El dispositivo de seguimiento ocular ( ETD ) es un dispositivo que se coloca sobre la cabeza y está diseñado para medir los movimientos de los ojos y la cabeza en 3D en condiciones experimentales y naturales. El dispositivo permite medir de forma exhaustiva el movimiento de los ojos (tres grados de libertad) y, opcionalmente, el movimiento de la cabeza (seis grados de libertad). Representa una herramienta para la investigación del comportamiento sensoriomotor, en particular de los sistemas vestibular y oculomotor, tanto en condiciones de salud como de enfermedad.
Fue desarrollado originalmente por la Agencia Espacial Alemana (DLR) para su uso en la Estación Espacial Internacional (ISS) y fue cargado en la estación como parte del programa espacial conjunto europeo/ruso a principios de 2004. El dispositivo fue diseñado por el Prof. Dr. Andrew H. Clarke (Vestibular Lab, Charité Berlin) junto con las empresas Chronos Vision y Mtronix en Berlín e integrado para la utilización espacial por la empresa Kayser-Threde con sede en Múnich.
En el primer conjunto de experimentos, llevados a cabo por el equipo del profesor Clarke en colaboración con el Instituto de Problemas Biomédicos de Moscú, se utilizó el Eye Tracking Device para medir el plano de Listing , un sistema de coordenadas que se utiliza para definir el movimiento de los ojos en la cabeza. El objetivo científico era determinar cómo se altera el plano de Listing en distintas condiciones de gravedad. En particular, se examinó la influencia de la microgravedad de larga duración a bordo de la ISS y del posterior regreso a la gravedad terrestre. Los hallazgos contribuyen a nuestra comprensión de la plasticidad neuronal en los sistemas vestibular y oculomotor.
Estos experimentos comenzaron en la primavera de 2004 y continuaron hasta finales de 2008 con una serie de cosmonautas y astronautas, que pasaron seis meses cada uno a bordo de la ISS.
El estudio de la orientación del plano de Listing durante una misión espacial prolongada es de particular interés, ya que en la Tierra el plano de Listing parece depender de la información procedente del sistema vestibular, es decir, detectada a través de la posición de la cabeza con respecto a la gravedad. Al exponer al astronauta a la ingravidez del espacio, este experimento puede seguir la adaptación posterior del sistema vestibular del astronauta durante el vuelo y después de regresar a la Tierra. La pregunta clave en este experimento es hasta qué punto la orientación del plano de Listing se altera por la adaptación del sistema vestibular a la ingravidez, o bajo niveles gravitacionales menores o mayores que los de la Tierra. Otra pregunta es si el cuerpo compensa la falta de información procedente del sistema vestibular sustituyéndola por otros mecanismos durante los vuelos espaciales de larga duración. [1]
El ETD se empleó para este estudio durante el período de 2004 a 2008. Durante cada incremento de seis meses, el procedimiento experimental se realizó a intervalos regulares de tres semanas para poder evaluar la adaptación a la microgravedad . Además, se realizaron mediciones equivalentes durante las primeras semanas posteriores al regreso a la Tierra de cada cosmonauta o astronauta. Mientras tanto, el equipo ETD permanece en la ISS como un instrumento de uso general. Actualmente lo utiliza un grupo de científicos rusos del Instituto de Problemas Biomédicos, que están examinando la coordinación del movimiento de los ojos y la cabeza en microgravedad.
Las cámaras digitales de seguimiento ocular, diseñadas en torno a sensores de imagen CMOS de última generación , están interconectadas a una placa de procesador dedicada en la PC anfitriona a través de enlaces de transmisión digital bidireccionales de alta velocidad (400 Mbit/s). Esta placa PCI enchufable lleva la arquitectura de procesamiento frontal, que consta de procesadores de señal digital (DSP) y dispositivos lógicos programables ( FPGA ) para la adquisición de imágenes y señales binoculares en línea. [3]
Para la tarea de seguimiento ocular, el sensor y el procesador frontal realizan una reducción sustancial de datos. De esta manera, solo los datos preseleccionados se transfieren desde el sensor de imagen hasta el PC host, donde se implementan los algoritmos finales y el almacenamiento de datos. Esto elimina el cuello de botella causado por la adquisición estándar de imágenes cuadro por cuadro y, por lo tanto, facilita velocidades de muestreo de imágenes considerablemente más altas.
Esta arquitectura de procesamiento está integrada en un PC robusto compatible con IBM , que permite visualizar los ojos y las señales correspondientes. Una característica importante del diseño es el almacenamiento digital de todas las secuencias de imágenes de las cámaras como archivos digitales en un disco duro intercambiable. Después de completar cada misión a la ISS, el disco duro que contiene las grabaciones se devuelve a la Tierra. Esto garantiza un análisis completo y fiable del procesamiento de imágenes en el laboratorio de los investigadores y minimiza el tiempo necesario para el experimento en la ISS.
Paralelamente a la versión espacial del Eye Tracker, la empresa Chronos Vision ha fabricado en Berlín un modelo comercial que está instalado en numerosos laboratorios de Europa, Norteamérica y Asia, donde constituye una herramienta esencial para el estudio de numerosos fenómenos neurofisiológicos.
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