Summary
Spedbarn og småbarn se verden på en annen måte fra sine foreldre. Leder-montert kamera mekanisme medgjørlig å forstå spedbarn visuelle miljøet. Denne protokollen gir veiledende prinsipper for eksperimenter i hjemmet eller laboratorium for å fange egosentriske visningen for småbarn og spedbarn.
Abstract
Spedbarn og småbarn se verden, på et grunnleggende sensoriske nivå, i en annen vei fra sine foreldre. Dette skyldes biologiske begrensninger: spedbarn har ulike kroppens proporsjoner enn foreldrene og kontrollere sine egne bevegelser av hodet er mindre utviklet. Slike betingelser begrenser visuelle input tilgjengelig. Denne protokollen mål å gi føringer for forskere med leder-montert kamera for å forstå endring visuelle input oppleves av utvikle barnet. Vellykket bruk av denne protokollen tillater forskere å utforme og gjennomføre studier av utvikle barnets visuelt miljø i hjemmet eller laboratorium. Fra denne metoden kan forskere kompilere en samlet visning av alle mulige elementene i et barns synsfelt. Denne metoden måler ikke direkte nøyaktig hva barnet ser på. Ved å kombinere kan denne tilnærmingen med maskinlæring, visjon datamaskinalgoritmer og hånd-koding, forskere produsere høy tetthet dataset for å illustrere skiftende visuelle økologi utvikle spedbarnet.
Introduction
I flere tiår, har psykologer søkt å forstå miljøet utvikle spedbarnet, som William James famously beskrevet som en "blomstrende, summende forvirring1." Hverdagslige opplevelser av spedbarn er vanligvis studerte ved å filme naturalistisk spille med sosiale partnere fra en tredje person perspektiv. Disse visningene fra siden av eller over viser vanligvis rotete miljøer og et skremmende antall potensielle referansegruppe for alle nye ord spedbarn hører2. En ekstern observatør, James beskrivelse er apt, men denne stasjonære, tredje person perspektiv er ikke måten spedbarn ser verden. Spedbarn er nærmere bakken og kan bevege seg gjennom deres verden, bringe objekter nærmere for visuell utforskning. En tredje person visning av en forelder-barn interaksjon er illustrert i figur 1. Uthevet er grunnleggende forskjellene mellom sine perspektiver. Kanskje, som spedbarn motta er ikke på langt nær så kaotisk som forventet av foreldre og forskere. Målet med metoder med leder-montert kamera er å fange spedbarn erfaring fra en første-person visning for å forstå visuelle miljøet tilgjengelig gjennom utvikling.
Leder-montert kamera, på en lue eller hodebånd, gir et vindu øyeblikk til øyeblikk visuelle erfaringer utvikle spedbarnet. Fra dette perspektivet er blir studien av strukturen og sammenhenger i spedbarnets miljø tydelig. Hodemontert kameraer har avdekket spedbarn visuelle erfaringer i stor grad dominert av hender, både deres egen og sosial partner og som ansikt-ser, en gang ansett som viktig for å etablere felles oppmerksomhet, er mye knappere enn forventet 3. leder-montert kamera har også vist at spedbarn og deres omsorgspersoner opprette øyeblikk når objektene er visuelt dominerende og midtstilt i spedbarnets synsfelt (FOV), redusere usikkerheten iboende objektetikett kartlegging4.
Leder-montert kameraene fange spedbarn første-person visning basert på bevegelser av hodet. Denne visningen er ikke perfekt synkron med eller representant, spedbarn øyebevegelser, som bare kan bli slått sammen med en øye-sporing. For eksempel opprettes et skifte av bare øynene mens du holder hodet stasjonære eller en forskyvning av hodet mens holde øynene på et objekt, et avvik mellom spedbarn faktisk FOV og fanget av hodet kameraet. Likevel leketøy avspilling midtstille spedbarn vanligvis objektene de er til stede, justere hodet, øyne og plasseringen av leketøy med kroppen sin midtlinjen5. Avvik er sjelden og er vanligvis laget av midlertidige forsinkelser mellom en øye-Skift og tilhørende leder omdreining3. Derfor er hodet-kameraer ikke godt egnet til fange rask dynamikken i endringer i oppmerksomhet. Styrken i leder-montert kamera ligger fange daglige visuelle miljøet, avsløre det visuelle innholdet tilgjengelig for spedbarn.
