O TROS MOVIMIENTOS

Aparte de los tres tipos de movimientos oculares mencionados anteriormente, existen otros tipos menos apreciables, como por ejemplo temblores, derivas y movimientos glisádicos. Durante una fijación, por ejemplo, cuando el ojo está enfocando un objeto, el ojo se va cansando conforme la fijación se prolonga. Esto lleva a la aparición de derivas y pequeños temblores. Con el objetivo de compensar esto y reenfocar el objeto, el ojo también suele llevar a cabo unos movimientos de manera automática, denominados microsacadas.

El otro ejemplo de movimientos ocular mencionado son los llamados glisádicos, que tienen lugar al final de un movimiento sacádico. Esto sucede porque el ojo, en lugar de parar bruscamente después de una sacada, tiende a pasarse ligeramente y retornar a un punto anterior para la siguiente fijación.

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2.3.

SEGUIMIENTO DE LA MIRADA: EYE-TRACKING

2.3.1.INTRODUCCIÓN

El concepto de eye-tracking hace referencia a un conjunto de tecnologías que permiten monitorizar y registrar la forma en la que una persona mira una determinada escena o imagen, en concreto en qué áreas fija su atención, durante cuánto tiempo y qué orden sigue en su exploración visual. Aunque esta tecnología puede parecer bastante reciente, el estudio del movimiento ocular tiene más de un siglo de historia, y su primera aplicación en el diseño ergonómico data de los años 50 [Fitts50].

Existe una gran variedad de técnicas de eye-tracking, cada una con sus propias ventajas e inconvenientes. Las metodologías para la medida del movimiento de los ojos se pueden agrupar en:

1. Electro-oculografía (EOG),

2. lentes esclerales de contacto,

3. foto-oculografía (POG) o vídeo-oculografía (VOG),

4. y combinación de reflexiones de pupila y córnea basadas en vídeo.

La EOG registra la diferencia entre potenciales eléctricos de la piel que rodea la cavidad ocular, como se puede ver en la Figura 88. Durante mediados de los años 70 esta técnica fue la más utilizada para registrar el movimiento de los ojos [Young75]. Sin embargo, hoy en día el método más utilizado es aquel basado en reflexiones de la córnea, sobre todo cuando se quiere medir la orientación de la mirada. El primer método basado en reflexiones de la córnea fue publicado en 1901, según la revisión realizada por Robinson y colaboradores [Robinson68].

Figura 88. Ejemplo de cómo se mide el movimiento de los ojos mediante EOG

En los años 50, se utilizaron lentes de contacto con el fin de mejorar la precisión de los primeros sistemas; los dispositivos que se adjuntaban al ojo iban desde pequeños espejos hasta hilos de cobre [Duchowski07]. Generalmente, estos dispositivos de medida que dependían de contacto físico con el globo ocular proporcionaban medidas muy precisas. Aunque la espiral de cobre es el método más preciso para la medida del movimiento del ojo, también es el más intrusivo. La colocación de las lentes requiere cuidado y práctica, y llevarlas puestas produce una sensación molesta. Este método mide la posición de los ojos relativa a la cabeza, de modo que generalmente no se utiliza para realizar medidas de orientación de la mirada. En la Figura 89 se puede ver un ejemplo del tipo de lentilla utilizada en este método, así como el proceso de colocación.

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Figura 89. a) Lentilla con espiral de cobre incrustada; b) ejemplo de colocación de un anillo escleral Los llamados métodos no invasivos de eye-tracking normalmente se derivaban de medidas de características visibles del ojo, como por ejemplo reflexiones de una fuente de luz situada cercana al ojo en el iris, la pupila o la córnea [Duchowski07]. Estas técnicas a menudo requerían realizar un análisis, manual o automático, de vídeos que habían registrado el movimiento de los ojos, tanto en tiempo real como no. La disponibilidad de herramientas de proceso cada vez más potentes ha facilitado el desarrollo de sistemas basados en tiempo real. Por tanto, la mayoría de sistemas actuales son mucho menos molestos, ya que se basan en el uso de cámaras que proyectan rayos infrarrojos hacia los ojos del participante, sin necesidad por tanto de ningún contacto físico. Entre los sistemas basados en eye-trackers existen dos grupos: aquellos que se colocan en la cabeza del participante [Prendinger07] [Googleglass14] (Figura 90) y los que registran el movimiento ocular desde la distancia, normalmente ubicados y camuflados en el monitor (Figura 91). Estos últimos son, tal vez, los menos precisos, pero suelen resultar los más adecuados pues son mucho menos intrusivos y, por tanto, generan menos errores en procesos posteriores de evaluación.

