Het verkennen van de gevoeligheid van de baby voor visuele taal met behulp van Eye tracking en de preferentiële uitziende paradigma

Summary

Eye tracking studies met een preferentieel uitziend paradigma kunnen worden gebruikt om het opkomende begrip van baby's en de aandacht voor hun externe visuele wereld te bestuderen.

Abstract

We bespreken het gebruik van het voorkeurs paradigma in Eye tracking studies om te bestuderen hoe baby's de wereld om hen heen ontwikkelen, begrijpen en bijwonen. Oogtracering is een veilige en niet-invasieve manier om blik gegevens van baby's te verzamelen en het voorkeurs paradigma is eenvoudig te ontwerpen en vereist alleen dat de zuigeling naar het scherm gaat. Door tegelijkertijd twee visuele stimuli te tonen die in één dimensie verschillen, kunnen we beoordelen of baby's verschillend uitziend gedrag vertonen voor beide stimuli, waardoor de gevoeligheid voor dat verschil wordt aangetoond. De uitdagingen in dergelijke experimentele benaderingen zijn dat experimenten kort moeten worden gehouden (niet meer dan 10 minuten) en zorgvuldig moeten worden gecontroleerd, zodat de twee stimuli in slechts één manier verschillen. Ook de interpretatie van nulresultaten moet zorgvuldig worden overwogen. In dit artikel illustreren we een succesvol voorbeeld van een baby eye tracking Study met een preferentieel uitziend paradigma om te ontdekken dat 6-maands-jarigen gevoelig zijn voor taalkundige aanwijzingen in een ondertekende taal, ondanks dat ze geen voorafgaande blootstelling hebben aan de ondertekende taal, suggereren dat zuigelingen intrinsieke of aangeboren gevoeligheden bezitten voor deze signalen.

Introduction

Het voornaamste doel van de ontwikkelings wetenschappen is het bestuderen van de opkomst van cognitieve functies, taal en sociale cognitie bij zuigelingen en kinderen. Oogbewegingen worden gemoduleerd door de intenties, het begrip, de kennis, de interesse en de aandacht van de deelnemers aan de externe wereld. Het verzamelen van Oculomotor reacties bij zuigelingen terwijl ze oriënteren op en scannen van visuele statische of dynamische beelden kan informatie geven over het opkomende begrip van baby's en aandacht voor hun externe visuele werelden en de taal invoer die ze ontvangen.

Terwijl de eye tracking-technologie al meer dan honderd jaar bestaat, heeft het pas onlangs een geavanceerde efficiëntie en bruikbaarheid gekregen, waardoor het kan worden gebruikt om zuigelingen te bestuderen. In de afgelopen tien jaar heeft eye tracking veel onthuld over de mentale wereld van baby's. We weten nu bijvoorbeeld veel over kortetermijngeheugen, object-occlusie en de anticipatie van aankomende evenementen in 6-maanden-jarigen van Gaze-gedrag^1,2,3. Eye tracking kan ook worden gebruikt voor het bestuderen van baby taal leren⁴. In het algemeen is het leren van baby's afhankelijk van de mogelijkheid om sensorische signalen in de omgeving te discrimineren en om de signalen te identificeren die het meest voorkomen in de taal overdracht^5,6. Ontwikkelings wetenschappers proberen beter te begrijpen wat deze zintuigelijke aanwijzingen zijn, waarom ze de aandacht van baby's trekken en hoe de aandacht voor deze hints op een steiger in zuigelingen wordt geleerd. Het huidige document presenteert een eye tracking protocol en een preferentieel uitziend paradigma dat samen gebruikt kan worden om de gevoeligheden van baby's te bestuderen op dergelijke signalen in gesproken of ondertekende talen.

In Stone, et al.⁷, werd eye tracking gebruikt met een preferentieel uitziend paradigma om te testen of teken naïeve zuigelingen een gevoeligheid hadden voor een set van fonologische contrasten in de ondertekende taal. Deze contrasten verschilden door sonoriteit (d.w.z. perceptuele Salience), een structureel taalkundig eigendom aanwezig in zowel gesproken als ondertekende talen^{7,8,9,10,11, 12,13}. Sonoriteit wordt verondersteld belangrijk te zijn voor fonologische beperkingen in lettergreep vorming in gesproken en ondertekende talen, zodat lettergrepen die op Sonority gebaseerde beperkingen gehoorzamen worden beschouwd als meer "goed gevormd". Bij het luisteren naar spraak zijn baby's waargenomen om gedragsvoorkeuren te tonen voor goed gevormde lettergrepen over slecht gevormde lettergrepen in meerdere talen, en zelfs in talen die ze nog nooit hadden gehoord vóór^14,15. We veronderstelde dat baby's ook vergelijkbare voorkeuren zouden vertonen voor goed gevormde lettergrepen in ondertekende taal, zelfs als ze geen eerdere ervaring hadden met de ondertekende taal.

We veronderstellen verder dat deze voorkeur-of gevoeligheid-onderhevig zou zijn aan perceptuele vernauwing. Dit is het fenomeen van de taalverwerving waarbij, naarmate de zuigeling zijn eerste verjaardag nadert, de vroege, universele gevoeligheid van de zuigeling voor veel taalfuncties verzwakt tot alleen de functies binnen de taal (en) waarin de zuigeling is blootgesteld aan^{16 ,17}. We rekruteerden jongere (zesmaands) en oudere (twaalf-maand-jarigen) zuigelingen, die deze leeftijden selecteren omdat ze aan weerszijden van de perceptuele vernauwing functie staan voor gevoeligheid voor nieuwe fonetische contrasten^{17,18, 19}. We voorspelden dat jongere zuigelingen een voorkeur zouden tonen voor goed gevormde lettergrepen in de ondertekende taal, maar dat oudere baby's dat niet zouden doen. De baby's keken naar Video's bestaande uit een goed gevormde en slecht gevormde vinger spelling, geselecteerd om twee redenen.  Ten eerste zijn lettergrepen in vloeiend vingerspelling theorie om te gehoorzamen aan sonoriteit gebaseerde fonologische beperkingen⁸, die een kans bieden om experimentele contrasten te produceren die direct testen of baby's gevoelig zijn voor Sonority-gebaseerde aanwijzingen in het begin Leren. Ten tweede kozen we voor vinger spelling in plaats van volledige tekens op het lichaam en het gezicht omdat de vingerspelling ons in staat stelde om mogelijke perceptuele overtreft alle, inclusief de snelheid en grootte van handbewegingen, strikter te beheersen, in vergelijking met volledige tekens die sterk verschillen in ondertekening ruimte en bewegingssnelheid. Onze studie gebruikte Video's die alleen de handen tonen, maar dit paradigma is generaliseerbaar voor Video's die Onderteken aren en sprekers hoofden of volledige lichamen tonen, of zelfs dieren of onbezielde objecten laten zien, afhankelijk van de wetenschappelijke vraag en contrasten die worden bestudeerd.

