實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

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田納西州立大學(xué)心理系

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

本實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)在于評(píng)估和對(duì)比兩種眼動(dòng)儀及眼動(dòng)追蹤方法在針對(duì)嬰兒如何使用視覺(jué)信息來(lái)計(jì)劃和執(zhí)行探物動(dòng)作的研究中分別有何優(yōu)缺點(diǎn)和作用。

實(shí)驗(yàn)工具與方法

本實(shí)驗(yàn)使用了Tobii獨(dú)立遙測(cè)式眼動(dòng)儀來(lái)與以往研究及頭戴式眼動(dòng)儀進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

有兩個(gè)原因促使實(shí)驗(yàn)人員在針對(duì)嬰兒探物過(guò)程中的注視模式研究中放棄使用頭戴式眼動(dòng)儀，轉(zhuǎn)而使用遙測(cè)式眼動(dòng)儀：第一，頭戴式眼動(dòng)儀導(dǎo)致被試者流失率較高，因?yàn)槎鄶?shù)嬰兒無(wú)法忍受頭上戴著儀器；第二，使用頭戴式眼動(dòng)儀時(shí)，研究人員無(wú)法百分比確定嬰兒是否將目光放在了物體上，也很難對(duì)注視模式進(jìn)行更為精確的空間分析。

田納西州立大學(xué)簡(jiǎn)介
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行業(yè)：學(xué)術(shù)研究

田納西州立大學(xué)心理系致力于通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)研究來(lái)推動(dòng)心理學(xué)原理與實(shí)踐的發(fā)展，其全體教員也努力以其專業(yè)服務(wù)促進(jìn)心理學(xué)科的建設(shè)。想要了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)其網(wǎng)站：http://psychology.utk.edu/

研究背景

視覺(jué)在人類對(duì)周圍事物的探測(cè)、辨認(rèn)和理解中有著至關(guān)重要的作用。

利用眼動(dòng)追蹤技術(shù)研究行為，能讓研究者更加深入地了解嬰兒每時(shí)每刻在與周圍環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)時(shí)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)認(rèn)知與行為。眼動(dòng)追蹤技術(shù)不僅能詳細(xì)記錄嬰兒行為發(fā)生之前、之中以及之后的視覺(jué)探索，提供嬰兒在執(zhí)行行為之前與之中的特殊細(xì)節(jié)，還能夠揭示知覺(jué)與行為如何對(duì)記憶形成、決策制定、行為計(jì)劃及動(dòng)作糾正的認(rèn)知過(guò)程產(chǎn)生作用。

然而，對(duì)嬰兒在真實(shí)三維物體或場(chǎng)景中的眼動(dòng)追蹤研究卻寥寥無(wú)幾，而針對(duì)嬰兒在選擇或決定做出某種行為時(shí)的眼動(dòng)模式所進(jìn)行的研究更是少之又少。

田納西州立大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)使用了頭戴式眼動(dòng)追蹤與遙控眼動(dòng)追蹤這兩種不同的眼動(dòng)追蹤方法和設(shè)備對(duì)嬰兒在真實(shí)三維物體環(huán)境中的目的指向行為進(jìn)行研究。
 
頭戴式眼動(dòng)儀

使用頭戴式眼動(dòng)儀時(shí)，被試者需要佩戴頭盔、頭箍或者目鏡。在設(shè)計(jì)上，此類眼動(dòng)儀通常重量比較輕，以免妨礙被試者的頭部動(dòng)作，且具備各種尺寸以適應(yīng)兒童頭部大小。頭盔、頭箍或目鏡中裝有兩個(gè)微型攝像頭，用以追蹤和記錄被試者的眼動(dòng)數(shù)據(jù)。

頭戴式眼動(dòng)儀的優(yōu)缺點(diǎn)

