实验简介

客户

田纳西州立大学心理系

实验目标

本实验的目标在于评估和对比两种眼动仪及眼动追踪方法在针对婴儿如何使用视觉信息来计划和执行探物动作的研究中分别有何优缺点和作用。

实验工具与方法

本实验使用了Tobii独立遥测式眼动仪来与以往研究及头戴式眼动仪进行对比。

实验结论

有两个原因促使实验人员在针对婴儿探物过程中的注视模式研究中放弃使用头戴式眼动仪，转而使用遥测式眼动仪：第一，头戴式眼动仪导致被试者流失率较高，因为多数婴儿无法忍受头上戴着仪器；第二，使用头戴式眼动仪时，研究人员无法百分比确定婴儿是否将目光放在了物体上，也很难对注视模式进行更为精确的空间分析。

田纳西州立大学简介
网址：http://psychology.utk.edu/
地址：美国田纳西州诺克斯维尔
行业：学术研究

田纳西州立大学心理系致力于通过严谨的学术研究来推动心理学原理与实践的发展，其全体教员也努力以其专业服务促进心理学科的建设。想要了解更多信息，请访问其网站：http://psychology.utk.edu/

研究背景

视觉在人类对周围事物的探测、辨认和理解中有着至关重要的作用。

利用眼动追踪技术研究行为，能让研究者更加深入地了解婴儿每时每刻在与周围环境进行互动时的实时动态认知与行为。眼动追踪技术不仅能详细记录婴儿行为发生之前、之中以及之后的视觉探索，提供婴儿在执行行为之前与之中的特殊细节，还能够揭示知觉与行为如何对记忆形成、决策制定、行为计划及动作纠正的认知过程产生作用。

然而，对婴儿在真实三维物体或场景中的眼动追踪研究却寥寥无几，而针对婴儿在选择或决定做出某种行为时的眼动模式所进行的研究更是少之又少。

田纳西州立大学的一支研究团队使用了头戴式眼动追踪与遥控眼动追踪这两种不同的眼动追踪方法和设备对婴儿在真实三维物体环境中的目的指向行为进行研究。
 
头戴式眼动仪

使用头戴式眼动仪时，被试者需要佩戴头盔、头箍或者目镜。在设计上，此类眼动仪通常重量比较轻，以免妨碍被试者的头部动作，且具备各种尺寸以适应儿童头部大小。头盔、头箍或目镜中装有两个微型摄像头，用以追踪和记录被试者的眼动数据。

头戴式眼动仪的优缺点

通过头戴式眼动仪，被试者可以自由移动自己的头部来探索周围环境，与此同时，他们的眼部运动也被记录了下来。有些头戴式眼动仪甚至无需用电线连接电脑，使得被试者能够在三维空间里活动或者从一个房间走到另一个房间。

不过，婴儿并非总是愿意戴着这些仪器，所以在婴儿头部放置眼动仪实非易事。而且婴儿还可能会尝试去抓或摘下头上的仪器。实验人员解决这一难题的方法之一，就是一边播放婴儿喜欢的视频来转移婴儿的注意力，一边调整婴儿头上的眼动仪。

除此之外，婴儿也无法像年长的儿童或者成年人那样会对指令做出反应，使得仪器校准变得困难重重。为了解决这一问题，研究人员必须利用有趣的玩具来吸引婴儿的注意，直到完成仪器校准。

在数据的分析与阐释方面，头戴式眼动仪也有所不足。这种眼动仪给出的注视精准度局限于设定好的二维平面校准区域，超出这个校准区域的三维眼动追踪会降低测量值的准确度。另外一方面，虽然被试者在戴着眼动仪时头部可以自由移动，但眼睛是长在头部的，因此在进行十字校准时，校准结果可能是眼部运动再加上头部运动造成的。

头戴式眼动仪能够提供婴儿对某场景较为精确的注视点位置，但对于婴儿探索物体或场景细节时更为精细的眼部运动，则很难能获取到。

遥测式眼动仪

遥测式眼动仪只能跟踪针对固定空间场景的眼部运动，因此往往比头戴式眼动仪更受局限。这类仪器通常用以记录对电脑屏幕所显示影像或动画的注视数据，但其实对更远处场景（例如离被试者两至三米远的投影或者在触手可及范围之内或之外的三维物体）的注视数据也能够记录。

遥测式眼动仪的优缺点

对于研究婴儿的实验人员来说，遥测式眼动仪更有吸引力，因为这类仪器无需被试者时刻戴着头盔或设备便能记录下眼部运动，也不要求被试者头部保持某种固定姿势。

遥测式眼动仪的另一个优点是具备更高的抽样频率。目前市场上大部分供婴儿使用的遥测式眼动仪所能提供的取样频率都在60至300赫兹之间，这与婴儿用头戴式眼动仪比起来，注视数据在细节和准确度上都有显著提高。

