposta, reflexiva. Durante os testes, o tempo total de apresentação de todos os estímulos foi de 4.000 ms. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Critério (Figura 2) Verifique se o sinal de olhar: justificativa:
UMA Foi gravada para ≥500 ms após o início do estímulo respostas reflexo de orientação de captura
B não entrar na área de alvo <120 ms após o início do estímulo, e não foi já no interior do alvo no início da apresentação do estímulo Excluirdesempenho correto com base na oportunidade
C Estava na área de alvo para ≥ 200 ms Certifique-se de fixação no alvo
D Entrou na área de alvo dentro de uma janela de tempo de 1,500 ms, e menos do que 4 sácades foram feitas Excluir o comportamento de busca visual

Tabela 1:. Critérios para determinar se um estímulo foi visto Critérios A, B, e C são visualizados na Figura 2.

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Figura 3. Visualização do RTF parâmetros quantitativos, FD e GFA. Um traço movimento dos olhos na distância do centro da área-alvo (em graus y-axis) ao longo do tempo de apresentação do estímulo (em ms, eixo X). A linha vermelha vertical representa o momento em que entraram no olhar alcatrãoobter a área, ou seja, tempo de reação para Fixation (RTF). A linha vermelha horizontal representa o tempo total olhar estava fixado em área-alvo, ou seja, Fixação Duração (FD). A seta vermelha vertical representa a largura do traço de fixação, em graus de ângulo visual, ou seja, Gaze Fixação Área (GFA). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Results

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O método apresentado foi aplicado em duas populações de crianças: um grupo de controle de 337 crianças sem deficiência visual (média de idade (DP) = 4,8 (3,3) anos), e um grupo de 119 crianças com deficiência visual (idade média (SD) = 8,10 (2,96) anos) que foram recrutados em um centro de reabilitação visual (Royal Dutch Visio, Países Baixos). Destas crianças, 74 tinham deficiência visual ocular e 45 tinham deficiência visual cerebrais. Os resultados de todas as crianças de controlo são visualizados nas figuras 4 - 6, separadamente para o tempo de reacção, a duração da fixação, e a área de fixação do olhar. Limites de referência (indicados por linhas pretas) foram construídos por montagem de uma função logarítmica para os dados de controle com base na idade. Estes valores servem de base para caracterizar as funções de processamento visual em crianças com deficiência visual, em termos de função diminuída ou intacta.

13). Quanto mais baixo for o valor RTF, mais rápida será a resposta de movimento do olho. Uma boa repetibilidade dos RTF tem sido demonstrado em um grupo de crianças com desenvolvimento típico de 0-12 anos 13,21,22, e em crianças com vários tipos de deficiência visual 21. A Figura 4 mostra RTF média ao estímulo dos desenhos animados dinâmica mais idade, para crianças do grupo controle, as crianças com deficiência cerebral visual (CVI) e crianças com deficiência visual ocular (OVI). Valores RTF são significativamente mais elevadas em crianças com- comparação com as crianças sem deficiência visual (diferença média = 85 ms; t = -13,91, p <0,001, d de Cohen = 1,32) e no children com CVI comparação com OVI (diferença média = 99 ms; t = -6,90, p <0,001, d de Cohen = 1,25). Estes resultados confirmam publicado anteriormente descobertas em RTF em subgrupos de presente conjunto de dados 20,24,25.

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Figura 4. RTF média em crianças com- e sem deficiência visual. Os valores médios RTF em ms (eixo y) por criança, com idade acima de (eixo-x). Os valores são apresentados separadamente para crianças do grupo controle (círculos abertos), crianças com OVI (círculos pretos), e crianças com CVI (cruzes). A linha preta representa o limite superior de referência de RTF no grupo de controle. Valores RTF acima desta linha são consideradas como desviantes, ou seja, longos tempos de reacção. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A Figura 5 mostra significa FD mais de idade, separadamente para crianças do grupo controle, as crianças com CVI, e crianças com OVI. FD é significativamente menor em crianças do que em com- crianças sem deficiência visual (diferença média = 850 ms; t = 11,72, p <0,001, d de Cohen = -1,12), e significativamente menor em crianças com CVI que em crianças com OVI (média diferença = 325 ms; t = 2,44, p <0,05, d de Cohen = -0,50). Isso confirma resultados anteriores em crianças com-, em comparação com as crianças sem deficiência visual (Kooiker MJG et al., Submetido).


