La combinación de PC del juego basado en experimentos del comportamiento de alta densidad de seguimiento de mirada EEG e infrarrojo

Este video demuestra un procedimiento para obtener simultáneamente registros de seguimiento de la mirada y EEG de alta densidad de sujetos mientras realizan tareas cognitivas atractivas y ecológicamente válidas integradas en un videojuego. Primero, se fijan electrodos al sujeto. Luego, se calibra la cámara de seguimiento de la mirada.

El sujeto juega el videojuego mientras se registran los datos de EEG y de fijación visual. Se obtienen potenciales relacionados con eventos y perturbaciones espectrales relacionadas con eventos que son desencadenadas por los eventos del juego. La principal ventaja de esta técnica frente a los métodos existentes, por ejemplo, paquetes de presentación de estímulos como ePrime o Presentation, es que al integrar experimentos dentro de un videojuego se reduce la ansiedad de desempeño al alejarse de un contexto de prueba explícito, y ayuda a que los sujetos mantengan la motivación y se mantengan comprometidos con las tareas durante toda una sesión experimental prolongada.

Que abarca una amplia variedad de tareas cognitivas. Estas cualidades son particularmente importantes para poblaciones pediátricas y clínicas, en las cuales la atención y la motivación pueden ser obstáculos para sesiones experimentales complejas o prolongadas. Mi nombre es Keith Yoder y soy ayudante de investigación en el Laboratorio Beaumont.

Hoy me acompañará David Post, técnico de laboratorio y estudiante de posgrado de UAUA en el Departamento de Desarrollo Humano. Utilizaremos un sistema de medición bios de 128 canales, semipasivo, y un rastreador de mirada infrarrojo iLink 1000 de SR Research. Antes de comenzar el experimento combinado de juego computarizado y EEG, los electrodos deben equilibrarse para asegurar que tengan pequeños desvíos dentro del rango de más o menos 20 microvoltios una hora antes de la llegada del sujeto. Para el experimento de EEG, equilibre los electrodos sumergiéndolos durante cinco a diez minutos en una solución salina compuesta por una cucharadita de sal por litro de agua destilada.

No deje los electrodos en ningún líquido durante más de 10 minutos a la vez. Después de retirar los electrodos del baño salino, utilice un frasco con atomizador lleno de agua destilada para enjuagarlos justo antes de que llegue el sujeto. Encienda las cajas convertidoras y las computadoras de la cámara de seguimiento de la mirada para realizar simultáneamente el seguimiento de la mirada y el EEG; asegúrese de usar la lente de 16 milímetros de longitud en la cámara de seguimiento de la mirada.

El montaje utiliza cuatro computadoras: una computadora dedicada al seguimiento de la mirada, una computadora dedicada a la adquisición de EEG, una computadora dedicada a la presentación de estímulos y una computadora para la adquisición de video y el análisis de datos. Dos cajas convertidoras manipulan las salidas VGA de la computadora de seguimiento de la mirada y de la computadora de presentación de estímulos, y envían una señal de video combinada a la computadora de adquisición de video.

De este modo, la computadora de adquisición de video puede grabar la pantalla del juego vista por el sujeto superpuesta con un cursor que representa la fijación visual actual y una marca de tiempo. Este video con superposición se guarda en un archivo de disco en la computadora de adquisición de video. Ahora veamos la configuración del EEG.

Comience a prepararse para el experimento de EEG midiendo la circunferencia de la cabeza del sujeto alrededor de la frente y el inión, y seleccione un casco de electrodos del tamaño adecuado. Coloque el casco sobre la cabeza del sujeto asegurándose de que la etiqueta quede fuera del casco, descansando sobre el cuello del sujeto.

Reposicione la gorra hasta que el electrodo A uno esté centrado con respecto a la nasión, la inión y la pina izquierda, el pináculo derecho y la línea media de la gorra se encuentre alineada con la línea media de la cabeza del sujeto. La nasión es la depresión entre la nariz y la ceja. La inión es el saliente óseo en la línea media en la parte posterior de la cabeza, y la pina es la aleta de cartílago que se extiende en el lado anterior de la abertura del conducto auditivo.

Cuando la tapa esté en posición, aplique un anillo adhesivo al alojamiento de plástico de los electrodos. Ex cinco y ex seis. Alinee la abertura del anillo con la pastilla del electrodo.

Retire el respaldo de papel del anillo adhesivo y cubra el contacto del electrodo con gel conductor. Coloque EX seis en el mastoides derecho del sujeto y EX cinco en el mastoides izquierdo del sujeto. Utilice una jeringa roma para colocar gel conductor en cada soporte de electrodo del casco.

