Introduction
Forekomsten av hjerneskade relaterte synsproblemer hos barn har økt. Fordi synsproblemer kan ha stor innvirkning på et barns utvikling, er tidlig diagnose hos små spedbarn og barn i risikosonen svært viktig. I dag er visuelle funksjonstester vurdere visuelle sensoriske funksjoner som synsskarphet og kontrastfølsomhet (f.eks optotype tester) er aktuelt hos barn fra 1-2 års alder en. Hos yngre barn disse testene er basert på strukturerte observasjoner av et barns visning atferd til visuell informasjon. Tolkningen av slik oppførsel, dvs. ved å se på barnets øyebevegelser kan være hemmet av oculomotor eller oppmerksomhetsforstyrrelser hos barn, eller ved å vise oppførselen til observatøren. Cerebrally medierte visuelle funksjoner som visuospatial hukommelse og objekt anerkjennelse vurderes med visuell persepsjon tester (f.eks DTVP 2). Disse testene krever verbale instructions og kommunikasjon og kan brukes fra 4-5 år. I lys av den postnatal utvikling av det visuelle systemet, og for å dra nytte av den høye grad av plastisitet tidlig i livet, er det ønskelig å etablere nærværet og utstrekningen av svekkelser i visuell informasjon behandling så tidlig som mulig. På den måten kan barn med (cerebral) synshemmede maksimalt nytte av tidlig intervensjon, visuell stimulering, eller støttende strategier. Følgelig er det et behov for en vurdering fremgangsmåte for visuell informasjonsbehandling som kan brukes uten verbal kommunikasjon hos barn, og som er basert på kvantitative resultater.
Øyebevegelser er en god modell for å studere visuelt guidet orienteringsatferd på stimuli 3,4, og relaterte perseptuelle og kognitive funksjoner 5. Øyebevegelser indikerer fokus for visuell oppmerksomhet i kulissene, og er kjent for å resultere enten fra bottom-up (refleksiv, salience-drevet) eller fra top-down (intentional, kognitiv) behandler seks. Øyebevegelser brukes til å dirigere fovea, dvs. skarpsyn, til nye objekter. Den visuelle innholdet i et objekt av interesse er behandlet via stier som går fra netthinnen via lateral geniculate kjernen til primære visuelle cortex (V1), og som fordeler seg i løpet av cerebrale prosessområder (for eksempel involvert i oppmerksomhet, romlig orientering, anerkjennelse, minne og følelser). Øyebevegelser er både en forutsetning for, og en oppfølger til visuell informasjonsbehandling.
Utviklingen i målingen av øyebevegelser med infrarøde øye bane gi mulighet for å oppnå kvantitative parametre for oculomotor og visuell funksjon. Automatiserte øye trackere er i dag allestedsnærværende i medisinsk og psykologisk forskning som omfatter sunt og kliniske populasjoner. Deres formål er ikke bare å studere oculomotor funksjon og oppmerksomhet fordeling 7, men også for å svare på spørsmål aboUT atferdsmessige og psykologiske mekanismer 8,9. Med fremveksten av tilgjengelige og kommersielle øye sporingssystemer, de blir stadig mer brukt til å teste sårbare bestander av spedbarn og barn 10-12, uten begrensende forhold, komplekse instruksjoner, eller aktivt samarbeid 12,13. På grunn av den nære koblingen av oculomotor og visuelle systemet på et okular og cerebral nivå, eye tracking-baserte metoder er en utpreget egnet til å vurdere visuelle kapasiteter. Så langt, i tillegg til måling av synsskarphet 14, har bruken av teknikken med å vurdere visuell funksjon hos barn fått relativt liten oppmerksomhet.
Vår gruppe har kombinert øyebevegelsesmålingene med fortrinnsrett leter paradigme 13. Fortrinnsrett ser er preferansen til å fiksere mønstrede overflater enn homogene seg 15. Dette prinsippet er brukt ved hjelp av visuelle stimuli med et satsingsområde i en av fire kvadranter, som differ fra bakgrunnen i form av en spesifikk visuell funksjon, f.eks sammenhengende form, sammenhengende bevegelse, kontrast og farge. Disse visuelle funksjoner er kjent for å bli behandlet av separate perifere og sentrale synsbanene. For eksempel er informasjon om skjemaet behandles av ventral trasé, fra V1 til den verds cortex. Informasjon om bevegelse behandles av rygg trasé, fra V1 til bakre parietal cortex 16. Derfor er spesifikke stimuli brukes til å utløse visuell informasjonsbehandling i forskjellige områder av det visuelle systemet. Hvis et barn er i stand til å se den spesifikke visuell informasjon som er presentert, vil denne informasjonen tiltrekke visuell oppmerksomhet i form av øyebevegelser. Disse refleksive øyebevegelser svar på de visuelle stimuli blir registrert med en ekstern infrarødt øye tracker. På den måten øyebevegelser tiltakene gir en kommunikasjons gratis vurdering av kvaliteten på ulike aspekter av visuell informasjonsbehandling 13.