De waarde die gebruikmaakt van een voorkeurs paradigma om de gevoeligheid voor taal of zintuiglijke contrasten te meten, is in zijn relatieve eenvoud en bedieningsgemak. In dergelijke paradigma's worden zuigelingen met twee prikkels naast elkaar gepresenteerd, die slechts één dimensie of één functie hebben die relevant is voor de onderzoeksvraag. Zuigelingen krijgen kansen om te foveate op een van beide stimuli. De totale kijktijden naar elke stimulus worden geregistreerd en geanalyseerd. Een significant verschil in uitziend gedrag voor de twee prikkels geeft aan dat de zuigeling in staat kan zijn om de dimensie te waarnemen waarmee de twee prikkels verschillen. Omdat beide prikkels tegelijkertijd en bij gelijke duur worden weergegeven, is het algehele experiment goed gecontroleerd op de eigenaardigheden van zuigeling gedrag (inattentiviteit, zoeken elders, gedoe, huilen). Dat is in vergelijking met andere paradigma's waar stimuli opeenvolgend worden getoond, in welk geval, zuigelingen kunnen spontaan verschillende hoeveelheden aandacht tonen aan verschillende stimuli om redenen die geen verband hebben met de stimuli (bijv. fussier gedurende een periode waarin er waren meer proeven van stimuli A dan stimuli B). Ook zijn instructies en het begrip van de stimuli niet vereist; baby's hoeven er alleen maar naar te kijken. Ten slotte vereist dit paradigma geen actief toezicht op het kinder gedrag voor het criterium om de aanbiedingsvorm van prikkels te veranderen, zoals gebruikelijk is in getemperings paradigma's van de zuigelingenvoeding^16,20. Het uitziende preferentie paradigma is ook geschikt voor het testen van hypotheses over Zoekvoorkeuren in plaats van verschillen. Met andere woorden, afgezien van zuigelingen die in staat zijn om te discrimineren tussen stimuli A en stimuli B, kunnen onderzoekers ook testen voor welke stimuli een verhoogd of verminderd uitziend gedrag heeft opgewekt, wat informatief kan zijn over de ontluikende vooroordelen van zuigelingen en opkomende cognitie.

Meer in het algemeen zijn de voordelen van moderne, niet-invasieve Eyetracking--technologie talrijk. Eye tracking is afhankelijk van het meten van near infraroodlicht dat uit het apparaat wordt uitgezonden en wordt weerspiegeld uit de ogen van de deelnemer^1,21. Dit infraroodlicht is onzichtbaar, onmerkbaar en volkomen veilig. Oogtracering experimenten vereisen geen instructies en is alleen afhankelijk van passieve weergave. Huidige modellen genereren in korte tijd een overvloedige hoeveelheid blik gegevens met een eenvoudige installatie. Baby's kunnen op de schoot van hun ouders zitten en in onze ervaring genieten ze vaak van het experiment. De meeste moderne Remote Eye trackers vereisen geen hoofdsteunen of items die op de zuigeling worden geplaatst, en zijn robuust voorhoofd bewegingen, snel herstellen na knipperen, huilen, bewegen buiten bereik, of op zoek weg. Indien gewenst kunnen Saccade patronen, Head position data en pupillometrie worden opgenomen naast de oogpositie gegevens.

De uitdagingen in het uitvoeren van het onderzoek naar het volgen van baby ogen zijn reëel, maar niet onoverkomelijk. Eye Tracking data kan luidruchtig zijn als gevolg van baby's beweging, onaandacht, gedoe, en slaperigheid. Experimenten moeten zo zijn ontworpen dat ze in ongeveer 10 minuten of minder kunnen worden voltooid-wat een voordeel kan zijn in dat labbezoeken snel zijn, maar ook een nadeel als u meer gegevens wilt verkrijgen of verschillende experimentele omstandigheden wilt hebben. Een ander belangrijk voorbehoud is dat een nulbevinding niet betekent dat zuigelingen niet gevoelig zijn voor de experimentele manipulatie. Als zuigelingen geen significant verschil vertonen tussen stimuli A en stimuli B, kan deze bevinding ofwel (1) een ongevoeligheid voor het verschil tussen A en B betekenen, of (2) een niet-uitlokken van gedragsvoorkeuren. Bijvoorbeeld, misschien was de zuigeling even gefascineerd door A en B, hoewel de zuigeling gevoelig was voor het verschil tussen hen. Dit probleem kan worden aangepakt door de toevoeging van een tweede voorwaarde, idealiter met behulp van dezelfde (of sterk vergelijkbare) stimuli maar testen langs een andere dimensie waarvoor het is bekend dat zuigelingen gedragsvoorkeuren vertonen. Als zuigelingen geen voorkeur in de eerste voorwaarde aantonen, maar dit in de tweede, dan kan worden geïnterpreteerd dat de zuigelingen in staat zijn om te demonstreren Zoekvoorkeuren voor de stimuli, die kunnen helpen verduidelijken de interpretatie van eventuele nulresultaten. Ten slotte is het essentieel om de oogtracker nauwkeurig te kalibreren. De kalibratie moet nauwkeurig zijn, met zowel een lage ruimtelijke als een temporele fout, zodat oogverblinde gegevens nauwkeurig op de experimentele stimuli kunnen worden gemapt. Met andere woorden, "uw studie is slechts zo goed als uw kalibratie." Kalibratie controles voor en na stimuli presentatie kan een extra mate van vertrouwen bieden. Gedetailleerde en uitstekende recensies over het kalibreren van oogtracering met zuigelingen zijn elders gepubliceerd^{1,21,22,23,24,25, 26,27}.

