Summary
Procedimentos para gravação de alta densidade de dados EEG e olhar durante o jogo de computador baseado em tarefas cognitivas são descritos. Usando um videogame para apresentar tarefas cognitivas aumenta a validade ecológica sem sacrificar o controle experimental.
Abstract
Paradigmas experimentais são valiosos na medida em que o tempo e outros parâmetros de seus estímulos são bem especificado e controlado, e na medida em que o rendimento de dados relevantes para o processamento cognitivo que ocorre sob condições ecologicamente válido. Esses dois objetivos, muitas vezes estão em desacordo, uma vez que estímulos bem controlada, muitas vezes são muito repetitivas para manter a motivação dos sujeitos. Estudos empregando eletroencefalografia (EEG) são muitas vezes especialmente sensíveis a este dilema entre validade ecológica e controle experimental: alcançar suficiente sinal-ruído em médias demandas fisiológicas grande número de ensaios repetidos dentro de longas sessões de gravação, limitando a piscina sujeitos a indivíduos com a capacidade e paciência para executar uma tarefa definida uma e outra vez. Essa restrição limita severamente a capacidade dos pesquisadores para investigar as populações mais jovens, bem como populações clínicas associadas com a ansiedade elevada ou anormalidades de atenção. Mesmo adulto, sujeitos não-clínicos podem não ser capazes de alcançar seus níveis típicos de desempenho ou envolvimento cognitivo: um sujeito desmotivado para quem uma tarefa experimental é pouco mais do que uma tarefa não é o mesmo, comportamental, cognitiva ou neuralmente, como um sujeito que está intrinsecamente motivado e comprometido com a tarefa. Um crescente corpo de literatura demonstra que a incorporação de experiências nos jogos de vídeo pode fornecer um caminho entre as pontas desse dilema entre o controle experimental e validade ecológica. A narrativa de um jogo fornece um contexto mais realista em que as tarefas ocorrem, melhorando a sua validade ecológica (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Além disso, neste contexto fornece motivação para completar tarefas. No nosso jogo, os indivíduos executam várias missões para coletar recursos, afastar os piratas, comunicações interceptar ou facilitar as relações diplomáticas. Ao fazê-lo, eles também realizam uma série de tarefas cognitivas, incluindo um paradigma Posner atenção-shifting (Posner, 1980), um go / no-go teste de motor de inibição, uma tarefa psicofísica movimento limiar coerência, o Embedded Figures Test (Witkin , 1950, 1954) e uma teoria da mente (Wimmer & Perner, 1983) tarefa. O software do jogo registra automaticamente estímulos jogo e as ações dos indivíduos e as respostas em um arquivo de log, e envia códigos de eventos para sincronizar com gravadores de dados fisiológicos. Assim o jogo pode ser combinado com medidas fisiológicas, tais como EEG, ou fMRI, e com a cada momento de rastreamento do olhar. Rastreamento de olhar pode verificar o cumprimento dos indivíduos com tarefas comportamentais (fixação, por exemplo) e atenção explícita aos estímulos experimentais, e também excitação fisiológica que se reflectem no dilatação da pupila (Bradley et al., 2008). Na grande frequências de amostragem suficiente, rastreamento olhar também pode ajudar a avaliar a atenção secreta que se reflectem no microsaccades - movimentos oculares, que são pequenos demais para foveate um novo objeto, mas são tão rápidos no início e têm a mesma relação entre a distância angular e velocidade de pico como fazer sacadas que atravessam grandes distâncias. A distribuição das direções de microsaccades correlaciona-se com a direção (não) secreto de atenção (Hafed & Clark, 2002).
Protocol
1. Projetar um jogo de vídeo divertido e informativo Cientificamente
- Aplicar um processo iterativo game design em que as preocupações de valor científico e jogabilidade informar-se mutuamente. Como um experimentador, você tem idéias como aos estímulos e paradigmas comportamentais que você quer ver construído em um jogo de computador. Porque você não é um designer de jogos, a tarefa de construir esses paradigmas em jogos pode parecer um detalhe que pode ser abordado depois que a maioria dos trabalhos foi concluída. Nada poderia estar mais longe da verdade. Seja ou não um jogo irá atrair jogadores motivados - e, portanto, ou não os seus dados serão coletados em condições de validade ecológica máximo - depende, fundamentalmente, um bom projeto. Design do jogo é distinta da programação de jogos e implementação, e geralmente é feito por pessoas diferentes, com diferentes especialidades. Seu orçamento pode permitir a designers profissionais, ou pode permitir que apenas para designers estudante - seja qual for o caso, no entanto, o projeto deve ser tratado como uma tarefa distinta da implementação, e uma tarefa com familiarizados, mas não sinônimo, especificação do paradigma experimental . Nem todas suas idéias e as restrições serão realizáveis como um jogo jogável. Um bom designer vai voltar para você com perguntas e sugestões de como o seu paradigma experimental pode ser mais flexível a fim de produzir um jogo, jogável divertido. Em nossa experiência, design de jogo para a ciência experimental é um processo iterativo em que os experimentadores a mão do jogo designers um conjunto de restrições, os designers do jogo devolver projeto idéias e sugestões para modificar essas restrições, a reformular experimentadores as restrições em resposta a esse feedback e assim por diante.
