Surveillance de la mémoire Eye Movement

Neuroscience

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ERRATUM NOTICE

Summary

Surveillance des mouvements des yeux (ou eye tracking) révèle où dans l'espace du regard s'attarde, quand et pour combien de temps. Ici, nous montrons comment le suivi du regard peut être utilisée pour étudier l'intégrité de la mémoire dans les populations de plusieurs participants, sans exiger des rapports verbaux, explicites ou non,.

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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

Explicite (souvent verbales) des rapports sont habituellement utilisés pour étudier la mémoire (par exemple "Dis-moi ce que vous vous souvenez de la personne que vous avez vu à la banque hier."), Mais ces rapports peuvent souvent pas être fiables ou sensibles aux biais de réponse

Protocol

Le matériel utilisé lors de l'acquisition de données

Eye Tracker

L'oculomètre utilisé dans le protocole actuel est un système de Eyelink II (SR Research Ltd, Mississauga, Ontario, Canada). Cette tête-monté, basé sur la vidéo oculomètre oeil enregistre la position en X, Y coordonnées trame à un taux d'échantillonnage de 500 Hz soit ou 250, avec une résolution spatiale de <0,1 °. Une caméra est utilisée pour surveiller la position tête en envoyant des marqueurs infrarouges pour des capteurs placés sur les quatre coins de l'écran d'affichage qui est perçu par les participants. Deux caméras supplémentaires sont montés sur le bandeau situé en dessous de chacun des yeux, et projecteurs à infrarouge sont utilisées pour noter les élèves et les reflets cornéens. La position des yeux peut être fondée sur l'élève et les reflets cornéens, ou fondé sur le seul élève. L'arceau rembourré de l'eye tracker peut être réglé dans deux plans pour s'adapter confortablement la tête de la taille d'un participant adulte. La plupart des lunettes et des lentilles de contact peuvent être logés par l'oculomètre.

Informatique

Deux ordinateurs sont utilisés pour soutenir l'enregistrement des mouvements oculaires. Un ordinateur sert de l'ordinateur d'affichage, qui présente les écrans de calibrage, des instructions de tâches nécessaires et les images utilisées dans le paradigme expérimental pour les participants. L'ordinateur affiche les détails des paramètres de collecte des données qui sont ensuite gouverné par l'ordinateur hôte, deuxième. L'ordinateur hôte calcule la position contempler en temps réel et enregistre les données des mouvements oculaires pour une analyse ultérieure, ainsi que toute appuyez sur le bouton du clavier ou des réponses faites au participant. Configuration des participants et des opérations de l'eye tracker sont effectuées via le PC hôte.

Logiciel

Dans ce protocole, la date et l'ordre par lequel les stimuli expérimentaux doivent être présentés aux participants, et la manière dont la position des yeux est d'être recueilli par le PC hôte sont programmées à travers l'expérience Builder, un logiciel spécialement développé par SR Research Ltd à l'interface avec l'ordinateur hôte oeil tracker. Toutefois, la présentation du stimulus peut également être réalisée par le biais d'autres logiciels (par exemple, présentation, Systems neurocomportementales; Albany, Californie). Conversion des données sur les mouvements des yeux à une série d'événements et de la fixation des saccades qui prennent du temps verrouillé pour la présentation du stimulus (ou un autre événement extérieur) est réalisé par l'ordinateur hôte et peut être interrogé avec Data Viewer, un logiciel développé par SR Research Ltd , mais, là encore, d'autres programmes peuvent être utilisées pour calculer les mesures nécessaires le mouvement des yeux. Ici, la détection de fixations et de saccades sont tributaires d'un analyseur en ligne, qui sépare les échantillons bruts mouvements oculaires dans des états significatifs (saccades, clignote et fixations). Si la vitesse de deux échantillons successifs mouvements oculaires dépasse 22 degrés par seconde sur une distance de 0,1 °, les échantillons sont étiquetés comme une saccade. Si l'élève est absent pour 3 échantillons ou plus, l'activité oculaire est marqué comme un clin d'œil dans le flux de données. Non-saccade et non blink-activité sont considérés comme fixations.

Procédures de suivi des yeux.

Ci-dessous, nous détaillons les procédures d'obtention des enregistrements des mouvements oculaires pour chaque participant.

