Birleştiren Bilgisayar Oyun-Tabanlı Yüksek Yoğunlukta EEG ve Kızılötesi Gaze Takip Davranışsal deneyler

Bu video, bir bilgisayar oyununa entegre edilmiş, ilgi çekici ve ekolojik olarak geçerli bilişsel görevlerin uygulanması sırasında deneklerden eş zamanlı bakış takibi ve yüksek yoğunluklu EEG kayıtlarının alınması prosedürünü göstermektedir. İlk olarak, elektrotlar deneğe sabitlenir. Ardından, bakış takibi kamerası kalibre edilir.

EEG ve bakış verileri kaydedilirken denek oyunu oynar. Oyun olayları ile tetiklenen olayla ilişkili potansiyeller ve olayla ilişkili spektral pertürbasyonlar elde edilir. Bu tekniğin ePrime veya presentation gibi uyaran sunum paketleri gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı, deneylerin bir bilgisayar oyununa gömülmesinin, açık bir test ortamından uzaklaşarak performans kaygısını gidermesi ve deneklerin uzun bir deneysel oturum boyunca görevlere motive ve bağlı kalmalarına yardımcı olmasıdır.

Geniş bir bilişsel görev yelpazesini kapsamaktadır. Bu özellikler, dikkat ve motivasyonun karmaşık veya uzun süreli deneysel oturumlar için engel teşkil edebileceği pediatrik ve klinik popülasyonlar için özellikle önemlidir. Benim adım Keith Yoder ve Beaumont Laboratuvarı'nda araştırma asistanıyım.

Bugün bana, İnsan Gelişimi Bölümü'nden laboratuvar teknisyeni ve UAUA lisansüstü öğrencisi David Post yardımcı olacak. 128 kanallı bios, yarı aktif iki ölçüm sistemi ve SR Research firmasından iLink 1000 kızılötesi bakış takip cihazı kullanacağız. Bilgisayar oyunu ve EEG'den oluşan birleşik deney başlamadan önce, denek gelmeden bir saat önce, elektrotların artı veya eksi 20 µV aralığında küçük ofsetlere sahip olduğundan emin olmak için dengelenmeleri gerekir. EEG deneyi için elektrotları, litre başına bir çay kaşığı tuz içeren distile suyla hazırlanmış bir tuz banyosunda beş ila 10 dakika boyunca bekleterek dengeleyin.

Elektrotları herhangi bir sıvı içerisinde tek seferde 10 dakikadan fazla bırakmayın. Elektrotları tuz banyosundan çıkardıktan sonra, denek gelmeden hemen önce onları durulamak için distile suyla dolu bir sprey şişesi kullanın. Eşzamanlı bakış takibi ve EEG için bakış takibi kamera dönüştürücü kutularını ve bilgisayarları açın; bakış takibi kamerasında 16 mm uzunluktaki lensi kullandığınızdan emin olun.

Kurulum; biri bakış takibine, biri EEG veri toplama işlemine, biri uyaran sunumuna ve biri video kaydı ile veri analizine ayrılmış olmak üzere dört bilgisayar kullanmaktadır. İki adet dönüştürücü kutusu, bakış takip bilgisayarı ile uyaran sunum bilgisayarından gelen VGA çıkışlarını yöneterek video kayıt bilgisayarına birleştirilmiş bir video sinyali gönderir.

Bu sayede, video kayıt bilgisayarı, denek tarafından görülen oyun ekranını, mevcut bakış fiksasyonunu temsil eden bir imleç ve zaman damgasıyla üst üste bindirilmiş olarak kaydedebilir. Bu bindirmeli video, video kayıt bilgisayarında bir disk dosyasına kaydedilir. Şimdi EEG Kurulumuna bakalım.

Deneklerin baş çevrelerini alın ve inion bölgelerini ölçecek şekilde ölçerek EEG deneyi hazırlıklarına başlayın ve uygun boyutta bir elektrot başlığı seçin. Başlığı, etiketin başlığın dışında kaldığından ve deneğin boynuna yaslandığından emin olarak deneğin başına yerleştirin.