Øyebevegelser gir ikke bare observasjonsdata av et barns visning atferd 11, men kan også brukes til mer objektive utfallsmål. I kombinasjon med en nøye utformet test paradigme, kan øyebevegelser gi presis og objektiv informasjon om visuell informasjonsbehandling. Disse opplysningene er innhentet ved å beregne kvantitative parametre basert på tidsmessige og romlige egenskaper av øyebevegelser svar. Eksempler på slike parametere er reaksjonstiden 13, fiksering gangen 17, saccade beregninger 7 eller kumulativ fordeling oppmerksomhet 18. Tilgjengeligheten av disse parametrene er ny til feltet av visuell vurdering hos barn i ung utviklingsstadiet.
Målet med denne artikkelen er å presentere en eye tracking-basert metode for å måle visuell informasjonsbehandling hos barn fra 6 måneders alder. Målingen oppsett og prosedyre (dvs. nonverbal paradigme, post-kalibrering, og mobility) gjelder spesielt for å bruke denne metoden på barn i faresonen. Et viktig aspekt er den kvantitative analysen av visuelle responsparametre, dvs. reaksjonstid, fiksering varighet, og fiksering nøyaktighet. Disse parameterne brukes til å gi referanseområder visuelt guidede svarene i typisk utviklings barn, for å karakterisere visuell informasjonsbehandling i risikogruppene til barn med synsvansker.
Protocol
Protokollen er beskrevet her ble godkjent av Medical forskningsetiske komité for Erasmus Medical Center i Rotterdam, Nederland (MEC 2012-097). Prosedyrene levd opp til prinsippene i Helsinkideklarasjonen (2013) for forskning som omfatter mennesker.
1. visuelle stimuli
- Velg et sett med visuelle stimuli, dvs. bilder og filmer, for å målrette behandlingen av grunnleggende oculomotor funksjoner og visuelle behandlingsfunksjoner.
- Bruk bilder og filmer for å vurdere grunnleggende oculomotor funksjoner som fiksering, rykninger, glatt jakten, og optokinetiske nystagmus. Når unormalt i oculomotor funksjon oppdages, ta hensyn til dette i dataanalyse og tolkning.
- Bruk et bilde for å vurdere fiksering og rykninger. Den nåværende paradigme inneholder smiley bilder med en radius på 3º av visuell vinkel, som er presentert i venstre, høyre, øvre og nedre halvdel av skjermen.
- Use en sakte bevegelig bilde for å vurdere glatt jaktstarten. Den foreliggende paradigmet inneholder filmer av smilefjes som beveger seg i sinusformet 16º horisontal og vertikal retning på tvers av skjermen, med en hastighet på 4º / sek.
- Bruk en film for å vurdere optokinetisk nystagmus reflekser. Den nåværende paradigme inneholder filmer av svart-hvitt-sinusformet gitter som beveger seg i mot venstre og mot høyre retning.
- Bruk bilder og filmer for å vurdere visuelle behandlingsfunksjoner, for eksempel, kontrast, farge, form eller bevegelse.
- Bruk et sett med visuelle stimuli som er basert på en 4-alternativ tvunget valg fortrinnsrett utseende paradigmet (4-AFC PL 19). I den nåværende paradigmet, de 4 stimulans hjørnene (dvs. øvre venstre og høyre kvadrant, nedre venstre og høyre kvadrant) hver representerer et alternativt valg, dvs. et satsingsområde. Hvert målområde har en radius 6º og skiller seg fra de andre 3 kvadranter med hensyn til spesifikk visuell informasjon,for eksempel basert på kontrast, farge, form eller bevegelse. Den følgende visuelle stimuli kan anvendes som et eksempel:
- Bruk et bilde for å vurdere Form Coherence behandling: et bilde med en rekke tilfeldig orienterte korte w Hite linjer (0.2º x 0.6º, tetthet 4,3 linjer / grad 2) mot en svart bakgrunn. I målområdet alle linjer er arrangert i form av en sirkel.
- Bruk en film for å vurdere Local Motion behandling: en film med en svart / hvit mønstret firkant mål, med en visuell vinkel på 2.3º, mot en like mønstret bakgrunn, flytting 2.5º til venstre og til høyre i en kvadrant på 2.5º / sek.
- Bruk en film for å vurdere Global Motion behandling: et bilde med en rekke hvite prikker (diameter 0.25º, tetthet 2,6 prikker / grad 2) utvide fra sentrum av målområdet mot grensene av skjermen. Prikkene bevege seg over en sort bakgrunn med en hastighet på 11.8º / sek og en begrenset levetidpå 0,4 sek.
- Bruk et bilde for å vurdere Contrast Detection: et bilde med en 0% lysstyrke (svart) Hiding Heidi bilde i målområdet, mot en 75% (lys grå) lysstyrke bakgrunn.
- Bruk et bilde for å vurdere Color Detection: et bilde med et grønt nummer 17 i målområdet, mot en rød-gul bakgrunn.
- Bruk en film for å vurdere samtidig visuell prosessering, f.eks en Cartoon: en fargerik, høy kontrast bilde (gjengitt med tillatelse fra Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Nederland) med en visuell vinkel på 4.5º x 9.0º (bredde x høyde ) som beveger seg 1.5º opp og ned med en hastighet på 3º / sek i målområdet, mot en svart bakgrunn.
