眼球運動の研究：ビデオカメラやその他のソリューションを使用しない視線追跡

特別な機器なしですべてのプラネタリウム訪問者の眼球運動に関するデータを収集することは可能ですか？ ITトラッカーを使用して複雑なシステムを構築せずに、複数の人々の活発な行動中に視覚的注意を研究する方法は？ 8000 Hzの周波数で並外れた精度を達成し、目の動きを記録する方法は？ この記事では、これらの質問に答えようとします。



現在、目の動きのビデオ録画の方法に基づいた有名なITトラッカーがあります：これらはEyeLink 、 Tobiiのような有名なブランドのトラッカーと、ウェブカメラに基づいたさまざまな手作りのソリューションと開発です（これについては 、ITトラッキングに関する以前の記事で書きました） 。 しかし、人の視覚的注意を研究するための多くの興味深く珍しいアプローチがまだあります。

熱追跡

2016年、Wangらは赤外線サーモグラフィーに基づいた新しい視線追跡システムを公開しました。 Efron et al。、（1989）は、角膜の端が中心より0.45°暖かいことを示しました。これは、熱視線追跡の開発の基礎を形成した同様の発見です。

Wang et al。、2016、彼らのシステムを検証するために、10人の被験者でビデオ眼球運動記録法（Eye Link、500 Hz）およびサーモグラフィー（60 Hz）を使用して眼球運動を同時に記録しました。 検証誤差の中央値は、EyeLinkと比較して1.4°でした。これは、このメソッドのさらなる応用の可能性を示しています。
不思議なことに、サーモグラフィーは人の感情状態（例：Park et al。、2013を参照）および呼吸数（例：Al-Khalidi et al。、2011を参照）の認識にも使用されています。 したがって、サーマルIT追跡は、マルチモーダルデータを取得するための有望な手法になりつつあります。

集団IT追跡

一度に多数の人々の視覚的注意の研究は非常に魅力的な作業です。 ただし、その実装は、一見、困難で費用のかかるプロセスのようです（少なくとも、その後の同期で機器を購入、デバッグ、または作成する段階ではすでに）。

Shillcock、Wase（2015）は、群衆の視覚的注意を記録するための独自の手法を提案しました。その実装には、ペンの箱、紙のパック、および独自の刺激材料のみが必要です。 実験は、Bieleckiらによって成功裏に再現されました。 （2017）16メートルの半球スクリーンを使用したプラネタリウム訪問者の視覚的注意の研究。

このテクニックの本質は、プレゼンテーションが短い期間、定期的に中断され、各セルに文字や他の記号があるグリッドのあるスライドが中断されることです。 被験者の仕事は、見たばかりのシンボルを書き留めることです。 したがって、聴衆全体の視覚的注意のヒートマップを取得することができます。これにより、その内容だけでなく、ホール内の個々の参加者の場所に応じて、講義参加者間の分布を分析できます。

もちろん、この手法は、ビデオや画像の形で刺激材料がない「フィールド」実験には適用できません。 しかし、実験の自然条件についても、それらのトリッキーな解決策が見つかりました。

生体内での眼球運動の記録

最も自然で、毎日、毎日の状態での動眼神経運動の研究は、視覚的注意の多くの研究者の夢です。 目の動きが活発な場合にアイトラッキングメガネが比較的うまく機能する場合（たとえば、ロナウドがトラッカーメガネでボールを蹴る ）、そのような実験的設計は、社会的相互作用中の眼球運動行動の定性的研究には適していません。 、顔全体の表情は、非言語的コミュニケーションの重要な要素です。 これまで、電子トラッカーデバイスで使用されるような視線軌跡を受け取るソフトウェアソフトライトトラッカーはありません（ただし、当社のチームは、本格的な研究室トラッカーを置き換えることができる最初のEyeCatcherソフトウェアトラッカーの開発とテストを行っています） 。

