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研究背景

孤獨(du)(du)癥(zheng)(zheng)(zheng)是(shi)一(yi)種帶(dai)有社交缺陷特(te)征的(de)(de)(de)(de)發育障礙，這種病癥(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)患(huan)病人(ren)數在過去的(de)(de)(de)(de)30年中增加了十倍。對孤獨(du)(du)癥(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)診斷(duan)(duan)(duan)取決于是(shi)否每種癥(zheng)(zheng)(zheng)狀都符(fu)合診斷(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)標準(zhun)的(de)(de)(de)(de)正確(que)判斷(duan)(duan)(duan)。這意味(wei)著雖然可以召集專家到現(xian)場(chang)進行(xing)準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)(de)診斷(duan)(duan)(duan)，但卻無法滿足越來越多的(de)(de)(de)(de)孤獨(du)(du)癥(zheng)(zheng)(zheng)診斷(duan)(duan)(duan)需求(qiu)。因此，開發一(yi)套可以被(bei)非專業人(ren)士使用的(de)(de)(de)(de)能夠(gou)準(zhun)確(que)地(di)（準(zhun)度(du)度(du)可與(yu)經(jing)過訓(xun)練的(de)(de)(de)(de)專家相媲(pi)美）對孤獨(du)(du)癥(zheng)(zheng)(zheng)進行(xing)診斷(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)系統是(shi)非常必要的(de)(de)(de)(de)。

眼動(dong)(dong)數據分析就是這套系(xi)統的(de)其(qi)中一(yi)個候選方(fang)案。近年(nian)來(lai)，無需佩戴任(ren)何束縛性設備的(de)非侵入式眼動(dong)(dong)追蹤(zong)系(xi)統的(de)準確度有了很大的(de)提高。這種新技(ji)術已使對嬰幼兒(er)的(de)眼動(dong)(dong)追蹤(zong)測試與成人(ren)一(yi)樣容易。

研究目標

本研究的(de)目標(biao)是(shi)開(kai)發一種既(ji)可(ke)用于(yu)(yu)成年(nian)人也可(ke)用于(yu)(yu)青少年(nian)的(de)通過眼動測(ce)量數(shu)據來識別孤(gu)獨(du)癥個體的(de)定(ding)量方法。

空間-時間眼動模式的記錄與分析

研究團(tuan)隊檢驗(yan)了25名(ming)(ming)孤(gu)獨癥兒童 (平(ping)(ping)均(jun)年(nian)(nian)齡， 3:1 歲)， 25名(ming)(ming)符合此年(nian)(nian)齡段的(de)正(zheng)常兒童(TD children)， 27 名(ming)(ming)ASD成年(nian)(nian)患者 (平(ping)(ping)均(jun)年(nian)(nian)齡30 歲)和(he)27名(ming)(ming)正(zheng)常成年(nian)(nian)人 (平(ping)(ping)均(jun)年(nian)(nian)齡32 歲) 在(zai)觀看(kan)一段截取自幼兒電視節目的(de)生態類(lei)視頻片段時(shi)的(de)時(shi)間(jian)-空間(jian)眼動模式。

這段視(shi)頻(pin)刺激材料長度為77秒，由12個(ge)較短(duan)的(de)(de)(de)包含(han)聲音內(nei)(nei)容(rong)的(de)(de)(de)視(shi)頻(pin)片(pian)斷組成(cheng)，每個(ge)片(pian)段約為6秒鐘。這些片(pian)斷都帶有(you)(you)一個(ge)、兩(liang)個(ge)、三(san)個(ge)或(huo)更多的(de)(de)(de)角色，有(you)(you)的(de)(de)(de)是批次進行(xing)談話，有(you)(you)的(de)(de)(de)則是對(dui)電(dian)視(shi)機前(qian)的(de)(de)(de)觀(guan)眾進行(xing)訴說，言語(yu)在每個(ge)場景中會帶有(you)(you)不同程度的(de)(de)(de)社會內(nei)(nei)容(rong)和干擾性(xing)內(nei)(nei)容(rong)。使用Tobii X50遙(yao)測式眼(yan)(yan)動(dong)儀以50Hz的(de)(de)(de)采(cai)樣率采(cai)集被試者(zhe)雙眼(yan)(yan)的(de)(de)(de)注視(shi)位置數(shu)據。為了(le)(le)得到(dao)所有(you)(you)被試者(zhe)的(de)(de)(de)全部眼(yan)(yan)動(dong)模式，我(wo)們了(le)(le)多維標度對(dui)數(shu)據進行(xing)了(le)(le)匯(hui)總。同時(shi)我(wo)們也測量了(le)(le)對(dui)眼(yan)(yan)睛和嘴部的(de)(de)(de)觀(guan)察時(shi)間。

