Summary
Die Verfahren für die Speicherung von High-Density-EEG und den Blick Daten während der Computerspiel-basierte kognitive Aufgaben beschrieben sind. Mit einem Video-Spiel, um kognitive Aufgaben präsentieren verbessert ökologische Validität, ohne experimentelle Kontrolle.
Abstract
Experimentelle Paradigmen sind wertvolle, soweit das Timing und die anderen Parameter ihrer Reize gut spezifiziert und kontrolliert, und soweit sie Daten liefern, die für die kognitive Verarbeitung, die unter ökologisch validen Bedingungen auftritt. Diese beiden Ziele sind oft im Widerspruch, da gut kontrolliert Reize oft zu wiederholende zu Themen Motivation aufrechtzuerhalten sind. Studien beschäftigen Elektroenzephalographie (EEG) sind oft besonders empfindlich auf dieses Dilemma zwischen ökologischen Validität und experimentelle Kontrolle: Erreichen ausreichendes Signal-Rausch-in physiologischen Durchschnitte Anforderungen einer großen Anzahl von wiederholten Versuchen innerhalb längere Aufnahme-Sessions, die Begrenzung der Gegenstand Pool an Personen mit der Fähigkeit und Geduld, um eine festgelegte Aufgabe immer und immer wieder durchführen. Diese Einschränkung schränkt Forscher die Fähigkeit der jüngeren Bevölkerung sowie klinischen Populationen mit erhöhter Ängstlichkeit oder Aufmerksamkeits-Anomalien zu untersuchen. Auch erwachsene, nicht-klinischen Fächern möglicherweise nicht in der Lage, ihren typischen Leistungsniveau oder kognitive Engagement zu erreichen: eine unmotivierte unterliegen, für die eine experimentelle Aufgabe ist wenig mehr als eine lästige Pflicht ist nicht das Gleiche, verhaltensbedingte, kognitiv oder neural, als Subjekt, das intrinsisch motiviert ist und engagiert mit der Aufgabe. Eine wachsende Zahl von Literatur zeigt, dass die Einbettung Experimente in Videospielen einen Weg zwischen den Hörnern dieses Dilemmas zwischen experimenteller Kontrolle und ökologische Validität geben. Die Erzählung von einem Spiel bietet eine realistische Kontext, in dem Aufgaben auftreten, die Verbesserung ihrer ökologischen Validität (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Darüber hinaus bietet hierbei die Motivation, um Aufgaben auszuführen. In unserem Spiel durchzuführen Themen verschiedene Missionen zu Ressourcen zu sammeln, abzuwehren Piraten, Kommunikation abhören oder Erleichterung des diplomatischen Beziehungen. Dabei sie führen auch eine Reihe von kognitiven Aufgaben, einschließlich einer Posner Aufmerksamkeit-Shifting Paradigma (Posner, 1980), ein go / no-go-Test der motorischen Hemmung, eine psychophysische Bewegung Kohärenz Schwelle Aufgabe, die Embedded Figures Test (Witkin , 1950, 1954) und eine Theorie-of-mind (Wimmer & Perner, 1983) Aufgabe. Die Spiel-Software registriert automatisch Spiel Reizen und Themen "Aktionen und Reaktionen in einer Log-Datei und sendet Ereignis-Codes mit physiologischen Daten-Recorder zu synchronisieren. So kann das Spiel mit physiologischen Maßnahmen wie EEG oder fMRT und mit Moment-zu-Moment-Tracking der Blick kombiniert werden. Gaze-Tracking kann Untertanen Einhaltung Verhaltensstörungen Aufgaben (zB Fixierung) und offenkundig die Aufmerksamkeit auf experimentelle Reize zu überprüfen, und auch physiologische Erregung wie in Pupillenerweiterung (Bradley et al., 2008) wider. Bei groß genug, Sampling-Frequenzen, kann den Blick Tracking auch helfen, zu beurteilen verdeckte Aufmerksamkeit wie in Mikrosakkaden wider - Augenbewegungen, zu klein, um ein neues Objekt Fovea sind, aber wie schnell ein und haben die gleiche Beziehung zwischen Winkelabstand und Spitzengeschwindigkeit ebenso wie Sakkaden, dass größere Entfernungen zu durchlaufen. Die Verteilung der Richtungen der Mikrosakkaden korreliert mit der (sonst) verdeckte Ausrichtung der Aufmerksamkeit (Hafed & Clark, 2002).
Protocol
1. Entwerfen Sie ein unterhaltsam und wissenschaftlich Informative Video Game
- Tragen Sie eine iterative Game Design Prozess, bei dem Anliegen der wissenschaftlichen Wert und Spielbarkeit gegenseitig informieren. Als Experimentator, haben Sie Ideen, um die Reize und Verhaltensstörungen Paradigmen, die Sie sehen wollen, eingebaut in einem Computerspiel. Da Sie kein Spiel-Designer sind, kann die Aufgabe des Aufbaus dieser Paradigmen in die Spiele ein Detail, das angesprochen, nachdem der Großteil der Arbeit abgeschlossen hat, kann sein scheinen. Nichts könnte weiter von der Wahrheit entfernt. Ob ein Spiel zu gewinnen motivierte Spieler - und damit, ob Ihre Daten unter den Bedingungen der höchste ökologische Gültigkeit gesammelt werden - hängt wesentlich von einem guten Design. Game Design unterscheidet sich von Spiel-Programmierung und Implementierung, und ist in der Regel von verschiedenen Personen mit unterschiedlichen Kompetenzen getan. Ihr Budget kann für professionelle Designer ermöglichen, oder es kann nur für Studenten Designern ermöglichen - je nachdem, was der Fall ist, aber Design sollte als eine Aufgabe unterscheidet sich von Implementierung und eine Aufgabe vertraut mit behandelt werden, aber nicht gleichbedeutend mit, Spezifikation der experimentellen Paradigma . Nicht alle Ihre Ideen und Einschränkungen werden als spielbares Spiel realisierbar sein. Ein guter Designer wird zurückkommen, um Ihnen bei Fragen und Anregungen, wie Sie Ihre experimentellen Paradigma gemacht könnte flexibler gestaltet werden, um eine spielbare, unterhaltsames Spiel zu produzieren. In unserer Erfahrung ist Game Design für experimentelle Wissenschaft in einem iterativen Prozess, in dem die Experimentatoren Hand der Game-Designer eine Reihe von Einschränkungen, die Game-Designer Hand zurück Design-Ideen und Vorschläge für die Änderung dieser Einschränkungen die Experimentatoren reframe die Zwänge in Reaktion auf dieses Feedback und so weiter.
