Introduction
Förekomsten av hjärnskador relaterade synproblem hos barn har ökat. Eftersom visuella problem kan ha stor inverkan på ett barns utveckling, är mycket viktigt tidig upptäckt hos unga spädbarn och barn i riskzonen. För närvarande visuella funktionstester bedömer visuella sensoriska funktioner såsom synskärpa och kontrastkänslighet (t.ex. optotype tester) är tillämpliga i barn från 1-2 år 1. Hos yngre barn dessa tester är baserade på strukturerade observationer av ett barns tittarbeteende till visuell information. Tolkningen av ett sådant beteende, det vill säga genom att titta på barnets ögonrörelser, kan hämmas av oculomotor eller uppmärksamhetsstörningar hos barn, eller till och med genom att visa beteendet hos betraktaren. Cerebrally medie visuella funktioner såsom visuospatial minne och objektdetektering bedöms med visuella perceptionstester (t.ex. DTVP 2). Dessa tester kräver verbala instructions och kommunikation och kan användas från 4-5 års ålder. Med tanke på den postnatala utvecklingen av det visuella systemet och att dra nytta av den höga plasticitet tidigt i livet, är det önskvärt att fastställa förekomst och omfattning av nedskrivningar i visuell informationsbehandling så tidigt som möjligt. På så sätt kan barn med (cerebrala) synskador maximalt dra nytta av tidigt ingripande, visuell stimulans, eller stödjande strategier. Följaktligen finns det ett behov av en metod för visuell informationsbearbetning bedömning som kan användas utan verbal kommunikation hos barn och som är baserat på kvantitativa resultat.
Ögonrörelser är en bra modell för att studera visuellt guidad orienterande beteende på stimuli 3,4, och tillhörande perceptuella och kognitiva funktioner 5. Ögonrörelser anger i fokus för visuell uppmärksamhet i scener, och är kända för att resultera antingen från bottom-up (reflexiv, salience drivna) eller uppifrån och ned (intentional, kognitiv) behandlar sex. Ögonrörelser används för att rikta fovea, dvs., synskärpa, till nya objekt. Det visuella innehållet av ett föremål av intresse bearbetas via vägar som går från näthinnan via laterala knäkroppen till primära syncentrum (V1), och att fördela sig över cerebrala behandlingsområden (t.ex. deltar i uppmärksamhet, rumslig orientering, erkännande, minne och känslor). Ögonrörelser är både en förutsättning för och en uppföljare till visuell informationsbearbetning.
Utvecklingen i mätningen av ögonrörelser med infraröda ögon trackers ger möjlighet att erhålla kvantitativa parametrarna för oculomotor och synfunktionen. Automatiserade ögon trackers är numera allestädes närvarande i medicinsk och psykologisk forskning med friska och kliniska populationer. Deras syfte är inte enbart att studera oculomotor funktion och uppmärksamhet fördelning 7, men också för att svara på frågor aboUT beteendemässiga och psykologiska mekanismer 8,9. Med anledning av tillgängliga och kommersiella eye-tracking system, är de allt vanligare att testa utsatta populationer av spädbarn och barn 10-12, utan begränsande villkor, komplexa instruktioner eller aktivt samarbete 12,13. På grund av den nära kopplingen av okulomotoriska och visuella systemet på en okulär och cerebral nivå, eye tracking-baserade metoder är i allra högsta grad lämpad att bedöma visuella kapacitet. Hittills, förutom mätning av synskärpa 14 har användningen av tekniken för att bedöma synfunktionen hos barn fick relativt lite uppmärksamhet.
Vår grupp har kombinerat mätningar ögonrörelse med företrädesrätt tittar paradigm 13. Förmåns ser är inställningen att fixera mönstrade ytor över homogena som 15. Denna princip tillämpas med hjälp av visuella stimuli med ett målområde i en av fyra kvadranter, som differ från bakgrunden när det gäller en specifik visuell funktion, t.ex. sammanhängande form, sammanhängande rörelse, kontrast och färg. Dessa visuella funktioner är kända för att behandlas av separata perifera och centrala visuella vägar. Till exempel information om formulär behandlas av ventrala vägar, från V1 till den temporala cortex. Information om rörelse behandlas av rygg vägar, från V1 till bakre parietal cortex 16. Därför är specifika stimuli som används för att utlösa visuell informationsbearbetning i olika delar av det visuella systemet. Om ett barn är i stånd att se den specifika visuell information som presenteras, kommer denna information att locka visuell uppmärksamhet i form av ögonrörelser. Dessa reflexiva ögonrörelser svar på de visuella stimuli registreras med en fjärrkontroll IR öga tracker. På så sätt, ögonrörelser åtgärderna är en kommunikations fri bedömning av kvaliteten på olika aspekter av visuell information bearbetning 13.
