Udforskning af spædbørns følsomhed over for visuelt sprog ved hjælp af Eye tracking og den præference udseende paradigme

Summary

Eye tracking undersøgelser ved hjælp af en præference udseende paradigme kan bruges til at studere spædbørns nye forståelse af, og opmærksomhed på, deres eksterne visuelle verden.

Abstract

Vi diskuterer brugen af den præference udseende paradigme i Eye tracking undersøgelser for at studere, hvordan spædbørn udvikle, forstå, og deltage i verden omkring dem. Eye tracking er en sikker og ikke-invasiv måde at indsamle blik data fra spædbørn, og den præference udseende paradigme er enkel at designe og kræver kun spædbarnet til at deltage på skærmen. Ved samtidig at vise to visuelle stimuli, der afviger i én dimension, kan vi vurdere, om spædbørn udviser forskellige udseende adfærd for enten stimulus, og dermed demonstrere følsomhed over for denne forskel. Udfordringerne i sådanne eksperimentelle tilgange er, at eksperimenter skal holdes korte (ikke mere end 10 min) og kontrolleres omhyggeligt, således at de to stimuli afviger på kun én måde. Fortolkningen af null-resultater skal også overvejes nøje. I dette papir illustrerer vi et vellykket eksempel på et spædbarns øjen sporings studie med et præference paradigme for at opdage, at 6-måneders-årige er følsomme over for sproglige signaler i et signeret sprog, selv om de ikke har nogen forudgående udsættelse for signeret sprog, tyder på, at spædbørn besidder iboende eller medfødte følsomheder til disse signaler.

Introduction

Det altafgørende mål for udviklings videnskab er at studere fremkomsten af kognitive funktioner, sprog, og social kognition hos spædbørn og børn. Øjenbevægelser er moduleret af deltagernes hensigter, forståelse, viden, interesse og opmærksomhed på den ydre verden. Indsamling oculomotoriske svar hos spædbørn, mens de orientere til og scanne visuelle statiske eller dynamiske billeder kan give oplysninger om spædbørn ' spirende forståelse af, og opmærksomhed på, deres eksterne visuelle verdener og sprog input, de modtager.

Mens Eye tracking teknologi har eksisteret i mere end hundrede år, det har kun for nylig fremskreden i effektivitet og anvendelighed, tillader det at blive brugt til at studere spædbørn. I det sidste årti, har Eye tracking afsløret meget om den mentale verden af spædbørn. For eksempel ved vi nu meget om korttidshukommelse, objekt okklusion og foregribelse af kommende begivenheder i 6-måneders-årige fra gaze Behavior^1,2,3. Eye tracking kan også bruges til at studere spædbarn sprogindlæring⁴. Generelt afhænger børne sproglæring af evnen til at diskriminere sensoriske signaler i miljøet og identificere de signaler, der er mest iøjnefaldende for sprog transmission^5,6. Udviklings forskere søger bedre at forstå, hvad disse sensoriske signaler er, hvorfor de tiltrækker spædbørns opmærksomhed, og hvordan opmærksomheden på disse signaler stilladser sprogindlæring hos spædbørn. Det foreliggende papir præsenterer en Eye tracking protokol og en præference udseende paradigme, der kan bruges sammen til at studere spædbørns følsomhed over for sådanne signaler i talte eller underskrevne sprog.

I Stone, et al.⁷, blev Eye tracking brugt med en privilegeret udseende paradigme til at teste, om tegn naive spædbørn besad en følsomhed over for et sæt af fonologiske kontraster i signeret sprog. Disse kontraster adskilte sig fra klang (dvs. perceptuelle salience), en strukturel sproglig egenskab til stede på både talte og underskrevne sprog^{7,8,9,10,11, 12,13}. Sonority menes at være vigtig for fonologiske begrænsninger i stavelig dannelse i talte og underskrevne sprog, således at stavelser, der adlyder sonority-baserede begrænsninger, anses for at være mere "velformede". Spædbørn, når de lytter til tale, er blevet observeret for at vise adfærdsmæssige præferencer for velformede stavelser over dårligt dannede stavelser på tværs af flere sprog, og selv i sprog, de aldrig havde hørt før^14,15. Vi hypotese, at spædbørn også ville vise lignende præferencer for velformede stavelser i signeret sprog, selv om de ikke havde nogen forudgående erfaring med signeret sprog.

Vi har yderligere en hypotese, at denne præference-eller følsomhed-ville være genstand for perceptuelle indsnævring. Dette er det sprog erhvervelse fænomen, hvor, som spædbarnet nærmer sin første fødselsdag, spædbarnets tidlige, universelle følsomhed over for mange sprogfunktioner dæmper ned til kun de funktioner inden for det sprog, som spædbarnet har været udsat for^{16 ,17}. Vi rekrutterede yngre (seks måneders-årige) og ældre (12-måneders-årige) spædbørn og valgte disse aldre, fordi de er på modsatte ender af den perceptuelle indsnævring funktion for følsomhed over for nye fonetiske kontraster^{17,18, 19}. Vi forudsagde, at yngre spædbørn ville demonstrere en præference for velformede stavelser i underskrevet sprog, men at ældre spædbørn ikke ville. Spædbørnene kiggede videoer bestående af velformede og dårligt dannet finger stavning, valgt af to grunde.  For det første er stavelser i flydende fingeraftryk teoretiserede for at adlyde sonority-baserede phonologiske restriktioner⁸, hvilket giver mulighed for at producere eksperimentelle kontraster, der direkte tester, om spædbørn er følsomme over for sonority-baserede signaler i tidlig Sprogindlæring. For det andet valgte vi finger stavning i stedet for fulde tegn på kroppen og ansigtet, fordi fingerspelling tillod os at mere stringent kontrol mulige perceptuelle konfunderer, herunder hastigheden og størrelsen af håndbevægelser, sammenlignet med fuld tegn, der varierer meget i underskrivelsen plads og bevægelseshastighed. Vores undersøgelse brugte videoer viser kun hænderne, men dette paradigme er generaliserbart til videoer, der viser underskrivere og højttalernes hoveder eller fulde organer, eller endda viser dyr eller levende genstande, afhængigt af det videnskabelige spørgsmål og kontraster undersøgt.