- Design für Spieler beider Geschlechter. Bei einer Populationsgröße, kulturell und biologisch basierte kognitive Eigenschaften unterscheiden Männchen und Weibchen (Valla et al., 2010). Viele Standard-Videospiel-Formate - insbesondere die "first-person shooter" - Appell an ein typisch männlicher kognitive Profil. Standard-Spiel entwickelt, dann, die Einführung einer männlichen Rekrutierung Bias und verwechseln zwischen Verhaltens-Leistung und Geschlecht. Die traurige Realität ist, dass Menschen, die in ungendered Game Design (Graner Ray, 2004) sind spezialisiert auf knapp sind. Beachten Sie, dass die meisten Gaming-Profis (und Schüler) sind männlich, und dass, wenn unbeaufsichtigt mit einem experimentellen Paradigma sie fast unweigerlich, am Ende der Gestaltung eines First-Person-Shooter um ihn herum.
- Verwenden Spielzeit wiederholt Versuche effizient zu sammeln. Game-based event-related potentials Experimente erfordern Sammlung von vielen wiederholten Versuchen (in der Regel mindestens hundert pro Bedingung) aus vielen einzelnen kognitiven Aufgaben, die während einer einzigen experimentellen Sitzung, ohne zu ermüden die Versuchspersonen durchgeführt werden . Betrachten wir den Anteil des Spiels, während der experimentellen Studien tatsächlich ausgeführt werden soll. Wie viel von dem Spieler Kontaktzeit mit dem Spiel wird direkt wissenschaftlich nützlich bei der Bereitstellung von experimentellen Daten, und wie viel von dieser Einwirkzeit wird "Füller", dass diese experimentellen Studien verbindet in ein Spiel Erzählung sein? Design, so dass der Anteil der Spielzeit, die nützlich sein wird für die Datenerfassung zu maximieren. Zur Vermeidung von frank Wiederholung betrachten interspersing Experimente verschiedener Arten, zum Beispiel ein aktives Verhalten Aufgabe durch eine passive Sinnesreiz unterbrochen. Nach der Ablehnung keine schlechten Studien, können Sie reichern sich genügend Studien zu physiologischen Mittelung, ohne dass die Spieler ungeduldig oder gelangweilt mit dem Spiel? Wenn die Antwort auf diese Frage ist nicht, müssen Sie das Design.
- Vermeiden Sie Blähungen Experimente mit zusätzlichen Faktoren oder Bedingungen Es mag verlockend, Bedingungen und Variationen innerhalb des experimentellen Paradigmen hinzufügen, so wie Fragen-Adresse -. Zum Beispiel in einer Aufmerksamkeit Aufgabe, wie könnte Elektrophysiologie und Verhaltensstörungen Leistung in einem Kontext beeinflusst werden, in denen Distraktoren auftreten können, im Vergleich zu einem Kontext, in dem jeder Reiz ist aufgabenorientiert relevant? Oder in einem Kontext der multimodalen gegenüber unimodalen sensorischen Signale? Im besten Fall würde eine solche Factoring Add nützliche Informationen und physiologisch ausreichende Anzahl von Prüfungen würden in jedem Faktor erworben werden. Im schlimmsten Fall, wenn, Factoring, um ein "Experiment aufblasen", in denen keine individuellen Zustand trägt eine ausreichende Anzahl von Beobachtungen führt, muss die Analyse daher Zusammenbruch Beobachtungen über Bedingungen, und das einzige Ergebnis ist ein problematischer Anstieg im-Stichprobenvarianz. Dieses Problem der "Experiment aufblasen" eine immer größere Bedeutung, wenn Experimente in Form eines Spiels umgesetzt werden, weil Sorte ist eine wünschenswerte Eigenschaft in einem Spiel. Add Faktoren nur, wenn Sie sicher sein können, dass jeder Faktor einzeln eine Reihe von Studien ausreichend für durchschnittlich lassen, ohne den Player, um Langeweile enthalten. <li> Vermeiden Sie zeitgesteuerte Ereignisse, geben dem Spieler die Kontrolle über, wenn Dinge passieren, wenn immer möglich, fordert den Spieler Viele neuropsychiatrische Populationen haben Schwierigkeiten mit exekutiven Funktionen, das heißt, in schneller Planung und Durchführung von Aktionen in Reaktion auf sensorische Eingänge.. Sie können sehr viel Geschick haben und in einigen Aufgaben sogar übertreffen normale Leistung - aber das kann ein intensiv studiert und als, bewusste Art der Fähigkeit sein, die oft nicht unter Zeitdruck zum Ausdruck gebracht. Daher ist es wichtig, um sicherzustellen, dass der Zeitpunkt der Ereignisse, die nicht durch den Computer (außer in Fällen, in denen das Experiment erfordert), sondern vom Spieler gesteuert wird. Kleine Ergänzungen wie z. B. "next"-Taste oder ein "ready"-Taste kann den Unterschied machen. Zum Beispiel, implementiert Teil unseres Spiels (Abbildung 1) eine "go / no-go"-Test der exekutiven Hemmung, in dem der Spieler benötigt, um zu antworten oder zu verweigern eine Antwort auf die Identität der ein Ziel, das von einem Raum entsteht auf "Wurmloch". Anstatt was das Ziel, an einer ganz beliebigen Zeitpunkt entstehen, wartet unsere Software für den Player an einen Balken, der das Wurmloch öffnet starten. Das Ziel ergibt sich dann nach einer zufälligen Verzögerung. Dieser Ansatz erlaubt die Messung der vorausschauenden und Reaktion im Zusammenhang mit Gehirn elektrische Ereignisse während noch erlauben dem Spieler, für die Verhaltens-Umfeld vorzubereiten. So, wo die Zwänge des experimentellen Paradigmas zu ermöglichen, sollten Spiele werden Spieler-zentriert, anstatt Computer-zentriert und Spiel sollten Event-driven anstatt Zeit-driven.
