Eye Tracking niños pequeños con autismo

Summary

Eye tracking se ha utilizado para estudiar patrones de la mirada en los individuos por lo general-en vías de desarrollo, pero los recientes avances tecnológicos han hecho que su uso con poblaciones clínicas, incluyendo el autismo, más factible. Mientras que el eye-tracking niños pequeños con autismo puede ofrecer una idea de las manifestaciones de los primeros síntomas, se trata de problemas metodológicos. Sugerencias para las mejores prácticas se proporcionan.

Abstract

El ascenso de acceso comerciales sistemas de eye-tracking ha impulsado un rápido aumento de su uso en la investigación psicológica y psiquiátrica. Al proporcionar una medida directa, detallada y objetiva del comportamiento de la mirada, el eye-tracking se ha convertido en una herramienta valiosa para el examen de las estrategias perceptivas anormales en poblaciones clínicas y se ha utilizado para identificar las características específicas de trastorno ^de-1, promover la identificación temprana ^2, e informar el tratamiento ³ . En particular, los investigadores de los trastornos del espectro autista (TEA) se han beneficiado de la integración de eye-tracking en sus paradigmas de investigación ^4-7. Eye-tracking ha sido ampliamente utilizada en estos estudios para revelar los mecanismos subyacentes a la ejecución de tareas deterioro de la ⁸ y ⁹ funcionamiento anormal del cerebro, sobre todo durante el procesamiento de información social ^1,10-11. Mientras que los niños mayores y adultos con TEA comprenden la preponderancia de la investigación en esta área, el eye-trackingpuede ser especialmente útil para el estudio de los niños con el trastorno, ya que ofrece una herramienta no invasiva para la evaluación y cuantificación de las primeras anomalías en el desarrollo emergentes ^2,12-13. Implementación de eye-tracking con niños pequeños con TEA, sin embargo, se asocia con una serie de desafíos únicos, incluyendo problemas con la conducta de cumplimiento derivadas de las demandas de tareas específicas y relacionadas con el trastorno, consideraciones psicosociales. En este protocolo, se detallan las consideraciones metodológicas para optimizar el diseño de la investigación, la adquisición de datos y análisis psicométrico, mientras que el eye-tracking niños pequeños con TEA. Las recomendaciones proporcionadas también están diseñados para ser más ampliamente aplicable para los niños eye-tracking con otras discapacidades del desarrollo. Al ofrecer directrices sobre las mejores prácticas en estas áreas sobre la base de las lecciones derivadas de nuestro propio trabajo, esperamos poder ayudar a otros investigadores hacen diseño de la investigación del sonido y las opciones de análisis, mientras que evitar los errores comunes que pueden comprometer los datosmientras que la adquisición de eye-tracking niños pequeños con dificultades en el desarrollo de ASD o de otra índole.

Protocol

1. Eye-Tracking Equipo

Aunque una variedad de sistemas de seguimiento de los ojos están comercialmente disponibles, los que son más propicias para probar los niños pequeños con TEA comparten las siguientes características:

1. En primer lugar, el ojo-tracker necesita tener en cuenta para el movimiento de la cabeza, que si no se corrige, puede comprometer la integridad de los datos adquiridos mirada. Mientras que muchos sistemas antiguos garantiza un seguimiento preciso a través de la estabilización de la cabeza a través de la utilización de un mentón de descanso o de los sistemas montados en la cabeza (ver Figura 1), estas opciones no son ideales eye-tracking soluciones para los niños pequeños que pueden resistir los esfuerzos para restringir el movimiento de la cabeza, o disponer de un equipo colocado sobre ellos. Afortunadamente, la mayoría comerciales modernos de video infrarrojas eye-tracking sistemas utilizan un sistema de referencia a partir de reflexiones corneales que son resistentes a los movimientos de la cabeza de menor importancia. Sistemas de seguimiento del ojo-que, o bien ofrecer soluciones integradas en la cabeza o el mando a distancia de seguimiento son los preferidos y ahora son de ancholy disponible.
2. Discreto seguimiento de los ojos-los sistemas que no interfieren con la sesión de pruebas se recomiendan para evaluar a los niños con TEA. Estos pueden ser los modelos que se integran dentro de un monitor (por ejemplo, los modelos de tecnología Tobii TX300, T60XL o T120, modelo Instrumentos sensomotor RED500), o las versiones de sobremesa (por ejemplo, la tecnología Tobii TX300, X120, Ciencias Aplicadas Laboratorios modelo D6 Óptica ; SR modelo de investigación EyeLink 1000) coloca discretamente dentro del alcance del participante. Como las versiones de sobremesa no están limitados a un tamaño de pantalla específico, que ofrecen una mayor flexibilidad metodológica, pero son menos automatizadas y pueden requerir un ajuste más manual.
3. Los investigadores también debe seleccionar un sistema de seguimiento ocular, con una tasa de muestreo adecuado para hacer frente a sus preguntas de investigación. La mayoría de la córnea del ojo-reflexión de rastreo sistemas tienen una tasa de muestreo mínima de 50 Hz (es decir, 50 puntos de datos por segundo), lo cual es adecuado para el examen de Patt niños pequeños perceptivoRER durante su exploración visual de las imágenes estáticas y vídeos dinámicos ^{13 10.} Sin embargo, los investigadores interesados ​​en el comportamiento oculomotor sutil ¹⁴ (por ejemplo, la búsqueda de ganancia sin problemas, y / o movimientos sacádicos express) va a querer invertir en un sistema con una frecuencia de muestreo más alto (es decir, ≥ 250 Hz). Tenga en cuenta que en algunos sistemas que permiten varias opciones de frecuencia de muestreo, las mayores tasas de muestreo de frecuencia están habilitados a expensas de la libertad de movimiento de la cabeza, por lo que es más difícil mantener a un niño cinética dentro del rango de seguimiento ocular. Las tasas más altas de marco requieren un muestreo más rápido y el procesamiento de datos de vídeo, que se realiza típicamente por recorte de la imagen obtenida de la cámara. Esto resulta en una reducción del campo utilizado de vista, que de ese modo reduce el rango de movimiento de la cabeza permisible. Los investigadores que utilizan los sistemas que ofrecen diferentes opciones de frecuencia de muestreo debe seleccionar uno que sea lo suficientemente alto como para hacer frente a su pregunta de investigación, pero lo suficientemente bajo como para permitir niveles esperadosdel movimiento de la cabeza.

2. Pruebas de Medio Ambiente y Estímulos

1. Decoración de la habitación dispersa se recomienda para la inmediata eye-tracking entorno con el fin de reducir al mínimo las posibilidades de que la atención del niño se dibuja fuera de la pantalla. Del mismo modo, una habitación con poca luz ayuda a reducir la prominencia de la competencia sin pantalla estímulos.
2. Sin embargo, debido a que algunos niños con TEA pueden experimentar visual y / o hipersensibilidad auditiva, los investigadores deben evitar las pruebas en una habitación totalmente a oscuras que realza el brillo de la pantalla o la inclusión de efectos de sonido excesivamente fuertes o sacudidas en sus presentaciones, ya que pueden ser aversivo para algunos niños con TEA y el resultado en el cumplimiento de la prueba reducida. Ambientes oscuros también puede aumentar dilatación de la pupila que puede hacer que los alumnos más difíciles de rastrear, aunque esto puede variar dependiendo del equipo de seguimiento ocular utilizado. Para la mayoría de los casos, la iluminación de oficina estándar se recomienda.
3. Para further reducir las posibilidades de que el niño se distraiga fuera de la pantalla, el experimentador no debe ser visible para el niño participante. Esto puede lograrse mediante la colocación de una partición entre la estación de seguimiento ocular y el ordenador host experimentador-tripulada o simplemente colocando el experimentador fuera de la vista del participante. Una segunda cámara puede ayudar a retener el experimentador una vista del participante en esta situación. De hecho, algunos comerciales de los ojos de los seguidores de integrar una cámara en la pantalla de modo que el vídeo del participante que se transmite en tiempo real al ordenador central para el control del experimentador.

