Eye tracking bambini piccoli con autismo

Summary

Eye Tracking è stato a lungo utilizzato per studiare gli schemi di sguardo in soggetti con sviluppo tipico, ma i recenti progressi tecnologici hanno reso l'uso con le popolazioni cliniche, tra cui l'autismo, più fattibile. Mentre eye-tracking bambini con autismo in grado di offrire comprensione manifestazioni dei sintomi iniziali, si tratta di sfide metodologiche. Suggerimenti per le migliori pratiche sono forniti.

Abstract

L'aumento dei accessibili commerciali sistemi di eye-tracking ha alimentato un rapido aumento del loro uso nella ricerca psicologica e psichiatrica. Fornendo un rapporto diretto, misura dettagliata e obiettiva dei comportamenti sguardo, eye-tracking è diventato uno strumento prezioso per l'esame delle strategie percettive anomale nelle popolazioni cliniche ed è stato utilizzato per identificare i disturbi caratteristiche specifiche ^{1, 2} promuovere l'identificazione precoce, il trattamento e informare ³ . In particolare, gli investigatori dei disturbi dello spettro autistico (ASD) hanno beneficiato di integrazione di eye-tracking nei loro paradigmi di ricerca ^4-7. Eye-tracking è stato ampiamente utilizzato in questi studi per rivelare i meccanismi alla base di prestazioni ridotte compito ⁸ e ⁹ anomalo funzionamento del cervello, in particolare durante l'elaborazione di informazioni sociali ^1,10-11. Mentre bambini più grandi e gli adulti con DSA comprendono la preponderanza della ricerca in questo settore, eye-trackingpuò essere particolarmente utile per studiare i bambini con la malattia in quanto offre uno strumento non invasivo per valutare e quantificare anomalie dello sviluppo precoce emergenti ^2,12-13. Implementazione di eye-tracking con i bambini con DSA, tuttavia, è associata a una serie di sfide uniche, comprese le questioni con il rispetto delle norme derivanti da richieste di compiti specifici e considerazioni psicosociali disturbi correlati. In questo protocollo, ci dettaglio considerazioni metodologiche per ottimizzare la progettazione della ricerca, acquisizione e analisi dei dati psicometrici, mentre eye-tracking bambini con ASD. Le raccomandazioni fornite sono inoltre progettati per essere più ampiamente applicabile per eye-tracking bambini con altre disabilità dello sviluppo. Con l'offerta di linee guida per buone pratiche in questi settori basate su insegnamenti tratti dal nostro lavoro, speriamo di aiutare altri ricercatori fanno il sound design di ricerca e di analisi delle scelte, evitando le insidie ​​più comuni che possono compromettere i datimentre l'acquisizione di eye-tracking bambini con difficoltà di sviluppo ASD o altro.

Protocol

1. Eye-Tracking Attrezzature

Anche se una serie di eye-tracking sistemi sono disponibili in commercio, quelli che sono più favorevoli alla prova i bambini con ASD parti le seguenti caratteristiche:

1. In primo luogo, l'eye-tracker deve tenere conto per il movimento della testa, che, se non corretto, può compromettere l'integrità dei dati acquisiti sguardo. Mentre molti sistemi più vecchi assicurato un controllo più accurato attraverso la stabilizzazione della testa mediante l'uso di una mentoniera o sistemi testa montata (vedi Figura 1), queste opzioni non sono ideali eye-tracking soluzioni per i bambini piccoli che possono resistere agli sforzi per limitare movimento della testa, o disporre di attrezzature posto su di loro. Fortunatamente, la maggior moderni commerciali infrarossi VIDEO eye-tracking dei sistemi utilizza un sistema di riferimento basato su riflessi corneali che sono resistenti ai movimenti della testa minori. Eye-tracking sistemi che offrono sia integrato o remoto soluzioni di tracking della testa sono da preferire e ora sono a livelloly disponibili.
2. Discreti di eye-tracking sistemi che non interferiscono con la sessione di test sono consigliati per testare i bambini con ASD. Questi possono essere i modelli che sono integrati all'interno di un monitor (per esempio, Tobii modelli Tecnologia TX300, T60XL o T120; sensomotorio Instruments modello RED500), o da tavolo versioni (ad esempio, la tecnologia Tobii TX300, X120, Applied Science Laboratories modello D6 Optics ; SR Research modello EyeLink 1000) collocato poco appariscente nel raggio d'azione del partecipante. Come table-top versioni non sono bloccati in specifiche dimensioni dello schermo, che offrono una maggiore flessibilità metodologica, ma sono meno automatizzati e possono richiedere una regolazione più manuale.
3. I ricercatori dovrebbero selezionare un sistema di eye-tracking, con una frequenza di campionamento adeguata per affrontare le loro domande di ricerca. La maggior parte corneali riflessione di eye-tracking sistemi hanno un tasso minimo di campionamento di 50 Hz (cioè 50 punti di dati al secondo), che è adeguata per l'esame Patt percettiva dei bambini piccoliLe RER durante la loro scansione visiva di immagini statiche e video dinamici ^{13 10.} Tuttavia, i ricercatori interessati al comportamento oculomotore sottile ¹⁴ (ad esempio, liscio ricerca, guadagno e / o saccadi espresso) vorranno investire in un sistema con una frequenza di campionamento superiore (ossia, ≥ 250 Hz). Essere consapevoli del fatto che in alcuni sistemi che consentono di diverse opzioni di frequenza di campionamento, frequenze di campionamento più elevati spesso sono abilitati a scapito della libertà di movimento della testa, rendendo più difficile mantenere un bambino cinetica nel campo di eye-tracking. Frame rate più elevati richiedono più veloce il campionamento e l'elaborazione dei dati video, che in genere viene eseguita di ritagliare l'immagine ottenuta dalla fotocamera. Ciò comporta una riduzione del campo di visione utilizzato, che riduce in tal modo la gamma di movimento della testa ammissibile. I ricercatori che utilizzano sistemi che offrono diverse opzioni di frequenza di campionamento dovrebbe scegliere uno che è abbastanza alto per affrontare la loro domanda di ricerca, ma abbastanza basso per consentire livelli attesidi movimento della testa.

