De combinatie van Computer Game-Based Behavioural experimenten met High-Density EEG en infrarood Gaze Tracking
Summary
Procedures voor het opnemen van high-density EEG en de blik gegevens tijdens computer game-based cognitieve taken zijn omschreven. Met behulp van een video-spel om cognitieve taken presenteren verbetert de ecologische validiteit zonder in te boeten experimentele controle.
Abstract
Experimentele paradigma's zijn waardevol voor zover de timing en andere parameters van hun stimuli zijn goed aangegeven en gecontroleerd, en voor zover zij opleveren gegevens relevant zijn voor de cognitieve verwerking die optreedt onder ecologisch valide omstandigheden. Deze twee doelen vaak op gespannen voet staan, want goed gecontroleerde stimuli vaak te repetitief om onderwerpen motivatie te ondersteunen. Onderzoeken waarin elektro-encefalografie (EEG) zijn vaak bijzonder gevoelig voor dit dilemma tussen ecologische validiteit en experimentele controle: het bereiken van voldoende signaal-ruis in fysiologische gemiddelden eisen van grote aantallen herhaalde proeven in lange opnamesessies, het beperken van het onderwerp zwembad aan personen met de mogelijkheid en geduld om een set taak over en weer uit te voeren. Deze beperking een ernstige beperking onderzoekers het vermogen aan jongere bevolking, alsmede van klinische populaties geassocieerd met een verhoogde angst of aandachtsprocessen afwijkingen te onderzoeken. Zelfs volwassen, niet-klinische vakken kunnen niet in staat zijn om hun typische prestaties of cognitieve betrokkenheid te bereiken: een ongemotiveerde onderwerp voor wie een experimentele taak is weinig meer dan een karwei is niet hetzelfde, gedragsmatig, cognitief, of neuraal, als een onderwerp die intrinsiek gemotiveerd is en bezig met de taak. Een groeiende hoeveelheid literatuur toont aan dat het inbedden experimenten in videogames kan een manier te bieden tussen de hoorns van dit dilemma tussen experimentele controle en ecologische validiteit. Het verhaal van het spel zorgt voor een meer realistische context waarin taken zich voordoen, het vergroten van hun ecologische validiteit (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Bovendien is deze context geeft motivatie om taken te voltooien. In ons spel, onderwerpen uit te voeren verschillende missies om de middelen te verzamelen, af te weren piraten, te onderscheppen communicatie of het vergemakkelijken van diplomatieke relaties. Daarbij, ze voeren ook een scala aan cognitieve taken, waaronder een Posner aandacht verschuift paradigma (Posner, 1980), een go / no-go-test van de motor inhibitie, een psychofysische beweging samenhang drempel taak, het Embedded Figures Test (Witkin , 1950, 1954) en een theorie-of-mind (Wimmer & Perner, 1983) taak. Het spel software registreert automatisch spel stimuli en onderwerpen de acties en reacties in een logbestand, en stuurt event codes om te synchroniseren met fysiologische data recorders. Dus het spel kan worden gecombineerd met fysiologische maatregelen zoals EEG of fMRI, en met van moment tot moment dat het volgen van de blik. Gaze tracking kan controleren proefpersonen naleving van gedrags-taken (bijvoorbeeld fixatie) en openlijke aandacht voor experimentele stimuli, en ook fysiologische arousal zoals weergegeven in pupilverwijding (Bradley et al.., 2008). Op groot genoeg sampling frequenties, kan staren tracking ook helpen beoordelen geheime aandacht, zoals weerspiegeld in microsaccades – oogbewegingen die te klein zijn om een nieuw object foveate, maar worden zo snel in het beginstadium en hebben dezelfde relatie tussen de hoekafstand en de hoogste snelheid net als saccades die grotere afstanden doorkruisen. De verdeling van aanwijzingen van microsaccades correleert met het (anders) heimelijke de richting van de aandacht (Hafed & Clark, 2002).
