Summary
Dette er en kvalitativ komparative casestudie analyse af eye-tracking data på de første øjeblikke af sociale video scener som set af tre deltagere: en med autisme spektrum forstyrrelse, en med komorbide opmærksomhed underskud-hyperaktiv lidelse, og en neurotypical kontrol.
Abstract
Børn med autisme spektrum forstyrrelser (ASF) er kendt for at have sensorisk-perceptuelle forarbejdning underskud, der svækker deres evner til at deltage og opfatter sociale stimuli i daglige levende sammenhænge. Da daglige sociale episoder består af diskrete dynamiske ændringer i sociale oplysninger, kan undladelse af at deltage i til eller behandle subtile menneskelige nonverbale signaler, ansigtsudtryk, arbejdsstillinger og-bevægelser, føre til uhensigtsmæssige social interaktion. Traditionelle adfærdsmæssige rating scales eller vurderingsværktøjer baseret på statisk sociale scener har begrænsninger i erobrede øjeblik til øjeblik ændringer i sociale situationer. En eye-tracking vurdering, som kan administreres i en video-baserede tilstand, er derfor foretrukket, at forøge klinisk observation. I denne undersøgelse, ved hjælp af single-sag sammenligning design, eye-tracking data af tre deltagere, et barn med autisme spektrum forstyrrelse (ASF), en anden med komorbide opmærksomhed underskud-hyperaktiv disorder (ADHD), og en neurotypical kontrol, er fanget mens de se en video af sociale situationer. Eye-tracking eksperiment har hjulpet besvare forskningsspørgsmål: Hvordan adskiller social opmærksomhed mellem de tre deltagere? Af foruddefinition områder af interesse (AOIs), deres visuelle opmærksomhed på relevante eller irrelevante sociale stimuli, hvor hurtigt hver deltager deltager til de første sociale stimuli, der vises i videoerne, hvor længe hver deltager fortsætter med at deltage i disse stimuli inden for AOIs og blik er forskydninger mellem flere sociale stimuli optræder samtidigt i den samme sociale scene fanget, sammenlignet, og analyseret i en video-baserede eye-tracking eksperiment.
Introduction
Personer med ASF er kendt for at være præget af adfærdsmæssige underskud i social kommunikation, baseret på konventionelle adfærdsmæssige beviser fra struktureret observationsstudie vurderinger og overordnede interviews. Derudover er sensoriske forarbejdning abnormiteter for nylig blevet indarbejdet i DSM-5 diagnostiske kriterier af ASD1. Social informationsbehandling indebærer lavere niveau sensorisk-perceptuelle forarbejdning og højere niveau social kognitiv behandling af sociale oplysninger. Sensory-perceptuelle forarbejdning henviser til muligheden for at deltage på sociale stimuli og indkode dem i en kort sigt hukommelse bank for øjeblikkelig hentning og svar-planlægning, mens sociale kognitive forarbejdning refererer til fortolkningen af sociale oplysninger af sociale ræsonnement og problemløsning2,3. Som sådan, føre social informationsbehandling underskud ofte til andre psychobehavioral karakteristika, såsom social angst og uopmærksomhed. Dette kan illustreres ved den høje comorbide prævalens af ASD med opmærksomhed underskud-hyperaktiv disorder (ADHD). Rækken af komorbiditet for ADHD i ASD er blevet anslået på 30% til 80%, mens tilstedeværelsen af comorbide ASD i ADHD er anslået til 20-50%4.
To store hypoteser er blevet fremlagt kontoen for underskud i social informationsbehandling — nemlig forbedret perceptuelle fungerende (EPF) og svage centrale sammenhæng (WCC). EPF refererer til den overattentiveness at eller optagethed af specifikke dele af personer med ASF, hvorimod WCC refererer til deres svaghed at udlede essensen af helheder ved at trække sammen i interelement relationer af dele5. Både teoretiske rammer bevidne deres manglende globalt konfigurere eller behandle flere stimuli samtidigt præsenteres i en begrænset social kontekst6,7. I en tidligere ansigt følelser anerkendelse undersøgelse ved hjælp af statisk ansigt udtryk billeder8, konstateredes det, at gruppen ASD tendens til at vise lokaliserede behandling af facial funktioner (såsom form for munden) ved hjælp af EPF, men synes at være svagere i configural behandling, som kræver trække sammen mere abstrakt perceptuelle begreber som postuleret af WCC, såsom de rumlige relationer mellem flere facial komponenter (fx., afstand mellem øjenbrynene og intensiteten af øje-blik) 9,10.
