王福興　童鈺　錢瑩瑩　謝和平

摘要 眼動(dòng)技術(shù)在嬰幼兒研究中成為一種流行的研究工具。如何合理地選擇和使用眼動(dòng)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)收集及分析，是嬰幼兒眼動(dòng)研究者需要考慮的重要問題。本文從眼動(dòng)儀使用的流程出發(fā)，主要對(duì)嬰幼兒眼動(dòng)研究過程中所涉及的四個(gè)方面的問題進(jìn)行了梳理和分析：（1）正確選擇儀器；（2）合理校準(zhǔn)；（3）提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；（4）有效分析和挖掘數(shù)據(jù)。同時(shí)。針對(duì)這些方面提出了相應(yīng)的操作性建議。

關(guān)鍵詞 眼動(dòng)，嬰幼兒，校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)挖掘。

分類號(hào) B844

隨著研究技術(shù)的進(jìn)步，心理學(xué)研究對(duì)象的年齡范圍也隨之?dāng)U展到嬰幼兒群體。由于嬰幼兒的語言和動(dòng)作尚未完全成熟，因此，在能夠完整地進(jìn)行口語報(bào)告以前，視覺則成為了解6歲以下嬰幼兒心理的最重要途徑之一。最近10年間，眼動(dòng)儀在嬰幼兒研究中（尤其是認(rèn)知研究）受到越來越多的重視（Aslin，2012；Bremner，2011；Feng，2011；Gre-deback，Johnson，&Von Hofsten，2010；Oakes，2010，2012；韓映虹，閆國(guó)利，2010）。作者使用嬰幼兒關(guān)鍵詞“infant”、“child”、“newbom”和“toddler”，眼動(dòng)關(guān)鍵詞“eve tracking”和“evemovement”在國(guó)外三大數(shù)據(jù)庫（PubMed，EBSC0，Web of Seienee）對(duì)2009至2014年的研究進(jìn)行搜索，篩選后發(fā)現(xiàn)有121篇使用眼動(dòng)追蹤技術(shù)研究嬰幼兒認(rèn)知發(fā)展的文獻(xiàn)。國(guó)內(nèi)通過CNKI數(shù)據(jù)庫。采用“幼兒”、“學(xué)前兒童”、“眼動(dòng)”、“眼動(dòng)儀”關(guān)鍵詞檢索到45篇相關(guān)的研究（2011年及以后研究39篇）。眼動(dòng)技術(shù)在嬰幼兒研究中的蓬勃發(fā)展，說明相對(duì)于早期的攝像機(jī)記錄分析嬰幼兒的注視時(shí)間，眼動(dòng)更加客觀、量化的優(yōu)勢(shì)得到了研究者的認(rèn)可（Gredeback et al.，2010）。

檢索這些以往研究發(fā)現(xiàn)，采用眼動(dòng)技術(shù)的嬰幼兒認(rèn)知研究涉及面孔知覺（Amso，Haas，&Markant，2014；Gaither，PaukeL&Johnson，2012）、客體表征（Shuwairi&Johnson，2013；Sirois&Jackson，2012）和動(dòng)作發(fā)展（Elsner，PfeifeL Parker，&Hauf，2013；Franchak&Adolph，2010）等十多個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)有研究中眼動(dòng)追蹤技術(shù)可以適用的最小嬰兒被試為3個(gè)月大（Di Giorgio，Turati，Altoè，&Simion，2012；Frank，Vul，&Johnson，2009）。

1 如何選擇適合嬰幼兒研究的眼動(dòng)儀

由于嬰幼兒被試的特殊性，基于瞳孔/角膜反射技術(shù)（pupiil/corneal reflection）的眼動(dòng)儀在嬰幼兒研究中最為常用（Aslin&McMurray，2004：Gredeback et al.，2010）。嬰幼兒研究選擇眼動(dòng)儀時(shí)，必須考慮實(shí)用性（實(shí)驗(yàn)儀器便攜、校準(zhǔn)、軟件操作）和準(zhǔn)確性（時(shí)間和空間分辨率）的問題（Morgante，Zolfaghari，&Johnson，2012）。

