Esplorare la sensibilità del bambino al linguaggio visivo utilizzando eye tracking e il paradigma dall'aspetto preferenziale

Summary

Gli studi di tracciamento oculare che utilizzano un paradigma dall'aspetto preferenziale possono essere utilizzati per studiare la comprensione emergente dei bambini e l'attenzione al loro mondo visivo esterno.

Abstract

Discutiamo dell'uso del paradigma dall'aspetto preferenziale negli studi di tracciamento oculare al fine di studiare come i bambini si sviluppano, capiscono e si occupano del mondo che li circonda. Il tracciamento oculare è un modo sicuro e non invasivo per raccogliere i dati del gazeo dai neonati, e il paradigma dall'aspetto preferenziale è semplice da progettare e richiede solo che il bambino si assista allo schermo. Mostrando contemporaneamente due stimoli visivi che differiscono in una dimensione, possiamo valutare se i neonati mostrano un comportamento di ricerca diverso per uno stimolo, dimostrando così la sensibilità a tale differenza. Le sfide in tali approcci sperimentali sono che gli esperimenti devono essere tenuti brevi (non più di 10 min) ed essere attentamente controllati in modo che i due stimoli differiscano in un solo modo. Anche l'interpretazione dei risultati nulli deve essere attentamente considerata. In questo articolo, illustreremo un esempio di successo di uno studio di tracciamento oculare infantile con un paradigma dall'aspetto preferenziale per scoprire che i bambini di 6 mesi sono sensibili ai segnali linguistici in una lingua firmata nonostante non abbiano alcuna esposizione preventiva alla lingua firmata, suggerendo che i neonati possiedono sensibilità intrinseca o innata a questi segnali.

Introduction

L'obiettivo principale della scienza dello sviluppo è quello di studiare l'emergere di funzioni cognitive, linguaggio, e cognizione sociale nei neonati e bambini. I movimenti oculari sono modulati dalle intenzioni dei partecipanti, dalla comprensione, dalla conoscenza, dall'interesse e dall'attenzione al mondo esterno. La raccolta di risposte oculomotorie nei neonati mentre si orientano e scansionano immagini visive statiche o dinamiche può fornire informazioni sulla comprensione emergente e sull'attenzione dei bambini e sull'input linguistico che ricevono.

Mentre la tecnologia di tracciamento oculare è stata intorno per più di un centinaio di anni, solo di recente ha avanzato in efficienza e usabilità, permettendo di essere utilizzato per studiare i neonati. Nell'ultimo decennio, il monitoraggio degli occhi ha rivelato molto sul mondo mentale dei bambini. Ad esempio, ora sappiamo molto sulla memoria a breve termine, sull'occlusione degli oggetti e sull'anticipazione dei prossimi eventi nei vecchi di 6 mesi dal comportamento dello sguardo^1,2,3. Il tracciamento oculare può essere utilizzato anche per studiare l'apprendimento delle lingue infantili⁴. In generale, l'apprendimento delle lingue infantili dipende dalla capacità di discriminare i segnali sensoriali presenti nell'ambiente e di identificare i segnali più importanti per la trasmissione linguistica^5,6. Gli scienziati dello sviluppo cercano di capire meglio cosa sono questi segnali sensoriali, perché attirano l'attenzione dei bambini e come l'attenzione a questi segnali scaffold apprendimento delle lingue nei neonati. Il presente documento presenta un protocollo di tracciamento oculare e un paradigma dall'aspetto preferenziale che può essere utilizzato insieme per studiare la sensibilità dei bambini a tali segnali nelle lingue parlate o firmate.

In Stone, et al.⁷, il tracciamento degli occhi è stato utilizzato con un paradigma dall'aspetto preferenziale per verificare se i neonati ingenui consegni possedevano una sensibilità a una serie di contrasti fonologici nel linguaggio firmato. Questi contrasti differivano per sonorità (cioè, salienza percettiva), una proprietà linguistica strutturale presente sia nelle lingue parlate che in quelle firmate^{7,8,9,10,11, 12,13}. Si ritiene che Sonority sia importante per le restrizioni fonologiche nella formazione delle sillabe nelle lingue parlate e firmate in modo tale che le sillabe che obbediscono alle restrizioni basate sulla sonorità siano considerate più "ben formate". I neonati, durante l'ascolto del parlato, sono stati osservati per mostrare preferenze comportamentali per sillabi ben formate su sillabi e sillabi non formate in più lingue, e anche in lingue che non avevano mai sentito prima del^14,15. Abbiamo ipotizzato che i neonati avrebbero anche mostrato preferenze simili per le sillaba ben formate nella lingua firmata, anche se non avevano alcuna esperienza precedente con la lingua firmata.

Abbiamo inoltre ipotizzato che questa preferenza - o sensibilità - sarebbe soggetta a restringimento percettivo. Questo è il fenomeno dell'acquisizione linguistica in cui, quando il neonato si avvicina al suo primo compleanno, la sensibilità precoce e universale del neonato a molte caratteristiche linguistiche si attenua solo alle caratteristiche all'interno della lingua o alle^{16 ,17}. Abbiamo reclutato neonati più giovani (di sei mesi) e più grandi (dodici mesi), selezionando queste età perché si trovano alle estremità opposte della funzione di restringimento percettivo per la sensibilità ai nuovi contrasti fonetici^{17,18, 19}. Avevamo previsto che i neonati più piccoli avrebbero dimostrato una preferenza per le sillaba ben formate nella lingua firmata, ma che i neonati più grandi non lo farebbero. I bambini guardavano video composti da ditoortografia ben formato e mal formato, selezionati per due motivi.  In primo luogo, le sillaba nell'ortografia fluente delle dita sonoteorizzate per rispettare le restrizioni fonologiche basate sulle sonorità 8, offrendo l'opportunità di produrre contrasti sperimentali che testano direttamente se i neonati sono sensibili ai segnali basati sulle sonorità nei primi l'apprendimento delle lingue. In secondo luogo, abbiamo scelto l'ortografia delle dita invece dei segni pieni sul corpo e sul viso perché l'ortografia ci ha permesso di controllare più rigorosamente possibili confondazioni percettive, tra cui la velocità e le dimensioni dei movimenti della mano, rispetto ai segni completi che variano notevolmente nella firma spazio e velocità di movimento. Il nostro studio ha usato video che mostrano solo le mani, ma questo paradigma è generalizzabile per i video che mostrano la testa di firmatari e parlanti o corpi completi, o anche mostrando animali o oggetti inanimati, a seconda della questione scientifica e dei contrasti studiati.