MERK: For hensikten med klarhet, vil de representative resultatene av dette papiret fokusere på den svært fremtredende tegneserie stimulus som inneholder ulike typer visuell informasjon (figur 1). For bilder av de andre visuelle stimuli, ta kontakt med en tidligere studie 20
Figur 1. Cartoon stimulans. Tegneserien stimulus inneholder ulike visuelle modaliteter (form, bevegelse, farge og kontrast). Dette stimulus utløser visuell oppmerksomhet, og gir rask responstid hos barn. Lagret er en eye movement (grå), som går fra nedre venstre hjørne av skjermen i målområdet i øvre høyre hjørne (dvs. en refleksiv respons på stimuli). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
2. Eye Tracking-baserte Test Paradigm
- Velg en eye tracking system egnet for pediatriske populasjoner (f.eks, non-invasiv, toleranse for hodebevegelser, og brukervennlighet) 12. Dette innebærer vanligvis infrarødeeye trackere (f.eks Tobii T60XL, SMI RED) 10,11.
- Velg en vidvinkel størrelse dataskjerm til fullt vise hver stimulus (dvs. minimum visuell vinkel på 24º x 30º 60 cm leseavstand). Fjern eye tracker er enten integrert med skjermen, eller kan festes separat til en skjerm.
Merk: Fjern eye trackere avgir infrarødt lys som er samplet ved hjelp av hornhinnen refleksjon. En eye tracking samplingsfrekvens på ~ 60 Hz er som regel tilstrekkelig å studere mønstre av blikket atferd hos barn. - Sett sammen en mobil måling oppsett ved å koble en skjerm og den eksterne eye tracking system til en bærbar eller stasjonær PC.
- Installer en kompatibel program på PC-en (f.eks Tobii Studio, iView) for presentasjon av visuelle stimuli og registrering av øyebevegelser.
- Design en testsekvens som inneholder alle tiltakstyper som er nødvendige for å teste oculomotor funksjoner og / eller visuell prosessering funksjoner(Se protokoll trinn 1: visuell stimuli). Den foreliggende eksempel inneholder alle stimulans typer som er beskrevet i trinn 1, dvs. 9 i total.
- Plassere de ulike typer visuelle stimuli i tilfeldig rekkefølge i testsekvensen, men sørg for at plasseringen av målområdet veksler fra rettssaken til rettssak. Dette sikrer behovet for fremstilling av refleks øyebevegelser til målet.
- Presentere hver stimulus minst 4 ganger (dvs. med målområdet minst én gang i hver kvadrant), og i minst fire sekunder, å gi tilstrekkelig tid til å foreta en øyebevegelser respons. I det foreliggende eksempel er Cartoon stimuli vist 16 ganger mens alle andre stimuli er vist 4 ganger. Dette legger opp til totalt 48 stimulans presentasjoner og totalt prøvetid på ~ 3,5 min.
MERK: Gjentatt presentasjoner øke sjansen for prøvetaking tilstrekkelig blikk poeng for hver stimulus og hvert målområde i barnets visuelle feltet. Generelt, tilgjengeligheten av blikket data feller minst 25% av stimulans presentasjoner er nødvendig for å sikre pålitelige resultater 21. - Sørg for testing tid per sekvens er ikke lenger enn ~ 5 min, fordi når en test sekvens kjører, det kan ikke bli stanset. Det er å foretrekke å lage to sekvenser som kan kjøres i rekkefølge, for å gi en hvileperiode halvveis.
MERK: For å maksimere oppmerksomhet i løpet av testen, nåtid lyd eller audiovisuelle signaler nær skjermen i mellom, men ikke samtidig med presentasjonen av visuelle stimuli. Barn med synshemming er spesielt mer følsomme og mottakelige for lydsignaler. Slike signaler kan forbedre test oppmerksomhet i denne populasjonen.
- Anvende testsekvensen (e) i øyet tracker programvare. Først velger du hvilken type stimulans for å bli lagt til tidslinjen i øyet tracker programvare: bilde eller film. Deretter velger du ønsket stimulus fra mappen der den ligger, og klikk "Legg til". Gjenta disse trinnene til alle stimuli harblitt tilsatt.
3. Kjøre Eye Tracking Experiment
- Fest øyet tracker skjermen med en fleksibel LCD arm til et solid bord eller vegg. Velg en arm som kan bevege seg i 3 dimensjoner (dvs. 3 oversettelser, 3 rotasjoner).
- Posisjons barn på kort avstand (vanligvis ~ 60 cm) fra skjermen for å sikre effektiv elev sporing av begge øyne.
- Juster skjermen posisjon til å være helt vinkelrett på barnets øyne. Med en LCD arm dette er mulig selv når barnet ligger eller sitter i en barnevogn eller i rullestol.
