Движение глаз Мониторинг памяти

Резюме

Глаз движение мониторинга (или глаз слежения), показывает, где в пространстве Задержите взгляд, когда и на какой срок. Здесь показано, как глаз слежения могут быть использованы для исследования целостности памяти в различных популяциях участником, не требуя словесное или иным явным, отчеты.

Аннотация

Explicit (often verbal) reports are typically used to investigate memory (e.g. "Tell me what you remember about the person you saw at the bank yesterday."), however such reports can often be unreliable or sensitive to response bias ¹, and may be unobtainable in some participant populations. Furthermore, explicit reports only reveal when information has reached consciousness and cannot comment on when memories were accessed during processing, regardless of whether the information is subsequently accessed in a conscious manner. Eye movement monitoring (eye tracking) provides a tool by which memory can be probed without asking participants to comment on the contents of their memories, and access of such memories can be revealed on-line ^2,3. Video-based eye trackers (either head-mounted or remote) use a system of cameras and infrared markers to examine the pupil and corneal reflection in each eye as the participant views a display monitor. For head-mounted eye trackers, infrared markers are also used to determine head position to allow for head movement and more precise localization of eye position. Here, we demonstrate the use of a head-mounted eye tracking system to investigate memory performance in neurologically-intact and neurologically-impaired adults. Eye movement monitoring procedures begin with the placement of the eye tracker on the participant, and setup of the head and eye cameras. Calibration and validation procedures are conducted to ensure accuracy of eye position recording. Real-time recordings of X,Y-coordinate positions on the display monitor are then converted and used to describe periods of time in which the eye is static (i.e. fixations) versus in motion (i.e., saccades). Fixations and saccades are time-locked with respect to the onset/offset of a visual display or another external event (e.g. button press). Experimental manipulations are constructed to examine how and when patterns of fixations and saccades are altered through different types of prior experience. The influence of memory is revealed in the extent to which scanning patterns to new images differ from scanning patterns to images that have been previously studied ^{2, 4-5}. Memory can also be interrogated for its specificity; for instance, eye movement patterns that differ between an identical and an altered version of a previously studied image reveal the storage of the altered detail in memory ^{2-3, 6-8}. These indices of memory can be compared across participant populations, thereby providing a powerful tool by which to examine the organization of memory in healthy individuals, and the specific changes that occur to memory with neurological insult or decline ^{2-3, 8-10}.

протокол

Оборудование, используемое во время сбора данных

Глаз трекер

Трекер глаза, используемых в текущем протокол EyeLink II системы (SR Research Ltd, Миссиссага, Онтарио, Канада). Этот шлем-, видео-глазом трекера записи глаз позиции X, Y-координат с частотой дискретизации либо 500 или 250 Гц, с пространственным разрешением <0,1 °. Одна камера служит для контроля головки, отправив инфракрасных маркеров для датчиков, расположенных на четырех углах монитора, что рассматривается участниками. Две дополнительные камеры установлены на оголовье расположено ниже каждого из глаз, и инфракрасных осветителей используются отметить, ученик и роговицы отражений. Глаз положение может быть основано на ученика и роговицы отражений, или на основе только ученик. Мягким оголовьем из глаз трекер может быть отрегулирована в двух плоскостях, чтобы умещаться головой размер взрослого участника. Большинство очки и контактные линзы могут быть размещены на глаз трекера.

Компьютеры

Два ПК используются для поддержки записи движения глаз. Один компьютер выступает в качестве дисплея компьютера, в котором представлены калибровки экрана, необходимые инструкции задачу и изображения, используемые в экспериментальной парадигмы для участников. Дисплее компьютера детали сбора данных параметров, которые затем регулируется во-вторых, компьютер. Компьютер вычисляет в реальном времени положение взглядом и записи движения глаз данные для последующего анализа, а также любые нажатия кнопки клавиатуры или ответы, сделанные участником. Участник установки и функционирования глаз трекере осуществляется через ПК.

Программное обеспечение

В этом протоколе, сроки и порядок в котором экспериментальные стимулы, которые будут представлены участникам, и каким образом глаз позиция будет собирать ПК программируются через эксперимент Builder, программа специально разработана SR Research Ltd для взаимодействия с компьютером трекер глаза. Тем не менее, стимул презентация может также проводиться посредством других программ (например, презентация, нейробихевиоральная системы; Олбани, штат Калифорния). Преобразование движения глаз данные серии фиксации и саккады события, которые много времени заблокирован на стимулы презентацию (или другого внешнего события) достигается с помощью компьютера и может быть допрошен с просмотра данных, программное обеспечение программы, разработанной SR Research Ltd , однако, опять же, другие программы могут быть использованы для получения необходимых мер движения глаз. Здесь, обнаружения и фиксации саккад зависят от онлайн анализатор, который отделяет сырые образцы движения глаз в значимые состояния (саккад, мигает, и фиксации). Если скорость двух последовательных образцах движения глаз превышает 22 градусов в секунду на расстояние в 0,1 °, образцы обозначаются как саккады. Если ученик отсутствовал в течение 3 и более образцов, глазной активности отмечен как один миг в потоке данных. Номера для саккады и не мигают деятельности считаются фиксаций.