Protocol
Discussion
Misschien wel de belangrijkste hinderpaal voor integratieve studies is de praktische limiet op de hoeveelheid tijd die een proefpersoon (in het bijzonder een uit een klinische populatie) redelijkerwijs kan worden verwacht uit te voeren voordat ze vermoeid. Helaas, vaak de meer gecontroleerd een stimulans is vanuit het standpunt van de wetenschapper gezien, kunnen de meer repetitieve en vervelend het experiment lijkt vanuit het standpunt van het onderwerp interessant is. Behavioural onderzoek naar neuropsychiatrische aan…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit project wordt gefinancierd door Autism Speaks Pilot Research Grant # 2597 en door de US National Science Foundation Faculteit Early Career Development Award # BCS-0846892.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| 128-channel BioSemi ActiveTwo measurement system | BioSemi | http://www.biosemi.com | ||
| 32 channel A-set + CMS/DRL | BioSemi | P32-ABC-ACMS | ||
| 32 channel B-set | BioSemi | P32-ABC-B | ||
| 32 channel C-set | BioSemi | P32-ABC-C | ||
| 32 channel D-set | BioSemi | P32-ABC-D | ||
| EX1-EX8 electrodes | BioSemi | 8 x TP PIN | ||
| 128-channel cap | BioSemi | CAP M 128 | ||
| EyeLink 1000 infrared gaze tracker | SR Research | |||
| EyeLink 1000 Remote Camera Upgrade | SR Research | n/a | Allows for target sticker tracking | |
| SignaGel electrode gel | Parker Labs | n/a | ||
| 0.05% KCl electrolytic (NaCl) gel | n/a | n/a | Purchased from compounding pharmacy | |
| Intensity Pro | Blackmagic Design |
References
- Bell, A. J., Sejnowski, T. J. An information maximisation approach to blind separation and blind deconvolution. Neural Computation. 7, 1129-1159 (1995).
- Belmonte, M. K. Shifts of visual spatial attention modulate a steady-state visual evoked potential. Cognitive Brain Research. 6, 295-307 (1998).
- Belmonte, M. K. Abnormal attention in autism shown by steady-state visual evoked potentials. Autism. 4, 269-285 (2000).
- Benton, A. L., Sivan, A. B., Hamsher, K., Varney, N. R., Spreen, O. . Contributions to Neuropsychological Assessment. , (1994).
- Berka, C., Levendowski, D. J., Cvetinovic, M. M., Petrovic, M. M., Davis, G., Lumicao, M. N., Zivkovic, V. T. Real-time analyses of EEG indexes of alertness, cognition and memory acquired with a wireless EEG headset. International Journal of Human-Computer Interaction. 17, 151-170 (2004).
- Bradley, M. M., Miccoli, L., Escrig, M. A., Lang, P. J. The pupil as a measure of emotional arousal and autonomic activation. Psychophysiology. 45, 602-607 (2008).
- Brookings, J. B., Wilson, G. F., Swain, C. R. Psychophysiological responses to changes in work-load during simulated air traffic control. Biological Psychology. 42, 361-377 (1996).
- Castel, A. D., Pratt, J., Drummond, E. The effects of action video game experience on the time course of inhibition of return and the efficiency of visual search. Acta Psychologica. 119, 217-230 (2005).
- Chaytor, N., Schmitter-Edgecombe, M. The ecological validity of neuropsychological tests: a review of the literature on everyday cognitive skills. Neuropsychology Review. 13, 181-197 (2003).
- Dalton, K. M., Nacewicz, B. M., Johnstone, T., Schaefer, H. S., Gernsbacher, M. A., Goldsmith, H. H., Alexander, A. L., Davidson, R. J. Gaze fixation and the neural circuitry of face processing in autism. Nature Neuroscience. 8, 519-526 (2005).
- Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics. Journal of Neuroscience Methods. 134, 9-21 (2004).
- Ebisawa, Y. Improved video-based eye-gaze detection method. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 47, 948-955 (1998).
- Feng, J., Spence, I., Pratt, J. Playing an action video game reduces gender differences in spatial cognition. Psychological Science. 18, 850-855 (2007).
- Ferree, T. C., Luu, P., Russell, G. S., Tucker, D. M. Scalp electrode impedance, infection risk, and EEG data quality. Clinical Neurophysiology. 112, 536-544 (2001).
- Golan, O., Baron-Cohen, S. Systemizing empathy: teaching adults with Asperger syndrome or high-functioning autism to recognize complex emotions using interactive media. Development and Psychopathology. 18, 591-617 (2006).