MERK: Dette oppsettet gjør at vurderingen av svært unge og intellektuelt funksjonshemmede barn, siden den ikke krever en bestemt kroppsholdning, verbal kommunikasjon eller aktiv deltakelse. Visse oculomotor svekkelser (f.eks nystagmus) er karakterisert ved innstillingsstillinger av hodet, for å kompensere for avvikende øye stillinger (f.eks torticollis). Evnen til åjustere øyet tracker skjermen til hver hodeposisjonen muliggjør nøyaktig elev sporing i denne gruppen barn. - Sjekk kvaliteten på elevens mottak. Dette er generelt angitt ved nærvær av to markører som representerer barnets øyne (f.eks hvite prikker). Hvis de to markørene er godt synlig og ikke regelmessig forsvinner, er tilstrekkelig kvalitet. I en separat skjerm, se avstand av øynene til skjermen (fortrinnsvis ~ 60 cm).
MERK: De fleste eye trackere ta blikket posisjonen til hvert øye for seg og kompensere for å få gratishodebevegelser. Elev signalmottaket er generelt ikke i fare hos barn som bruker briller eller kontaktlinser, hos barn med en eller to fungerende øyne, eller hos barn med skjeling. - Start eye tracker programvarekalibrering prosedyre for å justere blikket stillinger med forhåndsdefinerte posisjoner på skjermen, før starten av målingen. I de fleste eye tracker programvarepakker denne kalibreringen procedure består av presentasjonen av bevegelige prikker i forhåndsdefinerte områder på skjermen, som må fiksert. For barn kan en versjon med tegneserier eller truende prikker brukes til å forbedre visuell oppmerksomhet.
MERK: Selv om kalibreringsprosedyrer for barn har bedret seg betydelig, kan de likevel være utfordrende å utføre på små barn og barn med visse øye- eller atferdsforstyrrelser. - Sjekk kvaliteten på pre-set kalibrering. Når kvaliteten på kalibreringen er dårlig, (f.eks på grunn av overdreven hodebevegelser, mangel på skikkelig fikseringer, avvikende blikk stilling eller avvikende hodeposisjon), ingen opptak kan gjøres. For å omgå dette, gjelder en post-kalibreringsprosedyren etter at opptaket er ferdig, før ytterligere data analyse (se diskusjon avsnitt).
- Før du starter testen opptak, aktivere "live betrakte: et eget vindu som viser barnets øyebevegelser svar til teststimuli av superimponerende blikket signal på videoopptak.
- Aktivere en web cam som er rettet på barnet, for å observere og registrere barnets generelle oppførsel under testen. Et slikt opptak gir en oversikt over barnets visuelle oppmerksomhet, atferd, tretthet, og miljøforhold.
- Før du starter testen, fortelle barnet at han eller hun vil være "ser på TV". Ingen spesifikke instruksjoner er nødvendig i løpet av testen.
- Under test utførelse, observere barnets fysiske atferd og øyebevegelser svar. Dette kan gjøres ved å observere adferd i sanntid, eller ved å observere opptak gjort med web cam.
- Når eleven signalet forsvinner under test utførelse, flytte enten barnet eller skjermen for å fortsette riktig elev deteksjon.
- Når et barn ikke betaler oppmerksomhet til skjermen, verbalt oppmuntre barnet til å se på skjermen. Ikke lede oppmerksomheten til barnet direkte til måletområde; lede barnets blikk utelukkende til den generelle plasseringen av øyet tracker skjermen.
- Etter test utførelse, spille blikket opptak off-line å observere blikket svar på de presenterte stimuli. Dette er et første skritt i å karakterisere barnets visuelle orienteringsatferd.
MERK: En rekke parametere registreres kontinuerlig av øyet tracker programvare under total testing tid. Vesentlige parametere som må eksporteres for å utføre dataanalyse for den nåværende paradigme er: tidsstempler, vise avstand mellom begge øynene og skjermen, plasseringen av venstre og høyre øye på skjermen (i x- og y-koordinater) , gyldigheten av de blikket data, og timingen og stilling som presenteres stimuli (dvs. hendelser). - Per emne, eksportere og lagre de registrerte tidsbaserte data på øyebevegelser egenskaper (blikket data som synsavstand og blikket stillinger), og separat tidsbasert oversikt over presenterte visuelle stimuli (hendelsesdata som stimulans posisjoner). Sørg for å eksportere de to datafiler som tekstfiler og konvertere dem til et data regneark (f.eks lagre som en Excel-fil).
MERK: De to tekstfiler (hendelsesdata og blikket data) kombineres ved hjelp av deres tilhørende tidsstempler, og omdannes til et sett av kvantitative parameterverdier med en selvskrevet program (se neste avsnitt). Sammenlignet med standard eye tracker analyse programvare, slike parametre gi en mer presis og kvantitativ øyebevegelser analyse, å sikte på detaljerte visuelle og kognitive prosesser.
4. Kvantitativ analyse av øyebevegelser
MERK: Denne protokoll er spesifikk for et selvskrevet program. For å gjenskape det, bør man skrive et slikt program, for eksempel i MATLAB eller Python, for å kvantifisere barnets visuelle orienteringsatferd. I programmet, er følgende trinn utføres for hvert stimulus type. Foreliggende eksempel er rettet mot tegneserie; den samme protokollen er anvendelig for andre typer stimulus.
