Análise do olhar humano: estudos experimentais de rastreamento o ocular para explicar padrões visual em tarefas cognitivas

Abstract

Na área da engenharia, estudar processos cognitivos significa estudar o cérebro em funcionamento e isso requer o uso de tecnologias específicas para aquisição de sinal dinâmico em um processo que envolve estimulação, percepção e reação comportamental. Neste contexto, é comum encontrar estudos que exploram a análise de imagem com resolução temporal e espacial, como imagem por ressonância magnética funcional (fMRI) e eletroencefalografia (EEG). No entanto, também tem sido cada vez mais comum a utilização de abordagens disruptivas, como o rastreamento dos movimentos oculares para analisar a carga de trabalho mental e a interação entre a mente e os estímulos por meio de análise de padrões visuais durante a aquisição de informação. Nesta tese são apresentados três estudos experimentais guiados por um protocolo padrão para aquisição de sinal visual correspondente a percepção humana de estímulos cognitivos. Mais especificamente, é apresentada uma análise de padrões visuais em tarefas de leitura com estímulos que simulam condições de estresse visual; uma análise da atenção visual durante a avaliação de expressões faciais de dor em neonatos; e uma análise da dilatação pupilar durante a percepção de estímulos emocionais categorizados. Os resultados mostram que é possível classificar automaticamente, e com alta acurácia, os padrões visuais de leitura obtidos por processos de engenharia reversa; que o reconhecimento da dor em neonatos é uma tarefa inata e ocorre em menos de 2 segundos; e que estímulos emocionais negativos podem mobilizar mais recursos de processamento cerebral do que estímulos positivos e neutros. Acredita-se que os relatos descritos nesta tese podem ser aplicados na área clínica para realizar diagnósticos mais precisos acerca de condições de estresse visual e para fundamentar uma abordagem mais distinta e seletiva para análise de expressão facial de recém-nascidos

In the engineering field, studying cognitive processes means studying the brain in operation and this requires the use of specific technologies for dynamic signal acquisition in a process that involves stimulation, perception and behavioral reaction. In this context, it is common to find studies that use image analysis with temporal and spatial resolution, such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) and electroencephalography (EEG). However, it has also become increasingly common to use disruptive approaches, such as eye movement tracking to analyze mental workload and the interaction between mind and stimuli through analysis of visual patterns during information acquisition. In this thesis, three experimental studies guided by a standard protocol for visual signal acquisition corresponding to human perception of cognitive stimuli are presented. More specifically, an analysis of visual patterns in reading tasks with stimuli that simulate visual stress conditions; an analysis of visual attention during the evaluation of facial expressions of pain in neonates; and an analysis of pupil dilation during the perception of categorized emotional stimuli are presented. The results show that it is possible to automatically, and with high accuracy, classify visual reading patterns obtained by reverse engineering processes; that pain recognition in neonates is an innate task and occurs in less than 2 seconds; and that negative emotional stimuli can mobilize more brain processing resources than positive and neutral stimuli. It is believed that the reports described in this thesis can be applied in the clinical area to make more accurate diagnoses about conditions of visual stress and to support a more distinct and selective approach to the analysis of facial expressions in newborns