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實驗簡介

客戶

田(tian)納西州(zhou)立大(da)學(xue)心理(li)系

實驗目標

本實驗的目標在(zai)于評估(gu)和對比(bi)兩種眼(yan)動儀及眼(yan)動追蹤方(fang)法在(zai)針(zhen)對嬰(ying)兒(er)如何使(shi)用視(shi)覺(jue)信息(xi)來計劃和執行探(tan)物動作的研究中分(fen)別有何優(you)缺點和作用。

實驗工具與方法

本實驗使用(yong)了Tobii獨立遙(yao)測式眼(yan)動儀(yi)來與以往研究及頭戴(dai)式眼(yan)動儀(yi)進(jin)行對(dui)比。

實驗結論

有(you)兩個原因(yin)促使(shi)實驗人員在針對嬰(ying)兒(er)探物(wu)過程中的注視模式(shi)研究中放棄(qi)使(shi)用(yong)頭(tou)戴(dai)(dai)式(shi)眼(yan)動(dong)儀(yi)，轉(zhuan)而(er)使(shi)用(yong)遙(yao)測(ce)式(shi)眼(yan)動(dong)儀(yi)：第(di)一，頭(tou)戴(dai)(dai)式(shi)眼(yan)動(dong)儀(yi)導致(zhi)被(bei)試者流(liu)失(shi)率較高(gao)，因(yin)為(wei)多數嬰(ying)兒(er)無法忍受頭(tou)上戴(dai)(dai)著(zhu)儀(yi)器；第(di)二，使(shi)用(yong)頭(tou)戴(dai)(dai)式(shi)眼(yan)動(dong)儀(yi)時，研究人員無法百分比確定嬰(ying)兒(er)是否將目光放在了物(wu)體上，也很難對注視模式(shi)進行(xing)更為(wei)精確的空間(jian)分析(xi)。

田納西州立大學簡介
網址：
地址：美國田納西州諾克斯維爾
行業：學術研究

田(tian)納西州立大學(xue)心(xin)理(li)系(xi)致力(li)于通過(guo)嚴謹的學(xue)術(shu)研究來推(tui)動(dong)心(xin)理(li)學(xue)原(yuan)理(li)與(yu)實踐的發展(zhan)，其(qi)全體教員也努力(li)以其(qi)專業服務促進(jin)心(xin)理(li)學(xue)科(ke)的建設。想要了解更多信息，請訪問其(qi)網(wang)站：

研究背景

視覺在人類對周圍事物(wu)的(de)探測、辨認和理解中有(you)著至關(guan)重要的(de)作(zuo)用(yong)。

利(li)用眼(yan)動(dong)追蹤技術研(yan)究行(xing)(xing)為，能讓研(yan)究者(zhe)更(geng)加深入地了解嬰兒每時每刻在與(yu)周圍環境(jing)進行(xing)(xing)互(hu)動(dong)時的(de)實時動(dong)態認知(zhi)(zhi)與(yu)行(xing)(xing)為。眼(yan)動(dong)追蹤技術不僅能詳細記錄嬰兒行(xing)(xing)為發(fa)生(sheng)之(zhi)前(qian)、之(zhi)中以(yi)及(ji)之(zhi)后的(de)視覺探索，提供嬰兒在執行(xing)(xing)行(xing)(xing)為之(zhi)前(qian)與(yu)之(zhi)中的(de)特殊細節，還能夠揭示知(zhi)(zhi)覺與(yu)行(xing)(xing)為如何(he)對記憶形(xing)成(cheng)、決策制定、行(xing)(xing)為計劃及(ji)動(dong)作糾正(zheng)的(de)認知(zhi)(zhi)過(guo)程產生(sheng)作用。

然而(er)(er)，對嬰(ying)兒在真實三維物(wu)體或(huo)場景(jing)中的眼動追(zhui)蹤研究(jiu)(jiu)卻(que)寥(liao)(liao)寥(liao)(liao)無幾，而(er)(er)針(zhen)對嬰(ying)兒在選(xuan)擇或(huo)決定做出某(mou)種行為時的眼動模式所進(jin)行的研究(jiu)(jiu)更是少(shao)之又少(shao)。

