Wykorzystanie pomiarów elektroencefalograficznych i wysokiej jakości nagrań wideo do analizy wizualnej percepcji treści medialnych
26 maja 2018
Prezentujemy wykrywanie, akwizycję i analizę wskaźników mrugania oczami podczas oglądania treści multimedialnych.
Ogólnym celem tej procedury eksperymentalnej jest analiza wizualnej percepcji treści medialnych poprzez kwantyfikację częstości spontanicznego mrugania oczami za pomocą zapisów elektroencelograficznych i elektromiograficznych. Tutaj zwrócimy uwagę na częstotliwość mrugania oczami uczestników podczas oglądania filmów na ekranie. Główną funkcją mrugania okiem jest ochrona rogówki przed urazami mechanicznymi i chemicznymi, a także utrzymywanie jej w stanie mokrym i ochrona przed obcymi zanieczyszczeniami.
Ten rodzaj mrugania oczami może być wywoływany przez różnego rodzaju ruchy powiek. Na przykład mamy odruch rogówkowy, który jest wytwarzany przez aktywację mechanicznych lub chemicznych lub bolesnych receptorów i można je znaleźć w rogówce, a także w skórze. Stymulacja tych receptorów stymuluje w ten sam sposób neurony trójdzielne: najpierw nerw trójdzielny, a następnie neurony trójdzielne, które aktywują neurony ruchowe, które są umieszczone w jądrze twarzowym.
Ale jest jeszcze inna, mniej znana funkcja mrugania oczami, która jest związana z procesem poznawczym bodźców wzrokowych. I to zwykle dotyczy tego, co w rzeczywistości dzieje się za każdym razem w ciągu dnia z powodu tych spontanicznych mrugnięć oczami, percepcja wzrokowa jest odświeżana podczas mrugania. Tak więc mrugnięcie po jednej stronie modyfikuje nieco nasze wizualne postrzeganie rzeczywistości.
Nie zdajemy sobie z tego sprawy. W rzeczywistości nie jesteśmy świadomi, że podczas tych spontanicznych mrugnięć, które trwają około 100-200 milisekund, mamy wrażenie pewności, że nadal widzimy, ale jest to niemożliwe, ponieważ źrenica jest zakryta przez powiekę, górną powiekę, przez ten okres czasu. Zaletą stosowania pomiarów EG/MG do analizy wizualnej percepcji treści medialnych jest wysokie tymczasowe rozwiązanie danych w porównaniu z innymi trzydziestoma przypadkami, takimi jak FMRI.
Dzięki zastosowaniu EG/MG mamy dostęp do aktywności mózgu i powiek na różnych częstotliwościach. Zaletą tego zabiegu jest wysoka zsynchronizowana odpowiedź elektrycznej aktywności mózgu na prezentację wybranych bodźców wzrokowych. Ważne jest, aby kontrolować wszystkie zmienne i parametry treści medialnych i percepcji wizualnej.
Z tego powodu pożądane jest tworzenie własnych filmów wideo. W związku z tym własne treści mogą być tworzone za pomocą kamery wideo przez laboratorium lub w tym celu przez centrum multimedialne. Bardzo ważny jest również dobór uczestników.
Liczne badania dowiodły różnych wzorców percepcji między osobami badanymi podczas lub patrząc na zadanie wizualne. Z tego powodu należy zwrócić uwagę na dobór uczestników. Na przykład w tym eksperymencie porównano wskaźniki spontanicznego mrugania oczami wykonywane przez media w porównaniu z osobami niekorzystającymi z mediów.
W tym przypadku wybrano profesjonalistów z branży medialnej na podstawie kilku konkretnych kryteriów. Musieli mieć minimum sześcioletnie doświadczenie w podejmowaniu decyzji związanych z montażem multimediów czy cięciami audio w swojej codziennej pracy. Szczegółowe kryteria wyboru tematów powinny być opisane w części metodycznej publikacji.
Stwórz odpowiedni scenariusz prezentacji swojego filmu wideo. Każdy element rozpraszający może denerwować uczestnika eksperymentu. W naszym przypadku powstały dwie czarne struktury, które definiują elastyczną przestrzeń.
Jedna struktura jako tło dla bodźca do gry na żywo. I druga struktura o tych samych wymiarach i otworze w środku, który zasila ekran do prezentacji bodźców wideo. Ważne jest, aby stworzyć wygodną przestrzeń do wykonania procedury eksperymentalnej.