Процедуры глаз слежения.

Ниже мы подробно процедуры получения записи движения глаз для каждого участника.

1. Согласие. До участник установки, участники показали заставку глаз трекера. Экспериментатор объясняет участникам, что головы и глаз позиции осуществляется посредством камеры, которые содержатся в шлем.
2. Для данной экспериментальной парадигмы, участники сидят фиксированном расстоянии от монитора, чтобы сохранить тот же угол зрения по участникам.
3. Глаз трекер настройки камеры. Шлем глаз трекер настроен так, что шлем плотно и вряд ли двигаться, но не вызывает дискомфорта вокруг головы. Шлем дальнейшем отрегулировать так, чтобы голова камера может отправить инфракрасную подсветку для внешних маркеров на дисплее монитора. Каждая из камер глаза расположены на отдельных стержней, которые простираются от шлема, которые позволяют перестройки во всех осях. Глазом камеры расположены чуть меньше и немного в сторону от каждого глаза, не препятствуя зрения участника х мониторов (см. Рисунок 1). Камеры нацелены получить четкое и стабильное изображение зрачка и роговицы отражений. Статус панели на хост-компьютере указать, является ли ученик и роговицы отражения которой приобретаются. Порог освещенности можно регулировать для получения наиболее стабильной записи ученика и роговицы отражений. Экспериментатор затем выбирает соответствующие экспериментальные парадигмы, и обозначает имя файла для последующей записи движения глаз.
   
   
   Рисунок 1. Пример шлем-видео-глазом трекер (слева) и дисплей и хост ПК (справа). Обратите внимание, что монитор перед частьюicipant показано расположение ученика (синяя точка с перекрестьем) и роговицы отражения (желтая точка с перекрестьем) для оказания помощи в настройки камеры.
4. Калибровка. Для получения точных записей глаз позицию на экране монитора, процедура калибровки начинается после установки камеры. Во время процедуры калибровки, участники поручили посмотреть на ряд целей, которые появляются в разных местах на экране. Как правило, девять целевые местоположения используются, но калибровка может быть выполнена с всего лишь в трех местах цель. Из этих девяти записал местах, глаз позиции в любой точке на экране может быть интерполированы.
5. Проверка. После калибровки, проверки процедура используется для проверки правильности записи движения глаз. Те же девять целевые местоположения предоставляются участником зацикливаться, а разница между вычисляется текущее положение фиксации и ранее записанных фиксацией положения. Если средняя точность для записи позиции в течение одного (или обоих) глаза превышает допустимые уровни (средняя ошибка <0,5 °, а максимальная погрешность любой точки <1,0 °), калибровки и проверки процедуры повторяются. После принятия точности уровнях, экспериментатор может определить, если записи движения глаз должны быть монокуляр или бинокль. В случае монокуляр записи, экспериментатор может определить, с какой глаз данные должны быть записаны, или хост-компьютер может автоматически выбирать глаз с более низкой средней ошибки и низкой максимальной ошибки. Хотя калибровки и проверки может произойти с легким движением головы, выгодно, чтобы участники сидят неподвижно, как это возможно. Участникам также указание не ожидаем предстоящего места целей, а, скорее, для перехода к, и зацикливаться на заведомо, цели только тогда, когда они появляются и остаться зациклена на мишень, пока она не исчезнет.
6. Экспериментальная парадигма. Инструкции частности, данной парадигмы представляются участником (например, "Пожалуйста, свободно просматривать каждый из следующих изображений."), И записи данных инициируется на сессии.
7. Дрейф коррекции. До начала каждой экспериментальной стимул, коррекции дрейфа может быть выполнена при наличии участников посмотреть на центральную цель фиксации при нажатии кнопки на джойстик или клавиатуру, чтобы принять фиксацией положения. При коррекции дрейфа работает, судебный процесс начнется не ранее участник успешно фиксирует на центральной области фиксации в пределах 2,0 ° от центра мишени. Если участник последовательно фиксирует более 2,0 °, участник должен снова пройти калибровки и проверки процедур. Любая разница менее 2,0 ° между запомненное положение глаз и исходное положение фиксации, полученных в ходе калибровки / подтверждения записи, затем отмечается как ошибка и учитывается в данных.
8. Стимул презентации. Глаз позиции, в том числе фиксации и саккады событий, записывается следующим коррекции дрейфа процедуры для каждого стимула презентации. Экспериментатор может контролировать правильность записей в режиме онлайн через проверку компьютера.
9. После сессии записи движения глаз, меры, которые характеризуют движение глаз сканирования шаблонов для различных типов изображений (например, роман, повторяется) могут быть получены с различными программными пакетами, такими как Data Viewer SR Research Ltd с. Кроме того, рассматривая конкретные регионы стимулов (например, в неизменном виде, управлять) можно охарактеризовать путем анализа движений глаз по отношению к экспериментатору тяге регионах, представляющих интерес, которые создаются для каждого изображения либо в фазе парадигмы программирования или после сбора данных.
10. Участники debriefed о цели эксперимента по окончании сессии.