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境中的目的指向行為進行研究。
 
頭戴式眼動儀

使用頭(tou)(tou)(tou)戴式(shi)眼(yan)(yan)動儀時，被試(shi)(shi)者(zhe)需要佩戴頭(tou)(tou)(tou)盔(kui)、頭(tou)(tou)(tou)箍(gu)(gu)或者(zhe)目(mu)鏡。在設計上(shang)，此類眼(yan)(yan)動儀通常重量比較輕(qing)，以(yi)(yi)免妨礙被試(shi)(shi)者(zhe)的頭(tou)(tou)(tou)部動作，且具備各種尺寸以(yi)(yi)適應兒童頭(tou)(tou)(tou)部大小。頭(tou)(tou)(tou)盔(kui)、頭(tou)(tou)(tou)箍(gu)(gu)或目(mu)鏡中裝有(you)兩個微型攝像頭(tou)(tou)(tou)，用以(yi)(yi)追蹤(zong)和記(ji)錄被試(shi)(shi)者(zhe)的眼(yan)(yan)動數(shu)據。

頭戴式眼動儀的優缺點

通過頭(tou)戴式眼(yan)動(dong)儀，被(bei)試者可以自由移動(dong)自己的頭(tou)部(bu)來探(tan)索周圍環境，與此同(tong)時，他們的眼(yan)部(bu)運動(dong)也被(bei)記錄了下(xia)來。有些頭(tou)戴式眼(yan)動(dong)儀甚至(zhi)無需用電(dian)線連接電(dian)腦，使得被(bei)試者能夠在三維(wei)空間里活動(dong)或者從一個(ge)(ge)房間走到(dao)另一個(ge)(ge)房間。

不過(guo)，嬰(ying)(ying)(ying)兒(er)并非總是(shi)愿(yuan)意戴(dai)著(zhu)這(zhe)些儀器，所以在嬰(ying)(ying)(ying)兒(er)頭(tou)部放置眼動儀實(shi)非易事。而(er)且嬰(ying)(ying)(ying)兒(er)還(huan)可能(neng)會嘗試去(qu)抓或摘下頭(tou)上(shang)(shang)的儀器。實(shi)驗(yan)人員(yuan)解決這(zhe)一(yi)難題的方法之一(yi)，就是(shi)一(yi)邊(bian)播(bo)放嬰(ying)(ying)(ying)兒(er)喜歡的視頻來轉(zhuan)移嬰(ying)(ying)(ying)兒(er)的注意力，一(yi)邊(bian)調整嬰(ying)(ying)(ying)兒(er)頭(tou)上(shang)(shang)的眼動儀。

除此之外，嬰兒(er)也無法(fa)像年長的(de)兒(er)童或(huo)者成(cheng)年人那樣會對指令做出反(fan)應，使得儀器校準(zhun)變得困難重重。為了解決這(zhe)一問題(ti)，研究人員必須利用有趣的(de)玩具來吸引嬰兒(er)的(de)注意，直到完(wan)成(cheng)儀器校準(zhun)。

在數據的(de)(de)分析與闡釋方面(mian)，頭(tou)(tou)戴(dai)式眼(yan)(yan)動(dong)(dong)儀也有所(suo)不足。這種眼(yan)(yan)動(dong)(dong)儀給(gei)出的(de)(de)注視精準(zhun)(zhun)(zhun)度(du)局限于設定好(hao)的(de)(de)二維平(ping)面(mian)校準(zhun)(zhun)(zhun)區(qu)域，超出這個(ge)校準(zhun)(zhun)(zhun)區(qu)域的(de)(de)三維眼(yan)(yan)動(dong)(dong)追蹤會降低測量值的(de)(de)準(zhun)(zhun)(zhun)確度(du)。另外一方面(mian)，雖(sui)然被試者(zhe)在戴(dai)著眼(yan)(yan)動(dong)(dong)儀時頭(tou)(tou)部(bu)(bu)(bu)可(ke)以自由移動(dong)(dong)，但(dan)眼(yan)(yan)睛是(shi)長(chang)在頭(tou)(tou)部(bu)(bu)(bu)的(de)(de)，因此在進行十字校準(zhun)(zhun)(zhun)時，校準(zhun)(zhun)(zhun)結(jie)果可(ke)能是(shi)眼(yan)(yan)部(bu)(bu)(bu)運動(dong)(dong)再加(jia)上頭(tou)(tou)部(bu)(bu)(bu)運動(dong)(dong)造成(cheng)的(de)(de)。

頭戴式眼動儀能夠提供嬰兒(er)對某場景(jing)較(jiao)為精(jing)確的(de)注視點位(wei)置(zhi)，但對于嬰兒(er)探索(suo)物(wu)體或場景(jing)細節時更為精(jing)細的(de)眼部運(yun)動，則很難能獲取到。