  1. Consentement. Avant l'installation des participants, les participants sont présentés le bandeau eye tracker. L'expérimentateur explique aux participants que les positions tête et des yeux sont surveillés par les caméras qui sont contenues dans le bandeau.
  2. Pour un paradigme expérimental donné, les participants sont assis à une distance fixe de l'écran afin de maintenir le même angle visuel tous les participants.
  3. Configuration Camera Eye tracker. Le casque eye tracker est ajustée de telle sorte que le casque est bien ajusté et peu susceptible de se déplacer mais pas inconfortable autour de la tête. Le casque est encore ajustée pour que la tête de caméra peut envoyer un éclairage infrarouge pour les marqueurs externes sur le moniteur. Chacune des caméras yeux sont situés sur des tiges individuelles qui s'étendent du casque qui permettent un ajustement dans tous les axes. Les caméras yeux sont placés juste en dessous et légèrement à l'écart de chaque œil sans créer d'obstruction du participant s de l'écran d'affichage (voir Figure 1). Les caméras sont concentrés pour obtenir une image claire et stable de l'élève et les reflets cornéens. Panneaux d'état sur l'ordinateur hôte indiquer si les réflexions des élèves et la cornée sont en cours d'acquisition. Le seuil d'éclairement peut être ajustée pour obtenir l'enregistrement le plus stable de l'élève et les reflets cornéens. L'expérimentateur choisit alors le paradigme expérimental approprié, et désigne un nom de fichier pour les enregistrements qui ont suivi le mouvement des yeux.

    Figure 1
    Figure 1. Exemple d'un head-mounted eye tracker basé sur la vidéo (à gauche) et l'affichage et l'hôte PC (à droite). Notez que leaffichage de l'écran en face de la participante indique l'emplacement de la pupille (point bleu avec des croix) et reflet cornéen (point jaune avec des croix) pour aider au réglage de la caméra.

  4. Etalonnage. Pour obtenir des enregistrements précis de la position des yeux sur le moniteur d'affichage, une procédure d'étalonnage est initiée configuration de la caméra qui suit. Pendant la procédure d'étalonnage, les participants sont priés de regarder une série d'objectifs qui apparaissent à divers endroits sur l'écran. Typiquement, neuf emplacements cibles sont utilisés, mais l'étalonnage peut être réalisé avec aussi peu que trois endroits cibles. De ces neuf lieux enregistrés, la position de l'œil à tout moment sur l'écran peuvent être interpolées.
  5. Validation. Après étalonnage, une procédure de validation est utilisée pour vérifier l'exactitude de l'enregistrement des mouvements oculaires. Les neuf mêmes endroits cibles sont fournis pour le participant à fixer, et la différence est calculée entre la position de fixation actuel et la position de fixation précédemment enregistré. Si la précision moyenne pour l'enregistrement de la position d'un (ou deux) yeux dépasse les niveaux acceptables (erreur moyenne <0,5 ° et l'erreur maximale de tout point de <1,0 °), les procédures d'étalonnage et de validation sont répétées. Suite à l'acceptation des niveaux de précision, l'expérimentateur peut déterminer si l'enregistrement des mouvements oculaires doivent être monoculaire ou binoculaire. Dans le cas de l'enregistrement monoculaire, l'expérimentateur peut déterminer à partir de laquelle les données œil est d'être enregistré, ou le PC hôte peut sélectionner automatiquement l'œil avec la plus faible erreur moyenne et l'erreur maximale inférieure. Pendant le calibrage et la validation peut se produire avec les mouvements de tête légère, il est avantageux d'avoir des participants assis aussi immobile que possible. Les participants sont également ordonné de ne pas anticiper les endroits à venir de cibles, mais plutôt à déplacer et fixer délibérément sur les cibles que quand ils apparaissent et de rester fixé sur la cible jusqu'à ce qu'il disparaisse.
  6. Paradigme expérimental. Instructions particulières à un paradigme donné sont présentées au participant (par exemple, "S'il vous plaît librement visualiser chacune des images ci-dessous."), Et l'enregistrement des données est initiée pour la session.
  7. Correction de la dérive. Avant le début de chaque stimulus expérimental, une correction de la dérive peut être effectuée par les participants ayant regarder une cible de fixation centrale tout en appuyant sur un bouton sur un joypad ou clavier pour accepter la position de fixation. Lorsque la correction de dérive est employé, un procès ne commencera pas tant que le participant fait une fixation sur le succès de la région de fixation centrale au sein · 2.0 de la cible centrale. Si le participant fait une fixation constamment supérieure à 2,0 °, le participant doit à nouveau subir les procédures d'étalonnage et de validation. Toute différence inférieure à 2,0 ° entre la position des yeux enregistrée et la position de fixation initiale obtenue pendant les enregistrements de calibration / validation est ensuite noté que l'erreur et comptabilisés dans les données.
  8. Présentation du stimulus. La position des yeux, y compris les événements de fixation et de la saccade, est enregistré en suivant les procédures de correction de dérive pour chaque présentation du stimulus. L'expérimentateur peut contrôler l'exactitude des enregistrements en ligne via l'inspection de l'ordinateur hôte.
  9. Après la session d'enregistrement des mouvements oculaires, des mesures qui caractérisent les mouvements oculaires de balayage des modèles pour différents types d'images (roman par exemple, répétée) peut être dérivée d'une variété de logiciels, tels que l'Observateur SR Research Ltd s de données. En outre, la visualisation à des régions spécifiques d'un stimulus (par exemple, inaltéré, manipulé) peut être caractérisée par l'analyse des mouvements oculaires à l'égard de l'expérimentateur tirés des régions d'intérêt qui sont créés pour chaque image soit à la phase de programmation de paradigme ou après la collecte des données.
  10. Les participants sont debriefing sur le but de l'expérience à la fin de la session.