Mueva ligeramente la punta de la jeringa para separar el cabello del sujeto. Luego, presione simultáneamente el émbolo hacia abajo y retire la jeringa de la cabeza como si estuviera decorando un pastel. Llene hasta que el gel esté al nivel de la parte superior del alojamiento de plástico.

Asegúrese de no llenar en exceso. Es mejor tener demasiado poco gel que demasiado, ya que el exceso puede filtrarse entre los sitios de los electrodos, provocando un puente entre electrodos. Si los electrodos quedan en cortocircuito, no hay solución posible.

Pero para retirar la caperuza, haga que el sujeto lave y seque su cabello, y comience de nuevo con los conectores de los cables de los electrodos colgando sobre el hombro y los extremos sensores en una mano; coloque suavemente cada electrodo en su soporte correspondiente dentro de la caperuza de electrodos. Sostenga únicamente la carcasa de plástico de los electrodos y tenga mucho cuidado de no doblar los cables. Es fundamental no tocar las puntas de los electrodos.

El contacto con la piel, la ropa o cualquier material distinto del gel conductor degradará la calidad de los electrodos. Coloque gel conductor en X uno a X cuatro y utilice anillos adhesivos para fijarlos al rostro del sujeto. Coloque X uno y X dos aproximadamente un centímetro horizontalmente desde los cánthos externos izquierdo y derecho del sujeto, respectivamente.

Coloque X tres y DX cuatro aproximadamente un centímetro por debajo del centro de los ojos izquierdo y derecho del sujeto, sobre los huesos cigomáticos. Recoja suavemente los cables de los electrodos detrás del sujeto y enrolle flojamente el cable C-M-S-D-R-L alrededor de los demás. Para formar una cola de caballo, coloque cintas de velcro en la parte superior e inferior de la cola para mantener los cables en su lugar y utilice cinta médica para fijar la cola a la parte posterior de la camisa del sujeto.

Asegúrese de dejar suficiente holgura en estos cables para que el cuello del sujeto pueda flexionarse hacia adelante cómodamente. Ahora prepare los electrodos de RGC aplicando una solución de cloruro de potasio a cada electrodo. Utilice cinta médica para fijar los electrodos de RGC a los dedos segundo y tercero de la mano no dominante del sujeto o a la mano que no se utilizará durante el experimento.

Para registrar las respuestas conductuales con todos los electrodos colocados, haga que el sujeto se siente en una silla estacionaria no reclinable. Frente al monitor de presentación de estímulos, conecte todos los electrodos al caja convertidora y verifique la computadora de adquisición de EEG para asegurarse de que los desvíos de los electrodos estén dentro de ±40 microvoltios. Si un electrodo presenta un desvío muy alto o es ruidoso, retire suavemente el electrodo del casco.

Inserte más gel en el alojamiento y reemplace el electrodo. Si un problema persiste en un solo electrodo, o si un electrodo individual se contamina con artefactos de pulso, ese canal debe interpolarse a partir de los electrodos circundantes. Una vez finalizada la grabación, configure el seguimiento de la mirada fijando primero una etiqueta objetivo por encima de la ceja séptica, en la región medial respecto al ojo.

Inicie la aplicación emergente de calibración en el ordenador de presentación del estímulo. Comience una nueva sesión y cambie el menú desplegable de tipo a CMD. Después de ingresar el comando apropiado, presione el botón de envío para activar el registro de eventos desde la configuración de la cámara del lanzamiento de la aplicación emergente de calibración.

Coloque la cámara de modo que la etiqueta de destino y la letra I del sujeto queden centradas para el umbral automático. Presione la tecla A en el teclado del ordenador de presentación de estímulos. Ajuste el enfoque girando la lente de la cámara hasta que la letra I que se va a rastrear esté nítida.

Comience a calibrar el sistema de seguimiento de la mirada para el sujeto presionando C en el teclado del ordenador de presentación de estímulos. Un punto aparecerá en nueve ubicaciones diferentes de la pantalla en orden aleatorio. El sujeto debe mirar el punto cuando aparezca, en lugar de anticipar la ubicación del siguiente punto.

Para validar la calibración, presione la tecla V. Los puntos aparecerán nuevamente en orden aleatorio. Si la calibración fue correcta, la mirada del sujeto se proyectará sobre cada punto de validación.