"Tobii眼動儀的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)獨有優勢是是需(xu)要讓被(bei)試者坐在眼動儀前就(jiu)可以進行測(ce)試，而(er)無(wu)需(xu)使用頜(he)托(tuo)或頭套。定標程序非常簡單，而(er)且在被(bei)試者出現一(yi)定幅度(du)的(de)(de)(de)頭動時也能獲得精確的(de)(de)(de)數據。這(zhe)項(xiang)功能對于那(nei)些通常不(bu)愿意保持靜(jing)坐的(de)(de)(de)孤(gu)獨癥(zheng)兒(er)童的(de)(de)(de)測(ce)試來說是最大(da)的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)優勢。"大(da)阪(ban)大(da)學(xue)生命機能研究(jiu)(jiu)所(suo)大(da)腦(nao)動態網絡研究(jiu)(jiu)部的(de)(de)(de)Shigeru Kitazawa教授說道。

對眼睛和嘴部的觀察

孤獨癥(zheng)(zheng)研(yan)(yan)究(jiu)中一項眾多周知的言(yan)論(lun)是患有(you)孤獨癥(zheng)(zheng)的成年人對人物嘴部(bu)(bu)的觀察要比眼部(bu)(bu)要多。而對于(yu)患有(you)孤獨癥(zheng)(zheng)的兒童來說，言(yan)論(lun)則并(bing)不統一。研(yan)(yan)究(jiu)團隊決(jue)定先從(cong)此(ci)假(jia)設(she)入手開始研(yan)(yan)究(jiu)。

該(gai)理論對(dui)(dui)成年人來說(shuo)看來是(shi)正確(que)的，因為正常被試群組(zu)對(dui)(dui)人物(wu)眼睛(jing)的觀(guan)察時間(jian)(jian)(jian)高(gao)于孤獨(du)癥(zheng)患(huan)者群體對(dui)(dui)人物(wu)眼睛(jing)的觀(guan)察時間(jian)(jian)(jian)。但(dan)是(shi)研究結(jie)果表明在(zai)兒童被試組(zu)，正常兒童被試組(zu)對(dui)(dui)人物(wu)嘴(zui)部的觀(guan)察時間(jian)(jian)(jian)要高(gao)于孤獨(du)癥(zheng)兒童被試組(zu)。

不同年齡段的差異

通過(guo)兒童(tong)與成年(nian)人(ren)眼動數據的(de)(de)逐幀(zhen)對比，當(dang)人(ren)物(wu)開始講話時(shi)，兩個群(qun)體之(zhi)間的(de)(de)數據有著(zhu)顯(xian)著(zhu)的(de)(de)差異 。成年(nian)人(ren)通常(chang)會(hui)觀察人(ren)物(wu)角色的(de)(de)眼睛(jing)(jing)（左圖），而多(duo)數正(zheng)常(chang)兒童(tong)則(ze)會(hui)關注(zhu)人(ren)物(wu)的(de)(de)嘴(zui)部(bu)(bu)（中圖）。在言語(yu)發展過(guo)程中，可能(neng)存在一段將語(yu)音與嘴(zui)部(bu)(bu)動作相關聯的(de)(de)時(shi)期。當(dang)兒童(tong)積累了一定程度的(de)(de)經驗后(hou)，他們就會(hui)去關注(zhu)講話者的(de)(de)眼睛(jing)(jing)來獲取豐富(fu)的(de)(de)社交信息。假設關注(zhu)重點從(cong)嘴(zui)部(bu)(bu)轉移(yi)到眼睛(jing)(jing)的(de)(de)變化是根據年(nian)齡出現(xian)的(de)(de)，那(nei)么根據這種對眼睛(jing)(jing)/嘴(zui)部(bu)(bu)的(de)(de)觀察時(shi)間來得到一種適用于各(ge)年(nian)齡的(de)(de)社交障礙的(de)(de)指(zhi)標是不(bu)可能(neng)的(de)(de)。

