VisualEyes: Модульное ПО Система глазодвигательных экспериментированию
25 марта 2011 г.
Neural управления и когнитивные процессы могут быть изучены с помощью движений глаз. Программное обеспечение VisualEyes позволяет оператору программировать стимулов на двух экранах компьютеров независимо с помощью простой, пользовательский язык сценариев. Система может стимулировать движения тандем глаза (саккады и гладкой преследования) или противоположные движения глаз (Вергентные) или любой комбинации.
Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы позволить экспериментатору генерировать массив визуальных стимулов с помощью зрительной системы глаза для проведения окулярно-моторного исследования. Во-первых, система зрительного глаза должна быть откалибрована путем преобразования значений пикселей в градусы с использованием измеренных целей. Второй шаг заключается в определении начального и конечного положений стимулов левого и правого глаза путем сохранения стимулов в библиотеке до начала экспериментального сеанса.
И, наконец, монитор движения глаз помещается на объект и запускается экспериментальный сценарий для записи реакций движений глаз. В конечном итоге можно получить результаты, которые показывают положение и скорость движений глаз. Основное преимущество этой методики перед существующими методами, такими как фирменное программное обеспечение, заключается в том, что оператор компонует любые визуальные стимулы для проведения любых видов окулярно-моторных экспериментов.
Эту процедуру демонстрирует докторант по Киму из моей лаборатории. Для этой системы можно использовать любой тип монитора движения глаз. В этой демонстрации будет использоваться система отслеживания лимбуса и видеомониторинга движений глаз для отслеживания движений в тандеме, таких как психотическое или плавное преследование.
Один компьютер может быть использован для визуального отображения для изучения противоположных движений глаз, таких как девственницы или взаимодействие девственниц с движениями тандемной версии. Необходим гаплоскоп с двумя компьютерными мониторами для визуального отображения. Сначала необходима калибровка для преобразования одного набора метрик в другой, потому что движения глаз обычно указываются в градусах поворота.
В то время как компьютерные мониторы используют значения пикселей, можно использовать тригонометрию для расчета места размещения физических целей для калибровки визуальных дисплеев. Например, если стимул на экране компьютера совпадает с физической мишенью в два градуса, то значение этого пикселя соответствует стимулу в два градуса. Чтобы откалибровать систему, оператору необходимо открыть файл с точностью до градуса в каталоге визуализации.
Во-первых, определите монитор для калибровки с помощью поля stretch mode. Введите цифру один для монитора левого глаза и цифру два для монитора правого глаза. Затем запустите программу и перемещайте стимул зеленой линией до тех пор, пока зеленая линия не наложится поверх физической цели.
Теперь введите известное положение физической цели в градусах и нажмите кнопку сохранения. Затем нажмите на зеленую линию. Градус и значение в пикселях будут отображаться на дисплее в левом нижнем углу, и оператор должен собрать как минимум три точки калибровки.
После сохранения всех точек калибровки откройте выходной файл D two P Excel в визуализированном каталоге. Для получения точек калибровки. Нанесите на график калибровочные точки для получения уравнения линейной регрессии.
Используйте уравнение для вычисления начального и конечного положения визуального стимула. Оператор хочет программировать в значениях пикселей. Здесь показан пример калибровочной кривой левого и правого глаза, полученной с использованием пяти калибровочных точек для первичного стимула.
Повторите предыдущие два шага для другого монитора, если стимул требует дополнительного монитора. Во-первых, оператор должен определить начальное и конечное положение стимула левого и правого глаза до начала эксперимента. Для этого откройте новый текстовый файл и в первой строке определите начальные значения времени и позиции.
Необходимо определить четыре параметра: время, горизонтальное положение, вертикальное положение и вращение, разделенные табуляцией. Также определите четыре последних параметра: конечное время, горизонтальное положение, вертикальное положение и вращение стимула. Сохраните стимул в визуализированном каталоге в виде файла с именем стимула dot vii и повторите этот шаг для любого другого стимула I.
Далее, движение стимула можно обобщить на два типа движения. Резкий шаг или непрерывный пандус. Шаг позволяет стимулу резко перемещаться или прыгать из исходного положения в конечное.
Оператор должен обратить внимание на то, что изменение времени должно составлять 0,001 секунды для ступенчатого стимула. Примеры психотического шага, плавной рампы преследования, девственного шага и девственной рампы приведены в таблице 1. В качестве стимулов может быть один стимул, например шаг, или последовательность визуальных задач, например, многоступенчатый.
Теперь сохраните оба файла стимулов в библиотеке стимулов. Обратите внимание, что в визуализируемом каталоге есть несколько настроек по умолчанию. Первая строка — это процент экрана в горизонтальном направлении.
Вторая строка — это процент экрана в вертикальном направлении. Третье — это фоновое изображение, а четвертое — изображение переднего плана или целевое изображение. Пятая строка указывает на то, что компьютер должен работать в автономном режиме.
