Summary
Procedures voor het opnemen van high-density EEG en de blik gegevens tijdens computer game-based cognitieve taken zijn omschreven. Met behulp van een video-spel om cognitieve taken presenteren verbetert de ecologische validiteit zonder in te boeten experimentele controle.
Abstract
Experimentele paradigma's zijn waardevol voor zover de timing en andere parameters van hun stimuli zijn goed aangegeven en gecontroleerd, en voor zover zij opleveren gegevens relevant zijn voor de cognitieve verwerking die optreedt onder ecologisch valide omstandigheden. Deze twee doelen vaak op gespannen voet staan, want goed gecontroleerde stimuli vaak te repetitief om onderwerpen motivatie te ondersteunen. Onderzoeken waarin elektro-encefalografie (EEG) zijn vaak bijzonder gevoelig voor dit dilemma tussen ecologische validiteit en experimentele controle: het bereiken van voldoende signaal-ruis in fysiologische gemiddelden eisen van grote aantallen herhaalde proeven in lange opnamesessies, het beperken van het onderwerp zwembad aan personen met de mogelijkheid en geduld om een set taak over en weer uit te voeren. Deze beperking een ernstige beperking onderzoekers het vermogen aan jongere bevolking, alsmede van klinische populaties geassocieerd met een verhoogde angst of aandachtsprocessen afwijkingen te onderzoeken. Zelfs volwassen, niet-klinische vakken kunnen niet in staat zijn om hun typische prestaties of cognitieve betrokkenheid te bereiken: een ongemotiveerde onderwerp voor wie een experimentele taak is weinig meer dan een karwei is niet hetzelfde, gedragsmatig, cognitief, of neuraal, als een onderwerp die intrinsiek gemotiveerd is en bezig met de taak. Een groeiende hoeveelheid literatuur toont aan dat het inbedden experimenten in videogames kan een manier te bieden tussen de hoorns van dit dilemma tussen experimentele controle en ecologische validiteit. Het verhaal van het spel zorgt voor een meer realistische context waarin taken zich voordoen, het vergroten van hun ecologische validiteit (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Bovendien is deze context geeft motivatie om taken te voltooien. In ons spel, onderwerpen uit te voeren verschillende missies om de middelen te verzamelen, af te weren piraten, te onderscheppen communicatie of het vergemakkelijken van diplomatieke relaties. Daarbij, ze voeren ook een scala aan cognitieve taken, waaronder een Posner aandacht verschuift paradigma (Posner, 1980), een go / no-go-test van de motor inhibitie, een psychofysische beweging samenhang drempel taak, het Embedded Figures Test (Witkin , 1950, 1954) en een theorie-of-mind (Wimmer & Perner, 1983) taak. Het spel software registreert automatisch spel stimuli en onderwerpen de acties en reacties in een logbestand, en stuurt event codes om te synchroniseren met fysiologische data recorders. Dus het spel kan worden gecombineerd met fysiologische maatregelen zoals EEG of fMRI, en met van moment tot moment dat het volgen van de blik. Gaze tracking kan controleren proefpersonen naleving van gedrags-taken (bijvoorbeeld fixatie) en openlijke aandacht voor experimentele stimuli, en ook fysiologische arousal zoals weergegeven in pupilverwijding (Bradley et al.., 2008). Op groot genoeg sampling frequenties, kan staren tracking ook helpen beoordelen geheime aandacht, zoals weerspiegeld in microsaccades - oogbewegingen die te klein zijn om een nieuw object foveate, maar worden zo snel in het beginstadium en hebben dezelfde relatie tussen de hoekafstand en de hoogste snelheid net als saccades die grotere afstanden doorkruisen. De verdeling van aanwijzingen van microsaccades correleert met het (anders) heimelijke de richting van de aandacht (Hafed & Clark, 2002).
Protocol
1. Ontwerp een onderhoudende en Wetenschappelijk Informatieve Video Game
- Breng een iteratief game design proces waarbij belangen van wetenschappelijke waarde en speelbaarheid elkaar op de hoogte. Als een onderzoeker, heb je ideeën met betrekking tot de prikkels en gedrag paradigma's die u wilt zien ingebouwd in een computer game. Omdat je niet een game designer, kan de taak van het bouwen van deze paradigma's in games lijkt een detail dat kan worden aangepakt nadat de meeste van het werk is voltooid. Niets is minder waar. Of een spel zal aantrekken gemotiveerde spelers - en dus of uw gegevens zullen worden verzameld onder omstandigheden van maximale ecologische validiteit - hangt fundamenteel af van een goed ontwerp. Game design onderscheidt zich van spel programmering en uitvoering, en meestal wordt gedaan door verschillende mensen met verschillende expertise. Uw budget kan zorgen voor professionele ontwerpers, of het kan slechts mogelijkheden voor student-ontwerpers - afhankelijk van het geval, echter, het ontwerp moeten worden behandeld als een opdracht is die los uit de uitvoering, en een taak vertrouwd met, maar niet synoniem met specificatie van de experimentele paradigma . Niet al uw ideeën en beperkingen zullen worden realiseerbaar als een speelbaar spel. Een goede ontwerper zal terug naar je toe komen met vragen en suggesties over hoe je experimentele paradigma zou kunnen worden versoepeld om een speelbare, vermakelijk spel te produceren. In onze ervaring, game design voor experimentele wetenschap is een iteratief proces, waarin de onderzoekers de hand van de game ontwerpers een set van randvoorwaarden, het spel ontwerpers hand terug ontwerp ideeën en suggesties voor het wijzigen van deze beperkingen, de onderzoekers reframe de beperkingen naar aanleiding van deze feedback , en ga zo maar door.
- Ontwerp voor spelers van beide geslachten. Op een populatie niveau, cultureel en biologisch op basis van cognitieve eigenschappen onderscheiden mannen en vrouwen (Valla et al.., 2010). Veel standaard video game-formaten - met name de "first-person shooter" - een beroep op een typisch mannelijke cognitief profiel. Standaard spel ontwerpen, dan, invoering van een mannelijk recruitment bias en een verwarren tussen gedrags-prestaties en seks. De ongelukkige realiteit is dat mensen die zijn gespecialiseerd in ungendered game design (Graner Ray, 2004) zijn schaars. Let op dat de meeste gaming professionals (en studenten) zijn mannelijk, en dat toen zonder toezicht alleen met een experimentele paradigma zullen ze, bijna onvermijdelijk, uiteindelijk het ontwerpen van een first-person shooter eromheen.
