Monitoramento Eye Movement of Memory

Neuroscience

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ERRATUM NOTICE

Summary

Monitoramento dos movimentos oculares (ou eye tracking) revela que no espaço os olhos linger, quando e por quanto tempo. Aqui, demonstramos como o rastreamento dos olhos pode ser usada para investigar a integridade da memória em populações participante múltiplos, sem a necessidade de relatos verbais, ou de outra forma explícita,.

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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

Explícita (geralmente verbal) relatórios são normalmente utilizados para investigar a memória (por exemplo: "Diga-me o que você lembra sobre a pessoa que você viu no banco ontem."), Porém tais relatórios podem muitas vezes ser pouco confiável ou sensível ao viés de resposta

Protocol

Equipamentos utilizados durante a aquisição de dados

Eye Tracker

O rastreador olho usados ​​no protocolo atual é um sistema EyeLink II (SR Research Ltd; Mississauga, Ontário, Canadá). Esta cabeça montado, baseado em vídeo olho rastreador posição do olho registros em X, Y coordenadas de quadro a uma taxa de amostragem de qualquer Hz 500 ou 250, com uma resolução espacial de <0,1 °. Uma câmera é usada para monitorar a posição da cabeça através do envio de marcadores de infravermelho para sensores colocados nos quatro cantos do monitor que é visto pelos participantes. Duas câmeras adicionais são montados na cabeça situada abaixo cada um dos olhos, e iluminadores infravermelhos são usados ​​para observar o aluno e os reflexos da córnea. Posição do olho pode ser baseado em pupila e reflexos da córnea, ou com base no único aluno. A faixa de cabeça acolchoada do tracker do olho pode ser ajustada em dois aviões para caber confortavelmente o tamanho da cabeça de um participante adulto. A maioria dos óculos e lentes de contato podem ser acomodados pelo rastreador de olho.

Computadores

Dois PCs são usados ​​para a gravação dos movimentos oculares. Um computador serve como monitor de computador, que apresenta as telas de calibração, instruções tarefa necessária e as imagens usadas no paradigma experimental para os participantes. O computador exibir detalhes os parâmetros de coleta de dados que depois são regidos pelo computador host segundo. O computador host calcula em tempo real a posição olhar e grava os dados do movimento do olho para análise posterior, bem como qualquer botão do teclado ou respostas feitas ao participante. Configuração participante e operações do tracker olhos são realizadas através do PC host.

Software

Neste protocolo, o calendário ea ordem pela qual os estímulos experimentais serão apresentados aos participantes, ea maneira pela qual a posição dos olhos deve ser recolhida pelo PC host são programados através Experiment Builder, um programa de software especialmente desenvolvido pela SR Research Ltd a interface com o computador host olho tracker. No entanto, a apresentação do estímulo também pode ser realizado através de outros programas de software (por exemplo, Apresentação, Sistemas Neurocomportamentais; Albany, CA). Conversão dos dados de movimento dos olhos para uma série de fixação e sacada eventos que são tempo-locked a apresentação do estímulo (ou outro evento externo) é conseguida através do computador host e pode ser interrogado com dados Viewer, um programa de software desenvolvido pela SR Research Ltd , no entanto, novamente, outros programas podem ser utilizados para obter as medidas necessárias movimento dos olhos. Aqui, a detecção das fixações e sacadas são dependentes de um analisador em linha, que separa as amostras movimento primas olho em estados significativa (sacadas, pisca e fixações). Se a velocidade de duas amostras movimento sucessivo olho superior a 22 graus por segundo a uma distância de 0,1 °, as amostras são rotulados como uma sacada. Se o aluno está faltando para 3 ou mais amostras, a atividade olho é marcado como um piscar de olhos dentro do fluxo de dados. Não saccade e atividade blink não são considerados fixações.

Procedimentos de rastreamento dos olhos.

Abaixo, detalhamos os procedimentos para a obtenção de gravações de movimento do olho para cada participante.

