نشریه علمی مهندسی پزشکی زیستی
Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

تحلیل ردیابی چشم در افراد مبتلا به اختلال طیف اتیسم و گروه کنترل در تکلیف خیره شدن به حالت‌های احساسی چهره

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

زهرا سلطانی‌فر 1
حمید بهنام 2
آناهیتا خرمی بنارکی 3
مجتبی خدادادی 4
بهنوش حامدعلی 5
علی گلبازی مهدی‌پور 6

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 استادیار، موسسه‌ی مطالعات علوم شناختی، تهران، ایران

4 استادیار، دانشکده‌ی روان‌شناسی، دانشگاه امام حسین، تهران، ایران

5 دکترای روان‌شناسی سلامت، تهران، ایران

6 کارشناسی ارشد مدیریت کسب و کار، آزمایشگاه کسب و کار عصبی، گروه مدیریت و مهندسی کسب و کار، دانشکده‌ی مدیریت، اقتصاد و مهندسی پیشرفت، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

https://doi.org/10.22041/ijbme.2021.534533.1708
چکیده
تفاوت الگوی خیرگی چشم در اختلالات طیف اتیسم مشاهده می­شود. مطالعات حرکات چشم در افراد دارای اتیسم، نشان دهنده‌ی تفاوت در الگوی خیره شدن به چشم و دهان نسبت به گروه‌های کنترل است. با این حال یافته‌ها تا به امروز متناقض بوده و در حالی که مطالعات پیشین در مورد خیره شدن چشم در افراد دارای اتیسم در حال گسترش است، هنوز هم به نظر می‌رسد یافته‌ها یک‌پارچگی ندارند. در این مقاله ردیابی چشم در پردازش چهره برای 25 نوجوان دارای اتیسم و 25 نوجوان از گروه کنترل مورد بررسی قرار گرفته است تا هرگونه تمرکز غیرعادی در مناطق صورت بررسی شده و بهترین نتایج در این خصوص به دست آید. تکلیف طراحی شده شامل تصاویری استاندارد از حالات احساسی چهره‌ی زن و مرد (گردی صورت) در حالت خشم، تعجب، شادی، ناراحتی و خنثی بوده که افراد پس از نگاه کردن به این چهره­ها، در حالی که ردیاب چشم اطلاعات مربوطه را ثبت کرده باید حالت احساسی نمایش داده شده را توسط صفحه کلید اختصاصی انتخاب کنند. طبقه­بند منتخب Boosted Trees Ensemble توانسته است با استفاده از ویژگی‌های مرتبط با مجموع داده‌های دریافتی از ردیابی چشم در تقسیم­بندی صورت به 8 ناحیه (پیشانی، چشم راست و چپ، گونه‌ی راست و چپ، بینی، دهان و چانه) با دقت 31/83% دو گروه اتیسم و کنترل را از یک‌دیگر جدا کند. هم‌چنین در بررسی اجزای صورت، چشم چپ، گونه‌ی چپ، گونه‌ی راست و چشم راست، به ترتیب با دقت­های 18/84% ، 85/83%، 73/82% و 25/81% بیش‌ترین تفکیک را با استفاده از طبقه­بند خانواده‌ی Boosted Trees بین دو گروه ایجاد کرده‌اند. الگوهای غیرطبیعی در خیره شدن چشم می­تواند بسیار حائز اهمیت باشد چرا که نشان‌گر زیستی از وضعیتی است که می‌تواند برای تشخیص زودهنگام مورد استفاده قرار گیرد. هم‌چنین می‌تواند راهنمایی برای پژوهش‌گران باشد تا بر اساس نتایج حاصل از این مقاله، به طراحی بازی شناختی با هدف بهبود تعاملات اجتماعی از طریق تقویت تماس چشمی برای افراد دارای اختلال اتیسم بپردازند.