Il valore che utilizza un paradigma di preferenza per misurare la sensibilità ai contrasti sensoriali o linguistici è nella sua relativa semplicità e facilità di controllo. In tali paradigmi, ai neonati vengono presentati due stimoli affiancati che differiscono per una sola dimensione o una caratteristica rilevante per la domanda di ricerca. Ai neonati viene data la possibilità di foveatamente su entrambi gli stimoli. I tempi di ricerca totali verso ogni stimolo vengono registrati e analizzati. Una differenza significativa nell'aspetto del comportamento per i due stimoli indica che il bambino può essere in grado di percepire la dimensione con cui i due stimoli differiscono. Poiché entrambi gli stimoli sono mostrati allo stesso tempo e a uguale durata, l'esperimento complessivo è ben controllato per le idiosincrasie del comportamento del bambino (disattenzione, guardando altrove, pignoleria, pianto). Cioè rispetto ad altri paradigmi in cui gli stimoli sono mostrati in sequenza, nel qual caso, i neonati possono mostrare spontaneamente diverse quantità di attenzione verso stimoli diversi per motivi non correlati agli stimoli (ad esempio, fussier durante un periodo in cui sono state più sperimentazioni di Stimoli A che di Stimuli B). Inoltre, le istruzioni e la comprensione degli stimoli non sono necessarie; i bambini hanno solo bisogno di guardarlo. Infine, questo paradigma non richiede un monitoraggio attivo del comportamento infantile per il criterio al fine di modificare la presentazione degli stimoli, come è comune nei paradigmi di abitudine controllati dal bambino^16,20. Il paradigma delle preferenze alla ricerca è adatto anche per testare ipotesi sull'aspetto delle preferenze piuttosto che sulle differenze. In altre parole, a parte i neonati in grado di discriminare tra Stimoli A e Stimoli B, i ricercatori possono anche testare per quali stimoli hanno suscitato un comportamento dall'aspetto aumentato o diminuito, che può essere informativo sulle crescenti pregiudizi dei bambini e cognizione emergente.

Più in generale, i vantaggi della moderna tecnologia di eyetracking non invasiva sono numerosi. Il tracciamento oculare si basa sulla misurazione della luce vicino all'infrarosso che viene emessa dal dispositivo e riflessa dagli occhi del partecipante^1,21. Questa luce infrarossa è invisibile, impercettibile e completamente sicura. Gli esperimenti di tracciamento oculare non richiedono istruzioni e dipendono solo dalla visualizzazione passiva. I modelli attuali generano una grande quantità di dati sul gazeo in un breve lasso di tempo con una semplice configurazione. I neonati possono sedersi sulle mani dei loro genitori e, nella nostra esperienza, spesso godono dell'esperimento. La maggior parte dei moderni rilevatori di occhi a distanza non richiede ritocchi alla testa o oggetti posizionati sul neonato, e sono robusti ai movimenti della testa, recuperando rapidamente dopo lampeggiante, piangendo, muovendosi fuori dalla portata o distogliendo lo sguardo. Se lo si desidera, è possibile registrare i modelli di saccade, i dati sulla posizione della testa e la pupillometria oltre ai dati sulla posizione dell'occhio.

Le sfide nel condurre ricerche di monitoraggio oculare infantile sono reali, ma non insormontabili. I dati di tracciamento oculare possono essere rumorosi a causa del movimento dei neonati, della disattenzione, della leggerezza e della sonnolenza. Gli esperimenti devono essere progettati in modo che possano essere completati in circa 10 minuti o meno - il che può essere un vantaggio in quanto le visite di laboratorio sono rapide, ma anche uno svantaggio se è necessario ottenere più dati o avere diverse condizioni sperimentali. Un altro importante avvertimento è che una scoperta nulla non significa che i neonati non siano sensibili alla manipolazione sperimentale. Se i neonati non mostrano alcuna differenza significativa tra Stimuli A e Stimuli B, questa scoperta potrebbe significare (1) un'insensibilità alla differenza tra A e B, o (2) un fallimento nell'eligione delle preferenze comportamentali. Per esempio, forse il bambino era ugualmente affascinato da A e B, anche se il bambino era sensibile alla differenza tra loro. Questo problema può essere affrontato con l'aggiunta di una seconda condizione, idealmente utilizzando gli stessi (o molto simili) stimoli, ma test lungo una dimensione diversa per cui è noto che i neonati presentano preferenze comportamentali. Se i neonati non dimostrano una preferenza nella prima condizione, ma lo fanno nella seconda, allora si può interpretare che i neonati sono in grado di dimostrare le preferenze di ricerca per gli stimoli, che possono aiutare a chiarire l'interpretazione di eventuali risultati nulli. Infine, è fondamentale calibrare con precisione l'eye tracker. La calibrazione deve essere accurata, con un basso errore spaziale e temporale, in modo che i dati dello sguardo possano essere mappati con precisione sugli stimoli sperimentali. In altre parole, "il tuo studio è buono solo quanto la tua calibrazione." I controlli di calibrazione prima e dopo la presentazione degli stimoli possono fornire un'ulteriore misura di fiducia. Recensioni dettagliate ed eccellenti sulla calibrazione dell'eye tracking con neonati sono state pubblicate altrove^{1,21,22,23,24,25, 26,27}.