Si la calibración falla, asegúrese de que los umbrales de la pupila y de la reflexión corneal sean adecuados. Los umbrales de la pupila y de la córnea se pueden ajustar desde la pantalla de configuración de la cámara en el equipo anfitrión del isla en la esquina superior izquierda de la pantalla; haga clic en las flechas hacia arriba y hacia abajo de la pupila y de la córnea para aumentar o disminuir los umbrales, respectivamente. Asegúrese de que la frecuencia de muestreo esté establecida en 500 hercios haciendo clic en el botón de 500 hercios.

Minimice la aplicación emergente de calibración en el ordenador de presentación de estímulos e inicie la grabación de los datos de mirada haciendo clic derecho en el icono iLink en la barra de tareas y seleccionando Iniciar grabación. Inicie la grabación de video en el ordenador de adquisición de video utilizando el software Black Magic Media Express. A continuación, inicie la grabación de EEG en el ordenador de adquisición de EEG haciendo clic en el botón de pausa.

Ahora, en la presentación del estímulo, la computadora inició el juego como polus, un juego personalizado diseñado para garantizar la validez ecológica sin sacrificar el control experimental. En un juego, los sujetos deben rescatar un barco de carga que está bajo ataque. Se implementa una tarea de ir-no ir mediante la introducción de un agujero de gusano, del cual aparece o bien un amigo que ayuda al jugador o un enemigo que perjudica al jugador. Los participantes también realizan una tarea de coherencia de movimiento de puntos al dirigir una nave espacial a través de campos estelares en deriva durante otro juego.

Los sujetos deben utilizar una pantalla de radar para recoger asteroides en una tarea Posner modificada; los cuatro sectores en los que pueden aparecer los asteroides parpadean a diferentes frecuencias fundamentales. Los cambios en el contenido espectral del EEG pueden entonces evaluar la atención basándose en las amplitudes de las frecuencias que etiquetan cada sector. Otro juego pide a los sujetos que ayuden a establecer un tratado galáctico identificando las emociones representadas en rostros.

Cada una de las cinco caras debe colocarse en espacios vacíos de un tablero de juego para crear una fila o columna de tres caras que expresen la misma emoción. Un cuarto juego implementa la prueba de Sally-Anne de la teoría de la mente en los jugadores. Observe al Capitán Sally mientras coloca su carga en uno de cuatro planetas.

El papel de Anne lo interpreta un pirata espacial que traslada la carga a otro planeta. Finalmente, un almirante observa tanto al capitán como al pirata y transmite información sobre las acciones del pirata al capitán. A continuación, los jugadores deben trazar trayectorias de intercepción para el capitán y para el pirata, deduciendo dónde buscará cada uno la carga, e implementando así la teoría de la mente de primer y segundo orden en los contrastes entre varias condiciones.

Los resultados recientes en interacción humano-ordenador indican el poder del contexto de juego para establecer y mantener la motivación en tareas que de otro modo podrían no parecer atractivas de esta manera. Se pueden realizar múltiples tareas cognitivas en muchos ensayos repetidos durante una sola sesión experimental sin fatigar al sujeto. Esto es especialmente importante porque, para obtener suficientes ensayos para el promediado de EEG, los sujetos deben acumular alrededor de cien ensayos de cada condición de estímulo. Para estímulos auditivos, sustituya los altavoces pasivos del ordenador de presentación de estímulos por altavoces activos.

Luego conecte y encienda el amplificador. Ajuste el volumen al nivel 60. Esto es necesario para alcanzar un nivel máximo de sonido de 80 decibeles SPL cuando el sujeto haya terminado de jugar los juegos.

Salga del juego y detenga la grabación de datos presionando el botón de detención dentro de la interfaz gráfica. En cada uno de los ordenadores de adquisición de video para el seguimiento de la mirada y de adquisición de EEG, apague la caja del convertidor de EEG y desconecte todos los cables de la caja.

Retire los anillos adhesivos y colóquelos en agua destilada tibia. Utilice una botella rociadora llena de agua destilada para eliminar cualquier gel residual en los electrodos, y use agua corriente tibia y jabón para eliminar el gel del casquillo de los electrodos. Ahora mostraremos algunos resultados representativos de EEG.

Aquí se muestra un gráfico de perturbación espectral relacionado con eventos obtenido a partir de un electrodo frontal medio fz. En este juego, enemigo presente corresponde a la aparición de una nave enemiga o una condición de "go", y aliado presente corresponde a la aparición de una nave aliada o una condición de "no-go" durante la condición de "no-go". Típicamente, los niños en desarrollo mostraron una potencia significativamente mayor en la banda gamma del EEG que los niños con un trastorno del espectro autista.

Al intentar este procedimiento, es importante evitar tocar los contactos del electrodo, doblar los cables conductores o usar demasiado gel.