- Post-kalibrere Gaze data
- Åpne MATLAB. Velg stimulans til å analysere blikket data, ved å skrive inn "1" ved siden av stimulans av valget.
- Trykk på Kjør. I vises hurtigmenyen, velg alternativet "Post-kalibrere data". En liste med blikket datafiler per emne vises. Velg blikket data av en gjenstand, og trykk Åpne.
- Fra neste pop-up menyen, velg noe som øyet (er) for å analysere: Venstre, Høyre, eller begge deler. Programmet genererer nå et spredningsdiagram over alle registrerte blikket stillinger og målposisjoner, over den totale stimulus presentasjon tid.
- Sjekk om blikket stillinger riktig lapper med de tilsvarende mål stillinger. Hvis denne kalibreringen er riktig, trykker du "Ja". Ellers trykker du "Nei". Dette vil starte muligheten til å utføre en post-kalibrering.
- Oversett sentrum of blikket peker på midten av skjermen, ved å klikke en gang på midten av blikket poeng. Dette midtpunkt ligger i midten av de innbyrdes vertikalt og horisontale akser.
- Skalere blikket posisjoner til de tilsvarende målposisjoner ved å klikke på midten av blikk poeng i hver av de fire målområdene gang (dvs. de 4 kvadranter).
- Sjekk igjen om blikket stillinger riktig lapper med de tilsvarende mål stillinger. Hvis dette er tilfellet må du angi i neste pop-up meny som kalibreringen er utført på riktig måte, ved å trykke på "Ja", hvoretter den kalibrerte blikket data er lagret. Ellers trykker du "Nei", etter som post-kalibrering starter igjen fra trinn 4.1.5.
MERK: Etter at post-kalibrering, flere blikk svar er tilgjengelig per stimulans type og per emne. Disse kan brukes til å beregne kvantitative parametre for visuell prosessering. Før beregning av disse parametrene, må du kontrollere at blikket svarene vargjort til mål-området (dvs. at den spesifikke stimulus er sett av barnet).
- Finn ut om Stimulus har blitt sett
- Per stimulus presentasjon av hvert fag, er de tilsvarende blikk data som ble registrert under total presentasjon tiden visualisert i en graf (figur 2). Kontroller om denne stimulans har blitt sett, ved å sjekke kriteriene som er gjengitt i tabell 1, og som er visualisert i Figur 2. Hvis øyebevegelser respons følger kriteriene, dvs. kan stimulans bli klassifisert som sett, klikker du "Godta "i pop-up menyen. Hvis øyebevegelser responsen ikke er i samsvar med kriteriene, klikker Avvis.
- Samtidig plotte alle festepunktene som hører til den present stimulus og det tilsvarende mål-området (dvs. kvadrant) i en andre graf. Inspisere visuelt hvorvidt festepunktene er plassert i tilsvarct kvadrant.
- Fortsett med påfølgende stimulans presentasjon, og utfør trinn 4.2.1 og 4.2.2 for alle tilgjengelige øyebevegelser svar. Etter manuelt sjekke øyet bevegelsesresponser, beregner programmet tre resultatparametre: RTF, FD, og GFA (figur 3).
Figur 2. Øyebevegelse respons til målområdet av en stimulans. En eye movement spor (horisontal og vertikal retning kombinert) i avstand fra sentrum av målområdet (i grader, y-aksen) over stimulus presentasjon tid (i ms, x-aksen). Den stiplede linjen representerer grensen til målområdet (6 ° radius). Bokstaver angir kriterier for å fastslå hvorvidt den stimulus har blitt sett: (A) Blikket signal i den første 500 millisekunder; (B) Gaze var ikke i målområdet before 120 ms; (C) Stirre inne i målområdet for ≥200 msek. Legg merke til at i denne figur er det vist presentasjonstids max 2.000 msek for å visualisere den første, refleksiv respons. Under testing, total presentasjon tid av alle stimuli var 4000 msek. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Criterium (figur 2) | Kontroller at blikket signal: | begrunnelse: |
| EN | Har blitt registrert for ≥500 msek etter stimulans utbruddet | Capture refleks orienterings svar |
| B | Ikke gå inn i målområdet <120 msek etter stimulans utbruddet, og var ikke allerede inne i målet i starten av stimulus presentasjon | Utelukkeriktig forestilling basert på sjanse |
| C | Var i målområdet for ≥200 msek | Sørg for fiksering på målet |
| D | Kom inn i målområdet innenfor et tidsvindu på 1500 ms, og mindre enn 4 rykninger ble gjort | Ekskluder visuell søkeatferd |
Tabell 1:. Kriterier for å fastslå hvorvidt en stimulus har vært sett Criteria A, B og C er anskueliggjort i Figur 2.
