İnsan katılımcıları içeren tüm deneysel prosedürler Helsinki Bildirgesi'ne uygun olarak gerçekleştirildi. Çalışma protokolü, Tsinghua Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Etik Komitesi (Tıp) tarafından incelenip onaylandı (Proje No. THU01-20250087). Tüm katılımcılardan çalışmaya dahil edilmeden önce yazılı bilgilendirilmiş onayı alındı. Kullanılan malzemeler ve ekipmanlar Malzeme Tablosu'nda listelenmiştir.
Çift modal deneysel çerçeve
Metodoloji, gerçeklik ve bozukluğun kesişimini yakalamak için çift modlu bir doğrulama sistemi kullandı. İlk aşamada, katılımcılar 50 Hz örnekleme frekansına sahip giyilebilir bir göz izleme sistemi taktılar. Bu cihaz, katılımcıların gerçek dünya terminal rotasını girişten kapıya bağımsız olarak gezdirirken sakkadik frekans ve fiksasyon süresi dahil yüksek çözünürlüklü bakış dinamiklerini yakaladı. İkinci aşamada, patolojik görme kaybını simüle etmek için kafa monte edilmiş karma gerçeklik (MR) kulaklıklar kullanıldı. Gerçek zamanlı OpenGL shaderları kullanılarak, sistem katılımcıların terminal ortam görüşlerine görsel alan kusurlarını ekleyerek Maküla Dejenerasyonu (merkezi skotoma), Glokom (periferik kayıp), diyabetik retinopati (yamalı görme) ve Retinitis Pigmentosa (tünel görüş) özelliklerini tekrarladı. Navigasyon arızasına neden olan özel değişkenleri belirlemek için standart bir L9 ortogonal dizi tasarımı uygulandı. Bu istatistiksel tasarım, her biri üç ayrı seviyeye atanan dört bağımsız değişkeni sistematik olarak değerlendirdi: bilgi yoğunluğu (düşük, orta, yüksek), kodlama formatı (sadece metin, sadece ikon içinde, hibrit), çevresel müdahale (düşük, orta, şiddetli) ve zaman baskısı (yok, orta, yüksek). Bu parametreler dokuz simetrik deneysel kombinasyon üretti. Bir ağırlıksız başlangıç kontrol senaryosuna ek olarak, toplamda 10 deneysel koşul ortaya çıktı. Ardışık öğrenme etkilerini ve aktarma yanlılığını azaltmak için, bu 10 senaryonun sunum sırası her katılımcı için Latin kare stratejisi kullanılarak kesin olarak rastgele seçilmiştir (Ek Tablo 1).
Navigasyon görevleri ve görme bozuklukları simülasyonları
Çalışma, çift katmanlı bir metodolojik cihaz kullandı. İlk aşamada, katılımcılar, yaklaşık 450 m önceden tanımlanmış bir güzergahı kapsayan standartlaştırılmış, gerçek dünya yol bulma görevlerini (Giriş → Güvenlik → Kapı) çalıştılar. Katılımcılar, dış yardım talep etmeden doğal yürüyüş hızlarında hareket etmeleri talimatı verildi. Tüm deneysel oturumlar, yaklaşık 300–500 lüks olarak standartlaştırılmış günlük ortam aydınlatma koşullarında gerçekleştirildi. Her oturum yaklaşık 30 dakika sürdü ve katılımcıların veri kaydından önce kulaklığın ağırlığına ve görsel ekranlarına alışmasını sağlamak için zorunlu 5 dakikalık bir uyum süreci içeriyordu. Sürekli bakışlı veriler 50 Hz örnekleme frekansında kaydedildi. Veri ön işleme ve operasyonel analiz, özel göz izleme analiz yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi. Bu aşamada katılımcılar bahsedilen göz izleme gözlüklerini taktılar. Navigasyondan önce, sistem her katılımcı için standart tek noktalı kalibrasyon prosedürüyle ortak kontrolcü uygulaması aracılığıyla ayrı ayrı kalibre edildi. Deneysel denemeler, yazılım başarılı bir kalibrasyon