Skue i aktion: hovedmonteret Eye Tracking af børns dynamiske visuelle opmærksomhed under naturalistiske adfærd
Summary
Unge børn ikke passivt iagttage verden, men snarere aktivt udforske og engagere sig i deres miljø. Denne protokol giver vejledende principper og praktiske anbefalinger for brug af hoved-monteret øje bane optage spædbørn og småbørn dynamiske visuelle miljøer og visuel opmærksomhed i forbindelse med naturlig adfærd.
Abstract
Unge børns visuelle miljøer er dynamiske, ændre øjeblik for øjeblik som børn fysisk og visuelt udforske mellemrum og objekter og interagere med mennesker omkring dem. Hoved-monteret eyetracking tilbyder en unik mulighed for at fange børns dynamiske egocentrisk visninger og hvordan de vil fordele visuel opmærksomhed inden for disse synspunkter. Denne protokol indeholder vejledende principper og praktiske anbefalinger til forskere ved hjælp af hoved-monteret øje bane i både laboratorium og mere naturalistisk indstillinger. Hoved-monteret eyetracking supplerer andre eksperimentelle metoder ved forbedre muligheder for dataindsamling i mere økologisk gyldige sammenhænge gennem øget bærbarhed og frihed af hoved og krop bevægelser i forhold til skærm-baserede eyetracking. Denne protokol kan også integreres med andre teknologier, såsom bevægelsessporing og puls overvågning, for at give en high-density multimodale datasæt for behandlingen af naturlig adfærd, indlæring og udvikling end tidligere muligt. Dette dokument illustrerer typer af data, der genereres fra hoved-monteret eyetracking i en undersøgelse, der er designet til at undersøge visuel opmærksomhed i en naturlig kontekst for småbørn: fritflydende legetøj spil med en forælder. Vellykket anvendelse af denne protokol giver forskere til at indsamle data, der kan bruges til at besvare spørgsmål om visuel opmærksomhed, men også om en bred vifte af andre perceptuelle, kognitive og sociale færdigheder og deres udvikling.
Introduction
De sidste mange årtier har set stigende interesse i at studere udviklingen af spædbørn og buksetrold visuel opmærksomhed. Denne interesse har skyldtes i vid udstrækning brug af ser tidsmålinger, som en primær betyder at vurdere andre kognitive funktioner i vorden og har udviklet sig til studiet af spædbarn visuel opmærksomhed i sin egen ret. Moderne undersøgelser af spædbørn og buksetrold visuel opmærksomhed måle primært øjenbevægelser under skærm-baserede eye-tracking opgaver. Spædbørn sidde i en stol eller moderselskabets skød foran en skærm, mens deres øjenbevægelser overvåges under præsentationen af statiske billeder eller begivenheder. Sådanne opgaver, men ikke at fange den dynamiske karakter af naturlige visuel opmærksomhed og de midler, som genereres børns naturlige visuelle miljøer – aktive udforskning.
Spædbørn og småbørn er aktive skabninger, flytter deres hænder, hoveder, øjne og organer til at udforske objekter, mennesker og rum omkring dem.. Hver ny udvikling i kroppen morfologi, motoriske færdigheder og adfærd – kravle, gå, picking up objekter, engagerende med arbejdsmarkedets parter – er ledsaget af samtidige ændringer i de tidlige visuelle miljø. Fordi hvad spædbørn gør bestemmer, hvad de ser, og hvad de ser serverer for hvad de gør i visuelt guidede handling, er at studere den naturlige udvikling af visuel opmærksomhed bedst foretages i forbindelse med naturlig adfærd1.
Hoved-monteret øje bane (ETs) har opfundet og anvendt til voksne for årtier2,3. Først for nylig har teknologiske fremskridt hovedmonteret eye-tracking teknologi egnet til spædbørn og småbørn. Deltagerne er udstyret med to letvægts kameraer på hovedet, en scene kameraet vender udad, der fanger den første persons perspektiv af deltageren og en eye-kameraet vender indad, der fanger øjet billede. En kalibreringsmetode giver træningsdata til en algoritme, der knytter så præcist som muligt elev og cornea refleksion (CR) skiftende holdninger i øjet billedet til de tilsvarende pixel i scene billede, der var at være visuelt deltog. Målet med denne metode er at fange både de naturlige visuelle miljøer af spædbørn og småbørn aktiv visuel udforskning af disse miljøer som spædbørn flytte frit. Sådanne data kan hjælpe med at besvare spørgsmål om visuel opmærksomhed, men også om en bred vifte af perceptuelle, kognitive og sociale udvikling4,5,6,7,8. Brug af disse teknikker har omdannet forståelser af fælles opmærksomhed7,8,9, vedvarende opmærksomhed10, ændre visuelle oplevelser med alder og motoriske udvikling4 , 6 , 11, og rollen som visuelle oplevelser i ordet læring12. Den nuværende papir indeholder vejledende principper og praktiske anbefalinger til gennemfører hovedmonteret eye-tracking forsøg med spædbørn og småbørn og illustrerer typer af data, der kan genereres fra hoved-monteret eyetracking i en naturlig rammerne for småbørn: fritflydende legetøj spil med en forælder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol giver vejledende principper og praktiske anbefalinger til implementering af hoved-monteret eyetracking med spædbørn og småbørn. Denne protokol var baseret på studiet af naturlige buksetrold adfærd i forbindelse med forældre-barn fri leg med legetøj i et laboratorium indstilling. In-House eye-tracking udstyr og software blev brugt til kalibrering og kodning af data. Ikke desto mindre, denne protokol skal være generelt gælder for forskere ved hjælp af en række hovedmonteret eye-tracking systemer …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning er finansieret af National Institutes of Health tilskud R01HD074601 (C.Y.), T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.) og F32HD093280 (L.K.S.); National Science Foundation giver BCS1523982 (L.B.S., C.Y.); og ved Indiana University gennem den spirende område Research Initiative – læring: hjerne, maskiner, og børn (L.B.S.). Forfatterne vil gerne takke de barn og forældre frivillige der deltog i denne forskning og som indvilligede i at blive brugt i tallene og filme i denne protokol. Vi værdsætter også medlemmer af den beregningsmæssige kognition og læring laboratorium, især Sven Bambach, Anting Chen, Steven Elmlinger, Seth Foster, Grace Lisandrelli og Charlene Tay, for deres bistand udvikle og honing denne protokol.