Шестая строка обозначает, какой монитор используется. Седьмая строка – это соотношение сторон мониторов. Остальные линии представляют собой различные типы стимулов, которые оператор может использовать в рамках экспериментального сеанса.
Теперь откройте монитор стимулов левого глаза и стимул правого глаза. Мониторинг файлов из визуализированной директории. Эти два файла содержат библиотечные стимулы для левого и правого глаз соответственно.
В последней строке напишите имя файла стимула, который был определен. Номер профиля относится к строке, соответствующей имени файла стимула. Например, здесь профильный номер стимула равен восьми.
Можно повторить предыдущие шаги, чтобы создать столько стимулов, сколько необходимо для эксперимента. Далее может быть написан скрипт для экспериментального протокола. Сначала откройте текстовый файл, чтобы ввести команды экспериментального протокола, и сохраните этот файл в визуализированном каталоге в качестве имени скрипта или файла.
Это будет файл скрипта, из которого система визуализации будет считывать и выполнять команды. Визуализируемые функции имеют входные и выходные аргументы. В этой таблице отображаются все функции визуализированного программного обеспечения, которые можно использовать, когда временный файл dot lwf не определен
.Во время выполнения этой функции программное обеспечение не будет хранить входящие данные для оцифровки. Файл журнала функционирует как строки вывода, так и входной буфер, определенный из пробной версии EXP, в исходящий текстовый файл в визуализированном каталоге. Когда эксперимент будет завершен, обязательно измените имя исходящего текстового файла на другое имя.
В противном случае данные будут перезаписаны во время следующего эксперимента. Функция веса триггера ждет, пока испытуемый нажмет кнопку триггера, чтобы начать на экране экспериментальное испытание, обозначенное как испытание опыта, и оцифровать данные. Это канал 12 на цифровой карте сбора данных, который ожидает изменения сигнала с цифрового максимума на низкий.
Наконец, функция случайной задержки генерирует случайную задержку, чтобы предотвратить прогнозирование или предвосхищение следующего стимула, а волновая функция MSD вычисляет среднее и стандартное отклонение данных. Перед началом эксперимента испытуемый должен предоставить письменное и информированное согласие, одобренное институциональным наблюдательным советом. Эксперимент должен быть подробно объяснен, прежде чем испытуемый сможет согласиться на участие.
Для сбора и записи движений глаз можно использовать различные мониторы движений глаз, такие как система видеовизуализации отражения роговицы, система слежения за лимбом или катушка поиска склеры. Здесь мы продемонстрируем систему слежения за лимбами. Затем отрегулируйте монитор движения глаз так, чтобы он фиксировал анатомические характеристики глаза, такие как лимб или зрачок и отражение роговицы, в зависимости от используемого монитора движения глаз.
После того, как монитор движений глаз будет правильно отрегулирован на объекте, убедитесь, что монитор движений глаз фиксирует движения глаз, попросив субъекта совершать психотические движения внутрь и наружу, называемые девственными движениями. Откройте программу Read script dot vei в визуализированной директории в правом верхнем углу, введите имя файла экспериментального протокола скрипта, созданного ранее. Затем запустите программу read script dot vei, нажав кнопку со стрелкой в левом верхнем углу.
Затем дайте испытуемому спусковую кнопку и объясните, что при нажатии на кнопку начнется сбор данных. На экране автоматически появится еще один файл Acquire, VEI, который будет отображать поступающие данные. Данные дискретизируются с частотой 500 герц.
Когда эксперимент будет завершен, чтение скрипта dot bei автоматически остановится в это время. Перейдите в визуализированный каталог и найдите исходящий текстовый файл. Переименуйте файл.
В противном случае при следующем запуске эксперимента оператором файл данных будет перезаписан. Когда эксперимент завершен, данные могут быть проанализированы с помощью различных программных пакетов, включая MATLAB или Excel latency. Пиковая скорость или амплитуда могут представлять интерес в зависимости от исследования.
Пример кода анализа MATLAB представлен в визуализированном каталоге для построения кодов SEC, начальных шагов и начальных рамп. Здесь мы видим примеры ансамбля движений глаз, которые можно записать с помощью визуализированной системы. На этих графиках мы видим типичные психотические движения на 10 градусов, также называемые просекко.
В нашем исследовании используется степень вращения. Движения глаз могут быть откалиброваны в градусах, метрах или призменных диоптриях. Каждый след представляет собой отдельное движение глаза, где в верхней части графика положение обозначено в градусах как функция времени.
Нижний график представляет собой скорость, отображаемую в градусах в секунду в зависимости от времени. Здесь показаны анти-косы. Это психотические реакции.
Когда испытуемому говорят сделать секод в направлении, противоположном визуальному стимулу, Дева реагирует на четыре градуса. Шаги можно увидеть здесь, а реакцию Virgin на раздражители с температурой пять градусов в секунду показана здесь. Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о калибровке системы до того, как субъект приступит к исследованию.
