Summary
Detta är en kvalitativ jämförande fallstudie analys av eye-tracking data på de första ögonblicken av sociala video scener som ses av tre deltagare: en med autism spectrum disorder, en med komorbida uppmärksamhet underskott-hyperactive disorder, och en Neurotypisk kontroll.
Abstract
Barn med autismspektrumstörningar (ASD) är kända för att ha sensoriska-perceptuella bearbetning underskott som försvagar deras förmågor att närvara och uppfatta sociala stimuli i daglig levande sammanhang. Eftersom dagliga sociala episoder består av subtila dynamiska förändringar i sociala uppgifter, kan underlåtenhet att sköta eller bearbeta subtila mänskliga verbala, som ansiktsuttryck, kroppsställningar och gester, leda till olämpliga social interaktion. Traditionella beteendemässiga skattningsskalor eller bedömning verktyg baserat på statiska sociala scener har begränsningar i att fånga ögonblick till ögonblick ändringarna i sociala situationer. En eye-tracking bedömning, som kan administreras i en video-baserade läge, är därför att föredra, att öka klinisk observation. I denna studie använda single-case jämförelse design, eye-tracking data av tre deltagare, ett barn med autism (ASD), en annan med komorbida uppmärksamhet underskott-hyperactive disorder (ADHD), och en Neurotypisk control, fångas medan de Visa en video av sociala scenarier. Eye-tracking experimentet har bidragit till att besvara forskningsfrågan: hur social uppmärksamhet skiljer sig mellan tre deltagare? Genom att fördefiniera intresseområden (AOI), deras visuella uppmärksamhet på relevant eller irrelevant sociala stimuli, hur snabbt varje deltagare deltar till de första sociala stimuli som förekommer i filmerna, hur länge varje deltagare fortsätter att sköta dessa stimuli inom AOI och blicken är förskjutningar mellan flera sociala stimuli som förekommer samtidigt i samma sociala scen fångas, jämfört och analyseras i ett video-baserade eye-tracking-experiment.
Introduction
Personer med ASD är kända att präglas av beteendemässiga underskott i social kommunikation, utifrån konventionella beteendemässiga bevis från strukturerad observationella bedömningar och överordnade intervjuer. Dessutom har sensorisk bearbetning avvikelser nyligen införlivats i DSM-5 diagnostiska kriterierna för ASD1. Sociala informationsbehandling innebär lägre nivå sensoriska-perceptuella bearbetning och högre nivå social kognitiv behandling av social information. Sensorisk-perceptuella bearbetning refererar till möjligheten att delta på sociala stimuli och koda dem i en kortsiktig minnesbank för omedelbar hämtning och svar-planering, medan social kognitiv bearbetning refererar till tolkningen av social information sociala resonemang och problemlösning2,3. Som sådan, leder sociala informationsbehandling underskott ofta till andra psychobehavioral egenskaper, såsom social ångest och ouppmärksamhet. Detta kan illustreras med hög komorbida prevalensen av ASD med uppmärksamhet underskott-hyperactive disorder (ADHD). Spänna av samsjuklighet för ADHD i ASD har uppskattats på 30% till 80%, medan förekomsten av komorbida ASD vid ADHD har uppskattats till 20% till 50%4.
Två stora hypoteser har lagts fram till konto för underskotten i sociala informationsbehandling — nämligen förbättrad perceptuell fungerande (EPF) och svag central koherens (WCC). EPF hänvisar till overattentiveness till eller upptagenhet med specifika delar av personer med ASD, medan WCC hänvisar till deras svaghet att genom att dra ihop de interelement relationerna av delar5härleda kärnan i helheter. Både teoretiska ramar intyga att deras misslyckande att globalt konfigurera eller bearbeta de flera stimuli samtidigt presenteras i en trånga socialt sammanhang6,7. I en tidigare ansikte känslor erkännande studie använder statiska ansikte uttryck bilder8, konstaterades det att gruppen ASD tenderade att Visa lokaliserad bearbetning av ansiktsdrag (till exempel formen på munnen) använder EPF, men verkar vara svagare i configural behandling, som kräver att dra ihop ju mer abstrakt perceptuella begrepp som postulerade av WCC, såsom de rumsliga relationerna mellan flera ansiktsbehandling komponenter (t.ex., avståndet mellan ögonbrynen och intensiteten i den ögon-blicken) 9,10.
