Die Kombination Computer Game-Based Behavioural Experimente mit High-Density EEG-und Infrarot-Tracking-Gaze
Summary
Die Verfahren für die Speicherung von High-Density-EEG und den Blick Daten während der Computerspiel-basierte kognitive Aufgaben beschrieben sind. Mit einem Video-Spiel, um kognitive Aufgaben präsentieren verbessert ökologische Validität, ohne experimentelle Kontrolle.
Abstract
Experimentelle Paradigmen sind wertvolle, soweit das Timing und die anderen Parameter ihrer Reize gut spezifiziert und kontrolliert, und soweit sie Daten liefern, die für die kognitive Verarbeitung, die unter ökologisch validen Bedingungen auftritt. Diese beiden Ziele sind oft im Widerspruch, da gut kontrolliert Reize oft zu wiederholende zu Themen Motivation aufrechtzuerhalten sind. Studien beschäftigen Elektroenzephalographie (EEG) sind oft besonders empfindlich auf dieses Dilemma zwischen ökologischen Validität und experimentelle Kontrolle: Erreichen ausreichendes Signal-Rausch-in physiologischen Durchschnitte Anforderungen einer großen Anzahl von wiederholten Versuchen innerhalb längere Aufnahme-Sessions, die Begrenzung der Gegenstand Pool an Personen mit der Fähigkeit und Geduld, um eine festgelegte Aufgabe immer und immer wieder durchführen. Diese Einschränkung schränkt Forscher die Fähigkeit der jüngeren Bevölkerung sowie klinischen Populationen mit erhöhter Ängstlichkeit oder Aufmerksamkeits-Anomalien zu untersuchen. Auch erwachsene, nicht-klinischen Fächern möglicherweise nicht in der Lage, ihren typischen Leistungsniveau oder kognitive Engagement zu erreichen: eine unmotivierte unterliegen, für die eine experimentelle Aufgabe ist wenig mehr als eine lästige Pflicht ist nicht das Gleiche, verhaltensbedingte, kognitiv oder neural, als Subjekt, das intrinsisch motiviert ist und engagiert mit der Aufgabe. Eine wachsende Zahl von Literatur zeigt, dass die Einbettung Experimente in Videospielen einen Weg zwischen den Hörnern dieses Dilemmas zwischen experimenteller Kontrolle und ökologische Validität geben. Die Erzählung von einem Spiel bietet eine realistische Kontext, in dem Aufgaben auftreten, die Verbesserung ihrer ökologischen Validität (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Darüber hinaus bietet hierbei die Motivation, um Aufgaben auszuführen. In unserem Spiel durchzuführen Themen verschiedene Missionen zu Ressourcen zu sammeln, abzuwehren Piraten, Kommunikation abhören oder Erleichterung des diplomatischen Beziehungen. Dabei sie führen auch eine Reihe von kognitiven Aufgaben, einschließlich einer Posner Aufmerksamkeit-Shifting Paradigma (Posner, 1980), ein go / no-go-Test der motorischen Hemmung, eine psychophysische Bewegung Kohärenz Schwelle Aufgabe, die Embedded Figures Test (Witkin , 1950, 1954) und eine Theorie-of-mind (Wimmer & Perner, 1983) Aufgabe. Die Spiel-Software registriert automatisch Spiel Reizen und Themen "Aktionen und Reaktionen in einer Log-Datei und sendet Ereignis-Codes mit physiologischen Daten-Recorder zu synchronisieren. So kann das Spiel mit physiologischen Maßnahmen wie EEG oder fMRT und mit Moment-zu-Moment-Tracking der Blick kombiniert werden. Gaze-Tracking kann Untertanen Einhaltung Verhaltensstörungen Aufgaben (zB Fixierung) und offenkundig die Aufmerksamkeit auf experimentelle Reize zu überprüfen, und auch physiologische Erregung wie in Pupillenerweiterung (Bradley et al., 2008) wider. Bei groß genug, Sampling-Frequenzen, kann den Blick Tracking auch helfen, zu beurteilen verdeckte Aufmerksamkeit wie in Mikrosakkaden wider – Augenbewegungen, zu klein, um ein neues Objekt Fovea sind, aber wie schnell ein und haben die gleiche Beziehung zwischen Winkelabstand und Spitzengeschwindigkeit ebenso wie Sakkaden, dass größere Entfernungen zu durchlaufen. Die Verteilung der Richtungen der Mikrosakkaden korreliert mit der (sonst) verdeckte Ausrichtung der Aufmerksamkeit (Hafed & Clark, 2002).
Protocol
Discussion
Vielleicht das wichtigste Hindernis für integrative Studien ist die praktische Grenze für die Höhe der Zeit, dass eine einzelne Versuchsperson (vor allem eines aus einer klinischen Population) vernünftigerweise zu erwarten, bevor er ermüdet durchzuführen. Leider oft die kontrollierte Anregung von dem Wissenschaftler Sicht ist, desto mehr kann sich wiederholende und langwierige das Experiment aus dem Subjekt-Sicht zu sein scheinen. Verhaltensforschung auf neuropsychiatrische Erkrankungen in den letzten Jahren hat d…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dieses Projekt wird von Autism Speaks finanziert Pilot Research Grant # 2597 und durch die US National Science Foundation Fakultät Early Career Development Award # BCS-0846892.
Materials
| Material Name | Tipo | 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 |
Riferimenti
- 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).