Den værdi ved hjælp af en præference udseende præference paradigme til at målefølsomhed over for sprog eller sensoriske kontraster er i sin relative enkelhed og nem kontrol. I sådanne paradigmer, spædbørn er præsenteret med to stimuli side-by-side, som afviger med kun én dimension eller en funktion, der er relevante for forskningen spørgsmål. Spædbørn får mulighed for at foveate på enten stimulus. Samlede udseende gange mod hver stimulus registreres og analyseres. En væsentlig forskel i udseende adfærd for de to stimuli indikerer, at spædbarnet kan være i stand til at opfatte den dimension, hvormed de to stimuli afviger. Fordi begge stimuli er vist på samme tid og på samme varighed, det samlede eksperiment er velkontrolleret for idiosynkrasier af spædbørns adfærd (uopmærksomhed, ser andre steder, fussiness, gråd). Det er i sammenligning med andre paradigmer, hvor stimuli vises sekventielt, i hvilket tilfælde, spædbørn kan spontant vise forskellige mængder af opmærksomhed mod forskellige stimuli af årsager, der ikke er relateret til stimuli (f. eks. fussier i en periode, hvor var flere forsøg med stimuli A end stimuli B). Også, instruktioner og forståelse af stimuli er ikke påkrævet; spædbørn behøver blot at se på det. Sidste, dette paradigme kræver ikke aktivt at overvåge spædbarns adfærd for kriterium for at ændre stimuli præsentationen, som er almindelig i spædbarn-kontrollerede tilvænning paradigmer^16,20. Den udseende præference paradigme er også velegnet til at teste hypoteser om udseende præferencer snarere end forskelle. Med andre ord, bortset fra spædbørn er i stand til at diskriminere mellem stimuli A og stimuli B, forskere kan også teste for hvilke stimuli fremkaldt øget eller nedsat udseende adfærd, som kan være informativ om spædbørn ' spirende bias og nye kognition.

Mere generelt er fordelene ved moderne, ikke-invasiv eyetracking-teknologi talrige. Eye tracking er afhængig af at måle nær infrarødt lys, der udsendes fra enheden og reflekteres fra deltagerens øjne^1,21. Dette infrarøde lys er usynligt, umærkelig og helt sikkert. Eksperimenter med øjensporing kræver ingen instruktioner og afhænger kun af passiv visning. Nuværende modeller genererer en rigelig mængde gaze data i en kort tid med en simpel opsætning. Spædbørn kan sidde på deres forældres skød og, i vores erfaring, de ofte nyder eksperimentet. De fleste moderne fjernbetjening Eye trackers kræver ikke nakkestøtter eller genstande placeret på spædbarnet, og er robuste til hoved bevægelser, inddrive hurtigt efter blinkende, gråd, bevæger sig ud af rækkevidde, eller kigger væk. Hvis det ønskes, kan saccade mønstre, hoved positionsdata og pupillometri optages ud over øjen positionsdata.

Udfordringerne i at gennemføre spædbarn øjensporing forskning er reelle, men ikke uovervindelige. Eye tracking data kan være støjende på grund af spædbørns bevægelse, uopmærksomhed, fussiness, og søvnighed. Eksperimenter skal udformes, så de kan gennemføres i ca. 10 minutter eller mindre-hvilket kan være en fordel i, at laboratoriebesøg er hurtige, men også en ulempe, hvis du har brug for at få flere data eller har flere eksperimentelle betingelser. En anden vigtig advarsel er, at en null konstatering ikke betyder, at spædbørn er ikke-følsomme over for eksperimentel manipulation. Hvis spædbørn ikke udviser nogen signifikant forskel mellem stimuli A og stimuli B, kan dette resultat betyde enten (1) en ufølsomhed over for forskellen mellem A og B, eller (2) en undladelse af at fremkalde adfærdsmæssige præferencer. For eksempel, måske spædbarnet var lige så fascineret af A og B, selv om spædbarnet var følsom over for forskellen mellem dem. Dette problem kan løses ved tilsætning af en anden betingelse, ideelt set ved hjælp af den samme (eller meget lignende) stimuli, men afprøvning langs en anden dimension, som det er kendt , at spædbørn ikke udviser adfærdsmæssige præferencer. Hvis spædbørn ikke udviser en præference i den første betingelse, men gør det i den anden, så kan det tolkes, at spædbørn er i stand til at demonstrere udseende præferencer for stimuli, som kan bidrage til at præcisere fortolkningen af eventuelle null resultater. Endelig er det vigtigt at kalibrere øjetrackeren præcist. Kalibrering skal være nøjagtig, med både lav rumlig og tidsmæssig fejl, således at Eye gaze data kan præcist kortlægges på de eksperimentelle stimuli. Med andre ord, "din undersøgelse er kun så god som din kalibrering." Kalibreringskontrol før og efter stimuli præsentationen kan give et ekstra mål af tillid. Detaljerede og fremragende anmeldelser om kalibrering af øjensporing med spædbørn er blevet offentliggjort andetsteds^{1,21,22,23,24,25, 26,27}.

