Loculometria, nota anche come monitoraggio oculare e con il termine inglese eye tracking, è il processo di misurazione del punto di fissazione oculare o del moto di un occhio rispetto alla testa. Tali misure possono essere ottenute tramite un tracciatore oculare e possono essere utilizzate nello studio anatomico e fisiologico dell'apparato visivo, nella linguistica cognitiva e nella progettazione di prodotti commerciali. I tracciatori oculari portatili sono sempre più utilizzati per applicazioni riabilitative e di assistenza (ad esempio per il controllo di sedie a rotelle o braccia e protesi robotiche)..
Storia Nel 1800, gli studi sul movimento degli occhi venivano effettuati utilizzando osservazioni dirette. Ad esempio, Louis Émile Javal osservò nel 1879 che la lettura non comporta un movimento regolare degli occhi lungo il testo, come precedentemente ipotizzato, ma una serie di brevi interruzioni (chiamate fissazioni) e rapide saccadiReported in . Questa osservazione ha sollevato importanti domande sulla lettura, domande che sono state esplorate nel corso del 1900: su quali parole si fermano gli occhi? Per quanto? Quando regrediscono a parole già viste?
Edmund Huey costruì uno dei primi eye tracker, usando una sorta di lente a contatto con un foro per la pupilla. L'obiettivo era collegato a un puntatore di alluminio che si muoveva in risposta al movimento dell'occhio. Huey ha studiato e quantificato le regressioni (solo una piccola parte delle saccadi sono regressioni) e ha dimostrato che alcune parole in una frase non sono fisse.
I primi eye-tracker non intrusivi furono costruiti da Guy Thomas Buswell a Chicago, utilizzando fasci di luce che si riflettevano sull'occhio, quindi registrandoli su pellicola. Buswell ha condotto studi sistematici sulla lettura e sulla visione delle immagini.
Negli anni '50, Alfred L. Yarbus condusse ricerche sull'eye tracking e il suo libro del 1967 viene spesso citato. Ha dimostrato che il compito assegnato a un soggetto ha un'influenza molto ampia sul movimento degli occhi del soggetto. Ha anche scritto sulla relazione tra fissazioni e interesse:
Lo schema ciclico nell'esame delle immagini "dipende non solo da ciò che viene mostrato sull'immagine, ma anche dal problema che deve affrontare l'osservatore e dalle informazioni che spera di ottenere dall'immagine".
Negli anni '70, la ricerca sul tracciamento oculare si è espansa rapidamente, in particolare la ricerca sulla lettura. Una buona panoramica della ricerca in questo periodo è data da Rayner..
Nel 1980, Just e Carpenter. hanno formulato l'influente ipotesi Strong eye-mind, secondo cui "non c'è alcun ritardo apprezzabile tra ciò che è fissato e ciò che viene elaborato". Se questa ipotesi è corretta, allora quando un soggetto guarda una parola o un oggetto, ci pensa anche (processo cognitivo), e esattamente per il tempo della fissazione registrata. L'ipotesi è spesso data per scontata dai ricercatori che utilizzano il tracciamento oculare. Tuttavia, le tecniche di sguardo contingente offrono un'opzione interessante per districare le attenzioni palesi e nascoste, per differenziare ciò che è fissato e ciò che viene elaborato.
Durante gli anni '80, l'ipotesi occhio-mente è stata spesso messa in discussione alla luce dell'attenzione nascosta, l'attenzione a qualcosa che non si sta guardando, cosa che le persone spesso fanno. Se l'attenzione nascosta è comune durante le registrazioni del tracciamento oculare, il risultante percorso di scansione e i modelli di fissazione spesso mostrerebbero non dove è stata l'attenzione, ma solo dove l'occhio ha guardato, non riuscendo a indicare l'elaborazione cognitiva.
Gli anni '80 hanno visto anche la nascita dell'utilizzo del tracciamento oculare per rispondere a domande relative all'interazione uomo-computer. In particolare, i ricercatori hanno studiato il modo in cui gli utenti cercano i comandi nei menu del computer. Inoltre, i computer hanno consentito ai ricercatori di utilizzare i risultati del tracciamento oculare in tempo reale, principalmente per aiutare gli utenti disabili.
C'è stata poi una crescita nell'utilizzo del tracciamento oculare per studiare come gli utenti interagiscono con diverse interfacce di computer. Le domande specifiche che i ricercatori pongono sono relative a quanto siano intuitive o facili da usare le diverse interfacce. I risultati della ricerca sull'eye tracking possono portare a modifiche nel design dell'interfaccia. Un'altra recente area di ricerca si concentra sullo sviluppo Web. Ciò può includere il modo in cui gli utenti reagiscono ai menu a discesa o dove concentrano la loro attenzione su un sito Web in modo che lo sviluppatore sappia dove inserire un annuncio.
Secondo Hoffman, il consenso attuale è che l'attenzione visiva è sempre leggermente (da 100 a 250 ms) davanti all'occhio. Ma non appena l'attenzione si sposta su una nuova posizione, gli occhi vorranno seguirla.
Processi cognitivi specifici non possono ancora essere dedotti direttamente da una fissazione su un particolare oggetto in una scena. Ad esempio, una fissazione su un volto in un'immagine può indicare riconoscimento, simpatia, antipatia, perplessità ecc. Pertanto, il tracciamento oculare è spesso accoppiato con altre metodologie, come i protocolli verbali introspettivi.