Les résultats représentatifs

Mesures multiples peuvent être dérivées à partir des enregistrements des mouvements oculaires, y compris des mesures qui décrivent l'ensemble visualisation de l'image (y compris les caractéristiques de chaque fixation / saccade), et des mesures qui décrivent le modèle de visualisation qui a été dirigé vers une région particulière d'intérêt au sein une image 3. Mesures de visualisation globale d'une image peuvent inclure (mais ne sont pas limités à): le nombre de fixations et le nombre de saccades apportées à l'image, la durée moyenne de chaque fixation, et le montant total du temps d'écoute qui a été dépensé fixation sur l'image. Mesures qui décrivent le modèle de visualisation à une région particulière d'intérêt peuvent inclure (mais ne sont pas limités à): le nombre de fixations faites à la région d'intérêt, la quantité de temps passé dans une région d'intérêt, et le nombre de transitions faite dans le / hors d'une région d'intérêt. En outre, des mesures peuvent être dérivées à partir des enregistrements des mouvements oculaires qui décrivent le moment par lequel (c'est à dire, how début) un événement particulier, le mouvement des yeux a eu lieu, comme lorsque, après le début du stimulus, les yeux se rivent sur une région spécifique d'intérêt, lorsque le premier est composé des saccades sur une image, et l'entropie (contrainte / aléatoire) inhérents à la séquence de mouvements oculaires.

Pour une image donnée, les mesures des mouvements oculaires peuvent détail où les yeux étaient fixés, quand et pour combien de temps. Pour obtenir un indice de la mémoire, nous pouvons donner aux téléspectateurs de différents types ou les montants de l'exposition à des ensembles distincts d'images, puis de comparer les habitudes d'écoute à travers ces ensembles et tous les participants. Par exemple, pour sonder la mémoire de répétition d'une image, des modèles de numérisation peut être comparée entre les images originales et les images qui ont été vu à plusieurs reprises pendant une session de test. Visualisation des images à plusieurs reprises au long d'une session de test des résultats à une diminution de visualisation globale de l'image 2, 4-5, 8. Ce peut être vu dans la figure 2. Dans ce résultat représentatif de Riggs et al 11, les participants ont vu des photos de visages roman fois dans chacun des cinq blocs d'essais;. Avec une exposition croissante, il y avait une diminution de la quantité de fixations que les téléspectateurs font les visages. Pour sonder la mémoire pour les détails d'une image particulière, les modèles de numérisation peut être comparée entre les images qui ont été maintes fois vu dans leur forme originale, sans modification (images répétées) et les images qui ont pareillement été vu à plusieurs reprises pendant une session de test, mais une modification a été introduit à un élément dans une scène pendant la dernière exposition (images manipulées). Dans de tels cas, les modèles de numérisation sont attirés différemment à la région qui a été modifié dans une image manipulée par rapport à la même région inaltérée d'images répétées 2-3, 7-8. Cependant, ces indices mouvements oculaires de mémoire ne sont pas présents dans certaines populations, comme lorsque des adultes sains âgés et les patients atteints d'amnésie due à des dommages lobe temporal sont évalués pour leur mémoire des relations spatiales entre les objets dans les scènes, comme indiqué dans la figure 3 2, 8. Par conséquent, les résultats de la surveillance des mouvements oculaires peuvent être utilisées pour la mémoire de contraste entre les groupes de participants avec différents état ​​neuropsychologique 2-3, 8-10.

