Показатели окуломоторной активности

В практике научных исследований используются десятки показателей окуломоторной активности человека. Их выбор зависит от содержания конкретной задачи, решаемой экспериментатором, и возможностей имеющегося оборудования. Условно эти показатели можно разбить на четыре группы: а) связанные с непосредственным перемещением глаз, б) связанные с относительно устойчивым положением взора, в) численные (частотные) показатели, г) связанные с инерционностью движений. Рассмотрим их более подробно.

Показатели, связанные

Показатели, связанные с непосредственным перемещением глаз

В данную группу показателей включаются метрики (направление, амплитуда, длительность, скорость, ускорение, траектория, распределение) саккад, прослеживающих, вергентных и др. движений глаз.

Амплитуда саккад. Под амплитудой саккад может пониматься как расстояние между начальной и конечной позициями, так и общая длинна пути за время выполнения саккады. Амплитуда может измеряться в угловых градусах или в экранных пикселях. В ПО ай-трекеров SR Research и SensoMotoric Instruments амплитуда саккад вычисляется как произведение средней скорости (в °/с) за время саккады на продолжительность саккады. На низкоскоростных установках амплитуда саккад вычисляется как евклидова дистанция между фиксациями.

Эффективное использование данного показателя осложняется тем, что он подвержен значительным индивидуальным вариациям. Высокоамплитудные саккады (более 15°) имеют низкую точность, по их завершении часто выполняется дополнительная низкоамплитудная корректирующая саккада. Последовательности корот ких саккад при рассматривании сцены связываются с детальным рассматриванием изображения. К сокращению амплитуды саккады может привести вспышка света в момент ее начала. На величину амплитуды может влиять размер стимула. Амплитуда сакад в случае рассматривания мысленно представленного изображения может как уменьшаться, так и возрастать. Амплитуды саккад левого и правого глаз незначительно различаются.

При рассматривании на компьютере полноэкранных фотоизображений преобладают короткоамплитудные (4°) саккады, т. е. новая фиксация выполняется в относительной близости от предыдущей. Высокоамплитудные саккады (до 20°), связанные с переходом к рассматриванию других областей изображения, относительно редки. При чтении типичная амплитуда саккад составляет 7-8 букв или около 2°.

В общем случае амплитуда саккад зависит от поставленной цели, используемого стимульного материала, сложности решаемой задачи.

Асимметрия распределения амплитуды саккад. Данный показатель характеризует преобладание в выборке высокоамплитудных или низкоамплитудных саккад. На величину асимметрии могут влиять, в частности, решаемая задача и размер экрана, на котором экспонируется изображение.

Метрика антисаккад связана с выполнением задания, в котором от наблюдателя требуется не смотреть на экспонируемую на периферии экрана отметку, а вместо этого перемещать взор в противоположном относительно центра экрана направлении. С решением данной задачи связываются следующие характеристики: латентность ошибочной саккады (в направлении отметки), амплитуда ошибочной саккады, время коррекции (начала саккады в противоположном направлении), конечная позиция взора, латентность антисаккады (саккады в противоположном направлении, которой не предшествовала ошибочная саккада), амплитуда антисаккады. Низкая эффективность решения задачи связывается со слабым произвольным контролем (выполняемым префронтальным отделом мозга).

Задача на антисаккады широко используется в медицинской диагностике, низкая эффективность ее решения связывается с психиатрическими и нейрофизиологическими заболеваниями, такими как дефецит внимания, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингтона и др.

Наличие опережающих саккад, предшествующих выполнению наблюдателем действий, связанных с рассматриваемым изображением. Опережающие саккады могут, в частности, предшествовать вербальному описанию рассматриваемого фрагмента изображения; действиям, связанным с навигацией в 3-мерной виртуальной среде и др. Выполнение опережающих саккад повышает точность последующих движений глаз, связанных с сопровождением объекта. Помимо направления саккад, аналогичным образом возможен анализ направления глиссад (конечных коррекционных участков саккад), микросаккад, следящих движений. Большинство глиссад при чтении выполняется в направлении, противоположном направлению прогрессивных саккад.

Направление траектории рассматривания изображений - генеральное направление последовательности фиксаций и саккад при рассматривании изображения. Поскольку направление рассматривания может меняться, иногда выделяют последовательности саккад, идущих в одном направлении. Другой способ оценки направления состоит в выделении зон интереса и расчете направления траектории рассматривания для каждой из них. Направление траектории связывается со стратегией поиска значимого объекта.

Амплитуда глиссад. Глиссады - конечные коррекционные участки саккад. Вычисление их амплитуды выполняется так же, как и для саккад. Корреляция между амплитудами саккад и глиссад отсутствует.

Амплитуда микросаккад. Амплитуда микросаккад вычисляется так же, как и для саккад. Пиковая угловая скорость микросаккад линейно зависит от амплитуды, так что данные но микросаккадам продолжают «главную последовательность». Величина амплитуды микросаккад зависит от освещенности: в темноте амплитуды плавного «сплыва» глаз и микросаккад выше, чем на свету, что может объясняться тем, что для коррекции «сплыва» необходимо обнаружить фовеалыюе смещение изображения. Амплитуда микросаккад снижается непосредственно после экспозиции нового изображения.

Длина траектории рассматривания изображений (scanpath length). Длина траектории может определяться как сумма амплитуд всех саккад, объединяемых в траекторию. При таком способе расчета не учитываются кривизна саккад и возможные искажения, вносимые используемыми алгоритмами детекции. При расчете длины траектории как суммы дистанций между соседними точками данных результат вычислений существенно зависит от временной разрешающей способности и стабильности работы регистрирующего оборудования. Использование разных методов вычисления может приводить к значительным различиям в результатах.