Grazie al progresso dei dispositivi elettronici portatili, gli eye tracker portatili montati sulla testa attualmente possono raggiungere prestazioni eccellenti e sono sempre più utilizzati nella ricerca e nelle applicazioni di mercato mirate alle impostazioni della vita quotidiana. Questi stessi progressi hanno portato ad un aumento nello studio dei piccoli movimenti oculari che si verificano durante la fissazione, sia in laboratorio che in contesti applicati.
Nel 21º secolo, l'uso dell'intelligenza artificiale (AI) e delle reti neurali artificiali è diventato un modo praticabile per completare attività e analisi di tracciamento oculare. In particolare, la rete neurale convoluzionale si presta al tracciamento oculare, poiché è progettata per attività incentrate sull'immagine. Con l'intelligenza artificiale, le attività e gli studi di tracciamento oculare possono fornire informazioni aggiuntive che potrebbero non essere state rilevate dagli osservatori umani. La pratica del deep learning consente inoltre a una determinata rete neurale di migliorare in un determinato compito quando vengono forniti dati di esempio sufficienti. Tuttavia, ciò richiede una fornitura relativamente ampia di dati di addestramento.
I potenziali casi d'uso dell'IA nel tracciamento oculare coprono un'ampia gamma di argomenti, dalle applicazioni mediche alla sicurezza dei conducenti, alla teoria dei giochi e persino alle applicazioni di istruzione e formazione.
Tipi di tracker Gli eye-tracker misurano le rotazioni dell'occhio in diversi modi, ma principalmente rientrano in una delle tre categorie:
misurazione del movimento di un oggetto (normalmente, una speciale lente a contatto) attaccato all'occhio tracciamento ottico senza contatto diretto con l'occhio misurazione dei potenziali elettrici mediante elettrodi posizionati intorno agli occhi.
Tracciamento degli occhi Il primo tipo utilizza un attacco per l'occhio, come una speciale lente a contatto con uno specchio incorporato o un sensore di campo magnetico, e il movimento dell'attacco viene misurato presupponendo che non scivoli in modo significativo durante la rotazione dell'occhio. Le misurazioni con lenti a contatto aderenti hanno fornito registrazioni estremamente sensibili del movimento oculare e le bobine di ricerca magnetica sono il metodo preferito dai ricercatori che studiano la dinamica e la fisiologia sottostante del movimento oculare. Questo metodo consente la misurazione del movimento oculare in direzione orizzontale, verticale e di torsione.
Tracciamento ottico La seconda ampia categoria utilizza un metodo ottico senza contatto per misurare il movimento degli occhi. La luce, tipicamente infrarossa, viene riflessa dall'occhio e rilevata da una videocamera o da qualche altro sensore ottico appositamente progettato. Le informazioni vengono quindi analizzate per estrarre la rotazione degli occhi dai cambiamenti nei riflessi. Gli eye tracker basati su video utilizzano in genere il riflesso corneale (la prima immagine di Purkinje, riflessi di oggetti dalla struttura dell'occhio. Sono anche conosciuti come riflessi di Purkinje e come immagini di Purkinje-Sanson) e il centro della pupilla come caratteristiche da tracciare nel tempo. Un tipo più sensibile di tracciatore oculare, il tracciatore oculare dual-Purkinje, utilizza i riflessi dalla parte anteriore della cornea (prima immagine di Purkinje) e dalla parte posteriore dell'obiettivo (quarta immagine di Purkinje) come caratteristiche da tracciare. Un metodo di tracciamento ancora più sensibile consiste nell'acquisizione di immagini dall'interno dell'occhio, come i vasi sanguigni della retina, e seguire queste caratteristiche mentre l'occhio ruota. I metodi ottici, in particolare quelli basati sulla registrazione video, sono ampiamente utilizzati per il tracciamento dello sguardo e sono preferiti perché non invasivi e poco costosi.
Misura del potenziale elettrico La terza categoria utilizza potenziali elettrici misurati con elettrodi posti intorno agli occhi. Gli occhi sono l'origine di un campo di potenziale elettrico costante che può essere rilevato anche in totale oscurità e se gli occhi sono chiusi. Può essere modellato per essere generato da un dipolo con il suo polo positivo sulla cornea e il suo polo negativo sulla retina. Il segnale elettrico che può essere derivato utilizzando due paia di elettrodi di contatto posizionati sulla pelle attorno a un occhio è chiamato elettrooculogramma (EOG). Se gli occhi si spostano dalla posizione centrale verso la periferia, la retina si avvicina a un elettrodo mentre la cornea si avvicina a quello opposto. Questo cambiamento nell'orientamento del dipolo e di conseguenza nel campo del potenziale elettrico si traduce in un cambiamento nel segnale EOG misurato. Al contrario, analizzando questi cambiamenti nel movimento degli occhi possono essere monitorati. A causa della discretizzazione data dalla configurazione comune degli elettrodi, è possibile identificare due componenti di movimento separate, una orizzontale e una verticale. Un terzo componente EOG è il canale EOG radialeElbert, T., Lutzenberger, W., Rockstroh, B., Birbaumer, N., 1985. Removal of ocular artifacts from the EEG. A biophysical approach to the EOG. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 60, 455-463., che è la media dei canali EOG riferiti ad alcuni elettrodi posteriori del cuoio capelluto. Questo canale EOG radiale è sensibile ai potenziali dei picchi saccadici derivanti dai muscoli extraoculari all'inizio delle saccadi e consente un rilevamento affidabile anche delle saccadi in miniatura.