Глаз отслеживания молодых детей с аутизмом

Summary

Глаз слежения уже давно используется для изучения взгляд модели в типично развивающихся людей, но последние технологические достижения сделали ее использование с клиническими населения, включая аутизм, более реальным. В то время как глаза отслеживания детей с аутизмом могут предложить понимание ранние проявления симптомов, она включает в себя методологические проблемы. Предложения по наилучшей практике предоставляются.

Abstract

Рост доступных коммерческих глаз слежения системы вызвал резкое увеличение их использования в психологических и психиатрических исследований. Обеспечивая прямые, подробной и объективной мерой взгляд поведение, глаз отслеживания стал ценным инструментом для изучения ненормальной восприятия стратегии в клинической населения и был использован для выявления расстройства, специфические характеристики ^1, способствовать раннему выявлению ^2, и проинформировать лечения ³ . В частности, исследователи расстройств аутистического спектра (ASD) выиграли от интеграции глаз слежения в своих исследовательских парадигм ^4-7. Eye-слежения в значительной степени использовались в этих исследованиях, выявить механизмы, лежащие в основе нарушения выполнения задачи ⁸ и ненормального функционирования мозга ^9, особенно при обработке социальной информации ^1,10-11. В то время как старшие дети и взрослые с расстройствами аутистического спектра составляет преобладание исследований в этой области, глаз слеженияможет быть особенно полезным для изучения детей раннего возраста с нарушением, как это предлагает неинвазивный инструмент для оценки и количественного рано возникающих аномалий развития ^2,12-13. Реализация глаз слежения с маленькими детьми с расстройствами аутистического спектра, однако, связано с рядом уникальных проблем, включая проблемы с совместимым поведение в результате специфических требований задачи и расстройство связанных психосоциальной соображений. В этом протоколе, мы подробно методологических соображений оптимизации дизайна исследования, сбор данных и психометрический анализ в то время как глаза отслеживания детей с расстройствами аутистического спектра. Даны рекомендации также предназначены для более широкого применения для глаз для отслеживания детей с другими отклонениями в развитии. Предлагая рекомендации по наилучшей практике в этой области основаны на уроки, извлеченные из нашей работы, мы надеемся помочь другим исследователям сделать саунд-дизайн исследования и анализ выборов, избегая распространенных ошибок, которые могут поставить под угрозу данныеПриобретение в то время как глаза отслеживания детей с расстройствами аутистического спектра или другие трудности развития.

Protocol

1. Eye-Tracking оборудование

Несмотря на различные взгляды слежения системы имеются в продаже, те, которые являются наиболее благоприятными для тестирования детей с расстройствами аутистического спектра имеют следующие особенности:

