Eye Movement Monitoraggio della Memoria

Neuroscience

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ERRATUM NOTICE

Summary

Il monitoraggio dei movimenti degli occhi (o eye tracking) rivela nello spazio in cui gli occhi indugiano, quando e per quanto tempo. Qui, ci dimostrano come eye-tracking può essere utilizzato per indagare l'integrità della memoria nelle popolazioni più partecipanti, senza la necessità di relazioni verbali, o in altro modo esplicito.

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Ryan, J. D., Riggs, L., McQuiggan, D. A. Eye Movement Monitoring of Memory. J. Vis. Exp. (42), e2108, doi:10.3791/2108 (2010).

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Abstract

Esplicito (spesso verbale) i rapporti sono tipicamente utilizzati per studiare la memoria (ad esempio "Dimmi cosa ti ricordi della persona che avete visto in banca ieri."), Tuttavia tali rapporti possono essere spesso inaffidabili o sensibili ai pregiudizi risposta

Protocol

Le attrezzature utilizzate durante l'acquisizione dei dati

Eye Tracker

Il tracker occhio utilizzati nel protocollo attuale è un sistema EyeLink II (SR Research Ltd, Mississauga, Ontario, Canada). Questa testa-montata, video-based Eye Tracker record posizione dell'occhio in X, Y coordinata fotogramma alla frequenza di campionamento di uno 500 o 250 Hz, con una risoluzione spaziale di <0,1 °. Una telecamera è utilizzato per monitorare la posizione della testa con l'invio di marcatori a infrarossi per sensori posti ai quattro angoli del monitor che viene visto dai partecipanti. Due telecamere aggiuntive sono montati sulla fascia situata sotto ogni degli occhi, e illuminatori a infrarossi vengono utilizzate per osservare l'alunno e riflessioni della cornea. Posizione dell'occhio possono essere basati sulle pupille e le riflessioni della cornea, o in base al unico allievo. La fascia imbottita del tracker occhio può essere regolato su due piani per adattarsi comodamente alla dimensione della testa di un adulto partecipante. La maggior parte occhiali e lenti a contatto possono essere ospitati dal tracker occhio.

Computer

Due PC vengono utilizzati per supportare registrazione dei movimenti dell'occhio. Un computer funge da display del computer, che presenta le schermate di taratura, istruzioni relative alle attività necessarie e le immagini utilizzate nel paradigma sperimentale ai partecipanti. Il computer di visualizzare i dettagli dei parametri di raccolta dei dati che vengono poi regolati dal secondo, computer host. Il computer host calcola in tempo reale posizione di sguardo e registra i dati di movimento degli occhi per analisi successive, nonché ogni premere il tasto della tastiera o risposte fatto il partecipante. L'installazione dei partecipanti e le operazioni del tracker occhio vengono eseguite tramite il PC host.

Software

In questo protocollo, i tempi e ordine in cui gli stimoli sperimentali sono da presentare ai partecipanti, e il modo in cui la posizione degli occhi è quella di essere raccolti dal PC host sono programmati attraverso Builder Experiment, un programma software appositamente sviluppato da SR Research Ltd di interfacciarsi con il computer host occhio tracker. Tuttavia, presentazione stimolo può essere eseguita anche attraverso altri programmi software (ad esempio, Presentazione, Sistemi neurocomportamentali, Albany, California). Conversione dei dati sul movimento l'occhio ad una serie di eventi fissazione e saccade che sono tempo-locked di presentazione dello stimolo (o un altro evento esterno) è ottenuta attraverso il computer host e può essere interrogato con Data Viewer, un software sviluppato da SR Research Ltd , tuttavia, ancora una volta, altri programmi possono essere utilizzati per ricavare le necessarie misure movimento degli occhi. Qui, il rilevamento di fissazioni e saccadi sono a carico di un parser in linea, che separa prime campioni movimento degli occhi in stati significativi (saccadi, fissazioni e lampeggia). Se la velocità di due campioni successivi il movimento degli occhi è maggiore di 22 gradi al secondo su una distanza di 0,1 °, i campioni vengono etichettati come una saccade. Se l'alunno non è presente per 3 o più campioni, l'attività occhio è segnato come un batter d'occhio all'interno del flusso di dati. Non saccade e non lampeggiano attività sono considerate fissazioni.

Eye tracking procedure.

Di seguito, abbiamo dettaglio le procedure per ottenere le registrazioni dei movimenti oculari per ogni partecipante.