- Gebruik speeltijd om efficiënt te verzamelen herhaalde proeven. Game-based event-related potentials experimenten vereisen verzameling van vele herhaalde onderzoeken (gewoonlijk ten minste honderd per conditie) van de vele verschillende cognitieve taken die moeten worden uitgevoerd tijdens een enkele experimentele sessie zonder vermoeiend de proefpersoon . Overweeg het aandeel van het spel de tijd gedurende welke experimentele studies daadwerkelijk wordt uitgevoerd. Hoeveel van contact van de speler de tijd met het spel direct wetenschappelijk nuttig zijn bij het verstrekken van experimentele gegevens, en hoeveel van dit contact tijd zal 'filler' die deze experimentele onderzoeken met elkaar verbindt in een spel verhaal zijn? Ontwerpen om zo het aandeel van het spel de tijd die nuttig zal zijn voor data-acquisitie te maximaliseren. Om te voorkomen dat eerlijk herhaling, overweeg dan her en experimenten van verschillende types, bijvoorbeeld een actief gedrag taak onderbroken door een passieve zintuiglijke prikkel. Na het verwerpen van een slecht onderzoek, dan kunt u zich ophopen genoeg trials voor fysiologische gemiddelde, zonder dat de speler steeds ongeduldig of verveeld met het spel? Indien het antwoord op deze vraag nee is, moet u het ontwerp.
- Voorkomen dat opgeblazen gevoel experimenten met andere factoren of omstandigheden Het kan verleidelijk lijken de voorwaarden en de variaties binnen de experimentele paradigma's toe te voegen, om zo naar gerelateerde vragen te behandelen -. Bijvoorbeeld in een aandacht taak hoe kan elektrofysiologie en gedragsproblemen prestaties worden beïnvloed in een context waarin de afleiders kunnen verschijnen, ten opzichte van een context waarin elke stimulus is task-relevant? Of in een context van multimodale versus unimodaal zintuiglijke prikkels? In het beste geval zou een dergelijke factoring toe te voegen nuttige informatie, en fysiologisch voldoende aantal van de proeven zou worden overgenomen binnen elke factor. In het slechtste geval, hoewel, factoring leidt tot een "experiment bloat" waarin geen individuele conditie draagt een voldoende aantal waarnemingen, moet de analyse dan ook instorting observaties over voorwaarden, en het enige resultaat is een problematische toename van de binnen-sample variantie. Dit probleem van de "experiment bloat" wordt meer significant wanneer experimenten worden uitgevoerd in een spelvorm, omdat de variëteit is een gewenste eigenschap in een spel. Voeg factoren alleen als u er zeker van zijn dat elke factor afzonderlijk zal een aantal proeven voldoende voor een gemiddelde, zonder dat het besturen van de speler om verveling bevatten. <li> Vermijd getimede gebeurtenissen; geven de speler de controle van als er dingen gebeuren, indien mogelijk, vraagt de speler veel neuropsychiatrische populaties hebben moeite met uitvoerende functie, dat wil zeggen, in snel plannen en uitvoeren van acties in reactie op zintuiglijke input.. Zij kunnen een groot deel van vaardigheid hebben en in sommige taken zelfs groter zijn dan normale prestatie - maar dit kan een intens bestudeerd en overwogen, bewuste stijl van de vaardigheid, die vaak niet tot uitdrukking onder tijdsdruk. Het is dus belangrijk om er zeker van dat de timing van gebeurtenissen wordt geregeld niet door de computer (behalve in gevallen waar het experiment dat vereist), maar door de speler. Kleine toevoegingen, zoals een "next" knop of een "ready" knop kan het verschil maken. Bijvoorbeeld, een deel van ons spel (figuur 1) implementeert een "go / no-go" test van de uitvoerende remming, waarin de speler is verplicht om te reageren of in te houden een reactie op basis van de identiteit van een doel dat blijkt uit een ruimte "wormgat." In plaats waardoor de doelstelling naar voren op een totaal willekeurig tijdstip, onze software wacht tot de speler om een balk die het wormgat opent starten. De doelgroep komt dan na een willekeurige vertraging. Deze aanpak maakt het meten van de anticiperende en de reactie met betrekking tot de hersenen elektrische gebeurtenissen en toch toelaat de speler voor te bereiden op de gedrags-context. Wanneer dus de beperkingen van de experimentele paradigma mogelijk maken, moeten wedstrijden worden in plaats van computer-centered speler centraal, en het spel moet worden in plaats van time-driven event-driven.
- Niet afhankelijk van het geheugen van een speler om instructies;. Prompt de speler elke keer een logisch gevolg van de uitvoerende macht probleem is dat de speler kan moeite hebben met het onthouden van een opeenvolging van stappen. Zelfs als (s) die hij heeft geleerd in een tutorial die toets A triggers actie X en toets B actie Y, deze willekeurige verenigingen misschien niet herinnerd worden, tenzij de speler de kans heeft gehad om deze acties de praktijk actief, vele malen triggers.
- Een ander gevolg: Maak geen input-output mappings zijn afhankelijk van het spel staat Designers en vooral uitvoerders kunnen in de verleiding om functies in submenu's, toegang tot die afhankelijk is van de speler te klikken op de juiste primaire menu, of om een te verbergen. sleepbeweging van de muis iets anders na een klik dan na geen klik (of erger nog, iets anders na een links-klik dan na een klik met de rechtermuisknop). Voorkomen dat dergelijke sequentiële logica in de gebruikersinterface. Waar mogelijk, puur combinatorische logica. Sommige sequentiële logica is natuurlijk niet te vermijden - bijvoorbeeld in de overgang van het ene spel context of een mini-game naar de andere - maar het moet spaarzaam en alleen gebruikt worden wanneer absoluut noodzakelijk.
- In plaats van een opeenvolging van handelingen, vragen om een actie op een moment. Rapid acties kunnen moeilijk genoeg met zichzelf, maar als neuropsychiatrische patiënten de extra vraag van het uitvoeren van een aantal van deze acties snel en in de juiste volgorde gezicht kunnen ze voelen zich er zeer overweldigd . In plaats van die sequenties van inputs in reactie op een vraag, probeer dan afzonderlijk gevraagd voor elke ingang.
