Kombinera Datorspel-Based beteendevetenskap experiment med High-Density EEG och Infraröd Gaze spårning
Summary
Rutiner för inspelning med hög densitet EEG och blicken data under datorspel baserade på kognitiva uppgifter beskrivs. Använda ett videospel för att presentera kognitiva uppgifter förstärker ekologisk validitet utan att offra experimentell kontroll.
Abstract
Experimentella paradigm är värdefulla eftersom tidpunkten och andra parametrar av deras stimuli är väl specificerade och kontrolleras, och i den mån de ger data som är relevanta för den kognitiva bearbetning som sker under ekologiskt giltiga förhållanden. Dessa två mål är ofta oense, eftersom välkontrollerade stimuli ofta är alltför repetitiva för att upprätthålla ämnen motivation. Studier anställa elektroencefalografi (EEG) är ofta särskilt känsliga för detta dilemma mellan ekologisk validitet och experimentell kontroll: att uppnå tillräcklig signal-brus i fysiologisk genomsnitt kräver ett stort antal upprepade försök inom långa inspelningen, vilket begränsar ämnet poolen till individer med förmåga och tålamod för att utföra ett antal uppdrag och om igen. Denna begränsning begränsar allvarligt forskares möjlighet att undersöka yngre befolkning samt kliniska populationer i samband med ökad ångest eller uppmärksamhet avvikelser. Även vuxna, icke-kliniska ämnen kanske inte kan uppnå sina typiska nivåer av prestanda eller kognitiv engagemang: en omotiverad ämne för vilken en experimentell uppgift är lite mer än en knepig inte är densamma, beteendemässigt, kognitivt eller neuralt, som en ämne som i sig är motiverade och engagerade med uppgiften. En växande mängd litteratur visar att bädda experiment inom tv-spel kan ge en väg mellan hornen på detta dilemma mellan experimentell kontroll och ekologisk validitet. Berättelsen om ett spel ger en mer realistisk i vilket sammanhang uppgifterna förekommer, högre ekologisk validitet (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Dessutom ger detta sammanhang motivation att slutföra uppgifter. I vårt spel, ämnen utföra olika uppdrag för att samla resurser, parera pirater, avlyssna kommunikation eller underlätta de diplomatiska förbindelserna. Därvid utför de också en rad kognitiva uppgifter, inklusive en Posner uppmärksamhet skiftande paradigm (Posner, 1980), en go / no-go test av motorisk hämning, en psykofysisk rörelse samstämmighet tröskeln uppgift, Embedded Siffror Test (Witkin , 1950, 1954) och en teori-of-mind (Wimmer & Perner, 1983) uppgift. Spelet programvara registrerar automatiskt spelet stimuli och ämnen agerande och reaktioner i en loggfil och skickar händelsen koder för att synkronisera med fysiologiska data brännare. Således spelet kan kombineras med fysiologisk åtgärder som EEG eller fMRI, och med ögonblick till ögonblick spårning av blick. Blicka spårning kan verifiera ämnen efterlevnad beteendeterapi uppgifter (t.ex. fixering) och overt uppmärksamhet experimentella stimuli, och även fysiologisk upphetsning som återspeglas i elev dilatation (Bradley et al., 2008). Vid tillräckligt stor samplingsfrekvenser kan blick spårning hjälpa också bedöma hemlig uppmärksamhet som återspeglas i microsaccades – ögonrörelser som är för små för att foveate ett nytt objekt, men är lika snabb i debuten och har samma förhållande mellan vinkelavståndet och maximal hastighet som gör saccades att passera större avstånd. Fördelningen av riktningarna microsaccades korrelerar med (annars) hemliga riktning uppmärksamhet (Hafed & Clark, 2002).
Protocol
Discussion
Den kanske enskilt viktigaste hindret för integrativa studier är den praktiska gränsen för hur mycket tid som en enda försöksperson (särskilt ett från en klinisk population) rimligen kan förväntas utföra innan att bli trött. Tyvärr ofta mer kontrollerad en stimulans är från vetenskapsmannen synvinkel, desto mer repetitiva och tråkiga experimentet verkar från ämnet synvinkel. Beteendevetenskap forskning om neuropsykiatriska funktionshinder har under senare år betonat vikten av motivation, beteende-set,…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta projekt är finansierat av Autism Speaks Pilot Research Grant # 2597 och av amerikanska National Science Foundation fakulteten Early Career Development Award # BCS-0.846.892.
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).