- Design para os jogadores de ambos os sexos. A nível populacional, cultural e de base biológica traços cognitivos distinguir machos e fêmeas (Valla et al., 2010). Muitos formatos de vídeo padrão de jogo - em particular o "first-person shooter" - apelar para um perfil tipicamente masculinas cognitiva. Projetos padrão do jogo, então, introduzir um viés de recrutamento macho e uma confundir entre o desempenho de comportamento e sexo. A triste realidade é que as pessoas que se especializam em design de jogos ungendered (Graner Ray, 2004) são escassos. Tenha em atenção que a maioria dos profissionais de jogos (e alunos) são do sexo masculino, e que, quando deixado sem vigilância com um paradigma experimental que irá, quase inevitavelmente, acabam por projetar um jogo de tiro em primeira pessoa ao seu redor.
- Use tempo de jogo para coletar ensaios repetidos de forma eficiente. Jogo baseado em experimentos relacionados a eventos potenciais exige a recolha de muitos ensaios repetidos (tipicamente, pelo menos, cem por condição) de muitas tarefas cognitivas distintas a serem executadas durante uma única sessão experimental sem cansarem o assunto experimental . Considerar a proporção de tempo de jogo durante o qual ensaios experimentais serão realmente sendo executada. O quanto de tempo que o jogador contato com o jogo vai ser diretamente cientificamente úteis no fornecimento de dados experimentais, e quanto desse tempo de contato será "filler" que liga esses ensaios experimentais juntos em uma narrativa jogo? Projeto de modo a maximizar a proporção de tempo de jogo que serão úteis para a aquisição de dados. Para evitar a repetição franca, considere intercalando experimentos de diferentes tipos, por exemplo, uma tarefa ativa de comportamento marcado por um estímulo sensorial passivo. Depois de rejeitar qualquer ensaios ruim, você pode acumular ensaios suficientes para uma média fisiológicas, sem que o jogador se tornar impaciente ou aborrecido com o jogo? Se a resposta a esta pergunta é não, você deve modificar o design.
- Evitar inchaço experimentos com fatores adicionais ou condições Pode parecer tentador adicionar condições e variações dentro de paradigmas experimentais, de modo a abordar questões relacionadas -. Por exemplo, em uma tarefa de atenção como poderia eletrofisiologia e desempenho comportamental ser afetado em um contexto no qual distractors podem aparecer, versus um contexto em que cada estímulo é tarefa relevante? Ou em um contexto de multimodal contra unimodal pistas sensoriais? Na melhor das hipóteses, o factoring como gostaria de acrescentar informações úteis, e os números fisiologicamente adequado de ensaios seriam adquiridos dentro de cada fator. No pior dos casos, no entanto, leva a uma factoring "bloat experimento" em que nenhuma condição indivíduo possui um número suficiente de observações, a análise deve, portanto, o colapso observações em condições, eo único resultado é um aumento problemático dentro da amostra-variância. Este problema de "inchaço experiência" torna-se mais significativa quando os experimentos são implementados em um formato de jogo, porque a variedade é uma propriedade desejável em um jogo. Adicionar fatores somente se você pode ter certeza de que cada fator individualmente irá conter um número de ensaios suficientes para cálculo da média, sem conduzir o jogador para o tédio. <li> Evite eventos programados, dá ao jogador o controle de quando as coisas acontecem; sempre que possível, levar o jogador Muitas populações neuropsiquiátricos têm dificuldade com função executiva, isto é, em rápida planejamento e execução de ações em resposta a estímulos sensoriais.. Eles podem ter uma grande dose de habilidade e em algumas tarefas até mesmo ultrapassar o desempenho normal - mas isso pode ser intensamente estudado e considerado estilo, deliberada de habilidade, muitas vezes não expressa sob pressão de tempo. Por isso é importante ter certeza de que a cronologia dos eventos não é controlado pelo computador (exceto nos casos em que o experimento exige), mas pelo jogador. Pequenas adições, como um botão "next" ou um botão de "pronto" pode fazer toda a diferença. Por exemplo, parte do nosso jogo (Figura 1) implementa um "go / no-go" teste de inibição executivo, no qual o jogador é obrigado a responder ou a reter uma resposta com base na identidade de um alvo que emerge de um espaço "buraco de minhoca". Em vez de causar o alvo a surgir em um momento completamente arbitrária, o nosso software aguarda o jogador para lançar um raio que abre o buraco de minhoca. O alvo, então surge após um atraso aleatório. Esta abordagem permite a medição de eventos cérebro de antecipação e resposta relacionadas elétrica enquanto ainda permitindo que o jogador se preparar para o contexto comportamental. Assim, onde quer que as restrições da licença de paradigma experimental, os jogos devem ser jogador centrado e não centrado no computador, eo jogo deve ser orientada a eventos ao invés de tempo-driven.