Prezentujemy tu fragment trzech filmów o tej samej treści i czasie trwania, który został zaprezentowany uczestnikom. Jednym z nich był film jednoujęciowy z otwartym ujęciem i bez ruchów kamery. Innym był film w stylu hollywoodzkim z 33 ujęciami i średnią długością ujęcia wynoszącą 5,9 sekundy oraz ciągłością między ujęciami, z relacjami treści, rytmu, przestrzeni i czasu.
Wreszcie trzeci teledysk był filmem w stylu MTV z 79 ujęciami i średnią długością ujęcia 2,4 sekundy. Tu między ujęciami nastąpiła nieciągłość treści, rytmu, przestrzeni i czasu. Aby rozpocząć sesję EEG/EMG należy przygotować następujące materiały: czepek, skrzynkę kontrolną, elektrody, żel przewodzący, strzykawkę, miernik do wykonywania pomiarów głowy uczestników i inne podstawowe produkty.
Teraz zacznij od przyłożenia czepka EEG do głowy badanego. Oczyść powierzchnię skóry, aby usunąć wszelkie ślady brudu, produktów do włosów. Zmierz głowę uczestnika.
Zmierz odległość między nasionem a wgłębieniem i zaznacz punkt środkowy jako wierzchołek. Przygotuj elektrody w czepku EEG za pomocą systemu 10-20. Przyłóż nasadkę do obiektu zgodnie ze znakiem, tak aby wierzchołek pasował do środkowego punktu zerowego czapki.
Nałóż żel przewodzący za pomocą strzykawki na elektrody i upewnij się, że nasadka jest prawidłowo wyregulowana. Następnie umieść elektrodę referencyjną i elektrokulografię w głowie badanego. Zapytaj osobę badaną, czy czuje się komfortowo i jest przygotowana do sesji.
Sprawdź, czy skrzynka kontrolna jest prawidłowo podłączona do komputera, który rejestruje dane. Sprawdź, czy sygnał każdej elektrody jest prawidłowy, w przeciwnym razie sprawdź elektrodę. Podczas rejestrowania aktywności EEG/EMG pożądane jest sprawdzenie, czy te sygnały elektryczne są prawidłowo rejestrowane za pomocą oprogramowania dostarczonego przez producenta lub innego opracowanego na potrzeby eksperymentu.
Potwierdź odpowiednie przewodzące sygnały EEG/EMG i w razie potrzeby zmień dowolny parametr sesji. Gdy wszystko zostanie sprawdzone, możesz rozpocząć sesję nagrywania. Przechowuj dane EEG/EMG w swoich plikach i importuj je do analizy oprogramowania.
Mruganie oczami jest zwykle uważane za artefakty w zapisach EEG. Dlatego każdy protokół oprogramowania powinien mieć dobry detektor mrugania oczami. Tak jak jest to stosowane, dobrą procedurą jest użycie określonych elektrod EEG i EMG oraz filtrowanie odpowiednich pasm przy najbardziej odpowiednich częstotliwościach.
Wybierz i przefiltruj dane, a następnie zastosuj odpowiedni filtr mrugania oczami, aby określić, ile i kiedy te mrugnięcia oczami miały miejsce. Dobrym sposobem na trójkątne zbliżenie wyników jest nagranie oczu uczestników za pomocą kamery wideo HD. Umożliwi to sprawdzenie ruchów gałek ocznych, gdy tylko masz jakiekolwiek wątpliwości co do reakcji powiek wykrytej przez oprogramowanie.
W tym przykładzie uczestnika zidentyfikowaliśmy kilka mrugnięć oczami podczas oglądania jednego z prezentowanych bodźców. Zostały one wykryte w elektrodach FP1, FP2 i EOG. Ten rysunek przedstawia porównanie częstości spontanicznego mrugania oczami u osób niezwiązanych z mediami i profesjonalistów medialnych podczas oglądania różnych stylów edycji.
Zgodnie z naszymi wynikami, profesjonalizacja mediów i ich edycja wpływają na szybkość mrugania oczami widzów. Korzystając z zapisów EEG lub EMG do analizy percepcji wzrokowej badanych, naukowcy mogą uzyskać dostęp do różnej aktywności mózgu w wielu pasmach częstotliwości. W tym eksperymencie zwracamy uwagę na częstotliwość mrugania oczami, ale teraz można przeprowadzić wielokrotną analizę danych EEG uzyskanych podczas sesji.