Protocol

La seguente procedura, che coinvolge i partecipanti umani, è stata approvata dal programma Human Research Protections presso l'Università della California, San Diego.

1. Screening e preparazione dei partecipanti

1. Reclutai neonati nella fascia di età definita di interesse (ad es. dai 5 ai 14 mesi). Utilizza diversi metodi, tra cui social media, volantini, posta. Prendi in considerazione la possibilità di stipulare accordi con ospedali locali o uffici governativi per recuperare i documenti che elencano i neonati, i loro genitori e i loro indirizzi postali, consentendo loro di contattarli direttamente tramite posta.
2. Scherma i neonati quando i genitori interessati chiamano il laboratorio per la pianificazione. Assicurarsi che i neonati siano liberi da complicazioni durante la gravidanza o il parto, di eventuali disturbi neurologici e che abbiano udito e visione normali.
   NOTA: Nel nostro esperimento⁷, poiché eravamo interessati alla natta sensibilità alla lingua dei segni, ci siamo assicurati che i nostri bambini partecipanti non avessero visto alcuna lingua dei segni in casa e non fossero stati mostrati video di istruzioni per i segni dei bambini (sulla base dei rapporti dei genitori). Per ridurre ulteriormente la variabilità involontaria nelle esperienze linguistiche, abbiamo anche reclutato neonati che erano stati esposti solo all'inglese a casa.
3. Programmare i test subito dopo i tempi di alimentazione o di pisolino regolari del bambino per garantire il minimo disagio. Informare i genitori che ci sono spazi privati di alimentazione e/o di pisolino disponibili in laboratorio. Compensare i genitori per la partecipazione tramite pagamento o regalare una t-shirt da laboratorio, onesie o un piccolo giocattolo.

2. Guardando il paradigma delle preferenze e la progettazione sperimentale

1. Utilizzare un paradigma di preferenza cercando con una condizione in cui due diversi stimoli video vengono visualizzati contemporaneamente, ciascuno su una metà dello schermo. Assicurarsi che entrambi gli stimoli differiscano esattamente lungo una dimensione o una funzione e siano altrimenti identici per tutti gli altri elementi visivi.
   NOTA: Nel nostro protocollo, ci siamo concentrati sulla sensibilità infantile ai segnali fonologici basati sulla sonorità nel linguaggio dei segni⁷, ma questo protocollo è prontamente generalizzato ad altri studi di tracciamento oculare infantile che coinvolgono stimoli visivi. La nostra principale condizione sperimentale di soggetti ripetuti era la condizione di sonorità (vedi Figura 1). Questa condizione conteneva due diverse sequenze lessicalizzate di fingerspelling, una "ben formata" (cioè, obbediva alle restrizioni fonologiche basate sulla sonorità) e l'altra "non formata".
2. Progettare una seconda condizione di "controllo" con due stimoli video che dovrebbero suscitare preferenze dall'aspetto nei neonati. Anche in questo caso, assicurarsi che entrambi gli stimoli differiscano esattamente lungo una dimensione o funzione e siano controllati per tutti gli altri elementi visivi.
   NOTA: nelnostro protocollo 7, questa seconda condizione era la condizione di "orientamento video". Questa condizione conteneva due video, entrambi che mostravano la stessa sequenza di fingerspelling utilizzata per la condizione di sonorità, ma un lato è stato capovolto verticalmente e orizzontalmente (vedere Figura 1). La progettazione della condizione di "controllo" dipende dalla domanda di ricerca, e può essere un controllo non linguistico con cui confrontare la condizione linguistica, o una condizione di conferma in cui i neonati sono tenuti a mostrare una preferenza.

