A method is described to quantify the quality of visual information processing based on reflexive eye movements in response to specific visual modalities. Reaction times and fixation output parameters are used to characterize visual performance in children with and without visual impairments from 6 months of age.
Visual problems that occur early in life can have major impact on a child’s development. Without verbal communication and only based on observational methods, it is difficult to make a quantitative assessment of a child’s visual problems. This limits accurate diagnostics in children under the age of 4 years and in children with intellectual disabilities. Here we describe a quantitative method that overcomes these problems. The method uses a remote eye tracker and a four choice preferential looking paradigm to measure eye movement responses to different visual stimuli. The child sits without head support in front of a monitor with integrated infrared cameras. In one of four monitor quadrants a visual stimulus is presented. Each stimulus has a specific visual modality with respect to the background, e.g., form, motion, contrast or color. From the reflexive eye movement responses to these specific visual modalities, output parameters such as reaction times, fixation accuracy and fixation duration are calculated to quantify a child’s viewing behavior. With this approach, the quality of visual information processing can be assessed without the use of communication. By comparing results with reference values obtained in typically developing children from 0-12 years, the method provides a characterization of visual information processing in visually impaired children. The quantitative information provided by this method can be advantageous for the field of clinical visual assessment and rehabilitation in multiple ways. The parameter values provide a good basis to: (i) characterize early visual capacities and consequently to enable early interventions; (ii) compare risk groups and follow visual development over time; and (iii), construct an individual visual profile for each child.
어린이 뇌 손상과 관련된 시각 문제의 유병률은 증가했다. 시각 문제가 자녀의 발달에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 위험에 어린 유아와 아동의 조기 발견은 매우 중요하다. 현재, 시각 기능 검사는 시력과 대비 감도 같은 시각적 감각 기능을 평가하는데 (예를 들어, 시표 시험) 1 세 ~ 2 세 이상의 어린이에 적용 가능하다. 어린 아이들이 시험은 시각 정보에 대한 자녀의 시청 행위의 구조화 된 관찰을 기반으로합니다. 아이의 눈의 움직임을보고하여, 즉 그러한 행동의 해석은,,, 또는 관찰자의 행동을보고 안구 운동 또는 아동의 주의력 장애에 의해 방해 할 수 있습니다. 같은 시공간 메모리 및 물체 인식 등의 두뇌가 매개 시각적 기능은 시각적 인식 테스트 (예를 들어, DTVP 2)으로 평가된다. 이 테스트는 언어 적 기능을 필요로tructions 통신 및 연령 4 ~ 5 년간 사용할 수 있습니다. 시각 체계의 출생 후 발달의 관점에서 그리고 어릴 가소성의 하이 레벨을 활용하기 위해, 가능한 한 빨리 시각적 정보 처리에서 손상의 존재 및 정도를 설정하는 것이 바람직하다. 그런 식으로, (뇌) 시각 장애가있는 아이들은 최대한 조기 개입, 시각적 자극, 또는 지원 전략 혜택을 누릴 수 있습니다. 따라서 소아의 의사 소통없이 사용될 수 있으며, 그 정량적 결과를 기반으로 영상 정보 처리의 평가 방법이 필요하다.
눈 운동은 3,4을 자극하는 시각적 안내 배향 행동을 연구하는 좋은 모델 및 관련 지각 및인지 기능 5입니다. 눈 운동 장면에서 시각적 인 관심의 초점을 표시하고 하나 상향식 (bottom-up)에서 (재귀, 돌출 기반) 또는 하향식에서 (난을 초래하는 것으로 알려져있다ntentional인지는) 6을 처리합니다. 안구 운동은 새로운 객체에 중심와, 즉, 시력의 선명도를 지시하는 데 사용됩니다. 관심의 대상의 시각적 콘텐츠 (일차 시각 피질 (V1)의 측면 geniculate 핵을 통해 망막에서 실행 경로를 통해 처리되고, 그 대뇌 처리 영역을 통해 자신을 배포됩니다 예를 들어, 관심에 참여, 공간 방향, 인식, 메모리 및 감정). 눈 운동을위한 필수 조건, 시각 정보 처리의 속편 상표입니다.
적외선 눈 추적 눈 운동의 측정은 안구 발달 및 시각 기능의 정량적 파라미터를 획득 할 수있는 가능성을 준다. 자동 안구 추적은 건강하고 임상 인구를 포함하는 의료 및 심리학 연구에 요즘 편재이다. 그들의 목적은뿐만 아니라 안구 운동 기능과주의 할당 (7)을 연구뿐만 아니라, 질문 ABO 대답하는 것입니다유타 행동, 심리적 메커니즘 8,9. 접근 및 상업 안구 추적 시스템의 상승과 함께, 그들은 구속 조건, 복잡한 명령, 또는 액티브 협력 12, 13 않고, 유아와 어린이 10 ~ 12의 취약 집단을 테스트 점점 사용된다. 때문에 안구와 뇌 수준에서 안구 운동과 시각 시스템의 마지막 커플 링, 눈 추적 기반 방법은 시각적 능력을 평가하는 사전 탁월 적합하다. 지금까지 시력의 측정 (14) 외에, 아이들 시각 기능을 평가 기술의 사용은 상대적으로 적은 관심을 받았다.