研究團(tuan)隊決定使用從Tobii眼動(dong)儀獲得(de)的所有(you)可(ke)用的時間(jian)-空(kong)間(jian)注視模(mo)式來構(gou)建(jian)一種指標。

對時間性眼動模式數據的多維標度分析

為(wei)(wei)了將所有被(bei)(bei)試者(zhe)(zhe)的時間性眼動模式納入分析(xi)中(zhong)，研(yan)究團隊使用了多維標度(du)對(dui)(dui)數(shu)據(ju)進行(xing)了匯總。簡而言之，就是以(yi)每3850個(ge)時間點（50Hz*77s）計算注視(shi)(shi)位置之間的距(ju)(ju)離(li)(li)。因此研(yan)究團隊計算了每對(dui)(dui)被(bei)(bei)試者(zhe)(zhe)的3850個(ge)時間點的距(ju)(ju)離(li)(li)數(shu)據(ju)并(bing)將3850這個(ge)距(ju)(ju)離(li)(li)的中(zhong)值作為(wei)(wei)兩(liang)名(ming)被(bei)(bei)試者(zhe)(zhe)之間的距(ju)(ju)離(li)(li)。然(ran)后將多維標度(du)應用到(dao)每名(ming)被(bei)(bei)試者(zhe)(zhe)的二維平面數(shu)據(ju)構圖中(zhong)，使每對(dui)(dui)被(bei)(bei)試者(zhe)(zhe)的距(ju)(ju)離(li)(li)盡量得到(dao)保留(liu)。如(ru)果一對(dui)(dui)被(bei)(bei)試者(zhe)(zhe)中(zhong)的時間-空間注視(shi)(shi)軌跡相似，則在構圖中(zhong)他(ta)們(men)兩(liang)者(zhe)(zhe)間的距(ju)(ju)離(li)(li)會非常接近(jin)，反之亦(yi)然(ran)。因此，如(ru)果一組被(bei)(bei)試者(zhe)(zhe)的注視(shi)(shi)行(xing)為(wei)(wei)相似，將在二維平面上得到(dao)一個(ge)集(ji)簇，而注視(shi)(shi)行(xing)為(wei)(wei)有差異的將得到(dao)發(fa)散(san)式的呈現(xian)結果。

按此(ci)方(fang)式(shi)構建出(chu)出(chu)時間(jian)-空間(jian)注(zhu)視(shi)模式(shi)圖(tu)(tu)后，多數受控被試(shi)(shi)組都被分(fen)配到(dao)近中(zhong)央區(qu)(qu)域的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，而(er)多數孤獨(du)癥被試(shi)(shi)者則分(fen)布在周(zhou)圍區(qu)(qu)域（見右上(shang)圖(tu)(tu)的(de)(de)(de)模式(shi)圖(tu)(tu)，圖(tu)(tu)中(zhong)中(zhong)心位(wei)(wei)置(zhi)的(de)(de)(de)“+”代表中(zhong)值，可理解為(wei)觀看視(shi)頻刺激(ji)材料(liao)時最常(chang)(chang)規的(de)(de)(de)觀看方(fang)式(shi)）。因此(ci)受控組到(dao)“中(zhong)央區(qu)(qu)域”的(de)(de)(de)距(ju)離(li)（多維(wei)標度(du)距(ju)離(li)）要(yao)小于ASD被試(shi)(shi)組。研究結(jie)果顯(xian)示出(chu)常(chang)(chang)規受控組的(de)(de)(de)時間(jian)-空間(jian)注(zhu)視(shi)模式(shi)是相似(si)的(de)(de)(de)，而(er)孤獨(du)癥被試(shi)(shi)組中(zhong)，每(mei)名被試(shi)(shi)者之間(jian)顯(xian)示出(chu)不規則的(de)(de)(de)注(zhu)視(shi)行為(wei)。