Figur 3. Visualisering av de kvantitative parametre RTF, FD, og GFA. Ett øye bevegelse spor i avstand fra sentrum av målområdet (i grader, y-aksen) over stimulus presentasjon tid (i millisekunder, x-aksen). Den vertikale rød linje representerer tiden ved hvilken stirre kom inn i tjærefå området, dvs. reaksjonstiden til Fiksering (RTF). Den horisontale røde linjen representerer den totale tiden blikket ble fiksert på målområdet, dvs. Fiksering Varighet (FD). Den vertikale røde pilen representerer bredden av fiksering spor, i grader av synsvinkelen, dvs. Gaze Fiksering Area (GFA). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Representative Results
Den presenterte metoden har vært brukt i to populasjoner av barn: en kontrollgruppe på 337 barn uten synshemmede (gjennomsnittsalder (SD) = 4,8 (3,3) år), og en gruppe av 119 barn med synsvansker (gjennomsnittsalder (SD) = 8.10 (2.96) år) som ble rekruttert på en visuell rehabiliteringssenter (Royal Dutch Visio, Nederland). Av disse barna, 74 hadde okulær synshemming og 45 hadde cerebral synshemming. Resultatene av alle kontroll barn er anskueliggjort på figurene 4 - 6, separat for reaksjonstid, fiksering varighet, og blikket fiksering område. Referansegrenser (indikert med svarte linjer) ble konstruert ved å montere en logaritmisk funksjon til kontrolldata basert på alder. Disse tallene tjene som grunnlag for å karakterisere visuelle behandlingsfunksjoner hos barn med synsvansker, i form av nedsatt eller intakt funksjon.
13). Jo lavere RTF verdi, jo raskere øyebevegelser respons. God repeterbarhet av RTF har vært vist i en gruppe med typisk utviklings barn fra 0-12 år 13,21,22, og hos barn med ulike typer synsvansker 21. Figur 4 viser gjennomsnittlig RTF til den dynamiske Cartoon stimulans i løpet av alder, for kontroll barn, barn med cerebral synshemming (CVI) og barn med okulær synshemming (OVI). RTF verdiene er betydelig høyere hos barn med-forhold til barn uten synshemmede (gjennomsnittlig forskjell = 85 msek; t = -13,91, p <0,001, Cohens d = 1,32) og i children med CVI forhold til OVI (gjennomsnittlig forskjell = 99 msek; t = -6,90, p <0,001, Cohens d = 1,25). Disse resultatene bekrefter tidligere utgitt funn på RTF i undergrupper av dagens datasettet 20,24,25.
Figur 4. Gjennomsnittlig RTF hos barn med- og uten synsvansker. Gjennomsnittlig RTF verdier i ms (y-akse) per barn, over alder (x-aksen). Verdiene er vist separat for kontroll barn (åpne sirkler), barn med OVI (svarte sirkler), og barn med CVI (kryss). Den svarte linjen representerer den øvre grense av referanse RTF i kontrollgruppen. RTF-verdier over denne linjen regnes som avvikende, det vil si lange reaksjonstider. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5 viser at FD i løpet av alder, separat for kontroll barn, barn med CVI, og barn med OVI. FD er betydelig kortere hos barn med- enn hos barn uten synshemmede (gjennomsnittlig forskjell = 850 ms; t = 11,72, p <0,001, Cohens d = -1,12), og vesentlig kortere hos barn med CVI enn hos barn med OVI (gjennomsnitts forskjellen = 325 msek; t = 2,44, p <0,05, Cohens d = -0,50). Dette bekrefter tidligere resultater hos barn med-, sammenlignet med barn uten synshemmede (Kooiker MJG et al., Submitted).
Figur 5. Gjennomsnittlig FD hos barn med- og uten synsvansker. Gjennomsnittlig FD verdier i ms (y-akse) per barn, over alder (x-aksen). Verdiene er vist separat for kontroll barn (åpne sirkler), barn med OVI (svarte sirkler), og barn med CVI (kryss). Den svarte linjen representerer den nedre grense av referanse FD i kontrollgruppen. FD verdier under denne linjen regnes som avvikende, dvs. kort fiksering varighet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Parameteren blikk fiksering område (GFA) er følsom for å oppdage forstyrrelser i oculomotor kontroll, spesielt nystagmus. GFA representerer størrelsen av arealet av fiksering i grader, og er et mål forfiksering nøyaktighet (for beregninger se tidligere studier 13,23). Et lite område av fiksering indikerer høy fiksering nøyaktighet. GFA avhenger av størrelsen av stimulus og det tilsvarende mål-området (dvs. en 6º radius i det foreliggende eksempel). God repeterbarhet av GFA har blitt vist i en gruppe på typisk utvikle barn fra 0-12 år 13, 21, og hos barn med forskjellige typer av synshemmet 21. Figur 6 viser at GFA som reaksjon på tegne stimulus i løpet av alder, hver for seg kontroll barn, barn med nystagmus oculomotor verdifall, og barn med synshemming, men uten nystagmus. GFA verdiene er betydelig større, dvs. lavere fiksering nøyaktighet, hos barn med-forhold til barn uten synshemmede (gjennomsnittlig forskjell = 1.34º; t = -25,09, p <0,001, Cohens d = 2.37). I tillegg har barn med nystagmus har lavere fiksering nøyaktighet enn barn wi thout nystagmus men med andre typer synshemming (gjennomsnittlig forskjell = 0.71º; t = 5,03, p <0,001; Cohens d = 1,04). Dette er i tråd med tidligere publiserte funn på GFA i undergrupper av dagens datasettet 20,24,25.
