Eye Tracking jeunes enfants autistes

Summary

Eye Tracking a longtemps été utilisée pour étudier des modèles de regard chez les individus se développent normalement, mais les récents progrès technologiques ont rendu son utilisation avec les populations cliniques, y compris l'autisme, plus faisable. Alors que les yeux de suivi des jeunes enfants avec l'autisme peuvent donner un aperçu de manifestations des symptômes précoces, il s'agit de défis méthodologiques. Suggestions pour les meilleures pratiques sont fournis.

Abstract

La hausse de l'accessibilité des commerciaux eye-tracking systèmes a alimenté une hausse rapide de leur utilisation dans la recherche psychologique et psychiatrique. En fournissant un lien direct, mesure détaillée et objective du comportement regard, eye-tracking est devenu un outil précieux pour l'examen de stratégies perceptives anormales dans les populations cliniques et a été utilisé pour identifier une maladie précise les caractéristiques ^1, de promouvoir le dépistage précoce ^2, et d'informer le traitement ³ . En particulier, les enquêteurs de troubles du spectre autistique (TSA) ont bénéficié de l'intégration de eye-tracking dans leurs paradigmes de recherche ^4-7. Eye-tracking a largement été utilisé dans ces études pour révéler les mécanismes qui sous-tendent l'exécution des tâches avec facultés affaiblies ⁸ et fonctionnement anormal du cerveau ^9, en particulier lors du traitement de l'information sociale ^1,10-11. Alors que les enfants plus âgés et les adultes atteints de TSA comprennent la prépondérance de la recherche dans ce domaine, eye-trackingpeut être particulièrement utile pour étudier les jeunes enfants avec le désordre car il offre un outil non-invasif pour évaluer et quantifier apparaissent tôt des anomalies du développement ^2,12-13. La mise en œuvre eye-tracking avec de jeunes enfants atteints de TSA, cependant, est associée à un certain nombre de défis uniques, y compris les questions ayant un comportement conforme résultant de demandes de tâches spécifiques et des troubles liés à des considérations psychosociales. Dans ce protocole, nous détaillons les considérations méthodologiques pour optimiser la conception de la recherche, l'acquisition de données et l'analyse psychométrique tandis eye-tracking de jeunes enfants atteints de TSA. Les recommandations fournies sont également conçus pour être plus largement applicable pour eye-tracking des enfants avec d'autres troubles du développement. En offrant des lignes directrices concernant les meilleures pratiques dans ces domaines sur la base de leçons tirées de notre propre travail, nous espérons aider les enquêteurs à faire de la conception d'autres recherches sérieuses et d'analyse des choix tout en évitant les pièges les plus courants qui peuvent compromettre les donnéesd'acquisition tout en eye-tracking de jeunes enfants atteints de TSA ou d'autres problèmes de développement.

Protocol

1. Eye-Tracking équipement

Bien qu'une grande variété d'eye-tracking systèmes sont disponibles dans le commerce, ceux qui sont les plus propices à l'essai les jeunes enfants avec une part de TSA les caractéristiques suivantes:

1. Tout d'abord, l'eye-tracker doit tenir compte des mouvements de la tête, qui, si elle n'est pas corrigée, peut compromettre l'intégrité des données acquises regard. Alors que de nombreux systèmes plus anciens assuré un suivi précis par le biais stabilisation de la tête grâce à l'utilisation d'un repose-menton ou les systèmes de tête monté (voir Figure 1), ces options ne sont pas idéales eye-tracking des solutions pour les jeunes enfants qui peuvent résister à des efforts visant à restreindre le mouvement de tête, ou disposer d'un équipement qui leur sont imposées. Heureusement, les plus modernes commerciaux infrarouges vidéo eye-tracking systèmes utilisent un système de référence basé sur les reflets cornéens qui sont résistantes aux mouvements de la tête mineures. Eye-tracking des systèmes qui offrent soit intégrés ou à distance des solutions de suivi de tête sont préférés et sont maintenant largemently disponibles.
2. Discrètes eye-tracking des systèmes qui n'interfèrent pas avec la session de test est recommandé pour tester les enfants atteints de TSA. Ceux-ci peuvent être des modèles qui sont intégrés dans un écran (par exemple, les modèles de technologie Tobii TX300, T60XL, ou T120; SensoMotoric modèle Instruments RED500) moniteur, ou table-top versions (par exemple, Tobii Technology TX300, X120; Applied Science Laboratories modèle D6 Optique ; SR recherche modèle Eyelink 1000) placé discrètement dans la plage du participant. Comme table-top versions ne sont pas enfermés dans une taille d'écran, ils offrent une flexibilité accrue méthodologique, mais sont moins automatisé et peuvent nécessiter un ajustement plus manuel.
3. Les chercheurs devraient également sélectionner un système de suivi du regard avec un taux d'échantillonnage appropriée pour répondre à leurs questions de recherche. La plupart cornée réflexion eye-tracking systèmes ont un taux d'échantillonnage minimale de 50 Hz (soit 50 points de données par seconde), ce qui est suffisant pour l'examen patt des jeunes enfants perceptiveErns au cours de leur exploration visuelle des images statiques ¹³ et ^10. vidéos dynamiques Cependant, les chercheurs intéressés par le comportement oculomoteur subtile ¹⁴ (par exemple, la poursuite en douceur, le gain et / ou saccades express) voudront investir dans un système avec un taux d'échantillonnage plus élevée (c.-à-≥ 250 Hz). Soyez conscient que dans certains systèmes qui permettent à plusieurs options de fréquence d'échantillonnage, les taux d'échantillonnage plus élevées sont souvent permis au détriment de la liberté de mouvement de la tête, ce qui rend plus difficile de garder un enfant cinétique dans eye-tracking gamme. Des taux de trame plus élevés nécessitent un échantillonnage plus rapide et le traitement des données vidéo, ce qui est généralement accomplies par recadrage de l'image obtenue à partir de la caméra. Il en résulte une réduction du champ de vue utilisé, ce qui réduit ainsi la gamme de mouvement de la tête admissibles. Les chercheurs qui utilisent des systèmes qui offrent différentes options de fréquence d'échantillonnage doit choisir celui qui est suffisamment élevé pour répondre à leur question de recherche, mais suffisamment bas pour permettre des niveaux attendusdes mouvements de la tête.

2. Environnement de test et de stimuli

1. Décor de la salle clairsemée est recommandé pour l'immédiat eye-tracking environnement afin de minimiser les chances que l'attention de l'enfant est rédigé dehors de l'écran. De même, une pièce faiblement éclairée contribue à réduire la saillance des concurrents non-affichage des stimuli.
2. Cependant, parce que certains jeunes enfants atteints de TSA peuvent expérience visuelle et / ou hypersensibilités auditives, les chercheurs devraient éviter de tester dans une pièce complètement sombre qui accentue la luminosité de l'écran ou dont les effets sonores excessivement forts ou discordante dans leurs présentations, que ceux-ci peuvent être aversif pour certains enfants atteints de TSA et de résultat dans le respect de test réduit. Environnements sombres peuvent également augmenter dilatation de la pupille qui peut rendre l'élève plus difficiles à suivre, mais cela peut varier selon l'équipement utilisé eye-tracking. Pour la plupart des cas, l'éclairage de bureau standard est recommandé.
3. Pour further de réduire les chances de l'enfant étant détournées de l'affichage, l'expérimentateur ne doit pas être visible à l'enfant participant. Ceci peut être réalisé en plaçant une cloison entre la station de eye-tracking et l'ordinateur hôte par l'expérimentateur habités ou simplement en positionnant l'expérimentateur hors de la vue du participant. Une deuxième caméra peut aider l'expérimentateur de conserver une vue du participant dans cette situation. En effet, certains commerciaux yeux-trackers intégrer une caméra dans l'écran de sorte que la vidéo du participant est relayée en temps réel à l'ordinateur hôte pour la surveillance de l'expérimentateur.