- Não depende da memória de um jogador para obter instruções;. Prompt de o jogador cada vez que um corolário da questão função executiva é que o jogador pode ter dificuldade em lembrar uma seqüência de passos. Mesmo (s) que ele aprendeu em um tutorial que a chave A desencadeia ação X ea chave B desencadeia ação Y, essas associações arbitrárias pode não ser lembrado, a menos que o jogador teve a oportunidade de praticar essas ações ativamente, muitas vezes.
- Um outro corolário: Não faça de insumo-produto mapeamentos dependem do estado do jogo Designers e especialmente implementadores poderiam ser tentados a esconder funções dentro sub-menus, cujo acesso depende do jogador clicando no menu primário correto, ou para fazer uma. arrastar do mouse fazer algo diferente depois de um clique do que depois não clique em (ou pior ainda, algo diferente depois de um clique esquerdo do que depois de um botão direito do mouse). Evite lógica seqüencial como na interface do usuário. Sempre que possível, usar a lógica puramente combinacional. Alguma lógica seqüencial é obviamente inevitável - por exemplo, a transição de um contexto do jogo ou mini-jogo para outro - mas devem ser usados com moderação e apenas quando absolutamente necessário.
- Em vez de uma seqüência de ações, para pedir uma ação de cada vez. Rápida ações pode ser difícil por si só suficientes, mas quando os pacientes neuropsiquiátricos enfrentar a demanda adicional de realizar várias dessas ações de forma rápida e na seqüência correta eles podem se sentir muito sobrecarregado . Em vez de exigir sequências de insumos em resposta a uma solicitação simples, tentar abrir um prompt separadamente para cada entrada.
- Usar imagens, não exclusivamente palavras Jogadores com déficits de linguagem, leitura, atenção ou de memória não pode compreender instruções textual -. Não porque o jogador é incapaz de compreender, mas porque (s) ele está se concentrando muito na decodificação das palavras individuais que (s ), ele não pode poupar muito esforço para colocar essas palavras juntas para os significados de sentenças completas e narrativas. Às vezes, o texto é inevitável; se o texto é usado, evite verbosidade, não bagunça a tela com palavras, faça incluem a série de "next" pede que as passagens separadas em partes gerenciáveis, e não permitir que o jogador ir para trás através destas instruções para revisão texto que ele (a) já viu.
- Os jogadores devem aprender fazendo, e não apenas pela observação ou lendo ou ouvindo Neste sentido, as populações de pacientes não são diferentes das pessoas em geral:. Todos nós aprendemos melhor quando podemos ser activa e não passiva alunos. Os desafios enfrentados por pacientes neuropsiquiátricos torná-lo ainda mais crucial que as atividades envolvem jogos learning-by-doing, em vez de depender de aprendizagem pela leitura ou learning-by-escuta. Isto é particularmente verdadeiro para os tutoriais do jogo ou instruções.
- Evite dependendo eventos simultâneos ou quase simultânea em diferentes canais de percepção (por exemplo, lugares diferentes na tela, ou sentidos diferentes, tais como vídeo com áudio). Alguns pacientes neuropsiquiátricos podem ter dificuldade com a integração perceptual, e podem se concentrar em apenas um canal de percepção em um tempo. Quando se concentra em um ponto ou área da tela, eventos fora deste foco de atenção espacial não pode registrar. Anathema para este tipo de jogador seria um display cockpit com bitolas diferentes quantidades muitos indicando que toda a necessidade de be observados simultaneamente - ou uma exibição visual que precisa ser observado, ao mesmo tempo como um sinal auditivo falado ou outros. Em vez disso, ou a informação devem ser exibidos em uma região da tela ou um canal sensorial, ou muito tempo devem ser autorizados a desviar a atenção entre os pontos no espaço visual ou entre os canais sensoriais. Em jogadores com autismo, por exemplo, mudanças de atenção pode levar 2 a 3 segundos (Belmonte, 2000) - dez vezes, enquanto para outros jogadores! Pensar sobre o que seria como estar olhando para a tela através de um telescópio muito tempo que amplia uma área pequena, mas deixa de fora da periferia.
- Evitar evocar ansiedade desnecessária Neuropsychiatric populações pode ser muito mais propenso à ansiedade do que os outros jogadores -. Especialmente quando confrontados com uma nova tarefa e inexperiente, ou com uma tarefa programada, ou com um cenário interativo que está fora de seu controle. Fazer todo o possível para ter certeza de que o jogador não, o computador, é o que controla o que acontece depois, e que o jogador tem todas as oportunidades para praticar e tornar-se confortável com as demandas do jogo. Considerar a inclusão de um tutorial que permite que o jogador passar por todas as ações do jogo - por exemplo, cliques e teclas pressionadas - como ele (a) recebe instrução.
