Introduction
Forekomsten af Brain Damage-relaterede synsproblemer hos børn er steget. Fordi visuelle problemer kan have stor indflydelse på et barns udvikling, tidlig påvisning i unge spædbørn og børn i risiko er meget vigtigt. På nuværende tidspunkt visuelle funktionstest vurdere visuelle sensoriske funktioner såsom synsstyrke og kontrast følsomhed (f.eks optotype tests) er gældende hos børn fra 1-2 års alderen 1. I yngre børn disse tests er baseret på strukturerede observationer af et barns visning adfærd til visuel information. Fortolkningen af en sådan adfærd, dvs. ved at se på et barns øjenbevægelser, kan blive hæmmet af oculomotor eller koncentrationsproblemer dysfunktioner af barnet, eller endda ved at se adfærd på den observatør. Cerebrally medierede visuelle funktioner såsom visuospatial hukommelse og objekt anerkendelse vurderes med visuel perception tests (f.eks DTVP 2). Disse tests kræver verbale instructions og kommunikation og kan bruges fra 4-5 år. I betragtning af den postnatale udvikling af det visuelle system og til at drage fordel af den høje plasticitet tidligt i livet, er det ønskeligt at etablere tilstedeværelsen og omfanget af nedskrivninger i visuel informationsbehandling så tidligt som muligt. På den måde kan børn med (cerebrale) synshandicap maksimalt gavn af tidlig indgriben, visuel stimulation, eller støttende strategier. Der er derfor et behov for en metode til vurdering af visuel informationsbehandling, der kan anvendes uden verbal kommunikation hos børn og som er baseret på kvantitative resultater.
Bevægelser Eye er en god model til at studere visuelt guidet orienterende adfærd på stimuli 3,4 og beslægtede perceptuelle og kognitive funktioner 5. bevægelser Eye angiver fokus for visuel opmærksomhed i scener, og er kendt for at resultere enten fra bottom-up (refleksiv, prominens-drevet) eller fra top-down (intentional, kognitiv) fremgangsmåder 6. Bevægelser Eye bruges til at dirigere fovea, dvs skarphed af synet, at nye objekter. Den visuelle indhold af et objekt af interesse behandles via veje, der løber fra nethinden via den laterale geniculate nucleus til primære visuelle cortex (V1), og at distribuere sig selv over cerebrale forarbejdningsområder (fx involveret i opmærksomhed, rumlig orientering, anerkendelse, hukommelse, og følelser). bevægelser Eye er både en forudsætning for og en efterfølger til visuel informationsbehandling.
Udviklingen i målingen af øjenbevægelser med infrarøde øje trackers giver mulighed for at få kvantitative parametre for oculomotor og synsfunktion. Automatiserede øje trackers er i dag allestedsnærværende i medicinsk og psykologisk forskning med sunde og kliniske populationer. Deres formål er ikke kun at studere oculomotor funktion og tildeling opmærksomhed 7, men også at besvare spørgsmål ABOut adfærdsmæssige og psykologiske mekanismer 8,9. Med fremkomsten af tilgængelige og kommercielle eyetracking-systemer, er de i stigende grad bruges til at teste sårbare bestande af spædbørn og børn 10-12, uden begrænsende betingelser, komplekse instruktioner, eller aktivt samarbejde 12,13. På grund af den tætte kobling af oculomotor og visuelle system på en okulær og cerebral niveau, eye tracking-baserede metoder er i særlig grad egnet til at vurdere visuelle kapacitet. Hidtil foruden måling af synsskarphed 14 er anvendelsen af teknikken ved vurderingen synsfunktionen hos børn ofret megen opmærksomhed.
Vores gruppe har kombineret øjenbevægelser målinger med en privilegeret udseende paradigme 13. Differentieret leder er præference til fiksere mønstrede overflader i homogene dem 15. Dette princip anvendes ved hjælp af visuelle stimuli med et målområde i en af fire kvadranter, som diffis fra baggrunden i form af en bestemt visuel effekt, f.eks sammenhængende form sammenhængende bevægelse, kontrast og farve. Disse visuelle træk er kendt for at blive behandlet af separate perifere og centrale visuelle veje. For eksempel er information om form behandles af ventrale veje, fra V1 til den tidsmæssige cortex. Information om bevægelse behandles af dorsale veje, fra V1 til posterior parietal cortex 16. Derfor er specifikke stimuli anvendt til at udløse visuel informationsbehandling i forskellige områder af det visuelle system. Hvis et barn er i stand til at se den specifikke visuelle oplysninger, der præsenteres, vil disse oplysninger tiltrække visuel opmærksomhed i form af øjenbevægelser. Disse refleksive øjenbevægelser reaktioner på de visuelle stimuli registreres med en fjernbetjening infrarødt øje tracker. På den måde, øjenbevægelser foranstaltninger giver en meddelelse gratis vurdering af kvaliteten af forskellige aspekter af visuel informationsbehandling 13.