臨床應用的可能性

多維標(biao)度(du)平面圖(tu)中，到“中央區域”的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)表現出與標(biao)準時(shi)間-空間注視模(mo)式的(de)(de)偏離(li)程度(du)，可有效地對兒童(tong)（87%）和成人(ren)(ren)（75%）的(de)(de)受控被試(shi)組(zu)(zu)和ASD被試(shi)組(zu)(zu)進行區分(fen)。研究(jiu)團隊希望(wang)這項(xiang)距(ju)(ju)離(li)指(zhi)標(biao)可以(yi)被作為一項(xiang)孤(gu)獨癥(zheng)的(de)(de)社交障礙(ai)的(de)(de)評估指(zhi)標(biao)，應用到成年人(ren)(ren)和兒童(tong)的(de)(de)診斷(duan)中。

研(yan)究團隊還(huan)將(jiang)相似(si)的(de)方(fang)法應用到一些特殊的(de)患有言(yan)語(yu)(yu)障(zhang)(zhang)礙(ai)（SLI）的(de)被試(shi)測試(shi)中(zhong)，此類被試(shi)者言(yan)語(yu)(yu)發育(yu)遲緩但沒有社(she)交障(zhang)(zhang)礙(ai)。在(zai)多(duo)維標(biao)度平面(mian)圖(tu)中(zhong)，還(huan)可以(yi)將(jiang)言(yan)語(yu)(yu)障(zhang)(zhang)礙(ai)個(ge)體(ti)從受控被試(shi)組中(zhong)識(shi)別(bie)出(chu)來，準(zhun)確率可達到80% 。通過(guo)測量與多(duo)維標(biao)度中(zhong)值的(de)距離，還(huan)可以(yi)將(jiang)言(yan)語(yu)(yu)障(zhang)(zhang)礙(ai)被試(shi)組從孤獨(du)癥被試(shi)組中(zhong)識(shi)別(bie)出(chu)來，準(zhun)確率相同(tong)。最后(hou)，通過(guo)言(yan)語(yu)(yu)障(zhang)(zhang)礙(ai)被試(shi)組與受控被試(shi)組的(de)對(dui)比，可看出(chu)言(yan)語(yu)(yu)障(zhang)(zhang)礙(ai)個(ge)體(ti)對(dui)人(ren)物嘴部的(de)觀察多(duo)于正常被試(shi)個(ge)體(ti)。

一種社交障礙的檢測方式

通(tong)過對(dui)個體(ti)在觀察(cha)本研究中類似(si)的(de)視頻刺激而得(de)到(dao)的(de)時(shi)間性注視模式的(de)分析可得(de)到(dao)大量有意義(yi)的(de)信息(xi)。通(tong)過對(dui)此類信息(xi)的(de)提取，可以初步構(gou)建一個簡單但(dan)有效地社(she)交障礙(ai)檢測方(fang)法(fa)。在未來的(de)應(ying)用(yong)中，使用(yong)相同(tong)的(de)方(fang)法(fa)對(dui)治(zhi)療方(fang)法(fa)的(de)效果評估將非常有幫助(zhu)。

為何使用眼動追蹤？為何選擇Tobii？

"通過引入(ru)眼(yan)動追蹤技(ji)術，就算是非專業人(ren)士(shi)也(ye)能夠從非言語兒(er)(er)童(tong)被(bei)試者獲得充足的(de)數據。此(ci)方法可應用到(dao)更廣泛(fan)的(de)情形中(zhong)，如兒(er)(er)童(tong)發育障礙的(de)識(shi)別等”。 大阪大學生命機能研究所大腦動態網絡研究部的(de)Shigeru Kitazawa教授說道。