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Summary
神経制御および認知プロセスは、眼球運動を介して研究することができる。 VisualEyesソフトウェアは、オペレータが、独立して、単純な、カスタムスクリプト言語を使用して2つのコンピュータ画面上に刺激をプログラムすることができます。システムは、タンデム眼球運動（サッカードと円滑追跡）、または反対の眼の動き（輻輳）、または任意の組み合わせを刺激することができる。
Abstract
眼球運動の研究では、脳は、両方の正常な機能不全、脳内の視覚的な情報を取得する方法の理解を形成する強力な基盤を提供してきた。1しかし、プラットフォームの開発を刺激するために、店舗目の動きが実質的なプログラミング、時間とコストを必要とすることができます。多くのシステムでは、実験的なニーズの多様のための多数の刺激をプログラムするための柔軟性を提供していません。しかし、VisualEyesシステムは、オペレータが任意の背景と前景の刺激、プログラムタンデムまたは目の動きに対向するための1つまたは2つの画面を選択し、独立して、左右の眼を刺激することができ、柔軟なアーキテクチャを有する。このシステムは、大幅に動眼研究を行うために必要なプログラミングの開発時間を減らすことができる。刺激のアレイを生成するために、眼球運動の応答を取得するための1）眼球運動記録装置のLabViewで書か2）VisualEyesソフトウェア：VisualEyesシステムは3つの部分に説明されるテキストファイルおよび3）オフラインデータ分析としてストア応答。輪部追跡システム、強膜サーチコイル、またはビデオ画像システム：眼球運動のような器具のいくつかの種類によって記録することができる。そのようなサッカードの手順などの典型的な眼球運動刺激は、vergentランプと対応する応答とのvergentのステップが表示されます。このビデオレポートでは、多数の視覚刺激と健康だけでなく、臨床集団を研究するために、基本的な科学者や臨床医によって利用することができ、レコード目の動きを作成するためのシステムの柔軟性を実証する。
Protocol
眼球運動実験を行うために必要な重要な要素の概要をフローチャートの各ブロックは、以下に詳細に議論される図1に示されている。
1.計装SET-UP：
- 眼球運動モニタの任意の種類は、このシステムのために使用することができる。我々は、赤外線輪部追跡およびビデオ監視システムを実証する。
- そのような衝動性や円滑追跡タンデム追跡運動のために、単一のコンピュータは、視覚ディスプレイのために使用することができる。そのような輻輳や（すなわち、サッカード刺激でvergent）haploscopeが視覚的に表示するための2つのコンピュータのモニタで必要とされるタンデムバージョンの動きとの輻輳の相互作用として反対の目の動きを研究するために、図2を参照してください。
2.キャリブレーション：
- キャリブレーションは、別のものに1セットのメトリックに変換するために必要とされる。眼球運動は、典型的には、回転（°）しかしながら、図3に示す角度でコンピュータmを示しているonitorsは、多くの場合、度で視覚刺激を表すビジョンの研究者に比べてピクセル値を使用します。したがって、変換は度までピクセル値を変換するために必要とされる。視覚的なディスプレイを校正するために物理的な目標をどこに置くか一つは、計算するために三角法を使用することができます。コンピュータ画面上の刺激は2°物理ターゲットと整列する場合は、その画素値が2°の刺激に対応する（図2参照）。
- システムを較正するために、オペレータはVisualEyesディレクトリ内Pixel2Deg.veiをオープンする必要があります。まず、伸縮モードフィールドを使用して較正するためのモニタを定義する。右目モニタの左目モニターと番号2の番号1を入力します。緑の線は物理的なターゲットの上に重畳されるまで、その後、プログラムを実行し、緑の線刺激を移動します。度で物理ターゲットの既知の位置を入力し、[保存]ボタンを押します。その後、緑の線をクリックしてください。度と画素値がtの中のディスプレイに表示され彼は下のコーナーを残しました。オペレータは、3キャリブレーションポイントの最小値を収集する必要があります。
- すべてのキャリブレーションポイントを保存した後、キャリブレーションポイントを得るために、VisualEyesディレクトリにD2P出力ファイルを開きます。線形回帰式を得るためにキャリブレーションポイントをプロットする。オペレータがピクセル値でプログラムを希望する視覚刺激の最初と最後の位置を計算する式を使用します。輻輳刺激のための5つの較正点を使用して得られた左眼用と右眼用の検量線の例が図4に示されている。
- 刺激が追加モニターを必要とする場合に繰り返して、他のモニタの2.2と2.3を繰り返します。