Følgende protokollen og representant resultater vil demonstrere hvordan Hodemontert kameraer kan brukes til å studere visuelle miljøet av spedbarn og småbarn.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Følgende prosedyre for å samle inn data på babyer og småbarns visuelle erfaringer i laboratoriet og hjemme ble godkjent av Indiana University institusjonelle Review Board. Informert samtykke ble innhentet fra spedbarnets omsorgsgiver.
1. Velg et hode-kamera
Merk: Det er mange små, lette og bærbare kameraene lett tilgjengelig for kjøp (figur 2).
- Velg et hode kamera som er påtrengende og vil ikke påvirke scenene blir registrert.
- Mount kameraet på en tettsittende lue eller hodebånd bruker et midlertidig lim eller sikkert montere kameraet på en liten plast plate festet til pannebåndet. Plasser kameraet på barnets pannen (figur 2B, venstre).
- Avhengig av formen på kameraet, Monter kameraet ved sy små klut looper til et hodebånd eller lue (figur 2B, senter og høyre).
- Kontroller at lue eller hodebånd er justerbar å oppnå en tettsittende og behagelig passform på barnets hode (figur 2A).
Merk: Et kamera ligger rett mellom øynene til barnet er teoretisk ideelt, men dette ikke er mulig med dagens teknologi. Små kameraer som kan plasseres lavt på pannen blir stadig mer tilgjengelig.
- Mount kameraet på en tettsittende lue eller hodebånd bruker et midlertidig lim eller sikkert montere kameraet på en liten plast plate festet til pannebåndet. Plasser kameraet på barnets pannen (figur 2B, venstre).
- Hvis kameraer blir sendt hjem med foreldrene, kontrollerer du at foreldre kan bruke dem uten teknisk hjelp.
- Før foreldrene forlater laboratoriet, lære dem om hvordan å operere hodet kameraet.
- Sende foreldrene hjem med kameraet til bruk, pannebånd eller lue og en hånd-ut som beskriver fremgangsmåten for å slå på kameraet og registrere data.
- Kontroller at kameraene er lett nok for spedbarn å bære og glemme.
Merk: Den anbefalte vekten som er mindre enn 30 g3. Alle valgte kamera bør ikke varme opp under bruk og må være holdbare under mye bruk. - Hvis eksperimentelle oppsett krever barna å være fritt flytte, lagre innspilte video et interne lagringskort. Ellers bruk kameraer bundet til data samling datamaskinen.
- Bruke et kamera med en høy kvalitet linse å bedre utnytte nylige fremskritt innen maskinlæring algoritmer som segmentere visuelle scener i områder av interesse.
- Hvis visual scener vil være manuelt kodet av forskere, bruk et kamera som kan ta bilder med tilstrekkelig kvalitet for manuell inspeksjon.
- Kontroller at alle batteridrevet kamera er i stand til videoopptak for ønsket mengde tid.
- Kort tid før begynnelsen teste eksperimentet eller sende kameraet hjemme med foreldre, hodet kameraet å sikre at det fungerer riktig.
2. datainnsamling i laboratoriet
Merk: Leder-montert kamera kan enkelt legges til de fleste eksperimenter.
- Har 2-3 forskere plassere kameraet på barnets hode: en eksperimentator steder hodet kameraet, en overvåker hodet-kameraet vise, og om nødvendig en distraherer barnet.
- Spør foreldrene å sikre at barnet er fortsatt rolig og distrahere barnet under plassering prosessen.
- Utføre kameraplassering i tre trinn som følger.
- Desensitize barnet å dele handlinger i nærheten av hodet.
- Spør foreldre å lett berøring eller hjerneslag spedbarnets hode og hår flere ganger.