Da daglige sociale episoder består af dynamiske øjeblik til øjeblik subtile ændringer i sociale oplysninger, undladelse af at deltage eller deltage i sensorisk-perceptuelle behandling af subtile menneskelige nonverbale signaler, som ansigtsudtryk, arbejdsstillinger og -bevægelser, og at give mening i relationerne mellem de forskellige sociale stimuli kan føre til uhensigtsmæssige social kognitiv behandling. Eye-tracking eksperimenter har i stigende grad blevet brugt til at supplere klinisk observation i social informationsbehandling undersøgelser. Eye-tracking data, i form af scanpath mønstre, visuelle fiksering tæller og visuelle varighed, har været større biomarkører at undersøge social informationsbehandling i ASD11,12,13,14 ,15.
I denne undersøgelse illustrere vi brugen af eye-tracking teknik til at undersøge, om de to deltagere med ASF og med ASD-ADHD behandle de første øjeblikke af sociale video scener anderledes end neurotypical børn. Øjet tracker udstyr optager fire store indeks under visning: antallet af visuelle optagelser, den første fiksering varighed, samlede fiksering varighed og scanpath mønstre i form af rumlige arrangement og rækkefølgen af fiksering point. På denne måde, hvor hurtigt hver deltager deltager til de audio-visuelle stimuli foruddefinerede af AOIs, som de først vises i de sociale scener, hvor længe de fortsætter med at kigge på disse AOIs, og deres blik skifter mellem flere AOIs optræder samtidigt i samme sociale scene kan blive fanget. Enhver forsinkelse til at fiksere AOIs i løbet af de første øjeblikke (dvs.500 ms) og bane af scanpaths levere vigtige beviser til dataanalyse. Repræsentative resultater fra kvalitative analyser af denne single-case sammenlignende undersøgelse ved hjælp af dette paradigme er rapporteret.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Forældreorlov og deltagerens samtykke blev opnået i løbet af rekrutteringsprocessen i en folkeskole og en børn-servicecenter for ASD i Hong Kong og undersøgelsen blev godkendt af Regionsudvalget Universitet etisk evaluering af uddannelse University i Hong Kong.
1. brug af en Video-baseret vurdering
- Producere flere sociale videoer, omkring et minut lang, der består af daglige liv scenarier der involverer flere mennesker i en social sammenhæng (figur 1).
- Producere flere sociale videoer, omkring et minut lang, der består af daglige liv scenarier der involverer flere mennesker i en social kontekst. For de tre børn i vores casestudie, hvert barn så de samme tre videoer. Den første video viser den følgende sociale scenario. I en overfyldt cafeteria steder en studerende en ubesatte sæde, der samtidig er besat af en dame, der taler i telefon og placerer hendes taske på sædet med ingen bevidsthed om sin anmodning (figur 1). Den anden video viser den følgende sociale scenario. Studerende spille et skakspil, mens en ukendt studerende kommer for tæt til at se dem spille spillet. Den tredje video viser den følgende sociale scenario. En drengs maleri er ødelagt når sin ven ved et uheld spildte vand fra en kop på bordet.
- Gennemføre ekspertanmeldelser af alle videoerne. Vælg de sociale scenarier, der er enige om mest af eksperter som indeholdende aktører hensigt, følelser og tanker gennem deres udtryk og fagter.
2. rekruttering af deltagerne
- Fra puljen af deltagerne tilfreds der research optagelse kriterier, vælge og matche deltagere med ASD, med ASD-ADHD, og neurotypical kontrollerer ved hjælp af deres medicinske diagnosticeringsrapporter og fraktil snesevis af Raven's Standard Progressive Matricer16.
- Konvertere deres Raven percentil noder til fem percentil rækker. Vælg deltagere, der udføres på rækkerne II eller III (gennemsnit) og udelukke dem, der scorede over rang jeg (over gennemsnittet) eller på rang IV (under gennemsnittet).
3. eye-tracking eksperiment
-
Eksperimentel opsætning
- På den ene side af eye-tracking værelse, vise videoer på en 23-tommer farve LCD-skærm med en skærmopløsning på 1920 x 1080 pixel, ved hjælp af en eye tracker i en afstand af ca. 60 cm fra deltageren. Har en forskning investigator operere øjet tracker fra anden siden af eye-tracking værelse (figur 2).
- Har en anden forskning investigator sidde ved siden af deltageren og instruere deltager til at se på skærmen på skærmen. Placer skærmen foran barnet på anden siden af partitionen og oprette forbindelse til øjet tracker. Valg af eye-tracking udstyr, test miljø, og det set-up procedurer er tidligere drøftet17.