Bevægelser Eye giver ikke kun observationsdata af et barns visning adfærd 11, men kan også bruges til mere objektive resultatmål. I kombination med en omhyggeligt designet test paradigme, kan øjenbevægelser giver præcis og objektiv information om visuel informationsbehandling. Denne information fås ved at beregne kvantitative parametre baseret på temporale og rumlige egenskaber af øjenbevægelser svar. Eksempler på sådanne parametre er reaktionstid 13, fiksering tid 17, saccade målinger 7 eller kumulative opmærksomhed tildeling 18. Tilgængeligheden af disse parametre er ny i området for visuel bedømmelse hos børn i en ung udviklingsstadiet.
Målet med denne artikel er at præsentere en eyetracking-baserede metode til at måle visuel informationsbehandling hos børn i alderen fra 6 måneder. Målingen opsætning og procedure (dvs. nonverbal paradigme, post-kalibrering og Mobilty) specifikt gælder for at bruge denne metode i udsatte børn. Et afgørende aspekt er analysen af kvantitative visuelle respons parametre, dvs. reaktionstid, fiksering varighed og fiksering nøjagtighed. Disse parametre bruges til at give referenceområder for visuelt guidede reaktioner i typisk udviklede børn, til at karakterisere visuel informationsbehandling i risikogrupper grupper af børn med synshandicap.
Protocol
Den her beskrevne protokol blev godkendt af udvalget Medical Etisk Forskning af Erasmus Medical Center, Rotterdam, Holland (MEC 2012-097). De procedurer overholdt læresætninger Helsinki-deklarationen (2013) for forskning med mennesket som forsøgsperson.
1. visuelle stimuli
- Vælg et sæt af visuelle stimuli, dvs, billeder og film, til at målrette behandlingen af grundlæggende oculomotor funktioner og visuelle databehandlingsfunktioner.
- Brug billeder og film til at evaluere grundlæggende oculomotor funktioner såsom fiksering, saccades, glat forfølgelse, og optokinetic nystagmus. Når der registreres abnormiteter i oculomotor funktion, tage dette i betragtning i analyse og fortolkning af data.
- Brug et billede for at vurdere fiksering og saccades. Den nuværende paradigme indeholder smiley billeder med en radius på 3º af visuel vinkel, der er vist i venstre, højre, øverste og nederste halvdel af skærmen.
- USE et langsomt bevæger billede for at vurdere glat forfølgelse. Den nuværende paradigme indeholder film af smileys, der bevæger sig 16º i sinusformet vandret og lodret retning på tværs af skærmen, med en hastighed på 4º / sek.
- Brug en film til at vurdere optokinetic nystagmus reflekser. Den nuværende paradigme indeholder film af sort-hvide sinusformede riste, der bevæger sig i mod venstre og mod højre retning.
- Brug billeder og film til at vurdere visuelle behandling funktioner, fx, kontrast, farve, form eller bevægelse.
- Brug et sæt af visuelle stimuli, der er baseret på en 4-alternativ tvunget valg præferentiel leder paradigme (4-AFC PL 19). I den foreliggende paradigme, de 4 stimulus hjørner (dvs. øverste venstre og højre kvadrant, nederste venstre og højre kvadrant) hver betegner en alternativ valg, dvs. et målområde. Hvert målområdet har en radius på 6º og adskiller sig fra de andre 3 kvadranter med hensyn til specifikke visuel information,fx baseret på kontrast, farve, form eller bevægelse. Følgende visuelle stimuli kan anvendes som et eksempel:
- Brug et billede for at vurdere Form Sammenhæng behandling: et billede med en vifte af tilfældigt orienterede korte w hite linjer (0.2º x 0.6º, densitet 4,3 linjer / grad 2) mod en sort baggrund. I målområdet alle linjer er arrangeret i form af en cirkel.
- Brug en film til at vurdere Local Motion behandling: en film med en sort / hvid mønstret firkantet mål, med en visuel vinkel på 2.3º, mod en lige så mønstret baggrund, flytter 2.5º til venstre og til højre i en kvadrant på 2.5º / sek.
- Brug en film til at vurdere Global behandling Motion: et billede med en vifte af hvide prikker (diameter 0.25º, densitet 2,6 prikker / grad 2), ekspanderende fra midten af målområdet mod grænserne for skærmen. Prikkerne flytter over en sort baggrund med en hastighed på 11.8º / sek og en begrænset levetidpå 0,4 sek.
- Brug et billede for at vurdere Contrast Detection: et billede med en 0% lysstyrke (sort) Skjule Heidi billede i målområdet, mod en 75% (lysegrå) lysstyrke baggrund.
- Brug et billede for at vurdere Color Detection: et billede med en grøn nummer 17 i målområdet, mod en rød-gul baggrund.
- Brug en film til at vurdere samtidige visuelle behandling, fx en tegneserie: en farverig, høj kontrast billede (gengivet med tilladelse fra Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Holland) med en visuel vinkel på 4.5º x 9.0º (bredde x højde ) bevæger 1.5º op og ned med en hastighed på 3'er / sek i målområdet, mod en sort baggrund.