  1. Consenso. Prima di impostare i partecipanti, i partecipanti sono indicati la fascia Eye Tracker. Lo sperimentatore spiega ai partecipanti che vengono monitorate le posizioni della testa e degli occhi attraverso le telecamere che sono contenuti sul caschetto.
  2. Per un paradigma dato sperimentale, i partecipanti sono seduti una distanza fissa dal monitor a mantenere lo stesso angolo visivo tra i partecipanti.
  3. Eye Tracker fotocamera installazione. Il casco inseguitore occhio è regolato in modo che il casco è comodo ed è improbabile che muoversi a disagio, ma non intorno alla testa. Il casco è ulteriormente regolata in modo che la fotocamera testa può inviare illuminazione a infrarossi per i marcatori esterna sul monitor. Ogni occhio delle telecamere si trovano su aste singole che si estendono dal casco che consentono la regolazione in tutti gli assi. Le telecamere sono posizionate occhio poco meno e un po 'lontano da ogni occhio, senza disturbare la visione del partecipante s del monitor (vedi Figura 1). Le telecamere sono concentrati per ottenere un'immagine chiara e stabile della pupilla e riflessioni della cornea. I pannelli di stato sul computer host indicare se i riflessi della cornea e la pupilla sono in corso di acquisizione. La soglia di illuminazione può essere regolata per ottenere la registrazione più stabile della pupilla e riflessioni della cornea. Lo sperimentatore seleziona quindi il paradigma sperimentale adottato, e designa un nome di file per le registrazioni occhio conseguente movimento.

    Figura 1
    Figura 1. Esempio di un casco dotato di video-based Eye Tracker (a sinistra) e il display e l'host computer (a destra). Si noti che il monitor davanti alla parteicipant mostra la posizione della pupilla (punto blu con croce) e la riflessione della cornea (punto giallo con croce) per aiutare nella configurazione della telecamera.
  4. Calibrazione. Per ottenere le registrazioni accurata della posizione degli occhi sul monitor, di una procedura di calibrazione viene avviata l'installazione della telecamera segue. Durante la procedura di calibrazione, i partecipanti vengono istruiti a guardare una serie di obiettivi che appaiono in varie posizioni sul display. Tipicamente, nove sedi di destinazione sono utilizzati, ma la taratura può essere effettuata con un minimo di tre sedi di destinazione. Da queste nove sedi registrato, posizione dell'occhio in qualsiasi punto dello schermo possono essere interpolati.
  5. Convalida. A seguito di calibrazione, una procedura di convalida viene usato per verificare l'esattezza della registrazione dei movimenti oculari. Lo stesso nove sedi di destinazione sono forniti al partecipante di fissare, e la differenza viene calcolata tra la posizione attuale fissazione e la posizione fissazione registrato in precedenza. Se la precisione di media per la registrazione della posizione di uno (o entrambi) gli occhi supera livelli accettabili (errore medio <0,5 ° e l'errore massimo di un punto <1,0 °), procedure di calibrazione e validazione sono ripetuti. Dopo l'accettazione dei livelli di precisione, lo sperimentatore in grado di determinare se il movimento degli occhi di registrazione dovrebbe essere monoculare o binoculare. Nel caso di registrazione monoculare, lo sperimentatore può determinare da quale dei dati occhio è da registrare, o il PC host può selezionare automaticamente l'occhio con l'errore inferiore alla media e l'errore massimo inferiore. Mentre la taratura e convalida può avvenire con leggero movimento della testa, è vantaggioso avere partecipanti sedere come ancora possibile. I partecipanti sono inoltre istruiti a non anticipare le posizioni imminente di obiettivi, ma piuttosto di spostarsi e fissare deliberatamente in poi, gli obiettivi solo quando appaiono e restare fissato sul bersaglio fino a scomparire.
  6. Paradigma sperimentale. Istruzioni particolari per un paradigma dato sono presentati al partecipante (ad esempio, "Si prega di vista liberamente ciascuna delle seguenti immagini."), E la registrazione dei dati viene avviata per la sessione.
  7. Drift correzione. Prima dell'inizio di ogni stimolo sperimentale, una correzione della deriva può essere eseguita avendo i partecipanti guardare un obiettivo centrale fissazione mentre si preme un pulsante su un joypad o tastiera per accettare la posizione di fissaggio. Quando la correzione della deriva è impiegato, un processo non inizierà fino a quando il partecipante si fissa con successo nella regione centrale fissazione entro 2,0 ° centro del bersaglio. Se il partecipante si fissa sempre maggiore di 2,0 °, il partecipante deve essere sottoposta nuovamente le procedure di taratura e convalida. L'eventuale differenza inferiore a 2,0 ° tra la posizione degli occhi registrata e la posizione iniziale di fissazione ottenuti durante la calibrazione / validazione delle registrazioni è poi notato come errore e contabilizzati nei dati.
  8. Stimolo presentazione. Posizione degli occhi, compresi gli eventi di fissazione e saccade, viene registrato secondo le procedure di correzione deriva per ogni presentazione stimolo. Lo sperimentatore può controllare l'accuratezza delle registrazioni on-line tramite controllo del computer host.
  9. Following la sessione di registrazione movimenti degli occhi, le misure che caratterizzano il movimento degli occhi di scansione modelli per diversi tipi di immagini (ad esempio, romanzo, ripetuta) può essere derivata con una varietà di pacchetti software, come il visualizzatore dati SR Research Ltd s. In aggiunta, la visualizzazione a specifiche regioni di uno stimolo (ad esempio inalterati, manipolati) può essere caratterizzata da analisi dei movimenti oculari rispetto alla sperimentatore trainata da regioni di interesse che si creano per ogni immagine sia presso la fase di programmazione paradigma o dopo la raccolta dei dati.
  10. I partecipanti sono interrogato in relazione alla finalità dell'esperimento, a conclusione della sessione.

