Blicka ut i aktion: huvud-monterad Eye Tracking av barnens dynamiska visuella uppmärksamhet under naturalistiska beteende
Summary
Barn gör inte passivt iaktta världen, men ganska aktivt utforska och interagera med sin omgivning. Detta protokoll ger vägledande principer och praktiska rekommendationer för att använda huvud-monterad eye trackers spela in spädbarn och småbarn dynamiska visuella miljöer och visuell uppmärksamhet i samband med naturliga beteende.
Abstract
Små barns visuella miljöer är dynamiska, ändra ögonblick av ögonblick som barn fysiskt och visuellt utforska platser och objekt och interagera med människor runt omkring dem.. Huvud-monterad eyetracking erbjuder en unik möjlighet att fånga barns dynamiska egocentriska vyer och hur de fördela visuell uppmärksamhet inom dessa åsikter. Detta protokoll ger vägledande principer och praktiska rekommendationer för forskare som använder huvud-monterad eye trackers i både laboratorium och mer naturalistisk inställningar. Huvud-monterad eyetracking kompletterar andra experimentella metoder genom verksamhetsmöjligheterna för datainsamling i mer ekologiskt giltigt sammanhang genom ökad bärbarhet och frihet av huvud och kropp rörelser jämfört med skärmbaserad eyetracking. Detta protokoll kan också integreras med andra tekniker, såsom rörelseregistrering och puls övervakning, för att ge en hög densitet multimodala datamängd för att undersöka naturliga beteende, inlärning och utveckling än tidigare varit möjligt. Detta papper visar typerna av data som genereras från huvud-monterad eyetracking i en studie med syfte att undersöka visuell uppmärksamhet i ett naturligt sammanhang för småbarn: lättflytande leksak lek med en förälder. Framgångsrik användning av detta protokoll tillåter forskare att samla in data som kan användas för att besvara frågor inte bara om visuell uppmärksamhet, utan också om en rad andra perceptuella, kognitiva och sociala färdigheter och deras utveckling.
Introduction
De senaste årtiondena har sett växande intresse för att studera utvecklingen av spädbarn och småbarn visuell uppmärksamhet. Detta intresse har berodde till stor del från användning av ser mätningar som en primär innebär att bedöma andra kognitiva funktioner i Linda och har utvecklats till studiet av spädbarn visuell uppmärksamhet i sin egen rätt. Samtida undersökningar av spädbarn och småbarn visuell uppmärksamhet mäta primärt ögonrörelser under eye-tracking uppgifter i skärmen. Spädbarn som sitter i en stol eller förälderns knä framför en skärm medan deras ögonrörelser övervakas under presentationen av statiska bilder eller händelser. Sådana uppgifter, men misslyckas att fånga den dynamiska karaktären av naturlig visuell uppmärksamhet och de medel som genereras barns naturliga visuella miljöer – aktiv utforskning.
Spädbarn och småbarn är aktiva varelser, flytta deras händer, huvud, ögon och organ att utforska objekt, personer och platser runt dem. Varje ny utveckling i kroppen morfologi, motorisk skicklighet och beteende – krypa, gå, plocka upp objekt, att engagera arbetsmarknadens parter – åtföljs av samtidiga ändringar i den tidiga visuell miljön. Eftersom vad spädbarn göra avgör vad de ser, och vad de ser serverar för vad de gör i visuellt guidade åtgärder, är studerar den naturliga utvecklingen av visuell uppmärksamhet bäst utförs i samband med naturliga beteende1.
Huvud-monterad eye trackers (ETs) har uppfunnit och använts för vuxna för årtionden2,3. Först nyligen har teknologiska framsteg gjort huvud-monterad eye-tracking-teknik lämplig för spädbarn och småbarn. Deltagarna är utrustade med två lätta kameror på huvudet, en scen kamera utåt som fångar den första person perspektivet av deltagaren och en eye-kameran inåt som fångar ögat bilden. En kalibrering ger träningsdata till en algoritm som kartor så exakt som möjligt de förändrade positionerna för elev och hornhinnans reflektion (CR) i ögat bilden till motsvarande pixlar i bilden scen som var att vara visuellt deltog. Målet med denna metod är att fånga både naturliga visuella miljöer för barn och spädbarn aktiv visuell utforskning av de miljöer som spädbarn flytta fritt. Sådana data kan hjälpa till att besvara frågor inte bara om visuell uppmärksamhet, utan också om ett brett spektrum av perceptuella, kognitiva och sociala utveckling4,5,6,7,8. Användningen av dessa tekniker har förvandlat förståelser av gemensam uppmärksamhet7,8,9, bibehållen uppmärksamhet10, ändra visuella upplevelser med ålder och motoriska utveckling4 , 6 , 11och visuella upplevelser i ordet lärande12roll. Detta dokument innehåller vägledande principer och praktiska rekommendationer för att utföra huvud-monterad eye-tracking experiment med spädbarn och småbarn och illustrerar datatyper som kan genereras från huvud-monterad eyetracking i en naturlig ramen för småbarn: lättflytande leksak lek med en förälder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta protokoll ger vägledande principer och praktiska rekommendationer för genomförande av huvud-monterad eyetracking med spädbarn och småbarn. Detta protokoll baserades på studier av naturliga småbarn beteenden i samband med förälder-barn fri lek med leksaker i laboratoriemiljö. In-House eye-tracking utrustning och programvara användes för kalibrering och data kodning. Dock är detta protokoll avsett att vara allmänt tillämpliga för forskare som använder olika huvud-monterad eye-tracking system för att…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forskningen finansierades av National Institutes of Health bidrag R01HD074601 (CY), T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.) och F32HD093280 (L.K.S.); National Science Foundation bevilja BCS1523982 (L.B.S., CY); och av Indiana University genom framväxande området forskning initiativet – lärande: hjärnor, maskiner och barn (L.B.S.). Författarna tackar barn och förälder volontärer som deltog i denna forskning och som att användas i siffrorna och filmning i detta protokoll. Vi uppskattar också ledamöterna i den Computational kognition och lärande laboratorium, särskilt Sven Bambach, Anting Chen, Steven Elmlinger, Seth Foster, Grace Lisandrelli och Charlene Tay, för deras hjälp med att utveckla och finslipa detta protokoll.
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).
