משחק מחשב המבוסס על שילוב של ניסויים ההתנהגות עם מעקב צפיפות גבוהה מבט EEG ו אינפרא אדום

סרטון זה מדגים פרוצדורה להשגת מעקב מבט סימולטני והקלטות EEG בצפיפות גבוהה מנבדקים במהלך ביצוע משימות קוגניטיביות מרתקות ובעלות תוקף אקולוגי המוטמעות במשחק מחשב. ראשית, אלקטרודות מוצמדות לנבדק. לאחר מכן, מצלמת מעקב המבט מכוילת.

הנבדק משחק במשחק בזמן שנתוני EEG ומבט (Gaze) נרשמים. פוטנציאלים קשורי אירוע (Event related potentials) ושיבושים ספקטרליים קשורי אירוע (event related spectral perturbations) מתקבלים כתוצאה מאירועי המשחק. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, למשל חבילות להצגת גירויים כמו ePrime או presentation, הוא שהטמעת ניסויים בתוך משחק מחשב מפחיתה חרדה מביצועים על ידי התרחקות מהקשר של בדיקה מפורשת, ומסייעת לנבדקים להישאר עם מוטיבציה ומעורבים במשימות לאורך מפגש ניסויי ארוך.

מקיף מגוון רחב של משימות קוגניטיביות. תכונות אלו חשובות במיוחד עבור אוכלוסיות פדיאטריות וקליניות, שבהן קשב ומוטיבציה עלולים להוות מכשולים במפגשים ניסויים מורכבים או ממושכים. שמי קית' יוֹדר ואני עוזר מחקר במעבדת בומונט (Beaumont Laboratory).

יסייע לי היום דייוויד פוסט, טכנאי מעבדה ותלמיד לתואר מתקדם ב-UAUA במחלקה לפיתוח אנושי. נשתמש במערכת מדידה חצי-אקטיבית של 128 ערוצים, ובמערכת מעקב תת-אדומה אחרי מבט מדגם iLink 1000 מבית SR Research. לפני תחילת הניסוי המשולב של משחק מחשב ו-EEG, יש לאזן את האלקטרודות כדי להבטיח שיש להן היסטות קטנות בטווח של פלוס או מינוס 20 µV, שעה לפני הגעת הנבדק. עבור ניסוי ה-EEG, אזנו את האלקטרודות על ידי השרייתן למשך חמש עד 10 דקות באמבט מלח המורכב מכפית אחת של מלח לליטר של מים מזוקקים.

אין להשאיר את האלקטרודות בכל נוזל למשך יותר מ-10 דקות בכל פעם. לאחר הוצאת האלקטרודות מאמבט המלח, השתמשו בבקבוק תרסיס מלא במים מזוקקים כדי לשטוף אותן ממש לפני הגעת הנבדק. הפעילו את תיבות הממירים של מצלמת מעקב המבט ואת המחשבים למעקב מבט ו-EEG סימולטניים, וודאו כי אתם משתמשים בעדשה באורך 16 מילימטר במצלמת מעקב המבט.

ההגדרה כוללת ארבעה מחשבים: מחשב אחד ייעודי למעקב אחר המבט, מחשב אחד ייעודי לרכישת EEG, מחשב אחד ייעודי להצגת גירויים, ומחשב אחד לרכישת וידאו וניתוח נתונים. שתי תיבות ממירים. אלו מטפלות ביציאות ה-VGA ממחשב מעקב המבט וממחשב הצגת הגירויים, ושולחות אות וידאו מאוחד למחשב רכישת הווידאו.

בדרך זו, מחשב רכישת הווידאו יכול להקליט את מסך המשחק כפי שרואה אותו הנבדק, כאשר עליו מופיעים סמן המייצג את קיבוע המבט הנוכחי וחותמת זמן. סרטון שכבה זה נשמר כקובץ דיסק במחשב רכישת הווידאו. כעת נראה את הגדרת ה-EEG.

התחילו בהכנות לניסוי ה-EEG על ידי מדידת היקף ראשו של הנבדק, סביב המצח וה-inion, ובחרו כובע אלקטרודות בגודל המתאים. הניחו את הכובע על ראשו של הנבדק תוך וידוא שהתג נמצא מחוץ לכובע ונח על צווארו של הנבדק.