3. Procédures

1. Les jeunes enfants, en particulier ceux avec un TSA, peut avoir des appréhensions au sujet d'éprouver un environnement de test roman. Alors que la familiarité préalable avec l'espace d'expérimentation et / ou expérimentateur peut aider à apaiser ces sentiments, ce n'est pas toujours possible. Au minimum, les enfants craintifs doit être accompagné d'un parent ou familiadultes ar toute la session de test. Dans certains cas, les chercheurs doivent être prêts à faire preuve de patience pendant que l'enfant devient logés au nouvel environnement.
2. Avant la séance de test commence, l'expérimentateur peut choisir d'avoir une vidéo ou un dessin animé pour enfants jouant sur l'écran d'affichage. Cela permet souvent que l'enfant se sentent plus à l'aise tout en veillant à l'attention est dirigée vers l'écran de test. L'expérimentateur peut alors profiter de l'attention capturé de l'enfant à placer l'enfant au sein de eye-tracking gamme et de transition directement dans la séquence de calibrage.
3. Sièges pour l'enfant doit permettre un réglage vertical de manière à faire en sorte que tous les enfants, indépendamment de la hauteur et la posture, peuvent être positionnés à l'intérieur de suivi du regard plage. Bien que la distance de la chaise de l'affichage dépend de la taille de l'écran et l'angle visuel souhaité, la hauteur de la chaise doit être ajustée en fonction de la stature de l'enfant de telle sorte que la ligne de l 'artight est standardisé à travers tous les participants. Parce que tous les enfants sont assis dans la chaise, exactement de la même manière, il est également souvent nécessaire d'ajuster légèrement la distance des participants à l'affichage afin d'assurer que chaque enfant est placé à la distance optimale de l'écran pour l'acquisition de données de haute qualité . Cette distance sera précisé par le fabricant eye-tracking, et est plus facilement réalisé en utilisant une chaise mobile.
4. Les expérimentateurs peuvent d'abord essayer d'avoir l'enfant, si assez petit, assis seul dans un siège d'auto bouclée sur un ascenseur réglable ou dans une chaise haute portative qui s'attache à chaise de bureau réglable en hauteur. Nous avons également eu du succès en utilisant une chaise Rifton, en particulier avec les enfants qui l'ont utilisé précédemment dans le cadre scolaire ou à la maison, comme il est facile de position et contribue à limiter la mobilité qui peuvent aboutir à la perte de données.
5. Les enfants qui ne restent conformes alors qu'il était assis sur les genoux de l'aidant, ou qui ont besoin du corps soutenir le ca soignantn fournir, peuvent également être placés en ayant sit soignant dans une chaise de bureau qui peut être relevé ou abaissé pour positionner l'enfant dans les paramètres de distance normalisés. Voir Figure 2 pour un exemple de ce set-up. Les statistiques concernant séance au tour par rapport chaise doit toujours être vendu au détail pour l'analyse confond possibles. Afin de s'assurer que seuls les yeux de l'enfant sont acquises par le suivi de l'oeil, les chercheurs peuvent avoir des aidants naturels porter infrarouge de blocage ou de lunettes de soleil opaques, ou tout simplement leur demander de fermer les yeux pendant les essais. Les soignants doivent aussi être informés pour être encore et de s'abstenir de verbalement ou non verbalement communiquer avec l'enfant au cours de la procédure de test.

Figure 1. Un head-mounted eye-tracking système.

Figure 2.