Protocol

Følgende procedure, som involverer menneskelige deltagere, blev godkendt af human Research beskyttelse program på University of California, San Diego.

1. deltagerens screening og forberedelse

1. Rekrutter spædbørn i det definerede aldersområde af interesse (f. eks. 5 til 14 måneder gamle). Brug flere metoder, herunder sociale medier, flyers, post. Overvej at indgå aftaler med lokale hospitaler eller statslige kontorer for at hente optegnelser over nyfødte, deres forældre og deres postadresser, så de kan nå ud direkte til dem via postforsendelser.
2. Screen spædbørn, når interesserede forældre kalder laboratoriet for planlægning. Sørg for, at spædbørn er fri for komplikationer under graviditet eller fødsel, af neurologiske lidelser, og har normal hørelse og vision.
   Bemærk: i vores eksperiment⁷, fordi vi var interesserede i spirende følsomhed over for tegnsprog, sørgede vi for, at vores deltagende spædbørn ikke havde set nogen tegnsprog i hjemmet og ikke var blevet vist nogen baby Sign instruktionsvideoer (baseret på forældre rapporter). For yderligere at reducere utilsigtet variation i sprog oplevelser rekrutterede vi også spædbørn, der kun havde været udsat for engelsk derhjemme.
3. Planlæg test kort tid efter barnets regelmæssige fodring eller napping gange for at sikre minimal fusthed. Informer forældrene om, at der er private fodrings-og/eller napping-rum til rådighed i laboratoriet. Kompensere forældre for deltagelse via betaling eller gaver en laboratorie t-shirt, onesie, eller et lille legetøj.

2. udseende præference paradigme og eksperimentel design

1. Ansætte et udseende præference paradigme med en tilstand, hvor to forskellige video stimuli vises samtidigt, hver på den ene halvdel af skærmen. Sørg for, at begge stimuli er forskellige med nøjagtig én dimension eller funktion, og at de ellers er identiske for alle andre visuelle elementer.
   Bemærk: i vores protokol fokuserede vi på spædbørns følsomhed over for sonority-baserede fonologiske signaler i tegnsprog⁷, men denne protokol er let generaliseret til andre spædbarn-eyetracking-studier, der involverer visuelle stimuli. Vores vigtigste forsøgs tilstand for gentagne forsøgspersoner var klang betingelsen (Se figur 1). Denne betingelse indeholdt to forskellige lektialiserede fingerspelling sekvenser, en "velformet" (dvs. det adlød sonority-baserede phonologiske restriktioner) og den anden "dårligt dannet."
2. Design en anden "Control" tilstand med to video stimuli, der forventes at fremkalde udseende præferencer hos spædbørn. Sørg igen for, at begge stimuli er forskellige langs præcis én dimension eller funktion, og at de styres for alle andre visuelle elementer.
   Bemærk: i vores protokol⁷, denne anden betingelse var "video orientering" tilstand. Denne betingelse indeholdt to videoer, der begge viste den samme fingerspelling sekvens, som blev brugt til klang betingelsen, men den ene side blev vendt lodret og vandret (Se figur 1). Udformningen af "Control" tilstand afhænger af forskningen spørgsmål, og det kan være enten en ikke-sprog kontrol, som til at kontrastere sprog tilstand, eller en bekræftende tilstand, hvor spædbørn forventes at vise en præference.

