E STUDIOS DE E YE TRACKING EN COGNICIÓN Y ATENCIÓN

En los campos de la neurociencia y la psicología cada día se encuentran más estudios relacionados con el eye-tracking y sus aplicaciones. La temática varía desde estudios básicos sobre la visión, a investigaciones más complejas sobre la exploración visual en la estética (por ejemplo, en cómo el ser humano percibe el arte). En el contexto de visión y movimiento de los ojos, el conocimiento de la organización psicológica del tracto visual, así como aspectos cognitivos y de comportamiento de la visión, son indispensables para obtener un entendimiento completo de la visión humana. Así, para ilustrar la interdependencia de la neurociencia y de la psicología, consideremos de nuevo los estudios neuropsicológicos de los componentes visuales implicados en la atención visual.

Como se explicó anteriormente, debido a la limitada capacidad de almacenar información de la fóvea, los ojos van saltando de punto a punto cuando realizan una exploración de la escena en el campo visual. A partir de observaciones psicológicas, se sabe que el ser humano puede estar atento a un campo de visión grande, incluso aunque nuestra visión no permita una captura de la escena entera como haría una cámara de fotos. Esta es la clave a la hora de intentar integrar el problema. Los psicólogos nos muestran que el ser humano es capaz de mantener una imagen bastante precisa de la escena visual que tienen enfrente a ellos. De hecho, varias ilusiones visuales, como el cuadro de Kanizsa (1976), nos muestran que vemos más de lo que está físicamente ahí (vemos un cuadrado blanco “inexistente”).

Figura 96. La ilusión del cuadro de Kanizsa (1976)

Aunque existen multitud de temas examinados en los campos de la neurociencia y la psicología relacionados con el movimiento de los ojos, la neurociencia actual tiende a intentar relacionar este movimiento con ilusiones de contornos, atención e imágenes en el cerebro. Las publicaciones se están centrando últimamente en realizar estudios sobre cuatro ejemplos perceptuales: el estudio del movimiento de los ojos mientras se lee, durante la percepción de una escena (como una película o un cuadro de arte), búsqueda visual y tareas naturales.

Monitorización y optimización de terapias de tele-neurorrehabilitación cognitiva

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2.4.2.1.EYE-TRACKING Y NEUROCIENCIAS

Dentro del área de las neurociencias existen dos campos en los que el eye-tracking aporta grandes beneficios: la neurociencia atencional y el estudio comparativo de los patrones de movimientos oculares y la imagen cerebral. Los estudios en estos campos pretenden desentrañar los procesos atencionales subyacentes en los patrones de la función visual, llegando incluso a permitir romper la disociación entre overt attention (direccionamiento ocular hacia la fuente de estímulo) y covert attention (el enfoque mental y consciente sobre el estímulo observado).

Existe una gran cantidad de trabajos publicados que tratan de caracterizar patrones cognitivos en individuos mediante el uso de sistemas eye-tracking [Bourlon11][Backs92][Marshall07][Liversedge00]. Otras tecnologías como el EEG o la imagen de resonancia magnética funcional también han sido utilizadas con este mismo propósito. Sin embargo, la posibilidad de utilizar un eye-tracker ofrece grandes ventajas al tratarse de un método no invasivo y que permite al usuario comportarse de manera más natural en cualquier escenario.

2.4.2.2.EYE-TRACKING Y PSICOLOGÍA

Uno de los primeros usos conocidos de los eye-trackers en el ámbito de la psicología fue el estudio de la overt attention mediante experimentos de lectura [Blair09]. Sin embargo, actualmente la aplicación de estas técnicas en psicología se ha extendido a muchos otros campos como el estudio de la percepción de escenas, la búsqueda visual o la realización de tareas o estudios sobre el procesamiento de información.

En casos como la percepción de escenas se han llegado a realizar estudios sobre la percepción del arte [Vogt07] o de películas de cine [Riby09]. Los experimentos realizados en búsqueda visual y en la realización de tareas pueden ser de gran utilidad práctica a la hora de entender el modo en que las personas se relacionan con los sistemas actuales de información, permitiendo construir aplicaciones con mayor nivel de usabilidad y eficiencia.

2.4.2.3.EYE-TRACKING EN LA PRÁCTICA MÉDICA

Un área de aplicación de los sistemas de eye-tracking bastante novedosa es el estudio y la caracterización de enfermedades. Debido a la gran interrelación que existe entre los mecanismos de percepción y algunas patologías, es posible realizar aplicaciones diagnósticas basadas en la información capturada por el eye-tracker. Esta información no sólo puede ser usada para establecer criterios diagnósticos, sino que también puede ser utilizada para mejorar el proceso rehabilitador de ciertas patologías o para profundizar en el conocimiento de ciertos aspectos.

Algunos ejemplos de las enfermedades y patologías sobre las que se han hecho trabajos utilizando técnicas de seguimiento ocular son, por ejemplo, el Parkinson [Hochstadt09], el autismo [Freeth11] y la llamada “ansiedad social” [Marker10].