Protocol

De volgende procedure, waarbij menselijke deelnemers betrokken zijn, werd goedgekeurd door het Human Research beveiligingen programma aan de University of California, San Diego.

1. screening en voorbereiding van deelnemers

1. Rekruteer baby's in de vastgestelde leeftijdsklasse (bijv. 5 tot 14 maanden oud). Gebruik meerdere methoden, waaronder sociale media, flyers, post. Overweeg om afspraken te maken met lokale ziekenhuizen of overheidskantoren om records met pasgeborenen, hun ouders en hun postadressen op te halen, waardoor ze rechtstreeks via de post kunnen worden bereikt.
2. Zeef de zuigelingen wanneer geïnteresseerde ouders het lab bellen voor planning. Zorg ervoor dat de zuigelingen vrij zijn van complicaties tijdens de zwangerschap of bevalling, van neurologische aandoeningen en een normaal gehoor en gezichtsvermogen hebben.
   Opmerking: in ons experiment⁷, omdat we geïnteresseerd waren in de ontluikende gevoeligheid voor gebarentaal, hebben we ervoor gezorgd dat onze deelnemende baby's geen gebarentaal in huis hadden gezien en geen instructievideo's voor baby gebaren hadden vertoond (op basis van bovenliggende rapporten). Om onbedoelde variabiliteit in taal ervaringen verder te verminderen, hebben we ook zuigelingen geworven die alleen thuis aan het Engels waren blootgesteld.
3. Plan de test snel na het regelmatig voeden of Nappen van de zuigeling om minimale gedoe te garanderen. Informeer de ouders dat er privé-Voer-en/of Napping-ruimten beschikbaar zijn in het laboratorium. Compenseren ouders voor deelname via betaling of feest cadeaus een laboratorium t-shirt, Onesie, of een klein speelgoed.

2. Zoek voorkeurs paradigma en experimenteel ontwerp

1. Gebruik een uitziend voorkeurs paradigma met een voorwaarde waarbij twee verschillende video stimuli tegelijkertijd worden weergegeven, elk op een helft van het scherm. Zorg ervoor dat beide prikkels verschillen langs exact één dimensie of functie en zijn anders identiek voor alle andere visuele elementen.
   Opmerking: in ons protocol hebben we gefocust op de gevoeligheid van baby's voor fonologische signalen in gebarentaal⁷, maar dit protocol is gemakkelijk veralgemeend voor andere baby Eyetracking-studies waarbij visuele stimuli worden toegepast. Onze belangrijkste herhaalde onderwerpen experimentele toestand was de sonoriteit voorwaarde (Zie Figuur 1). Deze voorwaarde bevatte twee verschillende lexicalized fingerspelling sequenties, één "goed gevormd" (d.w.z., het gehoorzaamde op sonoriteit gebaseerde fonologische beperkingen) en de andere "slecht gevormd."
2. Ontwerp een tweede "Control" voorwaarde met twee video stimuli die naar verwachting uitlokken voorkeuren bij zuigelingen. Nogmaals, zorg ervoor dat beide prikkels verschillen langs precies één dimensie of functie, en worden gecontroleerd voor alle andere visuele elementen.
   Opmerking: in ons protocol⁷was deze tweede voorwaarde de "video oriëntatie"-voorwaarde. Deze voorwaarde bevatte twee Video's, beide met dezelfde vinger spelling sequentie als gebruikt voor de klank voorwaarde, maar de ene kant werd verticaal en horizontaal gespiegeld (Zie Figuur 1). Het ontwerp van de "controle"-voorwaarde is afhankelijk van de onderzoeksvraag en kan een niet-taalregeling zijn waarmee de taal voorwaarde wordt bepaald, of een bevestigende aandoening waarbij baby's naar verwachting een voorkeur hebben.