onayı oluşturduktan sonra başladı ve bu da <0,5 derece görsel açı mekânsal haritalama doğruluk eşiği sağlandı. Ham bakış vektörleri, yüksek frekanslı sinyal gürültüsünü izole etmek için orta filtre (pencere boyutu = 3 örnek) üzerinden düzleştirildi. Fiksasyonlar, hız eşiği tanıma (I-VT) algoritması kullanılarak operasyonel olarak tanımlandı; hız eşiği 30 derece/s olarak parametre edildi ve minimum fiksasyon süresi 60 ms'dir. Bakış filtreleme parametreleri, blink veya donanım artefaktlarından kaynaklanan 100 ms'yi aşan sinyal kaybı dönemlerini hariç tutuyordu. İkinci aşamada, görsel eksikliklerin davranışsal etkisini genel yaşa bağlı bilişsel gerilemeden kesin olarak izole etmek için, sadece genç görüş sahibi kontrol grubu MR kulaklıklarını kullanarak patolojik görme kaybının belirli profillerini simüle etti. Standart bir çapraz platform oyun motorunda geliştirilen özel programlanmış gerçek zamanlı OpenGL shader'ları çalıştırarak, MR sistemi fiziksel ortamın üzerine görsel filtreler yerleştirdi. Her simülasyon bloğundan önce, araştırma ekibi shader aktivasyonunu ve doğru görsel alan kapatmasını standartlaştırılmış fiziksel kalibrasyon ızgarasına karşı sistematik olarak doğrulama yaptı; bu kritik ara kontrol noktası oldu. Tekrarlanabilirliği sağlamak için simülasyon parametreleri yerleşik klinik oftalmolojikmodellere sabitlenmişti 20: Makula Dejenerasyonu, görsel alanın merkezi 10°'sini kapatan merkezi mutlak skotom ile simüle edildi; Glokom ve Retinitis Pigmentosa, çeşitli derecelerde periferik tıkanma (sırasıyla 20° ve 10° merkezi açıklıkla sınırlı tünel görüşü) simüle edildi; ve Diyabetik Retinopati, kontrast hassasiyetinde %40 düz bir azalma ile rastgele yamalı skotomalar kullanılarak çoğaltıldı.
Metodolojik sorun giderme ve kalite kontrolü
Çift modal protokolün güvenilirliğini sağlamak için titiz kalite kontrol önlemleri uygulandı. Göz izleme doğruluğu için kritik bir adım, <0,5 derece uzamsal haritalama doğruluk eşiğini korumaktı; Uzun ve gerçek yürüme görevlerinde yaygın bir zorluk olan kalibrasyon kayması, her 10 dakikada bir zorunlu yeniden kalibrasyon kontrol noktalarının planlanmasıyla ele alındı. Karma gerçeklik simülasyonları için, katılımcı baş hareketine rağmen stabil görsel alan kapanmasını korumak önemli bir teknik zorluk oluşturdu. Bu durum, MR başlığının mekansal sabitleme yeteneklerinin kullanılarak shader'ları kullanıcının gözbekler arası mesafesine (IPD) katı şekilde kilitledi ve her denemeden önce fiziksel kalibrasyon ızgarasına karşı tıkanma hizasının sistematik olarak doğrulanmasıyla azaltıldı.
Ortalama açısal hızın hesaplanması
Çıkarılan temel nicel metrik, bakışın Ortalama Açısal Hızı (AV) idi; bu da hem telafi edici keşif çabasını hem de altta yatan navigasyon belirsizliğini yansıtma potansiyeli olarak mekansal tarama yoğunluğunun operasyonel göstergesi olarak hizmet verdi. AV, bakış vektörünün ayrık örnekleme aralıkları üzerindeki açısal yer değiştirme hızının büyüklüğü olarak hesaplandı (Δt = 20 ms, matematiksel olarak 50 Hz donanım örnekleme hızına karşılık gelir). ω(t) olarak belirtilen anlık açısal hız, projeksiyon edilen görsel düzlemde filtrelenmiş iki boyutlu bakış koordinatları (x, y) kullanılarak hesaplandı:
(3)