Ögonrörelser ger inte bara observationsdata av ett barns tittarbeteende 11, men kan också användas för mer objektiva utfallsmått. I kombination med en noggrant utformad prov paradigm, kan ögonrörelser ger exakt och objektiv information om visuell information bearbetning. Denna information erhålls genom att beräkna kvantitativa parametrar baserade på tidsmässiga och rumsliga egenskaper av svar ögonrörelser. Exempel på sådana parametrar är reaktionstiden 13, fixering tid 17 saccade statistik 7 eller kumulativa uppmärksamhet tilldelning 18. Tillgången på dessa parametrar är ny på området för visuell bedömning hos barn i unga utvecklingsstadium.
Målet med detta dokument är att presentera en eye tracking-baserad metod för att mäta visuell informationsbearbetning hos barn från 6 månaders ålder. Mätningen set-up och förfarandet (dvs. icke-verbal paradigm, post-kalibrering och mobility) särskilt gälla för att använda denna metod hos barn i riskzonen. En viktig aspekt är den analys av kvantitativa visuella svarsparametrar, det vill säga reaktionstid, fixering varaktighet och fixeringsnoggrannhet. Dessa parametrar används för att tillhandahålla referensområden visuellt styrda svaren i normalutvecklade barn, för att karakterisera visuell informationsbearbetning i riskgrupper av barn med nedsatt syn.
Protocol
Protokollet som beskrivs här godkändes av den etiska forskningskommitté Medical av Erasmus Medical Center, Rotterdam, Nederländerna (MEC 2012-097). De förfaranden anslutit sig till principerna i Helsingforsdeklarationen (2013) för forskning på människor.
1. synintryck
- Välj en uppsättning visuella stimuli, det vill säga, bilder och filmer, att rikta behandlingen av grundläggande oculomotor funktioner och visuella behandlingsfunktioner.
- Använd bilder och filmer för att utvärdera grundläggande oculomotor funktioner såsom fixering, saccades, slät strävan, och optokinetic nystagmus. När avvikelser i oculomotor funktion upptäcks, ta hänsyn till detta i dataanalys och tolkning.
- Använd en bild för att bedöma fixering och saccades. Den nuvarande paradigm innehåller smiley bilder med en radie på 3º av visuell vinkel, som presenteras i vänster, höger, övre och nedre halvan av skärmen.
- Usyns en långsamt rörlig bild för att bedöma följe. Föreliggande paradigm innehåller filmer smileys som rör sig 16º i sinusformad horisontell och vertikal riktning över bildskärmen, med en hastighet av 4º / sek.
- Använd en film för att bedöma optokinetic nystagmus reflexer. Den nuvarande paradigm innehåller filmer av svartvita sinus galler som rör sig i vänster och höger riktning.
- Använd bilder och filmer för att bedöma visuella bearbetningsfunktioner, t.ex. kontrast, färg, form eller rörelse.
- Använda en uppsättning visuella stimuli som är baserade på en 4-alternativ tvångs val förmåns snygga paradigm (4-AFC PL 19). I det aktuella paradigm, 4 stimulans hörn (dvs. övre vänstra och högra kvadranten, nedre vänstra och högra kvadranten) var och en representerar ett alternativ, det vill säga ett målområde. Varje målområde har en radie av 6º och skiljer sig från de andra 3 kvadranter med avseende på specifik visuell information,t.ex., baserat på kontrast, färg, form eller rörelse. Följande visuella stimuli kan användas som ett exempel:
- Använd en bild för att bedöma Form Samstämmighet bearbetning: en bild med en rad slumpmässigt orienterade korta w Hite linjer (0.2º x 0.6º, densitet 4,3 linjer / grad 2) mot en svart bakgrund. I målområdet alla rader är arrangerade i form av en cirkel.
- Använd en film för att bedöma Local Motion bearbetning: en film med en svart / vit mönstrad kvadrat mål, med en visuell vinkel av 2.3º, mot en lika mönstrad bakgrund, flyttar 2.5º till vänster och till höger i en kvadrant på 2.5º / sek.