Figur 6. Gjennomsnittlig GFA hos barn med og uten synsvansker. Gjennomsnittlig GFA verdier i grader (y-akse) per barn, over alder (x-aksen). Verdiene er vist separat for kontroll barn (åpne sirkler), barn med synshemming og nystagmus (stjerne), og barn med synshemming uten nystagmus (black diamond). Den svarte linjen representerer den øvre grense av referanse GFA i kontrollgruppen. GFA-verdier over denne linjen regnes som avvikende, dvs. lav fiksering nøyaktighet.t = "_ blank"> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Discussion
Den presenterte måling oppsett kombinert med kvantitative øyebevegelser analysen gir en distinkt karakteristikk av visuell prosessering funksjoner i ulike grupper av barn med oculomotor og synshemmede. Det sentrale trekk ved dette paradigmet er at resultatene er basert på øyebevegelser svar på visuelle stimuli som utløses i en refleksiv måte. Ingen spesifikke verbale instruksjoner er gitt, og det er ikke nødvendig for barn å verbalt svare. Parametrene RTF, GFA og FD viser betydelige forskjeller mellom grupper av typisk under utbygging og synshemmede barn, til tross for begrenset spredning av parameterverdier som finnes i hver gruppe (figurene 4 - 6). Dermed avhengig evaluert parameter, kan noen typisk utviklings barn viser avvikende resultater, mens noen barn med synshemming vise 'normal' ytelse. Til syvende og sist, flere resultatmål som svar på flere synsmodaliteter bør vurderes på individuelt nivå. En oversikt over alle utfallsmål gir en unik karakteristikk av visuelle informasjonsbehandling kapasiteter som kan konverteres i en visuell profil hos barn fra 6 måneders alder.
Flere studier har vist verdien av fjern eye tracking i sårbare bestander av barn, for å antyde oppmerksomhets eller psykologiske kapasiteter 9,12,18. Mens de fleste studier er avhengige av atferdsobservasjoner og bruk av instrukser, er et tydelig trekk ved dagens paradigme nonverbal, kvantitativ tilnærming. Kritiske trinn i protokollen omfatter derfor de stimuli som er basert på fortrinnsrett ute, mobil måling set-up, og den egendefinerte kalibrering og analyseprogramvare. Den presenterte forlengelse av observasjonsbaserte resultater med forseggjorte analysemetoder gir standardiserte og detaljerte resultater på synsbehandlingsfunksjoner. Dette er i tråd med arbeidet med vurderingen avspedbarn synsskarphet med et øye tracker 14, og arbeidet med blikket kontroll i ulike lidelser 7. Metoden er fleksibel og muliggjør mobil vurdering som er uunnværlig når du utfører kliniske vurderinger i små barn eller barn med multifunksjonshemming. Derfor er det egnet til å måle oculomotor og visuelle prosesseringskapasitet i nesten alle barn som er i stand til å se på en skjerm.
Betydningen av denne metoden i forhold til eksisterende visuelle diagnostiske metoder (dvs. gyldighet) har blitt studert som et første skritt mot klinisk implementering. Den nåværende paradigme ble kombinert med tiden brukes synsfunksjon vurdering (VFA) hos barn. Observasjoner av oculomotor og visuelle funksjoner som er basert på øyebevegelser opptakene var sammenlignbare med standard atferdsobservasjoner av disse funksjonene. Videre eye tracking parametere, for eksempel, fiksering varighet og rykningsamplituden retning, forut annonsenelle verdi i karakter oculomotor og visuell ytelse hos barn under VFA (Kooiker MJG et. al., 2015, innsendt). Den store gevinsten av presenteres metoden ligger i muligheten til å vurdere mer visuelle funksjoner enn det som er gjort i visuelle funksjonsvurderingene i ung alder, og å vurdere dem på en kvantitativ måte 26. En begrensning med hensyn til eksisterende metoder er at uten tilpasninger, er det ennå ikke er mulig å grundig vurdere synsskarphet eller synsfelt med dagens testbatteri 14.
Selv om vi begrenset oss til presentasjon av resultater fra tegneserie stimuli, i fremtidige applikasjoner forskjellige visuelle modaliteter kan testes ved hjelp av andre stimuli (for eksempel ulike former, bevegelse, farge og kontrast informasjon) 22,20,25. På den måten er spesifikke visuell prosessering områder utenfor de primære visuelle trasé målrettet, slik som visuelle foreningen områder i tidsmessige eller parietal cortex.En begrensning ved fremgangsmåten er at de foreliggende visuelle stimuli bare utløse påvisning av visuelle input, og påkalle den innledende fasen av visuell prosessering. Disse stimuli ikke målrette ordnede funksjoner som blir relevant etter stimulans deteksjon og som er normalt målt med visuell persepsjon tester. Selv om deres gjennomføring uten bruk av kommunikasjon er utfordrende, er en eye tracking-baserte paradigme en lovende fremtid format for påvisning av persepsjon relatert informasjon, for eksempel visuelle søk, -Memory eller selektiv oppmerksomhet.