3. Costruzione di stimoli

1. Definire gli elementi del linguaggio in base alla domanda sperimentale specifica. Mira reati di breve durata (tipicamente 4-10 s), perché mentre i neonati generalmente tollerano tra 6 e 10 min di sperimentazione, ci devono essere anche prove e ripetizioni sufficienti.
   NOTA: Il nostro protocollo⁷ ha usato 4 sequenze di fingerspelling con varianti ben formate e non formate (otto sequenze totali) in 32 prove randomizzate di dieci secondi, 16 prove di condizioni di sonorità e 16 prove di condizioni di orientamento video. La lunghezza totale, senza contare la calibrazione (meno di 1 min) o i segmenti di richiamo all'attenzione (circa 3-5 s ciascuno), era di 5,3 min.
2. Definire lo schema di randomizzazione. Intermix casuale le condizioni, e randomizzare gli elementi del linguaggio che appaiono sul lato sinistro e destro dello schermo in modo che vi sia un numero uguale di, ad esempio, aoggetti A contro B e B contro A.
3. Definire lo schema di controbilanciamento. Costruisci due diverse sequenze sperimentali randomizzate, o esecuzioni, e assegna lo stesso numero di partecipanti a ogni sequenza sperimentale, controllando l'età, il sesso e qualsiasi altro fattore di interesse.
4. Se la creazione di video con persone in loro, utilizzare uno studio di fotografia / filmazione ben provisioning con la persona in piedi di fronte a uno sfondo cromatario blu o verde.
   NOTA: Nelnostro protocollo 7, ci siamo concentrati sulle sequenze di fingerspelling, quindi non abbiamo usato volti o corpi nei nostri video. Tuttavia, questo protocollo è scritto supponendo che si può scegliere di mostrare le persone in modalità full-body o head-only.
5. Posizionare l'illuminazione in modo uniforme su tutte le parti dell'immagine, senza ombre forti sulla persona o sullo sfondo.
6. Utilizzare una videocamera ad alta definizione posizionata su un treppiede e sollevata all'altezza del collo della persona. Disattivare la messa a fuoco automatica per evitare modifiche dello stato attivo durante la registrazione. Utilizzare il nastro per contrassegnare dove devono essere posizionati i piedi della persona durante le riprese e ridurre al minimo qualsiasi passeggiata durante la sessione di riprese.
7. Selezionare un utente nativo della lingua esaminata e che è in grado di riprodurre gli elementi della lingua in modo naturale e senza sforzo. L'abbigliamento deve essere in contrasto con il tono della pelle e non contenere colori simili allo sfondo cromatico. Rimuovere eventuali gioielli o ornamenti. I capelli sciolti devono essere pettinati o legati.
   NOTA: Prima di testare i neonati, si consiglia di condurre un esperimento di accompagnamento complementare per verificare che gli stimoli e le condizioni sperimentali siano accettati dagli utenti della lingua madre.
8. Chiedi alla persona di riprodurre naturalmente ogni elemento di lingua un paio di volte mentre la fotocamera registra tutte le riproduzioni in un singolo video clip. Poiché questi clip video possono essere riprodotti in loop, assicurarsi che l'inizio e la fine del video clip mostrino entrambi la persona nella stessa posizione del corpo per una transizione senza soluzione di continuità tra i loop.
9. Dopo le riprese, importa i video in un programma di editing video. Selezionare la riproduzione migliore per ogni elemento della lingua e tagliare le clip per questi elementi. Inserire un numero uguale di frame iniziali e finali intorno a ogni elemento della lingua. Se necessario, applicate gli strumenti di trasformazione per ingrandire o centrare l'immagine della persona, ma applicateli equamente a tutti gli stimoli.
10. Utilizzare stimoli ad alto contrasto quando possibile. Utilizzare la funzione chromakey del programma di editing video per cambiare lo sfondo in bianco al fine di massimizzare la riflessione corneale, consentendo le migliori condizioni per catturare i dati del gazeo.
11. Se si loop gli stimoli, assicurarsi che la durata dei loop sia uguale per qualsiasi due coppie di stimoli video mostrati insieme (cioè, la lunghezza degli elementi del linguaggio su entrambi i lati deve essere la stessa). Per raggiungere questo obiettivo, regolare leggermente la velocità video di ogni elemento della lingua.
    NOTA: Tenete a mente che i neonati hanno bisogno di tassi più lenti di presentazione per elaborare efficacemente gli stimoli in movimento. Eventuali regolazioni devono essere sottili e non modificare o distorcere in modo significativo l'elemento della lingua. Nel nostro protocollo⁷, la velocità degli stimoli è stata rallentata del 50%, e abbiamo confermato che questa manipolazione non era evidente dagli osservatori adulti.
12. Posizionare coppie di elementi del linguaggio affiancati in una clip composita. Ricorda che queste coppie avranno già avuto le loro lunghezze video equalizzate nel passaggio precedente. Assicurarsi che la posizione di ogni elemento della lingua sia identica per entrambi i lati (ad esempio, l'elemento sinistro non è superiore, inferiore, più grande o fuori centro rispetto all'elemento destro) e che entrambi gli elementi inizino e terminino contemporaneamente.
13. Come per il design degli stimoli, controlla le caratteristiche visive di basso livello delle clip video come la luminanza e il colore in modo che siano le stesse su entrambi i lati dello schermo.
14. Applica il comportamento di looping duplicando la clip composita nella timeline video. Per ridurre al minimo l'amichezza tra i loop, tenere presenti eventuali differenze nei fotogrammi iniziale e finale del ciclo. Se necessario, utilizzare una breve transizione video per fornire una transizione più uniforme tra i cicli.
15. Esportare i video modificati in un formato appropriato per il programma di tracciamento oculare e alla massima risoluzione possibile.
16. Utilizzare software di presentazione sperimentale, di solito confezionato con l'eye tracker, per programmare e presentare gli stimoli e per randomizzare l'ordine degli stimoli. Software di presentazione esperimento generico può anche essere utilizzato, a condizione che siano in grado di controllare l'eye tracker e registrare i dati da esso.
17. Inserire immagini accattivanti prima di ogni prova per mantenere e reindirizzare l'attenzione dei neonati al centro dello schermo immediatamente prima dell'inizio dello studio (vedere la figura2).
    NOTA: Gli esempi includono cuccioli statici o animati, gattini, giocattoli, volti sorridenti o figure dei cartoni animati, purché siano altamente inntistizzare e di uguale dimensione. Anche se le animazioni possono essere più efficaci, richiedono un uso intensivo della memoria e abbiamo scoperto che le immagini statiche funzionavano altrettanto bene. Queste immagini devono essere piccole (circa 2 a 5 gradi) e posizionate in posizione centrale sul monitor, in modo che il neonato stia guardando il centro del monitor prima dell'inizio di ogni prova.
18. All'inizio e alla fine della sequenza sperimentale, inserire una procedura di controllo di calibrazione a tre punti costituita da tre diapositive, ognuna con una destinazione che appare nell'angolo superiore sinistro, al centro dello schermo e nell'angolo inferiore destro (vedere La figura 2).

