Programma di ricerca sui movimenti oculari

Fig 2. Esempio di una Heat map: gli spot rossi indicano i particolari del paesaggio fissati più a lungo

Sarà indirizzato per il momento allo studio dell’influenza di diversi tipi di lenti oftalmiche e a contatto sulla lettura, sulla postura e sull’adattamento alla correzione con lenti progressive. Presto anche uno studio sull’ammiccamento nell’occhio secco. Alcune attività saranno gestite in collaborazione con INO CNR.

a cura di Andrea Tito

I primi studi sui movimenti oculari risalgono agli inizi dell’Ottocento ed erano basati su osservazioni dirette. Il primo a studiare i movimenti oculari coinvolti durante la lettura fu Louis Émile Javal il quale notò che durante la lettura di un testo non sono coinvolti movimenti regolari degli occhi, ma una serie di brevi pause e movimenti rapidi. Intorno agli inizi del Novecento venne costruito da Edmund Huey un rudimentale eye tracker costituito da una specie di lente a contatto, contenente un foro per la pupilla, e collegata ad un puntatore in alluminio il quale si muoveva in risposta ai movimenti oculari.

Mediante questo strumento Huey riuscì a quantificare le regressioni e mostrò che durante la lettura solamente alcune parole vengono fissate. Il primo eye tracker non intrusivo venne realizzato nel 1935 da George Buswell. Egli utilizzò una sorgente luminosa per illuminare gli occhi, il riflesso veniva poi impressionato su una pellicola. In questo modo egli riuscì a studiare i movimenti oculari durante l’osservazione di immagini complesse. Oggi i progressi tecnologici hanno permesso lo sviluppo di eye tracker in grado di misurare la dilatazione e la contrazione pupillare, definendo con maggiori informazioni l’intero percorso eseguito dagli occhi.

Con il termine di eye tracking si intende quella tecnica mediante la quale vengono registrati i movimenti oculari in modo da definire l’effettivo percorso eseguito dagli occhi. Gli eye tracker presenti sul mercato consentono di identificare le fissazioni, le quali si verificano ogni volta che una caratteristica di interesse è posizionata sulla fovea per un periodo variabile e compreso all’incirca tra i 150 ms e i 350 ms, e le saccadi, movimenti oculari estremamente veloci la cui funzione è quella di indirizzare la fovea verso un elemento di interesse presente nel campo visivo.

Lo studio dei movimenti oculari mediante la tecnica di eye tracking risulta di particolare interesse in quanto il percorso eseguito dagli occhi può essere considerato come un indicatore della distribuzione delle nostre risorse attentive, un dato che risulta essere importante in numerosi e differenti ambiti di ricerca. Nelle ricerche di mercato ad esempio, il tracciamento oculare viene utilizzato per ottenere informazioni relative all’attenzione degli acquirenti verso una specifica marca o un particolare prodotto presenti in un’attività commerciale. In psicologia l’eye tracking viene impiegato durante lo svolgimento di determinati test per valutarne i processi cognitivi coinvolti, come l’attenzione e la memoria. In ambito optometrico l’utilizzo di questo strumento consente di valutare con maggior accuratezza la dinamica dei movimenti oculari e gli eventuali problemi ad essi associati, in modo da dar maggior sostegno ai risultati ottenuti con le metodologie tradizionali.

L’eye tracker con il quale stiamo lavorando è il Tobii® Pro Glasses 2, costituito da una montatura (o Head Unit) e un’unità per la raccolta dei dati (o Recording Unit). Tale tipologia di eye tracker sfrutta la riflessione corneale dei raggi infrarossi provenienti da illuminatori presenti all’interno della montatura, successivamente la quantità di radiazione riflessa viene captata da opportuni sensori. Ogni qual volta gli occhi eseguono un movimento, il vertice corneale si sposta e di conseguenza cambierà la quantità di radiazione captata dai sensori. I Glasses 2 consentono di osservare in tempo reale cosa sta guardando l’indossatore, contrariamente alla maggior parte degli eye tracker presenti sul mercato.