I sum, detalj øyebevegelser svar på ulike typer visuelle stimuli gir en omfattende karakterisering av visuell informasjon behandlingsfunksjoner, tidlig i utviklingen. Følgelig, for hvert barn kan lages en individuell visuell profil i form av intakte og nedskrevne funksjoner. En slik profil kan gi detaljert informasjon om styrker og svakheter i oculomotor og visuellfunksjon. Det kan brukes som et utgangspunkt for å støtte i det daglige liv, og for lærer og medhjelper utdannelse. Den kvantitative informasjonen som har blitt tilgjengelig med denne metoden kan være en fordel for å følge visuelle utvikling over tid, og for overvåking av visuelle intervensjoner og rehabilitering.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Tobii T60 XL | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/ | remote infrared eye tracker |
| Tobii Studio | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ | eye tracker software |
| MATLAB | MathWorks Inc | http://nl.mathworks.com/products/matlab/ | data analysis software |
References
- Hyvärinen, L. Considerations in evaluation and treatment of the child with low vision. Am. J. Occup. Ther. 49 (9), 891-897 (1995).
- Hamill, D. D., Pearson, N. A., Voress, J. K. Developmental Test of Visual Perception. , 2nd edn, Pro-Ed. Austin, TX. (1993).
- Yarbus, A. L. Eye movements and vision. , Plenum Press. New York. (1967).
- Noton, D., Stark, L. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).
- Liversedge, S. P., Findlay, J. M. Saccadic eye movements and cognition. Trends Cogn. Sci. 4 (1), 6-14 (2000).
- Corbetta, M., Shulman, G. L. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat. Rev. Neurosci. 3 (3), 201-215 (2002).
- Tseng, P. H., et al. High-throughput classification of clinical populations from natural viewing eye movements. J. Neurol. 260 (1), 275-284 (2013).
- Karatekin, C. Eye tracking studies of normative and atypical development. Dev. Rev. 27 (3), 283-348 (2007).
- Rommelse, N. N., Vander Stigchel, S., Sergeant, J. A. A review on eye movement studies in childhood and adolescent psychiatry. Brain Cogn. 68 (3), 391-414 (2008).
- Gredebäck, G., Johnson, S., von Hofsten, C.
- Aslin, R. N., McMurray, B. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).
- Sasson, N. J., Elison, J. T. Eye tracking young children with autism. J. Vis. Exp. (61), e3675 (2012).
- Pel, J. J., Manders, J. C., van der Steen, J. Assessment of visual orienting behaviour in young children using remote eye tracking: methodology and reliability. J. Neurosci. Meth. 189 (2), 252-256 (2010).
- Jones, P. R., Kalwarowsky, S., Atkinson, J., Braddick, O. J., Nardini, M. Automated measurement of resolution acuity in infants using remote eye-tracking. Invest. Ophth. Vis. Sci. 55 (12), 8102-8110 (2014).
- Fantz, R. L. Visual perception from birth as shown by pattern selectivity. Ann. N. Y. Acad. Sci. 118 (21), 793-814 (1965).
- Wattam-Bell, J., et al. Reorganization of global form and motion processing during human visual development. Curr. Biol. 20 (5), 411-415 (2010).
- Falck-Ytter, T., von Hofsten, C., Gillberg, C., Fernell, E. Visualization and analysis of eye movement data from children with typical and atypical development. J. Autism. Dev. Disord. 43 (10), 2249-2258 (2013).
- Ahtola, E., et al. Dynamic eye tracking based metrics for infant gaze patterns in the face-distractor competition paradigm. Plos One. 9 (5), e97299 (2014).
- Jäkel, F., Wichmann, F. A. Spatial four-alternative forced-choice method is the preferred psychophysical method for naive observers. J. Vision. 6 (11), 1307-1322 (2006).
- Pel, J. J., et al. Orienting responses to various visual stimuli in children with visual processing impairments or infantile nystagmus syndrome. J. Child Neurol. 29 (12), 1632-1637 (2013).
- Kooiker, M. J., van der Steen, J., Pel, J. J. Reliability of visual orienting response measures in children with and without visual impairments. J. Neurosci. Meth. 233, 54-62 (2014).
- Boot, F. H., Pel, J. J., Evenhuis, H. M., van der Steen, J. Quantification of visual orienting responses to coherent form and motion in typically developing children aged 0-12 years. Invest. Ophth. Vis. Sci. 53 (6), 2708-2714 (2012).
- Oliveira, L. F., Simpson, D. M., Nadal, J. Calculation of area of stabilometric signals using principal component analysis. Physiol. Meas. 17 (4), 305-312 (1996).
- Pel, J., et al. Effects of visual processing and congenital nystagmus on visually guided ocular motor behaviour. Dev. Med. Child Neurol. 53 (4), 344-349 (2011).
- Kooiker, M. J., Pel, J. J., van der Steen, J. The relationship between visual orienting responses and clinical characteristics in children attending special education for the visually impaired. J. Child Neurol. 30 (6), 690-697 (2014).
- Ricci, D., et al. Early assessment of visual function in full term newborns. Early Hum. Dev. 84 (2), 107-113 (2008).