4. Apparecchi oculari

1. Utilizzare un eye tracker remoto che non richiede restrizioni o apparecchi per fissare la posizione della testa ed è in grado di una frequenza di campionamento di almeno 50 Hz.
   NOTA: i rilevatori oculari remoti contengono diodi (LED) impercettibili e a emissione di luce a infrarossi che emettono luce sugli occhi dell'osservatore. La telecamera a infrarossi integrata rileva le posizioni delle pupille e le riflessioni corneali e applica algoritmi per calcolare il punto di fissaggio dell'osservatore sul monitor come coordinate tridimensionali (x, y, z). Le coordinate vengono mediate su entrambi gli occhi per produrre un singolo valore binoculare. Di solito solo le coordinate (x, y) vengono analizzate, come z, la distanza dal monitor, non è rilevante.
2. Utilizzare un monitor del computer 15" o superiore, con una risoluzione di almeno 1024 x 728 pixel, per visualizzare gli stimoli sperimentali.
3. Posizionare l'eye tracker direttamente sotto il monitor degli stimoli e ad un angolo basso rivolto verso il viso del neonato il più direttamente possibile. Utilizzare i righelli e un misuratore dell'angolo digitale per misurare la posizione e l'angolo dell'oculare e del monitor. Se necessario, inserisci questi numeri nel software di eyetracking.
   NOTA: Un angolo più alto (ad esempio, il tracciatore oculare è più basso a terra e quindi inclinato più in alto) può interrompere il tracciamento oculare a causa dell'occlusione degli occhi da parte delle guance e delle mani del bambino. Per le best practice in posizione eye tracker, consulta le linee guida del modello eye tracker specifico. Inoltre, la maggior parte dei software eye tracker può salvare queste informazioni da caricare prima di ogni sessione. Tuttavia, se c'è la possibilità che l'eye tracker o il monitor si muova noto leggermente tra una sessione sperimentale e l'altra, ri-raccogli le misurazioni prima di ogni sessione per ottenere la calibrazione più accurata.
4. Posizionare una webcam separata, spesso chiamata utente o scene camera, sopra il monitor di stimolo per registrare il volto completo del partecipante durante l'esperimento. Fornisce un live feed durante l'esperimento e la sua registrazione viene memorizzata con i dati grezzi dello sguardo.
5. Impostare il software di presentazione sperimentale, di solito disponibile in commercio con l'eye tracker, per presentare gli stimoli, registrare i movimenti oculari, registrare l'utente o la telecamera scena, visualizzare i punti dello sguardo durante l'esperimento e, facoltativamente, eseguire i dati dello sguardo analisi.
   NOTA: Può essere utilizzato anche un software di presentazione sperimentale generico, a condizione che contenga integrazioni che consentono di controllare l'eye tracker e registrare i dati da esso.

5. Procedura di eyetracking

1. Iscrizione dei partecipanti e misure di fondo
   1. All'arrivo, spiega lo studio, ottieni il consenso firmato in conformità con le normative universitarie IRB. Se il neonato è vigile, procedere con i test e compilare i questionari dopo l'esperimento. Se all'arrivo, il bambino non è pronto (ad esempio, il bambino è pignolo, dorme o deve essere alimentato), utilizzare questo tempo per il genitore per completare tutti i questionari di famiglia e lingua di fondo.
   2. Avere il genitore per completare qualsiasi documento di base questionari di famiglia e lingua. Raccogliere informazioni demografiche e mediche standard e informazioni sulla lingua e l'ambiente tecnologico del neonato (ad esempio, il numero di lingue utilizzate a casa; esposizione a video, smartphone, tablet).
2. Configurazione
   1. Smorta le luci nella stanza sperimentale e assicurati che non ci siano altri distrattori visivi evidenti nella stanza. Utilizzare le tende per occludono il campo visivo del bambino da tutti i distrattori nella stanza (vedi Figura 3). Assicurarsi che tutte le applicazioni in background nel computer, inclusi la scansione antivirus e gli aggiornamenti software, non siano in esecuzione durante l'esperimento.
   2. Invita il genitore a sedersi sulla sedia con il bambino seduto sulle loro grembio. Per garantire una maggiore stabilità, il genitore può allacciare il neonato in un sedile morbido posto sul grembo del genitore.
      NOTA: Tali sedili booster conservano la vicinanza con i genitori, ma impediscono anche ai neonati più giovani di appoggiarsi troppo all'indietro o in avanti (con conseguente perdita di dati) e ai neonati più anziani di strisciare via.
   3. Secondo le linee guida per l'eye tracker, controlla che la testa del bambino sia posizionata a una distanza ottimale dal monitor e dal tracciatore oculare. Confermare, utilizzando il software eye tracker, che gli occhi del bambino sono visibili al tracciatore oculare. Se non è visibile, chiedere al genitore di ondeggiare delicatamente il bambino in tutte le direzioni fino a quando gli occhi non vengono rilevati e a distanza appropriata.
   4. Fornire al genitore occhiali occlusi che gli impediscano di vedere gli stimoli sperimentali.
      NOTA: gli occhiali occlanti riducono la possibilità di biasing il bambino a particolari stimoli o lati dello schermo, e impediscono anche l'oculare di monitorare inavvertitamente gli occhi del genitore invece di quello del bambino.
3. Calibrazione
   1. Eseguire la procedura di calibrazione in base alle istruzioni per l'eye tracker.
   2. Se supportato dal software eye tracker, utilizzare una procedura di calibrazione a cinque punti corrispondente ai quattro angoli e al centro del monitor.
      NOTA: Affinché la calibrazione funzioni, i neonati devono guardare l'immagine di calibrazione. Pertanto, l'immagine deve essere molto interessante. Un tipo di rotazione di animazione funziona bene in modo che il "centro" dell'immagine rimanga fermo, in quanto si desidera che gli occhi del bambino siano il più diretti possibile al centro del punto di calibrazione.
   3. Durante la calibrazione, non puntare verso l'immagine, o avere il genitore attenzione diretta per l'immagine di calibrazione, perché che può attirare l'attenzione dei neonati lontano dallo schermo e verso la persona che punta ad essa.
   4. Verificare che la calibrazione sia stata eseguita correttamente, utilizzando il software eye tracker. Ripetere la calibrazione se necessario, soprattutto se il genitore o il neonato si muove in modo sostanziale (ad esempio, il genitore in piedi) durante la calibrazione.
      NOTA: Il processo di calibrazione dipende dal fatto che sia nuovo, interessante e breve. Più volte i neonati hanno bisogno di subire la calibrazione, meno efficace può essere.
   5. Dopo che la calibrazione è confermata per avere successo, iniziare immediatamente l'esperimento.
4. rsperimento
   1. Iniziare l'esperimento con il controllo di calibrazione a tre punti (vedere Figura 2). Controllare manualmente la durata di ogni destinazione; quando il neonato si fissa sul bersaglio in una diapositiva, procedere immediatamente al bersaglio successivo. Se lo sguardo è costantemente di un grado o più lontano dal centro di ogni bersaglio, interrompere l'esperimento e ripetere la calibrazione.
   2. Continuare con l'esperimento, iniziando con l'attenzione-grabber prima del primo studio (vedere Figura 2). Controllare manualmente la durata di visualizzazione dell'attenzione. Iniziare la prova quando il bambino si fissa sul attiratore di attenzione. Se il neonato non si fissa su di esso dopo alcuni secondi, utilizzare un giocattolo cigolio o luce lampeggiante per reindirizzare l'attenzione del bambino allo schermo.
   3. Dopo aver mostrato tutte le prove, eseguire di nuovo la stessa procedura di controllo di calibrazione a tre punti per verificare eventuali cambiamenti di deriva o calibrazione del segnale durante l'esperimento. Dopo il controllo, terminare l'esperimento.
   4. Terminare l'esperimento se il neonato dimostra imprevedibilità irrecuperabile o se il genitore richiede di interrompere.
5. Avvolgere
   1. Se non sono già stati completati, chiedi ai genitori di compilare i questionari sulla famiglia e sulla lingua di base.
   2. Fornire un risarcimento e, se consentito, condividere volantini/materiali aggiuntivi che il genitore può distribuire tra i loro coetanei per assistere nel reclutamento.