- Spør eksperimentator plassere hatten på spedbarnets hodet til å gjøre det samme som 2.2.1.1.
- Har eksperimentator plassere leder-montert kameraet når barnet er distrahert.
- Bruk trykknapp leker å oppbevare barnets hendene opptatt.
- Har forstyrrende eksperimentator eller overordnet hjelpe på dette stadiet av forsiktig skyve barnets hendene mot engasjerende leketøy slik at barnets hendene ikke gå til hodet.
- Snurp luen på barnets hode og justere hodet kameraet når barnet er engasjert med leketøy.
- Juster kameraet slik at når barnet har et objekt foran sin ansiktet, objektet er sentrert i hodet kameraet FOV.
- Hvis barnet sitter, Juster kameraet slik at den fanger opp de fleste av barnets fanget når barnet ser ned.
- Desensitize barnet å dele handlinger i nærheten av hodet.
- Etter å plassere kameraet på barnets hode, spør eksperimentator å forlate rommet og begynne innspillingen.
- I tilfelle at et kamera er flyttet fra sted eller fjernet, angi rommet for å rette kameraet.
- Avslutte forsøket hvis barnet ikke tolererer kameraet blir på nytt.
Merk: For innspilling naturlige miljøer i hjemmet, først passe en lue og kameraet til individuelle spedbarn og vise foreldrene hvordan å plassere kameraet. Design og tilpasning av kameraet må sørge for at foreldrene vil kunne legg hatten på deres barn uten teknisk hjelp.
- Avslutte forsøket hvis barnet ikke tolererer kameraet blir på nytt.
3. datainnsamling for foreldre-barn studier
Merk: Følgende representant metode for leder-kameraer bruker naturalistiske leketøy spille i laboratoriet for å vise typen analyser som kan utføres på egosentriske visninger av spedbarn og foreldrene (figur 3A).
- Utstyr over- og underordnet med leder-montert kamera, som beskrevet i 2.1 og 2.2.
- Bruk hodet kamera for å fange video med en oppløsning på 720 x 1280 piksler på 30 rammen/s. Fortsett som beskrevet i trinn 2.3 og 2.4.
- Subsample videostrømmen i én ramme hver 5 s.
- Manuelt trekke markeringsrammer rundt hver leketøy (figur 3B) i visningen ved hjelp av kommersiell programvare eller et program utviklet internt (se Figur 3 c for en eksempel ramme).
- Hvis bare en del av et leketøy er synlig på grunn av okklusjon av andre leker eller trunkering på kanten av rammen, bare trekke markeringsrammer når et leketøy er lett identifiserbare og inkluderer alle synlige deler av leketøy.
- For eksempel hvis bare doll's Ben er synlig, tegne en ramme rundt sitt benet. Hvis et objekt occludes halvparten av doll, forlater hår og ben synlig tegn deretter en boks som inneholder både hår og ben.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En enkel, men informativ, analyse er å telle antall objekter i sikte på hvert punkt i tid. Siden en hodet kameraet produserer data på ca 30 Hz (30 bilder/s), ned-prøvetaking data til 1 bilde hver 5 s bidrar til å produsere mer håndterlig dataset samtidig opprettholde en oppløsning passende for å forstå hvilke typer scener barn se. Tidligere forskning har vist at visuell scener er sakte endring i spedbarn3. Et egendefinert skript ble brukt for markeringsrammer rundt lekene i visningen. Figur 4 viser representant resultater for 1 foreldre-barn dyad. En uavhengig t-test sammenligner antall scener med et gitt antall objekter mellom overordnet (figur 4A) og barnet (figur 4B) viste dette barnet hadde et større antall scener med færre objekter i forhold til overordnet (t(78) = 4.58, p < 0,001).