1. Прежде всего, глаз-трекер необходимо для учета движения головы, которые если не принять, может поставить под угрозу целостность полученных данных взглядом. Хотя многие старые системы обеспечило точное отслеживание через голову стабилизация за счет использования подбородка отдыха или голова установлены системы (см. Рисунок 1), эти параметры не являются идеальными для глаз отслеживания решений для маленьких детей, которые могут противостоять попыткам ограничить движения головы или есть оборудование, предъявляемые к ним. К счастью, большинство современных коммерческих инфракрасный глаз видео-систем отслеживания использования справочной системы на основе отражения роговицы, которые являются устойчивыми к мелким движениям головы. Eye-системы слежения, которые либо предлагают интегрированные решения для удаленного или голова отслеживания предпочтительнее и в настоящее время широкоеют доступны.
2. Ненавязчивый глаза системы слежения, которые не вмешиваются в тестировании сессии рекомендуется для тестирования детей с расстройствами аутистического спектра. Это могут быть модели, которые интегрированы в монитор (например, технология Tobii модели TX300, T60XL или T120, сенсомоторная модель инструменты RED500), или настольные версии (например, технология Tobii TX300, X120, прикладных наук лаборатории модель D6 оптика ; SR исследований модель EyeLink 1000) помещены незаметно в кругу участников. В настольной версии не привязаны к определенному размеру экрана, они предлагают увеличить методологической гибкости, но менее автоматизирован и может потребовать больше ручной настройки.
3. Исследователи должны также выбрать для глаз система слежения с частотой дискретизации подходит для решения их вопросов исследования. Большинство роговицы глаза отражением системы слежения не менее частота дискретизации 50 Гц (то есть, 50 точек данных в секунду), что является достаточным для изучения восприятия PATT маленьких детейerns во время визуальной проверки статических изображений ¹³ и динамическое видео ^10. Тем не менее, исследователи заинтересованы в тонком поведение глазодвигательных ¹⁴ (например, плавное преследование, усиления и / или экспресс-саккад), хотят вкладывать средства в системы с более высокой частотой дискретизации (т.е. ≥ 250 Гц). Знайте, что в некоторых системах, которые позволяют несколько вариантов частоты дискретизации, более высокую частоту дискретизации часто включена в счет свободы движений головы, делая ее более трудно держать ребенка в кинетическую глаз слежения диапазона. Высшая частота кадров требуют быстрого отбора и обработки видео данных, который обычно достигается путем обрезки изображение, полученное с камеры. Это приводит к уменьшению используемой поле зрения, что тем самым снижает диапазон допустимых движений головы. Исследователи, которые используют системы, которые предлагают различные варианты частота дискретизации должна выбрать тот, который достаточно высок, чтобы решать свои исследования вопроса, но достаточно низко, чтобы обеспечить ожидаемый уровеньдвижений головы.

2. Окружающая среда тестирования и Стимулы

1. Редкие декор комнаты рекомендуется для непосредственного отслеживания глаз среды для того, чтобы свести к минимуму вероятность того, что внимание ребенка обращается за пределами экрана. Кроме того, тускло освещенной комнате помогает уменьшить значимость конкурирующих без дисплея раздражители.
2. Однако, поскольку некоторые маленькие дети с аутизмом могут возникнуть визуальные и / или слуховой гиперчувствительности, исследователи должны избегать испытания в полностью затемненной комнате, которая повышает яркость дисплея или в том числе слишком громко или резкие звуковые эффекты в своих выступлениях, так как это может быть отвращение для некоторых детей с расстройствами аутистического спектра и привести к снижению проверки на соответствие. Darkened среды также может увеличить расширение зрачков, что может сделать ученик труднее отслеживать, хотя это может варьироваться в зависимости от глаз отслеживания оборудования. В большинстве случаев, стандартный офисного освещения рекомендуется.
3. Для furtheГ уменьшить шансы ребенка отвлекаться от дисплея, экспериментатор не должны быть видны участвующим ребенка. Это может быть достигнуто путем размещения раздела между глазом станцию ​​сопровождения и экспериментатор, пилотируемый компьютером или просто позиционирование экспериментатора вне поля зрения от участника. Вторая камера может помочь сохранить экспериментатор зрения участника в этой ситуации. Более того, некоторые коммерческие глаз-трекеры интегрировать камеру в монитор таким образом, что видео участника передается в режиме реального времени к компьютеру для мониторинга экспериментатор.

