Augenbewegungen und visuelle Aufmerksamkeit

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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
AG Neuroinformatik
Augenbewegungen und
visuelle Aufmerksamkeit
AUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
FORSCHUNGSGEBIETE
AG Neuroinformatik
Definition
•
•
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
•
METHODIK
EYE TRACKING
•
Unter Augenbewegungen (Okulomotorik) versteht man die
Gesamtheit aller motorischen Ausdrucksformen und
Varianten, die den Augäpfeln (Bulbi) zur Verfügung stehen,
sich bewusst oder unbewusst, willkürlich oder unwillkürlich in
unterschiedliche Richtungen drehen zu können.
Die Okulomotorik vollzieht sich auf der Grundlage eines sehr
komplexen Systems mit einer Reihe von Regelkreisen. In
diesen Regelkreisen müssen bestimmte funktionale
Erfordernisse erfüllt werden.
• So dient die Netzhaut (Retina) als eine Art Fühler, das
Zentralnervensystem stellt Regelmechanismen zur
Verfügung, und sechs äußere Augenmuskeln (beim
Menschen) fungieren als Stellglied.
• Mit der Änderung der Augenstellung geht auch wieder
eine Veränderung auf der Netzhaut einher, und der
Informationsfluss wird zum Kreis.
Augenbewegungen dienen in den meisten Varianten der
Aufnahme visueller Reize.
Augenbewegungen stellen die häufigste und schnellste
Bewegung im menschlichen Körper dar (Bridgeman, 1992;
Boff, 1988)
FORSCHUNGSGEBIETE
1
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Äußere Augenmuskeln
•
•
•
•
Die äußeren Augenmuskeln bewirken die Bewegung des
Auges in alle Richtungen.
Sie bestehen aus quergestreifter Muskulatur und werden von
drei verschiedenen Hirnnerven innerviert.
Man unterscheidet fünf gerade (vier beim Menschen) und zwei
schräge Augenmuskeln.
Bis auf einen entspringen sie alle in der Spitze der
knöchernen Augenhöhle (Orbita) am Anulus tendineus
communis, bilden so auf ihrem Verlauf nach vorn einen Konus
und setzen an der Sclera des Augapfels an.
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METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Quelle: Faller, 1999: 643
Äußere Augenmuskeln
•
•
Lediglich der Musculus obliquus inferior hat seinen Ursprung
vorn unten an der nasalen Orbitawand.
Die Augenmuskeln haben ein komplexes Zusammenspiel und
ermöglichen sowohl bewusste Blickbewegungen, als auch die
unbewussten Ausgleichsbewegungen, die das Gesichtsfeld
bei Veränderungen der Kopfhaltung stabilisieren.
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METHODIK
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FORSCHUNGSGEBIETE
Quelle: Faller, 1999: 643
2
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Äußere Augenmuskeln
Musculus rectus superior
•
Musculus rectus superior („oberer gerader Muskel“, bei Tieren
als Musculus rectus dorsalis bezeichnet) entspringt am
Sehnerv und liegt dem Augapfel oben auf. Er bewegt das
Auge nach oben und etwas nach innen. Er wird vom Nervus
oculomotorius innerviert.
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METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Quelle: Faller, 1999: 643
Äußere Augenmuskeln
Musculus rectus inferior
•
•
Der Musculus rectus inferior („unterer gerader Muskel“, bei
Tieren als Musculus rectus ventralis bezeichnet) entspringt am
Anulus tendineus communis und setzt an der unteren
Augapfelfläche vor dem Äquator an.
Er liegt dem Augapfel unten auf und bewegt das Auge nach
unten, etwas nach innen und rotiert den oberen Augenpol
etwas nach außen. Er wird vom Nervus oculomotorius
innerviert.
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METHODIK
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FORSCHUNGSGEBIETE
Quelle: Faller, 1999: 643
3
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Äußere Augenmuskeln
Musculus rectus medialis
•
Der Musculus rectus medialis („zur Mitte gelegener gerader
Muskel“) entspringt am Sehnerv und liegt dem Augapfel innen
auf. Er bewegt das Auge nach innen (zur Nase hin) und hat
zusätzlich eine leicht hebende und senkende Wirkung. Er wird
vom Nervus oculomotorius innerviert.