- Verlassen Sie sich nicht auf einen Spieler der Speicher für Instruktionen;. Eingabeaufforderung der Spieler jedes Mal Eine logische Folge der Exekutivfunktion Problem ist, dass der Spieler möglicherweise Schwierigkeiten haben Erinnerns eine Abfolge von Schritten. Auch wenn (s) hat er in einem Tutorial, das Schlüssel A löst Aktion X und Schlüssel B Aktion Y, diese willkürlichen Assoziationen möglicherweise nicht vergessen werden, es sei denn, der Spieler eine Chance, diese Aktionen aktiv, viele Male über die Praxis hatte löst gelernt.
- Eine weitere Folgerung: Machen Sie nicht Input-Output-Zuordnungen hängen vom Spiel Zustand Designer und vor allem implementors versucht sein könnten, Funktionen innerhalb Untermenüs, auf die der Zugriff auf den Spieler hängt von der richtigen Primär-Menü klicken, oder zu einem machen zu verstecken. Ziehen Sie die Maus etwas anderes tun nach einem Klick als nach nicht klicken (oder noch schlimmer, etwas anderes nach als nach einem rechten Mausklick mit der linken Maustaste). Vermeiden Sie solche sequentielle Logik in der Benutzeroberfläche. Wo immer möglich, verwenden Sie rein kombinatorische Logik. Einige sequentielle Logik ist natürlich unvermeidlich - zum Beispiel beim Übergang von einem Spiel Kontext oder Mini-Spiel auf ein anderes - aber es sollte sparsam und nur verwendet werden, wenn unbedingt erforderlich.
- Statt einer Folge von Aktionen, für eine Aktion zu einem Zeitpunkt, zu fragen. Rapid-Aktionen kann schwierig sein, genug von ihnen selbst, aber wenn neuropsychiatrischen Patienten die zusätzliche Nachfrage der Durchführung mehrerer dieser Aktionen schnell und in der richtigen Reihenfolge stehen sie fühlen kann sehr überwältigt . Anstatt von den Sequenzen der Eingänge in Reaktion auf eine Eingabeaufforderung, versuchen Sie, getrennt Eingabeaufforderung für jeden Eingang.
- Verwenden Sie Bilder, nicht nur Worte Spieler mit Defiziten in Sprache, Lesen, Aufmerksamkeit oder Gedächtnis könnte nicht verstehen, textliche Hinweise -. Nicht, weil der Spieler in der Lage ist zu begreifen, sondern weil (s) er ist so viel Konzentration auf die Entschlüsselung der einzelnen Worte, die (s ) kann er nicht viel Aufwand ersparen, diese Worte zusammen in die Bedeutungen von vollständigen Sätzen und Erzählungen. Manchmal Text unvermeidbar ist, wenn Text verwendet wird, zu vermeiden Ausführlichkeit, auch nicht im Display mit Worten, auch tun Reihe von "next" fordert, dass separate Kanäle in überschaubare Einheiten, und erlauben dem Spieler, rückwärts zu gehen durch diese aufgefordert zu überprüfen Text, der (s) hat er bereits gesehen.
- Die Spieler sollten by doing, nicht nur durch Beobachtung oder Lesen oder Hören zu lernen In dieser Hinsicht sind Patientengruppen unterscheiden sich nicht von Menschen im Allgemeinen:. Wir alle am besten lernen, wenn wir sicher sein können eher aktiv als passiv Lernende. Die Herausforderungen von neuropsychiatrischen Patienten konfrontiert machen es umso wichtiger, dass Spiel-Aktivitäten learning-by-doing, anstatt in Abhängigkeit von learning-by-Lesen oder learning-by-Zuhören. Dies gilt insbesondere für das Spiel Tutorials oder Anleitungen.
- Vermeiden Sie je nach gleichzeitigen oder fast gleichzeitigen Veranstaltungen in verschiedenen Wahrnehmungs-Kanäle (zB an verschiedenen Orten auf dem Bildschirm, oder verschiedene Sinne wie Video mit Ton). Einige neuropsychiatrischen Patienten haben Schwierigkeiten mit der Wahrnehmung Integration haben, und kann nur auf einem Wahrnehmungs-Kanal bei Fokus eine Zeit. Konzentriert man sich auf einen Punkt oder Fläche des Displays, können Ereignisse von dieser räumlichen Fokus der Aufmerksamkeit nicht zu registrieren. Anathema für diese Art von Spieler einen Cockpit-Display mit vielen Spurweiten Angabe verschiedener Größen, die alle müssen b werdene beobachtet gleichzeitig - oder eine optische Anzeige, die gleichzeitig als gesprochene oder andere akustische Signal beobachtet werden muss. Stattdessen sollte entweder Informationen in einem Bereich des Display oder einen sensorischen Kanal, oder viel Zeit sollten die Möglichkeit haben, die Aufmerksamkeit zwischen den Punkten Verschiebung im visuellen Raum oder zwischen sensorischen Kanäle werden angezeigt. In Spieler mit Autismus, zum Beispiel, verschiebt sich der Aufmerksamkeit von 2 bis 3 Sekunden (Belmonte, 2000) nehmen können - zehn Mal so lange wie für andere Spieler! Überlegen Sie, was es sein würde, auf das Display durch einen langen Teleskop, das einen kleinen Bereich vergrößert, sondern schaltet sich aus der Peripherie zu suchen.