Figura 90. a) Eye-tracker montado sobre la cabeza; b) google glasses

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2.3.2.FUNCIONAMIENTO DE UN EYE-TRACKER

La función de un eye-tracker no es otra que determinar, sobre la rotación ocular, hacia dónde dirige la persona su visión central (fóvea), y por tanto qué zona de la escena visual estará siendo percibida más nítidamente en cada momento [Jacob95]. El resto de la escena visual es procesada paralelamente mediante la visión periférica, la cual no nos permite identificar claramente los objetos o elementos presentes (no podemos leer a través de la visión periférica, pero sí detectar cambios, como movimientos que guíen o atraigan nuestra atención).

Como se describió anteriormente, cuando exploramos visualmente una escena los ojos no se mueven suavemente, sino mediante saltos o movimientos rápidos (30-120ms) llamados sacadas [Jacob95]. Estos saltos pueden verse representados mediante líneas de unión azules en la Figura 92. Durante estos movimientos la visión queda prácticamente suprimida, es decir, dejamos de ver aunque no seamos conscientes de ello. Entre estos movimientos sacádicos consecutivos se producen las fijaciones (de una duración aproximada de 200 a 400ms), periodos de relativa quietud del ojo que posibilita ver nítidamente la zona enfocada (círculos azules en la misma figura, de mayor o menor tamaño dependiendo de la duración de la fijación). Como se puede deducir, las fijaciones representan la información más valiosa a extraer e interpretar mediante las técnicas de eye-tracking.

Figura 92. Representación de ruta sacádica

Estos sistemas, no obstante, requieren de un proceso previo de calibración, aunque esto no resulta un problema grave al tratarse generalmente de un proceso bastante sencillo y rápido. Sin embargo, sí puede ser un problema si existen muchos participantes cuyos ojos no pueden ser calibrados de manera adecuada y que, por tanto, no pueden participar en el estudio. El uso de gafas o lentes de contacto, por ejemplo, son causas potenciales de problemas para una correcta calibración, aunque dependiendo del dispositivo empleado puede llegar a afectar de manera casi despreciable.

2.3.3.REPRESENTACIÓN DE LOS DATOS

Para posibilitar la interpretación de la inmensa cantidad de datos que se recogen durante una sesión de eye-tracking, existen cantidad de paquetes de software que generan una serie de animaciones y representaciones con el objetivo de resumir gráficamente el comportamiento visual de un usuario o un conjunto de usuarios. Asimismo, también es posible emplear representaciones estáticas del

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camino o ruta sacádica de la exploración visual (Figura 92 de arriba), aunque éstas resultan más difícilmente interpretables que las animadas.

Una representación estática alternativa son los heatmaps o mapas de calor (Figura 93), adecuados principalmente para el análisis superpuesto de los patrones de exploración visual de grupos de usuarios. Como veremos más adelante, este será uno de los métodos de representación que usaremos para analizar nuestro estudio.

Todas estas representaciones gráficas resultan muy ilustrativas, ya que permiten demostrar a través de una sola captura que el usuario no explora la interfaz de forma tan ordenada y previsible como cabría esperar. Otro tipo de representación bastante recurrido es aquel mediante “mapas de

zonas ciegas”, una versión simplificada de los mapas de calor en los que se muestra de forma muy

clara las zonas que han sido visualmente menos atendidas por el usuario.

Figura 93. Representación mediante mapa de calor de datos de eye-tracking

En cuanto a la información capturada por un eye-tracker, cada muestra se compondrá al menos de cuatro datos básicos que consisten en la posición vertical y la posición horizontal para cada ojo. Además, los eye-trackers que realizan segmentación de la pupila también ofrecen información sobre su diámetro. A partir de estas medidas, podremos obtener otra información como los parpadeos, las fijaciones y las sacadas. Una vez procesada esta información, las medidas más comunes con las que se trabaja en los estudios de eye-tracking son [Hannula10]: número de fijaciones, duración de las mismas, número de regiones focalizadas, o trayectoria de las fijaciones, aunque esto depende, lógicamente, del objetivo concreto de cada estudio.

2.4.

