Jogo computador baseado combinando experimentos comportamentais com alta densidade de rastreamento Gaze EEG e Infravermelho

Este vídeo demonstra um procedimento para obter simultaneamente rastreamento do olhar e gravações de EEG de alta densidade de sujeitos durante a realização de tarefas cognitivas envolventes e ecologicamente válidas inseridas em um jogo de computador. Primeiro, eletrodos são fixados no sujeito. Em seguida, a câmera de rastreamento do olhar é calibrada.

O participante joga enquanto os dados de EEG e de olhar são registrados. São obtidos potenciais relacionados a eventos e perturbações espectrais relacionadas a eventos que são desencadeados pelos eventos do jogo. A principal vantagem desta técnica em relação aos métodos existentes, por exemplo, pacotes de apresentação de estímulos como ePrime ou Presentation, é que incorporar experimentos dentro de um jogo de computador reduz a ansiedade de desempenho ao afastar-se de um contexto explícito de teste e ajuda os participantes a permanecerem motivados e engajados nas tarefas durante toda uma sessão experimental prolongada.

Compreendendo uma ampla variedade de tarefas cognitivas. Essas qualidades são particularmente importantes para populações pediátricas e clínicas, nas quais a atenção e a motivação podem ser obstáculos para sessões experimentais complexas ou prolongadas. Meu nome é Keith Yoder e sou assistente de pesquisa no Laboratório Beaumont.

Hoje, será assistido por David Post, técnico de laboratório e estudante de pós-graduação UAUA no Departamento de Desenvolvimento Humano. Utilizaremos um sistema de medição dupla bios de 128 canais, semiativo, e um rastreador de olhar infravermelho iLink 1000 da SR Research. Antes de iniciar o experimento combinado com jogo de computador e EEG, os eletrodos devem ser balanceados para garantir que apresentem pequenos desvios na faixa de mais ou menos 20 microvolts uma hora antes da chegada do sujeito. Para o experimento de EEG, balanceie os eletrodos mergulhando-os por cinco a dez minutos em uma solução salina composta por uma colher de chá de sal por litro de água destilada.

Não deixe os eletrodos em qualquer líquido por mais de 10 minutos de cada vez. Após remover os eletrodos da solução salina, use um frasco com água destilada para enxaguá-los imediatamente antes da chegada do participante. Ligue as caixas conversoras das câmeras de rastreamento ocular e os computadores para o rastreamento simultâneo do olhar e EEG; certifique-se de usar a lente de 16 milímetros de comprimento na câmera de rastreamento ocular.

A configuração utiliza quatro computadores: um computador dedicado ao rastreamento do olhar, um computador dedicado à aquisição de EEG, um computador dedicado à apresentação de estímulos e um computador para aquisição de vídeo e análise de dados. Duas caixas conversoras manipulam as saídas VGA do computador de rastreamento do olhar e do computador de apresentação de estímulos, enviando um sinal de vídeo combinado ao computador de aquisição de vídeo.

Desta forma, o computador de aquisição de vídeo pode gravar a tela do jogo vista pelo sujeito sobreposta com um cursor representando a fixação visual atual e um carimbo de data/hora. Esse vídeo com sobreposição é salvo em um arquivo de disco no computador de aquisição de vídeo. Agora vamos ver a configuração de EEG.

Inicie a preparação para o experimento de EEG medindo a circunferência da cabeça do sujeito ao redor da testa e do inion e selecione um capuz de eletrodos de tamanho apropriado. Coloque o capuz sobre a cabeça do sujeito, garantindo que a etiqueta esteja do lado de fora do capuz, apoiada sobre a nuca do sujeito.

Reposicione o capuz até que o eletrodo A esteja centralizado em relação à nasion, inion e à pinna esquerda, com o pino direito e a linha média do capuz alinhados à linha média da cabeça do sujeito. A nasion é a depressão entre o nariz e a sobrancelha. O inion é o saliente ósseo localizado na linha média na parte posterior da cabeça, e a pinna é a prega de cartilagem que se estende no lado anterior da abertura do canal auditivo.

Quando a tampa estiver posicionada, aplique um anel adesivo à carcaça plástica dos eletrodos. Ex cinco e ex seis. Alinhe a abertura do anel com o pellet do eletrodo.

Remova o suporte de papel do anel adesivo e cubra o contato do eletrodo com gel condutor. Posicione o EX seis na mastoide direita do sujeito e o EX cinco na mastoide esquerda do sujeito. Use uma seringa romba para colocar gel condutor em cada suporte de eletrodo no capuz.