- Para a repetição de eventos, variar um pouco o tempo para que o tempo entre duas instâncias sucessivas do evento não é constante. Especialistas de processamento de sinal saberá o fenômeno de aliasing, em que uma amostra discreta de um sinal de alta freqüência em uma muito baixa taxa de amostragem produz uma oscilação de baixa freqüência artefactual. A questão em torno medidas EEG de eventos repetidos tem muito em comum com aliasing. Considere como exemplo a situação que existe quando uma chave de movimento é pressionado e mantido: avatar do jogador irá se mover em uma determinada taxa, digamos, uma vez a cada 500 ms. Suponha que alguém está interessado na resposta do cérebro para o efeito de movimento. Suponha também, no entanto, que há uma oscilação hz em curso, endógena (isto é, internamente driven) 10 no córtex visual que não tem nada a ver diretamente com esse fenômeno exógeno. Desde 500 ms é um múltiplo inteiro do período de 100 ms desta oscilação, a amostragem da resposta do cérebro a cada movimento exógeno também amostra a oscilação endógena no mesmo ponto em sua fase de cada vez, ea análise, portanto, seria o sinal misattribute endógenos como uma resposta ao estímulo exógeno movimento. Para evitar essa ambigüidade na análise de EEG, pode-se adicionar uma pequena quantidade de jitter temporal para os intervalos entre os estímulos (Luck, 2005, p. 135) - não tanto como para torná-los parecem estranhamente variável para o jogador, mas o suficiente para obter livrar deste artefato fase. A quantidade exata depende do que parece natural dada a separação evento; neste exemplo de um evento de 500 ms, poderíamos considerar que qualquer variação de mais de 10% do intervalo em qualquer direção parece antinatural, e assim podemos então optar por variar os intervalos mais de uma distribuição uniforme de 450 ms a 550 ms. Adicionar como jitter temporais tanto quanto parece natural, sem sacrificar a jogabilidade.
- . Design com extensibilidade em mente Trazendo um jogo de computador completa do conceito à realização é um empreendimento demorado e trabalhoso - você pode encontrar-se, efetivamente, trabalhando um dia de trabalho como pesquisador e um trabalho de noite, como um designer de jogos e projeto manager! Faz sentido, portanto, para tornar o jogo flexível e extensível, de modo que as experiências que podem não ter sido concebido quando o jogo foi inicialmente concebido podem ser adicionados sem definição e implementação de um sistema de jogo totalmente novo. Esta meta de extensibilidade pode ser realizado, em parte, o design do jogo e em parte no design de software.
No design de jogo, considere um sistema que permite a adição de módulos de jogo novo. No nosso sistema, um jogo principal é apoiada por um conjunto extensível de mini-jogos: os jogadores devem entrar cada um dos mini-jogos, a fim de adquirir ou manter os recursos que são de valor no jogo principal. Cada mini-jogo incorpora 2-3 experimentos. Por exemplo, ter projetado uma colônia espacial, os jogadores entram uma função executiva e percepção visual mini-jogo em que dirigir uma nave espacial através de um campo de estrelas à deriva e decidir como responder às naves espaciais amigável ou oponente (Figura 1), a atenção visual mini-jogo em que detectar asteróides que podem ser extraídos de matérias-primas para construir essa colônia (Figura 2), uma emoção-percepção mini-jogo em que eles ajudam em uma negociação diplomática, combinando-se os rostos de diferentes pessoas que estão mostrando as mesmas emoções (Figura 3), e um social cognitiva mini-jogo em que se frustrar os piratas que querem roubar seus suprimentos de colônia (Figura 4). Na prática, é bastante simples de encontrar um conceito dentro do qual uma nova tarefa experimental podem ser integrados na narrativa do jogo - mas a facilidade geral para permitir essa integração deve ser designed no a priori.
Embora os jogadores estão cientes do fato geral de que eles estão a realização de experimentos, a coleta de dados experimentais é discreto: Durante a tarefa de dirigir um estimador de máxima verossimilhança (Pentland, 1980; Lieberman & Pentland, 1982) calcula limite psicofísico do jogador para a percepção de movimento coerente do campo de estrelas à deriva. Durante a tarefa de asteróides, o olhar é mantido no centro da parte inferior da tela, a fim de assistir a impurezas no processador de minério (e esta direção do olhar é verificada pelo rastreador de olhar), enquanto cada um dos quatro setores em que asteróides podem aparecer pisca em uma freqüência diferente fundamental (o mínimo múltiplo comum de que é grande) e atenção encoberta é direcionada para um desses setores, em resposta a uma sugestão espacial. Mudanças no conteúdo espectral do EEG pode, então, avaliar a evolução do tempo de atenção secreto baseado no EEG amplitudes das freqüências que flicker tag cada setor (Morgan et al, 1996;. Belmonte, 1998).