3. Процедуры

1. Маленькие дети, особенно те, ASD, может быть, опасения по поводу переживает роман среды тестирования. Хотя до знакомства с пространством испытаний и / или экспериментатор может помочь смягчить эти чувства, это не всегда возможно. Как минимум, опасаться дети должны быть в сопровождении родителей или familiар взрослых во всем тестирования сессии. В некоторых случаях исследователи должны быть готовы проявить терпение, пока ребенок становится приспособлены к новым условиям.
2. До начала процедуры начинается, экспериментатор может выбрать для детских видео-и мультфильмов игры на экране монитора. Это часто помогает сделать ребенку чувствовать себя более непринужденно обеспечивая при этом внимание направлено на тестирование дисплея. Экспериментатор может затем воспользоваться привлекли внимание ребенка на положение ребенка в глаз отслеживания ассортимента и переход непосредственно в калибровки.
3. Места для ребенка необходимо учитывать вертикальную регулировку для того, чтобы гарантировать, что все дети, независимо от высоты и положения, могут быть размещены в глаз отслеживания диапазона. В то время как расстояние от стула на дисплее будет зависеть от размера экрана и требуемый угол зрения, высота стула должна быть скорректирована основана на рост ребенка так, чтобы линия сIGHT является стандартным для всех участников. Потому что не все дети сидят в кресле, точно так же, также часто необходимо немного изменить участника к дисплей расстояние для того, чтобы гарантировать, что каждый ребенок находится на оптимальном расстоянии от экрана для приобретения высококачественных данных . Это расстояние будет указано на глаз слежения производителя, и легче всего достигается с помощью мобильного кресла.
4. Экспериментаторы могут сначала попытаться иметь ребенка, если мало, сидеть в одиночестве в пряжками сиденье на регулируемой лифте или в переносном высоком стуле, который крепится к регулируемым по высоте офисные кресла. Мы также имели успех, используя стул Rifton, особенно с детьми, которые использовали его ранее в классе или в домашних условиях, так как он легко положение и помогает ограничить подвижность, что может привести к потере данных.
5. Дети, которые остаются только совместимые, сидя на коленях у воспитателя, или которым требуется поддерживать тело уход окп. обеспечивает, также могут быть размещены с воспитателя сидеть в офисном кресле, которое может быть поднята или опущена в положение ребенка в нормируемые показатели расстояния. На рисунке 2 приведен пример этой установки. Статистика в отношении круга против стул заседании должны быть всегда в розницу для анализа возможных путает. Для того, чтобы гарантировать, что только ребенка, глаза приобрели глазом трекера, исследователи могут носить воспитателей инфракрасного блокирование или непрозрачные очки, или просто учить их закрывать глаза во время тестирования. Обслуживающий персонал должен быть проинструктирован и будет еще и воздерживаться от устно или невербально общаться с ребенком во время процедуры тестирования.

Рисунок 1. Головке глаза системы слежения.

Рисунок 2.

6. Для глаз отслеживания систем, которые обеспечивают экспериментатор с окном отображения глазами участника в пределах разрешенного движения головы, глаз ребенка должно быть расположено в средней части окна, чтобы увеличить шансы того, что глаз трекер будет сохранять изображение в глаза, даже если ребенок сутулится, поправляет или качается во время тестирования.
7. После правильно расположены, экспериментатор должен начать процедуру калибровки. Как маленькие дети с аутизмом могут быть неспособны или не желают следовать словесной инструкции искать в определенных местах на экране (как это характерно для многих последовательности калибровки), использование динамических раздражителей, сопровождается звуком, может более эффективно привлекать внимание и тем самым привести Более точные данные взглядом. Как правило, 5-балльной последовательность кратких достаточно, чтобы сохранитьребенка внимание, а также обеспечивает точную калибровку. Глаз слежения исследования с детьми часто используют только 2 точки калибровки в то время как 9-точечная калибровка характерно для исследований с подростками и взрослыми.
8. Экспериментаторы могут максимизировать визуальное внимание ребенка на дисплей во время тестирования по проектированию кратким и убедительным задача, которая имеет минимальные требования задачи (например, пассивные задача просмотра). Кроме того, в том числе между стимулом анимации с сопровождающей звуковой эффект (возможно, аналогичные тем, которые используются во время калибровки) может помочь перенаправить внимание на дисплей для детей, чье внимание истек. Кроме того, позиционируя это между стимулом анимации в определенном месте может гарантировать, что все визуальные модели сканирование начинается в одном месте для всех участников.
9. Если исследование задачи является длительным, экспериментатор может использовать эту между стимулом анимации «якорь», чтобы определить, калибровка дрейф происходит. Typicallу, если дрейф превышает 3 градусов угол зрения, повторная калибровка должна быть введена. Кроме того, если несколько задач или испытаний включены, повторная калибровка рекомендуется между каждым устранить дрейф в течение испытания.

