VisualEyes：眼球運動実験のためのモジュラ式のソフトウェアシステム

本手順の全体的な目的は、視覚眼システムを用いて視覚刺激のアレイを生成し、眼球運動研究を実施することです。まず、計測されたターゲットを用いてピクセル値を度数に変換し、視覚眼システムのキャリブレーションを行う必要があります。次のステップでは、実験セッションの前に刺激をライブラリに保存することで、左右の眼刺激の開始位置と終了位置を定義します。

最後に、被験者に眼球運動モニターを装着し、実験スクリプトを実行して眼球運動反応を記録します。最終的に、眼球運動の位置と速度のトレースを示す結果を得ることができます。商用ソフトウェアなどの既存の手法に対するこの手法の主な利点は、オペレーターが任意の視覚刺激を構成でき、あらゆる種類の眼球運動実験を実施できる点にあります。

この手順の実演を行うのは、私の研究室の博士課程学生であるKimです。本システムには、あらゆる種類の眼球運動モニターを使用できます。このデモンストレーションでは、精神病的な眼球運動やスムーズ追従などのタンデム追従運動を測定するために、輪部追跡およびビデオモニタリング眼球運動システムを使用します。

単一のコンピュータを用いて視覚提示を行い、輻輳（ふくそう）などの対向する眼球運動や、輻輳とタンデム方向の追随性眼球運動との相互作用を研究することができます。視覚提示には、2台のコンピュータモニターを備えたハプロスコープが必要です。眼球運動は通常、回転角度で示されるため、まず一方の指標をもう一方の指標に変換するためのキャリブレーションを行う必要があります。

コンピュータモニターはピクセル値を使用しますが、三角関数を用いることで、視覚ディスプレイを校正するための物理的なターゲットを配置する位置を計算できます。例えば、コンピュータ画面上の刺激が2度の物理的なターゲットと一致する場合、そのピクセル値は2度の刺激に対応することになります。システムを校正するには、オペレーターはvisualizeディレクトリ内にあるpixel to degree dot veiファイルを開く必要があります。

まず、ストレッチモードフィールドを使用して、校正するモニターを定義します。左眼用モニターには1を、右眼用モニターには2を入力してください。次にプログラムを実行し、緑色の線の刺激を移動させて、緑色の線が物理的なターゲットに重なるようにしてください。

次に、物理的ターゲットの既知の位置を度数で入力し、保存ボタンを押してください。その後、緑色の線をクリックします。度数とピクセル値が左下のディスプレイに表示されます。オペレーターは、最低3つの校正点を収集する必要があります。

すべての校正点を保存した後、可視化ディレクトリにあるD two P Excel出力ファイルを開きます。校正点を得るため、これらの点をプロットして線形回帰式を算出します。

数式を用いて、視覚刺激の初期位置と最終位置を算出します。オペレーターはピクセル値でプログラムすることを希望します。ここでは、未経験の刺激に対して5つの校正点を用いて得られた、左眼および右眼の校正曲線の例を示します。

刺激に別のモニターが必要な場合は、前の2つのステップをもう一方のモニターに対しても繰り返します。まず、実験前に、オペレーターは左眼および右眼の刺激の開始位置と終了位置を定義する必要があります。これを行うには、新しいテキストファイルを開き、1行目に開始時間と位置の値を定義します。

時間、水平位置、垂直位置、および回転の4つのパラメータを定義し、それぞれをタブで区切ります。同様に、刺激の最終時間、最終水平位置、最終垂直位置、および回転という4つの最終パラメータを定義します。刺激を可視化ディレクトリに「刺激名.vii」ファイルとして保存し、他のすべての刺激に対してもこの手順を繰り返します。

次に、刺激の移動は、急激なステップ状の移動と連続的なランプ状の移動の2つのタイプに一般化できます。ステップ移動では、刺激が初期位置から最終位置へ急激に移動またはジャンプします。

オペレーターは、ステップ刺激の場合、時間の変化量を0.001秒にする必要があることに注意してください。 psychotic step、smooth pursuit ramp、virgin step、およびvirgin rampの例を表1に示します。刺激としては、ステップのような単一の刺激、またはマルチステップのような一連の視覚タスクを用いることができます。

次に、両方の刺激ファイルを刺激ライブラリに保存します。可視化されたディレクトリ内には、いくつかのデフォルト設定があることに注意してください。1行目は、水平方向における画面のパーセンテージです。

2行目は垂直方向における画面の割合です。3行目は背景画像、4行目は前景またはターゲット画像です。5行目は、コンピュータを独立モードで動作させることを指示しています。

6行目は使用するモニターを指定します。7行目はモニターのアスペクト比です。それ以降の行は、オペレーターが実験セッション内で使用できるさまざまな種類の刺激を示しています。

次に、visualizedディレクトリから左眼刺激モニターと右眼刺激モニターのファイルを開きます。これら2つのファイルには、それぞれ左眼用および右眼用のライブラリ刺激が含まれています。