Jest to pierwsze badanie, które donosi o różnych czynnościach mózgu i mięśni związanych ze stylami widzenia mediów i profesjonalizacją mediów. W porównaniu z innymi technikami odbioru mediów, nagrania EG/MG mogą pomóc w określeniu aktywności mózgu i mięśni podczas percepcji treści medialnych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie koncentruje się na detekcji, rejestracji i analizie częstotliwości mrugania oczami podczas oglądania przez uczestników treści multimedialnych. Poprzez ilościowe określenie częstotliwości spontanicznego mrugania, badanie ma na celu pogłębienie zrozumienia percepcji wzrokowej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Analiza behawioralna
- Percepcja wzrokowa
Wstęp
- Mruganie oczami służy ochronie rogówki i utrzymaniu jej nawilżenia.
- Różne ruchy powiek mogą wywoływać różne rodzaje mrugnięć.
- Odruch rogówkowy jest aktywowany przez bodźce mechaniczne, chemiczne lub bólowe.
- Neurony nerwu trójdzielnego odgrywają kluczową rolę w drodze odruchu mrugania.
Cel badania
- Analiza percepcji wzrokowej poprzez badanie częstości spontanicznego mrugania oczami.
- Zrozumienie zależności między treścią przekazu medialnego a częstotliwością mrugania oczami.
- Wykorzystanie zapisów elektroencefalograficznych i elektromiograficznych do gromadzenia danych.
Zastosowane metody
- Uczestnicy oglądają filmy, podczas gdy rejestrowana jest częstotliwość ich mrugania powiekami.
- Do monitorowania aktywności mózgu wykorzystuje się zapis elektroencefalograficzny.
- Zapisy elektromiograficzne rejestrują aktywność mięśni związaną z mruganiem powiekami.
- Analiza danych koncentruje się na korelacji między treścią mediów a częstotliwością mrugania powiekami.
Główne wyniki
- Zaobserwowano różnice w częstotliwości mrugania oczami podczas różnych segmentów materiałów medialnych.
- Dane elektrofizjologiczne dostarczyły informacji na temat mechanizmów percepcji wzrokowej.
- Wyniki sugerują związek między zaangażowaniem emocjonalnym a częstotliwością mrugania oczami.
- Uzyskane rezultaty przyczyniają się do zrozumienia roli mrugania w procesach przetwarzania wzrokowego.
Wnioski
- Częstotliwość mrugania oczami może służyć jako miara percepcji wzrokowej podczas konsumpcji mediów.
- Badanie to poszerza wiedzę na temat fizjologicznych reakcji na bodźce wzrokowe.
- Przyszłe badania mogą zgłębiać implikacje tych wyników w różnych kontekstach.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Metoda ta umożliwia obiektywną kwantyfikację częstotliwości spontanicznych mrugnięć oka jako wskaźnika percepcji wzrokowej podczas konsumpcji mediów, oferując nieinwazyjny biomarker zaangażowania poznawczego. Poprzez powiązanie sygnałów elektroencefalograficznych i elektromiograficznych ze stylami montażu mediów oraz ich profesjonalizacją, wspiera ona ograniczanie ryzyka mechanistycznego w walidacji celów dla obszarów terapeutycznych związanych z neuronauką. Podejście to ma wartość translacyjną w rozwoju testów do przesiewu fenotypowego związków aktywnych w OUN, w których istotne są punkty końcowe przetwarzania wzrokowego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wstępne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych dotyczących szlaków percepcji wzrokowej poprzez kwantyfikację częstotliwości spontanicznych mrugnięć oka jako biomarkera poznawczego.
- Wartość operacyjna: Wspiera biologiczną redukcję ryzyka, zapewniając ilościowe i powtarzalne pomiary odpowiedzi neuronalnych i mięśniowych na bodźce wzrokowe.
- Wartość prognostyczna: Ułatwia mechaniczną redukcję ryzyka poprzez izolację wpływu stylu edycji materiałów na częstotliwość mrugnięć oka, co pomaga w ocenie pewności w odniesieniu do celów terapeutycznych w ośrodkowym układzie nerwowym (CNS).