Figure 2
Figure 2. Les mouvements oculaires révèle la mémoire de répétition dans ce résultat représentatif de notre laboratoire [11], les participants ont vu des visages sur les 5 blocs d'étude;. Que le nombre de visionnements augmenté (de 1-5), le nombre de fixations sur le visage baissé.

Figure 3
Figure 3. Les mouvements oculaires révèlent la mémoire pour plus de détails changé. Les jeunes adultes [2 (expériences 1, 2), 8 (Condition visionnage gratuit)] a dirigé une plus grande proportion de leurs fixations oculaires total à une région critique dans une image manipulée qui a subi un changement à partir d'un avant visualisation par rapport à quand la région n'a pas subi un changement, comme dans le roman et les images répétées. Ces effets de mémoire étaient absents adultes en santé âgés [8 (Condition visionnage gratuit], et chez les patients amnésiques [2].

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Discussion

Surveillance des mouvements des yeux est un moyen efficace, outil utile permettant d'évaluer la fonction de mémoire dans une variété de populations. Ce protocole décrit l'utilisation d'un head-mounted eye tracker basé sur la vidéo, mais le protocole peut être facilement adapté à l'utilisation de dispositifs de suivi à distance des yeux, comme traqueurs oeil à distance retirer la nécessité d'un ajustement du casque et de simplifier les réglages caméra. Toutefois, avec un eye tracker à distance, mouvement de la tête doit être contraint de maintenir l'exactitude des enregistrements des yeux. Étalonnage précis des mouvements des yeux est primordiale pour l'obtention d'utile, et interprétables, les données.

Indices de la mémoire obtenue grâce au suivi des mouvements oculaires parer à la nécessité d'acquérir explicites (verbales) des rapports de la mémoire, qui peut être avantageux pour une enquête rapide de la mémoire dans les populations ayant des compétences de communication compromise. Eye Tracking peut également être utilisée de concert avec des rapports explicites pour déterminer s'il ya des informations qui sont conservées dans la mémoire, mais n'est pas disponible pour l'introspection consciente. En outre, les mouvements oculaires peuvent être sondés afin de déterminer quand l'influence de la mémoire induit un changement dans les habitudes. Tous ensemble, comparativement aux rapports explicites, des mesures dérivées de la surveillance des mouvements oculaires fournir des détails plus complets sur ce qui est maintenue en mémoire, et quand il est consulté 2-3.

En comparant mouvements oculaires différents groupes de population permet de mieux comprendre comment l'intégrité de la fonction de mémoire peut changer avec l'âge, et / ou altération de l'état neuropsychologique. Interrogation des indices des mouvements oculaires de la mémoire chez les personnes présentant des lésions à des zones particulières du cerveau peuvent révéler ces régions neurales qui sont essentiels pour former et maintenir des types particuliers d'informations 2-3, 9-10. Avec de nouvelles recherches, qui examine la fiabilité de l'obtention d'indices de la mémoire pour les participants individuels avec un minimum d'essais en dehors de l'environnement de laboratoire, le suivi de l'œil peut devenir une méthode utile pour surveiller et valider la mémoire dans des environnements de formation, les paramètres cliniques et / ou application de la loi des situations, telles comme dans les procédures d'identification des témoins oculaires 12.

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Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgments

Les auteurs tiennent à remercier leurs collaborateurs sur des études qui emploient le suivi des mouvements oculaires de la mémoire, avec notamment grâce à Eyal Reingold, Jiye Shen, Neal J. Cohen, Robert R. Althoff, Deborah Hannula, et Dave Warren. Ce travail a été soutenu par en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), le Programme des chaires de recherche du Canada et la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI).

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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