Metody badawcze

Eye-tracking

Eye-tracker to monitor wyposażony w czujniki ruchu, który pozwala rejestrować ruchy oczu dziecka. Dzięki temu możemy „na żywo” oglądać, na co dokładnie dziecko patrzy w momencie, gdy na monitorze prezentowane są różne obrazki lub filmy z udziałem ludzi lub przedmiotów codziennego użytku. Większość niemowląt i małych dzieci jest zainteresowana prezentowanymi obrazami i z uwagą im się przygląda. Dane z eye-trackera są następnie nagrywane na komputerze i szczegółowo analizowane po badaniu.
Za pomocą eye-trackera możemy dokładnie zmierzyć, jak długo Państwa niemowlę patrzyło na różne części ekranu (np. elementy twarzy, jak oczy i usta) i jak często przerzucało wzrok na inne bodźce. Te wszystkie informacje pozwalają nam bardzo szczegółowo śledzić, w jaki sposób niemowlęta skanują wzrokiem nowe sceny oraz w jaki sposób uczą się i zdobywają informacje o świecie.
Nasz eye-tracker szwedzkiej firmy Tobii jest zbudowany specjalnie z myślą o badaniach najmłodszych i posiada stosowne certyfikaty bezpieczeństwa. Co ciekawe, do śledzenia ruchów oczu wykorzystywane jest słabe
światło podczerwone o natężeniu niższym, niż stosowane w pilotach do telewizora.
Film pokazuje skanowanie „mówiącej” twarzy przez 9-miesięczne niemowlę. Czerwona kropka reprezentuje miejsce skupienia wzroku dziecka, a im jest większa, tym dłużej oczy patrzyły na jeden punkt.

EEG

EEG, czyli elektroencefalografia jest jednym z najpowszechniej używanych sposobów mierzenia aktywności ludzkiego mózgu. Sprzęt do EEG pozwala na zupełnie bezinwazyjny i niemal niezauważalny dla malucha pomiar. Samo badanie trwa ok 10 min i polega na oglądaniu przez dziecko filmów video po założeniu na głowę specjalnej siatki. Siatka składa się z lekko wilgotnych gąbeczek, połączonych elastyczną gumką, które pozwalają nam mierzyć aktywność mózgu dziecka z powierzchni głowy.
W Babylab UW wykorzystujemy technikę potencjałów wywołanych (z ang. Event–Related Potentials, ERP). Zasada działania tej metody jest bardzo prosta: każdemu bodźcowi (na przykład dźwiękowi, takiemu jak sylaba /ba/, lub obrazkowi – np. czerwonej kropce)

odpowiada pewna konkretna aktywność elektryczna mózgu, reprezentowana w badaniu EEG jako szczyt fali (jak na ilustracji) . Możemy zatem prezentować maluchom różne dźwięki lub obrazki i za pomocą EEG śledzić, jaką reakcję wywołały one w ich mózgu. Jak wygląda to w praktyce i czego możemy się dzięki temu dowiedzieć?

Bardzo dobrym przykładem jest jest pewna fala, nazywana MMN (z ang. mismatch negativity – mismatch oznacza „niedopasowanie”, słowo negativity odzwierciedla zaś fakt, że fala ta jest falą skierowaną w dół, o ujemnym potencjale). Jeśli maluchowi puścimy nagranie serii identycznych dźwięków, a między nimi umieścimy dźwięk niepasujący do reszty, różniący się np. wysokością, w zapisie EEG zauważymy, że taka „czarna owca” wywołuje właśnie falę MMN. Oznacza to, że mózg wykrył element różniący się od reszty. Co ciekawe, fala ta pojawia się nawet wtedy, gdy niemowlę śpi lub jest zajęte czymś innym! Jak takie badanie może zwiększyć naszą wiedzę o funkcjonowaniu umysłu małego dziecka? Odpowiedź jest bardzo prosta – dzięki MMN możemy na przykład bez trudu sprawdzić, czy dziecko w danym wieku jest już w stanie odróżniać od siebie różne dźwięki. Wystarczy, że zaprezentujemy mu wielokrotnie np. sylabę /ba/, gdzieniegdzie podstawiając zamiast niej inną sylabę, np. /da/. Pojawienie się fali MMN w reakcji na /da/ oznaczać będzie, że mózg dziecka postrzega tę sylabę jako różną. Stąd możemy wywnioskować, że dziecko odróżnia od siebie obydwie sylaby.