6. Analisi dei dati

1. In primo luogo, valutare la qualità dei dati tracciando un grafico di velocità o una traccia della posizione dello sguardo nel tempo per esaminare se i dati sono rumorosi (periodi di picchi ad alta velocità) per ogni soggetto. I cambiamenti ad alta velocità o le derive sistematiche nella posizione dei dati possono essere indicativi di errori di scarsa calibrazione o di acquisizione dei dati.
2. Filtrare le informazioni ad alta frequenza dai dati di sguardo utilizzando algoritmi o filtri di riduzione del rumore, ad esempio utilizzando una media mobile. Questi algoritmi possono anche eseguire l'interpolazione tra brevi spazi vuoti nei dati, in genere causati da lampeggianti e movimento della testa.
   NOTA: l'utilizzo di filtri spazio-temporali comuni per classificare fissazioni e saccades non è consigliato, perché questi algoritmi si basano sul comportamento degli occhi degli adulti e non sono generalizzabili al comportamento degli occhi infantili.
3. Disegna due aree di interesse (AOI), una per ogni lato dello schermo. Assicurarsi che gli AOI siano leggermente più grandi degli elementi visivi stessi (ad esempio, 25 o 1o angolo visivo più grande, in tutto la persona) per accogliere eventuali imprecisioni di calibrazione minori o errori dello strumento standard.
   NOTA: anche se l'AOI è statico, include un oggetto in movimento in un video, quindi assicurati anche che l'AOI sia maggiore delle dimensioni massime dell'oggetto in movimento mentre cambia in tutto il video. Se lo si desidera e supportato dal software eye tracker, è possibile utilizzare aOIs in movimento dinamico.
4. Mantenere uno spazio di circa 25 pixel o più grande tra le due AOI, al centro dello schermo.
5. Utilizzando il software eye tracker o un programma di analisi secondaria, calcolare i tempi di visualizzazione totali per ogni AOI per ogni prova sommando tutti i punti dello sguardo che rientrano nell'AOI e moltiplicando questo conteggio per l'intervallo di campionamento (ad esempio, se si utilizza un eye tracker 120Hz, l'intervallo di campionamento è di 8,33 ms.
6. Se si utilizza ancora il software eye tracker, esportare i dati di tempo di visualizzazione. Successivamente, calcolare i tempi di visualizzazione totali per ogni neonato, per ogni tipo di stimolo, durante l'esecuzione sperimentale completa. Escludere i neonati che non hanno fornito una quantità sufficiente di dati sul gazeo (ad esempio, almeno il 25% dei dati massimi possibili).
   NOTA: In Stone, et al.⁷, il 24% di tutti i neonati testati è stato escluso a causa di una scarsa calibrazione o di dati sullo sguardo insufficienti a causa di confusione, distoglienza, occlusione degli occhi durante la registrazione, palpebre eccessive, palpebre cadenti, errore dello sperimentatore.
7. Calcolare un indice delle preferenze cercando per ogni neonato. In primo luogo, dividere il tempo totale cercando per un tipo di stimolo sopra l'altro.
   NOTA: Questa fase consente ai neonati di essere confrontati direttamente tra loro, indipendentemente dal fatto che i neonati variassero in quanto tempo hanno guardato l'esperimento nel complesso.
8. Normalizzare questo valore con una trasformazione logaritmica, che consente di interpretare in modo significativo l'indice delle preferenze di ricerca in tutti i neonati in cui un indice di -1,0 e 1,0 rappresenta la stessa grandezza, ma in direzioni opposte.
9. Esegui test statistici appropriati per confrontare i tempi totali di ricerca e cercare gli indici delle preferenze tra i gruppi di partecipanti. Segnala i risultati dei test statistici insieme alle dimensioni degli effetti e/o agli intervalli di confidenza.
   NOTA: in Stone, et al.⁷, per verificare la sensibilità legata all'età alle restrizioni fonologiche basate sulla sonorità nella lingua dei segni, è stato eseguito un test t indipendente per confrontare gli indici delle preferenze sonorità (il registro del quoziente di articoli ben formati su articoli mal formati) tra gruppi infantili più giovani e più anziani.