Направление саккады. Измеряться может как абсолютное направление, в градусах в системе координат, связанной с экспони руемым изображением, так и относительное, по отношению к направлению предшествующей саккады.

Точность саккад. Определяется как отношение амплитуды первой саккады, выполненной в направлении объекта на расстояние до объекта. В случае криволинейной саккады и вычисления амплитуды саккады как длины кривой точное попадание может интерпретироваться как «перелет». Альтернативное определение - разность координат целевого объекта и конечной точки саккады. Показатель часто используется в нейрофизиологических исследованиях.

Продолжительность саккад. Определение продолжительности саккад связано со значительными техническими трудностями. Если начальный момент саккады определяется относительно просто, то определение момента окончания осложняется наличием конечных корректирующих участков (глиссад). Таким образом, продолжительность сакад будет значительно различаться в зависимости от того, будут ли глиссады учитываться в составе саккад. На продолжительность саккад влияют также моргания, происходящие одновременно с саккадами. Имеются данные, что моргания связаны с 20% саккад, причем продолжительность таких саккад возрастает в среднем на 36%.

Кумулятивная продолжительность саккад при рассматривании изображения. Применение этого параметра основывается на предположении о подавлении визуальной стимуляции во время саккад. Отсюда следует, что при разработке интерфейса желательно увеличить эффективное время взаимодействия за счет сокращения суммарной продолжительности саккад оператора. Поскольку продолжительность саккад и их длина тесно связаны, на практике в одних и тех же целях можно использовать как суммарную продолжительность саккад, так и суммарную длину пути. Это измерение используется при изучении влияния человеческого фактора и в эргономике.

Куммулятивная продолжительность движения глаз по траектории. Анализируется траектория движений глаз, связанная с решением конкретной задачи, либо траектория движений глаз в процессе чтения фрагмента текста. Наибольшую сложность представляет однозначное определение точек начала и конца траектории. В исследованиях чтения продолжительность движений глаз связывается с обработкой отдельного предложения и текста в целом. Анализироваться может как продолжительность движения, связанного с регрессией, так и общая длина пути.

Скорость саккад. Средняя скорость вычисляется как амплитуда саккады, деленная на ее продолжительность. Пиковая скорость максимальная скорость, достигаемая во время саккады. Следует отметить, что получаемые значения скорости зависят от используемых алгоритмов сглаживания данных и последующей детекции событий. Максимальная пиковая скорость саккад может достигать 1000°/с; при чтении текста пиковая скорость возвратных саккад достигает 700°/с. Скорость саккад может трактоваться как показатель уровня когнитивной активации или уровня активности. Известен ряд факторов, влияющих на скорость саккад. В частности, антиципирующие саккады (в направлении еще не появившихся объектов) характеризуются меньшей скоростью, чем саккады при рассматривании изображений. С увеличением сложности решаемой задачи скорость саккад возрастает. Саккады, выполняемые в фазе быстрого сна, имеют вдвое меньшую скорость, по сравнению с саккадами, выполняемыми во время бодрствования. Низкая скорость саккад может быть показателем наличия нейрофизиологических расстройств или связана с приемом медикаментов и алкоголя.

Скорость следящих (прослеживающих) движений. В нормальных условиях пиковая скорость следящих движений не превышает 25-40°/с. У профессиональных игроков в бейсбол скорость следящих движений может достигать 130°/с. При слежении за объектом, движущимся но криволинейной траектории, скорость следящих движений ниже, чем при слежении за объектом, движущимся по прямолинейной траектории. У пожилых людей скорость следящих движений снижается; новорожденные дети испытывают затруднения при слежении за целью, движущейся со скоростью 25°/с. Низкая скорость следящих движений может быть связана с наличием нейрофизиологических расстройств и приемом медикаментов.

Средняя скорость перемещения взора по траектории. Показатель используется в случае регистрации данных с помощью низкоскоростной системы, не позволяющей точно определять скорости отдельных саккад. Рассчитывается как произведение средней амплитуды саккад (в градусах) к частоте саккад (в 1/с). При изучении чтения скорость перемещения взора может вычисляться, как произведение скорости чтения (в символах в секунду) и размера отдельного символа (в градусах).

Ускорение саккад. Величина ускорения иногда используется как дополнительный параметр в алгоритмах детекции саккад; в частности, по максимальной величине ускорения можно отличать следящие движения от саккад. Пиковая величина ускорения во время саккад может достигать 100000°/с2; типичные пиковые значения составляют 6000-12000°/с2. Экстремально высокие значения ускорения могут свидетельствовать о наличии артефактов в данных.

Величина ускорения возрастает с амплитудой саккады. Анализ динамики ускорений при выполнении саккад представляет интерес при изучении нейрофизиологических механизмов движений глаз.

Асимметрия саккад. Показатель характеризует соотношение продолжительности фаз ускорения и торможения во время саккады.

Кривизна саккад. Показатель характеризует пространственную форму саккад. В простейшем случае вычисляется как угловое отклонение от направления саккады. На величину кривизны может влиять: направление саккад (при наклонных саккадах кривизна больше, чем при вертикальных и горизонтальных); нерелевантные дистракторы, располагающиеся рядом с конечной позицией саккады; инструкции испытуемым.

Кривизна глиссад вычисляется аналогично кривизне саккад. По известным данным, кривизна глиссад больше, чем кривизна саккад, авторы объясняют данный результат недостаточной степенью контроля на конечных участках саккад и, следовательно, их большей вариабельностью.

Отношение числа локальных и глобальных саккад. Для вычисления устанавливается пороговая амплитуда саккад. Саккады с амплитудой выше пороговой считаются глобальными, остальные - локальными. Показатель может использоваться для установления различий между новичками и экспертами в различных видах деятельности.

Показатели, связанные

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >