科普 | 眼动技术在心理学的应用

人类获取信息很大程度上依赖于人眼感知的视觉信息,眼睛是心灵的窗户,透过眼睛,我们可以观察到人的情绪、注意和思维过程。因此,眼动跟踪在基础和应用研究中具有重要的意义。随着科技的进步,眼动技术作为一种非侵入性的方法,在心理学研究中发挥着重要的作用。



眼动技术的原理

眼动技术通过测量眼睛的注视点位置或者眼球相对头部的运动而实现对眼球运动的追踪,人眼在观察过程中会产生快速而微小的运动,眼动仪能够准确记录这些运动轨迹和注视点,进而提供视觉行为的定量数据。



眼动记录的常用指标

注视

注视是指当眼睛在某一个点上维持凝视。人眼的解剖学结构决定了只有物体位于中央凹时,才能进行注视。中央凹位于视网膜黄斑的中心,有着最清晰的视敏度。近年来,随着眼动技术的不断发展,注视相关的指标逐渐多样化,常用的有:注视点个数,首次注视时间,凝视时间,总注视时间,注视点密度,重复注视次数等。不同的指标反映了不同阶段的加工过程,研究者可以灵活运用这些指标,来推测行为背后的认知机制。



眼跳

眼跳是指从一个中央凹注视点到下一个中央凹注视点的眼球运动。眼跳的幅度可以非常小:例如在阅读中,可能只有几度的视角;也可以相对较大:例如在观景时,从一个地方到周围景物的注视点转移。通常来说,眼跳会以每秒2到3次的频率出现。常用的眼跳指标有:眼跳次数、幅度、频率和距离等。在阅读中,眼跳距离大,说明读者在眼跳前的注视中所获得的信息相对较多,阅读速度较快。

微眼跳

微眼跳是眼球运动中的一种,是在注视中发生的不自主地小幅度眼跳,同时伴有震颤和漂移。当微眼跳消失后,人类的视觉感知会由于视觉神经系统的适应而在极短的时间内变得模糊直至消失。同时,微眼跳也在高精度的视觉加工中起到精确控制注视位置的作用。

瞳孔直径

瞳孔直径反映了自主神经非自愿活动,与情绪、认知或性唤起有关。但瞳孔直径容易受到光照等外界环境的影响,因此很多研究并不将其作为主要的参考指标。

眨眼

眨眼是眼睑快速闭合和重新张开的半自愿行为。眨眼频率受环境因素(湿度、温度、亮度)和体力活动的影响。此外,研究证据表明,眨眼率可能与情绪和认知加工有关,尤其是注意力投入和心理资源投入超负荷时。



心理学研究中的眼动

01
视觉注意:
视觉注意是指人们从感知到的所有信息中选择特定的内容或元素以进一步加工的过程。眼动技术在研究视觉注意研究中发挥着重要作用。通过记录被试者在不同任务中的眼动行为,研究人员可以了解他们对不同刺激的关注程度、注意力持续时间以及在任务中的分心情况。
眼动也是识别和诊断障碍人群的重要指标,如注意力缺陷多动障碍儿童,在进行视觉搜索任务时的效率显著低于正常儿童,表现为眼动各项指标更慢,且注视点个数更多,更容易被无关刺激干扰。

02
语言认知:
眼动技术也为科学家们理解人类的语言加工规律作出了很大的贡献。阅读的本质是对视觉信息的加工,通过分析读者的眼动模式,研究人员可以了解到语言加工背后的过程。
例如,读者对于高频出现的词,注视时间明显短于低频出现的词语,而且词的字数/字母越长,注视时间也越长。在阅读研究中,研究者将读者在一次注视时所获取的有效信息的范围称为知觉广度,中文熟练读者的知觉广度为46个汉字,英文熟练读者的知觉广度为1820个字母。知觉广度包括中央凹加工与副中央凹加工(如下图),中央凹的信息非常清晰,而副中央凹的信息比较模糊。利用眼动技术,研究者发现读者还能够加工位于副中央凹的词语信息。
除此之外,阅读方向也会影响知觉广度的分布。在阅读从左向右书写的文字时,如中文、英文、日文等,读者右侧的知觉广度大于左侧;而在阅读从右向左书写的文字,如希伯来语时,则是左侧的知觉广度大于右侧。而且对于从上到下书写的蒙古语来说,也有同样相似的特性:注视点下方的知觉广度大于上方。对此,研究者认为这种知觉广度的不对称性可能是由于阅读方向造成的注意偏好导致的。
                 