Figura 5. Média FD em crianças com- e sem deficiência visual. Os valores médios FD em ms (eixo y) por criança, com idade acima de (eixo-x). Os valores são apresentados separadamente para crianças do grupo controle (círculos abertos), crianças com OVI (círculos pretos), e crianças com CVI (cruzes). A linha preta representa o limite inferior de referência do FD no grupo de controle. Valores FD abaixo desta linha são consideradas como desviantes, ou seja, a duração de fixação curto. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A área de fixação de parâmetros olhar (GFA) é sensível para detectar distúrbios no controle oculomotor, em particular nistagmo. GFA representa o tamanho da área de fixação em graus, e é uma medida paraprecisão de fixação (para cálculos de ver estudos anteriores 13,23). Uma pequena área de fixação indica alta precisão de fixação. GFA depende do tamanho do estímulo e a área alvo correspondente (isto é, um raio 6º no presente exemplo). Uma boa repetibilidade dos GFA tem sido demonstrado em um grupo de crianças com desenvolvimento típico de 0-12 anos 13, 21 e em crianças com vários tipos de deficiência visual 21. A Figura 6 mostra significa GFA em resposta ao estímulo dos desenhos animados sobre idade, separadamente para crianças do grupo controle, as crianças com o nistagmo impairment oculomotor, e crianças com deficiência visual, mas sem nistagmo. Valores da GFA são significativamente maiores, ou seja, menor precisão fixação, em crianças com- comparação com as crianças sem deficiência visual (diferença média = 1.34º; t = -25,09, p <0,001, d de Cohen = 2,37). Além disso, as crianças com nistagmo têm menor precisão de fixação do que as crianças wi Thout nistagmo, mas com outros tipos de deficiência visual (diferença média = 0.71º; t = 5,03, p <0,001; de Cohen d = 1,04). Isto é consistente com os resultados anteriormente publicados sobre GFA em subgrupos da presente 20,24,25 conjunto de dados.

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Figura 6. Média GFA em crianças com e sem deficiência visual. Os valores médios da GFA em graus (eixo y) por criança, com idade acima de (eixo-x). Os valores são apresentados separadamente para crianças do grupo controle (círculos abertos), crianças com deficiência visual e nistagmo (asterisco), e crianças com deficiência visual sem nistagmo (diamante negro). A linha preta representa o limite superior de referência da GFA no grupo de controle. Valores GFA acima desta linha são considerados como a precisão de fixação desviante, ou seja baixa.t = "_ blank"> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A medida apresentada set-up combinado com análise de movimento dos olhos quantitativa fornece uma caracterização distinto de funções de processamento visual em vários grupos de crianças com oculomotor e deficiência visual. A principal característica deste paradigma é que o desempenho é baseado nas respostas de movimento dos olhos a estímulos visuais que são acionados de forma reflexiva. Sem instruções verbais específicas são dadas e não há necessidade para que as crianças responder verbalmente. O RTF parâmetros, a GFA e FD mostraram diferenças significativas entre os grupos de crianças tipicamente developing- e deficientes visuais, apesar da disseminação limitada de valores de parâmetros que existe em cada grupo (Figuras 4 - 6). Assim, dependendo do parâmetro avaliado, algumas crianças com desenvolvimento típico pode mostrar desempenho desviante, enquanto algumas crianças com deficiência visual mostrar desempenho 'normal'. Em última análise, várias medidas de resultados em resposta a múltiplos visuaismodalidades deve ser considerada em um nível individual. Um resumo de todas as medidas de resultados fornece uma caracterização única de capacidades de processamento de informações visuais, que podem ser convertidos em um perfil visual em crianças de 6 meses de idade.

Vários estudos têm mostrado o valor de rastreamento ocular remota em populações vulneráveis ​​de crianças, para inferir atenção ou de capacidades psicológicas 9,12,18. Enquanto a maioria dos estudos dependem de observações comportamentais e o uso de instruções, uma característica distinta do paradigma atual é a abordagem não-verbal, quantitativa. As etapas críticas no âmbito do protocolo, portanto, incluir os estímulos que são baseados em preferencial procura, a medição móvel set-up, e o software de calibragem personalizada e análise. A extensão apresentada de resultados baseados em observação com métodos de análise elaborados oferece resultados padronizados e detalhadas sobre as funções de processamento visual. Isto está de acordo com o trabalho sobre a avaliação daacuidade visual infantil com um rastreador ocular 14, e trabalhar em controle de olhar em vários distúrbios 7. O método é flexível e permite a avaliação móvel, que é indispensável ao realizar avaliações clínicas em crianças pequenas ou crianças com deficiências múltiplas. Por conseguinte, é adequado para medir oculomotor e capacidades de processamento visual em virtualmente todas as crianças que são capazes de ver um monitor.