3. stimuli byggeri

1. Definer de sprogelementer, som er baseret på det specifikke eksperimentelle spørgsmål. Mål for varer, der er korte i varighed (typisk 4-10 s), fordi mens spædbørn generelt tolerere mellem 6 til 10 minutter af eksperimenter, skal der også være tilstrækkelige forsøg og gentagelser.
   Bemærk: vores protokol⁷ brugte 4 finger stavning sekvenser med velformede og dårligt formede varianter (otte sekvenser i alt) i 32 randomiserede ti-sekund forsøg, 16 klang condition forsøg og 16 video orientering tilstand forsøg. Den totale længde, ikke tælle kalibrering (mindre end 1 min) eller opmærksomheds grabber segmenter (ca. 3-5 s hver), var 5,3 min.
2. Definer randomiseringsskemaet. Tilfældigt Intermix betingelserne, og randomisere de sproglige elementer, der vises på skærmens venstre og højre side sådan, at det er et tilsvarende antal, for eksempel A vs. B-elementer og B vs. A-elementer.
3. Definere modbalancerings ordningen. Konstruere to forskellige randomiserede eksperimentelle sekvenser, eller kørsler, og tildele lige mange deltagere til hver eksperimentel sekvens, kontrollerende for alder, køn, og alle andre faktorer af interesse.
4. Hvis du opretter videoer med mennesker i dem, skal du bruge et godt klargjort fotografi/filmstudie med den person, der står foran en blå eller grøn chromakey baggrund.
   Bemærk: i vores protokol⁷fokuserede vi på fingerspelling sekvenser, så vi ikke bruger ansigter eller kroppe i vores videoer. Denne protokol skrives dog ud fra den antagelse, at du kan vælge at vise personer i helkrops-eller Hovedvisning.
5. Placer belysningen jævnt på tværs af alle dele af billedet uden stærke skygger på hverken personen eller baggrunden.
6. Brug et High-Definition videokamera placeret på et stativ og hævet til højden af personens hals. Deaktiver autofokus for at forhindre fokus ændringer under optagelsen. Brug tape til at markere, hvor personens fødder skal placeres under optagelserne og minimere enhver Walking omkring under optagelserne session.
7. Vælg en oprindelig bruger af det sprog, der undersøges, og som er i stand til at gengive sprog elementerne naturligt og uden anstrengelse. Tøj skal være contrastive med hudfarve og ikke indeholde nogen farver svarende til chromakey baggrund. Fjern eventuelle smykker eller udsmykkelser. Ethvert løst hår skal være kæmmet eller bundet.
   Bemærk: før du tester spædbørn, anbefales det at udføre en ledsagende "bekræftende" eksperiment for at kontrollere, at stimuli og eksperimentelle betingelser accepteres af indfødte sprogbrugere.
8. Bed personen om at gengive hvert enkelt sprog et par gange, mens kameraet registrerer alle gengivelser i et enkelt videoklip. Da disse videoklip kan afspilles i sløjfer, skal du sikre, at begyndelsen og slutningen af videoklippet både viser personen i samme kropsposition for en problemfri overgang mellem sløjfer.
9. Efter optagelserne, importere videoer i et videoredigeringsprogram. Vælg den bedste gengivelse for hvert sprogelement, og trim klippene til disse elementer. Indsæt et lige antal foranstillede og afsluttende rammer omkring hvert sprogelement. Hvis det er nødvendigt, anvende Transformations værktøjer til at forstørre eller centrere personens billede, men anvende dem ligeligt på tværs af alle stimuli.
10. Brug høj kontrast stimuli når det er muligt. Brug videoredigerings programmets chromakey funktion til at ændre baggrunden til hvid for at maksimere cornea refleksion, giver mulighed for de bedste betingelser for at fange gaze data.
11. Hvis looping stimuli, Sørg for varigheden af sløjfer er lig med to par video stimuli vist sammen (dvs. længden af de sproglige elementer på begge sider skal være den samme). For at opnå dette skal du justere video hastigheden for hvert sprogelement lidt.
    Bemærk: Husk, at spædbørn har brug for langsommere præsentation til effektivt at behandle bevægelige stimuli. Eventuelle justeringer skal være diskrete og ikke væsentligt ændre eller forvrænge sprog elementet. I vores protokol⁷blev hastigheden af stimuli bremset med 50%, og vi bekræftede, at denne manipulation ikke var mærkbar af voksne observatører.
12. Placer par af sprogelementer side om side i et sammensat klip. Husk, at disse par allerede har haft deres video længder udlignet i det foregående trin. Sørg for, at positionen for hvert sprogelement er identisk for begge sider (f. eks. er det venstre element ikke højere, lavere, større eller off-center i forhold til det rigtige element), og at begge elementer begynder og slutter samtidigt.
13. Som med stimuli design, kontrollere lavt niveau visuelle funktioner i videoklip såsom luminans og farve, så de er de samme på begge sider af skærmen.
14. Anvend looping ved at dublere det sammensatte klip på video tidslinjen. For at minimere Hopp mellem sløjfer, skal du deltage i eventuelle forskelle i start-og slutrammerne af løkken. Brug om nødvendigt en kort videoovergang for at give en blødere overgang mellem løkker.
15. Eksporter de redigerede videoer i et format, der passer til Eye tracking program og med den højest mulige opløsning.
16. Brug eksperimentel præsentationssoftware, som regel pakket med Eye tracker, til at programmere og præsentere stimuli og til at randomisere stimuli orden. Generelle formål eksperiment præsentation software kan også anvendes, forudsat at de er i stand til at styre øjet Tracker og registrere data fra det.
17. Indsæt opmærksomheds grabber billeder før hvert forsøg for at vedligeholde og omdirigere spædbørns opmærksomhed til midten af skærmen umiddelbart før forsøget begynder (Se figur 2).
    Bemærk: eksempler omfatter statiske eller animerede hvalpe, killinger, legetøj, smilende ansigter, eller tegneseriefigurer, så længe de er meget medindtagelsen og af samme størrelse. Selvom animationer kan være mere effektive, er de Hukommelsesintensive, og vi fandt ud af, at statiske billeder fungerede lige godt. Disse billeder skal være små (ca. 2 til 5 grader) og centralt placeret på skærmen, så barnet kigger på midten af skærmen, før hvert forsøg starter.
18. I begyndelsen og slutningen af den eksperimentelle sekvens skal du indsætte en 3-punkts kalibreringskontrol procedure bestående af tre dias, hver med ét mål, der vises i øverste venstre hjørne, skærm Center og nederste højre hjørne (Se figur 2).