3. Procedimientos

1. Los niños pequeños, especialmente aquellos con un TEA, puede ser aprensivo acerca de experimentar un entorno de prueba nueva. Mientras que la familiaridad con el espacio antes de las pruebas y / o investigador puede ayudar a aplacar estos sentimientos, esto no siempre es posible. Como mínimo, los niños inquietos deben ir acompañados por un padre o familiar de adultos en toda la sesión de pruebas. En algunos casos, los investigadores deben estar preparados para ser pacientes, mientras que el niño se convierte en acomodarse al nuevo entorno.
2. Antes de la sesión de pruebas comienza, el experimentador puede elegir tener el vídeo para niños de dibujos animados o jugar en el monitor. A menudo, esto ayuda a que el niño se sienta más a gusto al mismo tiempo garantizar la atención se dirige hacia la pantalla de prueba. El experimentador puede entonces aprovechar las atrajo la atención del niño a la posición del niño dentro del rango de seguimiento ocular y la transición directamente en la secuencia de calibración.
3. Asientos para el niño debe permitir el ajuste vertical con el fin de asegurar que todos los niños, independientemente de la altura y la postura, se puede colocar dentro del rango de seguimiento ocular. Si bien la distancia de la silla de la pantalla dependerá del tamaño de la pantalla y el ángulo visual deseado, la altura de la silla tiene que ser ajustada en base a la estatura del niño de modo que la línea de sDERECHO es estándar para todos los participantes. Debido a que no todos los niños se sientan en la silla en la misma forma, también es a menudo necesario ajustar ligeramente la distancia participante a la pantalla con el fin de asegurar que cada niño se coloca a una distancia óptima de la pantalla para la adquisición de datos de alta calidad . Esta distancia será especificado por el fabricante de seguimiento ocular, y se logra más fácilmente mediante el uso de una silla móvil.
4. Los experimentadores puede intentar primero que el niño, si es lo suficientemente pequeño, se siente solo en un asiento de seguridad abrochado en un elevador ajustable o en una silla portátil de alta que se une a silla de oficina de altura ajustable. También hemos tenido éxito en el uso de una silla Rifton, sobre todo con los niños que lo han utilizado con anterioridad en las aulas o en casa, ya que es fácil de colocar y ayuda a restringir la movilidad que puede resultar en la pérdida de datos.
5. Los niños que sólo quedan conformes, mientras que sentado en el regazo de la cuidadora, o que requieren que el cuerpo médico de apoyo a la can proporcionar, también pueden ser acomodados por tener sentada médico en una silla de oficina que se puede subir o bajar a la posición del niño dentro de los parámetros de distancia estandarizados. Véase la Figura 2 para un ejemplo de esta configuración. Las estadísticas con respecto sesión de vuelta frente al presidente siempre debe ser vendido al por menor para el análisis de posibles factores de confusión. Con el fin de garantizar que sólo los ojos del niño se adquieren por el rastreador de ojos, los investigadores pueden tener los cuidadores usan infrarrojos-bloqueo o gafas de sol opacas, o simplemente las instrucciones para que cerraran los ojos durante la prueba. Los médicos también deben ser instruidos para estar quietos y se abstengan de manera verbal o no verbal comunicación con el niño durante el procedimiento de prueba.

Figura 1. A la cabeza de montaje sistema de seguimiento ocular.

Figura 2.

6. Para los sistemas de seguimiento ocular que proporcionan el experimentador con una ventana con los ojos de los participantes en el intervalo de movimiento de la cabeza permitida, los ojos del niño debe colocarse en el centro de la ventana a fin de aumentar las posibilidades de que el seguidor ojo retendrá una imagen del ojo, incluso si los niño se inclina, se endereza o se balancea durante la prueba.
7. Una vez colocado correctamente, el investigador debe iniciar el procedimiento de calibración. Como los niños pequeños con TEA pueden ser incapaces o no están dispuestos a seguir instrucciones verbales para buscar a ubicaciones específicas en la pantalla (como es típico de muchas secuencias de calibración), el uso de estímulos dinámicos, acompañados por el sonido, puede captar la atención de manera más eficaz y por lo tanto dar lugar datos más precisos mirada. Típicamente, una secuencia 5-punto es suficientemente breve para retenerde atención del niño mientras que también proporciona una calibración exacta. Seguimiento de los ojos-los estudios con los niños a menudo emplean sólo una calibración de 2 puntos, mientras que una calibración de 9 puntos es típico de las investigaciones con adolescentes y adultos.
8. Los experimentadores pueden maximizar la atención visual del niño a la pantalla durante la prueba mediante el diseño de una tarea concisa y convincente que tiene demandas mínimas de trabajo (por ejemplo, una tarea de observación pasiva). Además, incluye una animación de estímulo entre otras, con un efecto de sonido que lo acompaña (quizás similares a los utilizados durante la secuencia de calibración) puede ayudar a redirigir la atención a la pantalla para los niños cuya atención ha caducado. Además, el posicionamiento de esta animación entre estímulos en una ubicación predefinida puede asegurar que todos los patrones de exploración visual comienzan en el mismo lugar para todos los participantes.
9. Si la tarea de investigación es largo, el experimentador puede usar esta animación estímulos inter-como un "ancla" para determinar si deriva de calibración que está ocurriendo. Suelen mostrarsey, si la deriva es superior a 3 grados de ángulo visual, re-calibración debe ser administrado. Además, si varias tareas o ensayos se incluyen, re-calibración se recomienda entre cada uno para eliminar la deriva en el transcurso de la prueba.