-
Kalibreringsprocessen
- Pålægge deltagerne at se kalibrering prikker, der sætte visning grænser på tværs af skærmen ved at indfange øjenbevægelser ved hjælp af infrarød hornhinde Reflektionsgraden teknologi. Kalibreringen er korrekt udført hvis alle de grønne prikker eller linjer falder inden for grå cirkel prikkerne.
- Gentag kalibrering, hvis nogle af de grønne prikker eller linjer ikke henhører under grå cirkel prikker.
-
Visning af videoer
- Pålægge deltageren til at se de sociale videoer efter hinanden, og fange deres øje bevægelse data under visning ved hjælp af øjet tracker.
4. dataanalyse
- Definere og konfigurere det første øjeblik fiksation inden for AOIs.
- Vælg kontekst-relevante mål (ansigt, hænder, målrettede objekter, etc.) i deres indledende 500 ms udseende i hver scene i videoen som AOIs (figur 3) og mærke AOIs i boksen oplysninger på panelet til venstre.
- Efter færdiggørelsen af tilføjelsen og udvalg af AOIs i den aktuelle ramme, flytte markørerne i baren tidslinje på bundpanelet til næste stellet.
- Justere beliggenhed og afgrænsning af AOIs i hver ramme af video præsentation video software af øjet tracker manuelt som target områder ændringen i hver gang ramme af video på grund af flytning af personer eller genstande som historien om den sociale video dev elops.
- Klik på Vælg -knappen på det øverste panel og tilføje nye AOIs til den nye scene, hvis nødvendigt. Hvis nogle eksisterende AOIs er til stede for 500 ms i den aktuelle scene (tidsstempel i videoen kan kontrolleres i det nederste venstre panel), eller hvis de ikke er relevante i den nye ramme i videoen, skal du højreklikke på disse AOIs at deaktivere dem i den nye ramme.
- Køre en statistisk analyse af eye-tracking-indeks. Følg trinene for statistisk databehandling på øjet tracker som beskrevet nedenfor.
- Vælg optagelser af børn.
- Vælg mediefil til analyse.
- Vælg fra de tilgængelige videoer.
- Klik på analyser udvalgte medier.
- Vælg de beskrivende statistik (fx., Sum).
- Vælg de afhængige foranstaltninger i målinger (fx., første fiksering varighed, besøg tæller).
- Vælg optagelser i rækker.
- Vælg AOI Media Resumé i kolonner.
- Klik på Opdater for at analysere eye-tracking mønstre. Resultaterne af eye-tracking mønster målinger er vist på skærmen.
- Oprette scanpath af en scene fra eye-tracking-data.
- Vælg visualisering og GazePlot i softwaren.
- Vælg Media og optagelser i det venstre panel til visualisering.
- I bunden tidslinjen, flytte den lavere markøren til begyndelsen af target scene og flytte den øverste markøren til slutningen af target scene.
- Sørg for akkumuleres er valgt for feltet Data at vise den akkumulerende scanpath.
- Klik på Eksporter og visualisering billede for at gemme scanpath som en separat fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Eye-tracking data fra de tre kantonesisk-talende børn (med ASD, med ASD-ADHD, og en kontrol) alderen i alderen mellem 7 og 9 visning af tre sociale videoer ved hjælp af den ovennævnte paradigme præsenteres her (tabel 1).
Den første fiksering varighed (pr. 500 ms target AOI) var længere for neurotypical børn (150 ms) end for ASD og ASD-ADHD børn (begge 110 ms). Den samlede fiksering varighed (pr. 500 ms target AOI) var kortere for ASD-ADHD barn (120 ms) end for både neurotypical børn (170 ms) og ASD barn (180 ms). Det samlede antal fiksering tæller (pr. 500 ms target AOI) var den største ASD barn (4.62), det andet for neurotypical børn (4.09), og den korteste for ASD-ADHD barn (3.19).
Et scanpath plot indfanger visuel scanning af flere AOIs i en social scene. Et eksempel på scanpaths af de tre børn til en 10 s episode i den første video er vist i figur 4 og videoer 1 - 3.
Video 1: Scanpaths i kontrolelementet. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at hente.)
Video 2: Scanpath af barnet med ASF. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at hente.)
Video 3: Scanpath af barnet med ASF-ADHD. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at hente.)