  1. Consentimento. Antes da instalação participante, os participantes são apresentados a cabeça rastreador olho. O experimentador explica aos participantes que as posições da cabeça e dos olhos são monitoradas através de câmeras que estão contidos na cabeça.
  2. Para um dado paradigma experimental, os participantes estão sentados a uma distância fixa do monitor para manter o mesmo ângulo visual em participantes.
  3. Configuração da câmera Eye tracker. O capacete rastreador olho é ajustado para que o capacete é confortável e é improvável que se mover, mas não desconfortável em torno da cabeça. O capacete é ajustado para que a câmara pode enviar cabeça iluminação infravermelho para os marcadores externa no monitor. Cada uma das câmeras do olho estão situados nas hastes individuais que se estendem desde o capacete que permitem o ajuste em todos os eixos. As câmeras são posicionadas olho logo abaixo e um pouco longe de cada olho, sem obstruir a visão do participante s do monitor (ver Figura 1). As câmeras estão focadas para obter uma imagem clara e estável da pupila e reflexos da córnea. Painéis de status do computador host indicar se reflexões pupila e córnea estão sendo adquiridos. O limiar de iluminação pode ser ajustada para obter a gravação mais estável da pupila e reflexos da córnea. O experimentador, então, seleciona o paradigma experimental apropriado, e designa um nome de arquivo para as gravações subsequente movimento dos olhos.

    Figura 1
    Figura 1. Exemplo de uma cabeça montada rastreador olho baseado em vídeo (à esquerda) eo display e hospedar PCs (direita). Note que o monitor na frente da parteicipant mostra a localização da pupila (ponto azul com crosshair) ea reflexão da córnea (ponto amarelo com crosshair) para auxiliar na configuração da câmera.
  4. Calibração. Para obter gravações precisas da posição dos olhos no monitor, um procedimento de calibração é iniciada após configuração da câmera. Durante o procedimento de calibração, os participantes são instruídos a olhar para uma série de alvos que aparecem em vários locais no visor. Normalmente, os nove locais de destino são usados, mas de calibração pode ser realizada com apenas três locais de destino. A partir dessas nove localidades registradas, posição dos olhos em qualquer ponto na tela podem ser interpolados.
  5. Validação. Após a calibração, um procedimento de validação é usado para verificar a precisão da gravação movimento dos olhos. Os mesmos nove locais de destino são fornecidos para o participante a fixar, ea diferença é calculada entre a posição atual e fixação da posição de fixação previamente gravados. Se a precisão média para gravação de posição para um (ou ambos) olhos excede os níveis aceitáveis ​​(erro médio <0,5 ° e erro máximo de qualquer ponto <1,0 °), os procedimentos de calibração e validação são repetidas. Após a aceitação dos níveis de precisão, o pesquisador pode determinar se a gravação movimento dos olhos deve ser monocular ou binocular. No caso de gravação monocular, o pesquisador pode determinar a partir do qual os dados dos olhos deve ser registado, ou o PC host pode selecionar automaticamente o olho com o menor erro médio eo erro máximo inferior. Enquanto calibração e validação pode ocorrer com o movimento da cabeça leve, é vantajoso para os participantes sentam-se ainda possível. Os participantes também são orientados a não antecipar os locais próximos das metas, mas sim para deslocar-se e fixar deliberadamente em diante, os únicos alvos quando eles aparecem e ficar fixado no alvo até que desapareça.
  6. Paradigma Experimental. Instruções específicas para um dado paradigma são apresentados ao participante (por exemplo: "Por favor livremente visualizar cada uma das imagens a seguir."), E gravação de dados é iniciada para a sessão.
  7. Correção de deriva. Antes do início de cada estímulo experimental, uma correção de drift pode ser realizada por ter participantes olhar para um alvo de fixação central, enquanto pressiona um botão em um joypad ou o teclado para aceitar a posição de fixação. Quando a correção da deriva é utilizado, um julgamento não começará até que o participante com sucesso focam na região central dentro de fixação de 2,0 ° ao centro da meta. Se o participante fixates consistentemente maior do que 2,0 °, o participante deve novamente submetidos a procedimentos de calibração e validação. Qualquer diferença inferior a 2,0 ° entre a posição dos olhos e gravado a posição de fixação inicial obtido durante as gravações de calibração / validação é então observado como erro e contabilizados nos dados.
  8. Apresentação do estímulo. Posição do olho, incluindo eventos de fixação e sacada, é gravado procedimentos drift seguinte correção para cada apresentação do estímulo. O experimentador pode controlar a precisão das gravações on-line através de inspeção do computador host.
  9. Após a sessão de gravação do movimento ocular, medidas que caracterizam o movimento dos olhos digitalização padrões para diferentes tipos de imagens (por exemplo, romance, repetidos) podem ser obtidos com uma variedade de pacotes de software, como o Visualizador de SR Research Ltd s de dados. Além disso, a visualização de regiões específicas de um estímulo (por exemplo, inalterada, manipulado) pode ser caracterizada pela análise de movimentos oculares em relação ao pesquisador-drawn regiões de interesse que são criados para cada imagem quer na fase de programação paradigma ou após a coleta de dados.
  10. Os participantes são informados sobre o propósito do experimento na conclusão da sessão.