2. Test Ambiente e stimoli

1. Arredamento della camera Sparse è raccomandato per l'immediato eye-tracking ambiente al fine di ridurre al minimo le possibilità che l'attenzione del bambino è redatto al di fuori del display. Allo stesso modo, una stanza scarsamente illuminata aiuta a ridurre la rilevanza dei concorrenti non-display stimoli.
2. Tuttavia, poiché alcuni bambini con DSA possono verificarsi visivo e / o ipersensibilità uditive, i ricercatori dovrebbero evitare di testare in una stanza completamente buia che aumenta la luminosità del display o anche eccessivamente gli effetti sonori o vibrazioni forti nelle loro presentazioni, in quanto questi possono essere avversivo per alcuni bambini con ASD e il risultato in test di conformità ridotta. Ambienti oscurati può anche aumentare la dilatazione della pupilla che può rendere l'allievo più difficili da rintracciare, anche se questo può variare a seconda del eye-tracking attrezzature utilizzate. Per la maggior parte dei casi, l'illuminazione ufficio standard è raccomandato.
3. Per further ridurre le possibilità del fanciullo essendo distratto lontano dal display, lo sperimentatore non deve essere visibile al bambino partecipante. Ciò può essere ottenuto posizionando una partizione tra l'occhio-tracking e la stazione sperimentatore-equipaggio computer host o semplicemente posizionando il sperimentatore fuori dalla vista del partecipante. Una seconda macchina fotografica può aiutare il sperimentatore mantenere una vista del partecipante in questa situazione. Infatti, alcuni commerciali eye-trackers integrano una macchina fotografica all'interno del display in modo che il video del partecipante viene trasmessa in tempo reale al computer host per il monitoraggio sperimentatore.