En annen informativ analyse er å beregne hvor visuelt store objektene er for hver visning. Andelen av skjermbildet opptas av hvert objekt i kan beregnes og analysert. For både foreldre og barn, er det en negativ korrelasjon mellom antall objekter i visningen og visuelle størrelsen på objektene i visningen (figur 4C, Spearman korrelasjon r =-0.19, p < 0,001 og Figur 4 d, Spearman korrelasjon r =-0.23, p < 0,001). Dvs hvis det er flere objekter tar hvert objekt opp mindre skjermen enn hvis det er færre objekter vises. For denne dyad, barnet tatt flere scener med mindre enn 10 objekter vises og foreldre har et større antall objekter i. Lignende resultater er tidligere rapportert i litteraturen3,4,5,8,9,10,11,12 ,13.
Figur 1: en illustrerende skjematisk demonstrere ulike visninger av foreldre og deres barn avspilling. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: eksempler på leder-montert kamera og vedleggene. (A) spedbarn og småbarn iført leder-montert kamera hjemme og i laboratoriet. (B) eksempler på måter å feste hodet kameraer pannebånd (venstre, midten) og hatter (høyre). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: The 24 leker brukes i metoden representant. (A, venstre) Representant ramme fra hodet kameraet barn illustrerer et mindre antall objekter i visningen og visuelt større størrelser. (A, høyre) En representant ramme fra hodet kameraet av en forelder illustrerer deres typiske syn: mange objekter på visuelt mindre størrelser. (B) leker er konsekvent i størrelse, fra 2-7 inches på den lengste dimensjonen, og mellom 2-3 inches på kortere dimensjonene. (C) bokser er tegnet rundt hver leketøy eller en del av leketøy som er synlige og identifiserbare, bruker et internt grafisk brukergrensesnitt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: representant resultater fra en enkelt dyad deltar i leketøy spille. Histogrammer gruppering antall scener basert på antall objekter i visning for foreldre (A) og barn (B). Andelen av skjermen tatt opp av hvert objekt i versus antallet objekter i overordnet (C) og barnet (D). Den svarte linjen er den beste tilpassing. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Denne artikkelen beskriver grunnleggende for å bruke leder-montert kamera for spedbarn å fange deres egosentriske visuelle scene. Kommersielt tilgjengelige hodet kameraer er tilstrekkelig for det store flertallet av studier. Liten, lett og bærbare kameraene bør innlemmet i et mykt stoff lue eller hodebånd og brukes på barnets hode. Når ble designet og implementert, en rekke eksperimenter kan kjøres, både i laboratoriet innstillinger samt i hjemmet miljøet. Fra videoer samlet, kan samle data om den utvikle barnets visuelle økologi kompilert og analyseres.
Det viktigste trinnet med denne metoden er anvendelsen av hodet kameraet på barnet. Hvis gjort feil, hodet kameraet vil bli dårlig plassert og datakvaliteten vil bli redusert eller ubrukelig. En feil plassering kan også anspore barnet å avvise kameraet og stoppe eksperimentet. Vi vil kort diskutere forslag for å sikre suksess med anvendelsen av hodet kameraet. Kameraene skal plasseres på barnet i ett trekk uten å nøle. Hvis forskeren er engstelig plassere et kamera på barnets hode, eller hvis flere forsøk, sannsynligheten for avslag blir mye høyere. Forskere bør praksis plassere hatter og kameraet enheter på villig til småbarn eller dukker på forhånd. Når du plasserer kameraet, må det plasseres lavt nok på pannen til å sikre et klart syn på scenen foran ansiktet. Litt fiske kameraet nedover vil garantere Vis spedbarnets hender under aktiv manipulasjon. Kameraet bør også være stabilt og sikkert på spedbarnets hodet. Stabil kameraer betyr stabil og klare bilder. Hvis hodeplagg jiggles, kan småbarn merke dette og trekke kameraet av. For barn øker under 18 år av alderen, noe trekke oppmerksomhet til utstyret avslag. Dette inkluderer å ha spedbarn håndtaket utstyret eller snakker om det før du plasserer det på barnet. For barn kan over 18 måneder av alderen, snakker om kameraet på forhånd og spørre barnets tillatelse å sette det på være mer effektiv. Med en utdannet forsker, kan suksessrate i å plassere hodet kameraer på spedbarn, uten den nyfødte travelhet av eksperimentet komme rundt 75%.