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Gotowość do analizy: Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne (uczestników z grupy ludzi) do dalszego przesiewu poprzez standaryzację prezentacji bodźców oraz zsynchronizowany pomiar EEG/EMG.
- Wynik ilościowy: Generuje powtarzalne, zsynchronizowane z dokładnością do milisekund dane dotyczące częstotliwości mrugania powiek, co umożliwia wiarygodną ocenę związków w testach percepcji wzrokowej.
- Skalowalność: Wykorzystuje specjalnie przygotowane treści wideo o kontrolowanych parametrach, aby zapewnić powtarzalność w ramach kampanii przesiewowych i możliwość ponownego wykorzystania platformy.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ciągłość translacyjna: Łączy pomiary częstotliwości mrugania w fazie odkrywczej z walidacją przedkliniczną poprzez dopasowanie do systemów istotnych dla danej choroby, w których zaburzone jest przetwarzanie bodźców wzrokowych.
- Redukcja ryzyka mechanistycznego: Koncentruje się na zwiększeniu pewności predykcyjnej poprzez wyizolowanie poznawczego wpływu na częstotliwość mrugania, niezależnie od mrugania refleksyjnego, co zmniejsza niejednoznaczność w określaniu mechanizmu docelowego.
- Postęp z uwzględnieniem ryzyka: Wspiera decyzje dotyczące kontynuacji lub przerwania badań (go/no-go) poprzez dostarczenie obiektywnych i mierzalnych punktów końcowych dla zmian w percepcji wzrokowej wywołanych przez kandydaty terapeutyczne.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum odkryć, od testowania hipotez, przez identyfikację związków wiodących, aż po walidację przedkliniczną, w szczególności w przypadku środków terapeutycznych celujących w szlaki wzrokowe lub poznawcze.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez kwantyfikację zmian w spontanicznej częstotliwości mrugania oczami w odpowiedzi na kontrolowane bodźce wzrokowe.
- Screening: Umożliwia przygotowanie testów dzięki zapisom EEG/EMG o wysokiej rozdzielczości czasowej, które są zsynchronizowane z prezentacją bodźców wideo.
- Analityka: Dostarcza ilościowych pomiarów zmiennych zależnych (częstotliwość, rytm i czas mrugania), które pozwalają na porównanie różnych warunków eksperymentalnych i traktowań związkami.
- Badania translacyjne: Zapewniają ciągłość przedkliniczną, dostarczając translacyjnego biomarkera percepcji wzrokowej, który można zastosować zarówno w układach ludzkich, jak i modelowych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania metody oceny percepcji wzrokowej w wielu projektach, co redukuje powielanie konfiguracji i zwiększa porównywalność między badaniami.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększenie pewności predykcyjnej w walidacji celu poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w szlakach percepcji wzrokowej.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja i powtarzalność dzięki zsynchronizowanej akwizycji EEG/EMG oraz kontrolowanemu podawaniu bodźców.
- Wartość strategiczna: Lepsze decyzje typu go/no-go dzięki dostarczeniu obiektywnych, mierzalnych biomarkerów zaangażowania poznawczego, co redukuje ryzyko biologiczne na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja skorygowana o ryzyko w oparciu o mierzalne efekty w punktach końcowych percepcji wzrokowej, co poprawia efektywność kapitałową w rozwoju leków na OUN.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna z zakresu neurofizjologii, akwizycji sygnałów EEG/EMG oraz projektowania eksperymentów w badaniach nad percepcją wzrokową.
- Wymagana jest aparatura, w tym bezprzewodowy system EEG 20-kanałowy, żel przewodzący, elektrody oraz sprzęt do nagrywania wideo w wysokiej rozdzielczości.
- Wymagana jest standaryzacja międzyzespołowa w zakresie czasu prezentacji bodźców, rozmieszczenia elektrod (system 10-20) oraz protokołów detekcji mrugania.
- Konieczne jest uwzględnienie kwestii adaptacji między różnymi systemami modelowymi, w szczególności w procesie przenoszenia ludzkich biomarkerów mrugania powiek na modele przedkliniczne.
- Ograniczeniem jest konieczność kontrolowania zmiennych zakłócających, takich jak zmęczenie, przyjmowane leki oraz indywidualna zmienność bazowa mrugania.