遙測式眼動儀

遙測(ce)式(shi)眼動(dong)儀只能跟蹤針對(dui)固定空(kong)間場景的(de)(de)(de)眼部運動(dong)，因(yin)此(ci)往往比頭戴式(shi)眼動(dong)儀更(geng)受局限(xian)。這(zhe)類儀器通(tong)常用以記錄(lu)對(dui)電腦屏幕所顯(xian)示影(ying)像或動(dong)畫(hua)的(de)(de)(de)注視數(shu)據(ju)，但其實對(dui)更(geng)遠處(chu)場景（例(li)如離被試(shi)者(zhe)兩(liang)至三米遠的(de)(de)(de)投影(ying)或者(zhe)在觸(chu)手可及(ji)范圍之內或之外的(de)(de)(de)三維物體）的(de)(de)(de)注視數(shu)據(ju)也能夠記錄(lu)。

遙測式眼動儀的優缺點

對于研究嬰兒的(de)實(shi)驗人(ren)員(yuan)來說，遙(yao)測式眼(yan)動儀更有(you)吸引(yin)力，因為這類儀器無需被試(shi)(shi)者時(shi)刻戴著頭盔(kui)或設備便能記錄下眼(yan)部(bu)運動，也不要求被試(shi)(shi)者頭部(bu)保持某種固定姿勢。

遙測式(shi)眼(yan)(yan)(yan)動儀的(de)另一個優點是具備(bei)更(geng)高的(de)抽樣頻率(lv)。目前市場上大部分供(gong)嬰兒使用的(de)遙測式(shi)眼(yan)(yan)(yan)動儀所(suo)能提供(gong)的(de)取樣頻率(lv)都(dou)在(zai)60至300赫茲之間，這與(yu)嬰兒用頭戴(dai)式(shi)眼(yan)(yan)(yan)動儀比起(qi)來，注視數(shu)據在(zai)細節和準確度上都(dou)有顯著提高。

另外，使用這種(zhong)眼動(dong)儀(yi)時(shi)，實(shi)驗(yan)人員不(bu)需要調節嬰(ying)兒(er)頭上的眼動(dong)儀(yi)，實(shi)驗(yan)也能很(hen)快進(jin)入到校(xiao)準和數據收集環節，這一點對(dui)于以嬰(ying)兒(er)這類注意力持續時(shi)間短(duan)的對(dui)象所進(jin)行的研(yan)究來說，確(que)實(shi)是(shi)一大優勢。

但是，遙測式(shi)眼(yan)(yan)動(dong)儀也有一(yi)(yi)個重(zhong)大(da)缺點(dian)，就(jiu)是一(yi)(yi)旦被試(shi)者(zhe)(zhe)把臉部(bu)背向眼(yan)(yan)動(dong)儀或者(zhe)(zhe)側向一(yi)(yi)邊(bian)時，眼(yan)(yan)動(dong)儀就(jiu)無法跟(gen)(gen)蹤到其瞳(tong)孔，從而使數據遭受損失。當被試(shi)者(zhe)(zhe)又轉過頭(tou)(tou)正對(dui)著(zhu)眼(yan)(yan)動(dong)儀時，有些眼(yan)(yan)動(dong)儀能夠(gou)立刻(ke)重(zhong)新跟(gen)(gen)蹤他們(men)的(de)視線，另外(wai)一(yi)(yi)些則會(hui)(hui)連(lian)接(jie)至被試(shi)者(zhe)(zhe)頭(tou)(tou)部(bu)戴著(zhu)的(de)動(dong)作(zuo)跟(gen)(gen)蹤器(qi)或者(zhe)(zhe)探頭(tou)(tou)。被試(shi)者(zhe)(zhe)在(zai)轉動(dong)頭(tou)(tou)部(bu)或者(zhe)(zhe)做出其他妨礙眼(yan)(yan)球追蹤的(de)動(dong)作(zuo)時會(hui)(hui)導(dao)致眼(yan)(yan)動(dong)數據的(de)丟(diu)失，這對(dui)于嬰兒研究(jiu)構成了一(yi)(yi)大(da)問題，在(zai)這種情況下(xia)，研究(jiu)者(zhe)(zhe)必須確(que)定在(zai)某(mou)個特定的(de)測試(shi)環境中，數據丟(diu)失的(de)數量不超過哪(na)個范圍內才不會(hui)(hui)對(dui)獲得有效可靠(kao)的(de)研究(jiu)結果造成影響。

當然(ran)，從積極的方面(mian)來說，其中有些(xie)遙測(ce)式(shi)眼動儀公(gong)司(si)所(suo)提(ti)供的軟件能夠產(chan)生視(shi)頻(pin)和(he)關于被試者對某場景或(huo)刺激源的注視(shi)模式(shi)的文本，這些(xie)比起平淡呆(dai)板的十(shi)字坐標來說，更便于制作和(he)理解。