Mova suavemente a ponta da seringa para separar os cabelos do sujeito. Em seguida, pressione o êmbolo para baixo e puxe a seringa para longe da cabeça ao mesmo tempo, como se estivesse decorando um bolo. Encha até que o gel esteja nivelado com o topo da carcaça de plástico.

Certifique-se de não encher em excesso. É melhor ter pouca gelatina do que muita, pois o excesso pode vazar entre os locais dos eletrodos, causando ponte entre eletrodos. Se os eletrodos ficarem em ponte, não há o que fazer.

Mas para remover o capuz, peça ao sujeito que lave e seque o cabelo e comece novamente com os conectores das hastes dos eletrodos pendurados sobre o ombro e as extremidades dos sensores em uma das mãos, colocando suavemente cada eletrodo em seu suporte correspondente dentro do capuz de eletrodos. Segure apenas o invólucro plástico dos eletrodos e tenha muito cuidado para não amassar os fios. É fundamental não tocar nas pontas dos eletrodos.

O contato com a pele, roupas ou qualquer material diferente do gel condutivo irá degradar a qualidade dos eletrodos. Coloque gel condutivo em X um a X quatro e use anéis adesivos para fixá-los ao rosto do sujeito. Posicione X um e X dois aproximadamente um centímetro horizontalmente à esquerda e à direita dos cantos externos dos olhos do sujeito, respectivamente.

Posicione X três e DX quatro cerca de um centímetro abaixo da metade dos olhos esquerdo e direito do sujeito, sobre os ossos zigomáticos. Colete suavemente os cabos dos eletrodos atrás do sujeito e enrole frouxamente o cabo C-M-S-D-R-L ao redor dos demais. Para criar um rabo de cavalo, coloque amarras de velcro na parte superior e inferior do rabo de cavalo para manter os cabos no lugar e use fita médica para fixar o rabo de cavalo na parte traseira da camisa do sujeito.

Certifique-se de deixar folga suficiente nesses cabos para que o pescoço do sujeito possa flexionar-se para frente com conforto. Agora, prepare os eletrodos de RGS aplicando uma solução de cloreto de potássio em cada eletrodo. Use fita adesiva médica para fixar os eletrodos de RGS nos segundo e terceiro dedos da mão não dominante do sujeito ou em qualquer mão que não será utilizada durante o experimento.

Para registrar respostas comportamentais com todos os eletrodos configurados, peça ao sujeito que se sente em uma cadeira fixa não reclinável. À frente do monitor de apresentação de estímulos, conecte todos os eletrodos à caixa conversora e verifique o computador de aquisição de EEG para garantir que os desvios dos eletrodos estejam dentro de mais ou menos 40 microvolts. Se um eletrodo apresentar um desvio muito alto ou estiver com ruído, remova-o suavemente do capuz.

Insira mais gel na carcaça e substitua o eletrodo. Se um problema persistir em um único eletrodo, ou se um único eletrodo ficar contaminado com artefato de pulso, esse canal deve ser interpolado a partir dos eletrodos adjacentes. Após a conclusão da gravação, configure o rastreamento do olhar fixando primeiro um adesivo-alvo acima da sobrancelha séptica, na região medial ao olho.

Inicie o aplicativo pop-up de calibração no computador de apresentação do estímulo. Inicie uma nova sessão e altere o menu suspenso de tipo para CMD. Após inserir o comando apropriado, pressione o botão enviar para ativar o registro de eventos a partir da configuração da câmera do aplicativo pop-up de calibração.

Posicione a câmera de modo que o adesivo alvo e o I do sujeito fiquem centralizados para o limiar automático. Pressione a tecla A no teclado do computador de apresentação do estímulo. Ajuste o foco girando a lente da câmera até que o I a ser rastreado esteja nítido.

Inicie a calibração do sistema de rastreamento do olhar para o sujeito pressionando C no teclado do computador de apresentação de estímulos. Um ponto aparecerá em nove locais diferentes na tela em ordem aleatória. O sujeito deve olhar para o ponto quando ele aparecer, em vez de antecipar a localização do próximo ponto.

Para validar a calibração, pressione a tecla V. Os pontos aparecerão novamente em ordem aleatória. Se a calibração foi boa, o olhar do sujeito será mapeado sobre cada ponto de validação.

