Method Article

Разработан метод Количественно Визуальный обработки информации в интересах детей с помощью глаз слежения

DOI:

10.3791/54031

⸱

July 9th, 2016

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

In This Article

Summary

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

Описан метод количественной оценки качества обработки визуальной информации на основе рефлекторных движений глаз в ответ на определенные визуальные модальности. Время реакции и выходные параметры фиксации используются для характеристики зрительной работоспособности у детей с нарушениями зрения и без них в возрасте от 6 месяцев.

Abstract

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

Проблемы со зрением, возникающие в раннем возрасте, могут оказать серьезное влияние на развитие ребенка. Без вербальной коммуникации и только на основе методов наблюдения трудно сделать количественную оценку зрительных проблем ребенка. Это ограничивает точную диагностику у детей в возрасте до 4 лет и у детей с интеллектуальными нарушениями. Здесь мы опишем количественный метод, который позволяет преодолеть эти проблемы. Метод использует удаленный трекер глаз и парадигму предпочтения с четырьмя вариантами выбора для измерения реакции движения глаз на различные визуальные стимулы. Ребенок сидит без опоры для головы перед монитором со встроенными инфракрасными камерами. В одном из четырех квадрантов монитора представлен визуальный стимул. Каждый стимул имеет определенную визуальную модальность по отношению к фону, например, форму, движение, контраст или цвет. На основе рефлекторных реакций движения глаз на эти конкретные визуальные модальности рассчитываются выходные параметры, такие как время реакции, точность фиксации и продолжительность фиксации, чтобы количественно оценить зрительное поведение ребенка. При таком подходе можно оценить качество обработки визуальной информации без использования средств связи. Сравнивая результаты с референсными значениями, полученными у типично развивающихся детей от 0 до 12 лет, метод позволяет охарактеризовать обработку визуальной информации у детей с нарушениями зрения. Количественная информация, полученная с помощью этого метода, может быть полезна для области клинической визуальной оценки и реабилитации во многих отношениях. Значения параметров обеспечивают хорошую основу для: (i) характеристики зрительных способностей на раннем этапе и, следовательно, обеспечения возможности раннего вмешательства; (ii) сравнение групп риска и отслеживание визуального развития с течением времени; и (iii) составить индивидуальный визуальный профиль для каждого ребенка.

Introduction

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

Распространенность повреждения головного мозга, связанных с проблем со зрением у детей увеличилось. Поскольку визуальные проблемы могут иметь большое влияние на развитие ребенка, раннее выявление у детей раннего возраста и детей, подверженных риску очень важно. В настоящее время , визуальные функциональные тесты для оценки зрительных сенсорных функций , таких как острота зрения и контрастной чувствительности (например, оптотип тесты) применяются у детей от 1-2 лет 1. У детей младшего возраста эти тесты основаны на структурированных наблюдений поведения просмотра ребенка к визуальной информации. Интерпретация такого поведения, то есть, глядя на движения глаз ребенка, может быть затруднено глазодвигательного или дисфункций сосредоточения внимания ребенка, или даже путем просмотра поведение наблюдателя. Церебрально опосредованные зрительные функции , такие как зрительно - пространственной ориентации памяти и распознавания объектов оцениваются с визуальными тестами восприятия (например, DTVP 2). Эти тесты требуют словесные иновtructions и связи и может использоваться с 4-5 лет. С учетом постнатального развития зрительной системы и воспользоваться высоким уровнем пластичности в начале жизни, желательно установить наличие и степень нарушений в обработке визуальной информации как можно раньше. Таким образом, дети с (церебральный) нарушениями зрения может максимально извлечь выгоду из раннего вмешательства, визуальной стимуляции или поддерживающей стратегии. Следовательно, существует необходимость в создании метода оценки обработки визуальной информации, которая может быть использована без речевого общения у детей и которая основана на количественных результатов.

Движения глаз являются хорошей моделью для изучения визуально руководствоваться поведения ориентирующий на стимулы 3,4, и связанных с ними перцептивные и когнитивные функции 5. Движения глаз указывают на фокус зрительного внимания в сценах, и, как известно, являются либо результатом снизу вверх (рефлексивный, Salience приводом) или сверху вниз (Intentional, когнитивная) обрабатывает 6. Движения глаз используются , чтобы направить ямки, то есть острота зрения, к новым объектам. Визуальное содержание объекта интереса обрабатывается с помощью путей , которые проходят от сетчатки через боковое коленчатое тело к первичной зрительной коры (V1), и распространять себя над церебральных областей обработки (например, участвует во внимание, пространственная ориентация, распознавание, память и эмоции). Движения глаз являются предпосылкой для, и продолжение обработки визуальной информации.

Разработки в области измерения движения глаз с помощью инфракрасных глаз трекеров дают возможность получить количественные параметры глазодвигательного и зрительной функции. Автоматизированные трекеры глаз являются в настоящее время вездесущи в медико-психологических исследований с участием здоровых и клинических популяций. Их цель не только изучить функции глазодвигательных и распределение внимания 7, но и отвечать на вопросы о воспитанииут поведенческие и психологические механизмы 8,9. С появлением доступных и коммерческих систем слежения за глазом, они все чаще используются для проверки уязвимых групп населения младенцев и детей 10-12, без условий, сдерживающих сложных инструкций, или активное сотрудничество 12,13. Из-за тесной связью глазодвигательного и зрительной системы на глазной и церебральной уровне глаз слежения на основе методы превосходно подходит для оценки зрительных возможностей. До сих пор, кроме измерения остроты зрения 14, использование методики оценки зрительных функций у детей уделяется относительно мало внимания.