通過(guò)頭戴式眼動(dòng)儀，被試者可以自由移動(dòng)自己的頭部來(lái)探索周圍環(huán)境，與此同時(shí)，他們的眼部運(yùn)動(dòng)也被記錄了下來(lái)。有些頭戴式眼動(dòng)儀甚至無(wú)需用電線連接電腦，使得被試者能夠在三維空間里活動(dòng)或者從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間。

不過(guò)，嬰兒并非總是愿意戴著這些儀器，所以在嬰兒頭部放置眼動(dòng)儀實(shí)非易事。而且嬰兒還可能會(huì)嘗試去抓或摘下頭上的儀器。實(shí)驗(yàn)人員解決這一難題的方法之一，就是一邊播放嬰兒喜歡的視頻來(lái)轉(zhuǎn)移嬰兒的注意力，一邊調(diào)整嬰兒頭上的眼動(dòng)儀。

除此之外，嬰兒也無(wú)法像年長(zhǎng)的兒童或者成年人那樣會(huì)對(duì)指令做出反應(yīng)，使得儀器校準(zhǔn)變得困難重重。為了解決這一問(wèn)題，研究人員必須利用有趣的玩具來(lái)吸引嬰兒的注意，直到完成儀器校準(zhǔn)。

在數(shù)據(jù)的分析與闡釋方面，頭戴式眼動(dòng)儀也有所不足。這種眼動(dòng)儀給出的注視精準(zhǔn)度局限于設(shè)定好的二維平面校準(zhǔn)區(qū)域，超出這個(gè)校準(zhǔn)區(qū)域的三維眼動(dòng)追蹤會(huì)降低測(cè)量值的準(zhǔn)確度。另外一方面，雖然被試者在戴著眼動(dòng)儀時(shí)頭部可以自由移動(dòng)，但眼睛是長(zhǎng)在頭部的，因此在進(jìn)行十字校準(zhǔn)時(shí)，校準(zhǔn)結(jié)果可能是眼部運(yùn)動(dòng)再加上頭部運(yùn)動(dòng)造成的。

頭戴式眼動(dòng)儀能夠提供嬰兒對(duì)某場(chǎng)景較為精確的注視點(diǎn)位置，但對(duì)于嬰兒探索物體或場(chǎng)景細(xì)節(jié)時(shí)更為精細(xì)的眼部運(yùn)動(dòng)，則很難能獲取到。

遙測(cè)式眼動(dòng)儀

遙測(cè)式眼動(dòng)儀只能跟蹤針對(duì)固定空間場(chǎng)景的眼部運(yùn)動(dòng)，因此往往比頭戴式眼動(dòng)儀更受局限。這類儀器通常用以記錄對(duì)電腦屏幕所顯示影像或動(dòng)畫(huà)的注視數(shù)據(jù)，但其實(shí)對(duì)更遠(yuǎn)處場(chǎng)景（例如離被試者兩至三米遠(yuǎn)的投影或者在觸手可及范圍之內(nèi)或之外的三維物體）的注視數(shù)據(jù)也能夠記錄。

遙測(cè)式眼動(dòng)儀的優(yōu)缺點(diǎn)

對(duì)于研究嬰兒的實(shí)驗(yàn)人員來(lái)說(shuō)，遙測(cè)式眼動(dòng)儀更有吸引力，因?yàn)檫@類儀器無(wú)需被試者時(shí)刻戴著頭盔或設(shè)備便能記錄下眼部運(yùn)動(dòng)，也不要求被試者頭部保持某種固定姿勢(shì)。

遙測(cè)式眼動(dòng)儀的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具備更高的抽樣頻率。目前市場(chǎng)上大部分供嬰兒使用的遙測(cè)式眼動(dòng)儀所能提供的取樣頻率都在60至300赫茲之間，這與嬰兒用頭戴式眼動(dòng)儀比起來(lái)，注視數(shù)據(jù)在細(xì)節(jié)和準(zhǔn)確度上都有顯著提高。