- Använd en film för att bedöma Global Motion bearbetning: en bild med en rad vita prickar (diameter 0.25º, densitet 2,6 punkter / grad 2) expanderar från centrum av målområdet mot gränser skärmen. Punkterna rör sig över en svart bakgrund med en hastighet av 11.8º / sek och en begränsad livstidav 0,4 sek.
- Använd en bild för att bedöma kontrastmätning: en bild med en 0% ljusstyrka (svart) Hiding Heidi bild i målområdet, mot en 75% (ljusgrå) ljusstyrka bakgrund.
- Använd en bild för att bedöma färgidentifiering: en bild med en grön nummer 17 i målområdet, mot en röd-gul bakgrund.
- Använd en film för att bedöma samtidig visuell bearbetning, t ex en film: en färgstark, hög kontrast bild (återges med tillstånd från Dick Bruna, Mercis BV, Amsterdam, Nederländerna) med en visuell vinkel av 4.5º x 9.0º (bredd x höjd ) flyttar 1.5º upp och ner med en hastighet av 3º / sek i målområdet, mot en svart bakgrund.
OBS: För tydlighetens skull kommer de representativa resultat av detta papper fokusera på den mycket framträdande tecknad stimulans som innehåller olika typer av visuell information (Figur 1). För bilder av andra visuella stimuli, kontakta en tidigare studie 20
Figur 1. Tecknad stimulans. Serien stimulans innehåller olika visuella modaliteter (form, rörelse, färg och kontrast). Denna stimulans utlöser visuella uppmärksamhet, och ger snabbast svarstider hos barn. Lagrade är en ögonrörelser (grå), som går från det nedre vänstra hörnet av skärmen i målområdet i det övre högra hörnet (det vill säga, en reflexiv svar på stimulus). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. Eye Tracking-baserade Test Paradigm
- Välj ett eye tracking system som lämpar sig för pediatriska populationer (t.ex. icke-invasiv, tolerans av huvudrörelser, och användarvänlighet) 12. Detta innebär i allmänhet avlägsna infrarödaöga trackers (t.ex. Tobii T60XL, SMI RED) 10,11.
- Välj en vidvinkel storlek datorskärm till fullo visa varje stimulus (dvs minst visuell vinkel på 24º x 30º vid 60 cm läsavstånd). Fjärr ögon-spår är antingen integrerad med bildskärmen, eller kan fästas separat till en monitor.
OBS: Fjärrögon trackers utsända infrarött ljus som samplas med hjälp av hornhinnan reflektion. En eye tracking samplingsfrekvens på ~ 60 Hz är i allmänhet tillräcklig för att studera mönster av blickbeteende hos barn. - Montera en mobil mätutrustningen upp genom att ansluta en bildskärm och fjärr eye tracking-system till en bärbar eller stationär dator.
- Installera ett kompatibelt program på datorn (t.ex. Tobii Studio, iView) för att presentera visuella stimuli och registrering av ögonrörelser.
- Utforma en testsekvens som innehåller alla stimulanstyper som krävs för att testa oculomotor funktioner och / eller visuella behandlingsfunktioner(Se protokoll steg 1: visuell stimuli). Föreliggande exempel innehåller alla stimulanser typer som beskrivs i steg 1, dvs., 9 totalt.
- Placera de olika typerna av visuella stimuli i slumpmässig ordning i testsekvensen, men se till att läget suppleanter de målområdet från försök till försök. Detta säkerställer att det är nödvändigt för att göra reflexögonrörelser till målet.
- Presentera varje stimulus minst 4 gånger (dvs med målområdet åtminstone en gång i varje kvadrant), och åtminstone 4 sekunder, för att ge tillräckligt med tid för att göra en ögonrörelser svar. I föreliggande exempel, är den tecknade stimuli visad 16 gånger, medan alla andra stimuli visas 4 gånger. Detta uppgår till totalt 48 stimulans presentationer och en total testtid på ~ 3,5 min.
OBS: Upprepad presentationer öka risken för provtagning tillräckligt blick poäng för varje stimulans och varje målområde i barnets synfält. I allmänhet, tillgången till blicken uppgifter feller behövs åtminstone 25% av stimulans presentationer för att säkerställa tillförlitliga resultat 21. - Se till att testtiden per sekvens är inte längre än ~ 5 min, eftersom när en testsekvens körs det kan inte pausas. Det är att föredra att göra två sekvenser som kan köras i följd, för att tillhandahålla en viloperiod halvvägs.