Наша группа объединила измерения движения глаз с преимущественной выглядящую парадигмы 13. Льготное смотрит это предпочтение зацикливается узорчатые поверхности над однородными 15. Этот принцип применяется при использовании визуальных стимулов с целевой области в одном из четырех квадрантов, которые Diffэр от фона с точки зрения одной конкретной зрительной функции, например , когерентной формы, когерентного движения, контраста и цвета. Эти визуальные характеристики, как известно, должны быть обработаны с помощью отдельных периферических и центральных зрительных путей. Например, информация о форме обрабатывается вентральных путями, от V1 к височной коры. Информация о движении обрабатывается спинных путями, от V1 до задняя теменная кора 16. Следовательно, специфические стимулы используются для запуска обработки визуальной информации в различных областях зрительной системы. Если ребенок способен видеть конкретную визуальную информацию, которая представлена, эта информация привлечет визуальное внимание в виде движений глаз. Эти рефлекторные реакции движения глаза на визуальные стимулы записываются с помощью пульта дистанционного инфракрасного трекера глаз. Таким образом, меры движения глаз обеспечивают связи , свободной оценки качества различных аспектов визуальной обработки информации 13.

Движения глаз обеспечивают не только данные наблюдений поведения просмотра ребенка 11, но также могут быть использованы для получения более объективных результатов мер. В сочетании с тщательно разработанной тестовой парадигмы, движения глаз может дать точную и объективную информацию по обработке визуальной информации. Эта информация получена путем расчета количественных параметров на основе временных и пространственных свойств ответов движения глаз. Примерами таких параметров являются время реакции 13, время 17 фиксации, саккады метрики 7 или кумулятивное распределение 18 внимание. Наличие этих параметров является новой для области визуальной оценки у детей в раннем этапе развития.

Цель данной работы заключается в представлении метод отслеживания глаз на основе измерения визуальной обработки информации у детей в возрасте от 6 месяцев. Измерение настройки и порядок (т.е. невербальный парадигма, после калибровки, и mobilitу) специально применяются к использованию этого метода у детей с повышенным риском. Одним из важнейших аспектов является анализ количественных параметров визуальных отклика, т.е. время реакции, продолжительность фиксации и точность фиксации. Эти параметры используются для обеспечения эталонных областей визуально управляемых реакций в типично развивающихся детей, для характеристики обработки визуальной информации в группах риска детей с нарушениями зрения.

Protocol

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

Протокол, описанный здесь, был утвержден Медицинским Ethical исследовательского комитета Erasmus Medical Center, Роттердам, Нидерланды (MEC 2012-097) с помощью. Процедуры придерживались принципов Хельсинкской декларации (2013 г.) для проведения исследований с участием человека.

1. зрительные раздражители

  1. Выберите набор визуальных стимулов, т.е., изображений и фильмов, для целевой обработки основных функций глазодвигательных и зрительных функций обработки.
  2. Использование изображений и фильмов, чтобы оценить основные функции, такие как глазодвигательные фиксации, саккады, гладкие преследования, и оптокинетического нистагм. Когда отклонения в функции глазодвигательного обнаруживаются, принимать это во внимание при анализе и интерпретации данных.
    1. Используйте изображение для оценки фиксации и саккады. Настоящая парадигма содержит смайлик снимки с радиусом 3º от угла зрения, которые представлены в левой, правой, верхней и нижней половине монитора.
    2. UС.Е. медленно движущегося изображения для оценки гладкой преследования. Настоящая парадигма содержит фильмы смайликов, которые перемещаются 16º в синусоидальной горизонтальном и вертикальном направлении через монитор, со скоростью 4º / сек.
    3. Используйте фильм, чтобы оценить оптокинетического нистагм рефлексы. Настоящая парадигма содержит фильмы черно-белых синусоидальных решеток, которые движутся в влево и вправо направлении.
  3. Использование изображений и фильмов для оценки зрительных функций обработки, например, контраст, цвет, форму или движение.
  4. Используйте набор визуальных стимулов, которые основаны на 4- х альтернативных вынужденный выбор преимущественной выглядящую парадигмы (4-AFC PL 19). В данной парадигмы, 4 стимула углов (то есть, верхний левый и правый квадрант, нижний левый и правый квадрант) каждый представляет собой альтернативный выбор, т.е. целевую область. Каждая целевая область имеет радиус 6º и отличается от других 3 квадрантах относительно конкретной визуальной информации,например, на основе контраста, цвета, формы или движения. Следующие визуальные стимулы могут быть использованы в качестве примера:
    1. Используйте изображение для оценки обработки формы Coherence: изображение с массивом случайно ориентированных коротких ш линий (0.2º , белое х 0.6º, плотность 4,3 линии / 2 степени) на черном фоне. В целевой области все линии расположены в форме окружности.
    2. Используйте фильм для оценки локальной обработки движения: фильм с черным / белым узорчатым квадратной мишени, с углом зрения 2.3º, против столь же узорной фоне, двигаясь 2.5º влево и вправо в одном квадранте на 2.5º / сек.
    3. Используйте фильм для оценки глобального обработки движения: изображение с массивом белых точек (диаметр 0.25º, плотность 2,6 точек / степень 2) расширяющихся от центра целевой области к границам монитора. Точки перехода на черном фоне со скоростью 11.8º / сек и ограниченным сроком службы0,4 сек.
    4. Используйте изображение для оценки с определением контраста: изображение с яркостью 0% (черный) Скрытие Хайди изображение в целевой области, против 75% (светло-серый) яркости фона.
    5. Используйте изображение для оценки распознавания цвета: изображение с зеленым номером 17 в целевой области, на фоне красно-желтый фон.
    6. Используйте фильм , чтобы оценить одновременную визуальную обработку, например, мультфильм: красочная, высокая контрастность изображения (воспроизводится с разрешения Дика Бруна, Mercis BV, Амстердам, Нидерланды) с углом зрения 4.5º х 9.0º (ширина х высота ) перемещение 1.5º вверх и вниз со скоростью 3º / сек в целевой области, на черном фоне.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для ясности, представительные результаты этой работы будут сосредоточены на сильно бросаются в глаза мультипликации стимула , который содержит различные типы визуальной информации (Рисунок 1). Для изображений других визуальных стимулов, пожалуйста , обратитесь к предыдущее исследование 20