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Quelle: Faller, 1999: 643
Äußere Augenmuskeln
Musculus rectus lateralis
•
Der Musculus rectus lateralis („seitlicher gerader Muskel“)
entspringt am Sehnerv und liegt dem Augapfel seitlich auf. Er
bewegt das Auge nach außen, zudem hat er auch eine gering
hebende und senkende Wirkung. Er wird vom Nervus
abducens innerviert, dessen Lähmung zu einem
entsprechenden Funktionsverlust führt.
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Quelle: Faller, 1999: 643
4
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Äußere Augenmuskeln
Musculus obliquus superior
•
Der Musculus obliquus superior („oberer schräger Muskel“, bei
Tieren als Musculus obliquus dorsalis bezeichnet), entspringt
ebenfalls am Sehnerv. Er verläuft in der oberen, nasenseitigen
Wand der Orbita und wird dann durch einen Rollknorpel
(Trochlea) nach außen abgelenkt. Er verläuft unter dem
oberen geraden Muskel hindurch und setzt oben-seitlich
(dorsolateral) am oberen, äußeren, hinteren Quadranten des
Augapfels an. Er wird vom Nervus trochlearis innerviert.
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Quelle: Faller, 1999: 643
Äußere Augenmuskeln
Musculus obliquus superior
•
Seine Hauptfunktion ist die Senkung mit Rollen des Auges
nach innen und geringer Abduktion.
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Quelle: Faller, 1999: 643
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Äußere Augenmuskeln
Musculus obliquus inferior
•
Der Musculus obliquus inferior („unterer schräger Muskel“, bei
Tieren als Musculus obliquus ventralis bezeichnet) entspringt
am Tränenbein (Os lacrimale), im unteren nasenseitigen
Bereich der Orbita. Er verläuft unter dem unteren geraden
Muskel nach außen und inseriert ventrolateral im unteren,
äußeren, vorderen Quadranten an der Sklera. Er wird vom
Nervus oculomotorius innerviert.
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Quelle: Faller, 1999: 643
Äußere Augenmuskeln
Musculus obliquus inferior
•
Seine Hauptfunktion ist die Rotation des Auges nach außen,
sowie die Hebung in Adduktion und eine gering abduzierende
Wirkung.
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Quelle: Faller, 1999: 643
6
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Äußere Augenmuskeln
Musculus levator palpebrae superioris
•
Der Musculus levator palpebrae superioris verläuft über dem
Musculus rectus superior und ist der Lidheber. Er führt
agonistische Bewegungen mit dem Musculus rectus superior
aus, sodass sich das Lid beim Aufblick hebt und beim Abblick
senkt. Er wird ebenfalls vom Nervus occulomotorius innerviert
und zwar von seinem kleineren Endast, dem Ramus superior.
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Äußere Augenmuskeln
Musculus retractor bulbi
•
Der Musculus retractor bulbi („Zurückzieher des Auges“) fehlt
dem Menschen, ist aber bei den übrigen Säugetieren
ausgebildet. Er liegt manschettenartig um den Sehnerv und
innerhalb der Musculi recti. Er besitzt vier funktionelle Anteile,
die den Augapfel, wie die einzelnen Rectus-Anteile, bewegen
und entsprechend innerviert werden.
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7
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Äußere Augenmuskeln
Wirkungsschema (rechtes Auge)
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Physiologie
Grundlagen
•
•
Drei Drehachsen sind bei Augenbewegungen besonders
hervorzuheben: die Y-Achse, die senkrecht durch das Auge
verläuft, die X-Achse, die waagerecht verläuft und die Z-Achse
(auch Sagittalachse), die im Drehpunkt die Lotrechte auf diese
Ebene bildet.
Die Terminologie der Augenbewegungen basiert auf der
Definition dieser drei Achsen.
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8
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Physiologie
Grundlagen
•
Zudem erleichtert es das Verständnis der Augenbewegungen,
aus einer Nullstellung heraus die verschiedenen
Blickrichtungen zu betrachten. Diese Nullstellung wird
eingenommen bei gerader Kopf- und Körperhaltung und
geradeaus gerichtetem Blick. Sie wird Primärstellung oder
Primärposition genannt.
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Physiologie
Augenstellungen
•
•
•
•
Ausgehend von der Primärposition werden nur Augenbewegungen zu Endpositionen ausgeführt, die durch eine
einzige Drehung erreicht werden.
