Como construir um sistema de apresentação de Dichoptic que inclui um Tracker do olho

Resumo

Propusemos recentemente um método que permite a apresentação de estímulo visual dichoptic e olho binocular simultaneamente de controle¹. A chave é a combinação de um tracker do olho infravermelho e os correspondentes espelhos infravermelho-transparente. Este manuscrito fornece em profundidade de uma protocolo para configuração inicial e operação diária.

Resumo

A apresentação de estímulos diferentes para os dois olhos, apresentação de dichoptic, é essencial para estudos envolvendo a visão 3D e supressão interocular. Há uma crescente literatura sobre o valor experimental exclusivo das medidas da pupila e oculomotoras, especialmente para a pesquisa sobre supressão interocular. Embora a obtenção de medidas de acompanhamento de olho assim beneficiaria estudos que usam dichoptic apresentação, o hardware essencial para apresentação de dichoptic (por exemplo, espelhos) muitas vezes interfere com olho de alta qualidade, acompanhamento, especialmente quando se utiliza um olho em vídeo rastreador. Recentemente descrevemos uma instalação experimental que combina um sistema de apresentação de dichoptic padrão com um tracker do olho infravermelho usando espelhos infravermelho-transparente¹. A instalação é compatível com monitores padrão e rastreadores de olho, fácil de implementar e acessíveis (da ordem de US$ 1.000). Relativo aos métodos existentes tem os benefícios de não exigir equipamentos especiais e posando alguns limites sobre a natureza e a qualidade do estímulo visual. Aqui nós fornecemos um guia visual para a construção e a utilização da nossa instalação.

Introdução

Sob condições de visualização normal, cada um dos nossos olhos recebe uma entrada visual ligeiramente diferente. Esta entrada é então processada para produzir uma representação tridimensional, coerente do mundo. Apresentação de Dichoptic, a prática de forma independente, controlando a entrada apresentada para cada um dos dois olhos, assim, permite aos pesquisadores estudar como os seres humanos reconstruir uma representação tridimensional de duas imagens da retina bidimensional^{2 ,3,4}. Além disso, se imagens dos dois olhos são muito diferentes, esta combinação interocular falha e observadores em vez disso relatam a percepção de uma única das imagens de cada vez enquanto o outro permanece reprimido, em fenômenos como a rivalidade binocular⁵ e contínua supressão flash⁶. Pesquisadores de tal supressão interocular, usam também, apresentação de dichoptic, neste caso para examinar questões relacionadas a temas como o locus neural da consciência⁷, seleção perceptual^8,9e inconsciente processamento de¹⁰.

Dinâmica de olhar e aluno é registrada para fins múltiplos em pesquisas sobre comportamento humano e percepção. Direção de olhar pode informar sobre, por exemplo, atenção alocação^11,10,13 e decisão fazer¹⁴, enquanto o tamanho da pupila pode revelar aspectos do processamento visual^{15, 16}, tarefa noivado¹⁷ou inteligência fluida¹⁸.

Combinando o olho segue com apresentação de dichoptic é útil na pesquisa em, por exemplo, três dimensões (3D) percepção^19,20,21,22 ou oculares respostas para visual entrada durante supressão interocular^23,24,25. Por exemplo, movimentos oculares foram encontrados para revelar o processamento inconsciente sem percepção subjetiva durante contínua supressão flash²³. Os investigadores clínicos de visuais podem usar a capacidade para controlar ambos os olhos durante a apresentação de dichoptic para investigar doenças oculares que afetam os dois olhos assimetricamente, por exemplo, para monitorar as distorções visuais monoculares e binoculares, ocorrendo em a ambliopia²⁶ e maculopathy²⁷.

Recentemente descrevemos uma configuração¹ que permite a combinação de olho em vídeo de alta qualidade acompanhamento e estimulação de dichoptic com pequena limitação no tamanho ou cor dos estímulos, e avaliamos o seu desempenho. Abaixo nós resumirá a construção e a utilização desta configuração.

Protocolo

este protocolo foi aprovado pelo institucional Review Boards da Michigan State University.

1. construção do sistema

1. lógica
   1. preparar a instalação do espelho, uma variante do clássico Wheatstone estereoscópio ²⁸ ilustrado em Figura 1 , consistindo de dois espelhos posicionados em um ângulo de 45° em relação ao participante ' linha média s. Os espelhos refletem os estímulos de duas telas que são posicionados em lados opostos de uma mesa, de frente para o outro.
   2. Assento um participante na frente de espelhos e mandar ver uma tela diferente, refletida através de um espelho diferente, com cada olho. Para melhores resultados, use um descanso para estabilizar o participante ' cabeça de s.
   3. Posicionar um tracker do olho de baseado em vídeo infravermelho-sensíveis, incluindo uma câmera e um iluminador, na frente do participante, mas por trás dos espelhos. O tracker do olho é representado por uma caixa na Figura 1.
      Nota: Um desafio ao tentar rastrear os olhos em configurações normais deste tipo, é que os olhos são bloqueados por espelhos.
   4. Use dois espelhos de frente-superfície, frequentemente anunciados como " frios espelhos " (ângulo incidente: 45°), que dispõem de reflectância quase completa de comprimentos de onda visíveis e transmissão quase completa de comprimentos de onda do infravermelho próximo (ver tabela 1 para obter detalhadas informações sobre os espelhos).
      Nota: Esses espelhos podem ser obtidos através de empresas que fornecem equipamentos ópticos para fins científicos e industriais, que normalmente lista componentes como estes como ' frios espelhos ' ou como um tipo de ' espelhos dicroicos ' (veja mais detalhes em materiais / Tabela de equipamentos). < tr >