figure-protocol-1
Рисунок 1. Мультфильм стимул. Мультфильм стимул содержит различные визуальные формы (форма, движение, цвет и контраст). Этот стимул вызывает визуальное внимание, и дает быстрое время отклика у детей. Наложенные это движение глаз (серый), идущий от левого нижнего угла монитора в целевую область в правом верхнем углу (т.е. рефлексивный ответ на стимул). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

2. Eye Tracking на основе испытаний Paradigm

  1. Выберите систему отслеживания глаз , подходящий для детской популяции (например, неинвазивный, терпимости движений головы и простоты использования) 12. Как правило, это влечет за собой удаленный инфракрасныйглаз трекеры (например, Tobii T60XL, SMI RED) 10,11.
  2. Выберите размер широкий угол монитора компьютера , чтобы полностью отобразить каждый стимул (то есть минимальный визуальный угол 24º х 30º на расстоянии 60 см просмотра). Трэкер удаленный глаз либо интегрирован с монитором, или могут быть присоединены по отдельности к монитору.
    Примечание: Удаленные трекеры глаза излучают инфракрасный свет, который сэмпл с помощью роговицу отражения. Частота дискретизации глаз отслеживания ~ 60 Гц, как правило, достаточно изучить закономерности поведения взгляда у детей.
  3. Соберите мобильный измерительной установки путем подключения монитора и системы удаленного отслеживания глаз к ноутбуку или настольному ПК.
  4. Установите совместимую программу на ПК (например, Tobii студия, IVIEW) для презентации визуальных стимулов и записи движений глаз.
  5. Дизайн последовательность испытаний, содержащий все виды стимулирования, которые необходимы для тестирования функций глазодвигательных и / или визуальные функции обработки(См шаг протокола 1: визуальные стимулы). Настоящий пример содержит все типы стимула, описанные в шаге 1, то есть в общей сложности 9.
    1. Поместите различные типы визуальных стимулов в случайном порядке в тестовой последовательности, но убедитесь, что положение заместителей целевой области от суда до суда. Это обеспечивает необходимость создания рефлекторные движения глаз к цели.
    2. Представьте каждый стимул , по крайней мере в 4 раза (то есть, с целевой областью , по крайней мере один раз в каждом квадранте), и по крайней мере 4 сек, чтобы обеспечить достаточное время , чтобы сделать ответ движением глаз. В настоящем примере, стимулы Cartoon показаны в 16 раз, тогда как все остальные раздражители показаны в 4 раза. Это добавляет до в общей сложности 48 стимулов презентаций и общее время тестирования на ~ 3,5 мин.
      Примечание: В случае неоднократного презентации увеличивают вероятность выборки достаточно баллов Gaze для каждого стимула и каждой целевой области в поле зрения ребенка. В общем, наличие взгляда данных Fили , по крайней мере , 25% от стимула презентаций необходима для обеспечения надежных результатов 21.
    3. Убедитесь, что время тестирования каждой последовательности не превышает ~ 5 мин, потому что как только тестовая последовательность работает, она не может быть приостановлена. Предпочтительно, чтобы две последовательности, которые могут выполняться последовательно, чтобы обеспечить период покоя на полпути.
      Примечание: Для максимального внимания во время теста, настоящее аудио или аудиовизуальные сигналы вблизи монитора между ними, но не одновременно с представлением зрительных стимулов. Дети с нарушениями зрения, особенно более чувствительны и реагируют на звуковые сигналы. Такие сигналы могут усиливать тест-внимательность в этой группе населения.
  6. Примените тестовую последовательность (ы) в программном обеспечении для глаз трекера. Во-первых, выберите тип стимула быть добавлены к шкале времени программного обеспечения для глаз трекера: изображение или фильм. Затем выберите нужный стимул из папки, в которой он находится, и нажмите кнопку "Добавить". Повторите эти шаги, пока все стимулы не имеютбыла добавлена.