- Gebruik foto's, niet alleen woorden Spelers met een tekort in taal, lezen, aandacht, of het geheugen misschien niet tekstuele instructies begrijpen -. Niet omdat de speler niet in staat is te begrijpen, maar omdat (s) hij is zo veel te concentreren op het decoderen van de afzonderlijke woorden dat (s ) hij kan niet sparen veel moeite om elkaar te zetten die woorden in de betekenis van volledige zinnen en verhalen. Soms is de tekst onvermijdelijk is, als tekst wordt gebruikt, breedsprakigheid te voorkomen, niet rommel van de display met woorden, onder andere reeks van "next" vraagt die afzonderlijke passages in beheersbare brokken, en niet toestaan van de speler om achteruit te gaan door middel van deze aanwijzingen op te herzien om tekst die (s) heeft hij al gezien.
- Spelers moeten leren door te doen, niet alleen door het observeren of het lezen of het luisteren In dit verband patiëntenpopulaties zijn niet anders van mensen in het algemeen:. We allemaal best leren als we kunnen eerder actief dan passief leerlingen. De uitdagingen waarvoor neuropsychiatrische patiënten maken het des te belangrijker dat spel activiteiten learning-by-doing, in plaats van afhankelijk van de leren-door-lezen of leren-door-te luisteren te betrekken. Dit geldt met name van het spel tutorials of instructies.
- Voorkomen dat afhankelijk van de gelijktijdige of bijna-gelijktijdige gebeurtenissen in verschillende perceptuele kanalen (bijv. verschillende plaatsen op het scherm, of verschillende zintuigen, zoals video met audio). Sommige neuropsychiatrische patiënten kunnen moeite hebben met perceptuele integratie hebben, en kan zich richten op slechts een perceptuele kanaal op een keer. Bij het scherpstellen op een punt of gebied van het display, gebeurtenissen uit de buurt van deze ruimtelijke middelpunt van de belangstelling niet te registreren. Anathema voor dit soort speler zou een cockpit display met vele meters maken die verschillende hoeveelheden die moeten allemaal worden be waargenomen tegelijkertijd - of een visuele weergave die moet in acht worden genomen op hetzelfde moment als een gesproken of ander auditief signaal. In plaats daarvan moet ofwel informatie worden weergegeven in een regio van het scherm of een zintuiglijke kanaal, of ruim de tijd moet worden toegestaan om aandacht te verschuiven tussen punten in de visuele ruimte of tussen zintuiglijke kanalen. In spelers met autisme, bijvoorbeeld, verschuivingen van de aandacht zijn geschikt voor 2 tot 3 seconden (Belmonte, 2000) - tien keer zo lang als voor de andere spelers! Denk na over hoe het zou zijn om te kijken naar het scherm door middel van een lange telescoop die een klein gebied vergroot, maar sluit uit de periferie.
- Vermijd onnodige angst oproepen Neuropsychiatrische populaties kan veel meer vatbaar voor angst dan andere spelers -. Zeker wanneer zij worden geconfronteerd met een nieuw en onervaren taak, of met een getimede taak, of met een interactieve scenario dat out's van hun controle. Al het mogelijke doen om er zeker van dat de speler, niet de computer, is het een controle van wat er vervolgens gebeurt, en dat de speler heeft alle gelegenheid om te oefenen en zich comfortabel met de eisen van het spel. Overwegen een tutorial die het mogelijk maakt de speler te gaan door alle acties van het spel - bijvoorbeeld klikken en toetsaanslagen - als (s) krijgt hij instructie.
- Voor het herhalen van gebeurtenissen, variëren de timing een beetje, zodat de tijd tussen twee opeenvolgende instanties van het evenement niet constant is. Signaalverwerking experts zal het fenomeen van aliasing, weten in welke een discrete steekproef van een hoogfrequent signaal bij een te lage sampling rate produceert een artefactual lage frequentie oscillatie. De kwestie rond EEG maatregelen van herhaalde gebeurtenissen heeft veel gemeen met aliasing. Beschouwen als een voorbeeld van de situatie die ontstaat wanneer een beweging toets wordt ingedrukt en vastgehouden: de speler avatar beweegt met een bepaalde snelheid, zeg, eens in de 500 ms. Stel dat men geïnteresseerd is in de hersenen als reactie op de beweging effect. Stel dat ook, maar dat er een voortdurende, endogene (dat wil zeggen, intern gedreven) 10 hz oscillatie in de visuele cortex die niets direct te maken met deze exogeen fenomeen is. Aangezien de 500 ms is een integraal veelvoud van de 100 ms periode van deze schommeling, proeven van de exogene hersenen als reactie op elke beweging zal de endogene oscillatie ook proeven op hetzelfde punt in de fase elke keer, en de analyse dus zou misattribute de endogene signaal als een exogene reactie op de beweging stimulus. Om te voorkomen deze dubbelzinnigheid in het EEG-analyse, kan men een kleine hoeveelheid van tijdelijke jitter toe te voegen aan de intervallen tussen de stimuli (Luck, 2005, p. 135) - niet zozeer als om ze te laten lijken onnatuurlijk variabele voor de speler, maar genoeg om te krijgen ontdoen van deze fase artefact. Het exacte bedrag hangt af van wat lijkt natuurlijk gegeven het evenement scheiding, in dit voorbeeld van een 500 ms evenement kunnen we achten die een afwijking meer dan 10% van het interval in beide richtingen zou onnatuurlijk lijken, dus we kunnen dan kiezen om de intervallen variëren meer dan een gelijkmatige verdeling van 450 ms tot 550 ms. Voeg net zoveel tijd als jitter lijkt natuurlijk, zonder in te boeten speelbaarheid.
- . Ontwerp met het oog op uitbreidbaarheid brengen een complete computer spel van concept tot realisatie is een tijdrovende en arbeidsintensieve onderneming - vind je jezelf, effectief, werkt een dag baan als onderzoeker en een nacht baan als een game designer en project manager! Het is zinvol, daarom, om het spel flexibel en uitbreidbaar, zodat experimenten die niet zijn bedacht toen het spel werd eerst ontworpen kunnen worden toegevoegd zonder deze te definiëren en implementeren van een geheel nieuwe game-systeem. Dit doel van uitbreidbaarheid kan worden gerealiseerd mede in het game design en deels in de software ontwerp.
