Exploring spädbarns känslighet för visuellt språk med hjälp av ögonspårning och preferens utseende paradigm

Summary

Eye tracking studier med en preferens ser paradigm kan användas för att studera spädbarns framväxande förståelse för, och uppmärksamhet på, deras externa visuella världen.

Abstract

Vi diskuterar användningen av preferens utseende paradigm i ögat tracking studier för att studera hur spädbarn utveckla, förstå och sköta världen omkring dem. Eye tracking är ett säkert och icke-invasiv sätt att samla blicken data från spädbarn, och den preferens ser paradigm är enkel att designa och endast kräver barnet att närvara vid skärmen. Genom att samtidigt visa två visuella stimuli som skiljer sig i en dimension, kan vi bedöma om spädbarn visar olika utseende beteende för antingen stimulans, vilket visar känslighet för denna skillnad. Utmaningarna i sådana experimentella metoder är att experiment måste hållas korta (inte mer än 10 min) och noggrant kontrolleras så att de två stimuli skiljer sig åt på bara ett sätt. Tolkningen av null-resultat måste också övervägas noggrant. I detta dokument illustrerar vi ett framgångsrikt exempel på en spädbarns öga tracking studie med ett preferens utseende paradigm för att upptäcka att 6-månaders-åringar är känsliga för språkliga signaler i ett undertecknat språk trots att ingen tidigare exponering för undertecknat språk, tyder på att spädbarn besitter inneboende eller medfödda känslighet för dessa signaler.

Introduction

Det viktigaste målet för utvecklings vetenskapen är att studera uppkomsten av kognitiva funktioner, språk och social kognition hos spädbarn och barn. Ögonrörelser moduleras av deltagarnas avsikter, förståelse, kunskap, intresse och uppmärksamhet till omvärlden. Samla in ögonmuskelförlamningar svar hos spädbarn medan de orienterar sig till och skanna visuella statiska eller dynamiska bilder kan ge information om spädbarns framväxande förståelse för, och uppmärksamhet på, deras externa visuella världar och språk ingången de får.

Medan Eye spårningsteknik har funnits i mer än hundra år, det har bara nyligen avancerade i effektivitet och användbarhet, tillåter det att användas för att studera spädbarn. Under det senaste decenniet har Eye tracking avslöjat mycket om den mentala världen av spädbarn. Till exempel, vi vet nu mycket om korttidsminne, objekt ocklusion, och väntan på kommande händelser i 6-månaders-åringar från blicken beteende^1,2,3. Ögonspårning kan också användas för att studera spädbarns språkinlärning⁴. Generellt, spädbarn språkinlärning beror på förmågan att diskriminera sensoriska ledtrådar som finns i miljön och för att identifiera de ledtrådar som är mest framträdande för språk överföring^5,6. Utvecklingsforskare försöker bättre förstå vad dessa sensoriska signaler är, varför de lockar spädbarns uppmärksamhet, och hur uppmärksamhet på dessa signaler byggnadsställning språkinlärning hos spädbarn. Den nuvarande papper presenterar ett öga tracking protokoll och en preferens ser paradigm som kan användas tillsammans för att studera spädbarns känslighet för sådana signaler i talade eller signerade språk.

I Stone, et al.⁷, ögonspårning användes med en preferens ser paradigm för att testa om tecken naiva spädbarn besatt en känslighet för en uppsättning fonologiska kontraster i undertecknat språk. Dessa kontraster skiljde sig från sonority (dvs perceptuella salience), en strukturell språklig egenskap som finns i både talade och signerade språk^{7,8,9,10,11, 12,13}. Sonority tros vara viktigt för fonologiska restriktioner i stavelse formation i talade och signerade språk så att stavelser som lyder sonority-baserade restriktioner anses vara mer “välformade.” Spädbarn, när du lyssnar på tal, har observerats för att Visa beteendemässiga preferenser för välformade stavelser över illa bildade stavelser över flera språk, och även på språk som de aldrig hade hört före^14,15. Vi en hypotes om att spädbarn också skulle visa liknande preferenser för välformade stavelser på signerat språk, även om de inte hade någon tidigare erfarenhet av undertecknat språk.