4. Análisis

1. La mayoría de los sistemas de eye-tracking obtener archivos de datos brutos que incluyen, como mínimo, un TIMESTAMP, X e Y las coordenadas del punto de la relación (a veces por los dos ojos), la distancia de la pantalla o de estímulo, junto con un índice que caracteriza a una suceso o cambio en la presentación del estímulo. Algunos programas de software también proporcionan información sobre el diámetro de la pupila y la métrica de fijación.
2. ¿Cómo se elige a condensar la gran cantidad de datos en bruto se determina por la pregunta de investigación. Mayoría de los casos el objetivo es caracterizar la métrica de la densidad de la fijación y / o la dinámica de oculomotores. Sin embargo, una vez que estas construcciones se caracterizan, constructos de orden superior tales como la atención y la memoria puede ser examinada con arreglo a las especificacionesIFIC condiciones de diseño.
3. Densidad Fijación: Si bien existen muchos algoritmos diferentes que caracterizan a la densidad de ^{15 de} fijación, todos los análisis de dos componentes principales: la información temporal y espacial. Por ejemplo, una fijación se puede definir como el punto de lo que se refiere restante dentro de un diámetro de 1 ° de ángulo visual de al menos 100 milisegundos, aunque estos parámetros se han anclado por la pregunta de investigación. Comunes variables dependientes incluir el número de fijaciones, la duración media de la fijación, y tiempo de fijación total, y la disposición espacial y / o la secuencia de las fijaciones individuales (es decir, las rutas de exploración) ^16.
4. Análisis de fijación se han llevado a cabo dentro de predefinidos "áreas de interés" (AOI). Los investigadores pueden estar interesados ​​en saber si los niños con y sin ASD difieren en su tiempo de fijación de AOI específicos (como los ojos en una cara), su latencia de AOI fijasen en primer lugar, o en los patrones de su mirada bascula entre la AOI. Además, las métricas enumeranen 4,3 también se puede aplicar a los análisis de AOI.
5. Los niños con ASD, en particular las personas con impedimentos en mantener la atención, a menudo exhiben los datos que faltan mirada más que en los controles. Esto puede ocurrir la debida atención a los estímulos menos visual en pantalla o parpadeo excesivo (a veces producida por una pantalla demasiado brillante o un entorno de pruebas muy oscuro). Para controlar la falta diferencias de datos entre los grupos, los investigadores lo desea, puede realizar un análisis de como proporción del tiempo de la mirada de la pantalla en lugar de en valores absolutos que pueden ser confundidos por la falta de datos. Además, con el fin de protegerse contra datos poco fiables debidos a un muestreo insuficiente, los investigadores deberían exigir que todos los participantes que están incluidos en la muestra final pasar un "tiempo mínimo" cortado. La especificidad de este punto de corte varía según el estudio, pero en general con los participantes sospechoso más falta que los datos registrados deben ser considerados.
6. En contraste con el análisis de la fijación, basados ​​en la velocidad de los algoritmos de incorporar el CHAnge en la distancia euclídea entre las grabaciones posteriores y se centran principalmente en movimientos sacádicos. Una sacada está indicada cuando la velocidad (distancia / tiempo) supere un determinado umbral. Si las grabaciones simultáneas no excedan este límite de velocidad por un período determinado de tiempo, la fijación se indica.
7. Dinámica Oculomotor: Caracterización de la dinámica de oculomotores requiere un muestreo de alta sistema de seguimiento ocular que sea lo suficientemente sensible a los cambios sutiles en la posición de los ojos y el movimiento de los ojos. Aunque muchas variables dependientes pueden ser investigados en el marco de la dinámica de oculomotores como movimientos sacádicos, deriva ocular, y la persecución, todos los demás índices de la velocidad del movimiento de los ojos. La caracterización de esta velocidad se basa en dos propiedades (es decir, la distancia y tiempo) y por tanto permite el examen de otras propiedades de la dinámica oculomotores, incluyendo la distribución o el patrón de las velocidades saccade, la distribución o el patrón de saccade amplitud, la distribución o el patrón de sacada DURATiónico, así como la latencia de saccade y exactitud de terminación saccade (es decir, la ganancia). Paradigmas más comunes son visualmente orientadas tareas sacada, tareas, tareas de memoria antisacádica guiadas sacada y las tareas de predicción sacada. ^{7, 17} La literatura existente contiene una gran cantidad de investigaciones sobre la dinámica de movimiento sacádico que podrían beneficiar a los investigadores interesados ^​​18-20.