In de game design, overweeg dan een systeem dat de toevoeging van nieuwe spel-modules mogelijk maakt. In ons systeem, is een belangrijke wedstrijd wordt ondersteund door een uitbreidbare set van mini-games: spelers moet u elk van de mini-games om te kopen of te houden middelen die van waarde zijn in de belangrijkste wedstrijd. Elke mini-game sluit twee tot drie experimenten. Bijvoorbeeld, met ontwierp een ruimte kolonie, spelers in een uitvoerende functie en visuele waarneming mini-game waarin ze een ruimteschip te sturen door middel van een drijvende ster veld en beslissen hoe te reageren op vriendelijke of tegenstander ruimteschepen (figuur 1), een visuele aandacht mini-game waarin ze te detecteren asteroïden die kunnen worden ontgonnen voor ruwe materialen om deze kolonie (figuur 2), een emotie-beleving mini-game waarin ze in een diplomatieke onderhandelingen te helpen door het afstemmen van de gezichten van verschillende mensen die zich laten zien op te bouwen dezelfde emoties (figuur 3), en een sociaal cognitief mini-game waarin ze dwarsbomen piraten die willen dat hun kolonie de leveringen (figuur 4) te stelen. In de praktijk is het vrij eenvoudig te vinden een zelfgenoegzaamheid waarbinnen een nieuwe experimentele taak kan worden geïntegreerd in het spel verhaal - maar de algemene mogelijkheid om toestaan dat dergelijke integratie moet worden designed in a priori.
Hoewel de spelers zijn zich bewust van het algemene feit dat ze experimenten uitvoeren, de experimentele data collectie is onopvallend: Tijdens het stuur taak een maximum-likelihood schatter (Pentland, 1980; Lieberman & Pentland, 1982) berekent de speler psychofysische drempel voor perceptie van coherente beweging van de drijvende ster veld. Tijdens de asteroïde taak wordt staren blijft onderaan in het midden van het scherm om naar te kijken voor verontreinigingen in het erts processor (en deze blik richting wordt gecontroleerd door de blik tracker), elk van de vier sectoren waarin asteroïden zouden kunnen verschijnen flikkert terwijl op een andere fundamentele frequentie (het kleinste gemene veelvoud daarvan is groot) en de geheime aandacht is gericht op een van deze sectoren in reactie op een ruimtelijke cue. Veranderingen in de spectrale inhoud van de EEG kan dan beoordelen het tijdsverloop van de geheime aandacht op basis van de EEG amplitudes van de flikkering frequenties die tag elke sector (Morgan et al., 1996;. Belmonte, 1998).
In de software, moet de "game-engine" zorgen niet alleen de gebruikelijke kernelementen voor grafische weergave (bijvoorbeeld een deeltje engine), maar ook alle gemeenschappelijke faciliteiten voor experimentele controle en data logging die nodig zullen zijn voor alle experimenten. In het bijzonder moet de game-engine te bieden methoden om te laten zien extern nog steeds stroom en bewegende beelden grafische elementen en geluiden, en een event logger die schrijft naar een lokale schijf-bestand en ook door middel van een uitgang (we gebruiken de standaard parallelle poort) om te synchroniseren met een gedrags-of fysiologische data recorder, zoals een blik tracker, een EEG systeem, of een fMRI scanner. - Een werkwijze voor het loggen game-evenementen in ons systeem, het log-bestand op de disc bevat een superset van de gegevens die via de parallelle poort:. Overwegende dat de parallelle poort ontvangt alleen unsigned 8-bit event codes 1 tot en met 255, de schijf bestand bevat ( 1) een tijdstempel in klok tikt, (2) een tijdstempel in microseconden, (3) de numerieke event code verzonden via de parallelle poort, (4) een string ezelsbruggetje uniek is voor dit evenement code, en (5) een lijst van (parameter naam, parameter waarde) paren. Zo kan het uiterlijk van een stimulus (bijvoorbeeld een asteroïde) op bepaalde absolute of hoekige weergave coördinaten worden aangeduid met een passende gebeurtenis code en mnemonic met de twee coördinaten als parameters. Omdat er mogelijk meer dan 255 unieke evenementen, overweeg afgifte gebeurtenis codes die het begin en einde van self-contained contexten (bijvoorbeeld individuele mini-games of game scenario's) in de belangrijkste wedstrijd, en opnieuw met behulp van event codes van een context te markeren een ander. De tijdreeksen van de numerieke codes gebeurtenis vastgelegd door de externe data recorder en de tijdreeksen van gedetailleerde en geparameteriseerde event codes vastgelegd in het lokale log file kan dan worden gebruikt om de log-bestand en het externe data file (s) plaats in tijdelijke registreren.
- Log event codes voor werkelijk alles. Heeft de speler avatar gewoon bewegen (ofwel omdat de beweging sleutel is net depressief, of omdat het is ingedrukt voortdurend en is herhalen)? Dat is een evenement. Heb een soort van beweging starten of te stoppen of veranderen snelheid? Dat is een evenement. Absoluut alles wat er gebeurt in het spel moet worden gerapporteerd met een event-code. Experimentatoren kan altijd negeren event codes als ze besluiten dat ze niet van belang in de analyse. Wat kan men niet doen, natuurlijk, is om terug te gaan en event-codes te plaatsen nadat de gegevens zijn opgenomen. Dus alles in - je weet nooit wat nuttig zou kunnen zijn, misschien niet meteen, maar in sommige post-hoc data mining.
2. Bereid Equipment
- Een uur voor het onderwerp komt, de balans van de elektroden door het weken ze in een zoutbad (1 theelepel keukenzout per 1 liter gedestilleerd water) gedurende 5 tot 10 minuten. Laat geen elektroden in een vloeistof langer dan 10 minuten per keer. Evenwichtige elektroden hebben kleine (+ / - 20μV) offsets.
- Net voor onderwerp komt, zet de blik tracking camera, converters, en computers.
Onze setup gebruikt vier computers (zie figuur 5): een speciale blik-tracking computer (GC), een speciale EEG acquisitie computer (EG), een speciale stimulus presentatie computer (SC), en een computer voor video-acquisitie en data-analyse (VC ).