3. Запуск эксперимента глаз отслеживания

  1. Установите монитор глаз трекер с гибким LCD руку к твердому столу или стене. Выберите руку , которая может двигаться в 3 -х измерениях (то есть, 3 перевода, 3 оборота).
  2. Позиция детей на небольшом расстоянии (обычно ~ 60 см) от монитора для обеспечения эффективного отслеживания зрачка обоих глаз.
  3. Отрегулируйте положение монитора, чтобы быть совершенно перпендикулярно к глазам ребенка. С ЖК рукой это возможно даже тогда, когда ребенок лежит или сидит в коляске или в инвалидном кресле.
    Примечание: Эта установка позволяет оценивать очень молодых и умственно отсталых детей, так как он не требует особого положения тела, вербальное общение или активное участие. Определенные нарушения глазодвигательных (например , нистагм) характеризуются привилегированными позициями головы, чтобы компенсировать девиантных позиций глаз (например, кривошея). Способность кнастроить глаз трекер монитор для индивидуального положения головы обеспечивает точное отслеживание ученика в этой группе детей.
  4. Проверьте качество приема зрачка. Как правило , это свидетельствует наличие двух маркеров , представляющих глаза ребенка (например, белые точки). Если два маркера, отчетливо видны и не регулярно исчезают, качество достаточно. В отдельном дисплее, проверьте расстояние от глаз до монитора (предпочтительно ~ 60 см).
    Примечание: Большинство глаз трекеры запись положения взгляда каждого глаза в отдельности и компенсации свободных движений головы. прием сигнала Зрачок вообще не ставился у детей, которые носят очки или контактные линзы, у детей с одним или двумя функционирующими глазами, или у детей с косоглазием.
  5. Запустите процедуру калибровки программного обеспечения для глаз трекер выравнивать позиции Gaze с заданными позициями на мониторе, до начала измерения. В большинстве пакетов программного обеспечения для глаз трекера эта калибровка ProcedЮр состоит из презентации движущихся точек в заранее определенных областях монитора, которые должны быть зафиксированы. Для детей, версия с мультфильмами или надвигающейся точек могут быть использованы для улучшения визуального внимания.
    Примечание: Хотя процедуры калибровки для детей значительно улучшились, они по-прежнему может быть сложной задачей для выполнения у маленьких детей и детей с определенными подвески- или поведенческих расстройств.
  6. Проверьте качество предварительно заданной калибровки. Когда качество калибровки беден, (например, из - за чрезмерных движений головы, отсутствие надлежащих фиксаций, отклоняющееся положения взгляда или отклоняющееся положение головы), запись не может быть сделано. Чтобы обойти это, применить процедуру после калибровки после того, как запись была закончена, до дальнейшего анализа данных (см Обсуждение раздел).
  7. Перед началом записи теста, активировать опцию «живого просмотра»: отдельное окно, которое показывает ответы движения глаз ребенка к тестовым раздражители суперналожение сигнала взгляда на видеозаписи.
  8. Активировать веб-камеру, которая направлена ​​на ребенка, чтобы наблюдать и записывать общее поведение ребенка во время испытания. Такая запись содержит обзор визуального внимания ребенка, поведение, усталость и условий окружающей среды.
  9. Перед началом теста, сказать ребенку, что он или она будет "смотреть телевизор". Никакие конкретные инструкции не нужны во время испытания.
  10. Во время выполнения теста, наблюдать физическое поведение и движения глаз реакции ребенка. Это может быть сделано путем наблюдения поведенчески в режиме реального времени, или путем наблюдения записей, сделанных с помощью веб-камеры.
    1. Когда сигнал ученик исчезает во время выполнения теста, изменить положение ребенка или монитор возобновить правильное обнаружение зрачка.
    2. Когда ребенок не обращая внимания на мониторе, в устной форме поощрять ребенка смотреть на монитор. Не обращать внимание ребенка непосредственно к целиплощадка; направить взгляд ребенка исключительно общее расположение монитора глаз трекера.
  11. После выполнения теста, переигрывать взгляд записи офф-лайн наблюдать ответов взгляд на представленные раздражители. Это первый шаг, характеризуя визуальное поведение ориентирующее ребенка.
    Примечание: Множество параметров записываются непрерывно на глаз трекера программного обеспечения в течение общего времени тестирования. Основные параметры, которые должны быть экспортированы для выполнения анализа данных для нынешней парадигмы: метки времени, просмотра расстояние между обоими глазами и монитором, положение левого и правого глаза на мониторе (в х и у-координаты) , достоверность данных Gaze, а также сроки и положение предъявляемых стимулов (например, события).
  12. По каждому предмету, экспорта и хранить записанные основанные на времени данные о характеристиках движения глаз (Gaze данные, такие как расстояние просмотра и взгляд позиций), так и отдельно по времени на основе списка, представленного визуальной улimuli (данные о событиях, таких как стимул позиции). Убедитесь в том , чтобы экспортировать два файла данных в виде текстовых файлов и конвертировать их в таблицу данных (например, сохранить в виде файла Excel).
    Примечание: Два текстовых файлов (данных событий и данных Gaze) объединяются с помощью соответствующих отметок времени, и превращаются в набор количественных значений параметров с самостоятельной программой написано программное обеспечение (смотрите следующий раздел). По сравнению со стандартным программным обеспечением для анализа глаз трекера, такие параметры обеспечивают более точную и количественный анализ движений глаз, ориентироваться на детальных визуальных и когнитивных процессов.

4. Количественный анализ движений глаз

Примечание: Настоящий протокол является специфическим для самостоятельного написаны программы. Для того , чтобы воспроизвести его, нужно написать такую ​​программу, например, в MATLAB или Python, чтобы количественно оценить визуальное поведение ориентирующее ребенка. В программе, следующие шаги выполняются для каждого хtimulus типа. Настоящий пример ориентирован на картоне; тот же протокол, применим и к другим типам стимула.