BEMÆRK: Med henblik på klarhed, vil de repræsentative resultater af dette papir fokus på den meget fremtrædende tegneserie stimulus, der indeholder forskellige typer af visuel information (figur 1). For billeder af andre visuelle stimuli, skal du kontakte en tidligere undersøgelse 20
Figur 1. Cartoon stimulus. Tegnefilmen stimulus indeholder forskellige visuelle modaliteter (formular, motion, farve og kontrast). Denne stimulus udløser visuel opmærksomhed, og giver hurtigste svartider hos børn. Indlagt er en øjenbevægelser (grå), går fra det nederste venstre hjørne af skærmen i målområdet i øverste højre hjørne (dvs. en refleksiv reaktion på stimulus). Klik her for at se en større version af dette tal.
2. Eye Tracking-baserede test Paradigm
- Vælg et øje tracking system egnet til pædiatriske populationer (f.eks non-invasiv, tolerance af hovedbevægelser, og brugervenlighed) 12. Dette indebærer generelt remote infrarødøjet trackers (f.eks Tobii T60XL, SMI RED) 10,11.
- Vælg en vidvinkel størrelse computerskærm til fuldt ud at vise hver stimulus (dvs. minimale visuelle vinkel på 24 º x 30º ved 60 cm synsafstand). Fjernbetjeningen øjefølger er enten integreret med skærmen, eller kan fastgøres separat til en monitor.
BEMÆRK: Eksterne øje trackers udsender infrarødt lys, der indsamles med anvendelse hornhinde refleksion. En eyetracking sampling rate på ~ 60 Hz er generelt tilstrækkelig til at studere mønstre af blik adfærd hos børn. - Saml en mobil måling opsætning ved at tilslutte en skærm og den eksterne eye tracking-system til en bærbar eller stationær pc.
- Installer en kompatibel software program på pc'en (f.eks Tobii Studio, iView) for præsentationen af visuelle stimuli og registrering af øjenbevægelser.
- Design en test sekvens indeholder alle stimulus typer, der er nødvendige for at teste oculomotor funktioner og / eller visuelle behandling funktioner(Se protokol trin 1: visuel stimuli). Det foreliggende eksempel indeholder alle stimulus typer, der er beskrevet i trin 1, dvs., 9 i alt.
- Placer de forskellige typer af visuelle stimuli i tilfældig rækkefølge i testforløbet, men sørg for, at placeringen af målområdet suppleanter fra forsøg til forsøg. Dette sikrer behovet for at gøre refleks øjenbevægelser til målet.
- Præsenter hver stimulus mindst 4 gange (dvs. med målområdet mindst én gang i hver kvadrant), og i mindst fire sekunder, at give tilstrækkelig tid til at foretage en øjenbevægelser reaktion. I det foreliggende eksempel er Cartoon stimuli vist 16 gange hvorimod alle andre stimuli bliver vist 4 gange. Dette tilføjer op til i alt 48 stimulus præsentationer og en samlet testtid på ~ 3,5 min.
BEMÆRK: Gentagen præsentationer øge chancen for prøveudtagning tilstrækkeligt blik point for hver stimulus og hvert målområde i barnets synsfelt. Generelt tilgængeligheden af blik data feller der er behov for mindst 25% af stimulus præsentationer for at sikre pålidelige resultater 21. - Sørg testtid pr sekvens ikke længere end ~ 5 min, fordi når en testsekvens kører, kan ikke standses midlertidigt. Det foretrækkes at gøre to sekvenser, der kan køres i rækkefølge, for at tilvejebringe en hvileperiode halvvejs.
BEMÆRK: For at maksimere opmærksomhed under testen, nuværende lyd eller audiovisuelle signaler i nærheden af skærmen i mellem, men ikke samtidig med, præsentation af visuelle stimuli. Børn med synshandicap er særligt mere følsomme og lydhøre over for lydsignaler. Sådanne signaler kan øge test opmærksomhed i denne population.
- Påfør testsekvensen (r) i øjet tracker software. Først skal du vælge den type stimulus der skal lægges til tidslinjen af øjet tracker software: billede eller film. Dernæst skal du vælge den ønskede stimulus fra den mappe, hvor det er placeret, og klik på 'Tilføj'. Gentag disse trin, indtil alle stimuli harblevet tilsat.
3. Kørsel af Eye Tracking Experiment
- Fastgør øjet tracker skærm med en fleksibel LCD arm til et fast bord eller væg. Vælg en arm, der kan bevæge sig i 3 dimensioner (dvs. 3 oversættelser, 3 rotationer).
- Position børn på en kort afstand (normalt ~ 60 cm) fra skærmen for at sikre en effektiv elev sporing af begge øjne.
- Juster skærmens position til at være helt vinkelret på barnets øjne. Med en LCD arm dette er muligt, selv når barnet ligger eller sidder i en barnevogn eller i kørestol.