Twee converters (Figuur 6) te manipuleren VGA uitgangen van GC en SC en stuur een gesplitst video signaal naar VC. Op deze manier kan het scherm gezien door het onderwerp bedekt met een cursor die de huidige fixatie en een tijdstempel worden opgenomen op een video bestand op VC.
3. EEG Setup
- Meet de omtrek van het hoofd van het onderwerp rond het voorhoofd en INION. Selecteer een elektrode cap zodanig dat het onderwerp omtrek is in het midden van het meetbereik voor de dop.
- Noteer de meting van het onderwerp nasion aan INION en left oorschelp naar rechts oorschelp.
- Plaats de kap op het hoofd van het onderwerp. Zorg ervoor dat de tag is buiten de dop, rustend op de hals van het onderwerp. Plaats de pendop totdat de A1 (de elektrode aan de top) is gecentreerd ten opzichte van de nasion-INION en oorschelp-oorschelp assen, en de dop middellijn (A25-C17) is evenwijdig aan de middellijn van het hoofd van het onderwerp.
- Breng een zelfklevende ring om de kunststof behuizing van de elektroden EX5 en EX6. Lijn de opening van de ring met de elektrode pellet. Verwijder het papier van de zelfklevende ring en dekking van de elektrode contact met geleidende gel. Plaats EX6 aan de rechterkant van het onderwerp mastoideus en EX5 links van het onderwerp mastoideus.
- Gebruik een spuit om geleidende gel plaats in elke elektrode behuizing. Wiggle de spuit om een deel van het onderwerp haar, dan tegelijkertijd op de zuiger en trek de spuit uit de buurt van het hoofd. Vullen tot gel is gelijk met de bovenkant van de kunststof behuizing.
Het is beter om te weinig dan te veel gel. In het geval van te weinig gel, kan altijd meer worden toegevoegd. Met te veel gel, kan de overtollige bloeden tussen de elektroden, waardoor de elektrode overbruggen. Als elektroden worden overbrugd, verwijder het kapje, hebben het onderwerp wassen en drogen hun haar, en opnieuw beginnen. - Met de plug uiteinde over de schouder en de sensoren in de ene hand, voorzichtig plaats elke elektrode in de bijbehorende behuizing. Pak alleen de plastic behuizing van de elektroden en wees niet te krimpen de draden.
Het is van levensbelang, niet om de elektrode tips te raken. Contact met de huid of kleding zal degraderen de kwaliteit van de elektroden. - Plaats geleidende gel op de EX1-EX4 en het gebruik van lijm ringen om ze te hechten aan het gezicht van het onderwerp. Plaats EX1 en EX2 ongeveer 1 cm horizontaal van links en rechts onder de buitenste Spaanse vliegen, respectievelijk. Plaats EX3 en EX4 ongeveer 1 cm onder het midden van links en rechts van het onderwerp ogen op de jukspier botten.
- Voorzichtig te verzamelen elektrode leidt achter het onderwerp en losjes wikkel de CMS / DRL leiden rond de anderen om een pony-tail te creëren. Plaats klittenband banden aan de bovenkant en onderkant van de pony-staart aan de leads zijn plaats te houden. Gebruik maken van medische tape aan te brengen van de pony-staart aan kleding op de rug van het onderwerp.
- Toepassing 0,5% KCl-oplossing (Lykken & Venables, 1971) aan elke GSR elektrode. Gebruik maken van medische tape aan te brengen GSR elektroden aan de wijs-en ringvinger van de niet-dominante van het onderwerp hand.
- Het slachtoffer zitten in een niet-liggende, stationaire stoel voor de stimulus presentatie monitor. Sluit alle elektroden in het EEG-converter.
Kleine (+ / - 40 uV) offsets zijn aanvaardbaar. Als een elektrode geeft een offset groter dan + / - 40 uV, verwijder voorzichtig de elektrode uit de dop, toe te passen meer gel, en de terugkeer van de elektrode.
4. Gaze Tracking Setup
- Aanbrengen van een doelwit sticker boven wenkbrauw van het onderwerp mediale voor het oog.
- Start de EyeLink Popup-kalibratie toepassing op VC. Begin een nieuwe sessie en gebruik de CMD-interface op event logging schakelaar voor de blik tracker. Stel de waarde 'file_event_filter' gelijk aan 'LINKS, RECHTS, fixatie, Blink, BERICHT, BUTTON, saccade, INPUT "Een volledige lijst van commando's kunnen worden gevonden in het bestand DATA.INI die is voorzien van de EyeLink software.
- Van de EyeLink Popup-kalibratie applicatie, start Camera Setup. Plaats de camera zodanig dat het doel sticker en het onderwerp het oog van zijn gecentreerd. Pas de scherpstelling totdat het oog worden gevolgd is duidelijk.
- Kalibreren en valideren van de blik tracking systeem om het onderwerp met behulp van de negen-punts dot matrix. Na validatie van de software EyeLink labels elk calibratie punt met de fout in graden van visuele hoek tussen de gekalibreerd en gevalideerd maatregelen. In een acceptabel goede kalibratie, is de gemiddelde fout in alle kalibratiepunten niet meer dan 1 °, en de fout op een enkel punt niet meer dan 1,5 °. In een zeer goede kalibratie, gemiddelde fout niet groter zijn dan 0,5 ° en de grootste single-point is niet groter dan 1 °.
Als de kalibratie mislukt, ervoor te zorgen dat leerling en het hoornvlies reflectie drempels geschikt zijn. Als het aanpassen van deze waarden niet verlichten kalibratie problemen, zet ogen en opnieuw kalibreren. Zorg ervoor dat de sampling rate is ingesteld op 500 Hz door te klikken op de 500 Hz-knop aan de linkerkant van de camera setup scherm.