Når du sender en hode-kamera hjem med familier, ta betydelig tid å utforme cap/hodebånd og kameraet plasseringen. Måten en forelder plasserer et kamera på barnets hode kan ikke alltid på samme nivå av presisjon som trente forsker. Kontroller hetten er enkelt å bruke av foreldrene og sikre problemstillingene ikke kreve krevende spesifikasjoner. Hvis eksperimentelle trenger krever nøyaktige plasseringen av kameraet på hodet, bør du vurdere å kjøre studien i laboratoriet omgivelser i stedet for hjemme.
Head-kameraer har begrensninger i hva de kan fange. Gitt plasseringen av kameraet på hodet av barnet, vannrette synspunktene til barnet som de beveger hodet fra venstre til høyre vil bli mye tatt. Loddrette forskyvningen av kameraet, når barnet ser opp og ned, vil kunne fange den svært ekstreme av visuelle scenen. Dette gjelder spesielt hvis kameraet er vinklet litt nedover på hodet av barnet, for å fange spedbarnets hender.
Hodemontert kameraer har avdekket at barn har en visning av sine egne. På et grunnleggende nivå vise småbarn og spedbarn verden annerledes enn deres foreldre. Småbarn forme deres visuelle opplevelsen med hendene: holder og manipulere objekter nær sitt ansikt4,5,8. Gitt svært korte armer småbarn, objektet holdes tett og vises store i synsfeltet. Slike scener med et klart fokus objekt er ofte langvarig, rundt fire sekunder varighet, og sammenfaller med minske av bevegelser av hodet av spedbarn4. Det er viktig å merke seg imidlertid at leder-montert kamera ikke gir informasjon om der deltakeren er ute. I stedet kan denne protokollen kvantitativt beskrive omfanget av visuelle scener tilgjengelig for barn. Over en hel spille økt er det en høy sannsynlighet at barnets øyne er vanligvis sentrert i midten visuelle scenen foran barn5. Hodet kameraer tillate oss å undersøke samlet av kulissene tilgjengelig for barn. Hvor ofte er for eksempel et ansikt tilgjengelig for dem å se på? Hvordan vedvarende er disse scenene med ansikter? Hvor ofte er barn viser rotete (stabel av leker på gulvet) versus ryddig (taket eller en tom vegg) scener? Denne egosentriske Vis metoden er best egnet for data på makro-skalaen, 100 millioner bildene samlet over dager. Hvis problemstillingen trenger mer nyansert oppløsning enn spørsmålene samlet nivå, kan leder-montert øye-sporing passe bedre å fange nøyaktig dynamikken i spedbarn visjon.
Pjokk og voksen har ulike visuelle erfaringer, er ikke en visuell opplevelse av spedbarn og småbarn developmentally statisk. Som barn vokser, tilgjengelig visuelle kulissene endre seg dramatisk, og det er utviklingsmessige strukturen i folk og objekter visuelt tilgjengelig for barn i ulike aldre. For eksempel når barn er svært ung, er visuelle miljøet tett med ansiktene til et lite antall personer10. Fra denne ikke-uniform prøvetaking noen ansikter, kan spedbarn ekstrapolere og lære å gjenkjenne og forskjellsbehandle ansikter de møter. Spedbarn begynner å sitte stadig å gjennomgå og spille med objekter i nærheten 8-10 måneder gammel, men deres manuelle ferdigheter er fortsatt ganske begrenset sammenlignet med eldre barn. Disse spedbarn erfaring, økt hyppighet av visuelle scener med få objekter oppe, sammenlignet med eldre barn. Likevel avslører mealtime scener fra disse samme 8-10 måneders åringer også tider med rot13, med hvert måltid scene som inneholder mange ulike objekter. Til tross for dette rotet, det er en forutsigbar struktur til objektene i sikte: et lite sett med objekter vises gjentatte ganger. Dette gjentas objekter tilhører kategorier omfatter de første ordene lært av spedbarn13. Dermed, selv om det kan være lett å se etter barn miljø og hevder deres verden er en "blomstrende, summende forvirring," hodet-kamera data viser spedbarn egosentriske visninger avsløre at forutsigbar statistiske sammenhenger finnes i deres synsfelt å dempe din og forvirring.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer ikke interessekonflikter.