4. eyetracking-apparatur

1. Brug en fjernbetjent øjetracker, som ikke kræver nogen begrænsninger eller apparatur for at sikre positionen af hovedet og er i stand til en prøveudtagningshastighed på mindst 50 Hz.
   Bemærk: fjernstyrede øjetrackers indeholder umærkelig, infrarød lysemitterende dioder (lysdioder), der udsender lys på observatørens øjne. Det indbyggede infrarøde kamera registrerer elevernes positioner og refleksioner i hornhinden og anvender algoritmer til at beregne observatørens fikserings punkt på monitoren som tredimensionale koordinater (x, y, z). Koordinaterne er gennemsnitlige på tværs af begge øjne til at producere en enkelt binokulær værdi. Normalt kun (x, y) koordinater analyseres, som z, afstand fra skærmen, er ikke relevant.
2. Brug en computerskærm 15 "eller derover med en opløsning på mindst 1024 x 728 pixels for at vise de eksperimentelle stimuli.
3. Placer øjetrackeren direkte under stimuli monitoren og i en lav vinkel mod barnets ansigt som direkte hoved-on som muligt. Brug linealer og en digital vinkelmåler til at måle placeringen og vinklen på eyetrackeren og skærmen. Indtast om nødvendigt disse numre i eyetracking-softwaren.
   Bemærk: en højere vinkel (f. eks. øjet Tracker er lavere til jorden og derfor vinklet højere) kan forstyrre øjensporing på grund af okklusion af øjnene af barnets kinder og hænder. For bedste praksis i Eye tracker position, konsultere den specifikke Eye tracker model 's retningslinjer. Endvidere, de fleste Eye tracker software kan gemme disse oplysninger, der skal indlæses før hver session. Men hvis der er mulighed for Eye tracker eller skærmen bevæger sig selv lidt mellem eksperimentelle sessioner, re-indsamle målinger før hver session for at opnå den mest nøjagtige kalibrering.
4. Placer et separat webkamera, der ofte kaldes et bruger-eller scene kamera, over stimulus monitoren for at registrere deltagerens fulde ansigt under eksperimentet. Det giver et levende feed under eksperimentet, og optagelsen gemmes med de rå gaze data.
5. Konfigurer den eksperimentelle præsentationssoftware, der normalt er kommercielt tilgængelig med Eye tracker, for at præsentere stimuli, registrere øjenbevægelser, optage brugeren eller scene kameraet, vise gaze punkter under eksperimentet og eventuelt udføre gaze data Analyse.
   Bemærk: et alment formål eksperimentel præsentationssoftware kan også anvendes, forudsat at det indeholder integrationer, der tillader det at styre Eye Tracker og registrere data fra det.

5. eyetracking procedure

1. Deltager indtastning & baggrunds foranstaltninger
   1. Ved ankomsten, forklare undersøgelsen, indhente underskrevet samtykke i overensstemmelse med universitetets IRB-regler. Hvis spædbarnet er vågen, skal du fortsætte med testen og udfylde spørgeskemaer efter eksperimentet. Hvis spædbarnet ved ankomsten ikke er klar (f. eks. spædbarn er kræsen, sover eller skal fodres), skal du bruge denne tid til at fuldføre alle baggrunds familie-og sprog spørgeskemaer.
   2. Have forældrene til at udfylde alle baggrunds familie-og sprog spørgeskemaer. Indsamle standard demografiske og medicinske oplysninger, og oplysninger om barnets sprog og teknologi miljø (f. eks antal sprog, der anvendes derhjemme; eksponering for video, smartphones, tablets).
2. Set-up
   1. Dæmp lysene i forsøgsrummet, og sørg for, at der ikke er andre synlige visuelle distraktorer i rummet. Brug gardiner til at sammen gøre barnets synsfelt fra alle distraktorer i rummet (Se figur 3). Sørg for, at alle baggrundsprogrammer på computeren, herunder antivirus scanning og softwareopdateringer, ikke kører under eksperimentet.
   2. Bed forældrene om at sidde i stolen, mens barnet sidder på skødet. For at give mere stabilitet kan forælderen fastgøre barnet i et blødt booster sæde placeret på forælderets skød.
      Bemærk: sådanne booster sæder bevarer nærhed til forældrene, men forhindrer også yngre spædbørn i at læne bagud eller fremad for meget (hvilket resulterer i datatab) og ældre spædbørn i at kravle væk.
   3. Ifølge Eye tracker retningslinjer, kontrollere, at barnets hoved er placeret i en optimal afstand fra skærmen og Eye tracker. Bekræft, ved hjælp af Eye tracker software, at barnets øjne er synlige for øjet tracker. Hvis det ikke er synligt, så spørg forældrene forsigtigt Sway barnet i alle retninger, indtil øjnene er detekteret og inden for passende afstand.
   4. Giv forældrene med occherunder briller, der forhindrer ham eller hende i at se de eksperimentelle stimuli.
      Bemærk: occherunder briller reducere muligheden for at forspænde spædbarnet til særlige stimuli eller skærmsider, og også forhindre øjet tracker fra uforvarende at spore forældrenes øjne i stedet for barnets.
3. Kalibrering
   1. Udfør kalibreringsproceduren i henhold til instruktionerne i øjetrackeren.
   2. Hvis det understøttes af Eye tracker-softwaren, skal du bruge en 5-punkts kalibreringsprocedure svarende til de fire hjørner og midten af skærmen.
      Bemærk: for at kalibreringen skal fungere, skal spædbørn se på kalibrerings billedet. Derfor skal billedet være meget interessant. En spinning-type animation fungerer godt, så "centrum" af billedet forbliver stationær, som du ønsker, at barnets øjne skal være så rettet som muligt til midten af kalibrerings punktet.
   3. Under kalibreringen, skal du ikke pege mod billedet, eller har den forælder direkte opmærksomhed på kalibrerings billedet, fordi der kan henlede spædbørns opmærksomhed væk fra skærmen og mod den person, peger på det.
   4. Kontroller, at kalibreringen er gennemført, ved hjælp af Eye tracker-softwaren. Gentag kalibreringen, hvis det er nødvendigt, især hvis forældrene eller spædbarnet bevæger sig betydeligt (f. eks. den forælder, der står op) under kalibreringen.
      Bemærk: kalibreringsprocessen afhænger af, at den er ny, interessant og kort. Jo flere gange spædbørn har brug for at gennemgå kalibrering, jo mindre effektiv kan det være.
   5. Efter kalibrering er bekræftet at være vellykket, straks begynde forsøget.
4. Eksperiment
   1. Begynd eksperimentet med tre-punkts kalibreringskontrol (Se figur 2). Manuelt styre varigheden af hvert mål; Når spædbarnet fikserer på målet i et dias, skal du straks gå videre til det næste mål. Hvis øjet blik er konsekvent en grad eller større væk fra hvert mål centrum, afbryde eksperimentet og Gentag kalibrering.
   2. Fortsæt med eksperimentet, begyndende med opmærksomheds grabberen før det første forsøg (Se figur 2). Manuelt styre, hvor længe opmærksomheds grebet vises. Begynd forsøget, når spædbarnet fikserer på opmærksomheds grabber. Hvis spædbarnet ikke fikser det efter flere sekunder, skal du bruge et knirkende stykke legetøj eller blinklys til at omdirigere barnets opmærksomhed til skærmen.
   3. Når alle forsøg er blevet vist, skal du udføre den samme tre-punkts kalibreringskontrol procedure igen for at teste for mulige signal afdrift eller kalibrerings ændringer under forsøget. Afslut eksperimentet efter checken.
   4. Afslut eksperimentet, hvis barnet demonstrerer uinddrivelige kræsenhed, eller hvis forældrene anmoder om at stoppe.
5. Wrap-up
   1. Hvis forældrene ikke allerede er færdige, skal de udfylde baggrunds familie-og sprog spørgeskemaerne.
   2. Yde erstatning og, hvis samtykket til, dele yderligere flyers/materialer til forældrene til at distribuere blandt deres jævnaldrende til at hjælpe med rekruttering.

