Importance of binocular vision in an executive function task using augmented reality head-mount display

Abstract

Introduksjon: Formålet med dette studie var å undersøke viktigheten av dybdesyn ved bruk av augmentert virkelighet (AR). Hvordan monokulær reduksjon i visus påvirker dybdesyn, binokulært syn og prestasjon i eksekutive funksjoner ved bruk av Tower of London programmet, blant unge voksne. Med økende implementering av virtuell virkelighet for ulike yrkesgrupper, er det viktig å undersøke hvordan ulike forhold i visus kan påvirke prestasjon og brukervennlighet.

Metode: Dette er en tverrsnittstudie; Deltagere var bachelor i optometri studenter ved universitetet i sør-øst Norge, som oppfylte inklusjonskriteriene for refraksjon innenfor +/- 1D og tidligere hadde prestert 120” eller bedre ved TNO testing. Totalt 15 personer deltok i studiet; data ble samlet inn fra oktober 2023 til mars 2024. Testing ble utført ved å bruke Tower of London (TOL) programmet ved bruk av HoloLens2 hodemontert skjerm for augmentert virkelighet. Bangerter foliene 0.1 and 0.4 ble brukt for å indusere reduksjon i visus og synsskarphet. Studiet var godkjent av Kunnskapssektorens tjenesteleverandør (SIKT) for samling og behandling av forskningsdata.

Resultater: Når visus i det ikke-dominante øyet ble redusert, fant vi en reduksjon i dybdesyn. Indusert reduksjon av visus og dybdesyn påvirket prestasjonen i ToL oppgaven. Dette tyder på at det er viktig å ta hensyn til binokulært syn i oppgaver som krever eksekutive funksjoner og visumotoriske ferdigheter. Imidlertid, fordi analysen av mulig order effekt antyder at det kan være en læringseffekt av oppgaven, må vi være forsiktige med å legge for mye vekt på prestasjon basert på synsskarphet. ANOVA analysen tydet på at det kun var signifikant forskjell mellom synsskarphet for total testtid.

Konklusjon: Reduksjon i visus i det ikke-dominante øyet ved bruk av Bangerter folie, førte også til reduksjon i dybdesyn. Deltagerne viste en reduksjon I prestasjon med de ulike Bangerter foliene. Det kan også være en order effekt, som antyder at erfaring kan øke prestasjon. Lavt datamateriale kan påvirke statistikkens signifikans, eller mangel på signifikans. Vi kan derfor ikke utelukke at tilstrekkelig utvalgsstørrelse kan gi ulike resultater enn de som er funnet i dette studiet. Videre forskning som kan analysere order effekt og sammenheng med synsskarphet, vil kunne gi oss mer informasjon for å forstå hvordan prestasjon påvirkes, og hva som må bli tatt i betraktning for å optimalisere prestasjon og brukervennlighet ved bruk av virtuell virkelighet.

Nøkkelord: Augmentert virkelighet, Tower of London, eksekutive funksjoner, Dybdesyn, Visus, Bangerter foile, Tverrsnittstudie.

Introduction: The aim for this study was to investigate the importance of stereoscopic vision using augmented reality (AR). How a monocular reduction in visual acuity impact stereopsis and binocular vision. The impact on performance in the executive function task Tower of London, among young adults. With increasing implementation of virtual reality for different occupations, it is important to examine how different ocular conditions can affect performance and usability.

Methods: This is a cross-sectional study; participants were bachelor of optometry students at the university of southeast Norway, meeting the inclusion criteria of prescription within +/- 1D and previously scored 120” or better on TNO. In total 15 subjects participated; data was collected from October 2023 to March 2024. Testing was performed using the Tower of London (ToL) program with the augmented reality head-mount display HoloLens2. Bangerter foils 0.1 and 0.4 were used to induce reduction in visual acuity of the non-dominant eye. The study was approved by the Norwegian Agency for Shared Services in Education and Research (SIKT).

Results: When visual acuity in the non-dominant eye were reduced, we found a reduction in stereoscopic vision. Induced reduction in visual acuity and stereopsis did influence performance in the ToL task, suggesting it is important to consider binocular vision in tasks requiring executive functions and visuomotor coordination. However, because the Analysis of possible order effect suggest there is a learning effect of the task, we must be careful not to put too much emphasis on condition. ANOVA analysis suggested there only was significant difference between conditions for total testing time.

Conclusion: Reduction in visual acuity in the non-dominant eye with Bangerter foil provided a reduction in stereopsis. The subjects did show a reduction in performance with the different Bangerter foils. However, there might be an order effect, which suggest that experience might increase performance. Low data material might impact statistical significance or lack of significance, we therefore cannot rule out that a sufficient sample size might get different results. Further research analysing order effect by condition, can give us more information to understand how performance is affected, and what to take into consideration to optimize task performance in virtual reality.

Keywords: Augmented Reality, Tower of London, Executive function, Depth perception, Visual acuity, Bangerter foil, Cross-sectional study.