  1. После калибровки Gaze данных
    1. Открыть MATLAB. Выберите стимул для анализа данных Gaze, набрав в '1' рядом с стимулом выбора.
    2. Нажмите Run. В появившемся всплывающем меню выберите пункт "Post-калибровать данные". На экране появится список с файлами данных взгляд на предмет. Выберите Gaze данные одного предмета и нажмите "Открыть".
    3. Со следующего всплывающего меню, выбрать, какие глаза (ы) для анализа: влево, вправо, или оба. Теперь программа генерирует график рассеяния всех зарегистрированных позиций взгляд и целевых позиций, по отношению к общему времени предъявления стимула.
    4. Проверьте, правильно ли Gaze позиции правильно перекрываться с соответствующими целевыми позициями. Если эта калибровка является правильной, нажмите 'Да'. В противном случае, нажмите кнопку 'Нет'. Это запустит опцию для выполнения пост-калибровки.
    5. Перевести центр ОF точки взор к центру монитора, щелкнув один раз по центру точек взгляда. Этот центр точка находится точно в середине вертикально- и горизонтальной осей.
    6. Шкала позиции взгляд на соответствующих целевых позиций на один раз (то есть 4 квадранта) , нажав на центр точек Gaze в каждом из четырех целевых областей.
    7. Снова проконтролируйте Gaze позиции правильно перекрываться с соответствующими целевыми позициями. Если это так, указать в следующем всплывающем меню, что калибровка была выполнена правильно, нажав на кнопку "Да", после чего калибруют данные взгляд сохраняется. В противном случае, нажмите кнопку "Нет", после чего после калибровки начинается снова с шага 4.1.5.
      Примечание: После того, как после калибровки, несколько ответов Gaze доступны для каждого типа стимула и по каждому предмету. Они могут быть использованы для вычисления количественных параметров визуальной обработки. До начала расчета этих параметров, убедитесь, что ответы были Gazeсделано в целевой области (то есть, что конкретный стимул был замечен ребенка).
  2. Определить ли Стимул был замечен
    1. За предъявления стимула каждого субъекта, соответствующие данные взглядом , который был записан во время общего представления визуализируется в виде графика (рис 2). Убедитесь в том, был ли видел этот стимул, проверяя критерии , которые указаны в таблице 1, и визуализированы на рисунке 2. Если реакция движения глаз придерживается критериев, то есть стимул может быть классифицирована как видно, нажмите "Принять 'в всплывающем меню. Если реакция движения глаз не в соответствии с критериями, нажмите кнопку "Отклонить".
    2. Одновременно, сюжет все точки фиксации , принадлежащие к представленному раздражителем и соответствующей целевой области (т.е. квадрант) во втором графике. Проверьте визуально ли точки фиксации расположены в соответствуюкт квадранте.
    3. Продолжить с последующим предъявлением стимула, и выполните шаги 4.2.1 и 4.2.2 для всех возможных ответов движения глаз. После ручной проверки ответов движения глаз, то программа вычисляет три параметра результат: RTF, FD и GFA (рисунок 3).

figure-protocol-2
Рисунок 2. Глаз реакция движения к целевой области стимула. Один глаз след движения (горизонтальном и вертикальном направлениях вместе взятых) расстоянии от центра целевой области (в градусах, ось у) с течением времени стимула презентации (в мс, ось х). Пунктирная линия представляет границу целевой области (6 ° радиус). Буквы указывают на критерии , чтобы установить , был ли видел стимул: (А) Гейз сигнала в первых 500 мс; (B) Gaze не в целевой зоне Befoре 120 мс; (C) Gaze внутри целевой области для ≥200 мс. Обратите внимание, что на этом рисунке, изображенная время презентация не более 2000 мс, чтобы визуализировать первый, рефлекторную реакцию. Во время тестирования, общее время презентации всех раздражителей 4000 мс. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Критериум (Рисунок 2) Убедитесь в том, что сигнал взгляда: Обоснование:
Был записан для ≥500 мс после начала стимула Захват ответы рефлекс ориентирующие
В Не войти в целевую область <120 мс после начала стимула, а не был уже внутри мишени в начале стимула презентации исключатьправильное выполнение основанных на риске
С Был в целевой зоне для ≥200 мс Обеспечить фиксацию на цели
D Поступил в целевую область в пределах временного окна 1500 мс, и были сделаны менее 4 саккадами Исключить визуальное поведение поиска

Таблица 1:. Критерии для установления , был ли видели стимул Критерии А, Б, В и С визуализируются на рисунке 2.

figure-protocol-3
Рисунок 3. Визуализация количественных параметров RTF, FD и GFA. Один глаз след движения в отдалении от центра целевой области (в градусах, ось у) во времени стимула презентации (в мс, ось х). Вертикальная красная линия представляет собой время, при котором взор введенный деготьполучить площадь, то есть время реакции фиксации (RTF). Горизонтальная красная линия представляет собой общее время взгляд был зациклен на целевой области, то есть, Фиксирование Продолжительность (FD). Вертикальная красная стрелка представляет ширину фиксации следа, в градусах угла зрения, т.е. взора Area (GFA). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Results

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

Представленный метод был применен в двух популяциях детей: контрольная группа из 337 детей, оставшихся без нарушениями зрения (средний возраст (SD) = 4,8 (3,3) года), и группа 119 детей с нарушениями зрения (средний возраст (SD) = 8,10 (2,96) лет), которые были набраны в визуальном реабилитационном центре (Royal Dutch Visio, Нидерланды). Из этих детей, 74 были глазного нарушения зрения и 45 имели церебральных нарушениями зрения. Результаты всех детей управления визуализируются на рисунках 4 - 6, отдельно для времени реакции, продолжительность фиксации и области фиксации взора. Эталонные пределы (обозначены черными линиями) были построены путем подгонки логарифмической функции к данным управления на основе возраста. Эти цифры служат основой для характеристики зрительных функций обработки у детей с нарушениями зрения, с точки зрения нарушенной или сохранной функцией.