Fig 1. L’occhiale per Eyetracking e l’unità di registrazione

L’occhiale (Head Unit) è collegato tramite un cavo HDMI ad una unità di registrazione (Recording Unit); i dispositivi possono essere poi collegati via wireless ad un computer sul quale sono installati un software di controllo (Controller Software ed uno di analisi (Software Analyzer). Il primo consente di gestire e calibrare su ogni persona l’eye tracker e successivamente di controllare in diretta ciò che il portatore fissa; il secondo consente di esportare ed analizzare i dati registrati, e di realizzare delle mappe sui movimenti oculari effettuati durante l’esperimento: le Heat map e le mappe di Gaze Plot. Le prime sono mappe di colore che forniscono informazioni generali circa la durata o il numero delle fissazioni; solitamente colori caldi come il rosso indicano una maggior durata o un maggior numero delle fissazioni, mentre colori come il verde indicano una minor durata o un minor numero delle stesse. In un Gaze Plot, invece, vengono rappresentate le singole fissazioni come punti numerati in ordine temporale di esecuzione, la cui dimensione è proporzionale alla loro durata.

Fig 2. Esempio di una Heat map: gli spot rossi indicano i particolari del paesaggio fissati più a lungo

Per mettere in pratica le conoscenze apprese dai manuali di utilizzo dell’eye tracker abbiamo realizzato alcuni test. In una prova ad esempio, abbiamo in primo luogo chiesto ai partecipanti di guardare liberamente gli stimoli presentati e in seguito di concentrarsi su un unico particolare degli stessi per poi valutarne le differenze analizzando i dati dell’eye tracking.

Fig 3. I Tobii glasses 2 indossati

Al momento stiamo lavorando ad un progetto di ricerca che ci permetterà di capire se l’eye tracker Tobii® Pro Glasses 2 potrà essere utilizzato in presenza della correzione abituale del soggetto.

L’azienda produttrice dello strumento fornisce un set di lenti di prova da poter applicare sull’eye tracker, in modo da correggere l’ametropia di un soggetto. Tale set però è costituito solamente da lenti sferiche, questo ci precluderebbe la possibilità di correggere adeguatamente tutti i soggetti e non avremmo quindi modo di poter realizzare delle misure ad esempio in presenza di lenti astigmatiche, o prismatiche, o progressive. Inoltre anche il posizionamento delle lenti correttive deve essere o quello dell’occhiale portato abitualmente, oppure quello di un occhiale fatto ad hoc, ma che corrisponda alle caratteristiche fisiognomiche del soggetto.

Stiamo quindi realizzando una serie di misurazioni utilizzando l’eye tracker in presenza di occhiali e in assenza di correzione per valutare l’esistenza di una costante che ci permetterebbe di utilizzare lo strumento con qualsiasi correzione ottica posta su una montatura avente precise specifiche. Gli stimoli che i soggetti osserveranno sono stati realizzati utilizzando Octave e Psychtoolbox, in modo da ottenere informazioni circa la precisione e l’accuratezza dell’eye tracker in questione.

Le potenzialità dell’eye tracker sono molteplici ed è per questo che per il 2018 abbiamo in programma di dedicarci alla valutazione del rapporto tra i movimenti della testa e quelli degli occhi nel passaggio della visione lontano-vicino e viceversa. Contemporaneamente l’apparecchio sarà sfruttato per misurare i movimenti oculari durante la lettura, in relazione all’età, alla difficoltà del compito visivo e agli eventuali difetti visivi o percettivi presenti. Infine, visto l’aumento dell’incidenza della sindrome da occhio secco, una linea di ricerca sarà riservata all’indagine sulla frequenza dell’ammiccamento durante il porto di diverse tipologie di lenti a contatto e durante lo svolgimento di compiti visivi diversi.