No software, o "motor de jogo" deve fornecer não apenas os elementos do núcleo comum para apresentação gráfica (por exemplo, um motor de partículas), mas também todas as comodidades comuns para o controle experimental e registro de dados que serão necessários por todos os experimentos. Em particular, o motor de jogo deve fornecer métodos para mostrar externamente fornecido estáticas e em movimento foto-ativos gráficos e sons, e um registrador de eventos que grava em um arquivo do disco local e também através de uma porta de saída (nós usamos a porta paralela padrão) para sincronizar com um gravador de dados comportamentais ou fisiológicos, como um tracker olhar, um sistema de EEG, ou um scanner fMRI. - Fornecer um método para registro de eventos do jogo No nosso sistema, o arquivo de log em disco contém um superconjunto dos dados enviados através da porta paralela:. Ao passo que a porta paralela recebe apenas unsigned códigos de 8 bits evento de 1 a 255, o arquivo de disco inclui ( 1) um carimbo de tempo nos tiques do relógio, (2) um carimbo de tempo em microssegundos, (3) o código numérico de eventos enviados através da porta paralela, (4) um mnemônico cadeia exclusiva para este codificar evento, e (5) uma lista de (nome do parâmetro, valor do parâmetro) pares. Por exemplo, o aparecimento de um estímulo (por exemplo, um asteróide) em especial as coordenadas de exibição absoluta ou angular pode ser denotado com um código de evento adequado e mnemônico com as duas coordenadas como parâmetros. Porque pode haver mais de 255 eventos únicos, considerar a emissão de códigos de eventos que marcam o início eo fim da auto-contido contextos (por exemplo, cada mini-jogos ou cenários do jogo) dentro do jogo principal, e os códigos de re-utilização de eventos de um contexto para o outro. As séries temporais de códigos de evento numéricos registrados pelo gravador de dados externos e das séries de códigos de eventos detalhados e parametrizados registrado no arquivo de log local, então pode ser usado para colocar o arquivo de log eo arquivo de dados externo (s) no registro temporal.
- Log códigos de eventos para absolutamente tudo. Did avatar do jogador apenas mover (ou porque a chave do movimento acabou de ser deprimido, ou porque tem sido pressionado constantemente e está se repetindo)? Isso é um evento. Fez algum tipo de movimento iniciar ou parar ou mudar a velocidade? Isso é um evento. Absolutamente tudo o que acontece no jogo deve ser comunicada com um código de evento. Experimentadores pode sempre ignorar os códigos de evento, se eles decidirem que não são de interesse na análise. O que não se pode fazer, é claro, é voltar e inserir os códigos de evento depois que os dados foram gravados. Então, colocar tudo dentro - você nunca sabe o que pode ser útil, talvez não imediatamente, mas em alguns pós de mineração de dados hoc.
2. Prepare Equipamentos
- Uma hora antes de o assunto chega, o equilíbrio dos eletrodos, mergulhando-os em um banho de sal (1 colher de chá de sal por 1 litro de água destilada) por 5 a 10 minutos. Não deixe eletrodos em qualquer líquido por mais de 10 minutos a uma hora. Eletrodos equilibrada têm pequenas (+ / - 20μV) offsets.
- Pouco antes sujeito chega, liga a câmera olhar de monitoramento, caixas de conversor, e computadores.
Nossa configuração usa quatro computadores (ver Figura 5): um computador monitoramento de olhar dedicado (GC), um computador dedicado aquisição EEG (CE), um computador dedicado a apresentação do estímulo (SC), e um computador para aquisição de vídeo e análise de dados (VC ).
Duas caixas de conversor (Figura 6) manipular saídas VGA de GC e SC e enviar um sinal de vídeo emendados para VC. Desta forma, a tela vista pelo overlain assunto com um cursor representando fixação atual e um timestamp podem ser gravadas em um arquivo de vídeo em VC.
3. Setup EEG
- Medir a circunferência da cabeça do sujeito em torno da testa e ínion. Selecione uma tampa de eletrodo de modo que a circunferência do sujeito está perto do meio da escala de medição para a tampa.
- Registre a medição de násio do sujeito para ínion e lepé do pavilhão para pavilhão auricular direito.
- Coloque a tampa sobre a cabeça do sujeito. Garantir que o tag está fora do limite, descansando no pescoço do sujeito. Reposicionar a tampa até A1 (o eletrodo no vértice) é centrado em relação ao násio ínion e pavilhão auricular-eixos pavilhão auricular, e da linha mediana da tampa (A25-C17) é paralela à linha média da cabeça do sujeito.
- Aplicar um anel adesivo na caixa de plástico de eletrodos EX5 e EX6. Alinhe a abertura do anel com o eletrodo de pelotas. Remova o revestimento protetor de papel do anel adesivo e cobrir o contato do eletrodo com gel condutor. Lugar na EX6 mastóide direita do sujeito e EX5 em mastóide esquerda do sujeito.