- Graner Ray, S., S, Gender inclusive game design: Expanding the market. , (2004).
- Green, C. S., Bavelier, D. Action video game modifies visual selective attention. Nature. 423, 534-537 (2003).
- Green, C. S., Bavelier, D. Enumeration versus multiple object tracking: the case of action video game players. Cognition. 101, 217-245 .
- Green, C. S., Bavelier, D. Effect of action video games on the spatial distribution of visuospatial attention. Journal of Experimental Psychology Human Perception and Performance. 32, 1465-1478 (2006).
- Green, C. S., Bavelier, D. Action-video-game experience alters the spatial resolution of vision. Psychological Science. 18, 88-94 (2007).
- Hafed, Z. M., Clark, J. J. Microsaccades as an overt measure of covert attention shifts. Vision Research. 42, 2533-2545 (2002).
- Lieberman, H. R., Pentland, A. P. Microcomputer-based estimation of psychophysical thresholds: the best PEST. Behavior Research Methods and Instrumentation. 14, 21-25 (1982).
- Luck, S. J. . An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , (2005).
- Lykken, D. T., Venables, P. H. Direct measurement of skin conductance: a proposal for standardization. Psychophysiology. 8, 656-672 (1971).
- Makeig, S., Delorme, A., Westerfield, M., Jung, T., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, T. J. Electroencephalographic brain dynamics following manually responded visual targets. PLoS Biology. 2, e176-e176 (2004).
- Makeig, S., Jung, T., Bell, A. J., Ghahremani, D., Sejnowski, T. J. Blind separation of auditory event-related brain responses into independent components. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94, 10979-10984 (1997).
- Makeig, S., Westerfield, M., Jung, T. P., Enghoff, S., Townsend, J., Courchesne, E., Sejnowski, T. J. Dynamic brain sources of visual evoked responses. Science. 295, 690-694 (2002).
- Morgan, S. T., Hansen, J. C., Hillyard, S. A. Selective attention to stimulus location modulates the steady-state visual evoked potential. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93, 4770-4774 (1996).
- Pentland, A. P. Maximum likelihood estimation: the best PEST. Perception and Psychophysics. 28, 377-379 (1980).
- Plaisted, K., Swettenham, J., Rees, L. Children with autism show local precedence in a divided attention task and global precedence in a selective attention task. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 40, 733-742 (1999).
- Posner, M. I. Orienting of attention. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 32, 3-25 (1980).
- Smith, M. E., McEvoy, L. K., Gevins, A. Neurophysiological indices of strategy development and skill acquisition. Cognitive Brain Research. 7, 389-404 (1999).
- St John, M., Kobus, D. A., Morrison, J. G. A multi-tasking environment for manipulating and measuring neural correlates of cognitive workload. , (2002).
- St John, M., Kobus, D. A., Morrison, J. G., Schmorrow, D. Overview of the DARPA augmented cognition technical integration experiment. International Journal of Human-Computer Interac-tion. 17, 131-149 (2004).
- Thorell, L. B., Lindqvist, S., Nutley, S. B., Bohlin, G., Klingberg, T. Training and transfer effects of executive functions in preschool children. Developmental Science. 12, 106-113 (2009).
- Valla, J. M., Ganzel, B. L., Yoder, K. J., Chen, G. M., Lyman, L. T., Sidari, A. P., Keller, A. E., Maendel, J. W., Perlman, J. E., Wong, S. K. L., Belmonte, M. K. More than maths and mindread-ing: sex differences in empathising/systemising covariance. Autism Research. , (2010).
- Witkin, H. A. Individual differences in ease of perception of embedded figures. Journal of Personality. 19, 1-15 (1950).
- Witkin, H. A., Lewis, H. B., Hertzman, M., Machover, K., Meissner, P. B., Wapner, S. . Personality through Perception. , (1954).
- Wimmer, H., Perner, J. Beliefs about beliefs: Representation and constraining function of wrong beliefs in young children’s understanding of deception. Cognition. 13, 103-128 (1983).
- von Ahn, L. Games with a purpose. Computer. 39, 92-94 (2006).
