研究背景

孤獨(dú)癥是一種帶有社交缺陷特征的發(fā)育障礙，這種病癥的患病人數(shù)在過去的30年中增加了十倍。對孤獨(dú)癥的診斷取決于是否每種癥狀都符合診斷的標(biāo)準(zhǔn)的正確判斷。這意味著雖然可以召集專家到現(xiàn)場進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，但卻無法滿足越來越多的孤獨(dú)癥診斷需求。因此，開發(fā)一套可以被非專業(yè)人士使用的能夠準(zhǔn)確地（準(zhǔn)度度可與經(jīng)過訓(xùn)練的專家相媲美）對孤獨(dú)癥進(jìn)行診斷的系統(tǒng)是非常必要的。

眼動數(shù)據(jù)分析就是這套系統(tǒng)的其中一個(gè)候選方案。近年來，無需佩戴任何束縛性設(shè)備的非侵入式眼動追蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確度有了很大的提高。這種新技術(shù)已使對嬰幼兒的眼動追蹤測試與成人一樣容易。

研究目標(biāo)

本研究的目標(biāo)是開發(fā)一種既可用于成年人也可用于青少年的通過眼動測量數(shù)據(jù)來識別孤獨(dú)癥個(gè)體的定量方法。

空間-時(shí)間眼動模式的記錄與分析

研究團(tuán)隊(duì)檢驗(yàn)了25名孤獨(dú)癥兒童 (平均年齡， 3:1 歲)， 25名符合此年齡段的正常兒童(TD children)， 27 名ASD成年患者 (平均年齡30 歲)和27名正常成年人 (平均年齡32 歲) 在觀看一段截取自幼兒電視節(jié)目的生態(tài)類視頻片段時(shí)的時(shí)間-空間眼動模式。

這段視頻刺激材料長度為77秒，由12個(gè)較短的包含聲音內(nèi)容的視頻片斷組成，每個(gè)片段約為6秒鐘。這些片斷都帶有一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多的角色，有的是批次進(jìn)行談話，有的則是對電視機(jī)前的觀眾進(jìn)行訴說，言語在每個(gè)場景中會帶有不同程度的社會內(nèi)容和干擾性內(nèi)容。使用Tobii X50遙測式眼動儀以50Hz的采樣率采集被試者雙眼的注視位置數(shù)據(jù)。為了得到所有被試者的全部眼動模式，我們了多維標(biāo)度對數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總。同時(shí)我們也測量了對眼睛和嘴部的觀察時(shí)間。

"Tobii眼動儀的一個(gè)獨(dú)有優(yōu)勢是是需要讓被試者坐在眼動儀前就可以進(jìn)行測試，而無需使用頜托或頭套。定標(biāo)程序非常簡單，而且在被試者出現(xiàn)一定幅度的頭動時(shí)也能獲得精確的數(shù)據(jù)。這項(xiàng)功能對于那些通常不愿意保持靜坐的孤獨(dú)癥兒童的測試來說是最大的一個(gè)優(yōu)勢。"大阪大學(xué)生命機(jī)能研究所大腦動態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究部的Shigeru Kitazawa教授說道。

對眼睛和嘴部的觀察

孤獨(dú)癥研究中一項(xiàng)眾多周知的言論是患有孤獨(dú)癥的成年人對人物嘴部的觀察要比眼部要多。而對于患有孤獨(dú)癥的兒童來說，言論則并不統(tǒng)一。研究團(tuán)隊(duì)決定先從此假設(shè)入手開始研究。

該理論對成年人來說看來是正確的，因?yàn)檎�常被試群組對人物眼睛的觀察時(shí)間高于孤獨(dú)癥患者群體對人物眼睛的觀察時(shí)間。但是研究結(jié)果表明在兒童被試組，正常兒童被試組對人物嘴部的觀察時(shí)間要高于孤獨(dú)癥兒童被試組。

不同年齡段的差異

通過兒童與成年人眼動數(shù)據(jù)的逐幀對比，當(dāng)人物開始講話時(shí)，兩個(gè)群體之間的數(shù)據(jù)有著顯著的差異 。成年人通常會觀察人物角色的眼睛（左圖），而多數(shù)正常兒童則會關(guān)注人物的嘴部（中圖）。在言語發(fā)展過程中，可能存在一段將語音與嘴部動作相關(guān)聯(lián)的時(shí)期。當(dāng)兒童積累了一定程度的經(jīng)驗(yàn)后，他們就會去關(guān)注講話者的眼睛來獲取豐富的社交信息。假設(shè)關(guān)注重點(diǎn)從嘴部轉(zhuǎn)移到眼睛的變化是根據(jù)年齡出現(xiàn)的，那么根據(jù)這種對眼睛/嘴部的觀察時(shí)間來得到一種適用于各年齡的社交障礙的指標(biāo)是不可能的。