کلیدواژه‌ها

ردیابی چشم
اختلال طیف اتیسم
خیرگی
حالت‌های احساسی چهره
تشخیص زودهنگام

موضوعات

عنوان مقاله English

Analysis of Eye Tracking in Individuals with Autism Spectrum Disorder and Control Group in the Task of Staring at the Emotional Facial Expressions

نویسندگان English

Zahra Soltanifar 1
Hamid Behnam 2
Anahita Khorrami Banaraki 3
Mojtaba Khodadadi 4
Behnoosh Hamed Ali 5
Ali Golbazi Mahdipour 6
1 M.Sc., Medical Engineering Group, Department of Electrical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Medical Engineering Group, Department of Electrical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Institute for Cognitive Science Studies, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Psychology, Imam Hossein University, Tehran, Iran
5 Ph.D. in Health Psychology, Tehran, Iran
6 M.Sc. of Science in Business Administration, Neurobusiness Lab, Deparment of Business Administration and Engineering, School of Management, Economics, and Progress Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran
چکیده English

The pattern of abnormal gaze is observed in individuals with autism spectrum disorders. Studies of eye movements in people with autism have shown significant difference in the pattern of staring at the eyes and mouth compared to control groups. Yet, findings have been contradictory to date, and in spite of the fact that previous studies on eye dazzling in people with autism are expanding, the findings still do not appear to be consistent. Thus, we tracked eye movements in face processing for 25 teenagers with autism and 25 teenagers from the control group to examine any abnormal concentration in the facial areas. Experimental task used in this study includes standard images of the emotional states of the male and female faces (roundness of the face) in the state of anger, surprise, happiness, sadness and neutrality and subjects looked at these faces, while the eye tracker recorded their eye movements. In this task, they were required to select the displayed emotional state by the reply box. The selected Boosted Trees Ensemble classifier was able to use features related to the total data received from eye tracking in face segmentation into 8 areas (forehead, right and left eye, right and left cheek, nose, mouth and chin) with an accuracy of 83.31% in separating the two groups of autism and control. Moreover, in the study of facial components, left eye, left cheek, right cheek, and right eye, with 84.18%, 83.85%, 82.73% and 81.25% accuracy respectively, were able to make the most difference in the classification. Non-normal patterns in eye gaze can be very important because biomarkers indicate a condition that can be used for early diagnosis. It can also be a guide for researchers to design a game based on the results of this paper to improve the social interactions by strengthening eye contact for people with autism.