Representative Results

Il campione in Stone, et al.⁷ era composto da 16 neonati più giovani (età media : 5,6 x 0,6 mesi; gamma di 4,4-6,7 mesi; 8 femmine) e 13 neonati più grandi (età media : 11,8 x 0,9 mesi; gamma - 10,6-12,8 mesi; 7 femmine). Nessuno di questi bambini aveva mai visto la lingua dei segni. In primo luogo, abbiamo valutato le differenze nel tempo totale di visualizzazione tra le fasce di età e non abbiamo trovato alcuna differenza significativa (Mezzi: 48,8 s vs. 36,7 s; t(27) - 1,71; p - 0,10). Ciò esclude la possibilità di spiegazioni estranee relative all'età (ad es. attenzione, capovolgere, lampeggiare) per i seguenti risultati. Nella condizione di sonorità, i neonati più giovani guardavano più a lungo a oggetti ben formati che non formati (Mezzi: 28,6 s vs. 20.2s; accoppiati t(15) - 4,03, p - 0,001, Cohen's - 0,74). In confronto, i neonati più grandi hanno mostrato poca differenza nello cercare il comportamento tra i due tipi di stimolo (mezzi: 18,1 s vs. 18,6 s; t(12) - 0,29, p - 0,78). I neonati più piccoli avevano valori di indice delle preferenze sonority più grandi rispetto ai neonati più grandi (Figura4; Mezzi: 0,15 contro -0,03; t(27) - 3,35, p - 0,002, Cohen's d - 0,74). I risultati indicano che i neonati più giovani, ma non i neonati più grandi, sono sensibili alle restrizioni fonologiche basate sull'uso di sonorità nel linguaggio dei segni, nonostante non siano mai stati esposti al linguaggio dei segni prima.

Abbiamo anche esplorato il comportamento di ricerca nella condizione di orientamento video. Utilizzando gli indici delle preferenze di orientamento come variabile dipendente, abbiamo eseguito un ANOVA bidirezionale con fattore di misure ripetute Sonority (ben formato vs non formato) e tra soggetti fattore Età (più giovane e più vecchio). C'è stato un effetto principale dell'età (F(1,27) - 6,815, p - 0,015, parziale h2 - 0,20), che indica che i neonati più giovani e più anziani hanno preferenze di visualizzazione diverse per gli stimoli di firma eretta e invertita (Figura 4). In particolare, i neonati più giovani guardavano più a lungo gli stimoli eretti (Mean 0,11), mentre i neonati più grandi guardavano più a lungo agli stimoli invertiti (Mean -0.12). Non c'è stato alcun effetto principale di Sonority (F(1, 27) - 2,04, p - 0,165, parziale h2 - 0,07) che indica che Sonority non ha influenzato i valori dell'indice di preferenza verticale. Nessuna Sonorità x È stata trovata l'interazione di gruppo di età F(1,27) - 0,12, p - 0,73, parziale h2 - 0,004). Mentre i neonati più anziani non hanno mostrato una preferenza nella condizione di sonorità, potrebbero comunque mostrare una preferenza nella condizione di orientamento video. Quindi, abbiamo interpretato il risultato nullo con i neonati più grandi nella condizione di sonorità di essere sorto da una vera insensibilità a quei segnali fonologici nel linguaggio firmato.

Figura 1 . Sonority e condizioni di orientamento video. A sinistra, vengono mostrate due diverse sequenze di fingerspelling (v. non formate). Sulla destra viene visualizzata la stessa sequenza di ortografia, ma una è in posizione verticale e l'altra invertita (capovolta verticalmente e orizzontalmente). Immagine precedentemente pubblicata su Stone et al.⁷ (vedi https://www.tandfonline.com). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2 . Controllo di calibrazione e procedura di presentazione dello stimolo. La sequenza di controllo di calibrazione a tre punti mostra un bersaglio della ruota di pin nell'angolo superiore sinistro, al centro dello schermo e nell'angolo inferiore destro; quando il neonato si fissa sul bersaglio, lo sperimentatore procede alle diapositive successive. Il controllo di calibrazione viene eseguito prima e dopo la visualizzazione di tutti gli stimoli. La presentazione dello stimolo mostra l'attenzione-grabber (cucciolo), la cui durata è controllata dallo sperimentatore. Quando il bambino si fissa sul cucciolo, l'esperimento inizia il video di stimolo 10 s. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3 . Laboratorio di tracciamento oculare set-up. Il genitore e il neonato siedano sulla sedia bianca ad altezza regolabile a sinistra, mentre i ricercatori si esidiano a destra. C'è una tenda bianca che separa le aree partecipanti e ricercatori, e ulteriori tende bianche e schede occludono tutte le attrezzature ad eccezione del tracciatore oculare e il monitor. Il neonato può sedersi sul sedile del booster blu che viene poi posto sulle grembio del genitore, o il bambino può sedersi direttamente sulle grembio del genitore. Tutti i giocattoli e i distrattori visivi, come il giocattolo giallo mostrato nella fotografia, vengono rimossi dall'area partecipante prima di iniziare l'esperimento. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4 . Grafici di riepilogo rappresentativi della ricerca dei dati dell'indice delle preferenze. Il grafico di sinistra mostra una differenza significativa tra gli indici di preferenza per le sonorità delle due fasce di età, dove i neonati più piccoli mostrano una preferenza per l'ortografia delle dita ben formata, mentre i neonati più grandi non lo fanno. Il grafico a destra mostra una rappresentazione grafica di un'analisi in stile 2 x 2 aNOVA sugli indici delle preferenze di orientamento. Vedere Passaggio 6: Analisi dei dati per istruzioni sul calcolo degli indici delle preferenze. Entrambe le fasce d'età hanno dimostrato preferenze di ricerca per stimoli eretti o invertiti. Le barre di errore indicano un errore standard della media. Immagine modificata da Stone et al.⁷ (vedi https://www.tandfonline.com). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