2.4.2.4.ESTUDIOS DE COGNICIÓN

Los sistemas de eye-tracking pueden ser también una herramienta de gran utilidad en el estudio de la cognición. Existen trabajos en los que este tipo de dispositivos han sido utilizados para identificar el estado cognitivo de sujetos. Las métricas obtenidas en el seguimiento del ojo y la focalización suelen ser suficientes para la distinción entre varios estados cognitivos.

En 2007, Sandra P. Marshall [Marshall07] publicó la realización de tres experimentos que pretendían identificar los estados de varios individuos. Estos experimentos pretendían demostrar

Capítulo V. Monitorización de la atención visual

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que únicamente mediante medidas de eye-tracking es posible diferenciar entre estados cognitivos de relajación y activación, así como entre grados de concentración/distracción en conductores. Concretamente, estos estudios estaban basados en técnicas wavelet aplicadas al tamaño de la pupila.

2.4.2.5.ESTUDIOS DE LA ATENCIÓN

Con respecto a la atención, que es el principal objetivo de esta investigación, Hilda M. Fehd y Adriane E. Seiffert realizaron un experimento [Fehd08] en el que investigaron los focos de atención de un grupo de sujetos mientras hacían el seguimiento visual de varios objetos. Este experimento trataba de estudiar las estrategias que utiliza una persona a la hora de hacer el seguimiento de múltiples objetos de forma simultánea. Los patrones de movimiento de los ojos revelaron estrategias comunes que permitieron realizar un seguimiento satisfactorio.

Además de estos autores, existe una convergencia bastante generalizada en el uso de esta clase de dispositivos como método no invasivo para el análisis de la atención y la inspección visual en pacientes con algún tipo de déficit cognitivo. Por ejemplo, destaca un estudio que compara cómo los niños con autismo inspeccionan de manera diferente las caras que los niños sin déficits [Yi13]; los patrones de inspección eran diferentes, tanto en las regiones de la cara donde fijan su atención, como en el tiempo que pasaban inspeccionando las caras. Otro estudio realizado con pacientes de esclerosis múltiple [DeSanti11], revela cómo la velocidad de búsqueda visual en pacientes con esta enfermedad es mucho menor que en sujetos sanos. Sin embargo, no se han encontrado estudios publicados sobre las diferencias existentes en los patrones atencionales o de inspección visual en pacientes de DCA que sufren un deterioro cognitivo, ni sobre su utilización como método de evaluación de dichas capacidades.

2.5.

ESTUDIO DE LAS APORTACIONES DE LA MONITORIZACIÓN DE LA ATENCIÓN VISUAL EN

TELERREHABILITACIÓN

Como se ha explicado anteriormente, las dos grandes categorías de eye-tracking (interacción y diagnóstico) tienen gran interés en su aplicación en pacientes con DCA. Utilizando el eye-tracking como una aplicación de diagnóstico, seríamos capaces de realizar una monitorización de la atención de los pacientes mientras ejecutan sus tareas de rehabilitación. La segunda también ha de contemplarse como una línea futura de investigación dentro de las interfaces a utilizar en sistemas de tele-neurorrehabilitación, ya que puede revolucionar la manera en que los pacientes interactúan con los sistemas informáticos.

A continuación, se resumen las aportaciones más significativas que la introducción de estos sistemas tendría en las plataformas actuales de tele-neurorrehabilitación, identificadas en este trabajo de investigación:

1. Aportar información extra al terapeuta sobre la ejecución de las tareas. Como ya se ha explicado en capítulos anteriores, cuando los pacientes reciben tratamiento fuera del entorno hospitalario, ejecutan las tareas asignadas por su terapeuta, enviándole, del modo y formato que sea, los resultados. Como se explicó en capítulos anteriores, las tareas deben tener definido qué se considera un resultado de dichas ejecuciones, como por ejemplo el número de aciertos, número de errores, omisiones, tiempo de ejecución, etc. Sin embargo, los resultados que se envíen al terapeuta pueden darle información que lleve a equívoco, no reflejando verdaderamente la capacidad cognitiva del paciente de realizar una tarea. Pongámonos en el supuesto de que una tarea presenta al paciente una serie de estímulos y éste ha de dar una serie de respuestas, obteniendo una puntuación dependiendo de su comportamiento. Si el resultado que ve el terapeuta tras la ejecución del paciente es de

Monitorización y optimización de terapias de tele-neurorrehabilitación cognitiva

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cero puntos, no tiene por qué significar que el paciente no sepa o no pueda realizar la tarea, sino que por ejemplo no haya leído las instrucciones o que ni siquiera haya visto los estímulos que se le presentan. Con sistemas que permitan realizar un seguimiento de la mirada del paciente a lo largo del ejercicio, podremos dar una información extra al terapeuta, que le permitirá evaluar de manera más objetiva por qué el paciente ha realizado la tarea con unos resultados u otros.