References
- Tatler, B. W., Hayhoe, M. M., Land, M. F., Ballard, D. H. Eye guidance in natural vision: Reinterpreting salience. Journal of Vision. 11 (5), 1-23 (2011).
- Hayhoe, M. Vision using routines: A functional account of vision. Visual Cognition. 7 (1-3), 43-64 (2000).
- Land, M., Mennie, N., Rusted, J. The Roles of Vision and Eye Movements in the Control of Activities of Daily Living. Perception. 28 (11), 1311-1328 (1999).
- Franchak, J. M., Kretch, K. S., Adolph, K. E. See and be seen: Infant-caregiver social looking during locomotor free play. Developmental Science. 21 (4), 12626 (2018).
- Franchak, J. M., Kretch, K. S., Soska, K. C., Adolph, K. E. Head-mounted eye tracking: a new method to describe infant looking. Child Development. 82 (6), 1738-1750 (2011).
- Kretch, K. S., Adolph, K. E. The organization of exploratory behaviors in infant locomotor planning. Developmental Science. 20 (4), 12421 (2017).
- Yu, C., Smith, L. B. Hand-Eye Coordination Predicts Joint Attention. Child Development. 88 (6), 2060-2078 (2017).
- Yu, C., Smith, L. B. Joint Attention without Gaze Following: Human Infants and Their Parents Coordinate Visual Attention to Objects through Eye-Hand Coordination. PLoS One. 8 (11), 79659 (2013).
- Yu, C., Smith, L. B. Multiple Sensory-Motor Pathways Lead to Coordinated Visual Attention. Cognitive Science. 41, 5-31 (2016).
- Yu, C., Smith, L. B. The Social Origins of Sustained Attention in One-Year-Old Human Infants. Current Biology. 26 (9), 1-6 (2016).
- Kretch, K. S., Franchak, J. M., Adolph, K. E. Crawling and walking infants see the world differently. Child Development. 85 (4), 1503-1518 (2014).
- Yu, C., Suanda, S. H., Smith, L. B. Infant sustained attention but not joint attention to objects at 9 months predicts vocabulary at 12 and 15 months. Developmental Science. , (2018).
- Hennessey, C., Lawrence, P. Noncontact binocular eye-gaze tracking for point-of-gaze estimation in three dimensions. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 56 (3), 790-799 (2009).
- Elmadjian, C., Shukla, P., Tula, A. D., Morimoto, C. H. 3D gaze estimation in the scene volume with a head-mounted eye tracker. Proceedings of the Workshop on Communication by Gaze Interaction. , 3 (2018).
- Castellanos, I., Pisoni, D. B., Yu, C., Chen, C., Houston, D. M., Knoors, H., Marschark, M. Embodied cognition in prelingually deaf children with cochlear implants: Preliminary findings. Educating Deaf Learners: New Perspectives. , (2018).
- Kennedy, D. P., Lisandrelli, G., Shaffer, R., Pedapati, E., Erickson, C. A., Yu, C. Face Looking, Eye Contact, and Joint Attention during Naturalistic Toy Play: A Dual Head-Mounted Eye Tracking Study in Young Children with ASD. Poster at the International Society for Autism Research Annual Meeting. , (2018).
- Yurkovic, J. R., Lisandrelli, G., Shaffer, R., Pedapati, E., Erickson, C. A., Yu, C., Kennedy, D. P. Using Dual Head-Mounted Eye Tracking to Index Social Responsiveness in Naturalistic Parent-Child Interaction. Talk at the International Congress for Infant Studies Biennial Congress. , (2018).
- Holmqvist, K., Nyström, M., Andersson, R., Dewhurst, R., Jarodzka, H., Van de Weijer, J. . Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures. , (2011).
- Saez de Urabain, I. R., Johnson, M. H., Smith, T. J. GraFIX: a semiautomatic approach for parsing low- and high-quality eye-tracking data. Behavior Research Methods. 47 (1), 53-72 (2015).
- Franchak, J. M., Hopkins, B., Geangu, E., Linkenauger, S. Using head-mounted eye tracking to study development. The Cambridge Encyclopedia of Child Development 2nd ed. , 113-116 (2017).
- Yonas, A., Arterberry, M. E., Granrud, C. E. Four-month-old infants’ sensitivity to binocular and kinetic information for three-dimensional-object shape. Child Development. 58 (4), 910-917 (1987).
- Smith, T. J., Saez de Urabain, I. R., Hopkins, B., Geangu, E., Linkenauger, S. Eye tracking. The Cambridge Encyclopedia of Child Development. , 97-101 (2017).