Eftersom dagliga sociala episoder består av dynamiska ögonblick till ögonblick subtila förändringar i sociala uppgifter, underlåtenhet att närvara eller delta i sensoriska-perceptuella bearbetning av subtila mänskliga verbala, såsom ansiktsuttryck, kroppsställningar och gester, och vettigt av relationerna mellan de olika sociala stimuli kan leda till olämpliga sociala kognitiv bearbetning. Eye-tracking experiment har använts alltmer att komplettera klinisk observation i sociala informationsbehandling studier. Eye-tracking data, i form av scanpath mönster, visuell fixation räknas och visuella varaktighet, har varit stora biomarkörer att undersöka sociala informationsbehandling i ASD11,12,13,14 ,15.
I denna studie illustrerar vi användning av eye-tracking teknik för att undersöka huruvida de två deltagarna med ASD och med ASD-ADHD bearbeta de första ögonblicken av sociala videoscener olikt än Neurotypisk barn. Eye tracker utrustningen fångar fyra större index under visning: antalet visuella upptagningar, första fixering varaktighet, totala fixering varaktighet och scanpath mönster i form av rumslig ordning och sekvens av fästpunkterna. På detta sätt, hur snabbt varje deltagare sköter de audiovisuella stimuli fördefinierade av AOI som de först visas i de sociala scenerna, för hur länge de fortsätter att titta på dessa AOI, och blicken skiftar mellan flera AOI visas samtidigt i samma sociala scenen kan fångas. Dröjsmål att fixera AOI under de första ögonblicken (dvs.500 ms) och banan för scanpaths ge viktiga bevis för dataanalys. Representativa resultat från kvalitativ analys av detta enda fall jämförande studie med detta paradigm redovisas.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Föräldraledighet och deltagare samtycke erhölls under rekryteringsprocessen i en grundskola och ett barn servicecenter för ASD i Hong Kong och studien godkändes av utskottet för universitet-etisk granskning av utbildning universitet av Hong Kong.
1. användning av en Video-baserade bedömning
- Producera flera sociala videor, ungefär en minut lång, som består av dagliga liv scenarier som involverar flera personer i ett socialt sammanhang (figur 1).
- Producera flera sociala videor, ungefär en minut lång, som består av dagliga liv scenarier som involverar flera personer i ett socialt sammanhang. För tre barn i vår fallstudie, varje barn tittade på samma tre video. Första videon visar följande sociala situation. I en fullsatt cafeteria ställen student en obesatt plats som samtidigt är upptagen av en dam som talar i telefon och placerar sin väska på sätet med någon medvetenhet om sin begäran (figur 1). Andra videon visar följande sociala situation. Studenter spelar ett schackspel medan en obekant student kommer för nära för att se dem spela spelet. Den tredje videon visar följande sociala situation. En pojkes målning är förstört när hans vän oavsiktligt spill vatten från en kopp på bordet.
- Genomföra expert recensioner av alla videor. Välj de sociala scenarier som är överens om mest av experter som innehållande skådespelarnas avsikt, känslor och tankar genom deras uttryck och gester.
2. rekrytering av deltagare
- Från poolen av deltagarna nöjda som forskning införandet kriterier, väljer och matcha deltagare med ASD, med ASD-ADHD, och Neurotypisk styr med hjälp av deras medicinska diagnostiska rapporter och percentil värderingar för Korpens Standard progressiva Matriser16.
- Konvertera sina Raven percentil poäng till fem percentil rangordnar. Välj deltagare som utför på leden II eller III (genomsnitt) och utesluter dem som gjorde ovan rank jag (över genomsnittet) eller på rank IV (under genomsnittet).
3. eye-tracking Experiment
-
Experimental set-up
- På ena sidan av eye-tracking rummet, Visa videoklipp på en 23-tums färg LCD-skärm med en upplösning på 1920 x 1080 pixlar, med en eye-tracker på ett avstånd av ca 60 cm från deltagaren. Har en forskning utredare driva eye tracker från andra sidan av eye-tracking rummet (figur 2).
- Har en annan forskning utredare sitta bredvid deltagaren och instruera deltagaren att titta på skärmen på bildskärmen. Placera bildskärmen framför barnet på den andra sidan av partitionen och Anslut till eye tracker. Valet av eye-tracking utrustning, testning miljö och set-up förfaranden är tidigare diskuterade17.
-
Kalibreringsprocessen
- Instruera deltagarna att titta på kalibrering prickar som sätta visning gränser över skärmen genom att fånga ögonrörelser med infraröd korneal reflektans teknik. Kalibreringen görs ordentligt om alla gröna prickar eller linjer faller inom grå cirkel prickar.