- Use uma seringa para colocar gel condutor em cada compartimento do eletrodo. Ponta da seringa mexer com a parte do cabelo do sujeito, então, ao mesmo tempo o êmbolo da seringa e puxe longe da cabeça. Preenchimento até gel fique nivelada com o topo da caixa de plástico.
É melhor ter pouco do que gel demais. No caso de muito gel pouco, mais sempre pode ser adicionado. Com gel demais, o excesso pode sangrar entre os sites eletrodo, causando eletrodo ponte. Se os eletrodos se tornar ponte, retire a tampa, tem a lavagem assunto e seca o cabelo, e começar de novo. - Com o fim ficha sobre o ombro e os sensores em uma mão, coloque delicadamente cada eletrodo no seu alojamento correspondente. Segure apenas o plástico habitação dos eletrodos e ter cuidado para não cravar os fios.
É fundamental para não tocar as pontas dos eletrodos. Contacto com a pele ou a roupa vai degradar a qualidade de eletrodos. - Coloque o gel condutor sobre EX1-EX4 e usar anéis adesivo para anexá-las ao rosto do sujeito. EX1 e EX2 lugar cerca de 1cm na horizontal a partir do sujeito esquerda e direita ângulo ocular externa, respectivamente. Lugar EX3 EX4 e cerca de 1cm abaixo da média dos olhos esquerdo e direito do sujeito sobre os ossos zigomático.
- Gentilmente coletar cabos-eletrodos atrás do assunto e enrole frouxamente a CMS / DRL levar em torno dos outros para criar um rabo de cavalo. Coloque laços de velcro na parte superior e inferior do rabo de cavalo para segurar as pontas no lugar. Use esparadrapo para fixar o rabo de cavalo à roupa nas costas do sujeito.
- Aplicar solução de KCl 0,5% (Lykken & Venables, 1971) para cada eletrodo GSR. Use fita adesiva médica para eletrodos apor GSR para os dedos indicador e anular da mão do sujeito não-dominante.
- Tem se sentar em um assunto não-reclinável cadeira, parado em frente do monitor apresentação do estímulo. Conecte todos os eletrodos dentro da caixa do conversor EEG.
Pequeno (+ / - 40 mV) offsets são aceitáveis. Se qualquer eletrodo mostra um maior deslocamento de + / - 40 mV, retire o eletrodo do tampão, aplicar mais gel, e retornar o eletrodo.
4. Olhar de configuração Rastreamento
- Apor um autocolante alvo acima da sobrancelha do sujeito medial do olho.
- Inicie o aplicativo EyeLink Popup-calibração em VC. Começar uma nova sessão e utilizar a interface CMD para ligar o registro de eventos para o tracker olhar. Definida como igual "file_event_filter" o valor para "Esquerda, Direita, FIXAÇÃO, BLINK, BUTTON, mensagem, sacada, INPUT 'A lista completa de comandos podem ser encontrados no Data.ini arquivo que é fornecido com o software EyeLink.
- Da aplicação EyeLink calibração Popup, lançamento de configuração da câmera. Posicione a câmera de modo que o adesivo alvo e olho do sujeito são centrados. Ajustar o foco até o olho a ser rastreado é clara.
- Calibrar e validar o sistema de monitoramento de olhar para o assunto usando a matricial de nove pontos. Após a validação, o software EyeLink etiquetas cada ponto de calibração com o erro em graus de ângulo visual entre as medidas calibrados e validados. Em uma calibração aceitavelmente bem, o erro médio em todos os pontos de calibração não deve exceder 1 °, eo erro em qualquer ponto único não exceda 1,5 °. Em uma calibração muito boa, média de erro não seja superior a 0,5 ° eo maior erro de um único ponto não ultrapasse 1 °.
Se a calibragem falhar, certifique-se que os limiares reflexo da pupila e córnea são adequados. Se ajustar estes valores não aliviar problemas de calibração, os olhos interruptor e recalibrar. Assegurar que a taxa de amostragem é definido como 500 hz, clicando no botão hz 500, à esquerda da tela de configuração da câmera.
Os processos ópticos e computacionais pelos quais posições do olhar é figurado são internos ao tracker olhar e não precisa ser conhecido pelos usuários deste procedimento. Resumidamente, a técnica funciona, iluminando os olhos com luz infravermelha. Impinging luz sobre a retina é refletida para fora do olho no mesmo caminho ao longo da qual ela entrou - esta é a propriedade óptica que faz com que "olhos vermelhos" nas fotografias com flash tiradas com câmeras compactas. A uma câmera posicionada bem longe da fonte de luz, porém, o aluno poderá ficar escuro. Ao mesmo tempo, algumas da iluminação é refletida do co rnea como um brilho pequeno, intenso, cuja posição depende apenas da posição da cabeça e não na direção do olhar do olho. A diferença de posição entre o aluno escuro eo brilho da córnea, em seguida, podem ser mapeados matematicamente a direção do olhar (Ebisawa, 1998). O computador monitoramento de olhar-logs uma série temporal do resultado coordenadas do ponto-de-relação, integrado com códigos de evento a partir do computador de estímulo-apresentação.