6. data analyse

1. Først skal du vurdere kvaliteten af dataene ved at afbilde et hastigheds diagram eller et spor af gaze position over tid for at undersøge, om dataene er støjende (perioder med høj hastighed toppe) for hvert emne. Høj hastighed ændringer eller systematiske driver i data position kan være tegn på dårlig kalibrering eller data erhvervelse fejl.
2. Filtrer højfrekvente oplysninger fra gaze data ved hjælp af støjreduktionsalgoritmer eller filtre, såsom brug af et glidende gennemsnit. Disse algoritmer kan også interpolere på tværs af korte huller i data, typisk forårsaget af blinker og hoved bevægelse.
   Bemærk: brug af fælles rumlige-temporale filtre til at klassificere fikseringer og saccader anbefales ikke, fordi disse algoritmer er baseret på voksne øjne adfærd og er ikke generaliserbare til spædbarn Eye adfærd.
3. Tegn to interesseområder (AOIs), en for hver side af skærmen. Sørg for, at Aoer er lidt større end selve de visuelle elementer (f. eks. 25 pixels eller 1 º visuel vinkel større, rundt om personen) for at imødekomme eventuelle mindre kalibrerings unøjagtigheder eller standardinstrument fejl.
   Bemærk: mens AOI er statisk, omfatter det et bevægende objekt i en video, så Sørg også for, at AOI skal være større end de maksimale dimensioner af det bevægende objekt, mens det ændres i hele videoen. Hvis det ønskes og understøttes af Eye tracker software, kan du bruge dynamisk flytte AOIs i stedet.
4. Opretholde et hul på omkring 25 pixels eller større i mellem de to AOIs, i midten af skærmen.
5. Ved hjælp af Eye tracker software eller et sekundært analyseprogram, beregne samlede udseende gange for hver AOI for hvert forsøg ved at opsummere alle blik punkter, der falder inden for AOI og multiplicere denne tæller med prøvetagnings intervallet (f. eks, hvis du bruger en 120Hz Eye tracker, prøvetagnings intervallet er 8,33 MS).
6. Hvis du stadig bruger Eye tracker software, eksportere den ser tid data. Næste, beregne samlede udseende gange for hvert spædbarn, for hver stimulus type, på tværs af hele eksperimenterende løb. Udelukke spædbørn, der ikke har givet tilstrækkelig mængde gaze data (f. eks. mindst 25% af de maksimalt mulige data).
   Bemærk: i sten, et al.⁷, 24% af alle testede børn blev udelukket på grund af dårlig kalibrering eller utilstrækkelige gaze data på grund af fusthed, kigger væk, okklusion af øjnene under optagelsen, overdreven blinkende, droopy øjenlåg, instrument fejl, eller eksperimententer-fejl.
7. Beregn et udseende præference indeks for hvert spædbarn. Først opdele den samlede ser tid for en stimulus type over den anden.
   Bemærk: dette trin gør det muligt for spædbørn at være direkte sammenlignet med hinanden, uanset om spædbørnene varierede i hvor lang tid de kiggede på eksperimentet samlet.
8. Normaliser denne værdi med en logaritmisk transformation, som gør det muligt at se præference indekset på en meningsfuld måde på tværs af alle spædbørn, hvor et indeks på-1,0 og 1,0 repræsenterer samme størrelsesorden, men i modsat retning.
9. Udfør passende statistiske tests for at sammenligne de samlede udseende tider og se præference indekser på tværs af deltagergrupper. Rapportere statistiske testresultater sammen med effektstørrelser og/eller konfidensintervaller.
   Bemærk: i Stone, et al.⁷, at teste for aldersrelateret følsomhed over for klang-baserede phonologiske restriktioner i tegnsprog, en uafhængig t-test blev udført for at sammenligne klang udseende præference indekser (loggen af kvotienten af ser tid for velformede genstande over dårligt udformede varer) mellem yngre og ældre grupper af spædbørn.

