Upgrade to Pro — share decks privately, control downloads, hide ads and more …

Вахрамеева О.А. Движения глаз: техники регистрации, миниатырные движения глаз

Вахрамеева О.А. Движения глаз: техники регистрации, миниатырные движения глаз

Презентация доклада Ольги Анатольевны Вахрамеевой в рамках семинаров Cogito ergo.
Пост о событии: http://cogitoergo.ru/event/vakhrameeva-o-dvijeniyah-glaz/

Cogito ergo ...

May 23, 2014
Tweet

More Decks by Cogito ergo ...

Other Decks in Science

Transcript

  1. Движения глаз: техники
    регистрации,
    миниатюрные движения
    глаз
    Вахрамеева О.А.
    Институт физиологии им. И.П. Павлова
    РАН
    Санкт-Петербург, 2014 г.

    View full-size slide

  2. История изучения движений глаз
    Э. Джаваль (Javal Е., 1879) - показал, что глаза совершают быстрые
    скачкообразные движения - саккады, чередующиеся с короткими
    остановками- фиксациями.
    Е. Делабарр (Delabarre, 1898) предложил систему записи движения глаз на
    вращающийся барабан при помощи стилуса, который был механически
    соединен с роговицей
    Эрдманн и Додж (Erdmann, Dodge 1898) направляли луч света на роговицу,
    фокусировали систему линз, а затем записывали движения глаз на
    подвижной фотопластинке.
    Оршанский И. (1899) прикреплял к роговице чашечку на которой
    располагалось зеркальце, отражающее направленный на него пучок света.
    Е. Шотт (Schott, 1922) предложил использовать метод электроокулографиии -
    регистрацию электрических потенциалов между роговицей и сетчаткой.
    Альфред Лукьянович Ярбус (Ярбус,1965; Yarbus, 1967) разработал целый ряд
    методик регистрации движений глаз методом отраженного света, а также
    методки получения не движущегося по сетчатке изображения. В своих
    работах он использовал присоски различной конструкции, на которых
    располагались те или иные миниатюрные приборы.

    View full-size slide

  3. Иллюстрация из книги А.Л. Ярбуса
    Наблюдателю показывали картинку
    и давали 7 заданий:
    1. Рассмотреть изображение
    2. Оценить материальное состояние
    персонажей
    3. Оценить возраст персонажей
    4. Угадать, что делали остальные
    персонажи до прихода посетителя
    5. Запомнить во что одеты персонажи
    6. Запомнить расположение
    персонажей и объектов в комнате
    7. Оценить время прошедшее с
    момента последнего визита
    посетителя
    «В зависимости от задач, которые стоят перед человеком, т.е. в зависимости от характера
    сведений, которые он должен получить, будет соответственно изменяться и распределение
    точек фиксации на объекте, поскольку различные сведения обычно локализованы в
    различных частях объекта».

    View full-size slide

  4. Методы регистрации движений
    глаз

    View full-size slide

  5. Механическая запись движений
    глаз
     Это такие методики, при которых связь
    между глазом и записывающим
    устройством осуществлялась
    механически.
     Например при помощи рычажка (Дж.
    Ом,1928; Кордс, 1927), или эластичного
    резинового балончика, заполненного
    воздухом, или нити закрепленной одним
    концом на чашечке расположенной на
    роговице (Делябарр, 1898; Хьюи, 1898,
    1900; Оршанский, 1899).