3. stimuli bouw

1. Definieer de taalitems op basis van de specifieke experimentele vraag. Streven naar artikelen die kort zijn in duur (meestal 4-10 s), want terwijl zuigelingen over het algemeen tolereren tussen 6 aan 10 min van experimenten, er moeten ook voldoende proeven en herhalingen.
   Opmerking: ons protocol⁷ gebruikte 4 vinger spelling sequenties met goed gevormde en slecht gevormde varianten (acht sequenties totaal) in 32 gerandomiseerde tien-seconden proeven, 16 klank conditie proeven en 16 video oriëntatie voorwaarden proeven. De totale lengte, niet tellen kalibratie (minder dan 1 min) of aandacht-grabber segmenten (over 3-5 s elk), was 5,3 min.
2. Definieer het randomisatie schema. Willekeurig vermengen de voorwaarden, en randomiseren van de taalitems die verschijnen op het scherm van de linker-en rechterkant, zodat er een gelijk aantal van, bijvoorbeeld, A vs. B items en B vs. A items.
3. Definieer het tegenrekening schema. Construeer twee verschillende gerandomiseerde experimentele sequenties of runs, en wijs gelijke aantallen deelnemers toe aan elke experimentele sequentie, controle op leeftijd, geslacht en andere factoren die van belang zijn.
4. Als het maken van Video's met mensen in hen, gebruik maken van een goed ingerichte Fotografie/film studio met de persoon staande voor een blauwe of groene Chromakey achtergrond.
   Opmerking: in ons protocol⁷hebben we ons geconcentreerd op vingerspellings sequenties, dus we hebben geen gezichten of lichamen in onze Video's gebruikt. Dit protocol wordt echter geschreven, ervan uitgaande dat u selecteren om personen weer te geven in de weergave volledig lichaam of alleen hoofd.
5. Positie verlichting gelijkmatig over alle delen van de afbeelding, zonder sterke schaduwen op de persoon of de achtergrond.
6. Gebruik een High-Definition videocamera geplaatst op een statief en verhoogd tot de hoogte van de nek van de persoon. Schakel autofocus uit om te voorkomen dat de scherpstelling verandert tijdens het opnemen. Gebruik tape om te markeren waar de voeten van de persoon tijdens het filmen moeten worden geplaatst en Minimaliseer het rondlopen tijdens de film sessie.
7. Selecteer een native gebruiker van de taal die wordt onderzocht en wie de taalitems op natuurlijke wijze en zonder inspanning kan reproduceren. Kleding moet contrastief zijn met huidskleur en bevat geen kleuren die vergelijkbaar zijn met de Chromakey achtergrond. Verwijder alle sieraden of versieringen. Elk los haar moet worden gekamd of gebonden.
   Opmerking: voordat u een baby test, wordt aanbevolen om een begeleidend experiment uit te voeren om te controleren of de stimuli en de experimentele omstandigheden door de gebruikers van de moedertaal worden geaccepteerd.
8. Vraag de persoon om elk taal item een paar keer op natuurlijke wijze te reproduceren terwijl de camera alle reproducties in één videoclip vastlegt. Omdat deze videoclips in lussen kunnen worden afgespeeld, moet u ervoor zorgen dat het begin en het einde van de videoclip beide de persoon in dezelfde lichaamspositie tonen voor een naadloze overgang tussen lussen.
9. Importeer na het filmen de Video's in een videobewerkingsprogramma. Selecteer de beste reproductie voor elk taal item en snijd de clips bij naar deze items. Een gelijk aantal voor loop-en volg frames invoegen rond elk taal item. Pas indien nodig transformatie hulpmiddelen toe om het beeld van de persoon te vergroten of te centreren, maar pas ze gelijkmatig toe op alle stimuli.
10. Gebruik waar mogelijk hoogcontrast stimuli. Gebruik de Chromakey-functie van het videobewerkingsprogramma om de achtergrond te wijzigen in wit om de hoorbaarheid te maximaliseren, zodat de beste omstandigheden voor het vastleggen van Gaze-gegevens mogelijk zijn.
11. Als u de stimuli wilt herhalen, moet u ervoor zorgen dat de duur van lussen gelijk is voor twee paar video stimuli die samen worden weergegeven (d.w.z. dat de lengtes van de taalitems aan beide zijden hetzelfde moeten zijn). Om dit te bereiken, past u de video snelheid van elk taal item enigszins aan.
    Let op: Houd er rekening mee dat zuigelingen een lagere aanbiedings snelheid nodig hebben om bewegende stimuli effectief te verwerken. Eventuele aanpassingen moeten subtiel zijn en het taal item niet significant wijzigen of vervormen. In ons protocol⁷werd de snelheid van de stimuli met 50% vertraagd, en we bevestigden dat deze manipulatie niet merkbaar was bij volwassen waarnemers.
12. Plaats paren van taalitems naast elkaar in een samengestelde clip. Onthoud dat deze paren al hun video lengtes in de vorige stap hebben geequaliseerd. Zorg ervoor dat de positie van elk taal item identiek is voor beide zijden (bijvoorbeeld, het linker item is niet hoger, lager, groter of buiten het midden in vergelijking met het juiste item) en dat beide items tegelijkertijd beginnen en eindigen.
13. Net als bij stimuli ontwerp, controle laag niveau visuele kenmerken van de videoclips zoals luminantie en kleur, zodat ze zijn hetzelfde aan beide zijden van het scherm.
14. Pas het lusgedrag toe door de samengestelde clip in de video tijdlijn te dupliceren. Om schokken tussen lussen te minimaliseren, moet u de verschillen in de begin-en eindframes van de lus bijwonen. Gebruik indien nodig een korte video transitie om een soepelere overgang tussen lussen te bieden.
15. Exporteer de bewerkte Video's in een formaat dat geschikt is voor het Eye Tracking-programma en met de hoogst mogelijke resolutie.
16. Gebruik experimentele presentatie software, meestal verpakt met de oogtracker, om de stimuli te programmeren en te presenteren en om de stimuli te randomiseren. Algemene experiment presentatie software kan ook worden gebruikt, op voorwaarde dat ze in staat zijn om de oogtracker te controleren en gegevens te registreren.
17. Plaats de afbeeldingen van de attentie-Grabber vóór elke proef om de aandacht van baby's op het midden van het scherm direct voordat de proef begint te behouden en om te buigen (Zie Figuur 2).
    Opmerking: voorbeelden zijn statische of geanimeerde pups, kittens, speelgoed, lachende gezichten of cartoon figuren, zolang ze zeer aangeboren en van gelijke grootte zijn. Hoewel animaties effectiever kunnen zijn, zijn ze geheugenintensief en vonden we dat statische afbeeldingen even goed werkten. Deze beelden moeten klein (ongeveer 2 tot 5 graden) en centraal gelegen op de monitor, zodat de zuigeling kijkt naar het midden van de monitor voordat elke proef begint.
18. Voeg aan het begin en einde van de experimentele sequentie een drie-punts kalibratie controle in die bestaat uit drie dia's, elk met één doel dat in de linkerbovenhoek, het scherm centrum en de rechterbenedenhoek wordt weergegeven (Zie Figuur 2).