Representative Results

Prøven i sten, et al.⁷ bestod af 16 yngre spædbørn (gennemsnitsalder = 5,6 ± 0,6 måneder; interval = 4,4-6,7 måneder; 8 kvindelige) og 13 ældre spædbørn (gennemsnitsalder = 11,8 ± 0,9 måneder; interval = 10,6-12,8 måneder; 7 kvinder). Ingen af disse spædbørn havde set tegnsprog før. For det første vurderede vi for forskelle i samlet ser tid mellem aldersgrupper, og fandt ingen signifikant forskel (betyder: 48,8 s vs. 36,7 s; t (27) = 1,71; p = 0,10). Dette giver mulighed for fremmede aldersrelaterede forklaringer (f. eks. opmærksomhed, hoved drejning, blinkende) for følgende resultater. I klang tilstand, yngre spædbørn kiggede længere på velformede end dårligt formede elementer (betyder: 28,6 s vs. 20.2 s; parret t (15) = 4,03, p = 0,001, Cohens 's d = 0,74). Til sammenligning, ældre spædbørn viste lille forskel i udseende adfærd mellem de to stimulus typer (betyder: 18,1 s vs. 18,6 s; t (12) = 0,29, p = 0,78). Yngre spædbørn havde større klang præference indeksværdier end ældre spædbørn (figur 4; Midler: 0,15 vs.-0,03; t (27) = 3,35, p = 0,002, Cohens d = 0,74). Resultaterne indikerer, at yngre spædbørn, men ikke ældre spædbørn, er følsomme over for sonority-baserede fonologiske restriktioner i tegnsprog, selv om de aldrig har været udsat for tegnsprog før.

Vi har også udforsket udseende adfærd i video orientering tilstand. Brug af orienterings præferencer indekser som den afhængige variabel, vi kørte en to-vejs ANOVA med gentagne-målinger faktor Sonority (velformede vs. dårligt dannet) og mellem-fag faktor alder (yngre vs. ældre). Der var en primær effekt af alder (F (1, 27) = 6,815, p = 0,015, delvis H2 = 0,20), hvilket indikerer, at yngre og ældre spædbørn har forskellige visningspræferencer for oprejst og inverteret signerings stimuli (figur 4). Specifikt, yngre spædbørn kiggede længere på de opretstående stimuli (Mean = 0,11), mens ældre spædbørn kiggede længere på de omvendte stimuli (Mean =-0,12). Der var ingen hoved effekt af klang (F (1, 27) = 2,04, p = 0,165, delvis H2 = 0,07), hvilket indikerer, at klang ikke påvirkede de opretstående præference indeksværdier. Ingen Sonority x aldersgruppe interaktion blev fundet F (1, 27) = 0,12, p = 0,73, delvis H2 = 0,004). Mens ældre spædbørn undlod at vise en præference i klang tilstand, de kunne alligevel vise en præference i video orientering tilstand. Derfor har vi fortolket null resultat med ældre spædbørn i klang tilstand at være opstået fra en ægte ufølsomhed over for disse fonologiske signaler i underskrevet sprog.

Figur 1 . Og video orienterings forhold. Til venstre vises to forskellige fingerspelling sekvenser (velformede v. dårligt formede). Til højre vises den samme sekvens af finger stavning, men den ene er opretstående, og den anden er omvendt (spejlvendt lodret og vandret). Billede, som tidligere blev udgivet i Stone et al.⁷ (Se https://www.tandfonline.com). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2 . Kalibreringskontrol og stimulus-præsentations procedure. Tre-punkts kalibreringskontrol sekvensen viser et pinwheel-mål i øverste venstre hjørne, skærm Center og nederste højre hjørne. Når spædbarnet fikserer på målet, fortsætter eksperimentatoren til de næste slides. Kalibreringskontrollen udføres før og efter alle stimuli er vist. Den stimulus præsentation viser opmærksomheds grabber (hvalp), hvis varighed er kontrolleret af experimenter. Når spædbarnet fikserer på hvalpen, begynder eksperimentet 10 s stimulus video. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3 . Eye tracking laboratorium set-up. Forældrene og spædbarnet sidder på den hvide stol med justerbar højde til venstre, mens forskerne sidder til højre. Der er et hvidt gardin adskille deltager og forsker områder, og yderligere hvide gardiner og brædder occherunder alt udstyr bortset fra Eye Tracker og skærmen. Spædbarnet kan sidde på det blå booster sæde, som derefter anbringes på forældrenes skød, eller spædbarnet kan sidde direkte på forælderets skød. Alt legetøj og visuelle distraktorer, såsom det gule fugle legetøj, der er vist på fotografiet, fjernes fra deltager området, inden eksperimentet påbegyndes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4 . Repræsentative oversigtsdiagrammer over udseende præference indeksdata. Den venstre diagram viser en betydelig forskel mellem de to aldersgruppers klang præference indekser, hvor yngre spædbørn viser en præference for velformet finger stavning, mens ældre spædbørn ikke. Det højre diagram viser en grafisk gengivelse af en 2 x 2 ANOVA-stil analyse af orienterings præference indekser. Se venligst trin 6: data analyse for instruktioner om beregning af præference indekser. Begge aldersgrupper viste udseende præferencer for opretstående eller inverterede stimuli. Fejllinjer indikerer en standardfejl af middelværdien. Billede modificeret fra Stone et al.⁷ (Se https://www.tandfonline.com). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Vi brugte den præference udseende paradigme til at opdage beviser for, at spædbørn kan være følsomme over for en bestemt visuel cue i sprog signalet, på trods af at have nogen forudgående erfaring med signeret sprog. Desuden, denne følsomhed blev observeret kun hos yngre spædbørn, og ikke ældre spædbørn, en manifestation af den klassiske perceptuelle indsnævring funktion. Bevis for en aldersbaseret præference for velformede stavelser baseret på klang restriktioner tillod os at yderligere hypotese størrelse, at klang kan være en vigtig indikator for børne sproglæring⁷. Stimuli var omhyggeligt designet til at tilbyde to kontrasterende sprog signaler, der adskilte sig i en subtil måde, og en anden betingelse tilladt for bedre fortolkning af eventuelle null resultater. Spædbørn var frie til at se på nogen af vores stimuli i en enkel, fornøjelig laboratorie indstilling, uden at kræve instrukser eller demonstrere sprogforståelse. Denne undersøgelse etablerede også en vigtig baseline, hvormed man kan kontrastere andre grupper af spædbørn, såsom tegn udsatte spædbørn med døve underskrivelses forældre. At studere tegn udsatte spædbørn (døve og høre), mens de var svære at rekruttere, ville give nye oplysninger om den rolle, som tidlig sensorisk og sproglig erfaring har i at forme spædbørns følsomhed over for visuelle sproglige signaler. Vurdering af døve spædbørns følsomhed over for signaler i visuelt sprog, især, ville være vigtigt, da dette er en befolkning, der ofte lider under sprog mangel i den tidlige barndom^28,29. Vi forudser, at ældre tegn udsatte spædbørn, både døve og hørehæmmede, ikke ville vise den formindskede følsomhed, der blev observeret hos ældre ikke-tegn udsatte spædbørn.