Resultados representante

Várias medidas podem ser derivados a partir das gravações do movimento ocular, incluindo medidas que descrevem geral de visualização para a imagem (incluindo as características de cada fixação / sacada), e as medidas que descrevem o padrão de visualização que tem sido dirigida para uma determinada região de interesse dentro uma imagem 3. Medidas de visualização geral de uma imagem podem incluir (mas não estão limitados a): o número de fixações e do número de sacadas feitas à imagem, a duração média de cada fixação, bem como o montante total de visualização em tempo que foi gasto fixar-se em da imagem. Medidas que descrevem o padrão de visualização para uma determinada região de interesse incluem (mas não estão limitados a): o número de fixações feitas para a região de interesse, a quantidade de tempo gasto dentro de uma região de interesse, eo número de transições feita em / fora de uma região de interesse. Além disso, medidas podem ser derivados a partir das gravações do movimento ocular que delineiam o momento pelo qual (ou seja, quão cedo) um evento determinado movimento ocular ocorreu, comocomo quando, após o início de estímulo, os olhos se fixam em uma região específica de interesse, quando o saccade primeira é feita sobre uma imagem, ea entropia (restrição / aleatoriedade) inerente na seqüência de padrões de movimento dos olhos.

Para qualquer determinada imagem, medidas de movimento dos olhos pode detalhar onde os olhos foram fixados, quando e por quanto tempo. Para obter um índice de memória, podemos dar aos espectadores diferentes tipos ou quantidades de exposição a diferentes conjuntos de imagens, e então comparar os padrões de visualização através desses conjuntos e todos os participantes. Por exemplo, para sondar a memória para a repetição de uma imagem, os padrões de digitalização pode ser contrastada entre as imagens novas e imagens que foram vistas várias vezes durante uma sessão de testes. Visualização de imagens repetidamente ao longo de uma sessão os resultados dos testes em uma diminuição na visão geral da imagem 2, 4-5, 8. Isto pode ser visto na Figura 2. Neste resultado representante de Riggs et al 11, os participantes viu fotos de rostos novos, uma vez em cada um dos cinco blocos de testes;. Com a exposição cada vez maior, houve uma diminuição na quantidade de fixações que os telespectadores fazem para os rostos. Para sondar a memória para detalhes particulares de uma imagem, os padrões de digitalização pode ser contrastada entre as imagens que têm sido repetidamente visto em sua forma original, inalterada (imagens repetidas) e imagens que tenham igualmente sido visto várias vezes durante uma sessão de testes, mas uma mudança foi introduzido algum elemento dentro de uma cena durante a exposição final (imagens manipuladas). Nesses casos, os padrões de digitalização são atraídos para a região diferencialmente que tenha sido alterado dentro de uma imagem manipulada em comparação com a região, mesmo sem alterações de imagens repetidas 2-3, 7-8. No entanto, os índices de olho tal movimento de memória não estão presentes em determinadas populações, como quando adultos mais idosos saudáveis ​​e pacientes com amnésia devido a danos no lobo temporal medial são avaliados por sua memória das relações espaciais entre os objetos nas cenas, como descrito na Figura 3 2, 8. Portanto, os resultados da monitorização do movimento dos olhos pode ser usada para a memória do contraste entre os grupos de participantes com diferentes status de neuropsicológica 2-3, 8-10.