- Vermeiden Sie unnötige Ängste hervorzurufen Neuropsychiatric Bevölkerung kann sehr viel anfälliger für Angst als andere Spieler -. Vor allem, wenn mit einer neuen und ungeübten Aufgabe gestellt, oder mit einer zeitgesteuerten Aufgabe oder mit einem interaktiven Szenario, das von ihrer Kontrolle. Alles tun, um sicherzustellen, dass der Spieler, nicht der Computer, der einen kontrolliert, was als nächstes passiert ist, und dass der Spieler jede Gelegenheit, um zu üben und sich bequem mit den Anforderungen des Spiels. Erwägen Sie, ein Tutorial, das den Spieler durch alle Aktionen des Spiels gehen können - zB Klicks und Tastendrücke - als (s) er Anweisung erhält.
- Für wiederkehrende Ereignisse, variieren das Timing geringfügig, so dass die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Instanzen der Veranstaltung nicht konstant ist. Signalverarbeitung Experten das Phänomen des Aliasing, wissen, in welcher eine diskrete Abtastung eines Hochfrequenz-Signal bei einer zu niedrigen Abtastrate erzeugt eine artifizielle niederfrequente Schwingung. Die Frage umliegenden EEG Maßnahmen der wiederholten Ereignisse hat viel gemeinsam mit Aliasing. Betrachten wir als Beispiel die Situation, dass, wenn eine Bewegung Taste gedrückt und gehalten existiert: der Avatar wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen, sagen wir, einmal alle 500 ms. Nehmen wir an, dass man daran interessiert, das Gehirn als Reaktion auf die Bewegung aktiv ist. Nehmen wir weiter an, obwohl, dass es eine kontinuierliche, endogene (dh intern vertrieben) 10 Hz-Schwingung in visuellen Kortex, die nichts direkt mit dieser exogenen Phänomen zu tun hat. Seit 500 ms ist ein ganzzahliges Vielfaches der 100 ms Periode dieser Schwingung, die Probenahme der exogenen Gehirn als Reaktion auf jede Bewegung wird auch Probe der endogenen Schwingung an der gleichen Stelle in der Phase jedes Mal, und die Analyse so würde misattribute der endogenen Signal als eine exogene Reaktion auf die Bewegung Reiz. Um vorzubeugen diese Doppeldeutigkeit in EEG-Analyse kann man eine kleine Menge an zeitlicher Jitter, um die Intervalle zwischen den Stimuli (Luck, 2005, S. 135) hinzu - nicht so viel wie zu machen scheinen unnatürlich Variable auf den Spieler, aber genug, um los dieser Phase Artefakt. Der genaue Betrag hängt davon ab, was natürlich erscheint angesichts der Veranstaltung Trennung; in diesem Beispiel aus einem 500 ms Ereignis, das wir erachten könnte, dass eventuelle Änderungen mehr als 10% des Intervalls in beide Richtungen wäre unnatürlich, so könnten wir dann entscheiden, ob die Intervalle variieren über eine gleichmäßige Verteilung von 450 ms bis 550 ms. Fügen Sie so viel zeitlicher Jitter als natürlich erscheint, ohne dabei Spielbarkeit.
- . Design im Sinne der Erweiterungsmöglichkeiten Bringing ein komplettes Computerspiel vom Konzept bis zur Realisierung ist ein zeit-und arbeitsintensiven Unternehmen - Sie können sich selbst zu finden, effektiv arbeiten tagsüber einen Job als wissenschaftlicher Mitarbeiter und eine Nacht Job als Game-Designer und Projektleiter Manager! Es macht daher Sinn, um das Spiel flexibel und erweiterbar, so dass Experimente, die nicht konzipiert haben kann, wenn das Spiel ursprünglich entwickelt wurde, ohne die Festlegung und Durchführung einer völlig neuen Spiel-System hinzugefügt werden können. Das Ziel der Erweiterbarkeit lässt sich zum Teil in das Spiel-Design und zum Teil in das Software-Design realisiert werden.
In der Game-Design, ein System, das neben der neuen Spiel-Module ermöglicht. In unserem System ist ein Hauptspiel mit einem erweiterbaren Satz von Mini-Spielen unterstützt: Spieler müssen jeweils die Mini-Spiele geben, um zu erwerben oder zu halten Ressourcen, die wertvoll sind für das Hauptspiel. Jedes Minispiel bettet zwei vor drei Experimente. Zum Beispiel mit gestaltet einen Raum Kolonie, betreten die Spieler eine Executive-Funktion und die visuelle Wahrnehmung Mini-Spiel, in dem sie steuern ein Raumschiff durch ein Driften Sterne Bereich und entscheiden, wie man auf freundliche oder Gegner Raumschiffe (Abbildung 1) zu reagieren, eine visuelle Aufmerksamkeit Mini-Spiel, in dem sie erkennen, Asteroiden, die für die Rohstoffe abgebaut werden, um die Kolonie (Abbildung 2), eine Emotion-Wahrnehmung Mini-Spiel, in dem sie Hilfe in einer diplomatischen Verhandlungen, indem Sie bis die Gesichter der anderen Leute, die zeigen bauen können die gleichen Gefühle (Abbildung 3) und eine sozial-kognitiven Mini-Spiel, in dem sie zu vereiteln Piraten, die ihre Kolonie liefert (Abb. 4) stehlen wollen. In der Praxis ist es ziemlich einfach, eine Einbildung, in dem eine neue experimentelle Aufgabe ins Spiel Erzählung integriert werden kann, zu finden - aber die allgemeine Anlage zu ermöglichen, wie Integration muss desi werdengned in a priori.