3. VISUALEYESソフトウェア：
- 刺激を定義し 、オペレータが実験に先立って、左右の眼の刺激の最初と最後の位置を定義する必要がある。まず、新しいテキストファイルを開き、最初の行に、最初の時間を定義し、位置は、o-値刺激F。 4つのパラメータは）1）時間（秒を定義する必要がある、2）水平位置（ピクセル）、3）垂直位置（ピクセル）、及び4）、タブで区切られた回転（°）。同様に、刺激の最終的な時間と位置の4パラメータを定義します。 stimulus_name.vei（VEI = VisualEyes入力）ファイルとしてVisualEyesディレクトリに刺激を保存し、他の眼の刺激のために、この手順を繰り返します。
- 突然のステップまたは連続ランプ：刺激の運動は運動の二つのタイプに一般化することができる。ステップは、刺激が突然最終位置に初期位置から移動したり、ジャンプすることができます。オペレータは、時間の変化は、ステップ刺激のために0.001秒であることに注意してください。次の行で、刺激が初期位置だけでなく、最終的な位置に常駐する時間を定義します。刺激は、1行内の4つのフィールドを使用して定義されます。サッカードステップ、スムーズ追求ランプ、vergent工程およびvergentランプの一例が示されている表1。
- 刺激のためには、そのような複数のステップとしてステップまたは視覚タスクのシーケンスのような単一の刺激を持つことができます。
- 刺激ライブラリへの刺激を保存：VisualEyesディレクトリ内のいくつかのデフォルトdc1.txtの設定（左眼の刺激/モニター）とdc2.txt（右眼刺激/モニター）のファイルがあります。最初の行は、水平方向内の画面の割合です。二行目は垂直方向内の画面の割合です。第三の背景画像、第4、前景またはターゲット画像である。 5行目は独立モードで動作するようにコンピュータを示している。 （目を残され1は右目と2である）、モニタ6 番目を意味します。 7 行目は、モニタのアスペクト比である。残りの行は、オペレータが実験セッション内で使用できる刺激の異なるタイプです。
- VisualEyes DIRECからdc1.txtとdc2.txtを開くトーリー。これらの2つのファイルは、それぞれ左目と右目用のライブラリ刺激を含んでいます。最後の行では、ステップ3.1から生成された刺激のファイル名を記述します。プロファイル番号は、刺激のファイル名に対応するm 番目の行を指す。例えば、図1において、刺激のプロファイル番号は8である。
- 一つは、実験のために必要とされるような多くの刺激を作成するために3.2に、手順3.1を繰り返すことができます。
- 実験プロトコルのためのスクリプトを書く：実験プロトコルのコマンドを入力したテキストファイルを開きます。このファイルは、VisualEyesシステムがこのファイルで検出されたスクリプトから各コマンドを読み込み、実行されることを意味してスクリプトファイルと呼ばれます。実験プロトコル用のスクリプトファイルを作成する機能は、ユーザーが同じプロトコルを用いて繰り返し実験セッションを実施することができる。さらに、多数のスクリプトは、実験コマンドの種類と順序を変えるために書くことができる。このファイルscript_name.vesファイルとしてVisualEyesディレクトリに保存することができます。 （VES = VisualEyesスクリプト）
- VisualEyes機能は、入力と出力引数を持っている。表2は、VisualEyesソフトウェアのすべての機能を示しています。
- ExpTrial：この関数は、ステップ3.2からの刺激ライブラリに保存されている刺激を呼び出すために使用されます。データの長さは、関数は、刺激を実行することを可能にする時間である。 tempfile.lwfはVisualEyesソフトウェアは一時的に出力バッファに入ってくるデータと出力、それを保存することができます。 tempfile.lwfが定義されていない場合、この関数の実行中には、デジタル化のためにすべての着信データを格納しないであろう。
- logfile：必要にこの関数は、文字列やVisualEyesディレクトリ内のout.txtをファイルにExpTrialから定義された入力バッファを出力します。実験が完了すると、オペレータは別の名前にout.txtをファイルの名前を変更する必要があります。そうしないと、データは次のexperim中に上書きされますENT。
- TriggerWait：この関数は、ExpTrialを開始し、データをデジタル化するトリガーボタンをプッシュする対象を待ちます。これは、信号が低（5 V）デジタルハイから変更するのを待っているデジタル収集カード上のチャネルである（0 V）。
- RandomDelay：この関数は、次の刺激の予測または見越しを防ぐためにランダム遅延を生成します。