另外，使用這種眼動(dòng)儀時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員不需要調(diào)節(jié)嬰兒頭上的眼動(dòng)儀，實(shí)驗(yàn)也能很快進(jìn)入到校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)，這一點(diǎn)對(duì)于以嬰兒這類注意力持續(xù)時(shí)間短的對(duì)象所進(jìn)行的研究來(lái)說(shuō)，確實(shí)是一大優(yōu)勢(shì)。

但是，遙測(cè)式眼動(dòng)儀也有一個(gè)重大缺點(diǎn)，就是一旦被試者把臉部背向眼動(dòng)儀或者側(cè)向一邊時(shí)，眼動(dòng)儀就無(wú)法跟蹤到其瞳孔，從而使數(shù)據(jù)遭受損失。當(dāng)被試者又轉(zhuǎn)過(guò)頭正對(duì)著眼動(dòng)儀時(shí)，有些眼動(dòng)儀能夠立刻重新跟蹤他們的視線，另外一些則會(huì)連接至被試者頭部戴著的動(dòng)作跟蹤器或者探頭。被試者在轉(zhuǎn)動(dòng)頭部或者做出其他妨礙眼球追蹤的動(dòng)作時(shí)會(huì)導(dǎo)致眼動(dòng)數(shù)據(jù)的丟失，這對(duì)于嬰兒研究構(gòu)成了一大問(wèn)題，在這種情況下，研究者必須確定在某個(gè)特定的測(cè)試環(huán)境中，數(shù)據(jù)丟失的數(shù)量不超過(guò)哪個(gè)范圍內(nèi)才不會(huì)對(duì)獲得有效可靠的研究結(jié)果造成影響。

當(dāng)然，從積極的方面來(lái)說(shuō)，其中有些遙測(cè)式眼動(dòng)儀公司所提供的軟件能夠產(chǎn)生視頻和關(guān)于被試者對(duì)某場(chǎng)景或刺激源的注視模式的文本，這些比起平淡呆板的十字坐標(biāo)來(lái)說(shuō)，更便于制作和理解。

兩種方法在關(guān)于嬰兒伸手探物的研究中的使用經(jīng)驗(yàn)

對(duì)于嬰兒是否依靠視力來(lái)學(xué)習(xí)如何探物這一點(diǎn)，學(xué)術(shù)界一直爭(zhēng)論不休。有些研究表明嬰幼兒可以在黑暗環(huán)境中不需要看到雙手便會(huì)伸手探物；更有些研究發(fā)現(xiàn)，比起視力，嬰兒更依賴于本體感受來(lái)指導(dǎo)自己的胳膊伸向目標(biāo)物。因此，為了重新審視和進(jìn)一步了解知覺(jué)動(dòng)作在嬰兒探物過(guò)程中是如何發(fā)生的，研究者便對(duì)記錄與手臂運(yùn)動(dòng)相關(guān)的眼部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了興趣，并希望解決以下幾個(gè)基本問(wèn)題：

• 嬰兒在探物之前與之中時(shí)有否看向目標(biāo)物體？
• 嬰兒最初是否只是看向物體所在位置，還是會(huì)辨認(rèn)基本的物體特征？
• 在探物時(shí)，嬰兒是如何將上述視覺(jué)信息與自己的動(dòng)作結(jié)合起來(lái)的？

頭戴式眼動(dòng)儀似乎是解決這些問(wèn)題的好方法。這是因?yàn)椋菏紫?，眼?dòng)追蹤攝像頭靠近觀測(cè)者的眼睛，因此呈現(xiàn)在嬰兒探物范圍內(nèi)的目標(biāo)物體不會(huì)到阻礙眼部運(yùn)動(dòng)的記錄；其次，大多數(shù)頭戴式眼動(dòng)儀都能夠與電腦化設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，使得研究人員可將嬰兒對(duì)目標(biāo)物體的注視與其探向目標(biāo)物的手臂動(dòng)作同步起來(lái)。