13). Чем ниже значение в формате RTF, тем быстрее реакция движения глаз. Хорошая повторяемость RTF было показано в группе типично развивающихся детей от 0-12 лет 13,21,22, а также у детей с различными типами нарушениями зрения 21. Рисунок 4 показывает средний формат RTF для динамического Cartoon стимула в возрасте старше, для контроль детей, детей с церебральными нарушениями зрения (ХВН) и детей с нарушением зрения глазного (OVI). Значения RTF значительно выше у детей по сравнению с с- детей , оставшихся без зрительных нарушений (средняя разница = 85 мс; т = -13,91, р <0,001, Коэна d = 1,32) и в Childreп с ХВН по сравнению с OVI (средняя разница = 99 мс; т = -6,90, р <0,001, d Коэна = 1,25). Эти результаты подтверждают ранее опубликованные выводы о формате RTF в подгруппах настоящего набора данных 20,24,25.

figure-results-1
Рисунок 4. Среднее в формате RTF детей и без с- нарушениями зрения. Средние значения в формате RTF мс (ось у) на одного ребенка, в возрасте старше (ось х). Значения приведены отдельно для детей управления (открытые кружки), дети с OVI (черные кружки), и детей с ХВН (крестики). Черная линия представляет верхний опорный предел формате RTF в контрольной группе. Значения RTF выше этой линии рассматриваются как отклонение от нормы, т.е. длительного времени реакции. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5 показывает среднее FD в возрасте старше, отдельно для контроля детей, детей с ХВН, и детей с OVI. FD значительно короче у детей , чем у с- детей , оставшихся без зрительных нарушений (средняя разница = 850 мс; т = 11,72, р <0,001, d Коэна = -1,12), а также значительно короче у детей с ХВН , чем у детей с OVI (среднее значение разница = 325 мс; т = 2,44, р <0,05, d Коэна = -0,50). Это подтверждает предыдущие результаты в детских с-, по сравнению с детьми без зрительных нарушений (Kooiker MJG и др., Который был представлен).


Рисунок 5. Средние FD у детей и без с- нарушениями зрения. Значения Среднее ФО в мс (ось у) на одного ребенка, в возрасте старше (ось х). Значения приведены отдельно для детей управления (открытые кружки), дети с OVI (черные кружки), и детей с ХВН (крестики). Черная линия представляет нижний опорный предел FD в контрольной группе. Значения FD ниже этой линии рассматриваются как отклонение от нормы, т.е. короткой продолжительности фиксации. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Область фиксации параметра взгляд (GFA) чувствителен для обнаружения нарушений в управлении глазодвигательного, в частности, нистагм. GFA представляет размер области фиксации в градусах, и является меройТочность фиксации (для расчетов см предыдущие исследования 13,23). Небольшой участок фиксации указывает на высокую точность фиксации. GFA зависит от размера стимула и соответствующей целевой области (то есть, 6º радиус в данном примере). Хорошая повторяемость GFA было показано в группе типично развивающихся детей от 0-12 лет 13, 21, а также у детей с различными типами нарушениями зрения 21. Рисунок 6 показывает среднее GFA в ответ на стимул мультипликации по возрасту, отдельно для контроль детей, детей с нистагмом обесценения глазодвигательный и детей с нарушениями зрения, но без нистагма. Значения GFA значительно больше, то есть ниже точность фиксации, у детей по сравнению с с- детей , оставшихся без зрительных нарушений (средняя разница = 1.34º; т = -25,09, р <0,001, d Коэна = 2,37). Кроме того, у детей с нистагмом имеют более низкую точность фиксации, чем дети Wi нистагм , но без промежуточного и с другими типами нарушения зрения (средняя разница = 0.71º; т = 5,03, р <0,001; Коэна d = 1,04). Это согласуется с ранее опубликованными результатами по GFA в подгруппах настоящего набора данных 20,24,25.

figure-results-2
Рисунок 6. Среднее GFA у детей с и без нарушениями зрения. Средние значения GFA в градусах (ось у) на одного ребенка, в возрасте старше (ось х). Значения приведены отдельно для детей управления (открытые кружки), детей с нарушением зрения и нистагм (звездочки), а также детей с нарушением зрения без нистагм (черный алмаз). Черная линия представляет верхний опорный предел GFA в контрольной группе. Значения GFA выше этой линии рассматриваются как девиантное, т.е. низкая точность фиксации.т = "_blank"> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Discussion