6. Pour eye-tracking des systèmes qui fournissent de l'expérimentateur avec une fenêtre affichant les yeux du participant au sein de la gamme de mouvement de la tête autorisée, les yeux de l'enfant doit être placé au milieu de la fenêtre afin d'augmenter les chances que le suivi de l'oeil conserve une image de l'œil, même si les enfants slouches, se redresse ou se balance au cours des essais.
7. Une fois correctement positionné, l'expérimentateur devrait commencer la procédure d'étalonnage. Comme les jeunes enfants atteints de TSA peuvent être incapables ou peu disposés à suivre des instructions verbales à se tourner vers des emplacements spécifiques sur l'écran (ce qui est typique pour les séquences d'étalonnage de nombreux), l'utilisation de stimuli dynamiques, accompagnée de sons, peut-être plus efficace de capter l'attention et donc entraîner en plus de données précises regard. En règle générale, une séquence de 5 points est assez brève pour retenirl'enfant l'attention tout en fournissant un étalonnage précis. Eye-tracking des études avec des nourrissons ont souvent recours à tout un étalonnage à 2 points tandis qu'un étalonnage 9-point est typique pour les enquêtes auprès des adolescents et des adultes.
8. Les expérimentateurs peuvent maximiser l'attention visuelle de l'enfant à l'écran pendant le test en concevant une tâche concise et convaincante qui a exigences de la tâche minime (par exemple, une tâche d'observation passive). En outre, y compris une animation entre stimuli avec un effet sonore qui l'accompagne (peut-être semblables à ceux utilisés au cours de la séquence d'étalonnage) peut aider à réorienter l'attention à l'affichage pour les enfants dont l'attention est devenue caduque. En outre, le positionnement de cette animation inter-stimulus dans un emplacement prédéfini peut faire en sorte que tous les modèles d'exploration visuelle commence au même endroit pour tous les participants.
9. Si le travail de recherche est longue, l'expérimentateur peut utiliser cette animation entre stimuli comme une "ancre" pour déterminer si dérive de l'étalonnage est en cours. Typically, si la dérive est supérieure à 3 degrés de l'angle visuel, ré-étalonnage doit être administré. En outre, si plusieurs tâches ou des essais sont inclus, ré-étalonnage est recommandée entre chacun afin d'éliminer la dérive au cours de tests.