兩種方法在關于嬰兒伸手探物的研究中的使用經驗

對于(yu)嬰兒(er)是(shi)否依靠視力來學(xue)習如(ru)何探物(wu)這一點，學(xue)術界一直爭論不休。有些研(yan)(yan)究表(biao)明嬰幼兒(er)可以(yi)在黑暗環境中不需要看(kan)到雙手(shou)便會(hui)伸手(shou)探物(wu)；更(geng)有些研(yan)(yan)究發(fa)現，比起視力，嬰兒(er)更(geng)依賴(lai)于(yu)本體感受來指導自己的胳膊(bo)伸向目標物(wu)。因此，為(wei)了(le)(le)重(zhong)新(xin)審視和進(jin)一步了(le)(le)解(jie)知覺動作(zuo)在嬰兒(er)探物(wu)過程中是(shi)如(ru)何發(fa)生的，研(yan)(yan)究者(zhe)便對記錄(lu)與(yu)手(shou)臂運動相關的眼部運動產生了(le)(le)興趣，并希望(wang)解(jie)決以(yi)下幾個基(ji)本問(wen)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(shi)眼(yan)動(dong)(dong)儀似乎(hu)是解決這些(xie)問題的(de)(de)好方法。這是因為：首先，眼(yan)動(dong)(dong)追蹤攝像頭靠近觀測者(zhe)的(de)(de)眼(yan)睛(jing)，因此呈現在嬰兒(er)探物范(fan)圍(wei)內的(de)(de)目(mu)(mu)標物體不會(hui)到阻礙眼(yan)部運(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)記錄；其次，大多(duo)數頭戴式(shi)眼(yan)動(dong)(dong)儀都(dou)能(neng)夠與(yu)電腦化設(she)備進行數據交流，使得研究人員可將嬰兒(er)對(dui)目(mu)(mu)標物體的(de)(de)注視與(yu)其探向目(mu)(mu)標物的(de)(de)手臂(bei)動(dong)(dong)作(zuo)同步起來。

然(ran)而(er)，基(ji)于(yu)以(yi)下兩個(ge)原因，研究(jiu)(jiu)人(ren)員(yuan)放(fang)棄了(le)頭戴式(shi)眼(yan)(yan)(yan)動(dong)儀(yi)，轉而(er)使用(yong)遙測式(shi)眼(yan)(yan)(yan)動(dong)儀(yi)來(lai)研究(jiu)(jiu)嬰兒(er)(er)探物時(shi)的(de)(de)注(zhu)視(shi)模(mo)式(shi)。第(di)一，使用(yong)頭戴式(shi)眼(yan)(yan)(yan)動(dong)儀(yi)造成(cheng)了(le)高達64%的(de)(de)被(bei)試者(zhe)(zhe)流失率；在75個(ge)嬰兒(er)(er)被(bei)試者(zhe)(zhe)中(zhong)，研究(jiu)(jiu)人(ren)員(yuan)只成(cheng)功收集(ji)了(le)27名嬰兒(er)(er)的(de)(de)可(ke)用(yong)數據，這是(shi)因為(wei)很多嬰兒(er)(er)都(dou)不能(neng)忍受(shou)頭部戴著(zhu)儀(yi)器，或者(zhe)(zhe)研究(jiu)(jiu)人(ren)員(yuan)無(wu)法圓滿地將系統校(xiao)準好。第(di)二，在以(yi)往使用(yong)頭戴式(shi)眼(yan)(yan)(yan)動(dong)儀(yi)所進行的(de)(de)實驗中(zhong)，研究(jiu)(jiu)人(ren)員(yuan)無(wu)法百分(fen)百確定嬰兒(er)(er)是(shi)否(fou)將目(mu)光對準目(mu)標物，而(er)只能(neng)分(fen)辨出(chu)嬰兒(er)(er)是(shi)否(fou)注(zhu)意(yi)到了(le)目(mu)標物以(yi)及(ji)是(shi)否(fou)大(da)略掃(sao)視(shi)了(le)目(mu)標物的(de)(de)方位和形狀，對于(yu)更為(wei)精確的(de)(de)注(zhu)視(shi)模(mo)式(shi)空間(jian)分(fen)析則很難(nan)做到。