Der er nogle vigtige punkter at overveje med det nuværende paradigme. Brugen af Eye tracking afhænger af en antagelse, at der er en direkte sammenhæng mellem, hvad spædbørn kan se (synsskarphed), og hvor spædbørn vælger at se på (visuel præference). Naturligvis kan der også ske hemmelige skift i form af saccades, men de blev ikke analyseret her. Men den centrale fokalvekød region, der giver høj skarphed og klarhed er meget lille (ca. 2 º). Fordi skarphed uden for denne region er meget dårlig, bør en observatør nødt til at se fine detaljer klart, han eller hun har brug for at omdirigere blik og foveate på det. Et andet spørgsmål at være opmærksom på er, at den samlede udseende tid (dvs., dvæle gange) er en brutto foranstaltning, og kan ikke altid præcist korrelere med opmærksomhed, forsætlig eller utilsigtet. Fald i fikserings tiderne betyder ikke nødvendigvis mindre opmærksomhed eller fokus; Det kan også indikere tilbagetræknings-eller træthed. En vigtig fordel ved Eye gaze data er, at det kan analyseres på mange forskellige måder. Mens vi fokuserede på fikserings tider (dvs. dvæle tider), kan saccader og scannings mønstre (dvs. scannings kurver) også udledes af det identiske rå datasæt for at lære, hvordan spædbørn moduler deres opmærksomhed blandt forskellige stimuli^30,31. Geografiske og tidsmæssige dataanalyser tilgange er både nyttige og talrige, og pupillometri data kan også analyseres for at give mere indsigt i spædbørns Eye gaze adfærd og drage slutninger om, hvordan de opfatter og organisere deres verden^{2, 32}.

Ved udformningen af nye øjen sporings undersøgelser skal man nøje overveje testmiljøet og deltagernes individuelle karakteristika, da begge påvirker dataindsamling og-kvalitet. Omgivende belysning niveauer og selv subtile ændringer i positioner af stimuli Monitor eller Eye tracker under optagelsen session kan påvirke kalibrering og track ability. Deltagere såsom alder og etnisk tilhørsforhold kan også påvirke datakvaliteten. Vi opfordrer laboratorier med øjen målere til at afprøve og dokumentere disse begrænsninger i deres laboratorie indstillinger og med et mangfoldigt udsnit af deltagere i forskellige aldre, inden der gennemføres empiriske undersøgelser. For at opdage og undgå signal afdrift, som er akkumulering af målefejl i løbet af dataindsamlingen, anbefaler vi at re-måle positioner og vinkler af Eye Tracker og stimulus Monitor forud for hver session, og som beskrevet tidligere, ved hjælp af kontrol af kalibrering før og efter sessionen. Dette er især vigtigt, hvis forskerne ønsker at indsamle præcise blik Skift/saccadic mønstre og scanpaths. En fordel ved den præference udseende paradigme er, at det er tolerant over for mindre kalibrering fejl på grund af sin afhængighed af mere brutto hemifield forskelle.

Den nuværende undersøgelse viser den klare værdi af Eye tracking teknologi og præference udseende paradigmer med spædbørn. Dette paradigme er fleksibelt og kan udvides til at dække en bred vifte af forskningsspørgsmål. Den mest udbredte anvendelse i øjeblikket er at studere udviklingen af ansigts diskrimination^33,34,35, men det kunne anvendes til at studere audiovisuelle eller visuelle sprog følsomhed og færdigheder, sociale signaler, følelsesmæssige Valens, og endda forståelse. Desuden er det ideelt til undersøgelser, der involverer spædbørn i forskellige aldre (f. eks. i længde-eller tværsnits-), da hver dataindsamlings session er kort og enkel, og paradigmet fungerer godt for både yngre og ældre spædbørn.

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)