Extracción y caracterización de microsacádicos durante la lectura

Abstract

La visión involucra diferentes mecanismos fisiológicos y cerebrales. Abarca el sistema oculomotor, que se encarga de mover los ojos para situarlos sobre lo que se quiere observar, las células fotorreceptoras que convierten los estímulos lumínicos en señales eléctricas, y el lóbulo occipital encargado de interpretar dichas señales y formar la imagen en el cerebro. Demanda, además, que entren en juego funciones cognitivas del cerebro como la memoria semántica, la memoria a largo plazo y la memoria de trabajo. La lectura es una actividad cotidiana en la que resultan más evidentes y fáciles de manipular estos procesos. Por lo tanto, entender cómo leemos permite comprender, en parte, cómo funcionan estas áreas, y una manera de lograr dicha comprensión es mediante el análisis de la información provista por los movimientos oculares durante la lectura. Una técnica no invasiva para detectar dicho movimientos para su análisis posterior es la utilización del eye-tracker. Tanto en la observación libre como durante la lectura, los ojos realizan fijaciones y sacadas entre las fijaciones, y durante éstas se producen pequeños movimientos balísticos llamados microsacádicos. En diferentes trabajos se muestra que estos movimientos están asociados a procesos cognitivos y a la tarea de mantener la imagen en la retina, aunque no hay un criterio unificado sobre cómo detectarlos. Por otro lado, el envejecimiento suele traer consigo un deterioro del tejido cerebral, en ocasiones normal y en otras patológico, que repercute principalmente en las áreas cerebrales asociadas a la memoria y a diferentes procesos cognitivos. En esta tesis analizamos los movimientos microsacádicos presentes en las fijaciones registradas con un eye-tracker durante lecturas realizadas por grupos de adultos jóvenes, de adultos mayores sanos y de adultos mayores con deterioro cognitivo incipiente. Presentamos un método diferente de detección de los movimientos microsacádicos, combinando la Transformada Wavelet Continua que explota su naturaleza balística, junto con la localización de outliers en el espacio de velocidades. Una vez extraídos los movimientos microsacádicos mostramos, utilizando Modelos Lineales Mixtos, de qué manera estos movimientos se ven afectados por diferentes estímulos para cada uno de los grupos de sujetos. Los estímulos considerados son los tipos de oraciones y la predictibilidad, frecuencia y largo de las palabras. También examinamos la función que cumplen los microsacádicos durante la lectura mediante el análisis de la orientación que éstos presentan en los distintos tipos de fijaciones. Para ello, clasificamos previamente las fijaciones sobre la lectura, y realizamos histogramas angulares para los distintos tipos de fijaciones y para cada uno de los diferentes grupos de sujetos.

Vision involves different physiological and cerebral mechanisms. It involves the ocu- lomotor system, which is responsible for moving the eyes to place them on what the observer wants to observe, the photoreceptor cells that convert light stimuli into electrical signals, and the occipital lobe responsible for interpreting these signals and forming the image in the brain. It also requires the cognitive functions of the brain such as semantic memory, long-term memory and working memory to come into play. Reading is a daily activity in which these processes are most evident and easier to manipulate. Therefore, understanding how we read, partially allows us to understand how these areas works, and one way to achieve this understanding is by analyzing the information provided by eye movements during reading. A non-invasive technique to detect such movements for later analysis is the use of the eye-tracker. Both in free observation and during reading, the eyes perform fixations and saccades between the fixations and, during these ones, occur small ballistic movements called microsaccadic movements. Different works show that these movements are associated with cognitive processes and with the task of maintaining the image on the retina, although there is no unified criterion on how to detect them. On the other hand, aging usually brings with it a deterioration of brain tissue, someti- mes normal and sometimes pathological, which mainly affects the brain areas associated with memory and different cognitive processes. In this thesis we analyze the microsaccadic movements present in the fixations recorded with an eye-tracker during reading, performed by groups of young adults, healthy older adults and elder adults with early cognitive impairment. We present a different method for detecting microsaccadic movements, combining the Continuous Wavelet Transform that exploits their ballistic nature, together with the localization of outliers in velocity space. Once the microsaccadic movements are extracted we show, using Linear Mixed Models, how they are affected by different stimuli for each one of the groups of subjects. The considered stimuli are the types of sentences and the predictability, frequency and length of words. We also examined the role of microsaccades during reading by analyzing their orientation during different types of fixations. For this purpose, we previously classified the fixations during reading, and we made angular histograms for the different kind of fixations and for each one of the different groups of subjects