A1 elektrodu nasion, inion ve sol kulak kepçesi ile sağ kulak kepçesine göre merkezlenene ve başlığın orta hattı deneğin başının orta hattı boyunca yerleşene kadar başlığı yeniden konumlandırın. Nasion, burun ile kaş arasındaki çukurdur. Inion, başın arkasındaki orta hattaki kemikli çıkıntıdır ve pinna (kulak kepçesi), kulak kanalının açıklığının ön tarafında uzanan kıkırdak katıdır.

Kapak yerleştirildiğinde, elektrotların plastik gövdesine (ex beş ve ex altı) bir yapıştırıcı halka uygulayın. Halkanın açıklığını elektrot peletiyle hizalayın.

Yapışkan halkanın kağıt desteğini çıkarın ve elektrot temas noktasını iletken jel ile kaplayın. EX six'ı deneğin sağ mastoidine, EX five'ı ise deneğin sol mastoidine yerleştirin. Bone üzerindeki her bir elektrot tutucuya iletken jel yerleştirmek için kör uçlu bir şırınga kullanın.

Deneğin saçlarını ayırmak için şırınga ucunu hafifçe hareket ettirin. Ardından, bir pasta süslüyormuş gibi, pistonu aşağı doğru bastırırken aynı anda şırıngayı kafadan uzaklaştırın. Jel, plastik muhafazanın üst seviyesiyle aynı hizaya gelene kadar doldurun.

Aşırı doldurmadığınızdan emin olun. Çok fazla jel doldurmaktansa az doldurmak daha iyidir, çünkü fazla jel elektrot bölgeleri arasında sızarak elektrot köprülenmesine neden olabilir. Eğer elektrotlar köprülenirse, bunu düzeltmenin bir yolu yoktur.

Ancak başlığı çıkarmak için, deneğin saçlarını yıkayıp kurulamasını sağlayın ve elektrot kablolarının fişleri omuzdan aşağı sarkacak, sensör uçları ise tek elde olacak şekilde işleme yeniden başlayın; her bir elektrodu, elektrot başlığı içindeki ilgili tutucusuna nazikçe yerleştirin. Elektrotların sadece plastik gövdesinden tutun ve kabloları sıkıştırmamaya çok dikkat edin. Elektrot uçlarına dokunmamak kritik önem taşır.

Ciltle, giysilerle veya iletken jel dışındaki herhangi bir malzemeyle temas, elektrotların kalitesini düşürecektir. X bir ile X dört üzerine iletken jel sürün ve bunları denekle yüzüne sabitlemek için yapışkanlı halkalar kullanın. X bir ve X iki'yi, deneğin sol ve sağ dış kantalardan sırasıyla yaklaşık bir santimetre yatay mesafeye yerleştirin.

X3 ve DX4 elektrotlarını, deneğin sol ve sağ gözlerinin orta noktasının yaklaşık bir santimetre altına, zigomatik kemikler üzerine yerleştirin. Elektrot kablolarını deneğin arkasında nazikçe toplayın ve C-M-S-D-R-L kablosunu diğerlerinin etrafına gevşekçe sarın. Kablo demetini sabitlemek için demetin üst ve alt kısımlarına cırt cırtlı bağlar takın ve tıbbi bant kullanarak bu demeti deneğin gömleğinin arkasına yapıştırın.

Deneklerin boyunlarının rahatça öne doğru eğilebilmesi için bu kablolarda yeterli boşluk bıraktığınızdan emin olun. Şimdi, her bir elektroda potasyum klorür çözeltisi uygulayarak GSR elektrotlarını hazırlayın. GSR elektrotlarını, deneğin baskın olmayan elinin veya deney sırasında kullanılmayacak olan elinin ikinci ve üçüncü parmaklarına tıbbi bant kullanarak sabitleyin.