Figura 2
Figura 2. Movimentos dos olhos revelam a memória de repetição Neste resultado representante de nosso laboratório [11], os participantes faces vistas por 5 blocos de estudo;. Como o número de visualizações aumentada (1-5), o número de fixações para os rostos diminuiu.

Figura 3
Figura 3. Movimentos dos olhos revelam memória para detalhes mudaram. Adultos mais jovens [2 (Experimentos 1, 2), 8 (Condição perfil grátis)] dirigiu uma maior proporção de suas fixações oculares total de uma região crítica em uma imagem manipulada que passou por uma mudança de um antes visualização quando comparado ao que a região não sofreu uma mudança, como no romance e imagens repetidas. Tais efeitos de memória estavam ausentes em idosos saudáveis ​​[8 (Condição perfil grátis], e em pacientes amnésicos [2].

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Discussion

Monitorização do movimento dos olhos é uma ferramenta eficiente e útil com que para avaliar a função de memória em uma variedade de populações. Este protocolo descreve o uso de uma cabeça montada rastreador olho baseado em vídeo, mas o protocolo pode ser facilmente adaptado para o uso de dispositivos de rastreamento remoto do olho, como rastreadores de olho remoto remove a necessidade de ajuste do capacete e simplificar os ajustes da câmera. No entanto, com um rastreador de olho remoto, o movimento da cabeça deve ser obrigado a manter a precisão de gravações olho. Calibração precisa dos movimentos dos olhos é fundamental para a obtenção de útil, e interpretáveis, os dados.

Índices de memória obtidos através da monitorização dos movimentos oculares eliminam a necessidade de adquirir explícito (ou seja, verbal) relatos de memória, que pode ser vantajoso para a investigação rápida de memória em populações com habilidades de comunicação comprometida. Rastreamento ocular também pode ser usado em conjunto com relatórios explícita para determinar se há informações que são mantidas na memória mas não está disponível para a introspecção consciente. Além disso, os padrões de movimento dos olhos pode ser sondado para determinar quando a influência da memória induz uma mudança nos padrões. Todos juntos, quando comparado com relatos explícitos, as medidas derivadas de monitorização do movimento dos olhos fornecer detalhes mais abrangente sobre o que é mantida na memória, e quando ele é acessado 2-3.

Comparando os padrões de movimento dos olhos entre os grupos populacionais fornece insights sobre como a integridade da função de memória pode mudar com a idade e / ou o estado neuropsicológico alterado. Interrogando índices de movimento dos olhos de memória em indivíduos com lesões em áreas específicas do cérebro pode revelar as regiões neurais que são críticos para a formação e manutenção de determinados tipos de informações 2-3, 9-10. Com a pesquisa, ainda, que examina a confiabilidade de obtenção de índices de memória para participantes individuais com os ensaios mínimos fora do ambiente de laboratório, eye tracking pode tornar-se uma metodologia útil para monitorar e validar memória em ambientes de treinamento, clínicas e / ou aplicação da lei situações, tais como em procedimentos de identificação de testemunhas oculares 12.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgments

Os autores gostariam de agradecer seus colaboradores em estudos que empregam monitorização do movimento dos olhos da memória, com agradecimentos especiais ao Eyal Reingold, Shen Jiye, J. Neal Cohen, Robert R. Althoff, Hannula Deborah e Dave Warren. Este trabalho tem sido apoiado por Ciências Naturais e Pesquisa de Engenharia Council of Canada (NSERC), Canadian Institutes of Health Research (CIHR), o Canada Research Programa de Cadeiras e da Fundação Canadense para Inovação (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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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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