ESTADO DEL ARTE EN APLICACIONES DE EYE-TRACKING

Las técnicas de eye-tracking tienen un gran potencial de aplicación en una amplia variedad de disciplinas y áreas de estudio, desde el marketing, la publicidad y los estudios de usabilidad hasta los sistemas de interacción persona-ordenador y la investigación médica y psicolingüística. En todas estas clases de estudios, el objetivo fundamental es determinar la forma en la que el usuario explora visualmente la interfaz a través de la que interactúa con el sistema [Nosolousab07].

Esta gran variedad de aplicaciones del eye-tracking se pueden agrupar en dos grandes categorías: de diagnóstico o interactivas. Cuando el rol de la aplicación es el diagnóstico, el eye- tracker proporciona evidencias objetivas y cuantitativas de los procesos visuales y atencionales. Así pues, este grupo de aplicaciones es el que nos interesa en el contexto de esta investigación, ya que ése es precisamente el objetivo que perseguimos: optimizar los procesos de tele-

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neurorrehabilitación mediante una monitorización (y diagnóstico) de la atención de los pacientes. Yendo un paso más allá, las aplicaciones del eye-tracking pueden ser de interfaz, es decir, ser utilizadas como medio de interacción entre el usuario y el ordenador. El eye-tracker es un potente dispositivo que puede ser utilizado en aplicaciones cuya entrada no es otra cosa sino la mirada del usuario. Esta categoría también se contempla en nuestra investigación, ya que otro de los objetivos es el de responder en tiempo real a las anomalías atencionales detectadas en los pacientes mientras interactúan con las tareas de rehabilitación. Por ejemplo, si detectamos que no ha leído las instrucciones de una tarea, podemos volver a presentárselas con algún tipo de aviso que llame su atención.

En general, las técnicas de eye-tracking se pueden aplicar para el diagnóstico en los campos de la psicología (y psicofísica), el márketing/publicidad y factores humanos y ergonomía (usabilidad de las interfaces). El árbol de la Figura 94 muestra la jerarquía de las aplicaciones de eye-tracking:

Figura 94. Jerarquía de aplicaciones de eye-tracking

En las aplicaciones para el diagnóstico, se registra el movimiento de los ojos con el fin de determinar el patrón atencional del usuario cuando se le presentan una serie de estímulos. Las aplicaciones de diagnóstico se caracterizan por hacer siempre uso de dispositivos de eye-tracking no invasivos. En algunos casos, incluso puede interesar ocultar el dispositivo del eye-tracker, de modo que el usuario ni siquiera sea consciente de su presencia. En algunas aplicaciones en las que se pretende evaluar el comportamiento del usuario, este aspecto puede ser determinante.

En este sentido, los datos obtenidos del movimiento de los ojos pueden usarse para corroborar objetivamente la línea de vista del observador, y por tanto los puntos de la pantalla donde presta atención. Por ejemplo, se realizan multitud de estudios que testean la apariencia de aspectos de interfaces gráficas, ayudando a determinar qué zonas de un portal web llaman más la atención del observador. Si se realiza un típico estudio estadístico, se puede determinar el número de fijaciones contabilizadas sobre un anuncio de publicidad, por poner un ejemplo. O en nuestro caso, podremos mejorar la interfaz de las tareas, cambiando por ejemplo el tamaño o posición de los estímulos, si detectamos que los pacientes no centran su atención en ellos.

En las aplicaciones de tipo interactivas éstas responden de alguna manera a la mirada del

usuario, sin necesidad de recibir ningún otro estímulo de entrada. Este tipo de sistemas se pueden clasificar en dos subtipos: selectivos y contingentes. Las aplicaciones de eye-tracking interactivas arquetípicas son aquellas que utilizan la mirada como dispositivo que permite apuntar. Este tipo de interacción ocular puede considerarse dentro del grupo de estrategias de entrada multimodal desde un punto de vista de sistema [Hutchinson93][Nielsen93][Schroeder93]. Un ejemplo que ha demostrado la gran utilidad de este tipo de aplicaciones, en las que únicamente se toma como estímulo de entrada la mirada del usuario, ha sido el uso con personas tetrapléjicas, que utilizan su mirada para posicionar el cursor sobre un teclado virtual en la pantalla. En sistemas de trabajo

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colaborativos el uso de la mirada también ha sido utilizado como elemento añadido de comunicación [Vertegaal03]. Además de utilizarse como dispositivo de apuntamiento, la mirada de un usuario puede usarse para alterar la velocidad con intención de acelerar el refresco de la pantalla en sistemas de realidad virtual complejos [McCormick96].