在(zai)新的(de)(de)(de)(de)實驗(yan)中(zhong)，研究人(ren)員繼續探(tan)究嬰(ying)兒(er)如(ru)何(he)利(li)用(yong)(yong)視(shi)(shi)力來了解物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)方(fang)位(wei)和(he)形狀(zhuang)并將(jiang)此信息與運用(yong)(yong)到動作的(de)(de)(de)(de)執行當中(zhong)，不過更(geng)具(ju)體(ti)(ti)(ti)來說，他們(men)是(shi)想(xiang)要評估(gu)嬰(ying)兒(er)是(shi)否(fou)能夠根據(ju)自身以往對某物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)注(zhu)視(shi)(shi)模式經驗(yan)來做出更(geng)為精確的(de)(de)(de)(de)探(tan)物(wu)(wu)決定(ding)。例如(ru)，在(zai)目(mu)標(biao)物(wu)(wu)是(shi)杯(bei)子或帶手(shou)柄(bing)的(de)(de)(de)(de)工(gong)具(ju)類(lei)似物(wu)(wu)時，研究人(ren)員想(xiang)要弄清(qing)嬰(ying)兒(er)是(shi)否(fou)能視(shi)(shi)覺辨(bian)認出物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)整體(ti)(ti)(ti)抑或只是(shi)一部分（比如(ru)杯(bei)子VS杯(bei)柄(bing)）、是(shi)否(fou)會(hui)更(geng)加(jia)仔細查看物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)某些(xie)部位(wei)（比如(ru)杯(bei)柄(bing)）以及是(shi)否(fou)會(hui)利(li)用(yong)(yong)這種視(shi)(shi)覺信息來決定(ding)如(ru)何(he)指(zhi)導自己的(de)(de)(de)(de)手(shou)拿起該物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)。遙測式眼(yan)動儀(yi)是(shi)進(jin)行此類(lei)研究分析(xi)的(de)(de)(de)(de)有用(yong)(yong)工(gong)具(ju)。

研究(jiu)人(ren)員需要解(jie)決(jue)兩大難題：一是如何在(zai)不妨礙眼動追蹤的(de)情(qing)況下將目標物(wu)(wu)呈(cheng)現在(zai)嬰兒(er)前(qian)；二(er)(er)是創(chuang)建(jian)一個校準好的(de)二(er)(er)維空(kong)間參照系以確(que)保物(wu)(wu)體(ti)呈(cheng)現在(zai)嬰兒(er)面前(qian)時嬰兒(er)在(zai)對三(san)維物(wu)(wu)體(ti)的(de)注視精確(que)度得(de)以保留。

眼動追蹤實驗(yan)結果證實，物(wu)(wu)(wu)體置(zhi)于嬰(ying)(ying)兒觸手(shou)(shou)可及的(de)范圍內時，嬰(ying)(ying)兒在伸手(shou)(shou)探(tan)物(wu)(wu)(wu)前并沒有掃(sao)視(shi)該物(wu)(wu)(wu)。當把物(wu)(wu)(wu)體放在嬰(ying)(ying)兒夠不著的(de)地方(fang)時，研究人員便(bian)能(neng)更好地控制嬰(ying)(ying)兒對物(wu)(wu)(wu)體的(de)注視(shi)時間，也能(neng)更好地確定(ding)嬰(ying)(ying)兒在伸手(shou)(shou)探(tan)物(wu)(wu)(wu)前將(jiang)視(shi)覺(jue)注力意引向物(wu)(wu)(wu)體的(de)方(fang)式與位置(zhi)。

使用遙測式(shi)眼(yan)(yan)動儀之(zhi)后，被(bei)試者流失率降低(di)至59%；在(zai)37名被(bei)試嬰(ying)兒(er)(er)中(zhong)，有15位的眼(yan)(yan)動數據是可(ke)用的。更重(zhong)要(yao)的是，遙測式(shi)眼(yan)(yan)動儀能(neng)夠(gou)幫助研究人員準確辨別出嬰(ying)兒(er)(er)在(zai)探物前的視(shi)覺注意(yi)所在(zai)處以及(ji)將此視(shi)覺信息與嬰(ying)兒(er)(er)如(ru)何對物體執行探物模式(shi)聯系起來。

最(zui)后一(yi)點，使用眼(yan)動(dong)儀對嬰兒目的指向行為進行研(yan)究所獲得的最(zui)寶貴(gui)的經驗就(jiu)是，細(xi)節乃重(zhong)中之重(zhong)。從(cong)眼(yan)動(dong)實(shi)驗中研(yan)究人(ren)員很(hen)快便發(fa)現，模(mo)式化(hua)細(xi)節、物(wu)體材質(zhi)、顏色對比及形(xing)狀的不同會(hui)改(gai)變嬰兒對物(wu)體的注視模(mo)式，進而影響了他們(men)的探物(wu)模(mo)式。