實驗簡介

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田納西州立大學心理系

實驗目標

本實驗的目標在于評估和對比兩種眼動儀及眼動追蹤方法在針對嬰兒如何使用視覺信息來計劃和執(zhí)行探物動作的研究中分別有何優(yōu)缺點和作用。

實驗工具與方法

本實驗使用了Tobii獨立遙測式眼動儀來與以往研究及頭戴式眼動儀進行對比。

實驗結論

有兩個原因促使實驗人員在針對嬰兒探物過程中的注視模式研究中放棄使用頭戴式眼動儀，轉(zhuǎn)而使用遙測式眼動儀：第一，頭戴式眼動儀導致被試者流失率較高，因為多數(shù)嬰兒無法忍受頭上戴著儀器；第二，使用頭戴式眼動儀時，研究人員無法百分比確定嬰兒是否將目光放在了物體上，也很難對注視模式進行更為精確的空間分析。

田納西州立大學簡介
網(wǎng)址：http://psychology.utk.edu/
地址：美國田納西州諾克斯維爾
行業(yè)：學術研究

田納西州立大學心理系致力于通過嚴謹?shù)膶W術研究來推動心理學原理與實踐的發(fā)展，其全體教員也努力以其專業(yè)服務促進心理學科的建設。想要了解更多信息，請訪問其網(wǎng)站：http://psychology.utk.edu/

研究背景

視覺在人類對周圍事物的探測、辨認和理解中有著至關重要的作用。

利用眼動追蹤技術研究行為，能讓研究者更加深入地了解嬰兒每時每刻在與周圍環(huán)境進行互動時的實時動態(tài)認知與行為。眼動追蹤技術不僅能詳細記錄嬰兒行為發(fā)生之前、之中以及之后的視覺探索，提供嬰兒在執(zhí)行行為之前與之中的特殊細節(jié)，還能夠揭示知覺與行為如何對記憶形成、決策制定、行為計劃及動作糾正的認知過程產(chǎn)生作用。

然而，對嬰兒在真實三維物體或場景中的眼動追蹤研究卻寥寥無幾，而針對嬰兒在選擇或決定做出某種行為時的眼動模式所進行的研究更是少之又少。

田納西州立大學的一支研究團隊使用了頭戴式眼動追蹤與遙控眼動追蹤這兩種不同的眼動追蹤方法和設備對嬰兒在真實三維物體環(huán)境中的目的指向行為進行研究。
 
頭戴式眼動儀

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

頭戴式眼動儀的優(yōu)缺點

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

不過，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儀實非易事。而且嬰兒還可能會嘗試去抓或摘下頭上的儀器。實驗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轉(zhuǎn)移嬰兒的注意力，一邊調(diào)整嬰兒頭上的眼動儀。

除此之外，嬰兒也無法像年長的兒童或者成年人那樣會對指令做出反應，使得儀器校準變得困難重重。為了解決這一問題，研究人員必須利用有趣的玩具來吸引嬰兒的注意，直到完成儀器校準。

在數(shù)據(jù)的分析與闡釋方面，頭戴式眼動儀也有所不足。這種眼動儀給出的注視精準度局限于設定好的二維平面校準區(qū)域，超出這個校準區(qū)域的三維眼動追蹤會降低測量值的準確度。另外一方面，雖然被試者在戴著眼動儀時頭部可以自由移動，但眼睛是長在頭部的，因此在進行十字校準時，校準結果可能是眼部運動再加上頭部運動造成的。

頭戴式眼動儀能夠提供嬰兒對某場景較為精確的注視點位置，但對于嬰兒探索物體或場景細節(jié)時更為精細的眼部運動，則很難能獲取到。

遙測式眼動儀

遙測式眼動儀只能跟蹤針對固定空間場景的眼部運動，因此往往比頭戴式眼動儀更受局限。這類儀器通常用以記錄對電腦屏幕所顯示影像或動畫的注視數(shù)據(jù)，但其實對更遠處場景（例如離被試者兩至三米遠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。

遙測式眼動儀的優(yōu)缺點

對于研究嬰兒的實驗人員來說，遙測式眼動儀更有吸引力，因為這類儀器無需被試者時刻戴著頭盔或設備便能記錄下眼部運動，也不要求被試者頭部保持某種固定姿勢。

遙測式眼動儀的另一個優(yōu)點是具備更高的抽樣頻率。目前市場上大部分供嬰兒使用的遙測式眼動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儀比起來，注視數(shù)據(jù)在細節(jié)和準確度上都有顯著提高。

另外，使用這種眼動儀時，實驗人員不需要調(diào)節(jié)嬰兒頭上的眼動儀，實驗也能很快進入到校準和數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)，這一點對于以嬰兒這類注意力持續(xù)時間短的對象所進行的研究來說，確實是一大優(yōu)勢。