Tüm elektrotlar kurulduktan sonra davranışsal yanıtları işaretlemek için deneyi yapan kişiyi arkaya eğilmeyen sabit bir sandalyeye oturtun. Uyaran sunum monitörünün önünde, tüm elektrotları dönüştürücü kutuya takın ve elektrot ofsetlerinin artı veya eksi 40 microvolt sınırları içerisinde olduğundan emin olmak için EEG veri toplama bilgisayarını kontrol edin. Bir elektrot çok yüksek bir ofsete sahipse veya gürültülüyse, elektrodu nazikçe başlıktan çıkarın.

Yuvaya daha fazla jel ekleyin ve elektrodu değiştirin. Eğer sorun tek bir elektrottaki problem olarak devam ederse veya tek bir elektrot puls artefaktı ile kontamine olursa, o kanal çevre elektrotlardan interpolle edilmelidir. Kayıt tamamlandıktan sonra, ilk olarak gözün medialindeki kaşın üzerine bir hedef çıkartması yapıştırarak bakış takibini kurun.

Uyaran sunum bilgisayarında pop-up kalibrasyon uygulamasını başlatın. Yeni bir oturuma başlayın ve tür açılır menüsünü CMD olarak değiştirin. Uygun komutu girdikten sonra, pop-up kalibrasyon uygulaması başlatma kamera kurulumundan olay günlüğünü açmak için gönder düğmesine basın.

Kamerayı, hedef çıkartması ve deneğin gözü otomatik eşik değerlemesi için merkezlenecek şekilde konumlandırın. Uyaran sunum bilgisayarının klavyesindeki A tuşuna basın. Takip edilecek göz netleşene kadar kamera lensini çevirerek odağı ayarlayın.

Uyaran sunum bilgisayarının klavyesinden C tuşuna basarak bakış takip sisteminin denekle kalibrasyonunu başlatın. Ekranda rastgele sırada dokuz farklı konumda bir nokta belirecektir. Denek, bir sonraki noktanın konumunu tahmin etmek yerine, nokta belirdiğinde ona bakmalıdır.

Kalibrasyonu doğrulamak için V tuşuna basın. Noktalar rastgele sırada tekrar görünecektir. Kalibrasyon başarılıysa, deneğin bakışları her bir doğrulama noktasıyla eşleşecektir.

Kalibrasyon başarısız olursa, pupilla ve kornea yansıması eşik değerlerinin uygun olduğundan emin olun. Pupilla ve kornea eşik değerleri, ada ana bilgisayarındaki kamera kurulum ekranının sol üst köşesinden ayarlanabilir; pupilla ve kornea yukarı ve aşağı oklarına tıklamak, sırasıyla eşik değerlerini artırır ve azaltır. 500 Hertz düğmesine tıklayarak örnekleme hızının 500 hertz olarak ayarlandığından emin olun.

Uyaran sunum bilgisayarındaki açılır pencere kalibrasyon uygulamasını simge durumuna küçültün ve görev çubuğundaki iLink simgesine sağ tıklayıp Kaydı başlat seçeneğini belirleyerek bakış verilerini kaydetmeye başlayın. Video kayıt bilgisayarında Black Magic Media Express yazılımını kullanarak video kaydını başlatın. Ardından, EEG kayıt bilgisayarında duraklatma düğmesine tıklayarak EEG kaydını başlatın.

Uyaran sunumu aşamasında bilgisayar, deneysel kontrolü bozmadan ekolojik geçerliliği sağlamak amacıyla özel olarak tasarlanmış bir oyun olan "Polus"u başlatır. Bir oyunda denekler, saldırı altında olan bir kargo gemisini kurtarmalıdır. İçinden oyuncuya yardım eden bir dostun veya oyuncuya zarar veren bir düşmanın çıktığı solucan delikleri eklenerek bir "git-gitme" (go/no-go) görevi uygulanır. Oyuncular ayrıca başka bir oyun sırasında, sürüklenen yıldız alanları arasında bir uzay gemisini yönlendirerek bir nokta hareket koherans görevi gerçekleştirirler.