4. Eyetracking-apparatuur

1. Gebruik een externe oogtracker die geen beperkingen of apparaten nodig heeft om de positie van het hoofd vast te zetten en die geschikt is voor een bemonsteringssnelheid van ten minste 50 Hz.
   Opmerking: externe oogtrackers bevatten onmerkbare, infrarood-lichtuitstralende diodes (Led's) die licht afgeven op de ogen van de waarnemer. De ingebouwde infraroodcamera detecteert de posities van de leerlingen en de corneale reflecties en past algoritmen toe om het fixatie punt van de waarnemer op de monitor te berekenen als driedimensionale coördinaten (x, y, z). De coördinaten zijn gemiddeld over beide ogen om een enkele binoculaire waarde te produceren. Meestal worden alleen de (x, y) coördinaten geanalyseerd, als z, afstand van de monitor, is niet relevant.
2. Gebruik een computer monitor 15 "of hoger, met een resolutie van ten minste 1024 x 728 pixels, om de experimentele stimuli weer te geven.
3. Positioneer de oogtracker direct onder de stimuli monitor en in een lage hoek tegenover het gezicht van de zuigeling als direct op de kop. Gebruik Linialen en een digitale hoekmeter om de plaatsing en hoek van de eyetracker en de monitor te meten. Indien nodig, voer deze nummers in de Eyetracking-software.
   Opmerking: een hogere hoek (bijv. de oogtracker is lager op de grond en daarom schuin hoger) kan de oogtracering verstoren door de ogen te occlusie door de wangen en handen van de zuigeling. Raadpleeg de richtlijnen van het specifieke Eye Tracker-model voor de beste praktijken in de oogtracker-positie. Bovendien kan de meeste Eye Tracker-software deze informatie opslaan om vóór elke sessie te worden geladen. Als er echter de mogelijkheid bestaat dat de oogtracker of de monitor nog iets tussen de experimentele sessies beweegt, moet u de metingen voor elke sessie opnieuw verzamelen om zo de nauwkeurigste kalibratie te realiseren.
4. Plaats een afzonderlijke webcamera, vaak een gebruiker of scène camera genoemd, boven de stimulus-monitor om het volledige gezicht van de deelnemer tijdens het experiment op te nemen. Het biedt een live feed tijdens het experiment en de opname ervan wordt opgeslagen met de onbewerkte Gaze-gegevens.
5. Stel de experimentele presentatie software in, meestal commercieel beschikbaar met de oogtracker, om de stimuli te presenteren, de oogbewegingen op te nemen, de gebruiker of scène camera op te nemen, kijk punten weer te geven tijdens het experiment en, optioneel, blik gegevens uit te voeren Analyse.
   Opmerking: een algemene experimentele presentatie software kan ook worden gebruikt, op voorwaarde dat deze integraties bevat die het mogelijk maken om de oogtracker te bedienen en gegevens ervan te registreren.

5. Eyetracking procedure

1. Deelname van deelnemers & achtergrond maatregelen
   1. Bij aankomst, uitleggen van de studie, verkrijgen ondertekende toestemming in overeenstemming met de Universiteit IRB regelgeving. Als de zuigeling alert is, gaat u verder met testen en voltooit u vragenlijsten na het experiment. Bij aankomst is de zuigeling niet klaar (bijv. baby is kieskeurig, slaapt of moet worden gevoed), gebruik deze tijd voor de ouder om alle achtergrond vragenlijsten voor familie en taal te voltooien.
   2. Laat de ouder de vragenlijsten voor de achtergrond familie en-taal invullen. Verzamel standaard demografische en medische informatie en informatie over de taal-en technologie omgeving van de zuigeling (bijvoorbeeld het aantal talen dat thuis wordt gebruikt; blootstelling aan video, smartphones, tablets).
2. Set-up
   1. Dim de lichten in de experimentele ruimte en zorg ervoor dat er geen andere voor de hand liggende visuele afleiders in de kamer zijn. Gebruik gordijnen om het gezichtsveld van de zuigeling van alle afleiders in de kamer te occlude (Zie Figuur 3). Zorg ervoor dat alle achtergrond toepassingen op de computer, inclusief antivirus scans en software-updates, niet worden uitgevoerd tijdens het experiment.
   2. Laat de ouder in de stoel zitten met de baby die op schoot zit. Om meer stabiliteit te bieden, kan de ouder de zuigeling in een zachte STOELVERHOGER op de schoot van de ouder plaatsen.
      Opmerking: dergelijke Booster zittingen behouden de nabijheid van de ouders, maar voorkomt ook dat jongere baby's achteruit of vooruit leunen (resulterend in verlies van gegevens) en dat oudere baby's niet meer kruipen.
   3. Controleer volgens de richtlijnen van de oogtracker of het hoofd van de zuigeling op een optimale afstand van de monitor en de oogtracker is geplaatst. Bevestig met behulp van de Eye Tracker-software dat de ogen van de zuigeling zichtbaar zijn voor de oogtracker. Indien niet zichtbaar, vraag de ouder zachtjes te zwaaien de zuigeling in alle richtingen totdat de ogen worden gedetecteerd en binnen de juiste afstand.
   4. Voorzie de ouder van een bril die hem of haar verhindert om de experimentele stimuli te zien.
      Opmerking: een Occluderende bril vermindert de mogelijkheid van het bivetten van de zuigeling tot bepaalde stimuli of scherm zijden, en voorkomt ook dat de oogtracker onbedoeld de ogen van de ouders in plaats van de baby's bijhoudt.
3. Kalibratie
   1. Voer de kalibratieprocedure uit volgens de instructies van de oogtracker.
   2. Als het wordt ondersteund door de Eye Tracker-software, gebruik dan een 5-punts kalibratieprocedure die overeenkomt met de vier hoeken en het midden van de monitor.
      Opmerking: voor kalibratie om te werken, moeten baby's kijken naar de kalibratie afbeelding. Daarom moet het beeld zeer interessant zijn. Een Spinning-type animatie werkt goed, zodat het "centrum" van de afbeelding stil blijft staan, omdat u wilt dat de ogen van de zuigeling zo gericht mogelijk zijn naar het midden van het kalibratiepunt.
   3. Let tijdens de kalibratie niet op de afbeelding, of laat de ouder de aandacht richten op het kalibratie beeld, want dat kan de aandacht van baby's wegtrekken van het scherm en naar de persoon die naar het beeld wijst.
   4. Controleer of de kalibratie is gelukt met de Eye Tracker-software. Herhaal kalibratie indien nodig, vooral als de ouder of zuigeling aanzienlijk beweegt (bijv. de ouder rechtop) tijdens de kalibratie.
      Opmerking: het kalibratieproces is afhankelijk van het feit dat het nieuw, interessant en kort is. Hoe vaker baby's een kalibratie moeten ondergaan, hoe minder effectief het kan zijn.
   5. Nadat de kalibratie is bevestigd om succesvol te zijn, begint u onmiddellijk met het experiment.
4. Experiment
   1. Begin het experiment met de kalibratie controle met drie punten (Zie Figuur 2). De duur van elk doel handmatig beheren; Wanneer het kind op het doel in één dia fixeert, gaat u onmiddellijk door naar het volgende doel. Als de Eye-blik consequent één graad of groter verwijderd is van het centrum van elk doelwit, breekt u het experiment af en herhaalt u de kalibratie.
   2. Ga verder met het experiment, beginnend met de aandacht-grabber voor de eerste proef (Zie Figuur 2). Handmatig bepalen hoe lang de attentie-Grabber wordt weergegeven. Begin de proef wanneer de zuigeling fixeert op de aandacht-grabber. Als de zuigeling niet fixeren op het na enkele seconden, gebruik een piepende speelgoed of knipperend licht om de aandacht van de zuigeling op het scherm te leiden.
   3. Nadat alle proeven zijn aangetoond, voert u dezelfde drie punten kalibratie controleprocedure opnieuw uit om te testen op mogelijke signaal drift-of kalibratie wijzigingen tijdens het experiment. Beëindig het experiment na de controle.
   4. Beëindig het experiment als de zuigeling onherstelbaar gedoe aantoont of als de ouder verzoeken om te stoppen.
5. Wrap-up
   1. Laat de ouders de vragenlijsten voor de achtergrond familie en-taal invullen als dit nog niet is voltooid.
   2. Het verstrekken van compensatie en, indien toegestaan, delen extra flyers/materialen voor de ouder om te verdelen onder hun leeftijdsgenoten om te helpen bij de werving.