EEG daje nam jeszcze więcej możliwości – za jego pomocą możemy sprawdzić, jak maluch reaguje na różne twarze, jak szybko się uczy i na czym skupia uwagę w danym momencie, jak szybko zmienia się praca mózgu niemowlaka z każdym miesiącem jego życia. Ta prosta i bardzo bezpieczna metoda nieustannie pokazuje, że niemowlęta potrafią znacznie więcej, niż moglibyśmy się spodziewać!
Większość maluchów szybko zapomina o czepku na głowie i zajmuje się oglądaniem interesujących filmów na ekranie, lub słuchaniem dźwięków z głośników.

fNIRS

Rozwój poznawczy dziecka jest związany z rozwojem i zmianami zachodzącymi w mózgu. Aby uzyskać pełniejszy obraz związku pomiędzy umiejętnościami a organizacją funkcji mózgu, mierzymy aktywność mózgu dzieci podczas gdy oglądają różnego rodzaju bodźce lub biorą udział w konkretnych zadaniach.
Jednym ze sposobów badania funkcji mózgu jest pomiar ilości tlenu we krwi, która dociera do kory mózgowej. Ilość tlenu we krwi w obszarze mózgu jest związana z aktywnością tego obszaru podczas konkretnej czynności. Do pomiaru poziomu tlenu we krwi, a zatem do oceny aktywności poszczególnych regionów mózgu, używamy metody funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (functional near-infrared spectroscopy, fNIRS). Metoda fNIRS oparta jest na unikalnych właściwościach krwi w zakresie absorpcji światła. fNIRS emituje nieszkodliwe wiązki światła podczerwonego w kierunku mózgu, a czujniki sąsiadujące z emiterami światła odbierają odbite wiązki, pozwalając na ocenę ilości krwi na danych obszarze kory mózgowej. Metoda jest całkowicie bezpieczna, a ilość światła mniejsza niż to, czego doświadczamy na zewnątrz w normalny dzień!
System fNIRS został dostosowany do badań niemowląt i pozwala na w pełni komfortowy i niezauważalny dla dziecka pomiar. Podczas badania dziecko usadzone jest na kolanach rodzica przed ekranem. Na głowę dziecka zakładamy specjalną gumową opaskę, w którą wszyty jest system fNIRS. Ubrane w opaskę dziecko razem z rodzicem ogląda krótkie filmiki, a my mierzymy aktywność jego mózgu z powierzchni główki. W ten sposób zbieramy dane na temat regionów zaangażowanych w przetwarzanie konkretnych prezentowanych dziecku bodźców.

Analiza interakcji

Interakcje to codzienne wymiany: rozmowy, zabawy czy zadania wykonywane wspólnie. Obserwacja interakcji rodzic-dziecko w sytuacji zabawy jest źródłem informacji o tym, jak rozwijają się zdolności komunikacyjne, społeczne i regulacyjne dziecka. Interakcje pozwalają nam przyglądać się wzajemnym wpływom między niemowlęciem i opiekunem; patrzymy także jak wyłaniające się nowe kompetencje maluchów wiążą się ze zmianami w przebiegu interakcji i zachowaniu opiekuna; a jego uważne towarzyszenie dziecku podczas zabawy wspiera rozwój jego kompetencji. Uczestniczenie w codziennych wymianach z opiekunami stanowi także źródło ważnych rozwojowo momentów podzielania uwagi – wobec siebie nawzajem czy świata wokół, a także emocji.
W naszym laboratorium do analizy interakcji wykorzystujemy różne, specjalistyczne programy. Są wśród nich takie, które pozwalają na obserwację zachowań z różnych modalności oraz bardziej specjalistyczne np. do mowy i wokalizacji dzieci. Ponadto, testujemy także możliwości automatycznej analizy pewnych aspektów interakcji, takich np. jak ruch w przestrzeni czy manipulacja przedmiotami, jest to jednak nadal spore wyzwanie technologiczne. Dlatego na co dzień nagrania kodujemy ręcznie, tzn. przy pomocy specjalnie przeszkolonych w tym osób.
Czego dowiadujemy się z badań nad interakcjami? Przede wszystkim możemy przyjrzeć się jak zmieniają się one na przestrzeni pierwszych kilku lat życia u dzieci o typowym rozwoju i u tych o nietypowych ścieżkach rozwoju związanych np. z zaburzeniami neurorozwojowymi takimi jak zaburzenia ze spektrum autyzmu. Patrzymy także jak rozwijają się kompetencje dziecka w zakresie uwagi wzrokowej i jakie korzyści rozwojowe płyną z podzielania uwagi wobec osób i przedmiotów. Ponadto, przyglądamy się też w jaki sposób niemowlęta dialogują ze swoimi rodzicami oraz jak rozwijają się ich kompetencje językowe w późniejszym wieku. A wszystko to najczęściej możemy zaobserwować w jak najbardziej codziennych, spontanicznych zabawach i wymianach między dziećmi i rodzicami, którzy zgadzają się nimi podzielić się z nami, za co jesteśmy im ogromnie wdzięczni.