4. Analyse

1. La plupart des eye-tracking systèmes céder fichiers de données brutes qui comprennent, au minimum, d'un horodatage, les coordonnées X et Y du point de ce qui concerne (parfois pour les deux yeux), la distance de l'écran ou de relance, avec un indice qui caractérise une événement ou un changement dans la présentation du stimulus. Certains logiciels donnent aussi des informations sur diamètre de la pupille et les paramètres de fixation.
2. Comment on choisit de condenser la vaste quantité de données brutes est déterminé par la question de recherche. Le plus souvent, l'objectif est de caractériser mesures de la densité de fixation et / ou de la dynamique oculomoteurs. Cependant, une fois ces constructions sont caractérisées, constructions superordonnés comme l'attention et la mémoire peuvent être examinés en vertu de specconditions de conception IFIC.
3. Densité de fixation: Alors que de nombreux algorithmes différents existent qui caractérisent la densité de fixation ^15, tous les analyser deux composantes principales: l'information temporelle et spatiale. Par exemple, une fixation peut être définie comme le point de ce qui concerne en restant dans un diamètre de 1 ° d'angle visuel d'au moins 100 millisecondes, si ces paramètres sont souvent ancrées par la question de recherche. Communs variables dépendantes comprennent le nombre de fixations, la durée moyenne de la fixation, et le temps de fixation totale, et la disposition spatiale et / ou une séquence de fixations individuels (c.-à-trajets de balayage) ^16.
4. Analyses de fixation sont souvent menées dans prédéfinies "zones d'intérêt» (AOI). Les chercheurs peuvent être intéressés à savoir si les enfants avec et sans ASD diffèrent dans leur temps de fixation à ZI spécifiques (comme les yeux sur un visage), leur temps de latence à ZI fixer en premier lieu, ou dans les habitudes de leur regard oscille entre ZI. En outre, les mesures énuméréesau point 4.3 peut également être appliquée à des analyses AOI.
5. Les enfants atteints de TSA, en particulier ceux ayant une déficience de l'attention soutenir, présentent souvent des données manquantes regard plus que chez les témoins. Cela peut se produire toute l'attention voulue moins visuelle à des stimuli à l'écran ou par le clignotement excessif (parfois produit par un affichage trop clair ou un environnement de test trop sombre). Pour contrôler les différences entre les données manquantes entre les groupes, les chercheurs peuvent vouloir mener un examen en tant que proportion du temps le regard à l'écran au lieu de valeurs absolues qui peuvent être confondus par les données manquantes. En outre, afin de se protéger contre des données non fiables causés par un échantillonnage insuffisant, les chercheurs devraient exiger que tous les participants qui sont inclus dans l'échantillon final passer un "temps minimum" coupé. La spécificité de cette coupe sera hors varier selon l'étude, mais en général, les participants avec plus suspect que manque les données enregistrées doivent être pris en considération.
6. Contrairement à l'analyse de fixation, la vitesse algorithmes basés sur l'incorporer chAnge à la distance euclidienne entre les enregistrements ultérieurs et de se concentrer principalement sur les saccades. Une saccade est indiqué lorsque la vitesse (distance / temps) dépasse un certain seuil. Si les enregistrements simultanés ne dépasse pas ce seuil de vitesse pour une période de temps spécifiée, une fixation est indiqué.
7. Dynamics oculomoteurs: Caractériser les dynamiques oculomoteurs nécessite un échantillonnage élevée eye-tracking système qui est suffisamment sensible à des changements subtils dans la position des yeux et le mouvement des yeux. Bien que de nombreuses variables dépendantes peuvent être étudiés dans le cadre de la dynamique oculomoteurs, y compris les saccades oculaires, la dérive et de poursuite, tous les indices de repos sur la vitesse de mouvement des yeux. Caractériser cette vitesse est basée sur deux propriétés (c.-à-distance et le temps) et permet ainsi à l'examen d'autres propriétés de la dynamique oculomoteurs, y compris la distribution ou le motif de vitesses saccade, la distribution ou le motif de la saccade d'amplitude, la distribution ou le motif de saccade DURATionique, ainsi que le temps de latence de la saccade et la précision de la saccade de terminaison (c.-à-gain). Paradigmes communs incluent des tâches saccades visuellement guidées, des tâches, des tâches de mémoire antisaccade saccades guidées, et les tâches saccades prédictives. ^{7, 17} La littérature existante contient un vaste corpus de recherches sur la dynamique des saccades qui pourraient bénéficier les chercheurs intéressés ^18-20.

5. Les résultats représentatifs

Figure 3. La figure 3 représente une carte de fixation généré dans la recherche par notre groupe. On voit ici les fixations individuels, représentés par des cercles violets, par un seul enfant atteints de TSA pendant l'affichage d'une image statique. Fixations de tâches et d'autres semblables sont analysés à travers les participants afin de déterminer si les enfants avec et sans ASD se distinguent par leur attention visuelle à divers sites d'intérêt.

. Figure 4 Figure 4 représente un exemple d'un produit final qui comprend un grand nombre des étapes décrites ci-dessus, y compris: 1) l'application d'un filtre à la fixation des données brutes regard, 2) l'attribution de fixations spécifiques ZI, et 3) de condensation et de comparer les modes de fixations à travers un groupe de développement typique (DT) et les enfants d'un groupe d'enfants atteints de TSA. Plus précisément, ce chiffre démontre que dans un paradigme de l'exploration visuelle, les enfants atteints de TSA explorer (c.-à-obsédées) moins d'images sociales des enfants TD quand "haute autisme intérêt» (HAI) en même temps que les objets sont affichés. Lorsque "l'autisme faible intérêt» (LAI) des objets sont présentés avec des stimuli sociaux, cependant, l'exploration des images sociales ne diffèrent pas significativement entre les groupes, ce qui suggère que l'attention sociale en matière de TSA est modulée en fonction de la pertinence relative de stimuli concurrents ^21.