      		1 de instalação	Setup 2
      espelhos	dimensões	10.10 × 12.70 cm	10,10 x 12,70 cm
      	reflectância	400 ~ 690 nm	425 ~ 650 nm
      	transmissão	750 ~ 1200 nm	800 ~ 1200 nm
      eye Tracker	marca	pesquisa-final Eye Tracker	Tracker do olho do cliente-grau
      	transmissão	890 ~ 940 nm	cerca de 850 nm

      
      Tabela 1. Detalhes das duas versões da instalação com os quais trabalhamos.
      O tracker do olho ' faixa de comprimento de onda de transmissão de s é coberta por espelhos ' faixa de transmissão em um ângulo de incidência de 45°, mas fora de sua escala de reflectância.
2. Estrutura da instalação do
   1. construir a instalação em cima de uma mesa. Além dos espelhos e tracker do olho, consiste apenas de três elementos personalizados feitos de papelão (ver Figura 2 para um guia de montagem) e lojas da fonte dois monitores de tela plana no monitor-armas disponíveis do escritório normal.
   2. Elementos do painel de fibras
      1. construir a estrutura da instalação de três componentes do painel de fibras: um componente central e referência de duas placas em cada lado (ver Figura 1 para posicionamento geral, tabela 2 para dimensões detalhadas e a Figura 2 para um guia de montagem de cada componente). Pintura de todas estas peças em preto fosco para reduzir a dispersão de luz.
         Nota: O componente central (ver Figura 2B e 2D) detém a espelhos e tracker do olho. Ambos estão no mesmo planalto, mantendo assim o tracker do olho em participantes ' nível dos olhos.
      2. Colocar o elemento superior deste componente tal que deixa 8 cm de profundidade na parte da frente da mesa. Tal arranjo permite espaço suficiente para o participante ' rosto s quando estabilizado no apoio de cabeça e evita a condensação sobre os espelhos durante a expiração, enquanto minimiza a distância entre o participante ' s olhos e os espelhos para maximizar o possível uso do participante ' campo visual de s.
      3. Posicionar as duas placas de referência em linha reta abaixo os monitores (ver Figura 1 para o posicionamento e a Figura 2 painéis A e C para um guia de montagem) de fácil calibração manual das telas. Observe que o deslocamento aparente na Figura 1, entre a tela e a placa é devido à profundidade limitada sugestões da imagem; as placas estão em linha reta abaixo os monitores em ambos os lados.
      4. Alinhar exactamente os tempo horizontais com as bordas da mesa, enquanto as verticais longas deixar 4 cm além da frente da mesa para facilitar a estabilização de uma placa de calibração (veja abaixo) para estas placas. As duas pequenas verticais garantirá a ficar tempo vertical vertical como referência para os monitores.
      5. , Opcionalmente, usar um pedaço de papelão como uma tábua de calibração (ver Figura 3). Neste caso, depois de obter uma posição ideal de um monitor, posicione a placa de calibração contra a placa de referência e indicam as posições de ambos o quadro de referência e o monitor na placa de calibração, enquanto ele está no lugar (no exemplo de < forte classe = "xfig" > Figura 3, ripas de madeira fornecem estas indicações).
      6. Sempre que este desejado a posição do monitor é perdida (acidentalmente ou porque outras experiências exigem uma posição diferente), recuperar esta posição usando as marcas na placa de calibração para colocar a placa de calibração volta no mesmo local relativo ao quadro de referência que tem uma posição fixa sobre a mesa. Mover o monitor novamente a linha com as marcas apropriadas (consulte a etapa 2.1.1. para obter detalhes).

         componente	dimensões (cm)	número	Observação
         componente Central < / TD >	80 × 25 × 2	1	topo Horizontal
         	23 × 25 × 2	1	Horizontal inferior
         	21 × 32 × 2	1	Central vertical
         	2 × 25 × 32	1	vertical frontal
         Placas de referência	61 × 11 × 2	2	tempo horizontal
         	66 × 29 × 2	2	tempo vertical
         	2 × 11 × 15	4	vertical pequena