Figur 1: et eksempel på væsentlige sociale scener i Video 1. I den første scene, drengen venter på at få sit måltid fra personale i cafeteriet. I den anden scene ser han for en plads i nærheden af den dame, der taler i telefon. I den tredje scene spørger han damen om han kan sidde på den tomme stol ved siden af hende. I den sidste scene, damen mærke ikke hans anmodning og lægger en pose på stolens ubesatte. Drengen er skuffet, fordi han ikke kunne finde et sted at sidde. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Eye-tracking eksperimentelle set-up. En forskning investigator gav instrukser til barnet om at få vist videoer foran skærmen på den ene side af eye-tracking eksperiment værelse. Visning af videoer var kontrolleret af en anden investigator bruger en anden computer på anden siden af samme rum adskilt af en partition. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: et eksempel på target AOIs i Video 1. De farvede ovaler er AOIs (dvs., ansigt, øjne, mund, hænder, ambulant foretage en opringning og damen pose), der viser de første øjeblikke i en af scenerne i Video 1. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Scanpaths kontrol (top), barn med ASD (i midten) og barn med ASD-ADHD (nederst). Tager en social scene i Video 1 som et eksempel, spore de blå prikker scanpaths for neurotypical kontrol barn, de grønne prikker til ASD barnet og de røde prikker til ASD-ADHD barn. Prikker i figur angiver placeringen af den visuelle optagelse. Jo større prikker er, jo længere barnet deltage i den særlige spot på den visuelle stimuli. Tallene i prikker repræsenterer sekvensen af visuelle optagelser inden for 500 ms af video scene. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Deltager grupper | Raven Score | Grade | Første fiksering varighed (ms) | Samlede fiksering varighed (ms) | Fiksering tæller |
| Kontrol | 120 | 3 | 150 | 170 | 4.09 |
| ASD | 129 | 1 | 110 | 180 | 4,62 |
| ASD-ADHD | 115 | 3 | 110 | 120 | 3.19 |
Tabel 1: Beskrivende statistik af eye-tracker målinger af de tre børn.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Første-moment fiksering varighed var kortere for ASD-ADHD og ASF børnene end neurotypical børn. Den samlede fiksering varighed var kortere for ASD-ADHD barn end for neurotypical børn, viser en generel reduktion i visuel vægt på sociale stimuli. Dette viste, at ASD-ADHD barnet viste en forsinkelse i at deltage i løsning af sociale stimuli i en social scene. Denne forsinkelse kan forårsage barn springe registrering vigtige momentan sociale oplysninger, som kan føre til misfortolkning af social information og efterfølgende sociale kognitive forarbejdning.
Det samlede antal fiksering tæller var lavere for ASD-ADHD barn end neurotypical barnet, mens det samlede antal fiksering tæller inden for lokaliserede AOIs var højest for ASD barn. Dette synes at støtte forbi ASD resultater inden for rammerne af forbedrede perceptuelle fungerende (EPF), hvilket tyder på, at børn med ASD ansætte featural forarbejdning; Derfor, de visuelt deltage til nærmere beskrivelse af AOIs så neurotypical kontrol at gøre.
Sammenlignet resultaterne af de tre børn, viser det, at ASD barn udført færrest scanninger på tværs af flere AOIs af sociale stimuli. Dette kan forklares ved sværhedsgrad opleves af ASD barnet i at trække sammen forholdet mellem relevante sociale stimuli. Dette kan være regnskabsmæssigt ved svag central sammenhæng teori (CWW), hvori det hedder, at ASD viser underskud i sensorisk perceptuelle behandling, som kræver samtidig at deltage til og scanning mellem flere AOIs.
For scanpath analyse, er flere begrænsninger noteret. Selvom det samme scanpath billede er brugte, det faktisk indeholder forskellige scener indenfor en tidsmæssig periode (i denne undersøgelse, var det foruddefinerede som en video længde på 10 sekunder). Derfor kan der være fysisk fejl af blik steder på scanpath plot, der ikke repræsenterer nødvendigvis de faktiske steder af hvad deltageren fokus på plottet. Efterforskere skal være forsigtig med disse potentielle eyeballing fejl i dataanalyse og fortolkning.