3. Procedure

1. I bambini piccoli, in particolare quelli con un ASD, possono essere preoccupati per sperimentare un nuovo ambiente di test. Mentre prima la familiarità con lo spazio di prova e / o sperimentatore può contribuire a placare questi sentimenti, questo non è sempre possibile. Come minimo, i bambini apprensivi devono essere accompagnati da un genitore o familiar adulto per tutta la sessione di test. In alcuni casi, i ricercatori dovrebbero essere preparati ad essere paziente, mentre il bambino diventa adattata al nuovo ambiente.
2. Prima della sessione di test comincia, lo sperimentatore può scegliere di avere il video per bambini o fumetto giocare sul monitor. Questo aiuta spesso il bambino a sentirsi più a suo agio garantendo al contempo l'attenzione è rivolta verso il display test. Lo sperimentatore può quindi approfittare della catturato l'attenzione del bambino per posizionare il bambino dentro di eye-tracking gamma e di transizione direttamente nella sequenza di taratura.
3. Sedili per bambini deve consentire la regolazione verticale al fine di garantire che tutti i bambini, indipendentemente di altezza e posizione, possono essere posizionati all'interno eye-tracking gamma. Mentre la distanza della sedia dal display dipenderà dalla dimensione dello schermo e l'angolo desiderato visivo, l'altezza della sedia deve essere regolato sulla base statura del bambino in modo che la linea di sight è standardizzato in tutti i partecipanti. Poiché non tutti i bambini seduti sulla sedia esattamente nello stesso modo, è spesso necessario modificare leggermente il partecipante-a-display distanza al fine di garantire che ogni bambino è posizionato alla distanza ottimale dallo schermo per acquisire dati di alta qualità . Questa distanza viene specificato dal produttore eye-tracking, ed è più facilmente realizzabile utilizzando una sedia mobile.
4. Gli sperimentatori può prima tentare di avere il bambino, se abbastanza piccolo, seduto da solo in un seggiolino per auto fibbia regolabile su un ascensore o in una sedia portatile ad alta che si collega al regolabile in altezza sedia da ufficio. Abbiamo anche avuto successo utilizzando una sedia Rifton, in particolare con i bambini che lo hanno utilizzato in precedenza in contesti scolastici o di casa, come è facile la posizione e aiuta a limitare la mobilità che può causare la perdita di dati.
5. I bambini che restano solo compatibile, mentre seduto sul grembo del caregiver, o che richiedono il corpo sostenere la ca badanten fornire, può anche essere ospitati avendo sit badante in una sedia da ufficio che può essere alzato o abbassato per posizionare il bambino entro i parametri di distanza standardizzati. Si veda la Figura 2 per un esempio di questo set-up. Statistiche relative seduta sul giro rispetto sedia deve sempre essere venduto al dettaglio per analizzare confonde possibili. Al fine di garantire che solo gli occhi del bambino vengono acquisiti dalla Eye Tracker, i ricercatori possono avere caregivers indossare infrarossi-bloccante o occhiali da sole opachi, o semplicemente chiedergli di chiudere gli occhi durante il test. Gli operatori devono essere istruiti ad essere ferma e astenersi dal verbale o non verbale comunicazione con il bambino durante la procedura di verifica.

Figura 1. A da testa eye-tracking sistema.

Figura 2.

6. Per eye-tracking sistemi che forniscono lo sperimentatore, con una finestra che mostra gli occhi del partecipante all'interno della gamma di movimento della testa consentito, gli occhi del bambino deve essere posizionato al centro della finestra in modo da aumentare le probabilità che il tracker occhio manterrà una immagine degli occhi, anche se i slouches bambino, raddrizza o oscilla durante i test.
7. Una volta posizionato correttamente, lo sperimentatore deve iniziare la procedura di calibrazione. Come bambini con ASD può non essere in grado o non vogliono seguire le istruzioni verbali a guardare a posizioni specifiche sullo schermo (come è tipico per le sequenze di calibrazione molti), l'uso di stimoli dinamici, accompagnati dal suono, possono più efficacemente catturare l'attenzione e quindi provocare in dati più precisi sguardo. Tipicamente, un 5-punto di sequenza è abbastanza breve per mantenerel'attenzione del bambino, fornendo inoltre una calibrazione accurata. Eye-tracking studi con i bambini utilizzano spesso a soli 2 punti di calibrazione, mentre a 9 punti di calibrazione è tipico per le indagini con adolescenti e adulti.
8. Gli sperimentatori può consentire di massimizzare l'attenzione visiva del bambino alla visualizzazione durante la prova, progettando un compito conciso e convincente che ha compito richiede minime (ad esempio, un compito visione passiva). Inoltre, tra cui un inter-stimolo di animazione con un effetto sonoro di accompagnamento (forse simili a quelle utilizzate durante la sequenza di taratura) può aiutare a reindirizzare l'attenzione al display per i bambini la cui attenzione si è estinto. Inoltre, posizionando questo inter-stimolo di animazione in un luogo prestabilito in grado di garantire che tutti i modelli di scansione visiva inizia nello stesso posto per tutti i partecipanti.
9. Se l'attività di ricerca è lungo, lo sperimentatore può usare questa inter-stimolo animazione come "ancora" per determinare se la deriva di calibrazione è in corso. Typically, se deriva supera i 3 gradi di angolo di visuale, ri-calibrazione deve essere somministrato. Inoltre, se i compiti multipli o prove sono inclusi, ricalibrazione è raccomandata tra ciascuno per eliminare la deriva nel corso del test.