         
         Tabela 2. Detalhes dos componentes do painel de fibras.
   3. Monitores e espelhos
      1. posicionar a instalação em cima de uma mesa de escritório padrão.
      2. Montar dois monitores de tela plana em braços de monitor padrão fixados ao lado da mesa (tanto o quadro de referência e a mesa de aperto). Estes braços permitam tradução em três dimensões, bem como a rotação no plano da tela. Monitores CRT convencionais são claramente também é compatível com a instalação, mas não iria pagar a mesma flexibilidade em termos de posicionamento e reposicionamento.
      3. Montar os espelhos em montagens de espelho que são vendidas para o efeito pelos mesmos fornecedores que estoque frios espelhos. Conectar estes suportes para a placa de fibra segurando o espelho participantes ' nível dos olhos. Posição dos espelhos para tocar um 90 ° ângulo no centro, antes o participante ' nariz de s.
   4. Restantes elementos
      Nota: alguns experimentos necessitam de participantes não vendo as telas do canto de seus olhos, para que uma linha direta de visão para as telas (linhas tracejadas na Figura 4A) devem ser evitados.
      1. Nesse caso, criar " antolhos " feito de papelão preto e tiras de espuma acolchoada buraco pintadas de preto e anexá-los para os postos da cabeça descansar (veja Figura 4B). Ajuste os antolhos de altura e ângulo para acomodar os participantes individuais. Se a parede na frente o participante tem alta reflectância, pendurar um pedaço de tecido preto vai ajudar a remediar esta.

2. Usando o sistema de

1. calibração Hardware
   Nota: O objetivo da calibração é obter um alinhamento satisfatório dos dois monitores para facilitar a fusão dos dois monitores ' imagens para cada participante. Isto pode ser conseguido em duas etapas: calibração de hardware (descrita aqui) e calibração de software (descrito abaixo).
   1. Ao usar uma placa de calibração, conforme descrito acima, alinhá-lo com uma das placas de referência, segurá-lo no lugar com uma pinça se necessário, e em seguida, mova o monitor correspondente a se alinhar com as linhas de referência desejado no painel calibração. Os monitores devem ser paralelos uns aos outros, e cada um deve ser em linha reta acima da sua placa de referência.
   2. Quando usando antolhos, movê-los para o participante ' s nível dos olhos e gire-os ligeiramente em direção a linha média, ou seja, mais interno, em comparação com a orientação dos monitores. Certifique-se de que cada olho pode ver o estímulo todo visual no espelho sem ver nada disso diretamente. Transformar os antolhos na direção, e não longe da linha mediana minimizará os participantes ' exposição aos outros entrada visual.
2. Calibração software
   1. desde que os participantes podem variar em sua posição de olho em relação os espelhos apesar do uso de um descanso, calibrar mais antes de fazer experiências. Esta parte é mais facilmente feita no software, ou seja, sem mover a instalação ' s peças qualquer ainda mais. Existem dois métodos possíveis.
      1. Para o primeiro, apresentam um ponto em cada uma das duas telas em alternância, e instruir o participante a eliminar a mudança de posição percebida, movendo o ponto em uma das telas (ou ambos em direções opostas).
      2. Para o segundo método, instruir o participante a alinhar os quadros de estímulos experimentais em vez de dois pontos para que ambos os olhos ' fundamental para a experiência particular de campos visuais são alinhados.
   2. Após a aplicação de qualquer método, centro dos estímulos no experimento sobre o resultando na tela posiciona. Outros aspectos da configuração exibe e estímulos para apresentação de dichoptic em geral pode ser encontrada em outros lugares ⁵.

Resultados

Após a calibração descrita no protocolo, realizamos um procedimento de calibração validação sem problemas com os espelhos no lugar. A eficácia do método é claramente ilustrada pela Figura 5, que mostra imagem da câmera (usando um olho de fim de pesquisa sistema de rastreamento) com os espelhos no lugar. Os dois conjuntos de linhas paralelas ao longo do nariz dos participantes e as linhas acima as sobrancelhas são as bordas dos espelhos, mas, no en...

Discussão

Apresentamos um guia passo a passo para a construção e a utilização de uma instalação experimental que permite o acompanhamento simultâneo dos dois olhos e dichoptic apresentação de estímulos visuais. Em muitas situações onde a estimulação dichoptic é usada, a questão crítica prevenção eficaz olho de monitoramento é que os espelhos para apresentação de dichoptic bloqueiam a visão de trackers de olho em vídeo. Isto é resolvido aqui usando espelhos infravermelho-transparente e um tracker do olho in...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Mirrors in Setup 1	Edmund Optics	#64-452	dimensions 10.10 × 12.70 cm; Reflectance: 400 ~ 690 nm; Transmission: 750 ~ 1200nm
Mirrors in Setup 2	Edmund Optics	Item discontinued	dimensions 10.10 × 12.70 cm; Reflectance: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm
Other Mirror Option	Edmund Optics	#62-634	dimensions 12.50 × 12.50 cm; Reflectance: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm
Eye Tracker in Setup 1	SR Research Ltd., Mississauga, Ontario, Canada	Eyelink 1000	Transmission: 890 ~ 940 nm
Eye Tracker in Setup 2	The Eye Tribe Aps, Copenhagen, Denmark	Eye Tribe (item discontinued)	Transmission: around 850 nm