Obwohl Spieler bewusst die allgemeine Tatsache, dass sie die Durchführung von Experimenten sind, ist die experimentelle Datensammlung unauffällig: Während die Lenkung Aufgabe eine Maximum-Likelihood-Schätzer (Pentland, 1980; Lieberman & Pentland, 1982) berechnet die Spieler psychophysischen Schwelle für die Wahrnehmung von kohärente Bewegung der driftenden Sterne Bereich. Während der Asteroiden Aufgabe wird den Blick auf die unten in der Mitte des Displays gehalten, um zu beobachten, für Verunreinigungen im Erz-Prozessor (und dieser Blick Richtung wird durch den Blick tracker überprüft), während jeder der vier Sektoren, in denen Asteroiden flackert erscheinen könnte an einer anderen Grundfrequenz (das kleinste gemeinsame Vielfache von denen groß ist) und verdeckte Augenmerk wird auf einen dieser Sektoren in Reaktion auf eine räumliche Cue gerichtet. Änderungen in den spektralen Inhalt EEG kann dann beurteilen, den zeitlichen Verlauf der verdeckten Aufmerksamkeit auf Basis der EEG Amplituden der Flicker-Frequenzen, die Tag jeden Sektor (Morgan et al, 1996;. Belmonte, 1998).
In der Software sollte die "Game-Engine" bieten nicht nur die üblichen Kernelemente für die grafische Darstellung (z. B. eine Partikel-Engine), aber auch alle üblichen Einrichtungen für experimentelle Kontrolle und Datenerfassung, die von allen Experimenten benötigt werden. Insbesondere sollte der Spiel-Engine Methoden zur Anzeige von außen immer noch und versorgt Bewegtbild-grafische Elemente und Sounds und ein Ereignis-Logger, die zu einer lokalen Disk-Datei schreibt und auch durch einen Ausgangs-Port (wir benutzen die Standard-Parallel-Port) zu synchronisieren stellen mit einer Verhaltens-oder physiologische Daten-Recorder wie ein Blick Tracker, ein EEG-System oder eine fMRI-Scanner. - Geben Sie eine Methode für die Anmeldung Spielgeschehen In unserem System enthält die Log-Datei auf CD eine Obermenge der Daten über die parallele Schnittstelle gesendet:. Während die parallele Schnittstelle empfängt nur unsigned 8-Bit-Ereignis-Codes von 1 bis 255, enthält die CD-Datei ( 1) mit einem Zeitstempel in Ticks, (2) mit einem Zeitstempel in Mikrosekunden (3) die numerische Ereignis-Code über den parallelen Anschluss gesendet wird, (4) einen String mnemonic einzigartig in diesem Ereignis-Code, und (5) eine Liste der (Parameter-Namen, Parameter-Wert)-Paaren. Zum Beispiel könnte das Erscheinen eines Stimulus (zB ein Asteroid) an bestimmten absoluten oder eckige Display Koordinaten mit einem entsprechenden Ereignis-Code und mnemonic mit den beiden Koordinaten als Parameter bezeichnet werden. Da es mehr als 255 einzigartige Events sein kann, in Erwägung, die Ereignis-Codes, die die Anfänge und Enden in sich geschlossene Kontexte (z. B. einzelne Mini-Spiele oder Spiel-Szenarien) in das Hauptspiel und die Wiederverwendung von Ereignis-Codes von einem Kontext zu markieren eine andere. Die Zeitreihen von numerischen Ereignis-Codes durch den externen Daten-Recorder und die Zeit Reihe von detaillierten und parametriert Ereignis-Codes in der lokalen Protokolldatei protokolliert dann können Sie die Protokolldatei und die externen Daten-Datei (en) in zeitlicher registrieren Ort sein.
- Melden Sie sich bei Codes für absolut alles. Hat der Spieler avatar nur bewegen (entweder, weil die Bewegung Schlüssel wurde gerade depressiv, oder weil es schon unten ständig gehalten und wiederholt)? Das ist ein Ereignis. Hat irgendeine Art von Bewegung starten oder stoppen oder zu ändern Geschwindigkeit? Das ist ein Ereignis. Absolut alles, was im Spiel passiert, sollte mit einem Ereignis-Code gemeldet werden. Experimentatoren immer ignorieren Ereigniscodes, wenn sie entscheiden, dass sie nicht von Interesse sind in der Analyse. Was man nicht tun kann, ist natürlich wieder zurück und legen Ereigniscodes, nachdem die Daten aufgezeichnet wurden. So alles in - man weiß ja nie, was nützlich sein könnte, vielleicht nicht sofort, sondern in einigen post hoc Data Mining.
2. Bereiten Sie Ausrüstung
- Eine Stunde vor dem Thema kommt, Balance der Elektroden durch Einweichen in ein Salzbad (1 Teelöffel Kochsalz pro 1 Liter destilliertem Wasser) für 5 bis 10 Minuten. Lassen Sie keine Elektroden in eine Flüssigkeit länger als 10 Minuten am Stück. Balanced Elektroden haben kleine (+ / - 20μV) Offsets.
- Kurz vor Gegenstand ankommt, auf den Blick Tracking-Kamera, Konverter-Boxen und Computer einschalten.
Unser Setup verwendet vier Computern (siehe Abbildung 5): eine engagierte Blick-Tracking-Computer (GC), einer engagierten EEG Erwerb Computer (EC), einer dedizierten Stimuluspräsentation Computer (SC), und einen Computer für Video-Erfassung und Analyse der Daten (VC ).
Zwei Konverter-Boxen (Abbildung 6) zu manipulieren VGA-Ausgänge von GC und SC und senden Sie eine gespleißte Videosignal an VC. Auf diese Weise kann der Bildschirm durch das Subjekt überlagert mit einem Cursor, die aktuelle Fixierung und einen Zeitstempel zu sehen, um eine Videodatei auf VC aufgezeichnet werden.
3. EEG-Setup
- Messen Sie den Umfang des Themas den Kopf um die Stirn und Inion. Wählen Sie eine Elektrodenkappe, so dass die Probanden Umfang in der Mitte des Messbereichs für die Kappe.
- Notieren Sie sich die Messung von der Versuchsperson Nasion zu Inion und left Ohrmuschel nach rechts Ohrmuschel.
- Setzen Sie die Kappe über das Thema auf den Kopf. Stellen Sie sicher, dass der Tag außerhalb der Kappe ist, ruht auf den Gegenstand an den Hals. Positionieren Sie die Verschlusskappe, bis die A1 (die Elektrode an der Spitze) in Bezug auf die Nasion-Inion und Ohrmuschel-Ohrmuschel Achsen zentriert ist, und die Kappe Mittellinie (A25-C17) ist parallel zu der Mittellinie des Themas auf den Kopf.