De optische en computationele processen die blik positie is bedacht intern zijn aan de blik tracker en hoeft niet worden gekend door de gebruikers van deze procedure. Kortom, de techniek werkt door het verlichten van de oog met infrarood licht. Licht afbreuk te doen aan het netvlies is terug te vinden uit het oog aan dezelfde weg waarlangs het aangaan - dit is de optische eigenschap die "rode ogen" in flash foto's gemaakt met compactcamera's veroorzaakt. Om een camera goed gepositioneerd afstand van de lichtbron, echter, zal de pupil donker. Tegelijkertijd wordt een deel van de verlichting weerkaatst wordt door de co rnea als een kleine, intense glinsteren, waarvan de positie alleen afhankelijk van de positie van het hoofd en niet op de richting van de blik van het oog. Het positionele verschil tussen de donkere pupil en het hoornvlies glinstering dan kan mathematisch worden toegewezen aan de richting van de blik (Ebisawa, 1998). De blik-tracking computer logs een tijdreeks van de resulterende point-of-wat betreft coördinaten, geïntegreerd met de gebeurtenis codes van de stimulus-presentatie computer.
5. Begin Computer Game
- Van de Popup-kalibratie applicatie, beginnen met het opnemen blik van gegevens. Start video-opname op VC en EEG-opname op EG-Verdrag.
- Op SC, start u de video-game.
- Voor de auditieve stimuli, omwisselen van de passieve speakers in SC voor de luidsprekers. Sluit in en zet de versterker. Met behulp van een geluidsniveaumeter, het volume op een niveau dat voldoende is om de maximale amplitude (bijv. 80 dB) vereist door de experimentele paradigma te bereiken.
6. Schone apparatuur
- Nadat het onderwerp klaar is met de games, verlaat het spel en stop het vastleggen van gegevens door op de knop 'Stoppen' binnen de grafische interface op EC, GC en VC. Schakelaar uit en trek de versterker en plaats de passieve luidsprekers.
- Vul een klein plastic emmertje 4-5 cm diep met gedestilleerd water en magnetron op hoog voor 90 seconden.
- Schakel de EEG converter box en haal alle kabels uit de converter. Verwijder de medische tape en de klittenband van de pony-tail van de EEG leads.
- Pak de elektroden door de kunststof behuizing enige, verwijder alle elektroden en plaats de sensoren in de warm gedestilleerd water. Nadat de dop elektroden zijn verwijderd, verwijder de dop van het hoofd van het onderwerp. Vergeet niet om de lijm ringen van elektroden te verwijderen voordat u ze onder te dompelen in het water.
- Gebruik een spray fles gevuld met gedestilleerd water om gel links op de elektroden te verwijderen.
- Gebruik warm leidingwater en zeep om gel te verwijderen van de elektrode dop.
7. Data Analysis
- Op SC, zet de blik-tracking EDF data-bestand naar ASCII tekst met behulp van de EyeLink edf2asc toepassing.
- Consolideer data bestanden op VC, dan start u de Astropolis Processing Toolkit (APT).
De APT is een open source MATLAB (R2008a, The MathWorks, Natick, MA) toolkit gebouwd op het open source EEGLAB omgeving (Delorme & Makeig, 2004). Het integreert de verschillende bestanden die door deze experimentele paradigma en automatiseert de gedrags-en EEG-analyse. Deze automatisering omvat preprocessing en artefact afwijzing, uitgebreid Infomax onafhankelijke componenten analyse (ICA) en uitgevoerd met de runica algortihm (Makeig et al.., 1997) in EEGLAB, en equivalente dipool lokalisatie.
8. Representatieve resultaten
De hier gepresenteerde resultaten werden verkregen uit pilot-gegevens te onderzoeken kinderen in de leeftijd 10-15 jaar in drie groepen: mensen met een autisme spectrum conditie (ASC), broers en zussen zonder enige klinische diagnose (SIB), en normaal ontwikkelende kinderen (TYP). Blik tracking-gegevens zijn gebruikt om de studies, waarbij het subject de blik is afgeweken van de prikkels van belang af te wijzen. (Meer ingewikkelde toepassingen van de blik van gegevens ook mogelijk, bijvoorbeeld met behulp van blik als een parameter bij het berekenen van fysiologische en gedragsmatige gemiddelden.)
Figuur 7 toont een event-related spectrale verstoring verkregen uit een frontale middellijn elektrode (Fz). PresentEnemy is komt overeen met het uiterlijk van een vijandelijk schip (Go) en PresentFriendly komt overeen met het uiterlijk van een vriendelijk schip (No-Go). Tijdens de No-Go conditie, de TYP groep een significant hogere gamma vermogen (30 tot 75 Hz) 500 tot 1,500 ms post-stimulus.
De APT maakt een eenvoudige vergelijkingen tussen fysiologische en psychometrische maatregelen. Bijvoorbeeld, in onze analyse, alpha vermogen (8-12 Hz) gedurende een vergelijkbare periode (300-1500ms post-stimulans) voor No-Go proeven tijdens deze niet-sociale aandacht taak werd negatief gecorreleerd met de prestaties op een maatregel van sociale waarneming, de Benton Facial Recognition test (Benton et al., 1994)..
Figuur 1: video van Maritieme Defender (go / no-go en de dot-motion samenhang van taken)
Klik hier om de video te bekijken.
Figuur 2: video van Stellar Prospector (gewijzigd Posner visueel ruimtelijke aandacht taak)
Klik hier om de video te bekijken.
Figuur 3: video van FACEOFF (gezichts emotie erkenning)
Klik hier om de video te bekijken.
Klik hier om de video te bekijken.
Figuur 5: Bekabeling diagram van het laboratorium setup.
Figuur 6: Converter doos bekabeling diagram van het laboratorium setup.
Figuur 7: Event-gerelateerde spectrale verstoringen van de Go / No-Go taak opgenomen in Fz PresentEnemy = Ga stimulans; PresentFriendly = No-Go stimulus; ASC = autisme groep; SIB = broer groep; TYP = controle groep..