Дайте правильные инструкции объекту и убедитесь, что монитор движения глаз правильно отрегулирован для объекта. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как программировать с использованием визуализированного языка сценариев для создания собственных визуальных стимулов для изучения широкого спектра глазных моторных экспериментов. Исследования глазной моторики выигрывают от прочной исследовательской базы, потому что они могут дать представление о нормальном и дисфункциональном мозге.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В этой статье рассматривается использование программного обеспечения VisualEyes для изучения нейронного управления и когнитивных процессов через движения глаз. Система позволяет независимо программировать визуальные стимулы на двух экранах, облегчая различные около-моторные эксперименты.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Около-моторное управление
- Когнитивные процессы
Фон
- Движения глаз имеют решающее значение для понимания нейронного управления.
- Программное обеспечение VisualEyes позволяет создавать пользовательские скрипты для представления стимулов.
- Можно стимулировать различные типы движений глаз, включая саккады и гладкое следование.
- Система обеспечивает гибкость по сравнению с проприетарным программным обеспечением.
Цель исследования
- Создать визуальные стимулы для около-моторных исследований.
- Калибровать систему визуальных глаз для точных измерений.
- Записывать реакции движений глаз во время экспериментов.
Используемые методы
- Калибровка системы визуальных глаз путем преобразования значений пикселей в градусы.
- Определение начальных и конечных позиций стимулов для обоих глаз.
- Сохранение стимулов в библиотеку перед экспериментальной сессией.
- Запуск экспериментальных скриптов для мониторинга и записи движений глаз.
Основные результаты
- Успешно зарегистрированы следы положения и скорости движений глаз.
- Техника продемонстрировала преимущества перед существующим проприетарным программным обеспечением.
- Результаты предоставляют представление о механизмах около-моторного управления.
- Гибкость в программировании стимулов позволяет разнообразные экспериментальные дизайны.
Выводы
- Программное обеспечение VisualEyes является ценным инструментом для исследований около-моторной деятельности.
- Пользовательские скрипты улучшают возможности проведения различных экспериментов.
- Будущие исследования могут использовать эту систему для получения более глубоких знаний о когнитивных процессах.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Oculomotor experimentation provides critical insights into neural control mechanisms relevant to target validation in neuroscience drug discovery. The VisualEyes system enables flexible, programmable visual stimulus generation to support mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses involving visual processing pathways. This capability enhances predictive confidence in preclinical models by allowing precise, reproducible eye movement measurements across diverse experimental designs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to visual processing and oculomotor control pathways.
- Operational Value: Supports biological de-risking through functional validation of targets involved in eye movement regulation.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by providing quantitative, reproducible ocular motor readouts for target engagement assessment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows through standardized stimulus presentation and response capture.
- Quantitative Outputs: Generates position and velocity traces enabling reliable compound screening and dose-response characterization.
- Platform Reuse: Offers scalability across experimental sessions via stimulus library storage and protocol scripting for consistent assay performance.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase mechanistic insights to preclinical validation through disease-relevant oculomotor phenotyping.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by linking target modulation to measurable changes in saccadic, pursuit, or vergence eye movements.
- Biomarker Alignment: Enables exploration of eye movement parameters as translational biomarkers for CNS target engagement and functional outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The VisualEyes system integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification to preclinical validation by providing a modular platform for stimulus control and response quantification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via programmable visual stimuli to probe neural circuits underlying eye movement control.
- Screening: Enables assay readiness through reproducible stimulus presentation and high-sampling-rate (500 Hz) eye movement monitoring.
- Analytics: Delivers position and velocity readouts in degrees and degrees per second, enabling quantitative comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by allowing disease-model eye movement profiling aligned with visual or oculomotor dysfunction.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability via stimulus library, script-based protocols, and compatibility with multiple eye movement monitoring systems (limbus tracking, video-based, scleral search coil).
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in visual processing pathways.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through calibrated stimulus presentation (pixel-to-degree conversion) and script-driven experimental control.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by reducing custom software development time and enabling rapid adaptation to diverse ocular-motor experimental needs.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization by providing objective, quantifiable oculomotor endpoints for target modulation studies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in experimental neuroscience, visual stimulus design, and oculomotor physiology.
- Needs instrumentation for eye movement monitoring (e.g., limbus tracking, video-based, or scleral search coil systems) and a haploscope with dual monitors for binocular stimulation.
- Demands cross-team standardization of calibration procedures (pixel-to-degree conversion using physical targets) and stimulus library management.
- Involves adaptation considerations across model systems, including species-specific eye anatomy and movement ranges.
- Includes practical limitations such as the need for pre-experimental calibration, subject consent procedures, and post-experiment data file management to prevent overwriting.