Vi ytterligare hypotesen att denna preferens-eller känslighet-skulle vara föremål för perceptuella förträngning. Detta är det språk som förvärvet fenomen där, som barnet närmar sig sin första födelsedag, spädbarnets tidiga, universell känslighet för många språkfunktioner dämpar ner till endast de funktioner inom språket (s) barnet har utsatts för^{16 ,17}. Vi rekryterade yngre (sex-månaders-åringar) och äldre (tolv månaders ålder) spädbarn, välja dessa åldrar eftersom de är på motsatta ändar av perceptuell förträngning funktion för känslighet för nya fonetiska kontraster^{17,18, 19}. Vi förutspådde att yngre spädbarn skulle visa en preferens för välformade stavelser i undertecknat språk, men att äldre spädbarn inte skulle. Spädbarnen såg videor som bestod av välformade och illa formade fingerspelling, utvalda av två anledningar.  För det första är stavelser i flytande fingerspelling teoretiserade att lyda sonority-baserade fonologiska restriktioner⁸, vilket ger en möjlighet att producera experimentella kontraster som direkt testar om spädbarn är känsliga för sonority-baserade signaler i början Språkinlärning. För det andra valde vi fingerspelling istället för fulla tecken på kroppen och ansiktet eftersom fingerspelling tillät oss att mer rigoröst kontrollera möjliga perceptuella blandar ihop inklusive hastighet och storlek på handrörelser, jämfört med full tecken som varierar kraftigt i undertecknande rymd-och rörelsehastighet. Vår studie används videor som visar bara händerna, men detta paradigm är generaliserbart till videor som visar undertecknare och talare huvuden eller hela organ, eller ens visar djur eller döda föremål, beroende på den vetenskapliga frågan och kontraster studeras.

Värdet med en preferens ser preferens paradigm för att mäta känslighet för språk eller sensoriska kontraster är i sin relativa enkelhet och enkel kontroll. I sådana paradigm, spädbarn presenteras med två stimuli sida vid sida som skiljer sig med endast en dimension eller en funktion som är relevant för forskningsfrågan. Spädbarn ges möjligheter att foveate på antingen stimulans. Totalt ser gånger mot varje stimulans registreras och analyseras. En betydande skillnad i att se beteende för de två stimuli indikerar att barnet kan vara kapabel att uppfatta den dimension med vilken de två stimuli skiljer sig. Eftersom båda stimuli visas samtidigt och på samma varaktighet, det övergripande experimentet är väl kontrollerad för egenheter av barnets beteende (ouppmärksamhet, söker någon annanstans, fussiness, gråta). Det är i jämförelse med andra paradigm där stimuli visas sekventiellt, i vilket fall, spädbarn kan spontant Visa olika mängder uppmärksamhet mot olika stimuli av skäl som inte har samband med stimuli (t. ex., känsligare under en period där det var fler prövningar av stimuli A än stimuli B). Också, instruktioner och förståelse av stimuli krävs inte; spädbarn behöver bara titta på det. Sist, detta paradigm kräver inte aktivt övervakning spädbarn beteende för kriterium för att ändra stimuli presentationen, som är vanligt i spädbarns-kontrollerade tillvänjning paradigm^16,20. Den letar preferens paradigm är också lämplig för att testa hypoteser om att se preferenser snarare än skillnader. Med andra ord, bortsett från spädbarn att kunna diskriminera mellan stimuli A och stimuli B, forskare kan också testa för vilka stimuli framkallade ökat eller minskat utseende beteende, som kan vara informativ om spädbarn ‘ begynnande fördomar och framväxande kognition.

Mer allmänt är fördelarna med modern, icke-invasiv eyetrackingsystem-teknik många. Ögonspårning förlitar sig på mätning nära infrarött ljus som avges från enheten och reflekteras från deltagarens ögon^1,21. Detta infraröda ljus är osynlig, omärklig, och helt säker. Experiment med ögonspårning kräver inga instruktioner och är endast beroende av passiv visning. Nuvarande modeller genererar en kopiösa mängd blicken data på kort tid med en enkel installation. Spädbarn kan sitta på föräldrarnas knä och, enligt vår erfarenhet, de ofta njuta av experimentet. De flesta moderna fjärrkontrollen öga trackers kräver inte huvudstöd eller föremål placeras på barnet, och är robusta för att huvudet rörelser, återhämta sig snabbt efter blinkande, gråt, flyttar utanför intervallet, eller tittar bort. Om så önskas kan Saccade-mönster, Head positionsdata och Pupillometri spelas in förutom ögon positionsdata.