Acknowledgments
Forfatterne takker Dr. Chen Yu hans veiledning i etableringen av dette manuskriptet og dataene som brukes i representant resultatinndelingen. Vi takker de deltakende familiene som avtalt å brukes i tallene og filming av den protokollen, samt Lydia Hoffstaetter for hennes nøye lesning av dette manuskriptet. Denne forskningen ble støttet av National Institutes of Health tilskudd T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.), R01 HD074601 (SB), R01 HD028675 (SB, L.B.S.) og F32HD093280 (L.K.S.). National Science Foundation gir BCS-1523982 (SB, L.B.S) og karriere IIS-1253549 (SB, D.J.C.), den National Science Foundation Graduate forskning Fellowship Program #1342962 (S.E.S.), og ved Indiana University gjennom det nye området av forskning Initiativet - læring: Hjerner, maskiner og barn (J.I.B., SB, L.B.S.).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Head-camera | Looxcie | Looxcie 3 | |
| Head-camera | Watec | WAT-230A | |
| Head-camera | Supercircuits | PC207XP | |
| Head-camera | KT&C | VSN500N | |
| Head-camera | SereneLife | HD Clip-On | |
| Head-camera | Conbrov | Pen TD88 | |
| Head-camera | Mvowizon | Smiley Face Spy Button | |
| Head-camera | Narrative | Clip 2 | |
| Head-camera | MeCam | DM06 |
References
- James, W. The Principles of Psychology. , Henry Holt and Co. New York. (1890).
- Quine, W., Van, O. Word and object: An inquiry into the linguistic mechanisms of objective reference. , The MIT Press. Cambridge, MA. (1960).
- Yoshida, H., Smith, L. B. What's in view for toddlers? Using a head camera to study visual experience. Infancy. 13 (3), 229-248 (2008).
- Yu, C., Smith, L. B. Embodied attention and word learning by toddlers. Cognition. 125 (2), 244-262 (2012).
- Bambach, S., Smith, L. B., Crandall, D. J., Yu, C. Objects in the center: How the infant's body constrains infant scenes. Joint IEEE International Conference on Development and Learning and Epigenetic Robotics 2016. , 132-137 (2016).
- Adolph, K. E., Gilmore, R. O., Freeman, C., Sanderson, P., Millman, D. Toward open behavioral science. Psychological Inquiry. 23 (3), 244-247 (2012).
- Sanderson, P. M., Scott, J. J. P., Johnston, T., Mainzer, J., Wantanbe, L. M., James, J. M. MacSHAPA and the enterprise of exploratory sequential data analysis (ESDA). International Journal of Human-Computer Studies. 41 (5), 633-681 (1994).
- Pereira, A. F., Smith, L. B., Yu, C. A bottom-up view of toddler word learning. Psychonomic Bulletin & Review. 21 (1), 178-185 (2014).
- Yu, C., Smith, L. B. Joint Attention without Gaze Following: Human Infants and Their Parents Coordinate Visual Attention to Objects through Eye-Hand Coordination. PLOS ONE. 8 (11), e79659 (2013).
- Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. The faces in infant-perspective scenes change over the first year of life. PlOS ONE. 10 (5), e0123780 (2015).
- Fausey, C. M., Jayaraman, S., Smith, L. B. From faces to hands: Changing visual input in the first two years. Cognition. 152, 101-107 (2016).
- Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. Why are faces denser in the visual experiences of younger than older infants? Developmental Psychology. 53 (1), 38 (2017).
- Clerkin, E. M., Hart, E., Rehg, J. M., Yu, C., Smith, L. B. Real-world visual statistics and infants' first-learned object names. Philosophical Transactions of the Royal Society B, Biological Sciences. 372, 20160055 (2017).