2. Mejorar el diseño de las tareas de neurorrehabilitación cognitiva. Relacionado con el punto anterior, podemos también utilizar el eye-tracking para ayudar a los neuropsicólogos a mejorar el diseño de las tareas. El seguimiento de la mirada del paciente y, por tanto, la monitorización de su atención, pueden revelar aspectos determinantes de por qué una tarea está bien o mal diseñada. Si somos capaces de conocer si un paciente ha visto o no un estímulo, o si le ha dado tiempo o no de alcanzar con la vista y fijar su atención en uno u otro lugar, podremos mejorar aspectos del diseño de modo que facilitemos el objetivo de que el paciente complete la tarea asignada.

Por ejemplo, seríamos capaces de determinar si el fracaso en una tarea se debe simplemente a una inadecuada disposición de los diferentes elementos a lo largo de la pantalla. Esto sería fácilmente modificable y podríamos ayudar a que el paciente, dentro de su capacidad, complete la tarea y cumpla con el objetivo de rehabilitación.

3. Medida y mejora de la usabilidad del sistema de tele-neurorrehabilitación. Como ya se ha visto anteriormente, una aplicación tradicional de sistemas de monitorización de la mirada tienen relación con el campo de la usabilidad de interfaces de usuario. En un sistema de tele-neurorrehabilitación, tanto el terapeuta como el paciente acceden al sistema y gozan de los servicios que se le ofrecen a través de interfaces de usuario; su diseño (colores, fuentes, disposición de los elementos, metáforas, etc.) cobra gran importancia, por lo que una interfaz usable es una de las claves del éxito. Con sistemas de eye-tracking podremos mejorar el diseño del sistema, detectando dónde mira y dónde no mira el usuario. También seremos capaces de reproducir cuál es la secuencia de acciones que realiza el usuario mientras utiliza la interfaz, etc.

4. Adaptación en tiempo real. Otra aportación destacable de los sistemas de eye-tracking en la tele-neurorrehabilitación podría ser la adaptación en tiempo real de las aplicaciones y tareas que se le presentan a los pacientes. Teniendo en cuenta que el déficit en las funciones cognitivas puede ser un impedimento importante para completar la ejecución de las tareas, puede resultar interesante “llamar la atención” de los pacientes. Por ejemplo, si mediante estos sistemas somos capaces de determinar dónde está mirando el paciente en un determinado momento, podremos saber si está mirando o no donde debería mirar, y si está fijando la atención donde debería fijarla en un momento determinado. Si le estamos presentando un estímulo importante y el paciente no le presta atención, podremos modificarlo de alguna manera (cambiando su tamaño, haciéndolo parpadear, con sonidos…) de modo que llamemos su atención. Los sistemas actuales permiten realizar monitorización de la atención en tiempo real, y sus datos podrían utilizarse de entrada para las aplicaciones o tareas de neurorrehabilitación sin mayor dificultad, permitiéndoles adaptarse al instante a la atención del usuario.

5. Utilización en la evaluación de la atención. Por último, sería muy interesante utilizar los dispositivos de eye-tracking para diseñar un entorno que permita evaluar de manera objetiva si un paciente presenta déficits en su atención visual. La capacidad de estos sistemas de detectar y registrar dónde dirige la atención visual un usuario mientras interactúa con algún entorno interactivo, nos serviría para ofrecer información objetiva de utilidad desde el punto de vista clínico, ayudando a los neuropsicólogos en los procesos de diagnóstico de los déficits atencionales.

Capítulo V. Monitorización de la atención visual

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Como primera aproximación, este capítulo presenta un experimento para la obtención de datos de eye-tracking y una primera extracción de resultados de los mismos. En el apartado 3.6 se describe en detalle el experimento diseñado junto con neuropsicólogos especializados, que pretende comprobar las siguientes hipótesis. En primer lugar, ver si existen diferencias en el patrón de comportamiento visual entre sujetos sanos y pacientes con DCA. En estas diferencias, además, podrán influir tanto el género como el nivel de estudios o familiaridad con los ordenadores, así como el origen de la enfermedad (traumático o vascular). Otra hipótesis que intentaremos comprobar, será ver si algunos pacientes no atienden de la misma manera la parte central de la pantalla que las partes laterales. A este fenómeno de falta o ausencia de atención en alguna de las regiones del campo visual se le llama negligencia hemisférica o heminegligencia [Allegri00]. Por otro lado, intentaremos ver si el hecho de repetir una misma tarea, de modo que el usuario ya sabe lo que tiene que realizar, modifica el patrón de comportamiento en la manera de inspeccionar una escena. También se plantea estudiar si las estrategias de búsqueda son más efectivas utilizando imágenes del mundo real (concretas) que imágenes abstractas. Y por último, determinar si el cansancio afecta de manera diferente a los pacientes con déficit cognitivo respecto a una persona sana.