Rappresentante Risultati

Misure multiple possono essere derivate dalle registrazioni movimento degli occhi, comprese le misure che descrivono complessivo di visualizzazione per l'immagine (tra cui le caratteristiche di ogni fissazione / saccade) e le misure che descrivono il modello di visualizzazione che è stato diretto a una particolare regione di interesse all'interno un'immagine 3. Misure di visualizzazione complessiva ad una immagine può includere (ma non sono limitati a): il numero di fissazioni e il numero di saccadi fatto per l'immagine, la durata media di ciascuna fissazione, e la quantità totale del tempo di visione che è stato speso fissarsi su l'immagine. Le misure che descrivono il modello di visualizzazione di una particolare regione di interesse possono includere (ma non sono limitati a): il numero di fissazioni fatto per la regione di interesse, la quantità di tempo trascorso all'interno di una regione di interesse, e il numero di transizioni trasformato in / out di una regione di interesse. Inoltre, le misure possono essere ricavati dalle registrazioni movimento dell'occhio che delineano i tempi in cui (ad esempio, come inizio) un evento di particolare movimento degli occhi si è verificato, comecome quando, a seguito di insorgenza di stimolo, gli occhi fissarsi su una specifica regione di interesse, quando la saccade prima è fatta su un'immagine, e l'entropia (vincolo / casualità) inerente la sequenza di schemi di movimento degli occhi.

Per una data immagine, i provvedimenti movimento degli occhi può dettaglio i cui occhi erano fissati, quando e per quanto tempo. Per ottenere un indice di memoria, siamo in grado di dare agli spettatori diversi tipi o le quantità di esposizione a serie distinte di immagini, e quindi confrontare i modelli di visualizzazione tra tali dati e in tutto i partecipanti. Per esempio, per sondare la memoria per la ripetizione di un'immagine, i modelli di scansione può essere in contrasto tra immagini romanzo e le immagini che sono stati visti più volte durante una sessione di test. Visualizzazione delle immagini riprese durante i risultati di una sessione di test in una diminuzione della visione complessiva dell'immagine 2, 4-5, 8. Questo può essere visto in Figura 2. In questo risultato rappresentante Riggs et al 11, i partecipanti viste le immagini di volti nuovi, una volta in ciascuno dei cinque blocchi di prova;. Aumentando l'esposizione, vi era una diminuzione della quantità di fissazioni che gli spettatori a fare le facce. Per sondare la memoria per i dettagli di un'immagine particolare, i modelli di scansione può essere in contrasto tra le immagini che sono state più volte visto nella loro originale forma inalterata (immagini ripetute) e le immagini che sono allo stesso stato visto più volte durante una sessione di test, ma un cambiamento è stato introdotto qualche elemento all'interno di una scena durante l'esposizione finale (immagini manipolate). In questi casi, i modelli di scansione sono attratti in modo differenziato alla regione che è stato alterato all'interno di un'immagine manipolata rispetto allo stesso periodo, regione inalterato di immagini ripetute 2-3, 7-8. Tuttavia, tali indici occhio movimento della memoria non sono presenti in certe popolazioni, come ad esempio quando adulti sani anziani e pazienti con amnesia a causa di danno del lobo temporale mediale sono valutati per la loro memoria delle relazioni spaziali tra gli oggetti nelle scene, come indicato nella figura 3 2, 8. Pertanto, i risultati del monitoraggio occhio movimento può essere usato per la memoria di contrasto tra i gruppi di partecipanti con differenti stato neuropsicologici 2-3, 8-10.

Figura 2
Figura 2. Movimenti oculari rivelano memoria per la ripetizione in questo risultato rappresentativo del nostro laboratorio [11], i partecipanti si affaccia visto attraverso 5 isolati di studio;. Come il numero di visualizzazioni aumentato (da 1-5), il numero di fissazioni alle facce diminuito.