 

Miniaturowe kamery 

Podczas badań staramy się też podejrzeć, jak wygląda świat widziany oczami dziecka. Na co maluchy patrzą podczas zabawy? Jak przeszukują wzrokowo swoje otoczenie? Co najbardziej przyciąga ich uwagę? Wykorzystywany w naszej Pracowni eye-tracker daje nam możliwość precyzyjnego analizowania czasów patrzenia na konkretne bodźce (przedmioty, twarze, sceny), prezentowane na ekranie monitora. Jednak do badania wzrokowego środowiska z perspektywy dziecka podczas zabawy z opiekunem lepiej nadają się miniaturowe i lekkie kamerki, mocowane do opasek zakładanych na głowę. Dzięki temu możemy uzyskać wgląd w to co znajduje się w polu widzenia dziecka, jak często się w nim pojawia czy jaką jego część zajmuje w bardziej swobodnej sytuacji. Nagrania z takich kamerek stanowią dodatkowy materiał do analizy interakcji pomiędzy opiekunem a dzieckiem.

 

Sensory ruchu

Wpierwszych miesiącach życia niemowlęta nabywają nowe umiejętności motoryczne w niezwykle szybki sposób. Zmienia się ich preferowany sposób przemieszczania się, uczą się sięgać i chwytać, a ruchy poszczególnych kończyn stają się z czasem coraz bardziej celowe, precyzyjne i skoordynowane. Jedną z nowoczesnych metod, pozwalających na bardzo dokładny pomiar ruchu jest wykorzystanie ubieralnych sensorów. Takie lekkie czujniki przyczepiane są do opasek, które zakładamy na ręce, nogi, tułów i głowę malucha, a także na na ręce, tułów i głowę rodzica. Sensory pozwalają nam zbierać informacje o takich właściwościach ruchu jak jego kierunek czy szybkość. Dzięki takiemu pomiarowi możemy badać, jak codzienne interakcje i zabawy z opiekunem wpływają na rozwój umiejętności motorycznych i językowych dzieci. 

 

Analiza wokalizacji 

Niemowlęta zanim nauczą się wypowiadać pierwsze słowa ćwiczą się w produkcji różnych dźwięków. Takie przedjęzykowe wokalizacje, wśród których z czasem zaczynają się pojawiać pierwsze samogłoski i sylaby, już od pierwszych miesięcy życia służą komunikacji z opiekunami. Podczas codziennych, wokalnych, wymian z nimi („proto-konwersacji”) maluchy eksperymentują z wydawanymi przez siebie wokalizacjami, poznają strukturę rozmowy oraz uczą się odpowiadać opiekunom. W pracowni wykorzystujemy różne programy do analizy niemowlęcych wokalizacji, które pozwalają nam wyróżniać i klasyfikować różne ich typy. Co więcej, śledzimy również zmiany w czasie w zakresie ilości i jakości produkowanych przez niemowlęta dźwięków. Dzięki temu możemy dowiedzieć się więcej o rozwoju wczesnej komunikacji między niemowlęciem a opiekunem, a także zbadać, na ile rozwój mowy w pierwszym roku życia jest powiązany z rozwojem motorycznym i poznawczym. Pracujemy również nad narzędziami do automatycznego klasyfikowania wokalizacji niemowląt.