OBS: För att maximera uppmärksamheten under testet, nuvarande ljud eller audiovisuella signaler nära monitorn i mellan, men inte samtidigt med, presentationen av visuella stimuli. Barn med synskada är särskilt mer känsliga och lyhörda för ljudsignaler. Sådana signaler kan öka prov uppmärksamhet i denna population.
- Applicera testsekvensen (er) i ögat tracker programvara. Först väljer du vilken typ av stimulans som ska läggas till tidslinjen i ögat tracker programvara: bild eller film. Därefter väljer önskad stimulans från den mapp där det ligger och klicka på "Lägg till". Upprepa dessa steg tills alla stimuli harlagts till.
3. Köra Eye Tracking Experiment
- Fäst ögon tracker bildskärm med en flexibel LCD arm till en fast bord eller vägg. Välj en arm som kan röra sig i 3 dimensioner (dvs 3 översättningar, 3 rotationer).
- Positions barn på en kort sträcka (vanligen ~ 60 cm) från bildskärmen för att säkerställa effektiv elev spårning av båda ögonen.
- Justera bildskärmen position för att vara helt vinkelrätt mot barnets ögon. Med en LCD-arm detta är möjligt även när barnet ligger eller sitter i en barnvagn eller rullstol.
OBS: Denna uppsättning upp det möjligt att bedöma om mycket unga och utvecklingsstörda barn, eftersom det inte kräver en viss kroppshållning, verbal kommunikation eller aktivt deltagande. Vissa oculomotor försämringar (t.ex. nystagmus) kännetecknas av preferens lägena för huvudet i syfte att kompensera för avvikande ögonpositioner (t.ex., torticollis). Förmågan attjustera ögat tracker skärmen till individuell huvudets position möjliggör noggrann spårning elev i denna grupp av barn. - Kontrollera kvaliteten på eleven mottagning. Detta är i allmänhet indikeras av närvaron av två markörer representerar barnets ögon (t.ex. vita prickar). Om de två markörerna är klart synliga och inte regelbundet försvinner, är kvalitet som är tillräcklig. I en separat skärm, kontrollera avståndet mellan ögonen till skärmen (företrädesvis ~ 60 cm).
OBS: De flesta ögon trackers spela blickpunkten för vardera ögat och kompensera för gratis huvudrörelser. mottagning elev signal är i allmänhet inte äventyras i barn som bär glasögon eller kontaktlinser, i barn med en eller två fungerande ögon, eller hos barn med skelning. - Starta ögon-spårmjukvarukalibrering procedur för att rikta blicken positioner med fördefinierade positioner på bildskärmen, före start av mätningen. I de flesta öga tracker programpaket denna kalibrering procedure består av presentationen av rörliga prickar i fördefinierade områden på bildskärmen, som måste fixeras. För barn, kan en version med tecknade serier eller hotande punkter användas för att förbättra visuell uppmärksamhet.
OBS: Även om kalibreringsprocedurer för barn har förbättrats avsevärt, kan de fortfarande vara svårt att utföra i små barn och barn med vissa ögon- eller beteendestörningar. - Kontrollera kvaliteten på den förinställda kalibrering. När kvaliteten på kalibreringen är dålig, (t ex på grund av alltför huvudrörelser, avsaknad av lämpliga upptagningar, avvikande blickpunkt eller avvikande huvud position), kan ske inspelning. För att kringgå detta, tillämpa en efterkalibrering när inspelningen har avslutats, innan ytterligare dataanalys (se diskussion avsnitt).
- Innan du startar provinspelning, aktivera "Live Viewer": ett separat fönster som visar barnets svar ögonrörelse till teststimuli av superinförande blicken signalen på videoinspelningen.
- Aktivera en webbkamera som riktas mot barn, att observera och registrera barnets allmänna beteende under testet. En sådan inspelning ger en översikt av barnets visuella uppmärksamhet, beteende, trötthet, och miljöförhållanden.
- Innan man startar testet, berättar barnet han eller hon kommer att vara "titta på tv". Inga specifika instruktioner behövs under testet.
- Under testexekvering, observera barnets fysiska beteende och ögonrörelsesvar. Detta kan göras genom att observera beteende i realtid, eller genom att observera de inspelningar som gjorts med webbkameran.
