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-gedrag1,2,3. 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 overdracht5,6. 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 talen7,8,9,10,11, 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 vóór14,15. 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 aan16 ,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 contrasten17,18, 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 zuigelingenvoeding16,20. 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 deelnemer1,21. 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 gepubliceerd1,21,22,23,24,25, 26,27.
Protocol
Representative Results
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 o…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gegevensverzameling voor de studie werd uitgevoerd in de UCSD Mind, Experience, en Perception Lab (UCSD MEP Lab) aan de Universiteit van Californië, San Diego. De financiering werd verzorgd door NIH R01EY024623 (Bosworth & Dobkins) en NSF SBE-1041725 (Petitto & allen; subaward naar Bosworth). We zijn dankbaar voor het MEPLab student Research team, en voor de zuigelingen en gezinnen in San Diego, Californië, die aan deze studie hebben deelgenomen.
Materials
| 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) |
References
- Aslin, R. N., McMurray, B. Automated corneal-reflection eye tracking in infancy: Methodological developments and applications to cognition. Infancy. 6 (2), 155-163 (2004).
- Gredebäck, G., Eriksson, M., Schmitow, C., Laeng, B., Stenberg, G. Individual differences in face processing: Infants’ scanning patterns and pupil dilations are influenced by the distribution of parental leave. Infancy. 17 (1), 79-101 (2012).
- Gredebäck, G., von Hofsten, C. Infants’ evolving representations of object motion during occlusion: A longitudinal study of 6-to 12-month-old infants. Infancy. 6 (2), 165-184 (2004).
- Byers-Heinlein, K., Werker, J. F. Monolingual, bilingual, trilingual: infants’ language experience influences the development of a word-learning heuristic. Developmental Science. 12 (5), 815-823 (2009).
- Jusczyk, P. W., Bertoncini, J. Viewing the development of speech perception as an innately guided learning process. Language and Speech. 31 (3), 217-238 (1988).
- Krentz, U. C., Corina, D. P. Preference for language in early infancy: the human language bias is not speech specific. Developmental Science. 11 (1), 1-9 (2008).
- Stone, A., Petitto, L. A., Bosworth, R. Visual sonority modulates infants’ attraction to sign language. Language Learning and Development. 14 (2), 130-148 (2017).
- Brentari, D. . A Prosodic Model of Sign Language Phonology. , (1998).
- Jantunen, T., Takkinen, R., Brentari, D. Syllable structure in sign language phonology. Sign Languages. , 312-331 (2010).
- MacNeilage, P. F., Krones, R., Hanson, R. Closed-loop control of the initiation of jaw movement for speech. The Journal of the Acoustical Society of America. 47 (1), 104 (1970).
- Ohala, J. J. The phonetics and phonology of aspects of assimilation. Papers in Laboratory Phonology. 1, 258-275 (1990).
- Perlmutter, D. M. Sonority and syllable structure in American Sign Language. Linguistic Inquiry. 23 (3), 407-442 (1992).
- Sandler, W. A sonority cycle in American Sign Language. Phonology. 10 (02), 243-279 (1993).
- Berent, I. . The Phonological Mind. , (2013).
- Gómez, D. M., Berent, I., Benavides-Varela, S., Bion, R. A., Cattarossi, L., Nespor, M., Mehler, J. Language universals at birth. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (16), 5837-5841 (2014).
- Baker, S. A., Golinkoff, R. M., Petitto, L. A. New insights into old puzzles from infants’ categorical discrimination of soundless phonetic units. Language Learning and Development. 2 (3), 147-162 (2006).
- Werker, J. F., Tees, R. C. Cross-language speech perception: Evidence for perceptual reorganization during the first year of life. Infant Behavior and Development. 7 (1), 49-63 (1984).
- Kuhl, P. K., Stevens, E., Hayashi, A., Deguchi, T., Kiritani, S., Iverson, P. Infants show a facilitation effect for native language phonetic perception between 6 and 12 months. Developmental Science. 9 (2), 13-21 (2006).
- Petitto, L. A., Berens, M. S., Kovelman, I., Dubins, M. H., Jasinska, K., Shalinsky, M. The “perceptual wedge hypothesis” as the basis for bilingual babies’ phonetic processing advantage: New insights from fNIRS brain imaging. Brain and Language. 121 (2), 130-143 (2012).
- Colombo, J., Mitchell, D. W. Infant visual habituation. Neurobiology of Learning and Memory. 92 (2), 225-234 (2009).
- Gredebäck, G., Johnson, S., von Hofsten, C. Eye tracking in infancy research. Developmental Neuropsychology. 35 (1), 1-19 (2010).
- Duchowski, A. T. . Eye tracking Methodology: Theory and practice. , (2007).
- Feng, G. Eye tracking: A brief guide for developmental researchers. Journal of Cognition and Development. 12, 1-11 (2011).
- Holmqvist, K., Nyström, M., Mulvey, F. Eye tracker data quality: what it is and how to measure it. Proceedings of the symposium on eye tracking research and applications. , 45-52 (2012).
- Morgante, J. D., Zolfaghari, R., Johnson, S. P. A critical test of temporal and spatial accuracy of the Tobii T60XL eye tracker. Infancy. 17 (1), 9-32 (2012).
- Oakes, L. M. Advances in eye tracking in infancy research. Infancy. 17 (1), 1-8 (2012).
- Wass, S. V., Smith, T. J., Johnson, M. H. Parsing eye-tracking data of variable quality to provide accurate fixation duration estimates in infants and adults. Behavior Research Methods. 45 (1), 229-250 (2013).
- Hall, W. What you don’t know can hurt you: The risk of language deprivation by impairing sign language development in deaf children. Maternal and Child Health Journal. 21 (5), 961-965 (2017).
- Petitto, L. A., Langdon, C., Stone, A., Andriola, D., Kartheiser, G., Cochran, C. Visual sign phonology: Insights into human reading and language from a natural soundless phonology. WIREs Cognitive Science. 7 (6), 366-381 (2016).
- Johnson, M. H., Posner, M. I., Rothbart, M. K. Facilitation of saccades toward a covertly attended location in early infancy. Psychological Science. 5 (2), 90-93 (1994).
- Norton, D., Stark, L. Scanpaths in eye movements during pattern perception. Science. 171 (3968), 308-311 (1971).
- Sirois, S., Jackson, I. R. Pupil dilation and object permanence in infants. Infancy. 17 (1), 61-78 (2012).
- Quinn, P. C., Uttley, L., Lee, K., Gibson, A., Smith, M., Slater, A. M., Pascalis, O. Infant preference for female faces occurs for same-but not other-race faces. Journal of Neuropsychology. 2 (1), 15-26 (2008).
- Rhodes, G., Geddes, K., Jeffery, L., Dziurawiec, S., Clark, A. Are average and symmetric faces attractive to infants? Discrimination and looking preferences. Perception. 31 (3), 315-321 (2002).
- Watanabe, K., Matsuda, T., Nishioka, T., Namatame, M. Eye gaze during observation of static faces in deaf people. PloS One. 6 (2), 16919 (2011).