    View full-size slide

  6. Запись движений глаз отраженным
    пучком света
    (contact lens optical lever)
     Оптический рычаг – метод регистрации движений глаз основанный на
    регистрации света отраженного от зеркала, расположенного на
    контактной линзе (Оршанский, 1899; Маркс, 1911; Дольман, 1925).
    Отраженный свет записывается фотоэлектрическим преобразователем,
    либо каким-то другим способом. Метод оптического рычага крайне
    точный: некоторым авторам удавалось добиться регистрации
    вертикальных и горизонтальных движений глаз амплитудой менее 10
    угловых секунд (Ditchburn & Ginsborg, 1953; Nachmias, 1959; Steinman,
    1965) – точность достаточная для регистрации самых миниатюрных
    фиксационных движений глаз.
     Минусы: 1. требуется создать отрицательное давление под линзой, чтобы
    избежать ее скольжения по роговице, а это травмирует глаз; 2. запись
    отраженного света ограничивается веком.
     Таким образом, несмотря на высочайшую точность метода оптического
    рычага, длительная запись движений глаз и запись в условиях просмотра
    большого по размерам изображения не представляется возможной.

    View full-size slide

  7. Регистрация движений при помощи
    измерительной катушки (search coil)
     К контактной линзе крепится катушка, вокруг глаза помещается
    магнит, который генерирует магнитное поле. За счет
    электромагнитной индукции в катушке возникает электрический
    ток. Полярность и амплитуда тока зависит от движений глаз,
    измеряя эти значения, могут быть зарегистрированы движения
    глаз.
     Метод измерительной катушки похож на метод оптического
    рычага. В результате регистрируются изменения положения
    глазного яблока относительно головы, поэтому как и метод
    оптического рычага метод измерительной катушки при его
    достаточно высокой точности не может показать направление
    взора, если голова наблюдателя не закреплена. Громоздкость всей
    аппаратуры создает дискомфорт для наблюдателя. И также как и
    метод отраженного пучка света меняет момент инерции глаза, что
    искажает быстрые движения глаз: саккады, тремор.

    View full-size slide

  8. Бесконтактные методы
    регистрации движений глаз.
     Изучение движений глаз при помощи
    фото- и киносъемки Додж и Клайн 1901,
    Джадд 1905
     Запись роговичного блика

    View full-size slide

  9. Бесконтактные оптические методы
    регистрации движения глаз
     Инфракрасная подсветка, которая отражается глазным яблоком,
    регистрируется видео камерой или другим оптическим сенсором. В
    процессе обработки видеозаписи получается информация об
    ориентации глазного яблока в пространстве и её временная
    динамика. Айтрекеры, основанные на видео записи, часто
    используют отражение инфракрасной подсветки от роговицы глаз
    (первое изображение Пуркинье) для расчета направления на центр
    глазного яблока и дальнейшего сравнения с координатами центра
    зрачка.
     Более сложный тип айтрекера использует как отражение от
    роговицы, так и отражение от хрусталика глаза. Данная категория
    айтрекеров наиболее часто используется в задачах гейзтрекинга
    (отслеживания взгляда - нахождение точки пересечения оптической
    оси глазного яблока и плоскости экрана, на котором предъявляется
    некоторый визуальный стимул), которые требуют, чтобы процедура
    эксперимента была неинвазивна, а оборудование было относительно
    недорогим.

    View full-size slide

  10. Электроокулография (ЭОГ)
    Схема расположения электродов
    для записи электроокулограммы
    ЭОГ – техника для измерения движений глаз, в основе которой лежит
    регистрация электрического потенциала вокруг глаз. Роговица имеет более
    положительный заряд в сравнении с зарядом сетчатки.
    Минусы: наличие других биопотенциалов, источником которых является
    активность мозга и мышечная активность и которые вносят помехи в запись
    движений глаз. Качество сигнала также зависит от положения электродов,
    качества контакта между электродом и кожей, от движений головы и проч.
    Таким образом, электроокулограмма может быть использована для
    регистрации только саккад и морганий.