- När eleven signalen försvinner under testexekveringen, flytta antingen barnet eller monitorn för att återuppta rätt elev upptäckt.
- När ett barn inte är uppmärksam till bildskärmen, verbalt uppmuntra barnet att titta på bildskärmen. Do rikta inte uppmärksamhet barnet direkt till måletområde; rikta barnets blick enbart till den allmänna platsen för ögat tracker monitorn.
- Efter testexekvering, spela blicken inspelning off-line för att observera blick svar på de presenterade stimuli. Detta är ett första steg i att karaktärisera barnets visuella orienteringsbeteende.
OBS: En mängd parametrar registreras kontinuerligt av ögat tracker programvaran under total testtid. Viktiga parametrar som måste exporteras för att utföra dataanalys för nuvarande paradigm är: tidsstämplar, synavstånd mellan båda ögonen och skärmen, placeringen av vänster och höger öga på monitorn (i x- och y-koordinater) , giltigheten av blick data och tidpunkten och läget för presenterade stimuli (dvs händelser). - Per ämne, export och lagra inspelade tidsbaserade uppgifter om ögonrörelseegenskaper (blick data såsom synavstånd och blick positioner), och separat tidsbaserad lista över presenterade visuella stimuli (händelsedata såsom stimulans positioner). Se till att exportera de två datafiler som textfiler och konvertera dem till ett data kalkylblad (t.ex. spara som en Excel-fil).
OBS: De två textfiler (händelsedata och blick data) kombineras med hjälp av deras motsvarande tidsstämplar, och omvandlas till en uppsättning kvantitativa parametervärden med en självskriven program (se nästa avsnitt). Jämfört med standard öga tracker analysprogram sådana parametrar ger en mer exakt och kvantitativ ögonrörelseanalys, att sikta på detaljerade visuella och kognitiva processer.
4. Kvantitativ analys av ögonrörelser
OBS: Det nuvarande protokollet är specifikt för en självskriven program. För att replikera det, bör man skriva en sådan programvara, till exempel i MATLAB eller Python, för att kvantifiera barnets visuella orienteringsbeteende. I programmet, är följande steg för varje stimulus typ. Föreliggande exempel är inriktat på tecknad; samma protokoll är tillämpliga på andra typer stimulans.
- Efter kalibrera Gaze Data
- Öppna MATLAB. Välj stimulans att analysera blick data genom att skriva in "1" bredvid stimulans av valet.
- Tryck på Kör. I förepopupmenyn väljer du alternativet "Post-kalibrera data". En lista med blicken datafiler per ämne visas. Välj blick data för ett ämne och tryck på "Open".
- Från och med nästa popupmenyn, välja vilka ögat (s) för att analysera: vänster, höger eller båda. Programmet genererar nu ett punktdiagram av alla inspelade blick positioner och målpositioner, över den totala stimulans presentationen.
- Kontrollera om blicken positioner lappar korrekt med motsvarande målpositioner. Om denna kalibrering är korrekt, tryck på "Ja". Annars, tryck på "No". Detta startar möjlighet att utföra en efterkalibrering.
- Översätta centrum of blick pekar på mitten av skärmen, genom att klicka en gång på mitten av blickpunkter. Denna centrumpunkt ligger exakt i mitten av de vertikal- och horisontella axlarna.
- Skala blick positioner motsvarande målpositioner genom att klicka på mitten av blickpunkter i var och en av de fyra målområden gång (dvs. 4 kvadranter).
- Kontrollera igen om blick positioner lappar korrekt med motsvarande målpositioner. Om så är fallet, ange i nästa popupmeny som kalibreringen har utförts korrekt, genom att trycka på "Ja", varefter den kalibrerade blicken data sparas. Annars, tryck på "No", varefter efter kalibrering startar igen från steg 4.1.5.
OBS: Efter efter kalibrering flera blick svar finns per stimulans typ och per ämne. Dessa kan användas för att beräkna kvantitativa parametrarna för visuell bearbetning. Före beräkningen av dessa parametrar, kontrollera att blicken var svarengörs till målområdet (dvs att den specifika stimulansen har setts av barnet).
- Ta reda på om Stimulus har setts
- Per stimulans presentation av varje ämne, är motsvarande blick data som registrerats under total presentation tid visualiseras i ett diagram (Figur 2). Kontrollera om denna stimulans har sett, genom att kontrollera de kriterier som anges i tabell 1, och som visualiseras i Figur 2. Om ögonrörelser svar följer de kriterier, det vill säga, kan den stimulans klassificeras som ses genom att klicka på "Godkänn "i popupmenyn. Om ögonrörelser svar är inte i enlighet med de kriterier, klicka på "Avvisa".
