Jogo computador baseado combinando experimentos comportamentais com alta densidade de rastreamento Gaze EEG e Infravermelho
Summary
Procedimentos para gravação de alta densidade de dados EEG e olhar durante o jogo de computador baseado em tarefas cognitivas são descritos. Usando um videogame para apresentar tarefas cognitivas aumenta a validade ecológica sem sacrificar o controle experimental.
Abstract
Paradigmas experimentais são valiosos na medida em que o tempo e outros parâmetros de seus estímulos são bem especificado e controlado, e na medida em que o rendimento de dados relevantes para o processamento cognitivo que ocorre sob condições ecologicamente válido. Esses dois objetivos, muitas vezes estão em desacordo, uma vez que estímulos bem controlada, muitas vezes são muito repetitivas para manter a motivação dos sujeitos. Estudos empregando eletroencefalografia (EEG) são muitas vezes especialmente sensíveis a este dilema entre validade ecológica e controle experimental: alcançar suficiente sinal-ruído em médias demandas fisiológicas grande número de ensaios repetidos dentro de longas sessões de gravação, limitando a piscina sujeitos a indivíduos com a capacidade e paciência para executar uma tarefa definida uma e outra vez. Essa restrição limita severamente a capacidade dos pesquisadores para investigar as populações mais jovens, bem como populações clínicas associadas com a ansiedade elevada ou anormalidades de atenção. Mesmo adulto, sujeitos não-clínicos podem não ser capazes de alcançar seus níveis típicos de desempenho ou envolvimento cognitivo: um sujeito desmotivado para quem uma tarefa experimental é pouco mais do que uma tarefa não é o mesmo, comportamental, cognitiva ou neuralmente, como um sujeito que está intrinsecamente motivado e comprometido com a tarefa. Um crescente corpo de literatura demonstra que a incorporação de experiências nos jogos de vídeo pode fornecer um caminho entre as pontas desse dilema entre o controle experimental e validade ecológica. A narrativa de um jogo fornece um contexto mais realista em que as tarefas ocorrem, melhorando a sua validade ecológica (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Além disso, neste contexto fornece motivação para completar tarefas. No nosso jogo, os indivíduos executam várias missões para coletar recursos, afastar os piratas, comunicações interceptar ou facilitar as relações diplomáticas. Ao fazê-lo, eles também realizam uma série de tarefas cognitivas, incluindo um paradigma Posner atenção-shifting (Posner, 1980), um go / no-go teste de motor de inibição, uma tarefa psicofísica movimento limiar coerência, o Embedded Figures Test (Witkin , 1950, 1954) e uma teoria da mente (Wimmer & Perner, 1983) tarefa. O software do jogo registra automaticamente estímulos jogo e as ações dos indivíduos e as respostas em um arquivo de log, e envia códigos de eventos para sincronizar com gravadores de dados fisiológicos. Assim o jogo pode ser combinado com medidas fisiológicas, tais como EEG, ou fMRI, e com a cada momento de rastreamento do olhar. Rastreamento de olhar pode verificar o cumprimento dos indivíduos com tarefas comportamentais (fixação, por exemplo) e atenção explícita aos estímulos experimentais, e também excitação fisiológica que se reflectem no dilatação da pupila (Bradley et al., 2008). Na grande frequências de amostragem suficiente, rastreamento olhar também pode ajudar a avaliar a atenção secreta que se reflectem no microsaccades – movimentos oculares, que são pequenos demais para foveate um novo objeto, mas são tão rápidos no início e têm a mesma relação entre a distância angular e velocidade de pico como fazer sacadas que atravessam grandes distâncias. A distribuição das direções de microsaccades correlaciona-se com a direção (não) secreto de atenção (Hafed & Clark, 2002).
Protocol
Discussion
Talvez o obstáculo mais importante para os estudos de integração é o limite prático sobre a quantidade de tempo que um único sujeito experimental (especialmente um de uma população clínica) pode razoavelmente esperar para realizar antes de se tornar desgastado. Infelizmente, muitas vezes os mais controlada é um estímulo a partir do ponto do cientista de vista, a mais repetitiva e tediosa experimento pode parecer a partir do ponto do sujeito de vista. Pesquisas comportamentais em transtornos neuropsiquiátrico…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este projecto é financiado pela Autism Speaks Pilot Research Grant # 2597 e pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA Faculdade 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).