- Bewerben Klebstoff-Ring auf die Kunststoffgehäuse der Elektroden EX5 und EX6. Richten Sie die Öffnung des Ringes mit der Elektrode Pellet. Entfernen Sie das Papier von dem Klebstoff und Deckel der Elektrode Kontakt mit leitfähigen Gel. Legen Sie EX6 zum Thema Recht Mastoid und EX5 zum Thema der linken Warzenfortsatzes.
- Mit einer Spritze leitfähiges Gel in jede Elektrode Gehäuse Platz. Wiggle die Spitze der Spritze, einen Teil der Haare, dann gleichzeitig drücken Sie den Kolben und ziehen Sie die Spritze vom Kopf weg. Füllen Sie bis Gel bündig mit der Oberseite des Kunststoff-Gehäuse.
Es ist besser, zu wenig als zu viel Gel haben. Im Fall von zu wenig Gel, mehr immer hinzugefügt werden. Mit zu viel Gel kann das überschüssige zwischen Elektrode Websites bluten, wodurch Elektrode überbrücken. Wenn die Elektroden überbrückt werden, abnehmen, haben das Thema waschen und trocknen ihre Haare, und von neuem beginnen. - Mit dem Plug Ende über die Schulter und die Sensoren in einer Hand, ganz sanft jede Elektrode in das entsprechende Gehäuse. Fassen Sie nur das Kunststoffgehäuse der Elektroden und darauf achten, nicht zu den Drähten Crimp.
Es ist wichtig, nicht an die Elektrode Tipps zu berühren. Kontakt mit Haut oder Kleidung verschlechtern die Qualität der Elektroden. - Legen Sie leitfähiges Gel auf EX1-EX4 und verwenden Kleberingen sie auf das Gesicht legen. Legen Sie EX1 und EX2 ca. 1cm horizontal von Probanden nach links und rechts außen Augenwinkeln jeweils. Legen Sie EX3 und EX4 ca. 1cm unterhalb der Mitte des Subjekts linke und rechte Auge auf die Jochbeine.
- Vorsichtig sammeln Elektrode führt hinter dem Motiv und locker wickeln Sie das CMS / DRL um die anderen zu einem Pferdeschwanz zu schaffen. Legen Velcro Bindungen an der Ober-und Unterseite der Pferdeschwanz an den Leitungen in Position zu halten. Verwenden Sie medizinisches Klebeband zum Anbringen der Pferdeschwanz, um Kleidung zu dem Thema zurück.
- Übernehmen 0,5% KCl-Lösung (Lykken & Venables, 1971) zu jedem GSR-Elektrode. Verwenden Sie medizinisches Klebeband zu befestigen GSR Elektroden an den Zeige-und Ringfinger der Probanden nicht dominanten Hand.
- Haben unterliegen sitzen in einem nicht-liegend, stationären Stuhl vor den Stimulus Präsentation zu überwachen. Schließen Sie alle Elektroden in das EEG-Konverter-Box.
Kleine (+ / - 40 uV) Offsets sind akzeptabel. Wenn einer Elektrode zeigt einen Offset größer als + / - 40 uV, entfernen Sie vorsichtig die Elektrode aus der Kappe, wenden Sie mehr Gel und Rückkehr der Elektrode.
4. Gaze-Tracking-Einrichtung
- Bringen Sie ein Ziel Aufkleber über das Thema Augenbraue medial des Auges.
- Starten Sie die EyeLink Popup-Kalibrierung Anwendung auf VC. Beginnen Sie eine neue Sitzung und nutzen Sie die CMD-Schnittstelle auf Ereignisprotokollierung für den Blick tracker wechseln. Setzen Sie den Wert "file_event_filter" gleich "links, rechts, Fixierung, BLINK, MESSAGE, BUTTON, Sakkade, INPUT" Eine vollständige Liste der Befehle können in der Datei data.ini, die mit der EyeLink mitgelieferte Software ist zu finden.
- Von der EyeLink Popup-Kalibrierung Anwendung starten Camera Setup. Positionieren Sie die Kamera so, dass das Ziel Aufkleber und das Thema Auge zentriert werden. Stellen Sie den Fokus, bis das Auge verfolgt werden, ist klar.
- Kalibrieren und Validierung der Blick-Tracking-System, das Thema mit dem Neun-Punkte-Dot-Matrix. Nach der Validierung Etiketten der EyeLink Software jeden Kalibrierpunkt mit dem Fehler in Grad Sehwinkel zwischen den kalibriert und validiert Maßnahmen. In einer annehmbar gute Kalibrierung, ist der mittlere Fehler in allen Kalibrierpunkten nicht mehr als 1 °, und der Fehler in jedem einzelnen Punkt nicht mehr als 1,5 °. In einem sehr guten Kalibrierung, mittlere Fehler nicht mehr als 0,5 ° und die größte Single-Point-Fehler nicht mehr als 1 °.
Wenn die Kalibrierung fehlschlägt, sicherzustellen, dass Schüler und Hornhaut Reflexion Schwellen angebracht sind. Wenn Sie diese Werte nicht zu lindern Kalibrierung Probleme, schalten Sie die Augen und neu kalibrieren. Stellen Sie sicher, dass die Abtastrate auf 500 Hz wird durch Klicken auf die 500 Hz-Taste auf der linken Seite der Kamera-Setup-Bildschirm einstellen.