Aus der Primärstellung heraus kann das Auge eine reine
Horizontalbewegung um die Z-Achse oder eine
Vertikalbewegung um die X-Achse durchführen.
Diese Bewegungen aus der Primärposition heraus nach links,
rechts, oben oder unten nennt man Kardinalbewegungen.
Nach Durchführung einer solchen Kardinalbewegung befindet
sich das Auge in einer so genannten Sekundärstellung.
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9
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Physiologie
Augenstellungen
•
•
Werden nacheinander eine Vertikalduktion und eine
Horizontalduktion durchgeführt, befindet sich das Auge in
einer so genannten Tertiärstellung.
In diese Position gelangt ein Auge auch dann, wenn es eine
Bewegung um eine schräge Achse vollzieht und nicht
nacheinander um die Z-Achse und die X-Achse.
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METHODIK
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Physiologie
Augenstellungen
•
Dies bedeutet, daß jede denkbare Blickrichtung eines Auges
das Resultat einer Bewegung um eine Achse aus der
Primärstellung heraus darstellt. Die Gesamtheit dieser Achsen
bildet im Drehpunkt des Auges eine senkrechte, frontoparallele Ebene, die sogenannte Ebene von Listing. Das
Gesetz von Listing besagt demnach:
• Alle Augenbewegungen, die aus der Primärstellung
heraus in einer Sekundär- oder Tertiärposition münden,
sind denkbar als Duktionen um Achsen, die in einer
Ebene liegen.
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Physiologie
Augenstellungen
•
•
Jedoch ist das Gesetz von Listing nicht auf alle
Augenbewegungen anwendbar. Zykloduktionen, also
Rollungen, finden um die Y-Achse statt, die senkrecht auf der
Listing'schen Ebene steht.
Das Listing’sche Gesetz gilt so etwa nicht bei optokinetischen
Reflexen.
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Physiologie
Bewegungsarten
•
•
•
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METHODIK
EYE TRACKING
FORSCHUNGSGEBIETE
•
Drehbewegungen eines einzelnen Auges nennt man
Duktionen. Hierbei unterscheidet man Adduktion (Bewegung
zur Nase hin), Abduktion (Bewegung zur Schläfe),
Supraduktion oder Elevation (Bewegung nach oben) und
Infraduktion oder Depression (Bewegung nach unten).
Eine Verrollung, also eine Drehung um die Y-Achse, wird
Inzykloduktion genannt, wenn sie mit dem oberen Umfang der
Hornhaut zur Nase hin erfolgt, hingegen Exzykloduktion, wenn
diese Bewegung zur Schläfe hin vollzogen wird.
Gleichzeitige Drehbewegungen beider Augen unterteilt man in
Vergenzen und Versionen.
Versionen sind konjugierte (gleichsinnige) Augenbewegungen,
also Drehungen um parallele Achsen bei gleicher
Drehrichtung. Man spricht von Dextroversionen bei
Blickwendung nach rechts, von Lävoversionen bei Blick nach
links und von Supra- bzw. Infraversionen bei Blick nach oben
bzw. unten. Dextrozykloversionen sind konjugierte
Zykloduktionen beider Augen, bei der der obere Umfang der
Hornhaut nach rechts geneigt wird. Deren entgegengesetzte
Bewegung nennt man Lävozykloversion.
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Physiologie
Bewegungsarten
•
•
•
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METHODIK
EYE TRACKING
•
•
Mit Vergenzen bezeichnet man disjugierte (gegensinnige)
Augenbewegungen, also Drehungen um parallele Achsen bei
entgegengesetzter Drehrichtung.
Als Konvergenz wird eine Augenbewegung bezeichnet, die
aus der Parallelstellung heraus die Gesichtslinien vor den
Augen zur Überschneidung bringt, ausgelöst durch eine
beidseitige Adduktion.
Dementsprechend ist die Divergenz eine Bewegung aus
beidseitiger Abduktion, bei der sich die Gesichtslinien hinter
den Augen schneiden.
Weiterhin spricht man von einer positiven Vertikaldivergenz,
wenn die Blicklinie des rechten Auges gegenüber der des
linken Auges nach oben abweicht, von einer negativen
Vertikaldivergenz im umgekehrten Fall.
Eine Inzyklovergenz besteht aus einer beidseitigen
Inzykloduktion, eine Exzyklovergenz aus einer beidseitigen
Exzykloduktion.