ממקם מחדש את הכובע עד שהאלקטרודה A1 ממרכזת ביחס לנזיון (nasion), לאיניון (inion) ולפינה (pinna) השמאלית, לפינות הימנית, וקו האמצע של הכובע נמצא לאורך קו האמצע של ראש הנבדק. הנזיון הוא השקע שבין האף לגבה. האיניון הוא הבליטה הגרמית בקו האמצע בחלק האחורי של הראש, והפינה היא סרט cartilage הבולט מהצד הקדמי של פתח תעלת האוזן.

כאשר הפקק נמצא במקומו, הצמידו טבעת דבק למעטפת הפלסטיק של האלקטרודות Ex five ו-ex six. יישרו את פתח הטבעת עם גלגול האלקטרודה.

הסר את גיבוי הנייר מהטבעת הדביקה וכסה את מגע האלקטרודה בג'ל מוליך. הנח את EX six על התהודה (mastoid) הימנית של הנבדק ואת EX five על התהודה השמאלית של הנבדק. השתמש במזרק קהה להנחת ג'ל מוליך בכל אחד מתושבי האלקטרודות בכובע.

נערה את קצה המזרק כדי להפריד את שיערו של הנבדק. לאחר מכן, לחץ בו-זמנית על הבוכנה כלפי מטה ומשוך את המזרק הרחק מהראש, בדומה לזינוק עיטור על עוגה. מלא את הג'ל עד שיהיה בקו אחד עם החלק העליון של המעטפת הפלסטית.

הקפידו לא למלא יתר על המידה. עדיף שיהיה מעט מדי ג'ל מאשר עודף ג'ל שעלול לדלוף בין אתרי האלקטרודות ולגרום לגישור אלקטרודי. אם נוצר גישור בין האלקטרודות, לא ניתן לתקן זאת.

כדי להסיר את הכובע, הנחו את הנבדק לחפוף ולייבש את שיערו, והתחילו מחדש כאשר התקעי כבלי האלקטרודות תלויים על הכתף וקצוות החיישנים ביד אחת; מקמו בעדינות כל אלקטרודה במחזיק המתאים לה בתוך כובע האלקטרודות. אחזו אך ורק במעטפת הפלסטיק של האלקטרודות, והיזהרו מאוד לא למעוך את החוטים. קריטי שלא לגעת בקצוות האלקטרודות.

מגע עם העור, ביגוד או כל חומר אחר שאינו ג'ל מוליך יפגע באיכות האלקטרודות. יש למרוח ג'ל מוליך על X one עד X four ולהשתמש בטבעות דבק כדי להצמיד אותן לפניו של הנבדק. יש למקם את X one ואת X two במרחק של כסנטימטר אחד אופקית מהזווית החיצונית של העין השמאלית והימנית של הנבדק, בהתאמה.

מקמו את X three ו-DX four כמרחק של כסנטימטר אחד מתחת למרכז העיניים השמאלית והימנית של הנבדק, על עצמות הלחי (zygomatic bones). אספו בעדינות את כבלי האלקטרודות מאחורי הנבדק ועטפו באופן רפוי את כבל ה-C-M-S-D-R-L סביב שאר הכבלים. כדי ליצור צמה, מקמו רצועות סקוטץ' בחלק העליון והתחתון של הצמה כדי להחזיק את הכבלים במקומם, והשתמשו בסרט דביק רפואי כדי להצמיד את הצמה לגב החולצה של הנבדק.

הקפידו להשאיר מספיק רפיון במוליכים אלה כדי שצווארו של הנבדק יוכל להתכופף קדימה בנוחות. כעת הכינו את אלקטרודות ה-GSR על ידיe מריחת תמיסת potassium chloride על כל אלקטרודה. השתמשו בסרט הדבקה רפואי כדי להצמיד את אלקטרודות ה-GSR לאצבעות השנייה והשלישית בידו הבלתי-דומיננטית של הנבדק, או בכל יד שלא תשמש אותו במהלך הניסוי.