Da AOIs skal markeres manuelt på øjet tracker, kan der være en latenstid af visuelle fiksering af markørerne, selv. Da AOIs blev manuelt plottes i de bevægelige sociale stimuli, kan der være mindre fejl i varigheden af hvor længe hver AOI varer på tværs af alle AOIs. For eksempel, for en foruddefineret 500 ms, kan en AOI der er markeret til 498 ms eller 510 ms. dette kan gøre sammenligningen mellem forestillinger på tværs af forskellige videoer, i modsætning til det i den samme video, vanskeligt da ydeevne basislinjer adskiller sig fra en video til en anden. Ikke desto mindre, denne genstand vil have samme virkning på alle tre deltagere, og derfor kan dette ikke skabe en bias for en bestemt type af deltageren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Forfatterne anerkender, at den bredere undersøgelse hvorfra dette papir er genereret understøttes finansielt af General Research Fund under den Universitet tilskud Rådet af særlige Administration område Hongkong, Kina (giver nummer: GRF 844813); og af forskningen støtter ordningen 2017/18 af Institut for specialundervisning og rådgivning på uddannelse University of Hong Kong.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Tobii Pro TX300 | Tobii | N/A | Screen based eye-tracker (300Hz refreshing rate) |
| Tobii Pro Studio | Tobii | N/A | Software for analyzing eyetracking data |
References
- American Psychiatric Association. Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders - 5th Edition (DSM-V). , American Psychiatric Association. Washington, DC. (2013).
- Williams, D. L., Goldstein, G., Minshew, N. J. Neuropsychologic functioning in children with autism: further evidence of disordered complex information processing. Child Neuropsychology. 12, 279-298 (2006).
- Bons, D., et al. emotional, and cognitive empathy in children and adolescents with autism spectrum disorder and conduct disorder. Journal of Abnormal Child Psychology. 41, 425-443 (2013).
- Van der Meer, J. M., et al. Are autism spectrum disorder and attention-deficit/hyperactivity disorder different manifestations of one overarching disorder? Cognitive and symptom evidence from a clinical and population-based sample. Journal of the American Academy of Child and Adolescent Psychiatry. 51 (11), 1160-1172 (2012).
- Brosnan, M. J., Scott, F. J., Fox, S., Pye, J. Gestalt processing in autism: Failure to process perceptual relationships and the implications for contextual understanding. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 45 (3), 459-469 (2004).
- Behrmann, M., Thomas, C., Humphreys, K. Seeing it differently: Visual processing in autism. Trends in Cognitive Sciences. 10 (6), 258-264 (2006).
- Happé, F. G. E., Frith, U. The weak coherence account: Detail-focused cognitive style in autism spectrum disorders. Journal of Autism and Developmental Disorders. 36, 5-25 (2006).
- Tsang, V. Eye-tracking study on facial emotion recognition tasks in individuals with high-functioning autism spectrum disorders. Autism. 22 (2), 161-170 (2018).
- Renzi, C., et al. Featural and Configural processing of faces are dissociated in the dorsolateral prefrontal cortex: A TMS study. NeuroImage. 74, 45-51 (2013).
- Samson, F., Mottron, L., Soulieres, I., Zeffiro, T. A. Enhanced visual functioning in autism: An ALE meta-analysis. Human Brain Mapping. 33 (7), 1553-1581 (2012).
- Sasson, N. J., Turner-Brown, L. M., Holtzclaw, T. N., Lam, K. S. L., Bodfish, J. W. Children with autism demonstrate circumscribed attention during passive viewing of complex social and nonsocial picture arrays. Autism Research. 1, 31-42 (2008).
- Klin, A., Jones, W., Schultz, R., Volkmar, F., Cohen, D. Visual fixation patterns during viewing of naturalistic social situations as predictors of social competence in individuals with autism. Archives of General Psychiatry. 59, 809-816 (2002).
- Rutherford, M. D., Towns, A. M. Scan path differences and similarities during emotion perception in those with and without autism spectrum disorders. Journal of Autism and Developmental Disorders. 38 (7), 1371-1381 (2008).
- Wallace, S., Coleman, M., Bailey, A. An investigation of basic facial expression recognition in autism spectrum disorders. Cognition and Emotion. 22 (7), 1353-1380 (2008).
- Byrge, L., Dubois, J., Tyszka, J. M., Adolphs, R., Kennedy, D. P. Idiosyncratic Brain Activation Patterns Are Associated with Poor Social Comprehension in Autism. The Journal of Neuroscience. 35, 5837-5850 (2015).
- Raven, J. Manual for Raven's Progressive Matrices and Vocabulary Scales. Research Supplement No.1: The 1979 British Standardisation of the Standard Progressive Matrices and Mill Hill Vocabulary Scales. , Harcourt Assessment. San Antonio, Texas. (1981).
- Sasson, N. J., Elison, J. T. Eye tracking young children with autism. Journal of Visualized Experiments. (61), e3675 (2012).