研究團(tuán)隊(duì)決定使用從Tobii眼動儀獲得的所有可用的時(shí)間-空間注視模式來構(gòu)建一種指標(biāo)。

對時(shí)間性眼動模式數(shù)據(jù)的多維標(biāo)度分析

為了將所有被試者的時(shí)間性眼動模式納入分析中，研究團(tuán)隊(duì)使用了多維標(biāo)度對數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總。簡而言之，就是以每3850個(gè)時(shí)間點(diǎn)（50Hz*77s）計(jì)算注視位置之間的距離。因此研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算了每對被試者的3850個(gè)時(shí)間點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)并將3850這個(gè)距離的中值作為兩名被試者之間的距離。然后將多維標(biāo)度應(yīng)用到每名被試者的二維平面數(shù)據(jù)構(gòu)圖中，使每對被試者的距離盡量得到保留。如果一對被試者中的時(shí)間-空間注視軌跡相似，則在構(gòu)圖中他們兩者間的距離會非常接近，反之亦然。因此，如果一組被試者的注視行為相似，將在二維平面上得到一個(gè)集簇，而注視行為有差異的將得到發(fā)散式的呈現(xiàn)結(jié)果。

按此方式構(gòu)建出出時(shí)間-空間注視模式圖后，多數(shù)受控被試組都被分配到近中央?yún)^(qū)域的位置，而多數(shù)孤獨(dú)癥被試者則分布在周圍區(qū)域（見右上圖的模式圖，圖中中心位置的“+”代表中值，可理解為觀看視頻刺激材料時(shí)最常規(guī)的觀看方式）。因此受控組到“中央?yún)^(qū)域”的距離（多維標(biāo)度距離）要小于ASD被試組。研究結(jié)果顯示出常規(guī)受控組的時(shí)間-空間注視模式是相似的，而孤獨(dú)癥被試組中，每名被試者之間顯示出不規(guī)則的注視行為。

臨床應(yīng)用的可能性

多維標(biāo)度平面圖中，到“中央?yún)^(qū)域”的距離表現(xiàn)出與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間-空間注視模式的偏離程度，可有效地對兒童（87%）和成人（75%）的受控被試組和ASD被試組進(jìn)行區(qū)分。研究團(tuán)隊(duì)希望這項(xiàng)距離指標(biāo)可以被作為一項(xiàng)孤獨(dú)癥的社交障礙的評估指標(biāo)，應(yīng)用到成年人和兒童的診斷中。

研究團(tuán)隊(duì)還將相似的方法應(yīng)用到一些特殊的患有言語障礙（SLI）的被試測試中，此類被試者言語發(fā)育遲緩但沒有社交障礙。在多維標(biāo)度平面圖中，還可以將言語障礙個(gè)體從受控被試組中識別出來，準(zhǔn)確率可達(dá)到80% 。通過測量與多維標(biāo)度中值的距離，還可以將言語障礙被試組從孤獨(dú)癥被試組中識別出來，準(zhǔn)確率相同。最后，通過言語障礙被試組與受控被試組的對比，可看出言語障礙個(gè)體對人物嘴部的觀察多于正常被試個(gè)體。

一種社交障礙的檢測方式

通過對個(gè)體在觀察本研究中類似的視頻刺激而得到的時(shí)間性注視模式的分析可得到大量有意義的信息。通過對此類信息的提取，可以初步構(gòu)建一個(gè)簡單但有效地社交障礙檢測方法。在未來的應(yīng)用中，使用相同的方法對治療方法的效果評估將非常有幫助。

為何使用眼動追蹤？為何選擇Tobii？

"通過引入眼動追蹤技術(shù)，就算是非專業(yè)人士也能夠從非言語兒童被試者獲得充足的數(shù)據(jù)。此方法可應(yīng)用到更廣泛的情形中，如兒童發(fā)育障礙的識別等”。 大阪大學(xué)生命機(jī)能研究所大腦動態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究部的Shigeru Kitazawa教授說道。