Contemplar en acción: montado en la cabeza Eye Tracking dinámico atención Visual de los niños durante la conducta naturalista
Summary
Los niños pequeños no pasivamente observar el mundo, pero algo activamente explorar y relacionarse con su entorno. Este protocolo proporciona principios y recomendaciones prácticas para el uso de trackers ojo montado en la cabeza para bebés y niños pequeños entornos visuales dinámicos y atención visual en el contexto del comportamiento natural.
Abstract
Entornos visuales de los niños son dinámicos, cambiando momento a momento como niños físicamente y visualmente descubrir espacios y objetos e interactúan con personas a su alrededor. Montado en la cabeza ojo seguimiento ofrece una oportunidad única para capturar dinámicas vistas egocéntricos de los niños y cómo ellos asignan atención visual en las vistas. Este protocolo proporciona principios y recomendaciones prácticas para los investigadores utilizando trackers montado en la cabeza ojo en laboratorio y ajustes más naturalistas. Montado en la cabeza ojo seguimiento complementa otros métodos experimentales por aumentar las oportunidades para la recolección de datos en contextos más ecológicamente válidos a través de mayor portabilidad y libertad de movimientos de cabeza y el cuerpo en comparación con el ojo basado en seguimiento. Este protocolo también puede integrarse con otras tecnologías, como seguimiento del movimiento y control, para proporcionar un conjunto de datos multimodal alta densidad para examinar el comportamiento natural, el aprendizaje y desarrollo que previamente posible del ritmo cardiaco. Este artículo ilustra los tipos de datos generados desde el ojo montado en la cabeza en un estudio diseñado para investigar la atención visual en un contexto natural para los niños: libre juego de juguete con sus padres. Uso acertado de este protocolo permitirá a los investigadores recolectar datos que pueden utilizarse para responder a preguntas no sólo acerca de atención visual, pero también sobre una amplia gama de otras habilidades perceptivas, cognitivas y sociales y su desarrollo.
Introduction
Las últimas décadas han visto el creciente interés en estudiar el desarrollo de la atención visual de bebés y niños pequeños. Este interés se ha debido en gran parte por el uso de mirar las mediciones del tiempo como una primaria significa evaluar otras funciones cognitivas en la infancia y se ha convertido en el estudio de la atención visual infantil en su propio derecho. Las investigaciones contemporáneas de la atención visual de bebés y niños pequeños medir principalmente movimientos de los ojos durante las tareas de seguimiento de ojos basado en pantallas. Niños se sientan en una silla o regazo de los padres frente a una pantalla mientras vigilan sus movimientos del ojo durante la presentación de eventos o imágenes estáticas. Tales tareas, sin embargo, incapaces de capturar la naturaleza dinámica de la atención visual natural y el medio por el cual se generan ambientes visuales de los niños – exploración activa.
Bebés y niños pequeños son seres activos, moviendo sus manos, cabezas, ojos y cuerpos para explorar los objetos, personas y espacios alrededor de ellos. Cada nuevo desarrollo en la morfología del cuerpo, habilidad de motor y el comportamiento – gatear, caminar, recoger objetos, con los interlocutores sociales – se acompaña de cambios concomitantes en el entorno visual temprano. Porque qué bebés determina lo que ven, y lo que ven sirve para lo que hacen en acción visualmente dirigida, estudio del natural desarrollo de la atención visual es mejor llevado a cabo en el contexto del comportamiento natural1.
Montado en la cabeza ojo seguidores (ETs) han sido inventados y utilizado para adultos de décadas2,3. Sólo recientemente los avances tecnológicos han montado en la cabeza la tecnología eye-tracking adecuado para bebés y niños pequeños. Los participantes están equipados con dos cámaras ligero en la cabeza, una cámara de la escena hacia fuera que capta la primera perspectiva de la persona del participante y una cámara de ojo hacia adentro que captura la imagen del ojo. Un procedimiento de calibración proporciona datos a un algoritmo que asigna como exactamente como sea posible las posiciones cambiantes de la pupila y el reflejo corneal (CR) en la imagen del ojo a los píxeles correspondientes en la imagen de la escena que estaban siendo atendidos visualmente. El objetivo de este método es capturar libremente ambas los naturales entornos visuales de los bebés y niños visual exploración activa de los ambientes como los bebés. Estos datos pueden ayudar a responder preguntas sobre la atención visual, pero también sobre una amplia gama de desarrollos perceptivo, cognitivo y social4,5,6,7,8. El uso de estas técnicas ha transformado entendimientos de atención conjunta7,8,9, atención sostenida10, cambio de experiencias visuales con la edad y desarrollo motor4 , 6 , 11y el papel de experiencias visuales en la palabra aprendizaje12. El presente trabajo proporciona principios y recomendaciones prácticas para llevar a cabo experimentos de eye-tracking montado en la cabeza con bebés y niños pequeños e ilustra los tipos de datos que pueden ser generados desde el ojo montado en la cabeza en una natural contexto para los niños: libre juego de juguete con sus padres.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo proporciona principios y recomendaciones prácticas para la implementación de montado en la cabeza ojo sigue con los bebés y niños pequeños. Este protocolo se basa en el estudio de comportamientos de niño natural en el contexto de juego libre de los padres-niño con juguetes en un entorno de laboratorio. Software y equipos de eye-tracking internos fueron utilizados para la calibración y codificación de datos. Sin embargo, este protocolo pretende ser generalmente aplicables a los investigadores usand…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue financiada por los institutos nacionales de salud subvenciones R01HD074601 (CY), T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.) y F32HD093280 (L.K.S.); National Science Foundation grant BCS1523982 (L.B.S., C.Y.); y por la Universidad de Indiana a través de la iniciativa de investigación área emergentes – aprendizaje: cerebros, máquinas y los niños (L.B.S.). Los autores agradecen a los voluntarios de niños y padres que participaron en esta investigación y que accedió a ser utilizado en las figuras y filmación del presente Protocolo. También agradecemos a los miembros del laboratorio de aprendizaje y cognición computacional especialmente Sven Bambach, Chen de Anting, Steven Elmlinger, Seth Foster, Grace Lisandrelli y Charlene Tay, por su asistencia en el desarrollo y perfeccionar este protocolo.
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).