5. Comece jogo de computador
- Da aplicação de Calibração-Popup, comece olhar dados de gravação. Iniciar a gravação de vídeo na gravação de EEG em VC e CE.
- Em SC, o lançamento do jogo de vídeo.
- Para estímulos auditivos, trocar os alto-falantes passivos em SC para alto-falantes. Em seguida, conecte e ligue o amplificador. Usando um medidor de nível de som, definir o volume a um nível suficiente para atingir a amplitude máxima (por exemplo, 80 dB) exigido pelo paradigma experimental.
6. Equipamentos de limpeza
- Após o sujeito ter terminado os jogos, sair do jogo e parar a gravação de dados, pressionando o botão 'Stop' dentro da interface gráfica na CE, GC e VC. Desligue e desconecte o amplificador e alto-falantes substituir o passivo.
- Preencher um pequeno balde de plástico 4-5 cm de profundidade com água destilada e microondas em alta por 90 segundos.
- Desligue o conversor EEG e desconecte todos os cabos da caixa conversora. Remova a fita médicos e os laços de velcro do rabo de cavalo de ligações EEG.
- Agarrando os eletrodos pela caixa de plástico somente, remover todos os eletrodos e coloque os sensores na água morna destilada. Depois os eletrodos foram removidas tampa, retire a tampa da cabeça do sujeito. Lembre-se de remover os anéis adesivo dos eletrodos antes de imersão na água.
- Use uma garrafa de spray cheia de água destilada para remover qualquer gel à esquerda na eletrodos.
- Use água morna e sabão para remover a tampa do gel de eletrodo.
7. Análise de Dados
- Em SC, converter o monitoramento de olhar-FED arquivo de dados para texto ASCII usando o aplicativo EyeLink edf2asc.
- Consolidar arquivos de dados em VC, em seguida, lançar o Astropolis Processamento Toolkit (APT).
A APT é uma fonte aberta MATLAB (R2008a, The MathWorks, Natick, MA) toolkit construído no ambiente open source EEGLAB (Delorme & Makeig, 2004). Ele integra os arquivos de dados diferentes produzidos por este paradigma experimental e automatiza a análise comportamental e EEG. Esta automação inclui pré-processamento e artefato rejeição, estendida Infomax análise de componentes independentes (ICA), conforme implementado com o algortihm rúnica (Makeig et al., 1997) em EEGLAB, e localização de dipolo equivalente.
8. Resultados representante
Os resultados aqui apresentados foram obtidos a partir de dados-piloto de análise crianças com idades entre 10-15 anos em três grupos: indivíduos com uma condição do espectro do autismo (ASC), irmãos, sem qualquer diagnóstico clínico (SIB), e crianças com desenvolvimento típico (TYP). Monitoramento de olhar os dados têm sido usados para rejeitar ensaios em que o olhar do sujeito se desviou a partir dos estímulos de interesse. (Aplicações mais complexas de dados também é possível olhar, por exemplo, utilizando o olhar como um parâmetro em computação médias fisiológicas e comportamentais).
Figura 7 mostra um evento relacionado perturbação espectral obtidos a partir de um eletrodo de linha média frontal (Fz). PresentEnemy é corresponde ao aparecimento de um navio inimigo (Go) e PresentFriendly corresponde ao aparecimento de um navio amigável (No-Go). Durante a condição de No-Go, o grupo demonstrou poder TYP gama significativamente maior (30-75 hz) 500-1500 ms pós-estímulo.
O APT permite comparações fáceis entre as medidas fisiológicas e psicométricos. Por exemplo, em nossa análise, alpha de energia (8-12 Hz) durante um período de tempo semelhante (300-1500ms pós-estímulo) para No-Go ensaios durante esta tarefa não-social de atenção foi negativamente correlacionada com o desempenho em uma medida de sociais percepção, o Benton teste de Reconhecimento Facial (Benton et al., 1994).
Figura 1: vídeo de Maritime Defender (go / no-go e tarefas dot-motion coerência)
Clique aqui para assistir vídeo.
Figura 2: vídeo de Prospector Stellar (modificado Posner visuais tarefa de atenção espacial)
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Figura 3: vídeo de discrepância (reconhecimento de emoções faciais)
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Figura 5: Cabeamento diagrama da configuração do laboratório.
Figura 6: Caixa Converter cabeamento diagrama da configuração do laboratório.
Figura 7: Evento relacionadas perturbações do espectro do Go / No-Go tarefa registrados em Fz PresentEnemy = estímulo Go; PresentFriendly = estímulo No-Go; ASC = autismo grupo; SIB grupo de irmãos =; TYP = grupo controle..