從使用的便攜性來分，眼動(dòng)儀可以分為桌面/遙測(cè)式（taqble-mounted/remote/spatial fixed eyetrocker）和頭戴式（head-mounted eye tracker）（Corbetta，Guan，&Wiuiams，2012；Duchowski，2007）。桌面式眼動(dòng)儀的優(yōu)點(diǎn)是采樣率較高，校準(zhǔn)精確、簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)質(zhì)量較高和應(yīng)用群體的年齡范圍廣。應(yīng)用于嬰幼兒研究時(shí)，父母需要抱著嬰幼兒完成實(shí)驗(yàn)且同時(shí)佩戴眼鏡或目光向下看（避免父母眼睛的干擾）；適合對(duì)采樣率要求比較高的研究（Aslin&MeMurray，2004；Franchak，Kretch，Sos-ka，Babeoek&Adolph，2010）。但是桌面式的不足是嬰幼兒往往會(huì)因頭動(dòng)或身體移動(dòng)而影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，不適合一些需要互動(dòng)或移動(dòng)的研究（Corbettaet al.，2012；Duchowski，2007；Feng，2011；Gre-deback et a1.，2010）。

雖然頭戴式眼動(dòng)儀已經(jīng)有20年以上的歷史，但受到尺寸、重量和操作便捷性的限制，最近才被應(yīng)用到嬰幼兒研究中（Aslin，2012；Corbetta et al.，2012）。相對(duì)于遙測(cè)眼動(dòng)儀，頭戴式眼動(dòng)儀的最大特點(diǎn)是嬰幼兒可以任意移動(dòng)去探索其所處的真實(shí)環(huán)境。所以。在關(guān)于幼兒的動(dòng)作發(fā)展、親子互動(dòng)的研究中均使用頭戴式眼動(dòng)儀（Corbetta et al.，2012；Franchak&Adolph，2010）。然而，頭戴式眼動(dòng)儀也存在一些不足：首先，采樣率偏低（30-60Hz），校準(zhǔn)相對(duì)困難，尤其在真實(shí)場(chǎng)景中缺乏有效的校準(zhǔn)（Corbetta et al.，2012；Gredeback et al.，2010）；其次，場(chǎng)景攝像機(jī)拍攝的視頻是2D。而兒童看到的世界是3D的，導(dǎo)致嬰兒在看眼前和遠(yuǎn)處物體時(shí)會(huì)存在跟蹤困難，疊加數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)丟失深度信息（Aslin，2012）；再次。真實(shí)場(chǎng)景中數(shù)據(jù)疊加、導(dǎo)出和分析處理遠(yuǎn)沒有遙測(cè)式眼動(dòng)儀完備，這也限制了頭戴式眼動(dòng)儀的使用。

除了角膜反射技術(shù)，也有研究者采用了眼電圖記錄（electrooculography，EOG）的方式來記錄嬰兒的眼動(dòng)，其空間采樣率也能夠達(dá)到200Hz（VonHofsten&Rosander，1996，1997）。對(duì)于具體的儀器使用現(xiàn)狀，研究者統(tǒng)計(jì)了2009年至2014年發(fā)表的105篇文獻(xiàn)（綜述和方法論文不包含在內(nèi)，其中英文63篇，中文42篇，中文包含碩、博士論文），使用桌面式眼動(dòng)儀占到了很高比例，其中Tobii有77篇（占73%），ASL 11篇（10%），EveLink 8篇（8%），SMI 6篇（6%），自主設(shè)計(jì)3篇（3%）。