- WaveMSD：この関数は、平均値とデータの標準偏差を計算する。
- VisualEyes機能は、入力と出力引数を持っている。表2は、VisualEyesソフトウェアのすべての機能を示しています。
4. THE EYE MOVEMENTモニター＆RUN実験：
- 角膜反射ビデオ画像システムなどの異なる眼球運動モニタ、角膜輪部トラッキングシステムまたは強膜サーチコイルは、目の動きを収集し、記録するために使用することができる。
- 被験者が参加する前に、実験を説明する必要があり、被験者は治験審査委員会によって承認されたインフォームドコンセントのフォームを読み、署名する必要があります。
- オペレータ·ミューSTは、被写体に眼球運動モニタを調整します。まず、被験者は、ターゲット上に固定するために求められている。オペレータが使用される眼球運動のモニターによってそのような輪部（虹彩と強膜との間の境界）または瞳孔と角膜反射などの眼の解剖学的属性をキャプチャする眼球運動モニタを調整します。
- 眼球運動のモニターが適切に被写体に調整されると、オペレータは、眼球運動モニタはvergentや衝動性の動きを作るために、被写体を求めることで目の動きをキャプチャしていることを検証する必要があります。
- VisualEyesディレクトリにプログラムReadScript.veiを開きます。右上に、ステップ3.4から作成された実験プロトコルスクリプトファイルのファイル名を入力します。次に、左上隅にある赤い矢印を押すことによってReadScript.veiプログラムを実行します。
- 主題のトリガーボタンを与え、被験者がボタンを押すと、データ収集が開始されますことを説明。別のAcquire.veiファイルはオートマチックます LY着信データをプロットする画面に表示されます。データは、500Hzのサンプリングされます。
- 実験が完了すると、ReadScript.veiは自動的に停止します。この時、VisualEyesディレクトリに移動し、Out1.txtファイルを検索します。そうでなければ、オペレータが実験を次回の実行時にファイルの名前を変更し、データファイルが上書きされます。
5.オフラインデータ分析：
- オペレータは、別のソフトウェアパッケージ（すなわちMatLabのまたはExcel）を使用してデータを分析することができる。待ち時間、ピーク速度、または振幅は、研究に応じて重要であり得る。
- Matlabの解析コードの例は、サッカード、輻輳ステップと輻輳ランプをプロットするVisualEyesディレクトリに提供されています。対応する速度応答を有するアンサンブルサッケード、輻輳ステップと輻輳のランプ位置のトレースの例は、図5に示されている。
6。代表的な結果：
tは "> VisualEyesシステムを使用して記録眼球運動の集合の例を図5に示す。典型的な10°の衝動性運動は、プロット4Aに示されている。対象は反対の方向に眼球運動をするように指示されたときAntisaccadesが衝動性応答である。視覚刺激とプロット4Bに示されている。これは、より認知的要求の厳しい作業である。したがって、一つは、待ち時間や移動を開始する時間が長くantisaccades（プロット4B）にもprosaccades呼ばれる視覚刺激に向けてサッカードと比較されていることを観察することができます4°ステップへ（プロット4A）。輻輳応答は刺激がプロット4Dに示されている5°/ sのランプにプロット4Cと、輻輳応答に示されている。各トレースは、上段が位置として、度で示されている個々の眼球運動であるの機能の時間。眼球運動は、度、メーターの角度、またはプリズムディオプタの単位で校正されています。私たちの研究は、回転の程度を使用しています。一番下の行は、時間の関数として°/ sのにプロット速度であるdは移動速度である。各アンサンブルデータのためのスケールが動きに応じて異なります。
眼球運動実験を行うために重要な要素の1フローチャート図 。 VisualEyesソフトウェアを使用して刺激を生成し、オフラインでデータ分析のための実験を行うために必要なステップの例が示されている。パートAはPixel2Deg.veiウィンドウを示しています。パートBは、刺激を定義するのに必要な4つのパラメータを示しています。パートCは、刺激ライブラリ内の黒のテキスト行は、例の刺激ファイルであり、赤のテキストは、各行を定義した刺激ライブラリです。パートDは、実験スクリプトプロトコルの一例である。