然而，基于以下兩個(gè)原因，研究人員放棄了頭戴式眼動(dòng)儀，轉(zhuǎn)而使用遙測(cè)式眼動(dòng)儀來(lái)研究嬰兒探物時(shí)的注視模式。第一，使用頭戴式眼動(dòng)儀造成了高達(dá)64%的被試者流失率；在75個(gè)嬰兒被試者中，研究人員只成功收集了27名嬰兒的可用數(shù)據(jù)，這是因?yàn)楹芏鄫雰憾疾荒苋淌茴^部戴著儀器，或者研究人員無(wú)法圓滿地將系統(tǒng)校準(zhǔn)好。第二，在以往使用頭戴式眼動(dòng)儀所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，研究人員無(wú)法百分百確定嬰兒是否將目光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物，而只能分辨出嬰兒是否注意到了目標(biāo)物以及是否大略掃視了目標(biāo)物的方位和形狀，對(duì)于更為精確的注視模式空間分析則很難做到。

在新的實(shí)驗(yàn)中，研究人員繼續(xù)探究嬰兒如何利用視力來(lái)了解物體的方位和形狀并將此信息與運(yùn)用到動(dòng)作的執(zhí)行當(dāng)中，不過(guò)更具體來(lái)說(shuō)，他們是想要評(píng)估嬰兒是否能夠根據(jù)自身以往對(duì)某物體的注視模式經(jīng)驗(yàn)來(lái)做出更為精確的探物決定。例如，在目標(biāo)物是杯子或帶手柄的工具類似物時(shí)，研究人員想要弄清嬰兒是否能視覺(jué)辨認(rèn)出物體的的整體抑或只是一部分（比如杯子VS杯柄）、是否會(huì)更加仔細(xì)查看物體的某些部位（比如杯柄）以及是否會(huì)利用這種視覺(jué)信息來(lái)決定如何指導(dǎo)自己的手拿起該物體。遙測(cè)式眼動(dòng)儀是進(jìn)行此類研究分析的有用工具。

研究人員需要解決兩大難題：一是如何在不妨礙眼動(dòng)追蹤的情況下將目標(biāo)物呈現(xiàn)在嬰兒前；二是創(chuàng)建一個(gè)校準(zhǔn)好的二維空間參照系以確保物體呈現(xiàn)在嬰兒面前時(shí)嬰兒在對(duì)三維物體的注視精確度得以保留。

眼動(dòng)追蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，物體置于嬰兒觸手可及的范圍內(nèi)時(shí)，嬰兒在伸手探物前并沒(méi)有掃視該物。當(dāng)把物體放在嬰兒夠不著的地方時(shí)，研究人員便能更好地控制嬰兒對(duì)物體的注視時(shí)間，也能更好地確定嬰兒在伸手探物前將視覺(jué)注力意引向物體的方式與位置。

使用遙測(cè)式眼動(dòng)儀之后，被試者流失率降低至59%；在37名被試嬰兒中，有15位的眼動(dòng)數(shù)據(jù)是可用的。更重要的是，遙測(cè)式眼動(dòng)儀能夠幫助研究人員準(zhǔn)確辨別出嬰兒在探物前的視覺(jué)注意所在處以及將此視覺(jué)信息與嬰兒如何對(duì)物體執(zhí)行探物模式聯(lián)系起來(lái)。

最后一點(diǎn)，使用眼動(dòng)儀對(duì)嬰兒目的指向行為進(jìn)行研究所獲得的最寶貴的經(jīng)驗(yàn)就是，細(xì)節(jié)乃重中之重。從眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)中研究人員很快便發(fā)現(xiàn)，模式化細(xì)節(jié)、物體材質(zhì)、顏色對(duì)比及形狀的不同會(huì)改變嬰兒對(duì)物體的注視模式，進(jìn)而影響了他們的探物模式。