5. Los resultados representativos

Figura 3. Figura 3 representa un mapa fijación generado en la investigación por nuestro grupo. Aquí se muestran las fijaciones individuales, representados por círculos de color púrpura, por un solo niño con TEA mientras ve una imagen estática. Fijaciones de las tareas de éste y de otros se analizan entre los participantes para determinar si los niños con y sin ASD difieren en su atención visual a AOI diferentes.

. Figura 4 Figura 4 representa un ejemplo de un producto final que incluye muchos de los pasos descritos anteriormente, que incluye: 1) la aplicación de un filtro de fijación a los datos mirada primas, 2) la asignación de las fijaciones a AOIs específicos, y 3) de condensación y comparar las pautas de fijaciones a través de un grupo de desarrollo típico (TD) los niños y un grupo de niños con TEA. Más específicamente, esta cifra demuestra que dentro de un paradigma de la exploración visual, los niños con TEA explorar (es decir, Fixate) menos imágenes sociales los niños TD cuando "Autismo de alto interés" (HAI), los objetos se muestran al mismo tiempo. Cuando el "autismo de bajo interés" (LAI), los objetos se presentan con los estímulos sociales, sin embargo, la exploración de las imágenes sociales no difiere significativamente entre los grupos, lo que sugiere que la atención social en los TEA es modulada basa en la relativa importancia de los estímulos de la competencia. ²¹

Discussion

La aparición de eye-tracking como una herramienta objetiva y accesible para el examen de las características de la percepción de los trastornos psiquiátricos ha facilitado la investigación de la atención visual y patrones anormales oculomotoras que contribuyen a las características clínicas de los TEA. Una aplicación particularmente prometedor de este trabajo ha sido estudiar los niños con TEA a fin de captar las primeras emergentes mecanismos de desarrollo de la enfermedad. Si bien las investigaciones con este grupo de edad son fundamentales para iluminar el curso inicial y las características de los TEA, hacerlo con los tradicionales paradigmas de comportamiento a menudo ha sido un reto, dadas las deficiencias sociales y de comunicación que existen en esta población. Eye-tracking puede aliviar algunas de estas demandas de la tarea, proporcionando una medida directa y cuantificable de las preferencias visuales y observar el comportamiento. En última instancia, este enfoque puede ayudar a revelar información importante durante un período crítico en el desarrollo de la CIA, un proceso de That, a su vez podría informar a la identificación temprana e intervención.

A pesar de estos beneficios, eye-tracking niños con TEA se complica por una serie de problemas metodológicos. Los detalles de las actuales directrices para la aplicación del protocolo de seguimiento ocular con esta población. Si bien las sugerencias que se indica aquí se limitan a comunes y disponibles en el mercado de reflexión corneal-eye-tracking de sistemas, en particular los que no restringen el movimiento de los participantes y se puede corregir para el movimiento de la cabeza, están diseñados para proporcionar una instrucción general para los investigadores interesados. Un diseño óptimo es a menudo un estudio específico, pero las recomendaciones generales incluyen la selección de equipos y la creación de un entorno de pruebas que sean conducentes para el estudio de esta población, la aplicación de procedimientos que reduzcan al mínimo los obstáculos y distracciones posibles, y buscar estrategias adecuadas de análisis.

La adopción de estas prácticas puede acelerar la investigación de seguimiento ocularel objetivo de examinar las primeras manifestaciones de síntomas de los TEA, pero también pueden pertenecer a los grupos de investigación interesados ​​en el seguimiento de los ojos-los niños pequeños en términos más generales, incluidos los niños ^22, así como los niños con discapacidades del desarrollo que no sean el autismo. Además, los investigadores podrían querer construir sobre estas recomendaciones mediante la incorporación de eye-tracking con otras medidas fisiológicas, como la conductancia de EEG, galvánica de la piel y el monitoreo del ritmo cardiaco, para ofrecer un perfil más completo de la respuesta psicobiológica. La creciente disponibilidad de móviles de los sistemas de eye-tracking también aumenta la posibilidad de ampliar el estudio del comportamiento de la mirada en los TEA en los contextos más ecológicamente válidos, incluyendo la interacción social real. Estos diseños innovadores se espera que aumente en popularidad en los próximos años.

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.