Discussion

L'émergence de eye-tracking comme un outil objectif et accessible pour l'examen des caractéristiques perceptives des troubles psychiatriques a facilité la recherche sur l'attention visuelle anormale et les modèles oculomoteurs qui contribuent à des caractéristiques cliniques de TSA. Une application particulièrement prometteur de ce travail a été d'étudier les jeunes enfants atteints de TSA afin de capturer en début de nouveaux mécanismes de développement de la maladie. Alors que les enquêtes avec ce groupe d'âge sont essentielles pour éclairer le cours au début et les caractéristiques des TSA, le faire avec des paradigmes comportementaux traditionnels a souvent été difficile étant donné les déficiences sociales et communicatives qui existent dans cette population. Eye-tracking peuvent atténuer certaines de ces exigences de la tâche en fournissant une mesure directe et quantifiable des préférences visuelles et contempler le comportement. En fin de compte, cette approche peut aider à révéler des informations importantes pendant une période critique dans le développement de TSA, un processus de that à son tour pourrait informer l'identification précoce et d'intervention.

Malgré ces avantages, eye-tracking de jeunes enfants atteints de TSA est compliquée par un certain nombre de défis méthodologiques. Les détails du protocole actuel des lignes directrices pour la mise en œuvre eye-tracking avec cette population. Bien que les suggestions présentées ici sont limités à communs et disponibles dans le commerce cornéenne réflexion eye-tracking systèmes, en particulier ceux qui ne restreignent pas le mouvement des participants et permet de corriger mouvement de la tête, ils sont conçus pour fournir un enseignement général pour les chercheurs intéressés. La conception optimale est souvent une étude spécifique, mais des recommandations générales comprennent le choix des équipements et la création d'un environnement de test qui sont propices à l'étude de cette population, la mise en œuvre des procédures qui minimisent les obstacles et les distractions potentielles, et en poursuivant des stratégies appropriées d'analyse.

L'adoption de telles pratiques peuvent accélérer la recherche eye-trackingvisant à examiner début des manifestations des symptômes de TSA, mais ils peuvent aussi porter sur des groupes de recherche qui s'intéressent à eye-tracking de jeunes enfants, plus largement, y compris les nourrissons ^22, ainsi que les enfants ayant une déficience intellectuelle autres que l'autisme. En outre, les chercheurs peuvent vouloir s'inspirer de ces recommandations en incorporant eye-tracking avec d'autres mesures physiologiques, tels que l'EEG, la conductance électrique de la peau et la fréquence cardiaque de surveillance, afin de fournir un profil plus complet de la réponse psychobiologique. La disponibilité croissante de mobiles eye-tracking systèmes améliore également la possibilité d'étendre l'étude du comportement du regard dans les TSA dans des contextes plus écologique valables, y compris l'interaction sociale en direct. Ces designs innovants devraient augmenter en popularité dans les années à venir.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eye-tracker	Tobii	Tobii 60XL	A stand-alone corneal reflection based system. Eye-tracker is integrated into 24" TFT widescreen monitor. Records at 60Hz. Shown in Figure 2. This is one of several systems that allows for head motion (in this case, within a cubic space of 40x20x27cm from a distance of 60cm, while retaining an average accuracy of ~0.5° of visual angle).
Eye-tracker Control Software	Tobii	Tobii Studio v. 2.1.14
Fixation Analysis Program	Tobii	Tobii Studio v. 2.1.14	Fixation analysis in Figure 3 generated using this program. Output in Figure 4 generated in external software.