4. Analisi

1. La maggior parte dei sistemi di eye-tracking cedere prime file di dati che includono, come minimo, un timestamp, coordinate X e Y del punto di riguardo (a volte per entrambi gli occhi), la distanza dal display o stimolo, insieme con un indice che caratterizza uno evento o cambiamento nella presentazione dello stimolo. Alcuni programmi software anche fornire informazioni sui diametro della pupilla e metriche di fissaggio.
2. Come si sceglie di condensare la grande quantità di dati grezzi è determinato dalla domanda di ricerca. Molto spesso l'obiettivo è quello di caratterizzare le metriche di densità di fissazione e / o dinamica oculomotori. Tuttavia, una volta questi costrutti sono caratterizzati, costrutti sovraordinati quali l'attenzione e la memoria può essere esaminato sotto speccondizioni di progetto IFIC.
3. Densità Fissazione: Mentre molti algoritmi esistono diverse che caratterizzano la densità di fissaggio ^15, tutti di analizzare due componenti principali: l'informazione temporale e spaziale. Ad esempio, un fissaggio può essere definito come il punto di materia rimanendo entro un diametro di 1 ° di angolo visuale per almeno 100 millisecondi, sebbene questi parametri sono spesso ancorati dalla domanda di ricerca. Comuni variabili dipendenti includere il numero di fissazioni, durata media di fissazione, e tempo di fissazione totale, e la disposizione spaziale e / o una sequenza di fissazioni individuali (ad esempio, percorsi di analisi) ^16.
4. Analisi di fissaggio sono spesso condotte all'interno predefiniti "settori di interesse" (AOI). I ricercatori possono essere interessati a sapere se i bambini con e senza ASD differiscono nella loro tempo di fissazione di AOI specifici (come gli occhi su un volto), la loro latenza di AOI fissano il primo, o nei modelli di loro sguardo si sposta tra AOI. Inoltre, le metriche elencatiin 4,3 può essere applicato anche ad analisi AOI.
5. I bambini con ASD, in particolare quelli con deficit di attenzione sostenere, spesso mostrano i dati mancanti sguardo più rispetto ai controlli. Questa situazione può verificarsi la dovuta attenzione agli stimoli visivi meno sullo schermo o lampeggiante eccessiva (a volte prodotta da un display troppo luminoso o un ambiente di test troppo scuro). Per controllare i dati mancanti differenze tra i gruppi, i ricercatori potrebbero voler condurre analisi in proporzione del tempo lo sguardo sullo schermo invece che in valori assoluti che possono essere confusi da dati mancanti. Inoltre, al fine di proteggere dati inattendibili causati da insufficiente campionamento, i ricercatori devono richiedere che tutti i partecipanti che sono inclusi nel campione finale passare un "tempo minimo" tagliato fuori. La specificità di questo cut off può variare dallo studio, ma in generale i partecipanti con più sospetto mancanti rispetto ai dati registrati devono essere considerati.
6. In contrasto con l'analisi di fissazione, la velocità basati su algoritmi di incorporare il chAnge a distanza euclidea tra le registrazioni successive e si concentrano principalmente sulla saccadi. Un saccade è indicato quando la velocità (distanza / tempo) supera una certa soglia. Se le registrazioni concorrenti non superano questa soglia di velocità per un determinato periodo di tempo, una fissazione è indicata.
7. Dynamics oculomotori: caratterizzazione dinamica oculomotori richiede un elevato campionamento sistema di eye-tracking che sia sufficientemente sensibile ai cambiamenti sottili nella posizione degli occhi e il movimento degli occhi. Anche se molte variabili dipendenti può essere indagata nell'ambito delle dinamiche oculomotori tra saccadi, la deriva oculare ed al suo esercizio, tutti gli indici di riposo sulla velocità di movimento degli occhi. Che caratterizza questa velocità si basa su due proprietà (ad esempio, distanza e tempo) e permette in tal modo per l'esame delle altre proprietà della dinamica oculomotori, compresa la distribuzione o il motivo della velocità saccadi, la distribuzione o il motivo della saccade ampiezza, la distribuzione o di modello di saccade DURATione, come pure la latenza di saccade e precisione di terminazione saccade (cioè, il guadagno). Paradigmi comuni includono le attività visivamente saccadi guidate, attività, attività antisaccade memoria saccadi guidate e le attività saccadi predittivi. ^{7, 17} La letteratura esistente contiene una grande quantità di ricerche sulle dinamiche saccadi che potrebbero beneficiare di ricercatori interessati ^18-20.

5. Risultati rappresentativi

Figura 3. Figura 3 rappresenta una mappa generata nella fissazione dal nostro gruppo di ricerca. Indicato qui sono le fissazioni individuali, rappresentati da cerchi viola, da un solo bambino con ASD durante la visualizzazione di un'immagine statica. Fissazioni dai compiti di questo e simili vengono analizzati attraverso i partecipanti per determinare se i bambini con e senza ASD si differenziano per la loro attenzione visiva per varie AOI.