- Samtidigt rita alla fästpunkter som tillhör den presenterade stimulans och motsvarande målområdet (dvs kvadranten) i en andra kurva. Inspektera visuellt huruvida fästpunkterna är belägna i motsvact kvadranten.
- Fortsätt med efterföljande stimulans presentation, och utför steg 4.2.1 och 4.2.2 för alla tillgängliga svar ögonrörelser. Efter manuellt kontrollera ögat svar rörelse, beräknar programmet tre resultatparametrar: RTF, FD, och GFA (Figur 3).
Figur 2. ögonrörelser svar på målområdet en stimulans. En ögonrörelser trace (horisontell och vertikal riktning i kombination) i avstånd från centrum av målområdet (i grader, y-axel) över stimulans presentation tid (i ms, x-axel). Den streckade linjen representerar gränsen till målområdet (6 ° radie). Bokstäver indikerar kriterier för att fastställa om den stimulans har setts: (A) Gaze signal i den första 500 ms; (B) Gaze var inte i målområdet before 120 ms; (C) Blicka in i målområdet för ≥200 ms. Notera att i denna figur, är den avbildade presentationstidpunkt max 2.000 ms att visualisera den första, reflexiv respons. Under provningen, total presentation tiden för alla stimuli var 4000 ms. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Kriterium (Figur 2) | Kontrollera att blicken signalen: | Logisk grund: |
| en | Har registrerats för ≥ 500 ms efter stimulans debut | Infångnings reflex orienterings responser |
| B | Inte in i målområdet <120 ms efter stimulans debut, och var inte redan inne i målet i början av stimulans presentation | Uteslutarätt prestationsbaserat på slumpen |
| C | Var i målområdet för ≥200 ms | Säkerställa fixering vid målet |
| D | Trädde målområdet inom ett tidsfönster av 1.500 ms, och mindre än 4 saccades gjordes | Uteslut visuell sökbeteende |
Tabell 1:. Kriterier för att fastställa huruvida en stimulans har sett Kriterier A, B och C visualiseras i Figur 2.
Figur 3. Visualisering av kvantitativa parametrar RTF, FD, och GFA. En ögonrörelser spår i avstånd från centrum av målområdet (i grader, y-axel) över stimulans presentation tid (i ms, x-axel). Den vertikala röda linjen representerar den tid vid vilken blicka in i tjärafå område, dvs reaktionstiden till Fixering (RTF). Den horisontella röda linjen representerar den totala tiden blick var fixerad vid målområdet, dvs Fixering Varaktighet (FD). Den vertikala röda pilen representerar bredden av fixerings spår, i grader av siktvinkeln, dvs Gaze Fixering Area (GFA). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Representative Results
Denna metod har använts i två populationer av barn: en kontrollgrupp av 337 barn utan synskador (medelålder (SD) = 4,8 (3,3) år), och en grupp av 119 barn med synskador (medelålder (SD) = 8,10 (2,96) år) som rekryterades vid en visuell rehabiliteringscenter (Royal Dutch Visio, Nederländerna). Av dessa barn, 74 hade okulär synnedsättning och 45 hade cerebrala synskador. Resultaten av alla kontroll barn visualiseras i figurerna 4 - 6, separat för reaktionstiden, fixering varaktighet, och blicken fixeringsområdet. Referensgränser (indikeras med svarta linjer) konstruerades genom att anpassa en logaritmisk funktion till kontrolldata baserat på ålder. Dessa siffror ligga till grund för att karakterisera visuella behandlingsfunktioner hos barn med synskada, i form av nedsatt eller intakt funktion.
13). Ju lägre RTF värde, desto snabbare ögonrörelse svaret. God repeterbarhet RTF har visats i en grupp av typiskt utvecklade barn från 0-12 år 13,21,22, och barn med olika typer av synskador 21. Figur 4 visar genomsnittlig RTF till den dynamiska tecknad stimulans över ålder, för kontroll barn, barn med cerebral synskada (CVI) och barn med okulär synskada (OVI). RTF värden är väsentligt högre hos barn med- jämfört med barn utan synskadade (genomsnittlig skillnad = 85 ms; t = -13,91, p <0,001, Cohens d = 1,32) och i children med CVI jämfört med OVI (genomsnittlig skillnad = 99 ms; t = -6,90, p <0,001, Cohens d = 1,25). Dessa resultat bekräftar tidigare publicerade resultat på RTF i undergrupper av denna dataset 20,24,25.