BEMÆRK: Denne opsætning giver mulighed for vurdering af meget unge og intellektuelt handicappede børn, da det ikke kræver en bestemt kropsstilling, verbal kommunikation eller aktiv deltagelse. Visse oculomotor svækkelser (f.eks nystagmus) er karakteriseret ved præference positioner af hovedet for at kompensere for afvigende øje positioner (f.eks torticollis). Evnen til atjustere øjet tracker skærmen til individuelle hoved position muliggør nøjagtig elev tracking i denne gruppe af børn. - Check kvaliteten af elevens modtagelse. Dette er generelt angivet ved tilstedeværelsen af to markører, der repræsenterer barnets øjne (f.eks, hvide prikker). Hvis de to markører er klart synlig og ikke regelmæssigt forsvinder, kvalitet er tilstrækkelig. I en separat skærm, tjek afstanden mellem øjnene til monitor (helst ~ 60 cm).
BEMÆRK: De fleste eye trackere registrere blik position hvert øje for sig og kompensere for gratis hovedbevægelser. Elev signalmodtagelse er generelt ikke kompromitteres i børn, der bruger briller eller kontaktlinser, hos børn med en eller to fungerende øjne, eller hos børn med skelen. - Start øjet tracker software kalibrering for at justere blik stillinger med foruddefinerede positioner på skærmen, før start på målingen. I de fleste eye tracker softwarepakker proced denne kalibreringure består af præsentationen af bevægelige prikker på foruddefinerede områder af skærmen, som skal fikseret. For børn, kan en version med tegnefilm eller truende prikker bruges til at forbedre visuel opmærksomhed.
BEMÆRK: Selvom kalibreringsprocedurer for børn er forbedret betydeligt, kan de stadig være en udfordring at udføre hos små børn og børn med visse øjen- eller adfærdsmæssige forstyrrelser. - Kontroller kvaliteten af den forudindstillede kalibrering. Når kvaliteten af kalibreringen er dårlig, (fx på grund af for store bevægelser hoved, mangel på ordentlig optagelser, afvigende blik position eller afvigende hoved position), ingen optagelse kan foretages. For at omgå dette, anvende en post-kalibrering procedure, efter at optagelsen er færdig, før yderligere dataanalyse (se Diskussion afsnit).
- Før du starter testen optagelse, aktivere "live seeren«: et separat vindue, der viser barnets øjenbevægelser svar til test stimuli ved superpålægge blikket signal på videooptagelsen.
- Aktiver en web-cam, der er rettet mod barnet, at observere og registrere barnets generelle opførsel under testen. En sådan optagelse giver et overblik over barnets visuelle opmærksomhed, adfærd, træthed og miljømæssige forhold.
- Før igangsættelse af testen, fortæller barnet, han eller hun vil være 'ser fjernsyn «. Ingen specifikke instruktioner er nødvendige under testen.
- Under test udførelse, observere barnets fysiske adfærd og øjenbevægelser svar. Dette kan gøres ved at observere adfærdsmæssigt i realtid, eller ved at observere optagelser foretaget med web cam.
- Når eleven signalet forsvinder under test udførelse, flytte enten barnet eller skærmen for at genoptage ordentlig elev afsløring.
- Når et barn ikke er opmærksom på monitoren, verbalt opmuntre barnet til at se skærmen. Ret ikke den opmærksomhed af barnet direkte til måletareal; dirigere barnets blik alene den generelle placering af øjet tracker monitor.
- Efter test udførelse, replay blikket indspilning off-line at observere blik reaktioner på de præsenterede stimuli. Dette er et første skridt i at karakterisere barnets visuelle orientering adfærd.
BEMÆRK: Et væld af parametre registreres kontinuerligt af øjet tracker softwaren under den samlede testtid. Vigtige parametre, der skal eksporteres til at udføre dataanalyse for den nuværende paradigme er: tidsstempler, synsafstand mellem begge øjne og skærmen, placeringen af venstre og højre øje på monitoren (i x- og y-koordinater) , gyldighed blik data, og timingen og placeringen af præsenterede stimuli (dvs. hændelser). - Per emne, eksport og gemme de indspillede tidsbaserede data om øjenbevægelser egenskaber (blik data såsom visning afstand og blik stillinger), og separat tidsbaseret liste over præsenteret visuelle stimuli (event data såsom stimulus positioner). Sørg for at eksportere de to datafiler som tekstfiler og konvertere dem til en data regneark (fx gemme som en Excel-fil).
BEMÆRK: De to tekstfiler (data event og blik data) kombineres ved hjælp af deres tilsvarende tidsstempler, og omdannes til en række kvantitative parameterværdier med en selvstændig skriftlig program (se næste afsnit). Sammenlignet med standard eye tracker analyse software, sådanne parametre giver en mere præcis og kvantitativ øjenbevægelser analyse, at sigte mod detaljerede visuelle og kognitive processer.
4. Kvantitativ analyse af øjenbevægelser
BEMÆRK: Denne protokol er specifik for en selvstændig skriftlig program. For at kopiere det, bør man skrive sådan et program, fx i Matlab eller Python, at kvantificere barnets visuelle orientering adfærd. I programmet udføres følgende trin for hver stimulus type. Nærværende eksempel er fokuseret på Cartoon; den samme protokol kan anvendes til andre stimulus typer.
- Post-kalibrere Gaze data
- Åbent MATLAB. Vælg den stimulus til at analysere blik data, ved at skrive i "1" ved siden af stimulus af valg.
