Ouverture des yeux - moins de bruit, plus de signal

La capture des mouvements des paupières peut enrichir la psychologie, les neurosciences et la recherche clinique et améliorer la qualité du signal du regard dans les expériences d'eye tracking.

Les événements oculomoteurs examinés grâce à l'eye tracking peuvent être utilisés pour mieux comprendre la cognition humaine, le comportement et les états physiologiques. Par exemple, la vitesse de saccade maximale peut être utilisée pour déduire la charge de travail mental (Bachurina & Arsalidou, 2022), et la dynamique de la taille de la pupille peut indiquer les niveaux d'éveil et les changements dans l'intensité de l'attention (Strauch et al., 2022). L'accès visuel au monde extérieur, et donc aux mesures des mouvements oculaires, est interrompu toutes les 4 à 6 secondes par la fermeture des paupières - un clignement. Le cerveau humain a développé des mécanismes de perception qui permettent de ne pas tenir compte de ces mini-coupures. Cependant, la capture de ce mouvement à peine perceptible des paupières peut enrichir la psychologie et la neuroscience, ainsi que la recherche clinique, et améliorer la qualité du signal du regard dans les expériences d'eye tracking.

Ouverture des yeux - un nouveau signal pour mesurer la cinématique des paupières

De même qu'il existe différents types de mouvements oculaires, il existe différents indices de mouvements des paupières. Le clignement spontané des yeux est le mouvement des paupières le plus facilement observable, mais on peut également mesurer les clignements partiels, les saccades des paupières ou les temps de fermeture/ouverture des paupières. Chez Tobii, nous avons développé un nouveau signal d'Eye tracking pour les chercheurs - le signal de données sur l'ouverture des yeux (EO) - qui représente une mesure de la plus grande sphère pouvant tenir entre les paupières supérieures et inférieures. Le signal EO permet de détecter avec précision le mouvement des paupières, y compris les différents types de clignements.

Que peuvent révéler les mouvements des paupières sur les processus cognitifs et physiologiques ?

Le signal d'OT a été principalement utilisé pour détecter la somnolence du conducteur - le principal facteur de risque des accidents de la route. Les mouvements des paupières sont l'une des caractéristiques les plus stables et les plus significatives pour la détection de la somnolence. Les caractéristiques des mouvements des paupières fournissent plusieurs mesures qui peuvent être utilisées pour estimer la somnolence (comme le pourcentage de fermeture des yeux (PERCLOS), la durée et la vitesse de fermeture et d'ouverture des paupières, et la vitesse de clignement).

Les mouvements des paupières permettent de mieux comprendre la psychologie et la physiologie humaines. Le rythme des clignements spontanés est fortement influencé par la charge de travail mental, l'état physiologique et la motivation (Biggs et al., 2015 ; Cori et al., 2019 ; Marquart et al., 2015). Par exemple, les clignements longs indiquent la fatigue et la somnolence, tandis que les clignements courts sont liés à une attention soutenue et à une motivation accrue. Des chercheurs de divers domaines mesurent les clignements d'yeux comme un indicateur de la perception du temps (Terhune et al., 2016), de la pensée créative (Agnoli et al., 2022) et de l'attention visuelle (Nakano et al., 2009).

Les mouvements des yeux et des paupières sont liés sur le plan neuroanatomique. Les dysfonctionnements des mouvements des paupières peuvent servir de biomarqueurs pour diverses affections cliniques et compléter les connaissances tirées d'autres indices de mouvements oculaires. Par exemple, une augmentation du taux de clignement des yeux pendant la fixation et la poursuite peut indiquer la progression de la maladie d'Alzheimer (Coubard, 2016). Avec le signal EO à portée de main, il serait désormais possible d'évaluer divers dysfonctionnements liés au mouvement des paupières, tels que la sécheresse oculaire, le blépharospasme et le ptosis (Hamedani & Gold, 2017). Dans les études animales et humaines, la vitesse de clignement des yeux est également utilisée comme indicateur de la disponibilité de la dopamine striatale. Le signal EO peut aider à identifier les conditions cliniques caractérisées par des niveaux aberrants de dopamine, comme la maladie de Parkinson ou la schizophrénie (Jongkees & Colzato, 2016).