4. Анализ

1. Большинство глаз слежения системы дают исходные данные, которые включают, как минимум, метки, X и Y координаты точки связи (иногда для обоих глаз), расстояние от экрана или стимул, а также индекс, который характеризует события или изменения в стимул презентации. Некоторые программы также получить информацию о диаметр зрачка и фиксацией показателей.
2. Как выбирают для конденсации огромного количества исходных данных определяется на вопросы исследования. Чаще всего целью является характеризуют метрику плотность фиксации и / или глазодвигательных динамику. Однако, как только эти конструкции характеризуются, вышестоящего конструкций, таких как внимание и память могут быть рассмотрены в спецификацииБР условия проектирования.
3. Фиксацию плотности: в то время различные алгоритмы существуют, которые характеризуют фиксации плотность ^15, все проанализировать двух основных компонентов: временные и пространственные данные. Например, фиксация может быть определена как точка отношении оставшихся в диаметре 1 ° угол зрения, по крайней мере 100 миллисекунд, хотя эти параметры часто закреплены на вопрос исследования. Общие зависимые переменные включают число записей, средняя продолжительность фиксации, и общее время фиксации, и пространственное расположение и / или последовательность отдельных фиксации (например, сканирование путей) ^16.
4. Фиксация анализов часто проводятся в заранее "Сфера интересов" (АОИ). Исследователи могут быть заинтересованы в ли дети с расстройствами аутистического спектра и не отличаются по времени фиксации на конкретных AOIs (такие, как глаза на лице), их задержка в первую AOIs фиксатора, и в характере их взгляд перемещается между AOIs. Кроме того, перечисленные метрикив 4.3 также может быть применен к AOI анализа.
5. Дети с расстройствами аутистического спектра, в частности, с нарушениями в поддержании внимания, часто демонстрируют более отсутствующий взгляд данные, чем в контрольной. Это может произойти из-за менее визуальное внимание на экране стимулов или чрезмерное мигает (иногда производится на слишком ярком дисплее или слишком темным среды тестирования). Для контроля за недостающие данные различия между группами, исследователи могут хотите провести анализ как часть взгляда время экране, а не в абсолютных значениях, которые могут быть озадачены недостающие данные. Кроме того, в целях защиты от ненадежных данных, вызванные недостаточной выборки, исследователи должны требовать, чтобы все участники, которые будут включены в окончательный образец пройти "Минимальное время" отрезать. Специфика этого отсечения будет зависеть от исследования, но в целом участники с более, чем отсутствие записанных данных следует считать подозреваемым.
6. В отличие от фиксации анализа скорости алгоритмы включают чАнж в евклидово расстояние между последующими записями и ориентированы прежде всего на саккад. Саккады указывается, когда скорость (расстояние / время) превышает определенный порог. Если одновременно записи не превышает этого порога скорости указанный период времени, фиксация указывается.
7. Глазодвигательные Динамика: Характеризуя динамику глазодвигательных требует высокой выборки глаз системы отслеживания, которые достаточно чувствительны к тонким изменениям в положении глаз и движения глаз. Хотя многие зависимые переменные могут быть исследованы в рамках глазодвигательных динамику в том числе саккад, глазные дрейф, и погони, все остальные показатели по скорости движения глаз. Характеризуя эту скорость основана на двух свойствах (например, расстояние и время) и, следовательно, дает возможность изучения других свойств глазодвигательных динамика, в том числе в отношении распределения или структуры саккады скорости, распределения или структуры саккады амплитуды, распределения или структуры саккады duratиона, а также задержки саккады и точность прекращения саккады (т.е. прибыль). Общие парадигмы включает визуально руководствоваться саккады задач, antisaccade задач, памяти, управляемые задачи саккады и интеллектуального задач саккады. ^{7, 17} сохранившихся литературе имеется большое количество исследований по динамике саккады, что может принести пользу заинтересованных исследователей ^18-20.