A importância deste método em relação a métodos de diagnóstico visuais existentes (ou seja, de validade) tem sido estudado como um primeiro passo para a implementação clínica. O atual paradigma foi combinada com a avaliação actualmente utilizado função visual (VFA) em crianças. Observações de funções oculomotores e visuais que são baseados em gravações de movimento do olho eram comparáveis ​​com as observações comportamentais normais destas funções. Além disso, os parâmetros de acompanhamento dos olhos, por exemplo, a duração de fixação e direção sacádica, ad fornecidavalor nal na caracterização oculomotor e desempenho visual em crianças durante VFA (Kooiker MJG et. al., 2015, submetido). O principal ganho do método apresentado reside na possibilidade de avaliar mais funções visuais do que é feito atualmente em avaliações de função visual em uma idade jovem, e avaliá-los de uma forma quantitativa 26. Uma limitação com relação aos métodos existentes é que, sem adaptações, ainda não é possível avaliar completamente a acuidade visual ou do campo visual com o presente bateria de testes 14.

Embora nos limitamos à apresentação de resultados de estímulos desenhos animados, em futuras aplicações diferentes modalidades visuais podem ser testados utilizando outros estímulos (por exemplo, formas distintas, movimento, cor e informação contraste) 22,20,25. Dessa forma, áreas específicas de processamento visual para além das vias visuais primárias são direcionados, tais como áreas de associação visuais no córtex temporal ou parietal.Uma limitação deste método é que os presentes estímulos visuais implicam apenas a detecção de informação visual, e invocar a etapa inicial de processamento visual. Esses estímulos não-alvo funções de ordem superior que se tornam relevantes após a detecção de estímulo e que normalmente são medidos com testes de percepção visual. Embora sua execução sem o uso de comunicação é um desafio, um paradigma baseado no rastreamento do olhar é um formato de futuro promissor para a detecção de informações relacionadas com a percepção, por exemplo, busca visual, atenção -Memória ou seletivo.

Em suma, detalhadas respostas de movimento dos olhos para vários tipos de estimulação visual fornecer uma caracterização completa de funções de processamento de informações visuais, no início do desenvolvimento. Consequentemente, para cada criança um perfil visuais indivíduo em termos de funções intactas e deficientes podem ser criados. Tal perfil pode fornecer informações detalhadas sobre os pontos fortes e fracos em oculomotor e visualfunção. Pode ser utilizado como um ponto de partida para o suporte da vida diária, e para o professor e educação cuidador. As informações quantitativas que se tornou disponível com este método pode ser vantajoso para seguir o desenvolvimento visual ao longo do tempo, e para monitorar intervenções visuais e programas de reabilitação.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Os autores declaram que não têm interesse financeiro conflitante.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Os autores agradecem às creches (Wasko, Alblasserwaard) pelo apoio no recrutamento do grupo controle e a Mark Vonk pela ajuda na coleta de dados no grupo controle. Os autores também agradecem às crianças do grupo controle e às crianças que são clientes do Royal Dutch Visio pela participação no estudo. Os autores agradecem às crianças e seus pais pela participação no vídeo.

O desenvolvimento do método foi apoiado por uma doação da Novum Foundation: uma organização sem fins lucrativos que fornece apoio financeiro a projetos (de pesquisa) que melhoram a qualidade de vida de pessoas com deficiência visual (www.stichtingnovum.org). O apoio financeiro para o presente estudo foi fornecido pela 'ZonMw Inzicht' (Organização Holandesa para Pesquisa e Desenvolvimento em Saúde-Insight Society), número de concessão: 60-00635-98-10.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Tobii T60 XLTecnologia Tobii: http://www.tobii.com http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/Rastreador ocular infravermelho remoto 
Estúdio TobiiTecnologia Tobii: http://www.tobii.com software de rastreamento http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ olhos
MATLABMathWorks Inchttp://nl.mathworks.com/products/matlab/software de análise de dados

References

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