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Misschien wel de belangrijkste hinderpaal voor integratieve studies is de praktische limiet op de hoeveelheid tijd die een proefpersoon (in het bijzonder een uit een klinische populatie) redelijkerwijs kan worden verwacht uit te voeren voordat ze vermoeid. Helaas, vaak de meer gecontroleerd een stimulans is vanuit het standpunt van de wetenschapper gezien, kunnen de meer repetitieve en vervelend het experiment lijkt vanuit het standpunt van het onderwerp interessant is. Behavioural onderzoek naar neuropsychiatrische aandoeningen in de afgelopen jaren heeft gewezen op het belang van motivatie-, gedrags-set, en de taak instructie bij het vaststellen van cognitieve strategie en het bepalen van de prestaties (bijv. Plaisted et al., 1999;.. Dalton et al. 2005). In het licht van deze overwegingen hebben we ingebed experimentele stimuli in het kader van een videospel dat opvangt en onderhoudt proefpersonen belang, transparant verzamelen van gedrags-gegevens en het synchroniseren met een fysiologische opname als het onderwerp speelt het spel. De praktische voordelen van een dergelijke een aantrekkelijke en ecologisch juiste opmaak boven de gebruikelijke repetitieve blokken van de proeven zijn legio. Sterker nog, verschillende niveaus en de eisen van de aandacht verschuiven en multimodale integratie zijn natuurlijk in de context van de video game spelen, en psychofysische maatregelen zoals dot beweging samenhang en embedded cijfers zijn gemakkelijk te implementeren, bijvoorbeeld, de beweging van een ster veld op het oog het scherm en de detectie van een object in een rommelige omgeving. Daarnaast, de strategische en contradictoire karakter van een video game draagt natuurlijke mogelijkheden om een hoger niveau cognitieve maatregelen zoals begrijpen van game-gerelateerde verhalen en de sociale toeschrijving te verkennen om een computer gegenereerde tegenstander. Video games roepen meetbare veranderingen in aandacht en perceptuele processen (Green & Bavelier 2003, 2006ab, 2007; Castel et al. 2005;.. Feng et al. 2007), en de video game-formaat wordt steeds vaker gebruikt om gelijktijdige gedrags-en EEG waarnemingen te verwerven in ecologisch valide contexten, bijvoorbeeld in visuomotorische tracking (. Smith et al. 1999), luchtverkeersleiding (Brookings et al., 1996.), en militaire commando en controle simulaties (St John et al., 2002, 2004;. Berka et al. 2004). . Recente resultaten in de mens-computer interactie (von Ahn 2006) wijzen ook op de kracht van het spel context te zetten en te onderhouden motivatie in taken die anders misschien niet zo boeiende, voor personen met ontwikkelingsstoornissen (Golan & Baron-Cohen, 2006) te leren , en de uitvoerende functies (Thorell et al.., 2009) trein. Ook langs deze lijnen, de video game-formaat biedt onderwerpen meer van een kans om comfortabel met de taak te worden voordat het laboratorium, het minimaliseren van het potentieel verwarren van de staat angst in verband met de uitvoering van een onbekende taak in een testsituatie.
Een nieuwe generatie van de EEG-versterkers in staat matching veel hogere impedanties hoofdhuid (Ferree et al., 2001)., In combinatie met sensor webs dat het proces van plaatsing van de elektroden en elektrolyt applicatie parallellise, is aanzienlijk verminderd elektrode applicatie tijd en de eisen voor het onderwerp compliance, waardoor high-density EEG opname in een breder scala aan patiënten. Sterker nog, de afgelopen tien jaar als biologen zijn begonnen om beter te communiceren met natuurkundigen en wiskundigen, verouderde univariate methoden voor analyse in het tijdsdomein zijn verdrongen door de multivariate methoden, zoals Onafhankelijke Componenten Analyse (Bell & Sejnowski, 1995) en door de tijd frequentie-analyses die niet alleen goed zijn voor signalen phase-locked naar stimulus of respons gebeurtenissen, maar ook voor de signalen die bestaat uit verstoringen van de lopende oscillaties (Makeig et al.., 2002, 2004). Deze praktische en analytische ontwikkelingen hebben geopend elektro tot een breder scala aan onderwerpen de bevolking en gedragsproblemen contexten. Met deze ontwikkelingen, echter is het belang van het behoud van ecologische validiteit alleen maar groter geworden. Cognitieve taken uitgevoerd in het kader van een computerspel kan flexibeler gecombineerd worden met gelijktijdige blik tracking en high-density EEG, en de opbrengst van gegevens van een grotere ecologische validiteit. (Dit is vooral het geval als onderwerpen de tijd krijgen om zich vertrouwd te maken met het spel voor de opnamesessie. Voor onze studie onderwerpen waren geleend laptop computers waarop het spel ten minste twee weken voorafgaand aan de EEG-opname de praktijk.) In de toekomst, de spel paradigma kan de norm in neurofysiologisch onderzoek en gedragsonderzoek te worden, vooral wanneer kinderen of klinische populaties betreft.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
Dit project wordt gefinancierd door Autism Speaks Pilot Research Grant # 2597 en door de US National Science Foundation Faculteit Early Career Development Award # BCS-0846892.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 128-channel BioSemi ActiveTwo measurement system | BioSemi | http://www.biosemi.com | |
| 32 channel A-set + CMS/DRL | BioSemi | P32-ABC-ACMS | |
| 32 channel B-set | BioSemi | P32-ABC-B | |
| 32 channel C-set | BioSemi | P32-ABC-C | |
| 32 channel D-set | BioSemi | P32-ABC-D | |
| EX1-EX8 electrodes | BioSemi | 8 x TP PIN | |
| 128-channel cap | BioSemi | CAP M 128 | |
| EyeLink 1000 infrared gaze tracker | SR Research Ltd. | ||
| EyeLink 1000 Remote Camera Upgrade | SR Research Ltd. | n/a | Allows for target sticker tracking |
| SignaGel electrode gel | Parker Laboratories Inc. | n/a | |
| 0.05% KCl electrolytic (NaCl) gel | N/A | n/a | Purchased from compounding pharmacy |
| Intensity Pro | Blackmagic Design |
References
- Bell, A. J., Sejnowski, T. J. An information maximisation approach to blind separation and blind deconvolution. Neural Computation. 7, 1129-1159 (1995).
- Belmonte, M. K. Shifts of visual spatial attention modulate a steady-state visual evoked potential. Cognitive Brain Research. 6, 295-307 (1998).
- Belmonte, M. K. Abnormal attention in autism shown by steady-state visual evoked potentials. Autism. 4, 269-285 (2000).
- Benton, A. L., Sivan, A. B., Hamsher, K., Varney, N. R., Spreen, O. Contributions to Neuropsychological Assessment. , Oxford University Press. New York. (1994).
- Berka, C., Levendowski, D. J., Cvetinovic, M. M., Petrovic, M. M., Davis, G., Lumicao, M. N., Zivkovic, V. T. Real-time analyses of EEG indexes of alertness, cognition and memory acquired with a wireless EEG headset. International Journal of Human-Computer Interaction. 17, 151-170 (2004).