کلیدواژه‌ها English

Eye Tracking
Autism Spectrum Disorder
Gaze
Emotional Facial Expressions. Early Diagnosis
  1. https://www.autismspeaks.org
  2. https://www.cdc.gov
  3. https://www.behzisti.ir/
  4. https://www.youngsociologists.com
  5. پرنیان پور، محمد؛ دیاکو مردانبگی و محمد سرشار، ۱۳۸۷، ردیابی حرکات چشم (Eye Tracking) و کاربردهای آن در ارگونومی، نخستین کنفرانس بین‌المللی ارگونومی ایران، تهران، انجمن ارگونومی و مهندسی عوامل انسانی، شرکت همایش پارس.
  6. Nooghabi, M. Z., Fattahi, R., Salehi Fadardi, J., & Nowkarizi, M. (2017). Eye tracking method in human-computer interaction: assessing the interaction based on the eye movement data. Iranian Journal of information processing and management, 34(1), 349-74.
  7. چهارمین همایش اتیسم بنیاد بیماری‌های خاص با موضوع توانمندسازی نیروی انسانی و خانواده. اسفندماه سال 1397
  8. Meeran, H., van Heijnsbergen, J., Gelder, B., 2005. Rapid perceptual integration of facial expression and body language. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 102 (45), 16518–16523.
  9. Ekman, P., Oster, H., 1979. Facial expressions of emotion. Annu. Rev. Psychol. 30, 527–554.
  10. الن و بارباراپیز (1391)، زبان بدن. سمنان: نشر خلاق
  11. Norbury, C. F., Brock, J., Cragg, L., Einav, S., Griffiths, H., & Nation, K. (2009). Eye-movement patterns are associated with communicative competence in autistic spectrum disorders. Journal of Child Psychology and Psychiatry, 50(7), 834–842.
  12. Bradshaw, J., Shic, F., & Chawarska, K. (2011). Brief report: Face-specific recognition deficits in young children with autism spectrum disorders. Journal of Autism and Developmental Disorders, 41(10), 1429–1435.
  13. von dem Hagen, E. A., Stoyanova, R. S., Rowe, J. B., Baron-Cohen, S., & Calder, A. J. (2013). Direct gaze elicits atypical activation of the theory-of-mind network in autism spectrum conditions. Cerebral Cortex.
  14. Hosozawa, M., Tanaka, K., Shimizu, T., Nakano, T., & Kitazawa, S. (2012). How children with specific language impairment view social situations: An eye tracking study. Pediatrics, 129(6), e1453–e1460.
  15. رشیدی، اعظم؛ سالار فرامرزی و مریم صمدی، ۱۳۹۷، فراتحلیل توان‌بخشی شناختی مبتنی بر بازی‌های رایانه‌ای بر بهبود عملکرد کودکان مبتلابه اختلال طیف اوتیسم، چهارمین کنفرانس ملی و دومین کنفرانس بین‌المللی بازی‌های رایانه‌ای؛ فرصت‌ها و چالش‌ها، کاشان، دانشگاه کاشان، 
  16. Shane, H. C., Laubscher, E. H., Schlosser, R. W., Flynn, S., Sorce, J. F., & Abramson, J. (2012). Applying technology to visually support language and communication in individuals with autism spectrum disorders. Journal of autism and developmental disorders, 42(6), 1228-1235.
  17. خرمی بنارکی، آناهیتا، 1398، رویکردهای نوین درمان در اتیسم، فصلنامه علمی آموزشی خبری آوای اتیسم، سال سوم، شماره هفتم
  18. Klin, A., Jones, W., Schultz, R., Volkmar, F., & Cohen, D. (2002). Visual fixation patterns during viewing of naturalistic social situations as predictors of social competence in individuals with autism.
  19. Fletcher-Watson, ,Leekam,S .R.,Benson,V. ,Frank,M.C.,&Findlay, J. M. (2009). Eye-movements reveal attention to social information in autism spectrum disorder. Neuropsychologia, 47(1), 248–257.
  20. Vacas, J., Antolí, A., Sánchez-Raya, A., Pérez-Dueñas, C., & Cuadrado, F. (2021). Visual preference for social vs. non-social images in young children with autism spectrum disorders. An eye tracking study. Plos one, 16(6), e0252795.
  21. Dalton, K. M., Nacewicz, B. M., Johnstone, T., Schaefer, H. S., Gernsbacher, M. A., Goldsmith, H. H., ... & Davidson, R. J. (2005). Gaze fixation and the neural circuitry of face processing in autism. Nature neuroscience, 8(4), 519-526.
  22. Sterling, L., Dawson, G., Webb, S., Murias, M., Munson, J., Panagiotides, H., & Aylward, E. (2008). The role of face familiarity in eye tracking of faces by individuals with autism spectrum disorders. Journal of Autism and Developmental Disorders, 38(9), 1666-1675.
  23. Wang, S., Jiang, M., Duchesne, X. M., Laugeson, E. A., Kennedy, D. P., Adolphs, R., & Zhao, Q. (2015). Atypical visual saliency in autism spectrum disorder quantified through model-based eye tracking. Neuron, 88(3), 604-616.
  24. Sotoodeh, M. S., Taheri‐Torbati, H., Hadjikhani, N., & Lassalle, A. (2021). Preserved action recognition in children with autism spectrum disorders: Evidence from an EEG and eye‐tracking study. Psychophysiology, 58(3), e13740.