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Discussion
Talvez o obstáculo mais importante para os estudos de integração é o limite prático sobre a quantidade de tempo que um único sujeito experimental (especialmente um de uma população clínica) pode razoavelmente esperar para realizar antes de se tornar desgastado. Infelizmente, muitas vezes os mais controlada é um estímulo a partir do ponto do cientista de vista, a mais repetitiva e tediosa experimento pode parecer a partir do ponto do sujeito de vista. Pesquisas comportamentais em transtornos neuropsiquiátricos, nos últimos anos pôs em evidência a importância da motivação, conjunto de comportamento, e instrução tarefa no estabelecimento de estratégia cognitiva e determinação do desempenho (por exemplo, Plaisted et al 1999;.. Dalton et al 2005). À luz dessas considerações, temos incorporado estímulos experimental no contexto de um jogo de vídeo que captura e mantém o interesse dos sujeitos, de forma transparente a coleta de dados comportamentais e fisiológicos sincronizando com a gravação como o sujeito joga o jogo. As vantagens práticas de um formato tão envolvente e ecologicamente válido sobre os blocos de costume repetitivo de ensaios são legião. Na verdade, vários níveis e demandas de integração multimodal deslocamento e atenção são naturais no contexto de jogo de vídeo, e as medidas psicofísicas, como ponto de movimento coerência e valores incorporados são facilmente implementadas como, por exemplo, o movimento de um campo de estrelas em uma visão tela e na detecção de um objeto em um ambiente desordenado. Além disso, a natureza estratégica e contraditório de um jogo de vídeo traz oportunidades naturais para explorar medidas de alto nível cognitivo, como compreensão do jogo-relacionado narrativas e atribuição social de um adversário gerado por computador. Jogos de vídeo evocar alterações mensuráveis em processos de atenção e de percepção (Green & Bavelier 2003, 2006ab, 2007; Castel et al 2005;.. Feng et al 2007), eo formato jogo de vídeo é cada vez mais sendo utilizados para a aquisição simultânea observações comportamentais e EEG em contextos ecologicamente válido, por exemplo, no acompanhamento visuomotoras (. Smith et al 1999), controle de tráfego aéreo (Brookings et al 1996). e comando militar e simulações de controlo (St John et al 2002, 2004;. Berka et al 2004). . Resultados recentes na interação humano-computador (von Ahn 2006) também apontam para o poder do contexto do jogo para estabelecer e manter a motivação em tarefas que de outra forma pode não parecer interessante, para ensinar pessoas com transtornos de desenvolvimento (Golan & Baron-Cohen 2006) , e para treinar as funções executivas (Thorell et al., 2009). Também ao longo destas linhas, o formato de vídeo game oferece assuntos mais uma chance de tornar-se confortável com a tarefa antes de entrar no laboratório, minimizando o potencial de confundir estado de ansiedade associados com o desempenho de uma tarefa estranha em uma situação de teste.
Uma nova geração de amplificadores EEG capaz de combinar impedâncias couro cabeludo muito mais elevado (Ferree et al., 2001), combinado com teias de sensor que parallellise o processo de colocação dos eletrodos e aplicação de eletrólitos, reduziu significativamente o tempo de aplicação do eletrodo e exigências para a conformidade assunto, permitindo alta densidade de gravação EEG em uma ampla gama de pacientes. Ainda mais significativamente, durante a última década como os biólogos começaram a se comunicar melhor com os físicos e matemáticos, desatualizado métodos univariados de análise no domínio do tempo têm sido suplantados por métodos multivariados, tais como Análise de Componentes Independentes (Bell & Sejnowski, 1995) e pelo tempo freqüência análises que conta não apenas para os sinais de phase-locked ao estímulo ou resposta acontecimentos, mas também para os sinais que consiste em perturbações de oscilações em curso (Makeig et al., 2002, 2004). Estes desenvolvimentos práticos e analíticos abriram eletroencefalografia para uma ampla gama de populações sujeitas e contextos comportamentais. Com estes desenvolvimentos, porém, a importância da preservação validade ecológica só tem crescido. Tarefas cognitivas implementadas no contexto de um jogo de computador pode ser mais flexível combinada com rastreamento de olhar simultânea e alta densidade EEG, e produzir dados de maior validade ecológica. (Isto é especialmente verdadeiro se os sujeitos têm tempo para se familiarizar com o jogo antes da sessão de gravação. Para o nosso estudo, os indivíduos foram emprestados computadores laptop em que a prática do jogo, pelo menos, duas semanas antes da gravação de EEG.) No futuro, a paradigma jogo pode se tornar a norma em pesquisas neurofisiológicas e comportamentais, especialmente quando crianças ou populações clínicas estão em causa.
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Disclosures
Não há conflitos de interesse declarados.
Acknowledgments
Este projecto é financiado pela Autism Speaks Pilot Research Grant # 2597 e pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA Faculdade 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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