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Physiologie
Bewegungsarten
•
•
•
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METHODIK
EYE TRACKING
FORSCHUNGSGEBIETE
•
•
Unsere Augen führen permanent kleinste Bewegungen aus,
auch wenn wir subjektiv den Eindruck haben, einen Punkt
vollkommen ruhig zu fixieren. Diese Mikrobewegungen
können in drei Formen unterteilt werden:
Langsame Mikrobewegungen: Diese, auch Drifts genannten,
Bewegungen werden durchgeführt mit einer Amplitude von ca.
2,5 Winkelminuten (0,04°) und einer Geschwindigkeit von
ca. 30 Winkelminuten/Sek. (0,5°/sec). Frequenz: 1-2 Hz
Mikrosakkaden: Weisen eine Amplitude zwischen 3 und 50
Winkelminuten (0,06-0,83°) auf, Maximalgeschwindigk eit von
8°/Sek. bis 80°/Sek., jeweils in linearer Abhängigk eit von der
Amplitude. Frequenz: 1-2 Hz
Mikrotremor: Weist eine Amplitude von weniger als 1 Winkelminute (0,02°) auf bei einer Geschwindigkeit von 10° /sec und
darüber. Freq.: 70-100 Hz
Langsame Mikrobewegungen und Mikrosakkaden dienen der
Fixationskontrolle, in dem sie als eine Art Korrektiv die
Blicklinien immer wieder auf das Fixationsobjekt zurückführen,
von dem sie zwecks Verhinderung der Lokaladaption
regelmäßig langsam abweichen.
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Physiologie
Leistungsfähigkeit
•
•
•
•
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•
METHODIK
EYE TRACKING
Die Exkursionsfähigkeit des Auges, also das Ausmaß der
Bewegungen bei Kontraktion bestimmter Augenmuskeln, ist in
verschiedenen Blickrichtungen unterschiedlich.
Eine Adduktion und Abduktion ist in der Regel um ca. 50°
möglich. Eine Depression kann bis zu 60°betragen, e ine
Elevation selten mehr als 45°.
Die Bestimmung der monokularen Exkursionsfähigkeit ergibt
das monokulare Blickfeld des jeweils rechten und linken
Auges.
Hingegen spricht man vom binokularen Blickfeld bei dem
Bereich, in dem beide Augen gemeinsam foveolar fixieren
können.
Dieses unterscheidet sich nochmals von dem so genannten
Fusionsblickfeld, da in extremen Blickrichtungen zwar
bifoveolar fixiert werden kann, durch seitenungleiche
Verrollung jedoch eine Diplopie ausgelöst wird, die in dieser
Situation nicht fusioniert wird.
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Physiologie
Leistungsfähigkeit
•
•
•
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METHODIK
EYE TRACKING
•
•
In der Regel wird im täglichen Leben lediglich ein Teil dieser
Maximalwerte benötigt. Das Gebrauchsblickfeld nutzt im
Allgemeinen nur Exkursionen bis ca. 20°, auch unter stützt durch
frühzeitig einsetzende Kopfbewegungen.
Die Winkelgeschwindigkeit, mit der schnelle Augenbewegungen
(Sakkaden) vollzogen werden, ist auch abhängig von deren
Amplitude. Maximal beträgt sie etwa 600°/Sek. Folge bewegungen zeigen maximale Geschwindigkeiten von ca.
100°/Sek., Vergenzbewegungen selten mehr als 20°/Sek .
Daraus ergibt sich, daß Sakkaden in der Regel nach ca. 50
Millisekunden abgeschossen sind, während Fusionsbewegungen ca. 0,5 bis 1 Sekunde dauern können.
Diese Form der Augenbewegungen erfordern im Normalfall eine
Muskelkraft von etwa 50 g, wobei die Muskelinsertionen in
Primärposition bereits unter einer Spannung von 5-10 g stehen.
Experimentelle Muskelkraftmessungen haben gezeigt, daß die
Kraft eines Augenmuskels auf bis zu 100 g ansteigen kann,
ohne daß subjektive Beschwerden oder Ermüdungserscheinungen aufgetreten wären.