- Tryk Kør. I det vises på lokalmenuen, skal du vælge "Post-kalibrere data". En liste med blik datafiler pr motivet. Vælg blik data for ét emne og tryk på 'Åbn'.
- Fra næste lokalmenu, vælge, hvilke øjne (r) til at analysere: Venstre, Højre, eller begge. Programmet nu genererer et scatter plot af alle registrerede blik positioner og mål stillinger, over hele stimulus præsentation tid.
- Kontroller, om blik positioner korrekt overlapper de tilsvarende mål stillinger. Hvis dette kalibreringen er korrekt, skal du trykke på 'Ja'. Ellers skal du trykke 'Nej'. Dette vil starte mulighed for at udføre en post-kalibrering.
- Oversæt centrum of blik peger på midten af skærmen, ved at klikke en gang på midten af blik point. Dette center punkt ligger i midten af de vertical- og vandrette akser.
- Skalere blik positioner til de tilsvarende mål positioner ved at klikke på midten af blik point i hver af de fire målområder gang (dvs. de 4 kvadranter).
- Kontrollér igen, om blik positioner korrekt overlapper de tilsvarende mål stillinger. Hvis dette er tilfældet, angiver i den næste lokalmenu, at kalibreringen er udført korrekt, ved at trykke på "Ja", hvorefter det kalibrerede blik data gemmes. Ellers skal du trykke 'Nej', hvorefter post-kalibrering starter igen fra trin 4.1.5.
BEMÆRK: Efter post-kalibrering, flere blik svar er til rådighed pr stimulus type og pr emne. Disse kan anvendes til at beregne kvantitative parametre for visuel forarbejdning. Forud for beregning af disse parametre, kontrollere, at blik svarene vargjort til målområdet (dvs. at den specifikke stimulus er blevet set af barnet).
- Bestem Om Stimulus er blevet set
- Per stimulus præsentation af hvert emne, er de tilsvarende blik data, der blev registreret under total præsentation tid visualiseret i en graf (figur 2). Kontroller, om denne stimulus er blevet set, ved at kontrollere de kriterier, der er angivet i tabel 1, og som er visualiseret i figur 2. Hvis øjenbevægelser reaktion overholder kriterierne, dvs., kan stimulus klassificeres som ses, skal du klikke på 'Accepter "i genvejsmenuen. Hvis øjenbevægelser respons ikke er i overensstemmelse med de kriterier, skal du klikke på "Afvis".
- Samtidig plotte alle fastgørelsespunkter tilhører den præsenterede stimulus og den tilsvarende målområdet (dvs. kvadrant) i et andet graf. Inspicere visuelt, om fastgørelsespunkter er placeret i tilsvact kvadrant.
- Fortsæt med den efterfølgende stimulus præsentation, og udføre trin 4.2.1 og 4.2.2 for alle tilgængelige øjenbevægelser svar. Efter manuelt kontrollere øjenbevægelser svar, softwareprogrammet beregner tre resultatparametre: RTF, FD, og GFA (figur 3).
Figur 2. øjenbevægelser reaktion til målområdet af en stimulus. En øjenbevægelser spor (vandret og lodret retning tilsammen) i afstand fra midten af målområdet (i grader, y-aksen) i løbet stimulus præsentation (ms, x-aksen). Den stiplede linje repræsenterer grænsen til målområdet (6 ° radius). Breve angiver kriterier for at fastslå, om stimulus er set: (A) Gaze signal i de første 500 ms; (B) Gaze var ikke i målområdet before 120 ms; (C) Kigger inde i målområdet for ≥200 msek. Bemærk, at i denne figur den afbildede præsentationstidspunkt er max 2.000 msek at visualisere den første, refleksiv reaktion. Under testen samlet præsentation tid for alle stimuli var 4.000 ms. Klik her for at se en større version af dette tal.
| Kriterium (figur 2) | Kontroller, at blikket signal: | Grundlag: |
| EN | Er blevet registreret for ≥ 500 msek efter stimulus debut | Capture refleks orienterende svar |
| B | Ikke ind i målområdet <120 ms efter stimulus debut, og var ikke allerede inde i målet i starten af stimulus præsentation | Udelukkekorrekt udførelse baseret på chance |
| C | Var i målområdet for ≥200 msek | Sørg fiksering på målet |
| D | Trådte målområdet inden for et tidsvindue på 1.500 ms, og mindre end 4 saccades blev foretaget | Udeluk visuel søgeadfærd |
Tabel 1:. Kriterier for at fastslå, om en stimulus er blevet set Kriterier A, B, og C er visualiseret i figur 2.
Figur 3. Visualisering af kvantitative parametre RTF, FD, og GFA. En øjenbevægelser spor i afstand fra midten af målområdet (i grader, y-aksen) i løbet stimulus præsentation tid (i millisekunder, x-akse). Den lodrette røde linje repræsenterer det tidspunkt, hvor stirre indtastet tjærefå område, altså Reaction Time to Fiksering (RTF). Den vandrette røde linje repræsenterer den samlede tid blik blev fikseret på målområdet, dvs Fiksering Varighed (FD). Den lodrette røde pil repræsenterer bredden af fiksering spor, i grader af synsvinklen, dvs Gaze Fiksering Area (GFA). Klik her for at se en større version af dette tal.
Representative Results
I denne procedure er blevet anvendt i to populationer af børn: en kontrolgruppe af 337 børn uden synshandicap (gennemsnitsalder (SD) = 4,8 (3,3) år), og en gruppe af 119 børn med synshandicap (gennemsnitsalder (SD) = 8,10 (2,96) år), der blev rekrutteret på en visuel rehabiliteringscenter (Royal Dutch Visio, Nederlandene). Af disse børn, 74 havde okulær synshandicap og 45 havde cerebrale synshandicap. Resultaterne af alle kontrol- børn visualiseres i figur 4 - 6, særskilt for reaktionstid, fiksering varighed, og blik fiksering område. Reference grænser (angivet med sorte linjer) blev konstrueret ved at montere en logaritmisk funktion til kontrol data baseret på alder. Disse tal danner grundlag for at karakterisere visuel forarbejdning funktioner hos børn med synshandicap, i form af nedsat eller intakt funktion.
13). Jo lavere RTF værdi, jo hurtigere øjenbevægelser respons. God repeterbarhed RTF er blevet vist i en gruppe på typisk udvikle børn fra 0-12 år 13,21,22, og børn med forskellige former for synshandicap 21. Figur 4 viser gennemsnitlig RTF til den dynamiske Cartoon stimulus over alderen, for kontrol børn, børn med cerebral synshandicap (CVI) og børn med okulær synshandicap (OVI). RTF værdier er signifikant højere hos børn tilbage- forhold til børn uden synshandicap (gennemsnitlig forskel = 85 ms; t = -13,91, p <0,001, Cohens d = 1,32) og i children med CVI forhold til OVI (gennemsnitlig forskel = 99 ms; t = -6,90, p <0,001, Cohens d = 1,25). Disse resultater bekræfter tidligere offentliggjorte resultater på RTF i undergrupper af den nuværende datasæt 20,24,25.
Figur 4. Gennemsnitlig RTF hos børn tilbage- og uden synshandicap. Gennemsnitlige RTF værdier i ms (y-akse) pr barn over alder (x-aksen). Værdierne er vist separat for kontrol børn (åbne cirkler), børn med OVI (sorte cirkler), og børn med CVI (krydser). Den sorte linje repræsenterer den øvre referencegrænse af RTF i kontrolgruppen. RTF værdier over denne linje betragtes som afvigende, dvs lange reaktionstider. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 viser betyder FD løbet alder, særskilt for kontrol børn, børn med CVI, og børn med OVI. FD er betydeligt kortere hos børn tilbage- end hos børn uden synshandicap (gennemsnitlig forskel = 850 ms; t = 11,72, p <0,001, Cohens d = -1,12), og betydeligt kortere hos børn med CVI end hos børn med OVI (betyder forskel = 325 msek; t = 2,44, p <0,05, Cohens d = -0,50). Dette bekræfter tidligere resultater hos børn tilbage-, sammenlignet med børn uden synshandicap (Kooikeren MJG et al., Indsendt).
Figur 5. Gennemsnitlig FD hos børn tilbage- og uden synshandicap. Gennemsnitlig FD værdier i ms (y-akse) pr barn over alder (x-aksen). Værdierne er vist separat for kontrol børn (åbne cirkler), børn med OVI (sorte cirkler), og børn med CVI (krydser). Den sorte linje repræsenterer den nedre referencegrænse FD i kontrolgruppen. FD værdier under denne linje betragtes som afvigende, dvs. kort fiksering varighed. Klik her for at se en større version af dette tal.
Parameteren blik fiksering område (GFA) er følsom til at påvise forstyrrelser i oculomotor kontrol, især nystagmus. GFA repræsenterer størrelsen af arealet af fiksering i grader, og er et mål forfiksering nøjagtighed (til beregninger se tidligere undersøgelser 13,23). Et lille område af fiksering indikerer høj fiksering nøjagtighed. GFA afhænger af størrelsen af stimulus og den tilsvarende målområdet (dvs. en 6º radius i det foreliggende eksempel). God repeterbarhed GFA er blevet vist i en gruppe på typisk udvikle børn fra 0-12 år 13, 21, og hos børn med forskellige former for synshandicap 21. Figur 6 viser betyde GFA som svar på tegneserie stimulus over alderen, separat for kontrol børn, børn med nystagmus oculomotor værdiforringelse, og børn med synshandicap, men uden nystagmus. GFA værdier er betydeligt større, dvs. lavere fiksering nøjagtighed, hos børn tilbage- forhold til børn uden synshandicap (gennemsnitlig forskel = 1.34º; t = -25,09, p <0,001, Cohens d = 2,37). Desuden børn med nystagmus har lavere fiksering nøjagtighed end børn wi thout nystagmus men med andre typer af synshandicap (gennemsnitlig forskel = 0.71º; t = 5.03, p <0,001; Cohens d = 1,04). Dette er i overensstemmelse med tidligere offentliggjorte resultater om GFA i undergrupper af den nuværende datasæt 20,24,25.