最下行に、定義した刺激のファイル名を記入します。プロファイル番号は、その刺激のファイル名に対応する行番号を指します。例えば、ここでは刺激のプロファイル番号は8になります。

前述の手順を繰り返すことで、実験に必要な数だけ刺激を作成できます。次に、実験プロトコルのスクリプトを作成します。まず、テキストファイルを開いて実験プロトコルのコマンドを入力し、このファイルを可視化されたディレクトリに「script name vs file」というスクリプト名で保存してください。

これは、可視化システムがコマンドを読み取って実行するためのスクリプトファイルになります。可視化された関数には入力および出力引数があります。この表には、一時ファイル .lwf が定義されていないときに使用可能な、可視化ソフトウェア内のすべての関数が表示されています。

この機能の実行中、ソフトウェアはデジタル化のための入力データを保存しません。ログファイル機能は、EXPトライアルから定義された出力文字列または入力バッファを、可視化ディレクトリ内のoutテキストファイルに出力します。実験が完了したら、必ずoutテキストファイルの名前を別の名前に変更してください。

そうしないと、次回の実験時にデータが上書きされてしまいます。トリガー重量関数は、被験者がトリガーボタンを押して、画面上に「exp trial」として表示される実験試行を開始し、データをデジタル化するまで待機します。これはデジタル収集カードのチャンネル12であり、信号がデジタルハイからローに変化するのを待機しています。

最後に、ランダム遅延関数は、次の刺激の予測や予期を防ぐためのランダムな遅延を生成し、wave MSD関数はデータの平均と標準偏差を算出します。実験を開始する前に、被験者は機関審査委員会（IRB）によって承認された書面によるインフォームドコンセントを提供しなければなりません。被験者が参加に同意する前に、実験の内容を詳細に説明する必要があります。

角膜反射ビデオイメージングシステム、輪部トラッキングシステム、または強膜サーチコイルなど、さまざまな眼球運動モニターを用いて眼球運動を収集および記録することができます。ここでは、輪部トラッキングシステムについて実演します。次に、使用する眼球運動モニターに応じて、輪部や瞳孔および角膜反射などの眼球の解剖学的特徴を捉えられるよう、眼球運動モニターを調整してください。

被験者の眼球運動モニターの調整が適切に完了したら、被験者に左右へのsaccadic（サッカード）運動、または内側および外側へのversion（バージョン）運動を行うよう指示し、モニターが眼球運動を正しくキャプチャしているかを確認します。右上にあるvisualizedディレクトリ内のプログラムRead script.veiを開き、 previously作成した実験プロトコルスクリプトファイルのファイル名を入力します。その後、左上の矢印ボタンを押してRead script.veiプログラムを実行します。

次に、被験者にトリガーボタンを渡し、ボタンを押すとデータ収集が開始されることを説明します。画面上には別のacquire VEIファイルが自動的に表示され、受信データがプロットされます。データは500 hertzでサンプリングされます。

実験が完了すると、読み取りスクリプトのdot beiが自動的に停止します。可視化ディレクトリに移動し、outテキストファイルを探してください。そのファイルの名前を変更します。

そうしないと、オペレーターが次回実験を行う際に、データファイルが上書きされてしまいます。実験完了後、データはMATLABやExcelなどの異なるソフトウェアパッケージを用いて解析できます。研究目的に応じて、最大速度や振幅が重要となる場合があります。

SECコード、バージンステップ、およびバージンランプをプロットするためのMATLAB解析コードの例を、visualizedディレクトリに提供しています。ここでは、可視化システムを用いて記録可能な眼球運動のアンサンブルの例を示します。これらのプロットでは、Proseccosとも呼ばれる典型的な10度の精神病性運動が確認できます。

本研究では回転度数を使用します。眼球運動は、度（degree）、メーター角（meter angle）、またはプリズムディオプター（prism diopter）の単位で校正できます。各トレースは個々の眼球運動を表しており、上のグラフでは位置が時間の関数として度で示されています。

下のグラフは、秒あたりの度数でプロットされた速度を時間の関数として示したものです。ここではAntis cosが表示されています。これらは精神病的な反応です。

被験者に視覚刺激とは反対方向へ追従するように指示した場合、被験者の反応は4度でした。手順をここで確認でき、秒速5度のランプ刺激に対する被験者の反応がここに示されています。この手順を試みる際は、被験者が研究のために来室する前にシステムを校正しておくことが重要です。

被験者に適切な説明を行い、眼球運動モニターが被験者に合わせて正しく調整されていることを確認してください。このビデオを視聴することで、視覚化されたスクリプト言語を用いて独自の視覚刺激を作成し、幅広い眼球運動実験を行うためのプログラミング方法について十分に理解できるはずです。眼球運動研究は、正常および機能不全の脳に関する知見を得ることができるため、強固な研究基盤が不可欠です。