- Upprepa kalibreringen om några av de gröna prickar eller linjer inte falla inom grå cirkeln prickar.
-
Visning av videor
- Instruera deltagaren Visa sociala videor efter varandra, och fånga deras öga rörelse data under visning använda eye tracker.
4. dataanalys
- Definiera och ställa in den första-ögonblick fixeringen inom AOI.
- Välj sammanhang-relevanta mål (ansikte, händer, riktade objekt, etc.) i sin första 500 ms av framträdande i varje scen av videon som AOI (figur 3) och etiketten AOI i informationsrutan i den vänstra panelen.
- Vid slutförandet av tillägg och urval av AOI i den aktuella bildrutan, flytta markörerna i den nedre panelen Tidslinje bar till nästa bildruta.
- Justera placering och gränsen för AOI i varje bildruta i videon i presentation video programvara eye tracker manuellt som mål områden förändring varje tidsram av videon på grund av rörelsen av människor eller objekt som historien om den sociala video dev Elops.
- Klicka på Välj -knappen på den övre panelen och lägga till nya AOI i den nya scenen vid behov. Om vissa befintliga AOI föreligger för 500 ms i den aktuella scenen (tidsstämpel videon kan kontrolleras i den nedre vänstra panelen) eller om de inte är relevanta i den nya bildrutan i videon, högerklicka på dessa AOI inaktivera dem i den nya ramen.
- Kör en statistisk analys av eye-tracking indexen. Följ stegen i statistisk databearbetning på eye tracker som beskrivs nedan.
- Välj inspelningar av barnen.
- Välja mediafilen för analys.
- Välj från tillgängliga videor.
- Klicka på analysera valda medier.
- Välj beskrivande statistik (t.ex., summan).
- Välja de beroende åtgärderna i mätvärden (t.ex., första fixering varaktighet, besök greve).
- Välj inspelningar i rader.
- Välj AOI Media Sammanfattning i kolumner.
- Klicka på Uppdatera för att analysera de eye-tracking-mönsterna. Resultaten av eye-tracking mönster mätvärden visas på skärmen.
- Skapa scanpath av en scen från eye-tracking data.
- Välja visualisering och GazePlot i programvaran.
- Välj Media och inspelningar i den vänstra panelen för visualisering.
- I nedersta tidslinjen, lägre markören till början av målet scenen och flytta övre markören till slutet av den mål-scenen.
- Kontrollera att ackumulera väljs för fältet Data för att visa den ackumulerande scanpath.
- Klicka på Exportera och visualisering bild om du vill spara scanpath som en separat bildfil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Eye-tracking data tre kantonesiska-talande barn (med ASD, med ASD-ADHD, och en kontroll) åldrarna i åldern 7-9 visar tre sociala videor med hjälp av den ovan nämnda paradigmen presenteras här (tabell 1).
Den första fixering varaktigheten (per 500 ms mål AOI) var längre för Neurotypisk barn (150 ms) än för ASD och ASD-ADHD barn (båda 110 ms). Totala fixering varaktighet (per 500 ms mål AOI) var kortare för ASD-ADHD barn (120 ms) än för både barnets Neurotypisk (170 ms) och ASD barnet (180 ms). Det totala antalet fixering räknas (per 500 ms mål AOI) var störst för ASD barnet (4,62), andra för Neurotypisk barnet (4,09), och den kortaste för ASD-ADHD barnet (3.19).
En scanpath tomt fångar visuell skanning av flera AOI i en social scen. Ett exempel på scanpaths av de tre barnen för en 10 s episod i den första videon visas i figur 4 och videor 1 - 3.
Video 1: Scanpaths för kontrollen. Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ner.)
Video 2: Scanpath av barn med ASD. Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ner.)
Video 3: Scanpath av barn med ASD-ADHD. Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ner.)