Mesures de la dynamique des paupières pour une détection précise des artefacts

Les artefacts liés au mouvement des paupières provoquent des altérations importantes dans les données d'eye tracking. La communauté des spécialistes de l'eye tracking dispose de plusieurs méthodes pour détecter les clignements de paupières. Toutefois, certaines méthodes reposent sur des valeurs de données manquantes ou sur l'interprétation du bruit comme étant des clignements, ce qui présente un risque de détection inexacte des clignements et d'inclusion de données non désirées dans l'analyse. Par exemple, les mesures du diamètre de la pupille peuvent être contaminées (généralement sous-estimées) si un clignement n'est pas correctement détecté et supprimé. Avec le nouveau signal EO, il est désormais possible d'estimer avec précision les clignements et d'obtenir une mesure correcte du diamètre de la pupille.

Les mouvements des paupières perturbent également les saccades. Les saccades sont accompagnées de mouvements balistiques des paupières, appelés saccades oculaires, qui se produisent en synchronisation avec la rotation du globe oculaire. Les saccades perturbées par le clignement présentent souvent une vitesse maximale réduite et une durée multipliée par deux ou trois (Goossens & Van Opstal, 2000). Dans certaines pathologies (par exemple, la maladie de Huntington), une détection précise des saccades est cruciale car elle peut aider à indiquer le stade et la progression de la maladie (Miranda et al., 2016). Une détection précise du mouvement des paupières par le signal d'OT pourrait aider à remédier aux imprécisions des indices de saccades.

Les mouvements des paupières sont également une source d'artefacts dans les données électroencéphalographiques (EEG). Chaque enregistrement EEG est contaminé par des artefacts provenant des clignements, des saccades des paupières et des mouvements post-saccadiques des paupières. Les artefacts liés aux mouvements des paupières proviennent des changements de résistance entre la cornée chargée positivement et le front lorsque la paupière glisse vers le bas sur la cornée (Plöchl et al., 2012). La détection du mouvement des paupières à l'aide du nouveau signal EO pourrait faciliter l'identification des artefacts liés aux paupières, en particulier dans les scénarios où les mesures électrooculographiques (EOG) ne sont pas disponibles.

Principaux enseignements

Grâce au signal EO, les chercheurs peuvent mesurer les différents mouvements des paupières et bénéficier d'une meilleure qualité du signal du regard dans leur étude d'eye tracking. Voici les principaux avantages du signal EO :

• Estimation de la somnolence du conducteur (par exemple, PERCLOS, vitesse de clignement des yeux, durée de fermeture/ouverture des paupières et vitesse).

• Aperçu de la psychologie humaine, de la physiologie et des processus cognitifs

• Évaluation des dysfonctionnements liés au mouvement des paupières

• Détection précise des artefacts de clignement pour améliorer les mesures du diamètre de la pupille et des saccades

• Détection plus facile des artefacts des paupières dans les données EEG, en particulier lorsque les mesures EOG ne sont pas disponibles.

Le signal d'ouverture des yeux est actuellement disponible dans Tobii Pro Spectrum avec la version 2.6.1 du firmware et Tobii Pro Fusion avec la version 2.5.4 du runtime. Vous pouvez accéder au signal sur tous les liens du Tobii Pro SDK (version 1.10 ou plus récente) et pour toutes les versions de système d'exploitation prises en charge.

Pour les Eye Trackers ou Oculomètres qui fournissent un signal d'ouverture des yeux, Tobii Pro Lab (version 1.194 ou plus récente), peut enregistrer les données, les visualiser pendant la relecture et exporter les données brutes ainsi que plusieurs métriques basées sur l'ouverture des yeux.

Publications citées

Agnoli, S., Mastria, S., Zanon, M. et Corazza, G. E. (2022) La dopamine soutient l'originalité des idées : The role of spontaneous eye blink rate on divergent thinking, Psychological Research.

Bachurina, V. et Arsalidou, M. (2022). Multiple levels of mental attentional demand modulate peak saccade velocity and blink rate. Heliyon, 8(1).

Biggs, A. T., Adamo, S. H., & 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) Narrative review : Les paramètres de clignement spontané des yeux fournissent-ils une évaluation utile de la somnolence de l'état ? Sleep Medicine Reviews, 45, 95-104.