כדי לאתגל תגובות התנהגותיות לאחר הגדרת כל האלקטרודות, יש להושיב את הנבדק בכיסא נייח שאינו נשען לאחור. לפני מסך הצגת הגירויים, חברו את כל האלקטרודות לתיבת הממיר ובדקו במחשב רכישת ה-EEG שההיסט (offset) של האלקטרודות הוא בטווח של פלוס או מינוס 40 microvolts. אם לאלקטרודה יש היסט גדול מאוד או שהיא רועשת, הסירו בעדינות את האלקטרודה מהכיפה.

החדירו ג'ל נוסף לתוך המארז והחליפו את האלקטרודה. אם הבעיה נמשכת באלקטרודה בודדת, או אם אלקטרודה בודדת מזוהמת בארטיפקט דחף (pulse artifact), יש לבצע אינטרפולציה של ערוץ זה מאלקטרודות סמוכות. לאחר סיום ההקלטה, הגדירו את מעקב המבט על ידי הדבקת מדבקת מטרה מעל הגבה השמאלי, מדיאלית לעין.

הפעל את אפליקציית כיול הפופ-אפ במחשב להצגת הגירויים. התחל הפעלה (session) חדשה ושנה את התפריט הנפתח של סוג הפעולה ל-CMD. לאחר הזנת הפקודה המתאימה, לחץ על כפתור השליחה (send) כדי להפעיל את רישום האירועים מהגדרת המצלמה של הפעלת אפליקציית כיול הפופ-אפ.

מקמו את המצלמה כך שהמדבקה המכוונת והעין של הנבדק יהיו במרכז לצורך סף אוטומטי (auto threshold). לחצו על מקש A במקלדת של המחשב המשמש להצגת הגירויים. כווןנו את הפוקוס על ידי סיבוב עדשת המצלמה עד שהעין המיועדת למעקב תהיה ברורה.

התחילו בכיול מערכת מעקב המבט עבור הנבדק על ידי לחיצה על מקש C במקלדת של המחשב המשמש להצגת הגירויים. נקודה תופיע בתשעה מיקומים שונים על המסך בסדר אקראי. על הנבדק להביט בנקודה כאשר היא מופיעה, במקום לנסות לצפות את מיקומה של הנקודה הבאה.

כדי לאמת את הכיול, לחצו על מקש V. הנקודות יופיעו שוב בסדר אקראי. אם הכיול היה תקין, מבט הנבדק ימופה על כל נקודת אימות.

אם הכיול נכשל, ודאו שספי השבירה של האישון והשתקפות הקרנית מתאימים. ניתן להתאים את ספי האישון והקרנית ממסך הגדרות המצלמה במחשב המארח של העמדה בחלקו השמאלי העליון של המסך; לחיצה על החיצים למעלה ולמטה של האישון והקרנית תגדיל ותקטין את הספים בהתאמה. ודאו שקצב הדגימה מוגדר ל-500 hertz על ידי לחיצה על כפתור ה-500 Hertz.

יש למזער את אפליקציית הכיול הקופצת במחשב להצגת הגירויים ולהתחיל בהקלטת נתוני המבט על ידי לחיצה ימנית על סמל ה-iLink בשורת המשימות ובחירה ב-Start recording. התחילו את הקלטת הווידאו במחשב לרכישת הווידאו באמצעות תוכנת Black Magic Media Express. לאחר מכן, התחילו את הקלטת ה-EEG במחשב לרכישת ה-EEG על ידי לחיצה על כפתור ההפסקה.

בשלב הצגת הגירויים, המחשב הפעיל את המשחק Polus, שהוא משחק שנבנה במיוחד כדי להבטיח תקפות אקולוגית מבלי להקריב את הבקרה הניסויית. במשחק אחד, הנבדקים חייבים להציל ספינת מטען שנמצאת תחת מתקפה. משימת go no-go מיושמת על ידי הצגת חור תולעת, ממנו מופיע או חבר המסייע לשחקן או אויב הפוגע בשחקן. השחקנים מבצעים גם משימת קוהרנטיות של תנועת נקודות על ידי היגוי חללית דרך שדות כוכבים נסחפים במהלך משחק אחר.