另外，使用这种眼动仪时，实验人员不需要调节婴儿头上的眼动仪，实验也能很快进入到校准和数据收集环节，这一点对于以婴儿这类注意力持续时间短的对象所进行的研究来说，确实是一大优势。

但是，遥测式眼动仪也有一个重大缺点，就是一旦被试者把脸部背向眼动仪或者侧向一边时，眼动仪就无法跟踪到其瞳孔，从而使数据遭受损失。当被试者又转过头正对着眼动仪时，有些眼动仪能够立刻重新跟踪他们的视线，另外一些则会连接至被试者头部戴着的动作跟踪器或者探头。被试者在转动头部或者做出其他妨碍眼球追踪的动作时会导致眼动数据的丢失，这对于婴儿研究构成了一大问题，在这种情况下，研究者必须确定在某个特定的测试环境中，数据丢失的数量不超过哪个范围内才不会对获得有效可靠的研究结果造成影响。

当然，从积极的方面来说，其中有些遥测式眼动仪公司所提供的软件能够产生视频和关于被试者对某场景或刺激源的注视模式的文本，这些比起平淡呆板的十字坐标来说，更便于制作和理解。

两种方法在关于婴儿伸手探物的研究中的使用经验

对于婴儿是否依靠视力来学习如何探物这一点，学术界一直争论不休。有些研究表明婴幼儿可以在黑暗环境中不需要看到双手便会伸手探物；更有些研究发现，比起视力，婴儿更依赖于本体感受来指导自己的胳膊伸向目标物。因此，为了重新审视和进一步了解知觉动作在婴儿探物过程中是如何发生的，研究者便对记录与手臂运动相关的眼部运动产生了兴趣，并希望解决以下几个基本问题：

• 婴儿在探物之前与之中时有否看向目标物体？
• 婴儿最初是否只是看向物体所在位置，还是会辨认基本的物体特征？
• 在探物时，婴儿是如何将上述视觉信息与自己的动作结合起来的？

头戴式眼动仪似乎是解决这些问题的好方法。这是因为：首先，眼动追踪摄像头靠近观测者的眼睛，因此呈现在婴儿探物范围内的目标物体不会到阻碍眼部运动的记录；其次，大多数头戴式眼动仪都能够与电脑化设备进行数据交流，使得研究人员可将婴儿对目标物体的注视与其探向目标物的手臂动作同步起来。

然而，基于以下两个原因，研究人员放弃了头戴式眼动仪，转而使用遥测式眼动仪来研究婴儿探物时的注视模式。第一，使用头戴式眼动仪造成了高达64%的被试者流失率；在75个婴儿被试者中，研究人员只成功收集了27名婴儿的可用数据，这是因为很多婴儿都不能忍受头部戴着仪器，或者研究人员无法圆满地将系统校准好。第二，在以往使用头戴式眼动仪所进行的实验中，研究人员无法百分百确定婴儿是否将目光对准目标物，而只能分辨出婴儿是否注意到了目标物以及是否大略扫视了目标物的方位和形状，对于更为精确的注视模式空间分析则很难做到。

在新的实验中，研究人员继续探究婴儿如何利用视力来了解物体的方位和形状并将此信息与运用到动作的执行当中，不过更具体来说，他们是想要评估婴儿是否能够根据自身以往对某物体的注视模式经验来做出更为精确的探物决定。例如，在目标物是杯子或带手柄的工具类似物时，研究人员想要弄清婴儿是否能视觉辨认出物体的的整体抑或只是一部分（比如杯子VS杯柄）、是否会更加仔细查看物体的某些部位（比如杯柄）以及是否会利用这种视觉信息来决定如何指导自己的手拿起该物体。遥测式眼动仪是进行此类研究分析的有用工具。

研究人员需要解决两大难题：一是如何在不妨碍眼动追踪的情况下将目标物呈现在婴儿前；二是创建一个校准好的二维空间参照系以确保物体呈现在婴儿面前时婴儿在对三维物体的注视精确度得以保留。

眼动追踪实验结果证实，物体置于婴儿触手可及的范围内时，婴儿在伸手探物前并没有扫视该物。当把物体放在婴儿够不着的地方时，研究人员便能更好地控制婴儿对物体的注视时间，也能更好地确定婴儿在伸手探物前将视觉注力意引向物体的方式与位置。

使用遥测式眼动仪之后，被试者流失率降低至59%；在37名被试婴儿中，有15位的眼动数据是可用的。更重要的是，遥测式眼动仪能够帮助研究人员准确辨别出婴儿在探物前的视觉注意所在处以及将此视觉信息与婴儿如何对物体执行探物模式联系起来。

最后一点，使用眼动仪对婴儿目的指向行为进行研究所获得的最宝贵的经验就是，细节乃重中之重。从眼动实验中研究人员很快便发现，模式化细节、物体材质、颜色对比及形状的不同会改变婴儿对物体的注视模式，进而影响了他们的探物模式。