Die optische und rechnerische Prozesse, durch die Blicke Position abgebildet sind intern im Blick Tracker und muss nicht von den Nutzern dieses Verfahrens bekannt sein. Kurz gesagt, funktioniert die Technik durch Beleuchtung des Auges mit Infrarot-Licht. Auftreffende Licht auf der Netzhaut aus dem Auge auf dem gleichen Weg, auf dem es eingetragen wider - das ist die optische Eigenschaft, die "rote Augen" in Blitzlichtaufnahmen mit Kompaktkameras übernommen Ursachen. Um eine Kamera weit entfernt von der Lichtquelle positioniert, allerdings wird die Pupille dunkel erscheinen. Zur gleichen Zeit wird ein Teil der Beleuchtung von der Zusammenarbeit wider rnea als eine kleine, intensive Glitzern hängt die Position, die nur auf der Position des Kopfes und nicht auf die Blickrichtung des Auges. Die Positionsdaten Unterschied zwischen den dunklen Pupille und die Hornhaut Glitzern kann dann mathematisch Blickrichtung (Ebisawa, 1998) abgebildet werden. Der Blick-Tracking-Computer anmeldet eine Zeitreihe der resultierenden Point-of-Bezug Koordinaten, mit Event-Codes aus dem Stimulus-Präsentation Computer integriert.
5. Begin-Computer-Spiel
- Aus dem Popup-Calibration-Anwendung, mit der Aufzeichnung Blick Daten. Starten Videoaufzeichnung auf VC-und EEG-Aufzeichnung auf EC.
- Auf SC, starten Sie das Video-Spiel.
- Für akustische Reize, die Swap-passive Lautsprecher in SC für Aktivlautsprecher. Dann in Plug und schalten Sie den Verstärker. Mit einem Schallpegelmesser, die Lautstärke auf ein Niveau ausreichend, um die maximale Amplitude (z. B. 80 dB) durch die experimentelle Paradigma erforderlich zu erreichen.
6. Saubere Geräte
- Nach dem Subjekt die Spiele beendet hat, beenden Sie das Spiel und beenden Sie die Aufnahme von Daten durch Drücken der Taste "Stop" in der grafischen Oberfläche auf EC, GC und VC. Schalten Sie ab und ziehen Sie den Verstärker und ersetzen Sie den passiven Lautsprechern.
- Füllen Sie einen kleinen Plastikeimer 4-5 cm tief mit destilliertem Wasser und eine Mikrowelle auf hoch für 90 Sekunden.
- Schalten Sie die EEG-Konverter-Box und ziehen Sie alle führt von der Konverter-Box. Entfernen Sie die medizinischen Klebestreifen und der Klett-Verbindungen aus dem Pferdeschwanz der EEG führt.
- Greifen die Elektroden durch das Kunststoffgehäuse nur, entfernen Sie alle Elektroden und Ort der Sensoren in den warmen destillierten Wasser. Nach der Kappe Elektroden entfernt worden sind, entfernen Sie die Kappe von der Versuchsperson den Kopf. Denken Sie daran, den Klebstoff Ringe von Elektroden vor Eintauchen in das Wasser zu entfernen.
- Verwenden Sie eine Sprühflasche mit destilliertem Wasser gefüllt, um eine Gel auf den Elektroden links entfernen.
- Verwenden Sie warmes Leitungswasser und Seife Gel aus der Elektrodenkappe zu entfernen.
7. Data Analysis
- Auf SC, wandeln den Blick-Tracking EDF-Datei in ASCII-Text mit dem EyeLink edf2asc Anwendung.
- Konsolidieren von Daten-Dateien auf VC, dann starten Sie die Astropolis Processing Toolkit (APT).
Die APT ist eine Open Source MATLAB (R2008a, The MathWorks, Natick, MA)-Toolkit auf der Open-Source-EEGLAB Umwelt (Delorme & Makeig, 2004) gebaut. Es integriert die verschiedenen Dateien, die von diesem experimentellen Paradigma produziert und automatisiert Verhaltens-und EEG-Analyse. Diese Automatisierung umfasst Pre-und Artefakt Ablehnung verlängert infomax Independent Component Analysis (ICA) als mit dem runica algortihm (Makeig et al., 1997) in EEGLAB umgesetzt und entspricht Dipol-Lokalisierung.
8. Repräsentative Ergebnisse
Personen mit einer Autismus-Spektrum-Zustand (ASC), Geschwister ohne klinische Diagnose (SIB), und normal entwickelten Kindern (TYP): Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden von der Pilot-Daten untersuchen Kinder im Alter von 10-15 Jahren in drei Gruppen erhalten. Gaze Tracking-Daten wurden verwendet, um Studien, in denen das Thema der Blick von der Reize von Interesse abgewichen ist abzulehnen. (Mehr komplizierte Anwendungen der Blick Daten möglich sind, zum Beispiel mit Blick als Parameter bei der Berechnung der physiologischen und Verhaltens-Durchschnitt.)
Abbildung 7 zeigt ein Ereignis-bezogene spektrale Störung durch einen frontalen Mittellinie Elektrode (Fz) erhalten. PresentEnemy ist, um das Aussehen eines feindlichen Schiffes (Go) entspricht und PresentFriendly entspricht dem Aussehen eines freundlichen Schiff (No-Go). Während der No-Go Zustand, demonstrierte die TYP-Gruppe signifikant höher gamma Macht (30-75 Hz) 500-1500 ms post-Stimulus.
Die APT erlaubt eine einfache Vergleiche zwischen physiologischen und psychometrischen Maßnahmen. Zum Beispiel in unserer Analyse, Alpha-Power (8-12 Hz) bei einem ähnlichen Zeitraum (300-1500ms post-Stimulus) für die No-Go-Studien in dieser nicht-sozialen Aufmerksamkeit Aufgabe war negativ mit Leistung auf ein gewisses Maß an sozialer korreliert Wahrnehmung, die Benton Gesichtserkennung Test (Benton et al., 1994).
Abbildung 1: Video von Maritime Defender (go / no-go und dot-motion Kohärenz Aufgaben)
Klicken Sie hier, um Video zu sehen.
Abbildung 2: Video von Stellar Prospector (modified Posner visuell-räumliche Aufmerksamkeit Aufgabe)
Klicken Sie hier, um Video zu sehen.
Abbildung 3: Video Faceoff (Gesichts-Erkennung von Emotionen)
Klicken Sie hier, um Video zu sehen.
Klicken Sie hier, um Video zu sehen.
Abbildung 5: Verkabelung Diagramm der Laboraufbau.