Figur 6. Gennemsnitlig GFA hos børn med og uden synshandicap. Gennemsnitlige GFA værdier i grader (y-akse) pr barn over alder (x-aksen). Værdierne er vist separat for kontrol børn (åbne cirkler), børn med synshandicap og nystagmus (stjerne), og børn med synshandicap uden nystagmus (sorte diamant). Den sorte linje repræsenterer den øvre referencegrænse af GFA i kontrolgruppen. GFA værdier over denne linje betragtes som afvigende, dvs. lav fiksering nøjagtighed.t = "_ blank"> Klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
Den præsenterede måling set-up kombineret med kvantitativ øjenbevægelser analyse giver en distinkt karakterisering af visuelle behandling funktioner i forskellige grupper af børn med oculomotor og synshandicap. Det centrale element i dette paradigme er, at ydeevnen er baseret på øjenbevægelser reaktioner på visuelle stimuli, der er udløst i en refleksiv måde. Ingen specifikke verbale instruktioner gives, og der er ikke behov for børn at verbalt reagere. Den parametre RTF, GFA og FD viser signifikante forskelle mellem grupper af typisk developing- og svagsynede børn, trods den begrænsede udbredelse af parameterværdier, der findes i hver gruppe (figur 4 - 6). Afhængig af den evaluerede parameter, kan nogle typisk udviklingslande børn viser afvigende ydelse, mens nogle børn med synshandicap viser 'normale' ydeevne. I sidste ende, flere effektmål som reaktion på flere visuellemodaliteter bør overvejes på et individuelt niveau. En oversigt over alle resultatmål giver en unik karakteristik af visuelle informationer forarbejdningskapacitet, som kan omdannes i en visuel profil hos børn fra 6 måneders alderen.
Flere undersøgelser har vist værdien af remote eye tracking i sårbare populationer af børn, for at udlede opmærksomhedsgraden eller psykologiske kapacitet 9,12,18. Mens de fleste undersøgelser er afhængige af adfærdsmæssige observationer og brug af instruktioner, et særligt træk ved den nuværende paradigme er den nonverbale, kvantitativ tilgang. Kritiske skridt i protokollen omfatter derfor de stimuli, der er baseret på fortrinsret leder, den mobile måling opsætning og den brugerdefinerede kalibrering og analyse software. Den præsenterede udvidelse af observation-baserede resultater med udførlige analysemetoder giver standardiserede og detaljerede resultater på visuelle databehandlingsfunktioner. Dette er i tråd med arbejdet om vurdering afspædbarn synsstyrke med øje tracker 14, og arbejde på blik kontrol i forskellige lidelser 7. Metoden er fleksibel og muliggør mobil vurdering, som er uundværlig, når du udfører kliniske vurderinger i små børn eller børn med multiple funktionsnedsættelser. Derfor er det velegnet til at måle oculomotor og visuelle forarbejdningskapacitet i stort set alle børn, der er i stand til at se en skærm.
Betydningen af denne metode i forhold til eksisterende visuelle diagnostiske metoder (dvs. validitet) er blevet undersøgt som et første skridt i retning af klinisk implementering. Den foreliggende paradigme blev kombineret med for tiden anvendte synsfunktion vurdering (VFA) hos børn. Observationer af oculomotor og visuelle funktioner, der er baseret på øjenbevægelser optagelser var sammenlignelige med standard adfærdsmæssige observationer af disse funktioner. Desuden øje sporingsparametre fx fiksering varighed og saccadiske retning, forudsat annoncenelle værdi i at karakterisere oculomotor og visuel præstation i børn under VFA (Kooikeren MJG et. al., 2015, indsendt). Den største gevinst af præsenterede metode ligger i muligheden for at vurdere flere visuelle funktioner, end der i øjeblikket sker i synsfunktionen vurderinger i en ung alder, og vurdere dem på en kvantitativ måde 26. En begrænsning med hensyn til de eksisterende metoder er, at uden tilpasninger, ikke er det endnu ikke muligt at foretage en grundig vurdering af visuel skarphed eller synsfelt med den nuværende test batteri 14.
Selvom vi begrænset os til præsentation af resultater fra tegneserie stimuli, i fremtidige applikationer forskellige visuelle modaliteter kan testes ved hjælp af andre stimuli (fx forskellige former, bevægelse, farve og kontrast information) 22,20,25. På den måde er specifikke visuelle forarbejdning områder uden de primære visuelle veje målrettet, såsom visuelle forening områder i tidsmæssig eller parietal cortex.En begrænsning ved metoden er, at de foreliggende visuelle stimuli blot udløse påvisning af visuelt input, og påberåbe den indledende fase af visuel forarbejdning. Disse stimuli ikke målrette højere orden funktioner, der bliver relevant efter stimulus afsløring og at der normalt måles med visuel perception tests. Selv om deres henrettelse uden brug af kommunikation er en udfordring, en eyetracking-baserede paradigme er en lovende fremtid format til påvisning af opfattelsen-relaterede oplysninger, f.eks visuel søgning, -Memory eller -selektiv opmærksomhed.