우리 그룹은 우선 보는 패러다임 (13) 안구 운동 측정을 결합했다. 우선 찾고 균일 한 사람 (15)를 통해 패턴 표면을 흥분시키는 수있는 환경이다. 이 원리는 diff를 1 내지 4의 사분면에서 대상 영역과 시각 자극을 이용하여인가하나의 특정 시각적 기능의 측면에서 배경, 예를 들면 일관된 형태, 일관된 움직임, 명암과 색상 어. 이 시각 기능은 별도의 주변 및 중앙 시각 경로에 의해 처리 될 것으로 알려져있다. 예를 들어, 형태에 대한 정보는 시간적 피질 V1에서 복부 경로에 의해 처리된다. 움직임에 대한 정보는 정수리 피질 (16) 후부에 V1에서, 등의 경로에 의해 처리된다. 따라서, 특정 자극은 시각 시스템의 고유 영역에서 시각 정보 처리를 실행하는 데 사용된다. 아이가 제공되는 특정 시각 정보를 참조 할 경우, 그 정보는 안구 운동의 형태로 시선을 끌 것이다. 시각적 자극이 반사적 안구 운동 응답은 원격 적외선 눈 추적기로 기록됩니다. 그 방법은, 안구 운동 수단 13 처리 영상 정보의 다양한 양태의 품질의 통신이없는 평가를 제공한다.
안구 운동은 어린이의 시청 행동 (11)의 관찰뿐만 아니라, 데이터를 제공 할뿐만 아니라,보다 객관적인 결과 측정에 사용될 수있다. 신중하게 설계된 테스트 패러다임과 함께, 안구 운동은 시각 정보 처리에 대한 정확하고 객관적인 정보를 제공 할 수 있습니다. 이 정보는 안구 운동 응답의 공간적 특성에 기초하여 정량적 인 매개 변수를 계산함으로써 획득된다. 이러한 매개 변수의 예는 반응 시간 (13), 고정 시간 17 단속적 통계 7 또는 누적주의 할당 (18)이다. 이러한 매개 변수의 가용성은 젊은 발달 단계에서 아동의 시각적 평가의 분야에 새로운 기능입니다.
이 논문의 목적은 6 개월 세 어린이의 시각 정보 처리를 측정하는 눈 추적 기반 방법을 제시하는 것입니다. 측정 설정 및 절차 (즉 비언어적 인 패러다임, 후 교정 및 mobility)는 특별히 위험에 아이들이 방법을 사용하여 적용됩니다. 결정적인 특징은 정량적 시각적 응답 매개 변수, 즉 반응 시간, 정착 시간과 정착 정도를 분석한다. 이 파라미터들은 시각 장애가있는 어린이 위험군 시각적 정보 처리를 특성화하기 위해, 일반적으로 현상 아이들 시각적 유도 반응의 기준 영역을 제공하기 위해 사용된다.
양적 안구 운동 분석과 결합되게 측정 설정은 안구 운동과 시각 장애 아동의 다양한 그룹에서 비주얼 프로세싱 기능의 고유 한 특성을 제공한다. 이 패러다임의 주요 기능은 성능이 재귀 방식으로 트리거되는 시각적 자극에 안구 운동 응답에 기초한다는 것이다. 특정 언어의 지시가 주어지지와 어린이 구두로 응답 할 필요가 없다. 매개 변수의 RTF는, GFA와 FD는 각 그룹에 존재하는 매개 변수 값 (- 6 그림 4)의 제한 확산에도 불구하고 일반적으로 developing- 및 시각 장애인 아이들의 그룹 사이에 유의 한 차이를 보여줍니다. 시각 장애가있는 일부 아이들은 '정상'의 성능을 표시하는 동안 따라서, 평가 매개 변수에 따라 일부 일반적으로 개발 아이들은 일탈 성능을 표시 할 수 있습니다. 궁극적으로, 여러 시각에 응답하여 다수의 결과 측정양식은 개인 수준에서 고려되어야한다. 모든 결과 조치의 요약은 생후 6 개월에서 어린이의 시각 프로필에 변환 할 수 있습니다 시각 정보 처리 능력의 고유 한 특성을 제공한다.