Figur 4. Genomsnittlig RTF hos barn med- och utan synskadade. Genomsnittlig RTF värden i ms (y-axel) per barn under åldern (x-axeln). Värdena visas separat för kontroll barn (öppna cirklar), barn med OVI (svarta cirklar), och barn med CVI (kryss). Den svarta linjen representerar den övre referensgränsen för RTF i kontrollgruppen. RTF värden över denna linje betraktas som avvikande, det vill säga långa reaktionstider. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 visar innebär FD över ålder, separat för kontroll barn, barn med CVI, och barn med OVI. FD är betydligt kortare hos barn med- än hos barn utan synskador (genomsnittlig skillnad = 850 ms; t = 11,72, p <0,001, Cohens d = -1,12), och betydligt kortare hos barn med CVI än hos barn med OVI (medelvärde skillnad = 325 ms; t = 2,44, p <0,05, Cohens d = -0,50). Detta bekräftar tidigare resultat hos barn med-, jämfört med barn utan synskadade (Kooiker MJG et al., Inlämnad).
Figur 5. Genomsnittlig FD hos barn med- och utan synskadade. Genomsnittlig FD värden i ms (y-axel) per barn under åldern (x-axeln). Värdena visas separat för kontroll barn (öppna cirklar), barn med OVI (svarta cirklar), och barn med CVI (kryss). Den svarta linjen representerar den nedre referensgränsen av FD i kontrollgruppen. FD-värden under denna linje betraktas som avvikande, det vill säga korta fixering varaktighet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Parametern blick fixeringsområde (GFA) är känslig för att upptäcka störningar i oculomotor kontroll, i synnerhet nystagmus. GFA representerar storleken av området med fixering i grader, och är ett mått förfixering noggrannhet (för beräkningar se tidigare studier 13,23). En liten del av fixering indikerar hög fixeringsnoggrannhet. GFA beror på storleken av stimulus och motsvarande målområdet (dvs en 6º radie i det föreliggande exemplet). God repeterbarhet GFA har visats i en grupp av typiskt utvecklade barn från 0-12 år 13, 21, och hos barn med olika typer av synskador 21. Figur 6 visar betyder GFA som svar på den tecknade stimulans över ålder, separat för kontroll barn, barn med okulomotoriska nedskrivning nystagmus, och barn med synskador men utan nystagmus. GFA värden är väsentligt större, dvs. undre fixeringsnoggrannhet, hos barn med- jämfört med barn utan synskada (genomsnittlig skillnad = 1.34º; t = -25,09, p <0,001, Cohens d = 2,37). Dessutom, barn med nystagmus har lägre fixerings noggrannhet än barn wi thout nystagmus men med andra typer av synnedsättning (genomsnittlig skillnad = 0.71º; t = 5,03, p <0,001; Cohens d = 1,04). Detta överensstämmer med tidigare publicerade rön om GFA i undergrupper enligt föreliggande dataset 20,24,25.
Figur 6. Genomsnittlig GFA hos barn med och utan synskadade. Genomsnittlig GFA värden i grader (y-axel) per barn under åldern (x-axeln). Värdena visas separat för kontroll barn (öppna cirklar), barn med synskada och nystagmus (asterisk), och barn med synnedsättning utan nystagmus (svart diamant). Den svarta linjen representerar den övre referensgränsen GFA i kontrollgruppen. GFA värden över denna linje betraktas som avvikande, dvs låg fixerings noggrannhet.t = "_ blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
De presenterade mätning installation i kombination med kvantitativ ögonrörelseanalys ger en tydlig karaktärisering av visuella bearbetningsfunktioner i olika grupper av barn med oculomotor och synskadade. Det viktigaste inslaget i denna paradigm är att prestanda är baserad på ögonrörelse svar på visuella stimuli som utlöses i en reflexiv sätt. Inga specifika verbala instruktioner ges och det finns inget behov för barn att verbalt svara. Parametrarna RTF, GFA och FD visar signifikanta skillnader mellan grupper av typiskt developing- och synskadade barn, trots den begränsade spridningen av parametervärden som finns i varje grupp (figurerna 4 - 6). Beroende på den utvärderade parametern, kan vissa typiskt utvecklade barn visar avvikande resultat, medan en del barn med synskada visar "normala" prestanda. Ytterst flera utfallsmått som svar på flera visuellametoder bör övervägas på individuell nivå. En sammanfattning av alla utfallsmått ger en unik karakterisering av visuella kapacitet informationsbehandling, som kan omvandlas i en visuell profil hos barn från 6 månaders ålder.