I summen, detaljerede øjenbevægelser reaktioner på forskellige former for visuel stimulation give en samlet karakteristik af visuelle databehandlingsfunktioner, tidligt i udviklingen. Derfor for hvert barn kan oprettes en individuel visuel profil i form af intakte og værdiforringede funktioner. En sådan profil kan give detaljerede oplysninger om styrker og svagheder i oculomotor og visuelfungere. Det kan anvendes som udgangspunkt for støtte i dagligdagen og til lærer og pårørende uddannelse. De kvantitative oplysninger, der er kommet frem med denne metode kan være fordelagtigt for følgende visuelle udvikling over tid, og til overvågning af visuelle interventioner og rehabiliteringsprogrammer.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Tobii T60 XL | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/ | remote infrared eye tracker |
| Tobii Studio | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ | eye tracker software |
| MATLAB | MathWorks Inc | http://nl.mathworks.com/products/matlab/ | data analysis software |
References
- Hyvärinen, L. Considerations in evaluation and treatment of the child with low vision. Am. J. Occup. Ther. 49 (9), 891-897 (1995).
- Hamill, D. D., Pearson, N. A., Voress, J. K. Developmental Test of Visual Perception. , 2nd edn, Pro-Ed. Austin, TX. (1993).
- Yarbus, A. L. Eye movements and vision. , Plenum Press. New York. (1967).
- Noton, D., Stark, L. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).
- Liversedge, S. P., Findlay, J. M. Saccadic eye movements and cognition. Trends Cogn. Sci. 4 (1), 6-14 (2000).
- Corbetta, M., Shulman, G. L. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat. Rev. Neurosci. 3 (3), 201-215 (2002).
- Tseng, P. H., et al. High-throughput classification of clinical populations from natural viewing eye movements. J. Neurol. 260 (1), 275-284 (2013).
- Karatekin, C. Eye tracking studies of normative and atypical development. Dev. Rev. 27 (3), 283-348 (2007).
- Rommelse, N. N., Vander Stigchel, S., Sergeant, J. A. A review on eye movement studies in childhood and adolescent psychiatry. Brain Cogn. 68 (3), 391-414 (2008).
- Gredebäck, G., Johnson, S., von Hofsten, C.
- Aslin, R. N., McMurray, B. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).
- Sasson, N. J., Elison, J. T. Eye tracking young children with autism. J. Vis. Exp. (61), e3675 (2012).
- Pel, J. J., Manders, J. C., van der Steen, J. Assessment of visual orienting behaviour in young children using remote eye tracking: methodology and reliability. J. Neurosci. Meth. 189 (2), 252-256 (2010).
- Jones, P. R., Kalwarowsky, S., Atkinson, J., Braddick, O. J., Nardini, M. Automated measurement of resolution acuity in infants using remote eye-tracking. Invest. Ophth. Vis. Sci. 55 (12), 8102-8110 (2014).
- Fantz, R. L. Visual perception from birth as shown by pattern selectivity. Ann. N. Y. Acad. Sci. 118 (21), 793-814 (1965).
- Wattam-Bell, J., et al. Reorganization of global form and motion processing during human visual development. Curr. Biol. 20 (5), 411-415 (2010).
- Falck-Ytter, T., von Hofsten, C., Gillberg, C., Fernell, E. Visualization and analysis of eye movement data from children with typical and atypical development. J. Autism. Dev. Disord. 43 (10), 2249-2258 (2013).
- Ahtola, E., et al. Dynamic eye tracking based metrics for infant gaze patterns in the face-distractor competition paradigm. Plos One. 9 (5), e97299 (2014).
- Jäkel, F., Wichmann, F. A. Spatial four-alternative forced-choice method is the preferred psychophysical method for naive observers. J. Vision. 6 (11), 1307-1322 (2006).
- Pel, J. J., et al. Orienting responses to various visual stimuli in children with visual processing impairments or infantile nystagmus syndrome. J. Child Neurol. 29 (12), 1632-1637 (2013).
- Kooiker, M. J., van der Steen, J., Pel, J. J. Reliability of visual orienting response measures in children with and without visual impairments. J. Neurosci. Meth. 233, 54-62 (2014).
- Boot, F. H., Pel, J. J., Evenhuis, H. M., van der Steen, J. Quantification of visual orienting responses to coherent form and motion in typically developing children aged 0-12 years. Invest. Ophth. Vis. Sci. 53 (6), 2708-2714 (2012).
- Oliveira, L. F., Simpson, D. M., Nadal, J. Calculation of area of stabilometric signals using principal component analysis. Physiol. Meas. 17 (4), 305-312 (1996).
- Pel, J., et al. Effects of visual processing and congenital nystagmus on visually guided ocular motor behaviour. Dev. Med. Child Neurol. 53 (4), 344-349 (2011).
- Kooiker, M. J., Pel, J. J., van der Steen, J. The relationship between visual orienting responses and clinical characteristics in children attending special education for the visually impaired. J. Child Neurol. 30 (6), 690-697 (2014).
- Ricci, D., et al. Early assessment of visual function in full term newborns. Early Hum. Dev. 84 (2), 107-113 (2008).