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

Представленные измерения настройки в сочетании с количественным анализом движения глаз обеспечивает четкую характеристику зрительных функций обработки в различных группах детей с глазодвигательным и нарушениями зрения. Ключевой особенностью этой парадигмы является то, что производительность на основе ответов движения глаз на визуальные стимулы, которые запускаются в рефлексивном образом. Никаких конкретных устных указаний не дается, и нет никакой необходимости для детей, чтобы устно ответить. Параметры в формате RTF, GFA и FD показывают существенные различия между группами , как правило , из развивающихся и слабовидящих детей, несмотря на ограниченное распространение значений параметров , которые существуют в каждой группе (рис 4 - 6). Таким образом, в зависимости от оцениваемого параметра, некоторые типично развивающиеся дети могут показать отклоняющегося производительности, в то время как у некоторых детей с нарушениями зрения показывают «нормальный» производительность. В конечном счете, многочисленные меры результата в ответ на множественный визуальныйусловия следует рассматривать на индивидуальном уровне. Резюме всех результатов мероприятий дает уникальную характеристику визуальных возможностей обработки информации, которые могут быть конвертированы в визуальном профиле у детей с 6-месячного возраста.

Несколько исследований показали значение дистанционного отслеживания глаз среди уязвимых групп населения детей, вывести или психологические сосредоточения внимания потенциала 9,12,18. В то время как большинство исследований полагаются на поведенческих наблюдений и использования инструкций, отличительной чертой нынешней парадигмы является невербальный, количественный подход. Поэтому критические шаги в протоколе включают стимулы, основанные на льготном глядя, мобильный измерительной установки, а также пользовательские калибровки и анализа программного обеспечения. Представленное расширение результатов наблюдений на основе с помощью методов анализа сложных обеспечивает стандартизированные и подробные результаты на зрительные функции обработки. Это согласуется с работой по оценкеМладенец острота зрения с глаз трекера 14, а также работы по борьбе с взора в различных расстройств 7. Метод является гибким и позволяет мобильным оценку, которая является незаменимым при проведении клинических оценок у маленьких детей или детей с множественными нарушениями. Таким образом, он подходит для измерения глазодвигательного и визуальные возможности обработки практически всех детей, которые способны смотреть монитор.

Значение этого метода в отношении существующих визуальных диагностических методов (например, срок действия) был изучен в качестве первого шага на пути к клинической реализации. Настоящая парадигма в сочетании с используемыми в настоящее время визуальной оценки функции (ЛЖК) у детей. Наблюдения глазодвигательных и зрительных функций, которые основаны на записи движения глаз были сопоставимы со стандартными поведенческими наблюдениями этих функций. Кроме того, глазные параметры слежения, например, продолжительность фиксации и скачкообразных направление, при условии объявленияНАЯ значение при характеристике глазодвигательного и визуальное представление у детей во время VFA (Kooiker Mjg и др. др., 2015, который был представлен). Основной прирост предложенного метода заключается в возможности оценить больше зрительных функций , чем в настоящее время делается в оценке зрительных функций в молодом возрасте, и оценить их в количественном выражении 26. Ограничение в отношении существующих методов является то , что, без адаптации, пока не представляется возможным тщательным образом оценить остроту зрения или поле зрения с настоящей тестовой батареи 14.

Хотя мы ограничились представлением результатов мультипликационных стимулов, в будущих приложениях различные визуальные методы могут быть проверены с использованием других стимулов (например, различные формы, движения, цвета и контраста информации) 22,20,25. Таким образом, конкретные области обработки визуальной информации за пределами первичных зрительных путей ориентированы, такие как визуальные ассоциации областей в височной или теменной коре.Ограничение метода состоит в том, что настоящие визуальные стимулы просто вызвать обнаружение визуального ввода и вызывать начальную стадию визуальной обработки. Эти стимулы не нацелены на функции высшего порядка, которые становятся актуальными после обнаружения стимула и которые, как правило, измеряется с визуальными тестами восприятия. Хотя их исполнение без использования связи является сложной задачей, глаз слежения на основе парадигмы является перспективным форматом будущего для обнаружения информации восприятия связанных, например , визуальный поиск, -Память или селективные внимание.

В целом, подробные ответы движения глаз к различным видам визуальной стимуляции обеспечивают комплексную характеристику зрительных функций обработки информации, на ранних стадиях развития. Следовательно, для каждого ребенка может быть создан индивидуальный визуальный профиль с точки зрения интактных и нарушенных функций. Такой профиль может предоставить подробную информацию о сильных и слабых сторон в глазодвигательного и визуальнойфункция. Он может быть использован в качестве отправной точки для поддержки в повседневной жизни, так и для учителя и воспитателя образования. Количественная информация, которая стала доступна с помощью этого метода может быть полезным для последующего визуального развития с течением времени, а также для мониторинга визуальных мероприятий и программ реабилитации.

Disclosures

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

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgements

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

Авторы благодарят детские сады (Wasko, Alblasserwaard) за их поддержку в наборе контрольной группы, а также Марка Вонка за его помощь в сборе данных в контрольной группе. Авторы также благодарят детей из контрольной группы и детей, которые являются клиентами Royal Dutch Visio, за участие в исследовании. Авторы выражают благодарность детям и их родителям за участие в создании видео.