Flera studier har visat värdet av fjärr eye tracking i utsatta befolkningsgrupper för barn, för att sluta uppmärksamhets eller psykiska kapacitet 9,12,18. De flesta studier är beroende av beteendeobservationer och användningen av instruktioner, är en distinkt egenskap hos den aktuella paradigmet den icke-verbal, kvantitativ metod. Kritiska steg i protokollet omfattar därför stimuli som är baserade på förmåns ser den mobila mätningen set-up, och anpassade kalibrering och analysprogram. De presenterade förlängning av observationsbaserade resultat med komplicerade analysmetoder ger standardiserade och detaljerade resultat på visuella behandlingsfunktioner. Detta är i linje med arbetet med bedömning avspädbarn synskärpa med ett öga tracker 14, och arbetet med blicken kontroll i olika sjukdomar 7. Metoden är flexibel och gör det möjligt för mobil bedömning som är oumbärlig när man utför kliniska bedömningar i småbarn eller barn med flera funktionshinder. Därför är det passade att mäta oculomotor och visuella bearbetningskapacitet i så gott som alla barn som är i stånd att titta på en bildskärm.
Betydelsen av denna metod med avseende på existerande visuella diagnostiska metoder (dvs giltighet) har studerats som ett första steg mot klinisk tillämpning. Föreliggande paradigmet kombinerades med för närvarande använda visuell bedömning funktion (VFA) hos barn. Observationer av oculomotor och visuella funktioner som är baserade på ögonrörelser inspelningar var jämförbara med standardbeteende observationer av dessa funktioner. Dessutom ögonspårningsparametrar, t ex fixering varaktighet och snabba ryckiga riktning, förutsatt annonsnella värde i karakterisera oculomotor och visuella prestanda hos barn under VFA (Kooiker MJG et. al., 2015, submitted). Den stora vinsten av den presenterade metoden ligger i möjligheten att bedöma mer visuella funktioner än vad som för närvarande sker i bedömningar synfunktion vid en ung ålder och bedöma dem på ett kvantitativt sätt 26. En begränsning med avseende på befintliga metoder är att, utan anpassningar är det ännu inte möjligt att grundligt bedöma synskärpa eller synfält med den nuvarande testbatteri 14.
Även om vi begränsat oss till presentationen av resultaten från serie stimuli, i framtida tillämpningar olika visuella former kan testas med hjälp av andra stimuli (t.ex. olika former rörelse, färg och kontrastinformation) 22,20,25. På så sätt är specifika visuell bearbetning områden utanför de primära visuella vägar riktade, såsom visuella föreningens områden i temporal eller parietal cortex.En begränsning hos metoden är att de nuvarande visuella stimuli endast utlösa detektering av synintryck, och anropa det inledande skedet av visuell bearbetning. Dessa stimuli inte rikta högre ordningens funktioner som blir relevant efter stimulans upptäckt och som normalt mäts med visuell perception tester. Även om deras genomförande utan användning av kommunikation är en utmaning, är en eye tracking-baserade paradigm en lovande framtid format för detektion av uppfattningen relaterad information, t.ex. visuell sökning, -Minne eller -selektiv uppmärksamhet.
Sammanfattningsvis detaljerade ögonrörelser svar på olika typer av visuell stimulans ge en omfattande karakterisering av visuella informationsbehandlingsfunktioner, tidigt i utvecklingen. Följaktligen för varje barn kan skapas en individuell visuell profil när det gäller intakta och nedsatt funktion. En sådan profil kan ge detaljerad information om styrkor och svagheter i oculomotor och visuellfungera. Den kan användas som en utgångspunkt för stöd i det dagliga livet, och för lärare och vårdgivare utbildning. Den kvantitativa information som har blivit tillgänglig med denna metod kan vara fördelaktigt för att följa visuella utveckling över tid, och för övervakning av visuella insatser och rehabiliteringsprogram.
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. Eye tracking in infancy research. Dev. Neuropsychol. 35 (1), 1-19 (2010).
- 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).
