Ojos abiertos: menos ruido, más señal

La captura de los movimientos de los párpados puede enriquecer la investigación en psicología, neurociencia y clínica y mejorar la calidad de la señal de la mirada en los experimentos de eye tracking.

Los eventos oculomotores examinados mediante eye tracking pueden utilizarse para comprender mejor la cognición, el comportamiento y los estados fisiológicos humanos. Por ejemplo, la velocidad máxima de las sacadas puede utilizarse para inferir la carga mental (Bachurina y Arsalidou, 2022), y la dinámica del tamaño de la pupila puede indicar niveles de excitación y cambios en la intensidad de la atención (Strauch et al., 2022). El acceso visual al mundo exterior, y por tanto a las medidas del movimiento ocular, se interrumpe cada 4 a 6 segundos por el cierre de los párpados: un parpadeo. El cerebro humano ha desarrollado mecanismos perceptivos que permiten que estos pequeños apagones pasen desapercibidos. Sin embargo, captar este movimiento apenas perceptible de los párpados puede enriquecer la investigación psicológica, neurocientífica y clínica y mejorar la calidad de la señal de la mirada en los experimentos de eye tracking.

Apertura ocular: una nueva señal para medir la cinemática de los párpados

Del mismo modo que existen distintos tipos de movimientos oculares, existen varios índices de movimientos de los párpados. El parpadeo espontáneo es el movimiento del párpado más fácilmente observable, pero también se pueden medir parpadeos parciales, sacadas del párpado o tiempos de cierre/apertura del párpado. En Tobii, hemos desarrollado una nueva señal de eye tracking para investigadores - la señal de datos de apertura ocular (EO) - que representa una medida de la esfera más grande que puede caber entre los párpados superior e inferior. La señal EO proporciona la base para la detección precisa del movimiento de los párpados, incluidos los distintos tipos de parpadeo.

¿Qué pueden revelar los movimientos de los párpados sobre los procesos cognitivos y fisiológicos?

La señal EO se ha utilizado principalmente para detectar la somnolencia del conductor, el principal factor de riesgo de los accidentes de tráfico. Los movimientos de los párpados son una de las características más estables y significativas para la detección de la somnolencia. Las características de los movimientos de los párpados proporcionan varias métricas que pueden utilizarse para estimar la somnolencia (como el porcentaje de ojos cerrados (PERCLOS), la duración y velocidad de cierre y apertura de los párpados y la frecuencia de parpadeo).

Los movimientos de los párpados permiten comprender mejor la psicología y la fisiología humanas. La frecuencia del parpadeo espontáneo depende en gran medida de la carga mental, el estado fisiológico y la motivación (Biggs et al., 2015; Cori et al., 2019; Marquart et al., 2015). Por ejemplo, los parpadeos largos indican fatiga y somnolencia, mientras que los cortos están relacionados con la atención sostenida y el aumento de la motivación. Investigadores de diversos campos miden los parpadeos como lectura de la percepción del tiempo (Terhune et al., 2016), el pensamiento creativo (Agnoli et al., 2022) y la atención visual (Nakano et al., 2009).

Los movimientos de los ojos y los párpados están vinculados neuroanatómicamente. Las disfunciones de los movimientos de los párpados pueden servir como biomarcadores de diversas afecciones clínicas y complementar los conocimientos derivados de otros índices de movimientos oculares. Por ejemplo, un aumento de la frecuencia de parpadeo durante la fijación y el seguimiento puede indicar la progresión de la enfermedad de Alzheimer (Coubard, 2016). Con la señal de OE a mano, ahora sería posible evaluar diversas disfunciones relacionadas con el movimiento de los párpados, como la enfermedad del ojo seco, el blefaroespasmo y la ptosis (Hamedani y Gold, 2017). En estudios con animales y humanos, la tasa de parpadeo ocular también se utiliza como indicador indirecto de la disponibilidad de dopamina estriatal. La señal de OE puede ayudar a identificar afecciones clínicas caracterizadas por niveles aberrantes de dopamina, como el Parkinson o la esquizofrenia (Jongkees y Colzato, 2016).