  25. Bochet, A., Franchini, M., Kojovic, N., Glaser, B., & Schaer, M. (2020). Emotional vs. Neutral Face Exploration and Habituation: An Eye-Tracking Study of Preschoolers With Autism Spectrum Disorders. Frontiers in Psychiatry, 11.
  26. Michalek, A. M., Bobzien, J., Lugo, V. A., Chen, C. H., Bruhn, A., Giannakos, M., & Michalek, A. (2021). Using Eye Tracking to Explore Visual Attention in Adolescents With Autism Spectrum Disorder. International Journal of Biomedical and Clinical Engineering (IJBCE), 10(1), 1-18.
  27. Baron-Cohen, S., Jolliffe, T., Mortimore, C., Robertson, M., 1997. Another advanced test of theory of mind: evidence from very high functioning adults with autism or asperger syndrome. J. Child Psychol. Psychiatry 38 (7), 813–822.
  28. Langton, S., Watt, R., Bruce, V., 2000. Do the eyes have it? Cues to the direction of social attention. Trends Cognit. Sci. 4, 50–59.
  29. Baron-Cohen, S., Wheelwright, S., Hill, J., Raste, Y., Plumb, I., 2001. The reading the mind in the eyes test revised version: a study with normal adults, and adults with asperger syndrome or high-functioning autism. J. Child Psychol. Psychiatry 42 (2), 241–251.
  30. Rudrauf, D., David, O., Lachaux, J., Kovach, C., Martinerie, J., Renault, B., Damasio, A., 2008. Rapid interactions between ventral visual stream and emotion-related structures rely on a two-pathway architecture. J. Neurosci. 11, 2793–2803.
  31. Johnson, M. H. (2005). Subcortical face processing. Nature Reviews Neuroscience, 6(10), 766-774.
  32. Gliga,T.,& Csibra, G.(2007).Seeing the face through the eyes: a developmental perspective on face expertise. Progress in Brain Research, 164, 323 –339. doi:10.1016/S0079-6123(07)64018-7.
  33. Johnson, M. H. (2005). Subcortical face processing. Nature Reviews Neuroscience, 6(10), 766-774.
  34. Schultz, R. T. (2005). Developmental deficits in social perception in autism: the role of the amygdala and fusiform face area. International Journal of Developmental Neuroscience, 23(2-3), 125-141.
  35. Uljarevic, M., & Hamilton, A. (2013). Recognition of emotions in autism: a formal meta-analysis. Journal of autism and developmental disorders, 43(7), 1517-1526.
  36. Tanaka, J., Sung, A., 2016. The eye avoidance hypothesis of autism face processing. J. Autism Dev. Disord. 46 (5), 1538–1552.
  37. https://www.cdc.gov
  38. Jones,W.,&Klin,A.(2013).Attention to eyes is present but in decline in 2-6-month-old infants later diagnosed with autism. Nature, 504(7480), 427–431.
  39. Speer, L. L., Cook, A. E., McMahon, W. M., & Clark, E. (2007). Face processing in children with autism: Effects of stimulus contents and type. Autism, 11(3), 265-277.
  40. Bekele, E., Crittendon, J., Zheng, Z., Swanson, A., Weitlauf, A., Warren, Z., Sarkar, N., 2014. Assessing the utility of a virtual environment for enhancing facial affect recognition in adolescents with autism. J. Autism Dev. Disord. 44 (7), 1641–1650.
  41. Leung, D., Ordqvist, A., Falkmer, T., Parsons, R., Falkmer, M., 2013. Facial emotion recognition and visual search strategies of children with high functioning Autism and Asperger syndrome. Res. Autism Spectr. Disord. 7 (7), 833–844.
  42. Bal, E., Harden, E., Lamb, D., Van Hecke, A., Denver, J., Porges, S., 2010. Emotion recognition in children with autism spectrum disorders: relations to eye gaze and autonomic state. J. Autism Dev. Disord. 40 (3), 358–370.
  43. Nuske, H., Vivanti, J., Hudry, K., Dissanayake, C., 2014b. Pupillometry reveals reduced unconscious emotional reactivity in autism. Biol. Psychol. 101 (1), 24–35.
  44. Yi, L., Fan, Y., Quinn, P. C., Feng, C., Huang, D., Li, J., ... & Lee, K. (2013). Abnormality in face scanning by children with autism spectrum disorder is limited to the eye region: Evidence from multi-method analyses of eye tracking data. Journal of vision, 13(10), 5-5.
  45. Almourad, M. B., & Bataineh, E. (2020, February). Visual attention toward human face recognizing for autism spectrum disorder and normal developing children: An eye tracking study. In Proceedings of the 2020 the 6th international conference on e-business and applications (pp. 99-104).
  46. Chita-Tegmark, M. (2016). Attention allocation in ASD: a review and meta-analysis of eye-tracking studies. Review Journal of Autism and Developmental Disorders, 3(3), 209-223.
نشریه علمی مهندسی پزشکی زیستی
دوره 15، شماره 3
پاییز 1400
صفحه 235-246

  • تاریخ دریافت 31 تیر 1400
  • تاریخ بازنگری 03 آبان 1400
  • تاریخ پذیرش 27 آبان 1400

صفحه اصلی

تماس با ما