6. gegevensanalyse

1. Evalueer eerst de kwaliteit van de gegevens door een snelheidsgrafiek of een spoor van kijkpositie in de loop van de tijd te plotten om te onderzoeken of de gegevens luidruchtig zijn (perioden van pieken met hoge snelheid) voor elk onderwerp. Wijzigingen in hoge snelheid of systematische Drifts in de gegevens positie kunnen duiden op slechte kalibratie-of gegevens verzamelings fouten.
2. Filter hoogfrequente informatie uit de Gaze-gegevens met behulp van ruisreductie-algoritmen of filters, zoals het gebruik van een zwevend gemiddelde. Deze algoritmen kunnen ook interpoleren over korte lacunes in de gegevens, meestal veroorzaakt door knippert en hoofd verplaatsing.
   Opmerking: met behulp van algemene ruimtelijke-temporele filters voor het classificeren van bevestigingen en saccades wordt niet aanbevolen, omdat deze algoritmen zijn gebaseerd op volwassen oog gedrag en niet generaliseerbaar zijn voor Infant Eye gedrag.
3. Teken twee gebieden van belang (AOIs), één voor elke kant van het scherm. Zorg ervoor dat de AOIs iets groter zijn dan de visuele elementen zelf (bijv. 25 pixels of 1 º visuele hoek groter, rondom de persoon) om kleine kalibratie onnauwkeurigheden of standaard instrument fouten tegemoet te komen.
   Opmerking: Hoewel het AOI statisch is, omvat het een bewegend object in een video, dus zorg er ook voor dat het AOI groter is dan de maximale afmetingen van het bewegende object terwijl het in de video verandert. Indien gewenst en ondersteund door de Eye Tracker-software, u in plaats daarvan Dynamic Moving AOIs gebruiken.
4. Behoud een tussenruimte van ongeveer 25 pixels of groter tussen de twee AOIs, in het midden van het scherm.
5. Bereken met behulp van de Eye Tracker-software of een secundair analyseprogramma de totale kijktijd voor elke AOI voor elke proef door alle blik punten in het AOI op te tellen en deze telling te vermenigvuldigen met het bemonsterings interval (bijv. bij gebruik van een 120Hz oogtracker, de het bemonsterings interval is 8,33 MS).
6. Als u nog steeds de Eye Tracker-software gebruikt, exporteert u de zoektijd gegevens. Bereken vervolgens de totale kijktijden voor elke zuigeling, voor elke stimulus type, over de volledige experimentele run. Alle zuigelingen die niet voldoende blik gegevens hebben verstrekt (bijv. ten minste 25% van de maximaal mogelijke gegevens) uitsluiten.
   Opmerking: in steen, et al.⁷, werd 24% van alle geteste zuigelingen uitgesloten als gevolg van slechte kalibratie of onvoldoende blik gegevens als gevolg van fussiness, wegkijken, occlusie van de ogen tijdens het opnemen, overmatig knipperen, Droopy oogleden, instrument fout, of experiter-fout.
7. Bereken een zoek voorkeurs index voor elke zuigeling. Verdeel eerst de totale zoektijd voor één stimulus type over de andere.
   Opmerking: met deze stap kunnen zuigelingen rechtstreeks met elkaar worden vergeleken, ongeacht of de zuigelingen varieerden in hoe lang ze het experiment in zijn geheel hebben bekeken.
8. Normaliseer deze waarde met een logaritmische transformatie, waardoor de Zoekvoorkeuren index zinvol kan worden geïnterpreteerd voor alle zuigelingen waar een index van-1,0 en 1,0 dezelfde magnitude vertegenwoordigen, maar in tegengestelde richtingen.
9. Voer de juiste statistische tests uit om de totale zoektijd en de zoek voorkeurs indexen in de deelnemers groepen te vergelijken. Statistische testresultaten samen met effect groottes en/of betrouwbaarheidsintervallen rapporteren.
   Opmerking: in steen, et al.⁷, om te testen op leeftijdsgebonden gevoeligheid voor op sonoriteit gebaseerde fonologische beperkingen in gebarentaal, werd een onafhankelijke t-toets uitgevoerd om klank uitziende voorkeurs indices te vergelijken (de log van het quotiënt van de kijktijd voor goed gevormde voorwerpen over slecht gevormde items) tussen jongere en oudere zuigelingen groepen.