Представитель Результаты

Несколько меры могут быть выведены из движения глаз записи, в том числе меры, которые описывают общую просмотре на изображении (в том числе особенности каждой фиксации / саккады), а также меры, которые описывают картину просмотра, которая была направлена ​​на конкретном регионе интересов в рамках Изображение ^3. Меры общего обзора, чтобы изображение может включать (но не ограничиваются ими): количество фиксаций и число саккад, внесенные в изображение, средняя продолжительность каждой фиксации, и общая сумма просмотр время, затраченное на фиксацию изображения. Меры, которые описывают картину просмотра в конкретном регионе интересов могут включать (но не ограничиваются ими): число записей, сделанных в область интересов, количество времени, потраченное в интересующей нас области, и число переходов сделанные в / из области интереса. Кроме того, меры могут быть получены из записей движений глаз, которые определяют сроки которой (то есть, как рано) определенное событие движения глаз произошло, напримеркак тогда, когда, после начала стимула, глаза фиксируются на конкретный регион представляет интерес, когда первый саккады сделан на изображение, и энтропия (ограничение / случайности) присуща последовательность моделей движения глаз.

Для любого данного образа, меры движения глаз могут подробно, глаза были зафиксированы, когда и на какой срок. Чтобы получить индекс памяти, мы можем дать зрителям разных типов или количества воздействия различных наборов изображений, а затем сравнить просмотр моделей через эти наборы и по участникам. Например, для исследования памяти для повторения изображений, сканирование модели можно сравнить между романа образов и изображений, которые были просмотрены несколько раз на протяжении тестирования сессии. Просмотр изображений неоднократно всей сессии тестирования приводит к снижению общего просмотра изображений ^{2, 4-5, 8.} Это можно увидеть на рисунке 2. В этом представительном результате Риггс и др. ^11, участников рассматриваются новые фотографии лица один раз в каждом из пяти блоков тестирования;. С увеличением экспозиции, было уменьшение количества записей, что зрители внести в лицах. Для зонда памяти для отдельных деталей изображения, сканирование модели можно сравнить между изображениями, которые были повторно просмотрены в их первоначальном, неизменном виде (повтор изображения) и образы, которые так же рассматривалась неоднократно на протяжении всего тестирования сессии, но изменения были вносятся в некоторые элемента в сцене во время финальной экспозиции (манипулировать изображениями). В таких случаях сканирование модели привлекают дифференциально в регион, который был изменен в пределах манипулировать изображения по сравнению с тем же, неизменным области изображения повторяется ^{2-3, 7-8.} Однако такое движение глаз показатели памяти нет среди определенных групп населения, например, при здоровых пожилых людей и пациентов с амнезией из-за повреждения медиальной височной доли оцениваются на их памяти пространственные отношения между объектами в сценах, как указано на рисунке 3 ^{2, 8.} Таким образом, результаты мониторинга движения глаз могут быть использованы для контраста памяти среди групп участников с разными нейропсихологического статуса ^{2-3, 8-10.}

Рисунок 2. Движения глаз раскрыть памяти для повторения В этом репрезентативный результат нашей лаборатории [11], участники рассматривать лица на 5 блоков исследования;. Как количество просмотров увеличилась (с 1-5), количество фиксаций на лицах уменьшилось.

Рисунок 3. Движения глаз раскрыть памяти для изменил детали. Младшие взрослых [2 (эксперименты 1, 2), 8 (свободном состоянии Просмотр)] направлена ​​большая часть их общего фиксации глаза на критическую область в манипулировал изображение, которое претерпело изменения от предварительного просмотра по сравнению с когда в регионе не претерпела изменений, как в романе и повторных изображений. Такие эффекты памяти отсутствовали у здоровых пожилых людей [8 (свободном состоянии Просмотр], а в амнезии пациентов [2].

Обсуждение

Мониторинг движения глаз является эффективным, полезным инструментом для оценки функции памяти в различных популяциях. Этот протокол описывает использование шлем-видео-глазом трекер, но протокол можно легко адаптировать к использованию удаленных устройств слежения глаза, как диста?...

Материалы

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