図2. VisualEyesシステムHaploscope実験の設定。三つのCRTモニターが使用される：1）Aコントロールパネルは刺激を閲覧するために必要とされるD応答右目（RE）視覚刺激のための2）CRTモニタおよび3）CRT左目（LE）視覚刺激を監視します。ハーフミラーは30センチメートル離れて2視覚刺激CRTモニターから配置されます。これは、CRTモニタ上の刺激はハーフハーフミラー（50％の透過率と50％の反射ミラー）上に投影されることを保証することである。ミラーは、被験者が、キャリブレーションのために必要とされる被験者から測定された距離にあるターゲット上に重畳されたコンピュータの画面からの刺激を表示することができます。 haploscopeで、両眼に宿泊需要が一定に保持される。人物の目とミラーの間の距離は10cmである。システムは、異なるインター瞳孔距離（IPD）を収容するように調整することができますが、このデモのために、私たちを6 cmでIPDを想定します。
サッカード（左）とVergent 3.計算図 （右）MOBにターゲットAからvementが示されている。 IPDは、相互瞳孔間距離である。
左目（上のプロット）と右眼（下のプロット）刺激の図4.検量線。同様の手順は、衝動性や円滑追跡刺激のために行われるだろう。
VisualEyesシステムを使用して、サッカードの例としては、図5（A）antisaccades（B）、輻輳の工程（C）と輻輳ランプ（D）およびカスタムMATLABプログラムを用いて分析した。アンサンブル位置トレース（秒での時間の関数として°）各着色線は異なる眼球運動を表す上段にプロットされている。対応する速度トレース（°/秒秒単位の時間の関数として）。
| 刺激の種類 | 刺激_Name_Left Eye.vei | Stimulus_Name_Right_Eye.vei | ||||||
| 時間（s） | x位置（ピクセル） | y位置（ピクセル） | 回転（°） | 時間（s） | x位置（ピクセル） | y位置（ピクセル） | 回転（°） | |
| スムーズ追求ランプ | 0 | 100 | 0 | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 |
| 10 | 200 | 0 | 0 | 10 | 200 | 0 | 0 | |
| サッカードステップ | 0 | 100 | 0 | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 | 0.5 | 100 | 0 | 0 |
| 0.501 | 200 | 0 | 0 | 0.501 | 200 | 0 | 0 | |
| 3 | 200 | 0 | 0 | 3 | 200 | 0 | 0 | |
| 輻輳角ランプ | 0 | 452 | 0 | 0 | 0 | 973 | 0 | 0 |
| 10 | 370 | 0 | 0 | 10 | 1044 | 0 | 0 | |
| 輻輳ステップ | 0 | 452 | 0 | 0 | 0 | 973 | 0 | |
| 0.5 | 452 | 0 | 0 | 0.5 | 973 | 0 | 0 | |
| 0.501 | 416 | 0 | 0 | 0.501 | 1002 | 0 | 0 | |
| 3 | 416 | 0 | 0 | 3 | 1002 | 0 | 0 | |
表スムーズ追求ランプ、サッカードステップ、輻輳角ランプと輻輳ステップ刺激の1】例
| 機能 | 構文 |
| ExpTrial | 出力バッファ＃= ExpTrial（ "データの長さ：LEプロフィール：プロフィールRE"）; 例：2 = ExpTrial（「13：3：3 "）; |
| OutpuTバッファー＃=エキソ試験（「データの長さ：LEプロフィール：プロフィールRE：一時ファイルLWF "）; 例：2 = ExpTrial（「13：3：3：templfile.lwf "）; | |
| LogFileの | 出力バッファ＃= LogFileの（ "TEXT"）; 例：0 = LogFileの（ "実験1"）; |
| 0 = LogFileの（入力バッファー＃）; 例：0 = LogFileの（2）; | |
| TriggerWait | 0 = TriggerWait（バッファ数）; 例：0 = TriggerWait（0）; |
| RandomDelay | 0 = RandomDelay（ "時刻t2：t1の"）; 例：0 = RandomDelay（「2000：500 "）; |
| WaveMSD | 出力バッファ＃= WaveMSD（入力バッファー＃）; |
表2.機能VisualEyesプログラムに実験プロトコルを書き込むために使用
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Discussion
重要なステップ：