Se a calibração falhar, certifique-se de que os limiares da pupila e da reflexão corneana são apropriados. Os limiares da pupila e da córnea podem ser ajustados na tela de configuração da câmera no computador host "island", localizado no canto superior esquerdo da tela; clicar nas setas para cima e para baixo da pupila e da córnea aumenta e diminui os limiares, respectivamente. Certifique-se de que a taxa de amostragem esteja definida em 500 hertz clicando no botão 500 Hertz.

Minimize a aplicação pop-up de calibração no computador de apresentação dos estímulos e inicie a gravação dos dados de olhar clicando com o botão direito no ícone do iLink na barra de tarefas e selecionando Iniciar gravação. Inicie a gravação de vídeo no computador de aquisição de vídeo utilizando o software Black Magic Media Express. Em seguida, inicie a gravação de EEG no computador de aquisição de EEG clicando no botão de pausa.

Agora, na apresentação do estímulo, o computador iniciou o jogo como polus, um jogo desenvolvido especialmente para garantir validade ecológica sem sacrificar o controle experimental. Em um dos jogos, os sujeitos devem resgatar uma nave cargueira que está sob ataque. Uma tarefa de ir/não-ir é implementada mediante a introdução de um buraco de minhoca, do qual aparece ou um aliado que ajuda o jogador ou um inimigo que prejudica o jogador. Os jogadores também realizam uma tarefa de coerência de movimento de pontos, pilotando uma nave espacial através de campos estelares em deriva durante outro jogo.

Os participantes devem usar um visor de radar para coletar asteroides em uma tarefa de Posner modificada, na qual os quatro setores onde os asteroides podem aparecer piscam em diferentes frequências fundamentais. Alterações no conteúdo espectral do EEG podem então avaliar a atenção com base nas amplitudes das frequências que identificam cada setor. Outro jogo pede aos participantes que ajudem a elaborar um tratado galáctico identificando as emoções representadas em rostos.

Cada uma das cinco faces deve ser colocada em espaços vazios de um tabuleiro para criar uma linha ou coluna de três faces expressando a mesma emoção. Um quarto jogo implementa o teste Sally Anne da teoria da mente dos jogadores. Observe a Capitã Sally enquanto ela coloca sua carga em um dos quatro planetas.

O papel de Anne é desempenhado por um pirata espacial que move a carga para outro planeta. Por fim, um almirante observa tanto o capitão quanto o pirata e transmite informações sobre as ações do pirata ao capitão. Os jogadores devem então traçar trajetórias de interceptação para o capitão e para o pirata, inferindo onde cada um buscará a carga, implementando assim teoria da mente de primeira e segunda ordem em contrastes entre várias condições.

Resultados recentes em interação humano-computador indicam o poder do contexto de jogo para estabelecer e manter a motivação em tarefas que, de outra forma, poderiam não parecer envolventes dessa maneira. Múltiplas tarefas cognitivas em muitas tentativas repetidas podem ser realizadas durante uma única sessão experimental sem causar fadiga ao sujeito. Isso é especialmente importante porque, para obter um número suficiente de tentativas para a média do EEG, os sujeitos devem acumular cerca de cem tentativas de cada condição de estímulo. Para estímulos auditivos, substitua os alto-falantes passivos no computador de apresentação de estímulos por alto-falantes ativos.

Em seguida, ligue e ative o amplificador. Ajuste o volume para o nível 60. Isso é necessário para atingir um nível máximo de pressão sonora de 80 decibéis quando o sujeito terminar de jogar os jogos.

Saia do jogo e pare de gravar os dados pressionando o botão de parada na interface gráfica. Em cada um dos computadores de aquisição de vídeo para rastreamento do olhar e de aquisição de EEG, desligue a caixa conversora de EEG e desconecte todos os cabos da caixa.

Remova os anéis adesivos e coloque-os em água destilada morna. Use um frasco com pulverizador contendo água destilada para remover qualquer gel restante nos eletrodos e use água morna da torneira e sabão para remover o gel da tampa dos eletrodos. Agora mostraremos alguns resultados representativos de EEG.

Aqui está um gráfico de perturbação espectral relacionado a eventos obtido a partir de um eletrodo frontal medial fz. Neste jogo, presente inimigo corresponde à aparição de uma nave inimiga ou uma condição de ir, e presente amigável corresponde à aparição de uma nave amigável ou uma condição de não-ir durante a condição de não-ir. Típicamente, crianças em desenvolvimento demonstraram potência significativamente maior na banda gama do EEG do que crianças com um transtorno do espectro do autismo.

Ao realizar este procedimento, é importante evitar tocar os contatos do eletrodo, amassar os fios condutores ou usar excesso de gel.