Optimierung eines Eye-Tracking Systems in Verbindung mit fMRT-Messungen

Abstract

Im Jahr 2010 wurde an der Landesnervenklinik Wagner-Jauregg Linz ein neuer 3 Tesla Magnetresonanztomograph (MRT) und ein Hard- und Software-Setup inklusive Augenbewegungsmesssystem für funktionelle MRT (fMRT)-Messungen angeschafft. Das System zur Messung der Augenbewegungen ist in einer speziellen MRT-tauglichen Brille (Goggle) implementiert.<br />Damit ist es möglich, den Probanden visuelle Reize zu zeigen und gleichzeitig ihre Augenbewegungen mit einer Kamera aufzuzeichnen. Mit Hilfe des 3-Tesla-Tomographen können funktionelle MRT-Messungen mit höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung als mit herkömmlichen 1,5 Tesla Geräten durchgeführt werden. Im Rahmen der Masterarbeit wurden diese neuen Geräte eingesetzt, um die Augenbewegungen und die dabei auftretenden Hirnaktivitäten bei visuellen Handlungen, konkret beim Lösen von Fehlersuchbildern zu messen. In dieser Arbeit wurde zuerst die Genauigkeit des bereits installierten Augenbewegungsmesssystems anhand einzelner Probanden erfasst, um die spätere Optimierung der Versuchsanordnung dokumentieren zu können.<br />Anschließend wurde das System in mehreren Schritten verbessert, damit über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten stabile Augenbewegungsmessungen durchgeführt werden können. Die Optimierung war notwendig, um exakte Augenbewegungsdaten zur Korrelation während einer gesamten funktionellen Messung stabil zur Verfügung zu haben. Nach diesem Vorgang wurden fMRT Messungen mit einer Gruppe von 24 Probanden durchgeführt. Den Probanden wurden mehrere ausgewählte visuelle Reize in Form von Fehlersuchbildern vorgelegt. Die Ergebnisse der Augenbewegungsdaten lieferten Informationen über Blickrichtung, Sakkadenanzahl (Sakkade =schnelle und sprunghafte Blickbewegung) und Strategie. Die funktionellen Messungen sollten u.a. Aufschluss darüber geben, ob sich das Erkennen des Fehlers funktionell zuordnen lässt und eine Korrelation zu den Augenbewegungen besteht.<br />Anhand der Verhaltensdaten konnten die Ergebnisse der fMRT Messungen profunder analysiert und neuronale Netzwerke bestimmten Prozessen zugeordnet werden. Durch die Möglichkeit der detaillierten Analyse und Zuordnung können diese Erkenntnisse eventuell in Zukunft zur Differentialdiagnose von bestimmten neurologischen Krankheiten unterstützend beitragen.

In 2010 a new 3 tesla tomograph and a hardware and software setup for functional magnetic resonance imaging (fMRI) containing amongst other things a system for tracking eye movements were installed in the Landesnervenklinik Wagner-Jauregg Linz. The system for tracking eye movements has been implemented into a special MRI-compatible goggle system. With its help it is possible to expose the test persons to visual stimulation and at the same time to record their eye movements with a camera.<br />In this master thesis the accuracy of the already implemented eye-tracking system has been recorded with the help of individual test persons to document the subsequent optimization of the test arrangement.<br />Afterwards the system has been improved in various steps to perform stable eye tracking measurements over a period of at least 30 minutes.<br />Thereafter fMRI measurements were performed with a group of 24 test persons. The test persons were presented several selective visual stimuli in form of picture puzzles. The data of the eye-tracking system provided information about view direction, number of saccades (rapid intermittent eye movements) and strategy. The functional measurements should amongst others offer valuable clues to whether it is possible to functionally correlate the identification of errors and whether there exists a correlation with the eye movement. Based on the data the results of the fMRI measurement could be interpreted in a more profound way and neuronal networks could be related to particular processes. Due to the possibility of the explicit analysis and correlation this knowledge could potentially in the future be used to detect different mental illnesses.<br />