. Figura 4 Figura 4 rappresenta un esempio di un prodotto finale che include molti dei passi descritti in precedenza, tra cui: 1) applicazione di un filtro di fissazione dello sguardo dati grezzi, 2) assegnando fissazioni a AOI specifici, e 3) condensazione e confrontando i modelli dei fissazioni attraverso un gruppo di sviluppo tipico (TD) i figli e un gruppo di bambini con ASD. Più specificamente, questa cifra dimostra che all'interno di un paradigma esplorazione visiva, i bambini con ASD esplorare (ad esempio, fissare), un minor numero di immagini sociali, quando i bambini TD "High autistico interesse" (HAI) gli oggetti vengono visualizzati contemporaneamente. Quando "Low autistico interesse" (LAI), gli oggetti sono presentati con stimoli sociali, tuttavia, l'esplorazione di immagini sociali non differisce significativamente tra i gruppi, suggerendo che l'attenzione sociale in ASD è modulata in base alla rilevanza relativa di stimoli concorrenti ^21.

Discussion

L'emergere di eye-tracking, come uno strumento oggettivo e accessibile per l'esame delle caratteristiche percettive dei disturbi psichiatrici ha facilitato la ricerca l'attenzione visiva anormale e modelli oculomotori che contribuiscono alle caratteristiche cliniche della ASD. Un'applicazione particolarmente promettente di questo lavoro è stato quello di studiare i bambini con ASD, al fine di cogliere i meccanismi dello sviluppo precoce emergenti del disturbo. Mentre le indagini con questo gruppo di età sono fondamentali per illuminare il corso in anticipo e le caratteristiche di ASD, farlo con i tradizionali paradigmi comportamentali è stato spesso difficile date le difficoltà sociali e comunicative che esistono in questa popolazione. Eye-tracking in grado di alleviare alcune di queste richieste del compito, fornendo una misura diretta e quantificabile delle preferenze visive e guardare il comportamento. In definitiva, questo approccio può aiutare a rivelare informazioni importanti durante un periodo critico per lo sviluppo di ASD, un processo di that, a sua volta potrebbe informare l'identificazione precoce e gli sforzi di intervento.

Nonostante questi vantaggi, eye-tracking bambini con ASD è complicata da una serie di sfide metodologiche. Le attuali linee guida dettagli del protocollo per l'attuazione eye-tracking con questa popolazione. Mentre le proposte sopra indicate sono limitati a comuni e disponibili in commercio corneale-riflessione sistemi di eye-tracking, in particolare quelli che non limitare il movimento dei partecipanti e può correggere il movimento della testa, essi sono progettati per fornire istruzione generale per i ricercatori interessati. Progettazione ottimale è spesso studio specifico, ma raccomandazioni generali comprendono la scelta delle attrezzature e la creazione di un ambiente di test che sono i presupposti per studiare questa popolazione, attuando procedure che riducano al minimo gli ostacoli e le distrazioni possibili, e perseguendo appropriate strategie analitiche.

L'adozione di tali pratiche può accelerare eye-tracking di ricercascopo di esaminare i primi sintomi di manifestazioni ASD, ma possono anche riguardare gruppi di ricerca interessati a eye-tracking bambini più in generale, compresi i lattanti ^22, così come i bambini con disabilità dello sviluppo diversi da autismo. Inoltre, i ricercatori potrebbe voler far tesoro di queste raccomandazioni, incorporando eye-tracking con altre misure fisiologiche, come ad esempio EEG, conduttanza cutanea galvanica e della frequenza cardiaca di monitoraggio, per fornire un profilo più complessiva della risposta psicobiologica. La crescente disponibilità di mobili di eye-tracking sistemi aumenta anche la possibilità di estendere lo studio del comportamento sguardo in ASD in contesti più ecologicamente validi, tra cui vivo l'interazione sociale. Questi disegni innovativi dovrebbero aumentare in popolarità nei prossimi anni.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eye-tracker	Tobii	Tobii 60XL	A stand-alone corneal reflection based system. Eye-tracker is integrated into 24" TFT widescreen monitor. Records at 60Hz. Shown in Figure 2. This is one of several systems that allows for head motion (in this case, within a cubic space of 40x20x27cm from a distance of 60cm, while retaining an average accuracy of ~0.5° of visual angle).
Eye-tracker Control Software	Tobii	Tobii Studio v. 2.1.14
Fixation Analysis Program	Tobii	Tobii Studio v. 2.1.14	Fixation analysis in Figure 3 generated using this program. Output in Figure 4 generated in external software.