FORSCHUNGSGEBIETE
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Arten von Augenbewegungen
•
Sakkadische Blickbewegungen: verschieben das Abbild eines Objekts
aus der Peripherie auf der Fovea (binokular gleichsinning, konjugiert)
•
Kontinuierliche Augenfolgebewegungen: behalten das Abbild eines
sich langsam bewegenden Objekts in der Fovea (konjugiert)
•
Vergenzbewegungen: Augenbewegungen, bei welchen sich der
Winkel der Augenblickachsen ändert, d.h. Blickveränderungen in der
Tiefe (binokular diskunktiv, gegensinning).
•
Vestibulo-okulärer Reflex: Kompensation von Kopf- und
Körperbewegungen (konjugiert)
•
Optokinetischer Reflex: Kompensation von Eigenbewegung
(konjugiert)
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METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Sakkadische Augenbewegungen
•
•
•
•
•
Unter Sakkaden versteht man kleine, ruckartige (ballistische)
Bewegungen der Augen
Sakkaden haben das Ziel möglichst weite Teile des Blickfeldes auf die
Fovea abzubilden, und ermöglichen so z.B. das Wahrnehmen von
Kontrasten und Farbveränderungen.
Das sakkadische physiologische Kontrollsystem ist diskret, eine einmal
eingeleitete Sakkade kann nicht willkürlich unterbrochen oder in ihrer
Richtung geändert werden.
Die Größe der Sakkaden schwankt zwischen 4’ und 15°b ei ca.
2 Sakkaden pro Sekunde, Sakkaden erreichen Winkelgeschwindigkeiten von mehreren hundert Grad/sec.
Latenz: 200-250 msec
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METHODIK
EYE TRACKING
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Sakkadische Augenbewegungen
•
•
Sakkaden schießen i.A. über ihr Ziel hinaus und müssen deshalb
korrigiert werden.
Je nach der Dauer der Korrekturbewegung unterscheidet man 3 Arten
von Korrektur-Sakkaden
• Dynamische Überschuß-Sakkade: ca. 20 msec Korrekturdauer in
Form einer weiteren Sakkade
• Gleitende Überschuß-Sakkade: ca. 200 msec Korrekturdauer in
Form einer Glissade („Drift“)
• Statistische Überschuss-Sakkade: Das Auge verharrt 150-200
msec in der falschen Position, anschließend eine weitere Sakkade
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Dynamische Überschuß-Sakkade
METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Sakkadische Augenbewegungen
•
•
•
•
•
•
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
•
•
METHODIK
EYE TRACKING
•
FORSCHUNGSGEBIETE
Sakkaden, welche durch verschiede Muskelpaare ausgelöst werden
sind unabhängig und können sich beliebig überlagern
Dank der starken Dämpfung des Augapfels gerät dieser nicht in
Schwingung durch die auftretenden Sakkaden
Zwischen Sakkaden fixieren die Augen bestimmt Punkte in der Umwelt
für ca. 200 bis 600 msec.: Fixation
Auch in dieser Zeit sind die Augen nicht starr, sondern durch
Augentremor und Mikro-Sakkaden in Bewegung.
Während Fixationen werden visuelle Informationen aufgenommen.
Sakkaden können visuell nicht selbst wahrgenommen werden, da das
Auge während der Dauer einer Sakkade den Sehvorgang unterdrückt
und das zu erwartende Bild „vorausberechnet“ (Sakkadische
Suppression)
Dieser Vorgang findet in den Arealen MT (medio temporales Areal)
und MST (medie-superior temporales Areal) statt.
Dort existieren Neuronen, welche auf bestimmte Bewegungsrichtungen spezialisiert sind und diese Orientierungen während einer
Sakkade umkehren können.
Dies liefert zusammen mit den herkömmlichen, ihre Orientierung
beibehaltenden Neuronen ein widersprüchliches Signal, was dazu
führt, dass das Gehirn gar kein bewegtes Bild wahrnimmt.
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
AG Neuroinformatik
Sakkadische Augenbewegungen
An der Ausführung von Sakkaden beteiligte Areale
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METHODIK
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Retinotopie im superior colliculus
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Sakkadische Augenbewegungen
Beispiel I
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METHODIK
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Sakkadische Augenbewegungen
Beispiel II
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Sakkadische Augenbewegungen
Beispiel II
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METHODIK
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Sakkadische Augenbewegungen
• Unwillkürliche Augenbewegungen treten auch bei Fixationen auf:
• langsame Driftbewegungen
• schnelle Mikrosakkaden
• Tremor
• Vollständige Stabilisierung des Netzhautbildes führt zu
Verschwinden des Wahrnehmungseindrucks
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METHODIK
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Kontinuierliche Augenfolgebewegungen („smooth pursuit“)
•
•
•
•
•
Stabilisieren das Abbild eines sich bewegenden Objekts auf der
Retina.
