A method is described to quantify the quality of visual information processing based on reflexive eye movements in response to specific visual modalities. Reaction times and fixation output parameters are used to characterize visual performance in children with and without visual impairments from 6 months of age.
Visual problems that occur early in life can have major impact on a child’s development. Without verbal communication and only based on observational methods, it is difficult to make a quantitative assessment of a child’s visual problems. This limits accurate diagnostics in children under the age of 4 years and in children with intellectual disabilities. Here we describe a quantitative method that overcomes these problems. The method uses a remote eye tracker and a four choice preferential looking paradigm to measure eye movement responses to different visual stimuli. The child sits without head support in front of a monitor with integrated infrared cameras. In one of four monitor quadrants a visual stimulus is presented. Each stimulus has a specific visual modality with respect to the background, e.g., form, motion, contrast or color. From the reflexive eye movement responses to these specific visual modalities, output parameters such as reaction times, fixation accuracy and fixation duration are calculated to quantify a child’s viewing behavior. With this approach, the quality of visual information processing can be assessed without the use of communication. By comparing results with reference values obtained in typically developing children from 0-12 years, the method provides a characterization of visual information processing in visually impaired children. The quantitative information provided by this method can be advantageous for the field of clinical visual assessment and rehabilitation in multiple ways. The parameter values provide a good basis to: (i) characterize early visual capacities and consequently to enable early interventions; (ii) compare risk groups and follow visual development over time; and (iii), construct an individual visual profile for each child.
在儿童脑损伤有关的视觉问题的患病率增加了。因为视力问题可能对孩子的发展影响很大,及早发现婴幼儿和儿童的风险是非常重要的。目前,视功能测试,以评估视觉感官功能,如视力,对比敏感度(如视标测试)的儿童都适用,从1 – 2年的1岁。在年幼的儿童这些试验是基于孩子的收视行为的视觉信息的结构的观察。这样的行为, 即的解释,通过观察一个孩子的眼球运动,可以通过动眼神经或儿童的注意力机能障碍,或者甚至通过查看观察者的行为受到阻碍。 Cerebrally介导的视觉功能,如视觉空间记忆和识别物体进行评估与视觉感知测试( 例如,DTVP 2)。这些测试需要口头插件tructions和通信,并可以从4-5岁使用。鉴于视觉系统的出生后发育的,并利用高级别在生命早期可塑性的,理想的是尽早确立在视觉信息处理障碍的存在和程度。这样一来,用(脑)视觉障碍的孩子可能从最大早期干预,视觉上的刺激,或支持性策略中受益。因此,有必要为视觉信息的处理的评估方法,该方法可以在不儿童口头通信中使用,并且是基于定量结果。
眼球运动是一个很好的模型来研究视觉引导定向行为,以刺激3,4,以及相关的感知和认知功能5。眼球运动表明视觉注意场景中的焦点,并已知会导致无论是从下往上(反身,突显驱动)还是从顶向下(我ntentional,认知)处理6。眼睛运动被用于引导凹, 即 ,视觉的清晰度,向新的对象。感兴趣的对象的视觉内容经由从经由外侧膝状体到初级视觉皮层(V1)视网膜运行途径加工,并且分发自身在脑的处理区域( 例如,涉及在注意力,空间定向,识别,存储器,和情绪)。眼球运动都是对的先决条件,而续集视觉信息处理。
在用红外眼跟踪眼球运动的测定发展给予的可能性,以获得动眼神经和视觉功能的定量参数。自动眼跟踪器在涉及健康和临床人群的医疗和心理研究当今无所不在。他们的目的是不仅要研究眼球运动功能,注意力分配7,而且回答问题ABOUT行为和心理机制8,9。随着访问和商业眼球跟踪系统的崛起,他们越来越多地用于测试婴儿和儿童的10-12弱势群体,没有约束的条件下,复杂的指令,或积极合作12,13。由于对眼和脑水平动眼神经和视觉系统的紧密耦合,眼基于跟踪的方法是预先突出适合于评估视觉能力。到目前为止,除了视力14的测量,在评估儿童视觉功能的使用的技术的已接收相对很少关注。