Medición de la dinámica de los párpados para detectar artefactos con precisión

Los artefactos relacionados con el movimiento de los párpados provocan importantes alteraciones en los datos de eye tracking. Existen varios métodos dentro de la comunidad del eye tracking para detectar los parpadeos. Sin embargo, algunos métodos se basan en valores de datos que faltan o en la interpretación del ruido como parpadeos, lo que supone un riesgo de detección inexacta de parpadeos y de inclusión de datos no deseados en el análisis. Por ejemplo, las mediciones del diámetro de la pupila pueden estar contaminadas (normalmente subestimadas) si no se detecta y elimina correctamente un parpadeo. Con la nueva señal EO, ahora es posible estimar con precisión los parpadeos y obtener una medición correcta del diámetro de la pupila.

Los movimientos de los párpados también perturban las sacadas. Las sacadas van acompañadas de movimientos balísticos del párpado, las llamadas sacadas del párpado, que se producen en sincronía con la rotación del globo ocular. Las sacadas perturbadas por el parpadeo suelen mostrar una velocidad pico disminuida y una duración dos o tres veces mayor (Goossens y Van Opstal, 2000). En algunas enfermedades (por ejemplo, la de Huntington), la detección precisa de las sacadas es crucial, ya que puede ayudar a indicar el estadio y la progresión de la enfermedad (Miranda et al., 2016). Una detección precisa del movimiento del párpado mediante la señal EO podría ayudar a abordar las imprecisiones en los índices de sacadas.

Los movimientos de los párpados son una fuente de artefactos también en los datos electroencefalográficos (EEG). Todas las grabaciones de EEG están contaminadas por artefactos procedentes de parpadeos, sacadas de párpados y movimientos post-sacádicos de los párpados. Los artefactos relacionados con el movimiento de los párpados se originan por los cambios en la resistencia entre la córnea y la frente, cargadas positivamente, a medida que el párpado se desliza hacia abajo sobre la córnea (Plöchl et al., 2012). La detección del movimiento del párpado con la nueva señal EO podría facilitar la identificación de los artefactos del párpado, especialmente en escenarios en los que no se dispone de mediciones electrooculográficas (EOG).

Principales conclusiones

Con la señal EO, los investigadores pueden medir diversos movimientos de los párpados y beneficiarse de una mejor calidad de la señal de la mirada en su estudio de eye tracking. Estas son las principales ventajas de la señal EO:

• Estimación de la somnolencia del conductor (por ejemplo, PERCLOS, frecuencia de parpadeo, duración del cierre/apertura de los párpados y velocidad)

• Comprensión de la psicología, la fisiología y los procesos cognitivos humanos.

• Evaluación de las disfunciones relacionadas con el movimiento de los párpados

• Detección precisa de artefactos de parpadeo para mejorar las mediciones del diámetro pupilar y las sacadas

• Detección más sencilla de artefactos del párpado en datos de EEG, especialmente cuando no se dispone de mediciones de EOG.

La señal de apertura de ojos está disponible actualmente en Tobii Pro Spectrum con la versión de Firmware 2.6.1 y Tobii Pro Fusion con la versión de Runtime 2.5.4. Puede acceder a la señal en todos los enlaces de Tobii Pro SDK (versión 1.10 o posterior) y para todas las versiones de SO compatibles.

Para los Eye trackers de Tobii que proporcionan una señal de apertura ocular, Tobii Pro Lab (versión 1.194 o posterior), puede registrar los datos, visualizarlos durante la reproducción y exportar los datos sin procesar, así como varias métricas basadas en la apertura ocular.

Publicaciones citadas

Agnoli, S., Mastria, S., Zanon, M., & Corazza, G. E. (2022). La dopamina apoya la originalidad de las ideas: The role of spontaneous eye blink rate on divergent thinking. Psychological Research.

Bachurina, V., & Arsalidou, M. (2022). Múltiples niveles de demanda atencional mental modulan la velocidad sacádica máxima y la tasa de parpadeo. Heliyon, 8(1).

Biggs, A. T., Adamo, S. H. y Mitroff, S. R. (2015) Mo' Money, Mo' Problems: Monetary Motivation Can Exacerbate the Attentional Blink. Perception , 44(4), 410-422.

Cori, J. M., Anderson, C., Shekari Soleimanloo, S., Jackson, M. L., & Howard, M. E. (2019). Revisión narrativa: Los parámetros de parpadeo ocular espontáneo, ¿proporcionan una evaluación útil de la somnolencia estatal? Sleep Medicine Reviews, 45, 95-104.