03
儿童发展:
研究人员可以利用眼动技术来探索婴儿的注意,从而推断出婴儿的认知活动。Nicoló Cesana-Arlotti等人2018年发表在《science》的研究表明,1219个月的婴儿在看需要推理的歧义场景的眼动模式与不需要推理就能识别物体的场景有显著的差异,说明了在人类在发展的早期(2岁以前)就有逻辑推理能力。
除此之外,眼动技术在障碍儿童的研究中具有重要作用,如自闭症、发展性阅读障碍儿童等。了解这些儿童如何分配视觉注意对他们的学习认知发展十分重要。有研究采用眼动追踪技术,比较了自闭症儿童、语言障碍儿童和正常儿童在观看社交场景视频的眼动模式,发现自闭症儿童在视频任务交谈时过早地将目光从人物身上移开,看面孔更少,而语言障碍儿童看嘴巴更多,这可能反映了语言障碍儿童对有限语音技能的一种补偿。
04
消费心理:
眼动分析也是广告设计和企业营销的重要参考,大量研究致力于探究如何最大程度吸引消费者的注意力。有研究使用眼动追踪技术对网络横幅广告的效果和吸引力进行了评价,发现动态和静态的广告对用户的吸引力没有差异。
在网页搜索任务中,年轻参与者的注视持续时间比年龄较大的参与者短,这意味着年轻人加工图像信息要比年长者更容易。在广告领域,对于场景感知和视觉搜索的眼动研究处于初步阶段,未来,眼动跟踪技术将在广告等商业领域发挥更大的作用。



05
情绪情感:
眼动技术在研究情绪与情感方面也发挥着重要作用,人眼在面对不同情绪刺激时的注视模式也会有所不同,这种差异可以通过眼动技术进行分析。在观看图片时,观察者会将注意更多地放在有情绪意义的部分:例如,当人们观看恐惧的面孔时,注意更多被集中在眼睛区域;而当人们观看愉快的面孔时,相对更多的注意被集中在嘴部区域。对人类的神经影像学研究表明,对恐惧面孔中眼睛的扫视显著地增强了杏仁核的激活。
研究人员可以通过观察被试者对情绪刺激的注视点和注视时间来推断他们对不同情感的反应和注意偏好。这对于理解情绪与认知之间的关系以及情绪障碍的研究具有重要意义。例如,研究者采用眼动追踪技术发现,自闭症患者在加工情绪面孔时,会更频繁地注视那些与情绪核心特征无关的面孔区域,表明自闭症患者在情绪识别方面有缺陷,并且这种缺陷主要表现在对恐惧情绪识别上的不足





眼动技术作为一种非侵入性的方法,为心理学研究提供了独特的视角。通过记录和分析眼动行为,我们可以深入了解人们的注意力、思维过程和情绪反应。随着技术的不断进步,眼动技术在心理学领域的应用将会更加广泛和深入,帮助我们揭开心灵的秘密,极大地推动心理学的发展。


参考资料:
  • 闫国利,熊建萍,臧传丽,余莉莉,崔磊 & 白学军.(2013).阅读研究中的主要眼动指标评述. 心理科学进展(04),589-605. 

  • Cesana-Arlotti, N., Martín, A., Téglás, E., Vorobyova, L., Cetnarski, R., & Bonatti, L. L. (2018). Precursors of logical reasoning in preverbal human infants. Science, 359(6381), 1263-1266. 

  • Gamer, M., & Büchel, C. (2009). Amygdala activation predicts gaze toward fearful eyes. Journal of Neuroscience, 29(28), 9123-9126. 

  • Pelphrey, K. A., Sasson, N. J., Reznick, J. S., Paul, G., Goldman, B. D., & Piven, J. (2002). Visual scanning of faces in autism. Journal of Autism and Developmental Disorders, 32, 249-261. 

  • Rayner, K. (1998). Eye movements in reading and information processing: 20 years of research. Psychological Bulletin, 124(3), 372. 

  • Rayner, K., Slattery, T. J., & Bélanger, N. N. (2010). Eye movements, the perceptual span, and reading speed. Psychonomic Bulletin & Review, 17(6), 834-839. 

  • Skaramagkas, V., Giannakakis, G., Ktistakis, E., Manousos, D., Karatzanis, I., Tachos, N. S., ... & Tsiknakis, M. (2021). Review of eye tracking metrics involved in emotional and cognitive processes. IEEE Reviews in Biomedical Engineering, 16, 260-277.

转载自:认知与发展心理研究室党支部
作者:崔晓卉 屈青青
编辑:胡正嘉仪