Abbildung 6: Converter Box Verlegeschema der Laboraufbau.
Abbildung 7: Event-bezogene spektrale Störungen der Go / No-Go Aufgabe Fz PresentEnemy = Go Stimulus aufgezeichnet; PresentFriendly = No-Go Reiz; ASC = Autismus-Gruppe; SIB = Geschwister-Gruppe; TYP = Kontrollgruppe..
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Discussion
Vielleicht das wichtigste Hindernis für integrative Studien ist die praktische Grenze für die Höhe der Zeit, dass eine einzelne Versuchsperson (vor allem eines aus einer klinischen Population) vernünftigerweise zu erwarten, bevor er ermüdet durchzuführen. Leider oft die kontrollierte Anregung von dem Wissenschaftler Sicht ist, desto mehr kann sich wiederholende und langwierige das Experiment aus dem Subjekt-Sicht zu sein scheinen. Verhaltensforschung auf neuropsychiatrische Erkrankungen in den letzten Jahren hat die Bedeutung von Motivation, Verhalten gesetzt, und Task-Anweisung in Gründung kognitive Strategie und die Bestimmung Leistung hervorgehoben (zB Plaisted et al 1999;.. Dalton et al 2005). In Anbetracht dieser Überlegungen haben wir experimentelle Reize in Zusammenhang mit einem Video-Spiel, und fängt unterhält Themen das Interesse, transparent zu sammeln Verhaltensdaten und die Synchronisierung mit physiologischer Aufnahme als Subjekt spielt das Spiel eingebettet. Die praktischen Vorteile einer solchen engagiert und ökologisch gültigen Format über die üblichen wiederholende Blöcke von Studien sind Legion. In der Tat unterschiedliche Ebenen und Anforderungen der Aufmerksamkeit verlagert und multimodale Integration sind natürlich im Rahmen der Videospiel zu spielen, und psycho-Maßnahmen wie dot Bewegung Kohärenz und embedded Zahlen sind leicht als umgesetzt, zum Beispiel die Bewegung eines Sterns Bereich auf einen Blick Bildschirm und die Detektion eines Objekts in einem überladenen Umwelt. Darüber hinaus trägt die strategische und kontradiktorische Charakter eines Videospiels natürlichen Möglichkeiten, höhere kognitive Maßnahmen, wie das Verständnis von Spiel-bezogenen Erzählungen und soziale Zuschreibung an einen Computer-generierten Gegner zu erkunden. Videospiele erinnern messbare Veränderungen in Aufmerksamkeit und Wahrnehmungsprozesse (Green & Bavelier 2003, 2006ab, 2007; Castel et al 2005;.. Feng et al 2007) und der Videospiel-Format wird zunehmend eingesetzt, um die gleichzeitige Verhaltens-und EEG Beobachtungen erwerben ökologisch validen Kontexten, zum Beispiel in visuomotorische Tracking (. Smith et al 1999), der Flugsicherung (Brookings et al 1996). und militärische Kommando und Kontrolle Simulationen (St John et al 2002, 2004;. Berka et al 2004). . Neuere Ergebnisse in der Mensch-Computer-Interaktion (von Ahn 2006) auch auf die Leistung des Spiels Kontext zu etablieren und zu pflegen Motivation in Aufgaben, die sonst nicht wirken kann einnehmend, um Personen mit Entwicklungsstörungen (Golan & Baron-Cohen 2006) Teachpunkt , und exekutive Funktionen (Thorell et al., 2009) zu trainieren. Auch in dieser Richtung, bietet das Video-Spiel-Format Themen eher eine Chance, sich bequem mit der Aufgabe, vor dem Betreten des Labors, die Minimierung der potenziellen verwechseln staatlicher Angst mit einer Leistung von einer unbekannten Aufgabe in einer Testsituation verbunden.
Eine neue Generation von EEG-Verstärkern vergleichen kann viel höher Kopfhaut Impedanzen (Ferree et al., 2001), mit Sensor Stegen dass der Prozess der Platzierung der Elektroden und Elektrolyt-Anwendung parallellise kombiniert, deutlich Elektrode Einwirkzeit und Forderungen nach Thema Compliance reduziert, so dass High-Density-EEG-Aufzeichnung in ein breiteres Spektrum von Patienten. Noch bedeutsamer ist, während des letzten Jahrzehnts, als Biologen haben damit begonnen, eine bessere Kommunikation mit Physikern und Mathematikern, veraltete univariate Methoden der Analyse im Zeitbereich durch multivariate Verfahren wie unabhängige Komponenten Analysis (Bell & Sejnowski, 1995) und von der Zeit verdrängt worden -Frequenz-Analysen, die nicht nur wegen der Signale auf einen Reiz oder eine Antwort Ereignisse, sondern auch für Signale aus Störungen der laufenden Schwingungen (Makeig et al., 2002, 2004) Phase-locked. Diese praktische und analytische Entwicklungen haben Elektroenzephalographie, um ein breiteres Spektrum von unterworfene Bevölkerung und Verhaltensstörungen Kontexte eröffnet. Mit diesen Entwicklungen hat allerdings die Bedeutung der Erhaltung ökologischer Validität nur gewachsen. Kognitive Aufgaben in Zusammenhang mit einem Computerspiel umgesetzt werden können flexibler kombiniert mit gleichzeitigem Blick Tracking-und High-Density-EEG und Daten liefern, größere ökologische Validität. (Dies gilt insbesondere, wenn Themen Zeit, um sich mit dem Spiel vor den Aufnahmen vertraut sind gegeben. Für unsere Studie Probanden wurden Laptops, auf denen das Spiel mindestens zwei Wochen vor der EEG-Aufzeichnung Praxis ausgeliehen.) In Zukunft wird die Spiel Paradigma kann die Norm in der neurophysiologischen und Verhaltensforschung geworden, vor allem wenn Kinder oder klinischen Populationen handelt.
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Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Dieses Projekt wird von Autism Speaks finanziert Pilot Research Grant # 2597 und durch die US National Science Foundation Fakultät 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
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