Können nicht willkürlich erzeugt werden, d.h. erfordern ein bewegtes
Objekt.
Max. Folgegeschwindigkeit 30-80°/sec
Latenz ca. 125 ms
Im Gegensatz zu den Sakkaden sind Modifikationen der
Folgebewegungen nach Einsetzen der individuellen Bewegung
möglich (Unterbrechung, Richtungsänderung), d.h. visuelle
Wahrnehmung während glatter Augenfolgebewegung vorhanden
(keine sakkadische Suppression)
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METHODIK
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Vergenzbewegungen
•
•
•
•
•
Diese Art der Augenbewegung tritt ein, wenn zwischen nahen und
entfernten Zielen akkomodiert werden muß
Konvergenzbewegungen verlaufen langsam und gleichmäßig, das
Auge muß keine Ausblendungen vornehmen.
Latenz ca. 160 msec
Maximale Geschwindigkeit von 20°/sec
Konvergenzbewegungen schneller als Divergenzbewegungen
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METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Vestibulo-okulärer Reflex (VOR)
•
•
Wird der Kopf schnell im Raum bewegt, führt dies zur Stimulation
des Vestibularorgans, was wiederum eine Bewegung der Augen
in die Gegenrichtung bewirkt. Damit bleiben die Augen relativ zur
Umgebung in Ruhe, das Blickfeld wird stabilisiert.
Dabei werden Amplitude und Geschwindigkeit der Augenbewegung idealerweise so der Kopfbewegung angepaßt, das die
Blickrichtung der Augen konstant bleibt, so daß das Sehobjekt
stabil auf der Fovea abgebildet bleibt und so trotz der Kopfbewegung eine erschütterungsfreie Abbildung der visuellen
Umwelt ermöglicht wird.
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METHODIK
EYE TRACKING
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Vestibulo-okulärer Reflex (VOR)
•
•
Bei größeren Kopfbewegungen und damit verbundenen
kompensatorischen Augenbewegungen kommt es zu
Rücksetzbewegungen der Augen.
Man nennt diese Abfolge von langsamen kompensatorischen
Bewegungen und raschen Rücksetzbewegungen Nystagmus, im
vorliegenden Fall vestibulären Nystagmus.
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Vestibulo-okulärer Reflex (VOR)
•
Der Reflexbogen des VOR umfasst drei Neuronen:
• Das 1. Neuron liegt im Ganglion vestibulare im inneren
Gehörgang, deren Afferenzen von den Rezeptoren der
Bogengänge und von Sakkulus und Utrikulus stammen.
• Die Efferenzen dieser Neurone, die eine verhältnismäßig
hohe tonische Ruheentladung aufweisen, projizieren zum
2. Neuron im Vestibulariskerngebiet und
• diese wiederum zum 3. Neuron, den jeweiligen Motorneuronen der okulomotorischen Hirnnervenkerne
(Okulomotorius-, Trochlearis- und Abduzenskern).
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METHODIK
EYE TRACKING
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Vestibulo-okulärer Reflex (VOR)
Parameter
• Gain = AmplAugenGeschw / AmplKopfGeschw
• Relative Phase von Kopfbewegung und kompensatorischer
Augenbewegung (Phase = 180°wenn Bewegung von Auge
und Kopf in exakt entgegengesetzter Richtung).
• Symmetrie
• Latenz zwischen Kopfbewegung und Beginn der
Augenbewegung 10-100 msec
• Konjugierte glatte Augenbewegungen
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
FORSCHUNGSGEBIETE
AG Neuroinformatik
Optokinetischer Reflex (OKR)
•
•
Dieser Mechanismus dient ebenfalls der Stabilisierung des
Blickfeldes.
Bewegt sich das ganze visuelle Umfeld, was z. B. dann
vorkommt, wenn wir uns selbst fortbewegen, hält das Auge
durch der Szenerie gleichgerichtete Bewegung das Blickfeld.