- Bradley, M. M., Miccoli, L., Escrig, M. A., Lang, P. J. The pupil as a measure of emotional arousal and autonomic activation. Psychophysiology. 45, 602-607 (2008).
- Brookings, J. B., Wilson, G. F., Swain, C. R. Psychophysiological responses to changes in work-load during simulated air traffic control. Biological Psychology. 42, 361-377 (1996).
- Castel, A. D., Pratt, J., Drummond, E. The effects of action video game experience on the time course of inhibition of return and the efficiency of visual search. Acta Psychologica. 119, 217-230 (2005).
- Chaytor, N., Schmitter-Edgecombe, M. The ecological validity of neuropsychological tests: a review of the literature on everyday cognitive skills. Neuropsychology Review. 13, 181-197 (2003).
- Dalton, K. M., Nacewicz, B. M., Johnstone, T., Schaefer, H. S., Gernsbacher, M. A., Goldsmith, H. H., Alexander, A. L., Davidson, R. J. Gaze fixation and the neural circuitry of face processing in autism. Nature Neuroscience. 8, 519-526 (2005).
- Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics. Journal of Neuroscience Methods. 134, 9-21 (2004).
- Ebisawa, Y. Improved video-based eye-gaze detection method. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 47, 948-955 (1998).
- Feng, J., Spence, I., Pratt, J. Playing an action video game reduces gender differences in spatial cognition. Psychological Science. 18, 850-855 (2007).
- Ferree, T. C., Luu, P., Russell, G. S., Tucker, D. M. Scalp electrode impedance, infection risk, and EEG data quality. Clinical Neurophysiology. 112, 536-544 (2001).
- Golan, O., Baron-Cohen, S. Systemizing empathy: teaching adults with Asperger syndrome or high-functioning autism to recognize complex emotions using interactive media. Development and Psychopathology. 18, 591-617 (2006).
- Graner Ray, S., S, Gender inclusive game design: Expanding the market. , Charles River Media. Hingham, Massachusetts. (2004).
- Green, C. S., Bavelier, D. Action video game modifies visual selective attention. Nature. 423, 534-537 (2003).
- Green, C. S., Bavelier, D. Enumeration versus multiple object tracking: the case of action video game players. Cognition. 101, 217-245 Forthcoming.
- Green, C. S., Bavelier, D. Effect of action video games on the spatial distribution of visuospatial attention. Journal of Experimental Psychology Human Perception and Performance. 32, 1465-1478 (2006).
- Green, C. S., Bavelier, D. Action-video-game experience alters the spatial resolution of vision. Psychological Science. 18, 88-94 (2007).
- Hafed, Z. M., Clark, J. J. Microsaccades as an overt measure of covert attention shifts. Vision Research. 42, 2533-2545 (2002).
- Lieberman, H. R., Pentland, A. P. Microcomputer-based estimation of psychophysical thresholds: the best PEST. Behavior Research Methods and Instrumentation. 14, 21-25 (1982).
- Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge, Massachusetts. (2005).
- Lykken, D. T., Venables, P. H. Direct measurement of skin conductance: a proposal for standardization. Psychophysiology. 8, 656-672 (1971).
- Makeig, S., Delorme, A., Westerfield, M., Jung, T., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, T. J. Electroencephalographic brain dynamics following manually responded visual targets. PLoS Biology. 2, e176-e176 (2004).
- Makeig, S., Jung, T., Bell, A. J., Ghahremani, D., Sejnowski, T. J. Blind separation of auditory event-related brain responses into independent components. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94, 10979-10984 (1997).
- Makeig, S., Westerfield, M., Jung, T. P., Enghoff, S., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, T. J. Dynamic brain sources of visual evoked responses. Science. 295, 690-694 (2002).
- Morgan, S. T., Hansen, J. C., Hillyard, S. A. Selective attention to stimulus location modulates the steady-state visual evoked potential. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93, 4770-4774 (1996).
- Pentland, A. P. Maximum likelihood estimation: the best PEST. Perception and Psychophysics. 28, 377-379 (1980).
- Plaisted, K., Swettenham, J., Rees, L. Children with autism show local precedence in a divided attention task and global precedence in a selective attention task. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 40, 733-742 (1999).
- Posner, M. I. Orienting of attention. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 32, 3-25 (1980).
- Smith, M. E., McEvoy, L. K., Gevins, A. Neurophysiological indices of strategy development and skill acquisition. Cognitive Brain Research. 7, 389-404 (1999).
- St John, M., Kobus, D. A., Morrison, J. G. A multi-tasking environment for manipulating and measuring neural correlates of cognitive workload. Proceedings of the 2002 IEEE 7th Confer-ence on Human Factors and Power Plants, 15-19 Sept. 2002, Scottsdale, Arizona, , IEEE. New York. (2002).
- St John, M., Kobus, D. A., Morrison, J. G., Schmorrow, D. Overview of the DARPA augmented cognition technical integration experiment. International Journal of Human-Computer Interac-tion. 17, 131-149 (2004).
- Thorell, L. B., Lindqvist, S., Nutley, S. B., Bohlin, G., Klingberg, T. Training and transfer effects of executive functions in preschool children. Developmental Science. 12, 106-113 (2009).
- Valla, J. M., Ganzel, B. L., Yoder, K. J., Chen, G. M., Lyman, L. T., Sidari, A. P., Keller, A. E., Maendel, J. W., Perlman, J. E., Wong, S. K. L., Belmonte, M. K. More than maths and mindread-ing: sex differences in empathising/systemising covariance. Autism Research. , Forthcoming (2010).
- Witkin, H. A. Individual differences in ease of perception of embedded figures. Journal of Personality. 19, 1-15 (1950).
- Witkin, H. A., Lewis, H. B., Hertzman, M. Personality through Perception. Machover, K., Meissner, P. B., Wapner, S. , Greenwood Press. Westport, Connecticut. (1954).
- Wimmer, H., Perner, J. Beliefs about beliefs: Representation and constraining function of wrong beliefs in young children's understanding of deception. Cognition. 13, 103-128 (1983).
- von Ahn, L. Games with a purpose. Computer. 39, 92-94 (2006).