Abbiamo usato il paradigma dall'aspetto preferenziale per scoprire che i bambini possono essere sensibili a un particolare segnale visivo nel segnale linguistico, pur non avendo alcuna esperienza precedente con il linguaggio firmato. Inoltre, questa sensibilità è stata osservata solo nei neonati più giovani, e non nei neonati più grandi, una manifestazione della classica funzione di restringimento percettivo. La prova di una preferenza basata sull'età per le sillabe ben formate sulla base di restrizioni di sonorità ci ha permesso di ipotizzare ulteriormente che la sonorità possa essere uno spunto importante per l'apprendimento delle lingue infantili⁷. Gli stimoli sono stati accuratamente progettati per offrire due segnali linguistici contrastanti che differivano in un modo sottile, e una seconda condizione ha permesso una migliore interpretazione di eventuali risultati nulli. I neonati erano liberi di guardare a qualsiasi dei nostri stimoli in un ambiente di laboratorio semplice e piacevole, senza richiedere istruzioni o dimostrare la comprensione del linguaggio. Questo studio ha anche stabilito un'importante linea di base con cui confrontare altri gruppi di neonati, come i neonati esposti ai segni con genitori sordi che firmano. Lo studio dei neonati esposti ai segni (sordi e udenti), sebbene difficili da reclutare, produrrebbe nuove informazioni sul ruolo dell'esperienza sensoriale e linguistica precoce nel plasmare la sensibilità dei neonati ai segnali linguistici visivi. Valutare la sensibilità dei neonati sordi ai segnali nel linguaggio visivo, in particolare, sarebbe importante in quanto si tratta di una popolazione che spesso soffre di privazione linguistica nella prima infanzia^28,29. Prevediamo che i neonati più anziani esposti ai segni, sia sordi che udenti, non mostrerebbero la diminuita sensibilità osservata nei neonati più anziani non esposti a segni.

Ci sono alcuni punti importanti da considerare con il paradigma attuale. L'uso del tracciamento oculare dipende dal presupposto che esiste una relazione diretta tra ciò che i neonati possono vedere (acuità visiva) e dove i bambini scelgono di guardare (preferenza visiva). Naturalmente, i turni di attenzione occulti possono avvenire anche sotto forma di saccades, ma non sono stati analizzati qui. Tuttavia, la regione foveale centrale che fornisce elevata acutezza e chiarezza è estremamente piccola (circa 2o). Poiché l'acuità al di fuori di questa regione è molto scarsa, se un osservatore ha bisogno di vedere chiaramente i dettagli, ha bisogno di reindirizzare lo sguardo e foveate su di esso. Un'altra questione di cui essere consapevoli è che il tempo totale di ricerca (cioè i tempi di pergolamento) è una misura lorda e potrebbe non essere sempre esattamente correlato all'attenzione, intenzionale o non intenzionale. Diminuisce i tempi di fissazione non significanecessariamente meno attenzione o messa a fuoco; può anche indicare disimpegno o affaticamento. Un vantaggio chiave dei dati dello sguardo è che può essere analizzato in molti modi diversi. Mentre ci siamo concentrati sui tempi di fissazione (cioè i tempi di permane), i modelli di saccades e scansione (cioè i percorsi di scansione) possono anche essere derivati dallo stesso set di dati grezzo per imparare come i neonati modulano la loro attenzione tra diversi stimoli^30,31. Gli approcci di analisi dei dati spaziali e temporali sono utili e numerosi, e i dati sulla pupillometria possono anche essere analizzati per fornire maggiori informazioni sul comportamento dello sguardo dei bambini e trarre inferenze su come percepiscono e organizzano il loro mondo^{2, 32}.

Nella progettazione di nuovi studi di eye tracking, è necessario considerare attentamente l'ambiente di test e le caratteristiche individuali dei partecipanti, poiché influiscono sia sull'acquisizione dei dati che sulla qualità. I livelli di illuminazione ambientale e anche i sottili cambiamenti nelle posizioni del monitor di stimoli o dell'eye tracker durante la sessione di registrazione possono influenzare la calibrazione e la tracciabilità. Anche fattori partecipanti come l'età e l'etnia possono influire sulla qualità dei dati. Incoraggiamo i laboratori con eye tracker a testare e documentare tali limitazioni nelle loro contestazioni di laboratorio e con un campione diversificato di partecipanti in età diverse, prima di condurre studi empirici. Per rilevare ed evitare la deriva del segnale, che è l'accumulo di errori di misura nel corso dell'acquisizione dei dati, si consiglia di ri-misurare le posizioni e gli angoli del tracciatore oculare e del monitor di stimolo prima di ogni sessione e, come descritto in precedenza, controlli di calibrazione pre e post-sessione. Ciò è particolarmente importante se i ricercatori desiderano raccogliere precisi schemi di spostamento dello sguardo/saccadici e scanper. Un vantaggio del paradigma dall'aspetto preferenziale è che è tollerante agli errori di calibrazione minori a causa della sua dipendenza da differenze più grossolane di emifield.

Lo studio attuale dimostra il chiaro valore della tecnologia di tracciamento oculare e paradigmi dall'aspetto preferenziale con i neonati. Questo paradigma è flessibile e può essere esteso per coprire un'ampia gamma di domande di ricerca. L'applicazione più comune attualmente è quella di studiare lo sviluppo della discriminazione facciale^33,34,35, ma potrebbe essere applicato per studiare sensibilità e competenze linguistiche audiovisive o visive, spunti sociali, valenza emotiva, e anche la comprensione. Inoltre, è ideale per studi che coinvolgono neonati di età diverse (ad esempio, longitudinali o trasversali) poiché ogni sessione di raccolta dati è breve e semplice e il paradigma funziona bene sia per i neonati più giovani che per quelli più anziani.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eye Tracker	Tobii		Model X120
Experiment Presentation & Gaze Analysis Software	Tobii		Tobii Studio Pro
Experimenter Monitor	Dell		Dell Professional P2210 22" Wide Monitor
Stimulus Monitor	Dell		Generic 17" Monitor
CPU	Dell		Dell Precision T5500 Advanced with 2.13 Ghz Quad Core Intel Xeon Processor and 4 GB DDR3 Memory) with 250 GB SSD hard disk and standard video output cards.
Webcamera	Logitech		Logitech C150 HD Cam
Video Capture Card	Osprey		Osprey 230 Video Capture Card (to capture stimulus that is output to Stimulus Monitor)