Utmaningarna i att bedriva spädbarns ögonspårning forskning är verkliga, men inte oöverstigliga. Ögon spårningsdata kan vara bullriga på grund av spädbarns rörelse, ouppmärksamhet, fussiness, och sömnighet. Experiment måste utformas så att de kan fyllas i ca 10 min eller mindre-vilket kan vara en fördel i att Lab besök är snabba, men också en nackdel om du behöver få mer data eller har flera experimentella förhållanden. En annan viktig varning är att ett nollfynd inte innebär att spädbarn är icke-känsliga för experimentell manipulation. Om spädbarn inte uppvisar någon signifikant skillnad mellan stimuli A och stimuli B kan detta fynd betyda antingen (1) en okänslighet för skillnaden mellan A och B, eller (2) ett misslyckande att framkalla beteendemässiga preferenser. Till exempel, kanske barnet var lika fascinerad av A och B, även om barnet var känsligt för skillnaden mellan dem. Detta problem kan åtgärdas genom tillsats av ett andra villkor, helst med samma (eller mycket liknande) stimuli men testning längs en annan dimension som det är känt att spädbarn uppvisar beteendemässiga preferenser. Om spädbarn inte uppvisar en preferens i det första villkoret, men gör det i den andra, då kan det tolkas att spädbarnen är kapabla att demonstrera letar preferenser för stimuli, vilket kan bidra till att klargöra tolkningen av eventuella null resultat. Slutligen är det viktigt att exakt kalibrera Eye Tracker. Kalibrering måste vara korrekt, med både låga rumsliga och temporala fel, så att ögat blicken data kan exakt kartläggas på de experimentella stimuli. Med andra ord, “din studie är bara så bra som din kalibrering.” Kalibrerings kontroller före och efter stimuli presentationen kan ge ett extra mått på förtroende. Detaljerade och utmärkta recensioner om kalibrering av ögonspårning med spädbarn har publicerats på andra ställen^{1,21,22,23,24,25, 26,27}.

Protocol

Följande förfarande, som involverar mänskliga deltagare, godkändes av Human Research skydd program vid University of California, San Diego. 1. screening och förberedelse av deltagare Rekrytera spädbarn i det definierade åldersintervallet (t. ex. 5 till 14 månader gamla). Använd flera metoder, inklusive sociala medier, flygblad, vanlig post. Överväg att göra avtal med lokala sjukhus eller statliga kontor för att hämta register över nyfödda, deras föräldrar och deras …

Representative Results

Provet i sten, et al.7 bestod av 16 yngre spädbarn (medelålder = 5,6 ± 0,6 månader; intervall = 4,4-6,7 månader; 8 kvinnor) och 13 äldre spädbarn (medelålder = 11,8 ± 0,9 månader; intervall = 10,6-12,8 månader; 7 hona). Inget av dessa spädbarn hade sett teckenspråk förut. Först bedömde vi skillnaderna i Total tidsperiod mellan åldersgrupperna och fann ingen signifikant skillnad (betyder: 48,8 s vs 36,7 s; t (27) = 1,71; p = 0,10). Detta utesluter möjligheten av ovidkomma…

Discussion

Vi använde preferens utseende paradigm för att upptäcka bevis för att spädbarn kan vara känsliga för en viss visuell Cue i språk signalen, trots att ingen tidigare erfarenhet av undertecknat språk. Dessutom, denna känslighet observerades endast hos yngre spädbarn, och inte äldre spädbarn, en manifestation av den klassiska perceptuella förträngning funktion. Bevis på en åldersbaserad preferens för välformade stavelser baserade på sonority begränsningar tillät oss att ytterligare hypotes om att sonori…

Materials

Eye Tracker	Tobii		Model X120
Experiment Presentation & Gaze Analysis Software	Tobii		Tobii Studio Pro
Experimenter Monitor	Dell		Dell Professional P2210 22" Wide Monitor
Stimulus Monitor	Dell		Generic 17" Monitor
CPU	Dell		Dell Precision T5500 Advanced with 2.13 Ghz Quad Core Intel Xeon Processor and 4 GB DDR3 Memory) with 250 GB SSD hard disk and standard video output cards.
Webcamera	Logitech		Logitech C150 HD Cam
Video Capture Card	Osprey		Osprey 230 Video Capture Card (to capture stimulus that is output to Stimulus Monitor)