5. Представитель Результаты

Рисунок 3. Рисунок 3 представляет собой фиксацию карты генерируется в исследованиях нашей группы. Показанный здесь отдельные фиксации глазами фиолетовые круги, на одного ребенка с аутизмом при просмотре статических изображений. Фиксация этого и подобных задач, анализируются через участников для определения детей с расстройствами аутистического спектра и не отличаются по своим визуальным внимание на различные AOIs.

. Рисунок 4 Рисунок 4 представляет собой пример конечного продукта, что включает в себя многие шаги, описанные выше, в том числе: 1) применение фиксацию фильтра к необработанным данным взглядом, 2) назначение фиксации конкретных AOIs, и 3), конденсации и сравнения моделей фиксации всей группы обычно развивается (TD), дети и группы детей с расстройствами аутистического спектра. Более конкретно, эта цифра показывает, что в парадигме визуального исследования, дети с расстройствами аутистического спектра изучения (например, фиксатора) меньше социальных изображений TD детей, когда «Высокий интерес аутизм" (HAI) объектов одновременно отображаются. Когда "Low Аутизм интересов" (ИЛП) объекты представлены социальные стимулы, однако, исследование социальных изображения не отличаются между группами, предполагая, что общественного внимания в ASD модуляции основана на относительной значимость конкурирующих стимулов ^21.

Discussion

Появление глаз отслеживания как объективный и доступный инструмент для изучения восприятия характеристик психических расстройств способствовало исследование аномальных зрительного внимания и глазодвигательные паттерны, которые способствуют клинические характеристики ASD. Особенно перспективно применение данной работы было изучение детей с расстройствами аутистического спектра, чтобы захватить рано развивающейся механизмов развития заболевания. В то время как исследования с этой возрастной группы имеют важное значение для освещения начале курса и характеристики ASD, делает это с традиционной поведенческой парадигмы часто сложным, учитывая социальные и коммуникативные нарушения, которые существуют в этой группе населения. Глаз слежения может облегчить некоторые из этих задач требованиям, обеспечивая прямой и количественной мерой визуальных предпочтений и смотреть поведение. В конечном счете, такой подход может помочь раскрыть важную информацию в течение критического периода в развитии ASD, процесс тхат, в свою очередь могут сообщить раннего выявления и вмешательства усилий.

Несмотря на эти преимущества, глаз отслеживания детей с расстройствами аутистического спектра осложняется рядом методологических проблем. В настоящее время детали протокола руководящие принципы для осуществления отслеживания глаз с этой группой населения. В то время как предложения, изложенные здесь ограничиваются общими и продаже роговицы отражения глаз слежения системы, особенно тех, которые не ограничивают участников движения и может исправить для движения головы, они разработаны, чтобы обеспечить общую инструкцию для заинтересованных исследователей. Оптимальная конструкция часто изучают конкретные, но общие рекомендации включают в себя выбор оборудования и создание тестовой среды, благоприятствующей для изучения этой группы населения, внедрение процедур, сводящих к минимуму препятствий и потенциальных отвлекающих факторов, и проведение соответствующих аналитических стратегий.

Принятие такой практики могут ускорить глаз отслеживания исследованиянаправленные на изучение ранним симптомом проявления ASD, но они также могут относиться к исследованиям групп, заинтересованных в глаз отслеживания детей более широко, в том числе детей ^22, а также детей с отклонениями в развитии, кроме аутизма. Кроме того, исследователи могут хотите построить на эти рекомендации, включив в глаза отслеживания с другими физиологическими мерами, такими как ЭЭГ, гальваническая проводимость кожи, пульс контроль, чтобы обеспечить более полный профиль психобиологических ответ. Повышение доступности мобильной глаза следящие системы и повышает возможность расширить изучение взгляд поведение в ASD в более экологически действительный контекст, в том числе живой социального взаимодействия. Эти инновационные проекты будут расти в популярности в ближайшие годы.

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.