但是，遙測式眼動儀也有一個重大缺點，就是一旦被試者把臉部背向眼動儀或者側向一邊時，眼動儀就無法跟蹤到其瞳孔，從而使數(shù)據(jù)遭受損失。當被試者又轉(zhuǎn)過頭正對著眼動儀時，有些眼動儀能夠立刻重新跟蹤他們的視線，另外一些則會連接至被試者頭部戴著的動作跟蹤器或者探頭。被試者在轉(zhuǎn)動頭部或者做出其他妨礙眼球追蹤的動作時會導致眼動數(shù)據(jù)的丟失，這對于嬰兒研究構成了一大問題，在這種情況下，研究者必須確定在某個特定的測試環(huán)境中，數(shù)據(jù)丟失的數(shù)量不超過哪個范圍內(nèi)才不會對獲得有效可靠的研究結果造成影響。

當然，從積極的方面來說，其中有些遙測式眼動儀公司所提供的軟件能夠產(chǎn)生視頻和關于被試者對某場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來說，更便于制作和理解。

兩種方法在關于嬰兒伸手探物的研究中的使用經(jīng)驗

對于嬰兒是否依靠視力來學習如何探物這一點，學術界一直爭論不休。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指導自己的胳膊伸向目標物。因此，為了重新審視和進一步了解知覺動作在嬰兒探物過程中是如何發(fā)生的，研究者便對記錄與手臂運動相關的眼部運動產(chǎn)生了興趣，并希望解決以下幾個基本問題：

• 嬰兒在探物之前與之中時有否看向目標物體？
• 嬰兒最初是否只是看向物體所在位置，還是會辨認基本的物體特征？
• 在探物時，嬰兒是如何將上述視覺信息與自己的動作結合起來的？

頭戴式眼動儀似乎是解決這些問題的好方法。這是因為：首先，眼動追蹤攝像頭靠近觀測者的眼睛，因此呈現(xiàn)在嬰兒探物范圍內(nèi)的目標物體不會到阻礙眼部運動的記錄；其次，大多數(shù)頭戴式眼動儀都能夠與電腦化設備進行數(shù)據(jù)交流，使得研究人員可將嬰兒對目標物體的注視與其探向目標物的手臂動作同步起來。

然而，基于以下兩個原因，研究人員放棄了頭戴式眼動儀，轉(zhuǎn)而使用遙測式眼動儀來研究嬰兒探物時的注視模式。第一，使用頭戴式眼動儀造成了高達64%的被試者流失率；在75個嬰兒被試者中，研究人員只成功收集了27名嬰兒的可用數(shù)據(jù)，這是因為很多嬰兒都不能忍受頭部戴著儀器，或者研究人員無法圓滿地將系統(tǒng)校準好。第二，在以往使用頭戴式眼動儀所進行的實驗中，研究人員無法百分百確定嬰兒是否將目光對準目標物，而只能分辨出嬰兒是否注意到了目標物以及是否大略掃視了目標物的方位和形狀，對于更為精確的注視模式空間分析則很難做到。

在新的實驗中，研究人員繼續(xù)探究嬰兒如何利用視力來了解物體的方位和形狀并將此信息與運用到動作的執(zhí)行當中，不過更具體來說，他們是想要評估嬰兒是否能夠根據(jù)自身以往對某物體的注視模式經(jīng)驗來做出更為精確的探物決定。例如，在目標物是杯子或帶手柄的工具類似物時，研究人員想要弄清嬰兒是否能視覺辨認出物體的的整體抑或只是一部分（比如杯子VS杯柄）、是否會更加仔細查看物體的某些部位（比如杯柄）以及是否會利用這種視覺信息來決定如何指導自己的手拿起該物體。遙測式眼動儀是進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追蹤的情況下將目標物呈現(xiàn)在嬰兒前；二是創(chuàng)建一個校準好的二維空間參照系以確保物體呈現(xiàn)在嬰兒面前時嬰兒在對三維物體的注視精確度得以保留。

眼動追蹤實驗結果證實，物體置于嬰兒觸手可及的范圍內(nèi)時，嬰兒在伸手探物前并沒有掃視該物。當把物體放在嬰兒夠不著的地方時，研究人員便能更好地控制嬰兒對物體的注視時間，也能更好地確定嬰兒在伸手探物前將視覺注力意引向物體的方式與位置。

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

最后一點，使用眼動儀對嬰兒目的指向行為進行研究所獲得的最寶貴的經(jīng)驗就是，細節(jié)乃重中之重。從眼動實驗中研究人員很快便發(fā)現(xiàn)，模式化細節(jié)、物體材質(zhì)、顏色對比及形狀的不同會改變嬰兒對物體的注視模式，進而影響了他們的探物模式。