Figur 1: exempel på grundläggande sociala scener i Video 1. I den första scenen, pojken väntar på att få sin måltid från cafeteria personal. I den andra scenen, är han ute efter en plats nära damen som pratar i telefon. I den tredje scenen frågar han damen om han kan sitta på den tomma stolen bredvid henne. I den sista scenen, damen märker inte hans begäran och sätter en påse på den tomma stolen. Pojken är besviken eftersom han inte kunde hitta en plats att sitta. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Eye-tracking experimental set-up. En forskning utredare gav instruktioner till barnet om hur du visar videor framför skärmen på ena sidan av eye-tracking experiment rummet. Visning av videor kontrollerades av en annan utredare använder en annan dator på andra sidan av samma rum åtskilda av en partition. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: exempel på målet AOI i Video 1. Färgade ovalerna är de AOI (dvs, ansikte, ögon, mun, händer, mobiltelefon och påsen med damen) som visar de första ögonblicken i en av scenerna i Video 1. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Scanpaths av kontrollen (överst), barn med ASD (mitten) och barn med ASD-ADHD (nederst). Blå prickar tar en social scen i Video 1 som exempel, och spåra scanpaths för barnets Neurotypisk kontroll, den gröna prickar för ASD barnet och de röda prickarna för ASD-ADHD barn. Punkterna i figuren anger platserna av de visuella upptagningarna. Ju större prickar är, ju längre barnet delta till att särskild plats på den visuella stimulansen. Siffrorna i prickarna representerar sekvensen av visuella upptagningar inom 500 ms i en video scen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Deltagande grupper | Raven Poäng | Grade | Första fixering varaktighet (ms) | Totala fixering varaktighet (ms) | Fixering räknas |
| Kontroll | 120 | 3 | 150 | 170 | 4.09 |
| ASD | 129 | 1 | 110 | 180 | 4,62 |
| ASD-ADHD | 115 | 3 | 110 | 120 | 3.19 |
Tabell 1: Beskrivande statistik av eye-tracker mätningar av de tre barnen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Första-ögonblick fixering varaktighet var kortare för ASD-ADHD och ASD barn än för Neurotypisk barn. Totala fixering varaktighet var kortare för ASD-ADHD barn än för Neurotypisk barn, visar en allmän minskning av visuell uppmärksamhet till sociala stimuli. Detta visade att ASD-ADHD barnet visade en fördröjning i behandlande inträde i sociala stimuli i en social scen. Denna försening kan orsaka barnet att hoppa över registrering viktig momentan social information, vilket kan leda till feltolkningar av social information och efterföljande social kognitiv behandling.
Det totala antalet fixering räkningarna var lägre för ASD-ADHD barn än för Neurotypisk barn, medan det totala antalet fixering räknas inom lokaliserade AOI var det högsta för ASD barnet. Detta verkar stödja förbi ASD konstateranden inom ramen för förbättrad perceptuell fungerande (EPF), vilket tyder på att barn med ASD anställa särdragsbaserade bearbetning. Därför deltar de visuellt till fler Detaljer för AOI sedan Neurotypisk kontroller gör.
När resultaten av de tre barnen jämförs, visar det att barnets ASD utförs minst antal skanningar över flera AOI sociala stimuli. Detta kan förklaras av svårigheten upplevs av ASD barnet i att dra ihop förhållandet mellan relevanta sociala stimuli. Detta kan förklaras av en svag central koherens teori (CWW), där det anges att ASD visar underskott i sensoriska perceptuella bearbetning som kräver samtidig sköter och skanning mellan flera AOI.
För scanpath analys noteras flera begränsningar. Trots att samma scanpath bild används, den faktiskt innehåller olika scener inom en tidsbestämd period (i denna studie var det fördefinierade som en video längd 10 sekunder). Därför kan det finnas rumsliga fel blick fläckar på scanpath tomten som inte representerar nödvändigtvis de faktiska platserna av vad deltagaren fokuserar på tomten. Utredarna måste vara försiktig med dessa potentiella eyeballing fel under dataanalys och tolkning.
Eftersom AOI har markeras manuellt på eye tracker, kan det finnas en fördröjning av visuella upptagningen från markörerna själva. Eftersom AOI var manuellt plottas mot de rörliga sociala stimuli, kan det finnas något fel i varaktigheten av hur länge varje AOI varar över alla AOI. Till exempel för en fördefinierad 500 ms, kan en AOI har markerats för 498 ms eller 510 ms. detta försvårar jämförelsen av föreställningar över olika videor, i motsats till att i samma video, prestanda baslinjer skiljer sig från en video till en annan. Ändå, denna artefakt kommer att ha samma effekt på alla tre deltagare, och detta kan därför inte skapa en bias för en viss typ av deltagare.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Författarna erkänner att den bredare studie som denna uppsats genereras stöds ekonomiskt av General forskningsfonden under universitet bidrag rådet av Hong Kong Special Administration regionen, Kina (bevilja nummer: GRF 844813); och av forskning stöder systemet 2017/18 av den specialpedagogiska institutionen och rådgivning vid utbildning 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).