על הנבדקים להשתמש במכשיר רדאר כדי לאסוף אסטרואידים במשימת Posner מותאמת, שבה ארבעת הסקטורים שבהם עשויים להופיע אסטרואידים מהבהבים בתדרים בסיסיים שונים. שינויים בתוכן הספקטרלי של ה-EEG יכולים אז להעריך קשב על בסיס האמפליטודות של התדרים המסמנים כל סקטור. משחק אחר מבקש מהנבדקים לסייע ביצירת חוזה גלקטי על ידי זיהוי הרגשות המשתקפים בפנים.

יש להניח כל אחת מחמש פנים בנקודות ריקות על לוח המשחק כדי ליצור שורה או עמודה של שלוש פנים המביעות את אותה רגש. משחק רביעי מיישם את מבחן סאלי-אן של תיאוריית התודעה (Theory of mind) עבור השחקנים. צפו בקפטן סאלי בעוד היא מניחה את המטען שלה על אחד מארבעה כוכבי לכת.

את תפקידה של אן ממלאת שודדת חלל שמעבירה את המטען לכוכב אחר. לבסוף, אדמירל צופה הן בקפטן והן בשודדת ומעביר לקפטן מידע על פעולותיה של השודדת. השחקנים נדרשים לאחר מכן לתכנן מסלולי יירוט עבור הקפטן ועבור השודדת, תוך הסקת מסקנות לגבי המקום שבו כל אחד מהם יחפש את המטען, ובכך ליישם תיאוריה של תודעה (theory of mind) מסדר ראשון ומסדר שני בהשוואה בין מספר תנאים.

תוצאות אחרונות בתחום האינטראקציה בין בן אדם למחשב מצביעות על כוחו של ההקשר המשחקי לבסס ולשמר מוטיבציה במשימות שאלמלא כן עשויות שלא להיראות מרתקות באופן זה. ניתן לבצע מספר משימות קוגניטיביות בניסיונות חוזרים רבים במהלך פגישה ניסויית אחת מבלי לעייף את הנבדק. דבר זה חשוב במיוחד כיוון שכדי להשיג מספיק ניסיונות לצורך מיצוע EEG, על הנבדקים לצבור כמאה ניסיונות עבור כל תנאי גירוי. עבור גירויים שמיעתיים, החליפו את הרמקולים הפסיביים במחשב להצגת הגירויים ברמקולים עם מגבר מובנה.

לאחר מכן, חברו למקור חשמל והפעילו את המגבר. הגדירו את עוצמת השמע לרמה 60. הגדרה זו נחוצה כדי להשיג רמת לחץ קול (SPL) מקסימלית של 80 דציבל עם סיום המשחקים על ידי הנבדק.

צאו מהמשחק והפסיקו את הקלטת הנתונים על ידי לחיצה על כפתור העצירה בממשק הגרפי, בכל אחד ממחשבי מעקב המבט לרכישת וידאו ומחשבי רכישת ה-EEG. כבו את תיבת הממיר של ה-EEG ונתקו את כל המוליכים מהתיבה.

הסירו את טבעות הדבק והניחו אותן במים מזוקקים חמימים. השתמשו בבקבוק ריסוס ממולא במים מזוקקים כדי להסיר שאריות ג'ל מהאלקטרודות, והשתמשו במים חמימים מהברז ובסבון כדי להסיר ג'ל ממכסה האלקטרודות. כעת נציג מספר תוצאות EEG מייצגות.

להלן תרשים של הפרעה ספקטרלית הקשורה לאירוע (event related spectral perturbation), שהתקבל מאלקטרודה קדמית במרכז (fz). במשחק זה, "enemy present" מתייחס להופעתו של ספינת אויב או לתנאי go, ו-"friendly present" מתייחס להופעתו של ספינת ידיד או לתנאי no-go במהלך תנאי ה-no-go. בדרך כלל, ילדים עם התפתחות תקינה הראו הספק EEG גבוה משמעותית בטווח תדרי הגמא בהשוואה לילדים עם הפרעה בספקטרום האוטיסטי.

בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב להימנע מנגיעה במגעי האלקטרודה, מכיפוף של חוטי ההובלה או משימוש בכמות מופרזת של ג'ל.