Figura 3
Figura 3. Movimenti oculari rivelano memoria per i dettagli cambiato. Giovani adulti [2 (Esperimenti 1, 2), 8 (Condizione Guarda gratis)] diretto una maggiore proporzione di loro fissazioni dell'occhio totale di una regione critica in un'immagine manipolata che ha subito un cambiamento da un prima visione rispetto a quando la regione non ha subito un cambiamento, come nel romanzo e le immagini ripetute. Tali effetti di memoria erano assenti nei soggetti sani adulti anziani [8 (Condizione Guarda il libero], in pazienti amnesici [2].

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Discussion

Il monitoraggio dei movimenti degli occhi è un efficiente, utile strumento con cui valutare la funzione della memoria in una varietà di popolazioni. Questo protocollo descrive l'uso di un casco dotato di video-based Eye Tracker, ma il protocollo può essere facilmente adattato per l'utilizzo di dispositivi di monitoraggio a distanza degli occhi, come trackers occhio a distanza rimuovere la necessità di aggiustare casco e semplificare le regolazioni della fotocamera. Tuttavia, con un tracker occhio a distanza, il movimento testa deve essere costretto a mantenere l'accuratezza delle registrazioni degli occhi. Occorre un'accurata taratura dei movimenti oculari è fondamentale per l'ottenimento di utili, e interpretabili, dati.

Indici di memoria ottenuto attraverso il monitoraggio occhio movimento ovviare alla necessità di acquisire esplicito (cioè verbali) i rapporti di memoria, che può essere vantaggiosa per l'indagine rapida di memoria in popolazioni con capacità di comunicazione compromessa. Eye-tracking può essere utilizzato anche in concerto con i report esplicito per determinare se vi sono informazioni che viene mantenuta in memoria, ma non è disponibile per l'introspezione cosciente. Inoltre, i modelli di movimento degli occhi possono essere esaminati per stabilire quando l'influenza della memoria induce un cambiamento di tali modelli. Tutti insieme, rispetto ai rapporti esplicito, i provvedimenti derivanti dal monitoraggio occhio movimento fornire dettagli più completa riguardo a ciò che viene mantenuta in memoria, e quando vi si accede 2-3.

Confrontando schemi di movimento oculare attraverso gruppi di popolazione permette di comprendere come l'integrità della funzione di memoria potrebbe cambiare con l'età, e / o alterazione dello stato neuropsicologici. Interrogazione indici occhio movimento della memoria nei soggetti con lesioni a particolari aree del cervello può rivelare le regioni neurali che sono fondamentali per formare e mantenere particolari tipi di informazioni 2-3, 9-10. Con ulteriori ricerche che esamina l'affidabilità di ottenere indici di memoria per i singoli partecipanti con prove minime al di fuori dell'ambiente di laboratorio, di eye-tracking può diventare una metodologia utile per monitorare e validare la memoria in ambienti di formazione, cliniche e / o forze dell'ordine situazioni, come come nelle procedure di identificazione dei testimoni oculari 12.

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Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Acknowledgments

Gli autori desiderano ringraziare per i loro collaboratori su studi che impiegano il monitoraggio dei movimenti degli occhi della memoria, con particolare grazie alla Eyal Reingold, Jiye Shen, Neal J. Cohen, Robert R. Althoff, Deborah Hannula, e Dave Warren. Questo lavoro è stato sostenuto da scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada (NSERC), Canadian Institutes of Health Research (CIHR), il Canada Research Chairs Programma e la Fondazione canadese per l'innovazione (CFI).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Eye Tracker SR Research Ltd. Eyelink II
Experimental Control Software SR Research Ltd. Experiment Builder
Eye Movement Analysis Program SR Research Ltd. Data Viewer

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References

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  11. Riggs, L., McQuiggan, D., Chan, J., Anderson, A. K., Ryan, J. D. Emotion- modulated viewing of faces by association. Forthcoming Forthcoming.
  12. Kramer, A. F., McCarley, J. S. Oculomotor behaviour as a reflection of attention and memory processes: Neural mechanisms and applications to human factors. Theor. Issues Ergon. Sci. 4, (1), 21-55 (2003).

Erratum

Formal Correction: Erratum: Eye Movement Monitoring of Memory
Posted by JoVE Editors on 09/16/2010. Citeable Link.

A correction was made to Eye Movement Monitoring of Memory. There was an error in the author, Douglas A. McQuiggan's, name. The author's name has been corrected to:

Douglas A. McQuiggan

instead of:

Doug McQuiggan

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