G3Eプロジェクトは 、ビデオから人物の視覚的注意データを抽出することに焦点を当てていますが、そのイニシエーターは、瞳孔の位置の座標を変更するという形でアイパスを取得するという考えを捨て、 被験者が対談者を見ているかどうかを判断するタスクのコンテキストで視線の方向を取得することに焦点を当てました。 このシステムは、頭部の位置に応じて視線の位置を予測するアルゴリズムに基づいて開発されました（Ba、Odobez、2006年）および視線の外観モデル（このモデルには、軌道上の目の位置と対応する視線の方向を持つペア画像が含まれます）（Mora、Odobez 、2013）。 さらに、システムの機能パラメーターを改善するために、アノテータービデオでタグ付けされたデータを使用しました（Siegfried R.、Odobez、2017）。

ビデオ注釈は、アルゴリズムの品質を向上させる効果的なツールとしてだけでなく、眼球運動を研究するための独立した方法としても応用されています。

したがって、カードゲーム中の視覚的注意と行動戦略の研究で、カンポス他、2015年はカメラで2人のプレーヤーのそれぞれを記録しました。 その後、ビデオは、ELANプログラムの2つのアノテーターによって3つのカテゴリ（ゲームで見る、他で見る、および他の場所）でマークアウトされ、アノテーターの一貫性はCohenのカッパを使用して計算され、結果を行動の戦略（協力、競争、回避）と比較しましたゲーム）。 協力の動機付けにより、対話者の顔を見ることに費やされる時間は、相互のアイコンタクトだけでなく、かなり長くなることが判明しました。 反対に、競争する意欲がある場合、対談者の顔には短いが頻繁に視線があるため、アイコンタクトを回避する傾向が浮かび上がります。

2015年、キングストンのJarikは、協力と競争の条件でのゲーム後の相互アイコンタクトのダイナミクスの研究で、ビデオに注釈を付ける方法にも注目しました（この研究では、前の例と同様に、2人のアノテーターが参加しました）。 ここでは、協力ゲーム後の被験者、アイコンタクトの持続時間は短く、実験の参加者の他のグループと比較して中断される頻度が高くなりました。

古き良き連絡方法

ビデオ眼球運動記録法の代替手段に関しては、連絡方法も記載する必要があります（すべての追跡はそれらから開始されました！）。 IT追跡の履歴については別の記事を書くことができます（眼球に付けられた不気味な吸盤、またはテーブル全体のサイズの機械式レコーダーの説明には、説明付きの詳細なテキストが必要です）。このグループのメソッドの開発の現在の段階でのみ停止します。 今日活発に使用されている眼球運動を登録する接触方法の中で、電磁眼球追跡とEOG方法を強調する価値があります。

電磁トラッカーの代表例は、非常に高い精度で眼球運動を記録できるプライメレックスイスIT トラッカーです 。0.0002°およびサンプリング周波数8000 Hzです。 彼らの仕事の原理は、磁場中の金属回路の動きによって引き起こされる電流の誘導に基づいています。 可動要素は、内部に2つのインダクタンス回路を備えたリングで、コンタクトレンズのように被験者の目に装着されます（目撃者によると、この魔法の「レンズ」の取り付けは快適ではないということです）。 そのようなデバイスを使用すると、無重力での宇宙飛行士の変化など、目の微動のさまざまな機能を調べることができます。

眼電図（EOG）は、眼球が動くときに発生する電気的活動を記録する方法です。 目の角膜は網膜に対して正の電荷を持っているため、これは一定の（角膜網膜）電位を作り出します。 目の位置が変わると、この電位が修正されます。 EOGは電極によって記録されます。電極は、眼球上および眼の下にある眼pe裂の鼻および側頭角の近く（垂直サッカードを記録するため）に設置されます。 この方法は、医療現場で広く使用されており、 EEG法と組み合わせることもあります。

Neurodata LabのIT追跡および視覚センシングシステムのワーキンググループは、引き続き作業を行っています。


素材の著者：
マリア・コンスタンティノーバ 、 ニューロデータラボの研究者 、生物学者、生理学者、視覚感覚系、眼球運動および動眼神経の専門家。