本集团已结合了优先注视范式13眼动测量。优先注视超过同质那些15注视图案表面的偏好。这一原则是由四种情况之一的象限,其中使用差异比较视觉刺激与目标应用领域呃从在一个特定的视觉特征方面的背景下, 例如相干形式,相干运动,对比度和颜色。这些视觉特征是已知的由单独的外周和中枢视觉通路进行处理。例如约形式信息由腹侧途径进行处理,从V1到颞叶皮层。关于运动的信息由背途径处理,从V1到后顶叶16。因此,具体的刺激被用于在视觉系统的不同的区域来触发视觉信息的处理。如果孩子是能够看到被呈现的特定的可视信息,该信息将吸引视觉注意的眼球运动的形式。对视觉刺激这些反射性眼球运动反应记录与远程红外眼动仪。这样一来,眼球运动的措施提供的视觉信息处理13各方面的质量的一个自由通信的评估。
眼球运动提供儿童的收视行为11不仅观测数据,但也可用于更客观结果的措施。在精心设计的测试模式相结合,眼球运动可以提供视觉信息处理的精确和客观的信息。这个信息是通过计算基于对眼球运动的反应时间和空间特性的量化参数而获得。这些参数的例子是反应时间13,固定时间17,扫视指标7或累积注意分配18。这些参数的可用性是一个新的儿童视觉评估领域在青少年发育阶段。
本文的目的是提出测量从6个月的年龄中的儿童的视觉信息处理的眼基于跟踪方法。测量设置和程序( 即非语言范式,校准后,和mobilitY)特别适用于处于危险中的儿童在使用此方法。一个重要方面是定量的视觉反应参数, 即反应时间,注视时间和固定的精度进行分析。这些参数用于提供视觉引导反应参照区的正常发育儿童,在视障儿童的高危人群表征视觉信息处理。
所提出的测量设置定量眼动分析相结合提供了与动眼神经和视觉障碍的各种儿童群体视觉处理功能有显着特征。这种模式的主要特点是性能是基于眼球运动反应到在反身的方式引发的视觉刺激。没有具体的口头指示中给出并且没有必要为儿童口头响应。参数RTF,GFA和FD显示,典型的发展中和视障儿童群体之间的差异显著尽管存在各组参数值( 图4 – 6)的有限传播。因此,根据所评估的参数,一些正常发育儿童可以显示不正常的表现,而有些孩子有视力障碍的表现“正常”的表现。最终,响应于多个可视的多个结果的措施模式应当在个人层面来考虑。所有成果的措施汇总提供的视觉信息处理能力,它可以在视觉形象从6月龄转换儿童独特的特征。
一些研究儿童的脆弱人群中所示的远程眼动追踪的价值,来推断注意力或心理能力9,12,18。而大多数研究依靠行为观察和使用说明,目前的模式的显着特点就是非语言的,定量的方法。因此在协议中的关键步骤包括基于优先注视,移动式量测的建立的刺激,以及自定义的校准和分析软件。的基于观察的结果所提出的延长精心分析的方法提供了视觉处理功能规范,详细的结果。这与工作线路上的评估婴幼儿视力与眼球跟踪14,并在凝视防治工作中的各种疾病7。该方法是灵活的,使移动评估执行幼儿或多个残疾儿童临床评估时,这是必不可少的。因此,它适合于测量在几乎是能够观看显示器的所有子动眼神经和可视处理能力。
这种方法相对于现有的Visual诊断方法( 即有效期)的重要性已经被研究作为走向临床实施的第一步。本范式与儿童目前使用的视觉功能评估(VFA)相结合。是基于眼球运动记录的动眼神经和视觉功能的观察结果与这些功能中的标准行为观察媲美。此外,眼动追踪参数, 例如 ,注视时间和扫视方向,提供广告在VFA期间检定动眼神经与儿童的视觉表现ditional值(Kooiker MJG 等人 ,2015年,提交)。该方法的主要收益在于评估更多的视觉功能比视觉功能评估在年轻的时候正在做的,并评估他们在一个定量的方式26的可能性。相对于现有方法的局限性在于,没有修改,所以无法全面评估视力或视野与本试验电池14。
虽然我们自己的限制,从动画片的刺激结果的呈现,在未来的应用不同的视觉模式可以使用其他的刺激( 如不同的形式,运动,色彩和对比度信息)22,20,25进行测试。这样一来,除了初级视觉通路特定可视处理区域被定位的,例如在时间或顶叶皮质视觉关联的区域。该方法的一个限制是本视觉刺激仅仅触发视觉输入的检测,并调用可视处理的初始阶段。这些刺激不针对高阶函数,成为刺激检测之后相关和通常与视觉感知测试测量。虽然他们没有使用通信的执行是具有挑战性的,一个基于眼球追踪模式是用于检测的感知相关信息的前途格式, 如可视化搜索,-Memory或选择性关注。
总之,详细的眼球运动反应,各类视觉刺激提供视觉信息加工功能的综合表征,在开发早期。因此,对于每个孩子的完整和功能损伤方面的个人视觉形象可以被创建。这样的配置文件可以提供关于在动眼神经和视觉的长处和弱点的详细信息功能。它可以作为一个起点,在日常生活中的支持,并为教师和照顾者的教育。这已成为可用这种方法的定量信息可以是以下可视随着时间的发展,以及监测视觉干预和康复方案有利。
The authors have nothing to disclose.
The authors thank daycare centers (Wasko, Alblasserwaard) for their support in recruiting the control group, and Mark Vonk for his help in data collection in the control group. The authors also thank the children from the control group and the children who are clients from Royal Dutch Visio for participation in the study. The authors are grateful to the children and their parents for participation in the video.
The development of the method was supported by a grant from the Novum Foundation: a non-profit organization providing financial support to (research) projects that improve the quality of life of individuals with a visual impairment (www.stichtingnovum.org). Financial support for the current study was provided by ‘ZonMw Inzicht’ (Netherlands Organization for Health Research and Development-Insight Society), grant number: 60-00635-98-10.
Tobii T60 XL | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/ | remote infrared eye tracker |
Tobii Studio | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ | eye tracker software |
MATLAB | MathWorks Inc | http://nl.mathworks.com/products/matlab/ | data analysis software |