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
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21
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
AG Neuroinformatik
Augenbewegungen vs. Blickbewegungen
•
•
Augenbewegungen: alle Bewegungen des Auges, die durch
Beobachtung des Auges gewonnen werden können (ohne
Objektbezug betrachtet)
Blickbewegungen: Bewegungen des Auges in Verbindung mit
den vom Auge aufgenommenen Information
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
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EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
FORSCHUNGSGEBIETE
AG Neuroinformatik
Augenbewegungen vs. Blickbewegungen
•
•
Augenbewegungen: alle Bewegungen des Auges, die durch
Beobachtung des Auges gewonnen werden können (ohne
Objektbezug betrachtet)
Blickbewegungen: Bewegungen des Auges in Verbindung mit
den vom Auge aufgenommenen Information
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METHODIK
EYE TRACKING
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
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Parameter von Augenbewegungen
... bei sakkadischen Augenbewegungen
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
FORSCHUNGSGEBIETE
AG Neuroinformatik
Parameter von Augenbewegungen
Fixationsdauer
•
•
•
•
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
FORSCHUNGSGEBIETE
•
•
mit Objektbezug / ohne Objektbezug
Oftmals als Maß für die Dauer der Bearbeitung der betrachteten
Information interpretiert
Visuelle Informationsaufnahme ausschließlich während der
Fixation
Modell der Prozessüberwachung:
• Fixationsdauer wird von den kognitiven Prozessen
beeinflußt, die zur Verarbeitung der während der Fixation
aufgenommenen Informationen herangezogen werden,
Maß für Beanspruchung
Interpretation der Fixationsdauer als Beanspruchungsmaß vom
Aufgabentyp abhängig:
• Verlangt die Aufgabe überwiegend zentral kontrollierte
Verarbeitung -> Verlängerung der Fixationsdauer ist Hinweis
auf größere Beanspruchung
• Verlangt die Aufgabe schnelles Reagieren -> kürzere
Fixationsdauern bei großer Beanspruchung
• Fixationsdauern müssen für jede Fixation bestimmt werden;
Üblich ist dann die Bildung des Mittelwertes.
23
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
AG Neuroinformatik
Parameter von Augenbewegungen
Sakkadenweite
•
•
•
Verkleinerung des Sichtfeldes in Abhängigkeit von der Erhöhung
der Aufgabenschwierigkeit beobachtet
zu erwarten, daß die Mehrzahl der Umfixationen nur innerhalb
dieses Sichfeldes erfolgt -> Größe des Sichtfeldes wird sich also
in der durchschnittlichen Sakkadenweite widerspiegeln
bei Erhöhter Stimuluskomplexität ist eine Verringerung der
Sakkadenweite beobachtet worden.
Sakkadengeschwindigkeit
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
•
Maß für Schläfrigkeit
METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
FORSCHUNGSGEBIETE
AG Neuroinformatik
Parameter von Augenbewegungen
Weitere Parameter
•
•
•
•
Erste Ableitung der Sakkadengeschwindigkeit ->
Sakkadenlatenzbeschleunigung
Reaktionszeit der Sakkaden -> Sakkadenlatenz
Verteilung der Fixationsdauern
Variation der Fixationsdauern
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
FORSCHUNGSGEBIETE
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Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
AG Neuroinformatik
Parameter von Blickbewegungen
Objektbezogene Fixationsmaße
•
•
•
•
Absolute und relative Häufigkeit der Fixation bestimmter Objekte
Fixationsdauer pro Blickobjekt
Verweildauer pro Blickobjekt (gaze duration): Summe der Zeiten,
die ein Objekt fixiert wird
Folge, in der verschiedene Blickobjekte fixiert werden ->
Übergangsmatrix mit Wahrscheinlichkeiten der Wechsel von
einem Blickgebiet in ein anderes.
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
FORSCHUNGSGEBIETE
AG Neuroinformatik
Warum Augen-/Blickbewegungen?
Finde die rote 9!
x
x
x
x
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
x
x x
x
METHODIK
EYE TRACKING
x
FORSCHUNGSGEBIETE
25
Visuelle Aufmerksamkeit und Blickbewegungen
AG Neuroinformatik
Warum Augen-/Blickbewegungen?
Unterschiedliche Aufgaben
Finde die rote 9!
Finde die 5!
AUGENAUGENBEWEGUNGEN
METHODIK
EYE TRACKING
FORSCHUNGSGEBIETE
26
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