眼球運動のモニターが適切に被写体に調整する必要があります。例えば、眼球運動記録モニターは、範囲内で動作し、被験者に調節されなければならない。被検眼の動きの範囲を超えた場合、システムが飽和する。飽和時には、眼球運動信号が有効ではありません。キャリブレーションは、また眼球運動記録において非常に重要です。全眼球運動モニタは、デジタル化され、一般的にそのような回転の程度眼球運動の研究に使用される単位に変換する必要があり、アナログ信号を測定する。三つ以上の較正点により評価システムの線形度への信号の変換は、単純な線形変換を用いて行うことができるかどうかを判断することも重要であるか、またはより複雑な変換が必要である。これは、コンピュータのモニタと物理ターゲットの適切な配置は、コンピュータ上の視覚刺激を整列させるために必要であることに留意することも重要であるhaploscopeの設定で使用すると画面。
さらに、被験者への指示も不可欠である。例えば、ビデオ又はリンバス追跡システムのための点滅は、信号の損失をもたらす。しかし、オペレータは、長い期間、点滅しないように主題を求めることはできません。オペレータがデータ収集中に点滅を避けるために、新たな目標を見て、被写体を希望する際の対象への指示を容易にすることができる。命令の重要性の別の例はantisaccade実験対prosaccadeに表されている。 prosaccadesのために被験者は、被験者が刺激ターゲットの反対方向に見えるantisaccade実験に比べてターゲットを調べます。
可能な修正：
VisualEyessシステムの強さは、その柔軟性です。いくつかの研究は、サッケードの刺激を刺激するために、カスタムソフトウェアを公開した。2,3,4,5-しかし、多くの他のティがある一つは円滑追跡や輻輳の動きなどを調査することもできます動眼研究のPES。 VisualEyesシステムは、オペレータが衝動性、スムーズな追跡またはvergentの刺激または3（例えばvergent刺激とサッカード）の任意の組み合わせをプログラムすることができるように、1は、それぞれ独立して、モニターをプログラムすることができます。背景が現在移動しないが、次世代VisualEyesソフトウェアは、背景画像が移動することを可能にする静止画像である。前景画像は、垂直方向、水平方向に移動または回転させることができます。デフォルト画像は線であるが、さらに遠近調節刺激または他の任意の画像を縮小するために使用されるガウス関数（DOG）刺激の分布を変更することができる。さらに、コンピュータの画面をプログラムする能力は、独立して、より柔軟にすることができます。例えば、斜位を日常臨床パラメータとして測定されますが、1つは眼球運動のモニターでそれを記録することができます。斜位が閉塞した眼のwhilの静止位置であるE他の目は、刺激を持っています。私たちは、VisualEyesシステムを使用して斜位を測定するこの方法を検証しています。6,7,8
アプリケーションと意義：
眼球運動の研究は、基本的な科学者や臨床医への重要な情報を提供することができる。また、それは、いくつかのアプリケーションの名前に運動学習、13注目機構、14またはメモリ15のための洞察を提供することができる統合失調症12をアルツハイマー病11筋ジストロフィー10に外傷性脳損傷9から神経学的障害を監視するためのツールとなり得る。また、ヒト以外primates1の単一細胞記録からの強い神経生理学基盤の恩恵と同時に視覚ネットワーク、接続性および相互作用を理解するために脳機能を研究するために機能的MRIと結合することができる。16
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Disclosures
利害の衝突が宣言されていない。
Acknowledgments
この作品は、国立科学財団（BES-0447713）からとエシロール、国際からの助成金からCAREER賞によって部分的にサポートされていました。
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Tags
神経科学、問題49、眼球運動の記録、神経科学、視覚刺激、サッカード、輻輳角、スムーズ追求、中心視、注意、斜位Erratum
Formal Correction: Erratum: VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation
Posted by JoVE Editors on 05/11/2011.
Citeable Link.
A correction was made to VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation. There was an error in the authors, Eun H. Kim and Tara L. Alvarez, names. The author's names have been corrected to:
Eun H. Kim and Tara L. Alvarez
instead of:
Eun Kim and Tara Alvarez