Deneklerin, modifiye edilmiş bir Posner görevinde asteroidleri toplamak için bir radar kapsamı kullanmaları gerekmektedir; asteroidlerin görünebileceği dört sektör, farklı temel frekanslarda yanıp sönmektedir. EEG'nin spektral içeriğindeki değişiklikler, ardından her sektörü işaretleyen frekansların genliklerine dayanarak dikkati değerlendirebilir. Bir başka oyun ise deneklerden, yüzlerde tasvir edilen duyguları tanımlayarak galaktik bir antlaşmanın yapılmasına yardımcı olmalarını istemektedir.

Beş yüzün her biri, aynı duyguyu ifade eden üç yüzden oluşan bir satır veya sütun oluşturmak için bir oyun tahtasındaki boş noktalara yerleştirilmelidir. Dördüncü bir oyun, oyuncuların Zihin Teorisi'ne yönelik Sally Anne testini uygular. Kaptan Sally'nin kargosunu dört gezegenden birine yerleştirmesini izleyin.

Anne rolü, kargoyu başka bir gezegene taşıyan bir uzay korsanı tarafından canlandırılır. Son olarak, bir amiral hem kaptanı hem de korsanı gözlemler ve korsanın eylemleri hakkındaki bilgileri kaptana iletir. Oyuncular daha sonra, her birinin kargoyu nerede arayacağını çıkararak kaptan ve korsan için kesişme rotaları belirlemeli ve böylece birkaç farklı koşul arasındaki karşıtlıklar üzerinden birinci ve ikinci derece zihin kuramını uygulamalıdır.

İnsan bilgisayar etkileşimi alanındaki güncel sonuçlar, oyun bağlamının, aksi takdirde bu şekilde ilgi çekici görünmeyebilecek görevlerde motivasyonu oluşturma ve sürdürme gücüne işaret etmektedir. Birçok tekrarlanan deneme içeren çok sayıda bilişsel görev, denek yorulmadan tek bir deneysel oturum sırasında gerçekleştirilebilir. EEG ortalaması almak için yeterli deneme sayısına ulaşmak amacıyla deneklerin her bir uyaran koşulu için yaklaşık yüz deneme biriktirmesi gerektiğinden, bu durum özellikle önemlidir. İşitsel uyaranlar için, uyaran sunum bilgisayarındaki pasif hoparlörleri aktif hoparlörlerle değiştirin.

Ardından amplifikatörü prize takın ve açın. Ses seviyesini 60 düzeyine ayarlayın. Bu işlem, denek oyunları bitirdiğinde 80 desibel SPL maksimum ses seviyesine ulaşmak için gereklidir.

Grafik arayüzdeki durdurma düğmesine basarak oyundan çıkın ve veri kaydını durdurun. Bu işlemi hem video kayıt göz izleme hem de EEG kayıt bilgisayarlarında gerçekleştirin. EEG dönüştürücü kutusunu kapatın ve tüm iletkenleri kutudan ayırın.

Yapışkan halkaları çıkarın ve ılık distile suyun içine yerleştirin. Elektrotlar üzerinde kalan jeli temizlemek için distile su dolu bir sprey şişesi kullanın; elektrot başlığındaki jeli temizlemek için ise ılık musluk suyu ve sabun kullanın. Şimdi bazı temsili EEG sonuçları gösterilecektir.

Burada frontal midline fz elektrodundan elde edilen olaya ilişkin bir spektral pertürbasyon grafiği yer almaktadır. Bu oyunda, "present enemy" (düşman mevcut) bir düşman gemisinin görünmesine veya bir "go" (git) durumuna; "present friendly" (dost mevcut) ise no-go durumu sırasında bir dost gemisinin görünmesine veya bir "no-go" (gitme) durumuna karşılık gelmektedir. Tipik gelişim gösteren çocuklar, otizm spektrum bozukluğu olan çocuklara göre anlamlı derecede daha yüksek gama bandı EEG gücü sergilemişlerdir.

Bu prosedürü uygularken elektrot kontaklarına dokunmaktan, tel iletkenlerini sıkıştırmaktan veya çok fazla jel kullanmaktan kaçınmak önemlidir.