Representative Results

Het monster in steen, et al.⁷ bestond uit 16 jongere zuigelingen (gemiddelde leeftijd = 5,6 ± 0,6 maanden; bereik = 4,4-6,7 maanden; 8 vrouwelijk) en 13 oudere baby's (gemiddelde leeftijd = 11,8 ± 0,9 maanden; bereik = 10,6-12,8 maanden; 7 vrouwelijk). Geen van deze baby's had eerder gebarentaal gezien. Ten eerste beoordeelden we voor verschillen in de totale zoektijd tussen leeftijdsgroepen en vonden geen significant verschil (gemiddelden: 48,8 s vs. 36,7 s; t (27) = 1,71; p = 0,10). Dit voorkomt de mogelijkheid van afwijkende leeftijdsgerelateerde verklaringen (bijv. attentiviteit, hoofd-draaien, knipperen) voor de volgende resultaten. In de voorwaarde van klank zagen jongere zuigelingen er langer goed uit dan slecht gevormde items (gemiddelden: 28,6 s vs. 20.2 s; gekoppeld t (15) = 4,03, p = 0,001, cohen's d = 0,74). Ter vergelijking, oudere zuigelingen toonden weinig verschil in uitziend gedrag tussen de twee stimulerende types (middelen: 18,1 s vs. 18,6 s; t (12) = 0,29, p = 0,78). Jongere zuigelingen hadden een grotere klank preferente indexwaarden dan oudere zuigelingen (Figuur 4; Middelen: 0,15 vs.-0,03; t (27) = 3,35, p = 0,002, Cohen's d = 0,74). De resultaten geven aan dat jongere zuigelingen, maar niet oudere baby's, gevoelig zijn voor de sonoriteit gebaseerde fonologische beperkingen in gebarentaal, ondanks dat ze nooit eerder zijn blootgesteld aan gebarentaal.

We verkenden ook zoekgedrag in de toestand van de video-oriëntatie. Met behulp van oriënterings voorkeuren indexen als de afhankelijke variabele, hebben we een tweeweg ANOVA uitgevoerd met herhaalde maten factor Sonority (goed gevormde versus slecht gevormde) en tussen-subjecten factor leeftijd (jongere versus oudere). Er was een belangrijke invloed van leeftijd (F (1, 27) = 6,815, p = 0,015, gedeeltelijke H2 = 0,20), wat aangeeft dat jongere en oudere zuigelingen verschillende kijkvoorkeuren hebben voor rechtopstaande en omgekeerde ondertekeningsstimuli (Figuur 4). In het bijzonder zagen jongere zuigelingen zich langer in de rechtopstaande stimuli (gemiddelde = 0,11), terwijl oudere zuigelingen langer keken naar de omgekeerde stimuli (gemiddelde =-0,12). Er was geen hoofd effect van sonoriteit (F (1, 27) = 2,04, p = 0,165, gedeeltelijke H2 = 0,07) die aangeeft dat de sonoriteit geen invloed heeft op de Upright-voorkeurs index waarden. Geen Sonority x leeftijdsgroep interactie gevonden F (1, 27) = 0,12, p = 0,73, gedeeltelijke H2 = 0,004). Hoewel oudere baby's geen voorkeur konden tonen in de sonoriteit, konden ze toch een voorkeur tonen in de video oriëntatie voorwaarde. Vandaar dat we het nulresultaat geïnterpreteerd met oudere baby's in de sonoriteit voorwaarde te zijn voortgekomen uit een echte ongevoeligheid voor die fonologische aanwijzingen in de ondertekende taal.

Figuur 1 . Voorwaarden voor sonoriteit en video oriëntatie. Aan de linkerkant worden twee verschillende vingerspellings sequenties (goed gevormde v. slecht gevormde) getoond. Aan de rechterkant wordt dezelfde vingerspellings volgorde weergegeven, maar één is rechtop en de andere wordt omgekeerd (verticaal en horizontaal gespiegeld). Afbeelding die eerder is gepubliceerd in Stone et al.⁷ (zie https://www.tandfonline.com). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 2 . Kalibratie controle en stimulans presentatie procedure. De driepunt kalibratie controlereeks toont een Pinwheel-doel in de linkerbovenhoek, het scherm centrum en de rechterbenedenhoek; Wanneer de zuigeling fixeert op het doelwit, gaat de experimenteerder verder met de volgende dia's. De kalibratie controle wordt uitgevoerd voor en na alle prikkels worden getoond. De stimulans presentatie toont de aandacht-grabber (puppy), waarvan de duur wordt gecontroleerd door de experimenteur. Wanneer de zuigeling fixeert op de pup, het experiment begint de 10 s stimulus video. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 3 . Oog tracking laboratorium instellen. De ouder en zuigeling zitten op de verstelbare witte stoel aan de linkerkant, terwijl de onderzoekers aan de rechterkant zitten. Er is een wit gordijn dat de deelnemer-en onderzoeker gebieden scheidt, en extra witte gordijnen en planken die alle apparatuur met uitzondering van de oogtracker en de monitor occluderen. De zuigeling kan zitten op de blauwe verhogings stoel die vervolgens op de schoot van de ouder wordt geplaatst, of de zuigeling kan direct op de schoot van de ouder zitten. Alle speelgoed en visuele afleiders, zoals het gele vogel speeltje dat op de foto wordt getoond, worden vóór aanvang van het experiment uit het deelnemers gebied verwijderd. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 4 . Representatieve overzichts diagrammen van zoek voorkeurs indexgegevens. De linker grafiek toont een significant verschil tussen de "klank preferente indices" van de twee leeftijdsgroepen, waar jongere baby's een voorkeur tonen voor een goed gevormde vinger spelling, terwijl oudere baby's dat niet doen. Het juiste diagram toont een grafische weergave van een 2 x 2 ANOVA-stijl analyse op oriëntatie-voorkeurs indices. Zie stap 6: gegevensanalyse voor instructies over het berekenen van voorkeurs indexen. Beide leeftijdsgroepen toonden Zoekvoorkeuren aan voor staande of omgekeerde stimuli. Foutbalken geven de standaardfout van het gemiddelde aan. Afbeelding gewijzigd van Stone et al.⁷ (zie https://www.tandfonline.com). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Discussion