Разработка метода была поддержана грантом от Novum Foundation: некоммерческой организации, оказывающей финансовую поддержку (исследовательским) проектам, улучшающим качество жизни людей с нарушениями зрения (www.stichtingnovum.org). Финансовая поддержка данного исследования была предоставлена «ZonMw Inzicht» (Нидерландская организация исследований и разработок в области здравоохранения-Insight Society), номер гранта: 60-00635-98-10.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Tobii T60 XLTobii Технология: http://www.tobii.com http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/дистанционный инфракрасный трекер для глаз 
Tobii StudioTobii Technology: http://www.tobii.com Программное обеспечение для отслеживания http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ глаз
MATLABMathWorks Inchttp://nl.mathworks.com/products/matlab/программное обеспечение для анализа данных

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Considerations in evaluation and treatment of the child with low vision. Am. J. Occup. Ther. 49 (9), 891-897 (1995).">Hyvärinen, L. Considerations in evaluation and treatment of the child with low vision. Am. J. Occup. Ther. 49 (9), 891-897 (1995).
  2. Developmental Test of Visual Perception. , 2nd edn, Pro-Ed. Austin, TX. (1993).">Hamill, D. D., Pearson, N. A., Voress, J. K. Developmental Test of Visual Perception. , 2nd edn, Pro-Ed. Austin, TX. (1993).
  3. Eye movements and vision. , Plenum Press. New York. (1967).">Yarbus, A. L. Eye movements and vision. , Plenum Press. New York. (1967).
  4. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).">Noton, D., Stark, L. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).
  5. Saccadic eye movements and cognition. Trends Cogn. Sci. 4 (1), 6-14 (2000).">Liversedge, S. P., Findlay, J. M. Saccadic eye movements and cognition. Trends Cogn. Sci. 4 (1), 6-14 (2000).
  6. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat. Rev. Neurosci. 3 (3), 201-215 (2002).">Corbetta, M., Shulman, G. L. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat. Rev. Neurosci. 3 (3), 201-215 (2002).
  7. High-throughput classification of clinical populations from natural viewing eye movements. J. Neurol. 260 (1), 275-284 (2013).">Tseng, P. H., et al. High-throughput classification of clinical populations from natural viewing eye movements. J. Neurol. 260 (1), 275-284 (2013).
  8. Eye tracking studies of normative and atypical development. Dev. Rev. 27 (3), 283-348 (2007).">Karatekin, C. Eye tracking studies of normative and atypical development. Dev. Rev. 27 (3), 283-348 (2007).
  9. A review on eye movement studies in childhood and adolescent psychiatry. Brain Cogn. 68 (3), 391-414 (2008).">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).
  10. Eye tracking in infancy research. Dev. Neuropsychol. 35 (1), 1-19 (2010).">Gredebäck, G., Johnson, S., von Hofsten, C. Eye tracking in infancy research. Dev. Neuropsychol. 35 (1), 1-19 (2010).
  11. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).">Aslin, R. N., McMurray, B. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).
  12. Eye tracking young children with autism. J. Vis. Exp. (61), e3675(2012).">Sasson, N. J., Elison, J. T. Eye tracking young children with autism. J. Vis. Exp. (61), e3675(2012).
  13. Assessment of visual orienting behaviour in young children using remote eye tracking: methodology and reliability. J. Neurosci. Meth. 189 (2), 252-256 (2010).">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).
  14. Automated measurement of resolution acuity in infants using remote eye-tracking. Invest. Ophth. Vis. Sci. 55 (12), 8102-8110 (2014).">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).
  15. Visual perception from birth as shown by pattern selectivity. Ann. N. Y. Acad. Sci. 118 (21), 793-814 (1965).">Fantz, R. L. Visual perception from birth as shown by pattern selectivity. Ann. N. Y. Acad. Sci. 118 (21), 793-814 (1965).
  16. Reorganization of global form and motion processing during human visual development. Curr. Biol. 20 (5), 411-415 (2010).">Wattam-Bell, J., et al. Reorganization of global form and motion processing during human visual development. Curr. Biol. 20 (5), 411-415 (2010).
  17. Visualization and analysis of eye movement data from children with typical and atypical development. J. Autism. Dev. Disord. 43 (10), 2249-2258 (2013).">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).
  18. Dynamic eye tracking based metrics for infant gaze patterns in the face-distractor competition paradigm. Plos One. 9 (5), e97299(2014).">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).
  19. Spatial four-alternative forced-choice method is the preferred psychophysical method for naive observers. J. Vision. 6 (11), 1307-1322 (2006).">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).
  20. Orienting responses to various visual stimuli in children with visual processing impairments or infantile nystagmus syndrome. J. Child Neurol. 29 (12), 1632-1637 (2013).">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).
  21. Reliability of visual orienting response measures in children with and without visual impairments. J. Neurosci. Meth. 233, 54-62 (2014).">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).
  22. 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).">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).
  23. Calculation of area of stabilometric signals using principal component analysis. Physiol. Meas. 17 (4), 305-312 (1996).">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).
  24. Effects of visual processing and congenital nystagmus on visually guided ocular motor behaviour. Dev. Med. Child Neurol. 53 (4), 344-349 (2011).">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).
  25. 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).">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).
  26. Early assessment of visual function in full term newborns. Early Hum. Dev. 84 (2), 107-113 (2008).">Ricci, D., et al. Early assessment of visual function in full term newborns. Early Hum. Dev. 84 (2), 107-113 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Eye TrackingVisual Information ProcessingPreferential Looking ParadigmReaction Time to FixationFixation DurationGaze Fixation AreaPost calibration ProcedureRemote Eye TrackerFour Alternative forced ChoiceClinical Visual Assessment

Related Articles