    View full-size slide

  11. Типы движений глаз

    View full-size slide

  12. Типы движений глаз
    -Саккады – быстрые скачкообразные движения обоих глаз
    -Фиксации – остановка взора, в течение которой взор колеблется с
    амплитудой не более 1 углового градуса
    -Миниатюрные движения глаз (дрейф, тремор, микросаккады) –
    совершаются во время фиксации (иначе – фиксационные
    движения глаз), амплитуда не превышает 1 углового градуса
    -Нистагм – непроизвольное скачкообразное движение
    -Прослеживание – плавное, без резких скачков движение,
    наблюдается при прослеживании равномерно движущейся цели

    View full-size slide

  13. Горизонтальные саккады и нистагм

    View full-size slide

  14. Прослеживающие движения глаз в
    норме и при патологии

    View full-size slide

  15. Контроль движений глаз

    View full-size slide

  16. Контроль за движениями глаз
    CBT – кортико-бульбарный
    тракт
    CER – мозжечок
    ICTT – внутренний
    кортико-тектальный тракт
    MRF – ретикулярная
    формация промежуточного
    мозга и моста
    PT – ядра претектума
    SA – афференты от
    экстраокулярных мышц
    SC – верхние бугры
    четверохолмия
    SCC – полукружные
    каналы
    VN – вестибулярные ядра
    II – зрительный нерв
    III, IV, VI – окуломоторные,
    блоковые и отводящие
    нервы и ядра

    View full-size slide

  17. Миниатюрные (фиксационные)
    движения глаз
    Han Collewijn, 2008
    Взгляд во время фиксации не неподвижен, а совершает микродвижения,
    называемые также миниатюрными движениями глаз. К этому типу
    движений относят тремор, дрейф и микросаккады.

    View full-size slide

  18. Дрейф
     Дрейф – сравнительно медленные движения,
    совершаемые в межсаккадическом
    интервале, ранжируются в амплитудном
    промежутке от 1.5 до 4 угловых минут, со
    средней скоростью около 4 угловых минут в
    секунду.

    View full-size slide

  19. Тремор
     Тремор (дрожание)- быстрые вздрагивающие
    (дрожащие) движения с частотой около 200
    Hz и типичной амплитудой в диапазоне 5–30
    угловых секунд. В настоящее время для
    записи бинокулярного тремора используется
    миниатюрный акселерометр (Spauschus et al,
    1999).

    View full-size slide

  20. Микросаккады
     Микросаккады – это такие саккады, амплитуда
    которых варьирует от 2 до 12 угловых минут в
    одном направлении и, которые происходят через
    промежутки времени от 0.2 до 10 секунд.
    Саккады являются содружественными
    движениями для обоих глаз.

    View full-size slide

  21.  Микросаккады  Тремор
     Дрейф
    Martinez-Conde & Macknik, 2008

    View full-size slide

  22. Микросаккады во время фиксации
     Распределение размеров микросаккад у 4-х
    испытуемых
    Boyce, 1967,
    Proceedings of the Royal
    Society of London B, 167,
    293–315

    View full-size slide

  23. Микросаккады при выполнении задач,
    сопровождающихся движением взора по
    экрану

    View full-size slide

  24. Вергентные движения глаз и
    скрытое внимание

    View full-size slide

  25. Движения глаз и внимание
     Bottom-up и top-down пути контроля
    внимания, определяют движение глаз при
    выполнении различных задач. В частности
    задач зрительного поиска.

    View full-size slide

  26. Теория объединения признаков
    (Treisman and Gelade, 1980)

    View full-size slide

  27. Теория объединения признаков
    (Treisman and Gelade, 1980)

    View full-size slide

  28. Feature Guided Search Model
    Модель поиска обусловленная признаками
    M. Pomplun, 2006,
    Vision Research,
    46, 1886-1900.

    View full-size slide

  29. Найдите кота

    View full-size slide

  30. Найдите кота

    View full-size slide

  31. 4 класса объектов, которые испытуемый
    должен был найти в сложной сцене.

    View full-size slide

  32. t
    праймер маска цель
    реакция испытуемого
    праймер
    Фрагменты фона
    выделенные
    когда испытуемый
    искал объект «кот»
    Фрагменты фона
    выделенные
    когда испытуемый
    искал объект «рыба»
    цель
    80 мс 100мс 100мс

    View full-size slide