We gebruikten het preferentieel uitziende paradigma om bewijs te ontdekken dat zuigelingen gevoelig kunnen zijn voor een bepaalde visuele hint in het taal signaal, ondanks dat er geen voorafgaande ervaring is met de ondertekende taal. Bovendien werd deze gevoeligheid alleen waargenomen bij jongere zuigelingen, en niet bij oudere zuigelingen, een manifestatie van de klassieke perceptuele vernauwing functie. Bewijs van een leeftijdsgebonden voorkeur voor goed gevormde lettergrepen op basis van de klank-beperkingen lieten ons verder veronderstellen dat de sonoriteit een belangrijke hint kan zijn voor het leren van baby's⁷. De stimuli werden zorgvuldig ontworpen om twee contrasterende taal signalen te bieden die op een subtiele manier verschanden, en een tweede voorwaarde toegestaan voor een betere interpretatie van mogelijke nulresultaten. Baby's waren vrij om te kijken naar een van onze stimuli in een eenvoudige, plezierige laboratorium setting, zonder instructies of het demonstreren van taalbegrip. In deze studie werd ook een belangrijke Baseline vastgesteld om andere groepen zuigelingen te contrasteren, zoals teken-blootgestelde zuigelingen met dove Onderteken ouders. Het bestuderen van teken-blootgestelde zuigelingen (doven en gehoor), terwijl het moeilijk is om te rekruteren, zou nieuwe informatie produceren over de rol van vroege zintuiglijke en taal ervaring in het vorm geven van de gevoeligheid van baby's voor visuele taalkundige aanwijzingen. Het beoordelen van de gevoeligheid van dove baby's voor signalen in de visuele taal, in het bijzonder, is belangrijk omdat dit een populatie is die vaak lijdt aan taal deprivatie in de vroege kindertijd^28,29. We voorspellen dat oudere teken blootgestelde zuigelingen, zowel doven als gehoor, niet de verminderde gevoeligheid zouden vertonen die werd waargenomen bij oudere niet-teken blootgestelde zuigelingen.

Er zijn enkele belangrijke punten om te overwegen met het huidige paradigma. Het gebruik van oogtracering is afhankelijk van de veronderstelling dat er een directe relatie is tussen wat baby's kunnen zien (gezichtsscherpte) en waar zuigelingen naar kijken (visuele voorkeur). Natuurlijk, verborgen Attentional verschuivingen kunnen ook gebeuren in de vorm van saccades, maar werden hier niet geanalyseerd. Echter, de centrale foveale regio die zorgt voor een hoge scherpte en helderheid is zeer klein (ongeveer 2 º). Omdat de gezichtsscherpte buiten deze regio zeer slecht is, moet een waarnemer de fijne details duidelijk moeten zien, hij of zij moet de blik omleiden en erop foveeren. Een ander probleem om op te letten is dat de totale kijktijd (d.w.z. verblijfs tijden) een brutomaatregel is en niet altijd nauwkeurig kan correleren met aandacht, opzettelijk of onopzettelijk. Dalingen in de fixatie tijden betekenen niet noodzakelijkerwijs minder aandacht of focus; het kan ook duiden op terugtrekking of vermoeidheid. Een belangrijk voordeel van Eye Gaze-gegevens is dat het op veel verschillende manieren kan worden geanalyseerd. Terwijl we ons richten op fixatie tijden (d.w.z. verblijfs tijden), kunnen saccades en scan patronen (d.w.z. Scan paden) ook worden afgeleid van de identieke onbewerkte gegevensset om te leren hoe baby's hun aandacht moduleren tussen verschillende stimuli^30,31. Ruimtelijke en temporele data-analyse benaderingen zijn zowel nuttig als talrijk, en pupillometry-gegevens kunnen ook worden geanalyseerd om meer inzicht te bieden in het oogverblinkend gedrag van baby's en conclusies te trekken over hoe ze hun wereld²waarnemen en organiseren^{, 32}.

Bij het ontwerpen van nieuwe eye-tracking studies, moet men zorgvuldig nadenken over de testomgeving en de individuele kenmerken van de deelnemers, omdat beide invloed hebben op gegevensverwerving en kwaliteit. Omgevings verlichtingsniveaus en zelfs subtiele veranderingen in de posities van de stimuli monitor of de oogtracker tijdens de opnamesessie kunnen de kalibratie en de traceerbaarheid beïnvloeden. Deelnemers factoren zoals leeftijd en etniciteit kunnen ook van invloed zijn op de gegevenskwaliteit. We moedigen laboratoria met oogtrackers aan om deze beperkingen te testen en te documenteren in hun laboratorium instellingen en met een divers aantal deelnemers op verschillende leeftijden, voorafgaand aan het uitvoeren van empirische studies. Om signaal drift te detecteren en te voorkomen, wat de accumulatie van meetfouten is tijdens het verzamelen van gegevens, raden we aan om vóór elke sessie de posities en hoeken van de oogtracker en stimulus monitor opnieuw te meten en, zoals eerder beschreven, met behulp van kalibratie controles vóór en na de sessie. Dit is vooral belangrijk als onderzoekers willen verzamelen precieze blik verschuiving/saccadic patronen en scanpaths. Een voordeel van het preferentieel uitziende paradigma is dat het tolerant is voor kleine kalibratie fouten vanwege de afhankelijkheid van meer bruto-hemifield verschillen.

De huidige studie toont de duidelijke waarde van Eye tracking-technologie en preferentiële uitziende paradigma's met zuigelingen. Dit paradigma is flexibel en kan worden uitgebreid om een breed scala aan onderzoeksvragen te dekken. De meest voorkomende toepassing is momenteel het bestuderen van de ontwikkeling van gezichts discriminatie^33,34,35, maar het zou kunnen worden toegepast om te studeren audiovisuele of visuele taal sensitiviteiten en bekwaamheden, sociale signalen, emotionele valentie, en zelfs begrijpend. Bovendien is het ideaal voor studies waarbij zuigelingen bij verschillende leeftijden (bijv. longitudinaal of dwarsdoorsnede) betrokken zijn, aangezien elke gegevensverzamelings sessie kort en eenvoudig is en het paradigma goed werkt voor zowel jongere als oudere zuigelingen.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eye Tracker	Tobii		Model X120
Experiment Presentation & Gaze Analysis Software	Tobii		Tobii Studio Pro
Experimenter Monitor	Dell		Dell Professional P2210 22" Wide Monitor
Stimulus Monitor	Dell		Generic 17" Monitor
CPU	Dell		Dell Precision T5500 Advanced with 2.13 Ghz Quad Core Intel Xeon Processor and 4 GB DDR3 Memory) with 250 GB SSD hard disk and standard video output cards.
Webcamera	Logitech		Logitech C150 HD Cam
Video Capture Card	Osprey		Osprey 230 Video Capture Card (to capture stimulus that is output to Stimulus Monitor)