몇몇 연구는 주의력 또는 정신적 능력 9,12,18을 추론하기, 아이들의 취약 인구에 원격 안구 추적의 값을 보여 주었다. 대부분의 연구는 행동 관찰과 지침의 사용에 의존하는 반면, 현재의 패러다임의 독특한 기능은 비언어적, 양적 접근 방법이다. 프로토콜 내에서 중요한 단계 그러므로 우선 찾고, 모바일 측정 셋업을 기반으로하는 자극하고, 사용자 지정 교정 및 분석 소프트웨어가 포함되어 있습니다. 정교한 분석 방법과 관찰을 기반 결과의 발표 확장 영상 처리 기능에 대한 표준화 및 상세한 결과를 제공합니다. 이 평가에 대한 작업과 일치한다다양한 장애 7 눈 추적기 (14), 그리고 시선 제어에 대한 연구와 유아 시력. 이 방법은 유연하고 어린이나 여러 장애 아동 임상 평가를 수행 할 때 빠뜨릴 수없는 모바일 평가를 할 수 있습니다. 따라서, 모니터를보고 할 수있는 거의 모든 어린이 안구와 시각 처리 능력을 측정하는 데 적합하다.
기존의 영상 진단 방법 (즉, 유효)에 대해이 방법의 중요성은 임상 구현 향한 첫 단계로 검토되고있다. 본 패러다임은 아동의 현재 사용 시각 기능 평가 (VFA)과 결합되었다. 안구 운동 기록을 기반으로 안구 운동과 시각 기능의 관찰은 이러한 기능의 표준 행동 관측과 비교했다. 또한, 안구 추적 파라미터, 예를 들면, 정착 시간 및 단속적 안구 방향 제공된 광고VFA 동안 안구 운동과 어린이의 시각 성능을 특성화 ditional 값 (Kooiker MJG의 등. 등., 2015, 제출). 제시된 방법의 주요 이득은 현재 젊은 나이에 시각 기능 평가에서 수행되는 것보다 더 많은 시각적 기능을 평가하고, 정량적으로 26을 평가 할 수있는 가능성에있다. 기존의 방법에 대한 한계는 적응없이 철저히 본 시험 전지 (14)가 시력이나 시야를 평가 아직 불가능 때문이다.
우리는 다른 시각적 양식이 다른 자극 (예를 들어, 별개의 형태, 움직임, 색상과 대비 정보) 22,20,25를 사용하여 테스트 할 수있는 미래의 응용 프로그램에 만화 자극의 결과의 프레 젠 테이션, 자신을 제한하지만. 그런 식으로, 기본 시각 경로 이외의 특정 시각 처리 영역은 같은 시간이나 두정엽 피질의 시각 연합 영역으로, 대상이된다.방법의 한계는 현재 시각 자극은 단지 시각적 입력의 감지를 실행하고, 시각 처리의 초기 단계를 호출한다는 것이다. 이러한 자극은 일반적으로 시각적 인식 테스트와 측정 자극 검출 후 관련되고 고차 함수를 대상으로하지 않습니다. 통신의 사용없이 실행 도전적이지만, 안구 추적 기반 패러다임 인식 관련 정보의 검출을위한 유망한 미래 포맷 예 시각 검색 – 메모리 또는 -selective 주목된다.
요컨대, 시각적 인 자극을 다양한 종류의 상세한 안구 운동 응답 개발 초기 시각 정보 처리 기능의 종합 특성을 제공한다. 따라서, 각 자녀에 대한 손상 및 손상된 기능의 관점에서 개별 비주얼 프로파일을 생성 할 수 있습니다. 이러한 프로파일은 안구 운동과 시각의 강점과 약점에 대한 자세한 정보를 제공 할 수있다기능. 그것은 일상 생활 지원을위한 출발점으로 사용하고, 교사와 교사 교육 할 수있다. 이 방법으로 사용할 수있게 한 정량적 정보는 시간이 지남에 따라, 시각 개입 및 재활 프로그램을 모니터링하기위한 시각적 개발을 다음에 유리 될 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
The authors thank daycare centers (Wasko, Alblasserwaard) for their support in recruiting the control group, and Mark Vonk for his help in data collection in the control group. The authors also thank the children from the control group and the children who are clients from Royal Dutch Visio for participation in the study. The authors are grateful to the children and their parents for participation in the video.
The development of the method was supported by a grant from the Novum Foundation: a non-profit organization providing financial support to (research) projects that improve the quality of life of individuals with a visual impairment (www.stichtingnovum.org). Financial support for the current study was provided by ‘ZonMw Inzicht’ (Netherlands Organization for Health Research and Development-Insight Society), grant number: 60-00635-98-10.
Tobii T60 XL | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/hardware/tobii-t60xl-eye-tracker/ | remote infrared eye tracker |
Tobii Studio | Tobii Technology: http://www.tobii.com | http://www.tobii.com/en/eye-tracking-research/global/products/software/tobii-studio-analysis-software/ | eye tracker software |
MATLAB | MathWorks Inc | http://nl.mathworks.com/products/matlab/ | data analysis software |