綜上可以發(fā)現(xiàn)，研究者可根據(jù)不同類型眼動(dòng)儀的優(yōu)缺點(diǎn)選擇合適的眼動(dòng)儀（Morgante et al.，2012）。若實(shí)驗(yàn)要求較高的采樣率和數(shù)據(jù)質(zhì)量，且實(shí)驗(yàn)任務(wù)不涉及較多頭動(dòng)、體動(dòng)等。則宜采用桌面式眼動(dòng)儀，但需由父母懷抱嬰幼兒協(xié)助完成實(shí)驗(yàn)，并避免父母眼睛干擾嬰幼兒眼動(dòng)記錄：反之，若對(duì)采樣率等的要求相對(duì)較低，且關(guān)注嬰幼兒動(dòng)作或互動(dòng)性等問題，則宜選擇頭戴式眼動(dòng)儀。

2 針對(duì)嬰幼兒的眼睛校準(zhǔn)

針對(duì)嬰幼兒的眼動(dòng)研究要求一些比較特殊的校準(zhǔn)方式。從數(shù)據(jù)質(zhì)量的角度看，校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)越多。眼動(dòng)數(shù)據(jù)的空間準(zhǔn)確率就越高，數(shù)據(jù)也就越精確（Duchowski。2007；Morgante et al.，2012）。嬰幼兒的研究發(fā)現(xiàn)，較差的校準(zhǔn)或校準(zhǔn)點(diǎn)缺失會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差增大（Leppanen，F(xiàn)orssman，Kaatiala，Yrttiaho，&Wass，2014）。所以，校準(zhǔn)質(zhì)量可以直接決定眼動(dòng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

參照以往的研究，學(xué)齡前及更大的兒童可以使用適合成人的9點(diǎn)校準(zhǔn)或16點(diǎn)校準(zhǔn)，但是小于3歲的嬰幼兒一般采取5點(diǎn)、3點(diǎn)或2點(diǎn)校準(zhǔn)（Aslin&McMurray，2004；Di Giorgio et al.，2012；Feng，2011；Gredeback et al.，2010）。對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行梳理發(fā)現(xiàn)，大量研究使用了5點(diǎn)校準(zhǔn)（Biro，2013；C，Elsner，Bakker，Rohlfing，&Gredeback，2014；Gaither et al.，2012；Griffey&Litde，2014；Kolling，Oturai，&Knopf，2014；Liu et al.，2011；Nawrot&Nawrot，2013；Richmond，Zhao，&Bums，2015；Shuwairi&Johnson，2013；Sirois&Jackson，2012；韓映虹，劉妮娜，閆國(guó)利，劉健，2011；劉寶根，周兢，高曉妹，李林慧，2011），較少有研究使用9點(diǎn)（Elsner et al.，2013；谷莉，白學(xué)軍，2014）、3點(diǎn)（Bulf&Valenza，2013；Di Giorgio et al.，2012；Ronconi et al.，2014）和2點(diǎn)（Amso et al.，2014；Bomstein，Mash，&Arterberry，2011；Frank，Vul，&Saxe，2012）校準(zhǔn)。在檢索到的105篇文獻(xiàn)中，5點(diǎn)校準(zhǔn)為69篇（66%），9點(diǎn)7篇（7%），3點(diǎn)6篇（6%），2點(diǎn)5篇（5%），未報(bào)告校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)的18篇（17%）。

因?yàn)閶胗變旱淖⒁獬掷m(xù)時(shí)間較短以及注意發(fā)展不成熟。用于成人校準(zhǔn)的圓點(diǎn)并不適合于嬰幼兒。大部分嬰幼兒研究使用卡通圖片、卡通人物或閃動(dòng)的Flash等進(jìn)行校準(zhǔn)，并在校準(zhǔn)過程中伴隨聲音刺激以吸引注意（Corbetta et al.。2012；Di Giorgioet al.，2012；Liu et al.，2011；Sirois&Jackson，2012；王福興，李文靜，顏志強(qiáng)，段朝輝，李卉，2015）。在校準(zhǔn)時(shí)間上，應(yīng)該保證最短時(shí)間完成校準(zhǔn)。建議在1分鐘內(nèi)完成校準(zhǔn)。給實(shí)驗(yàn)留出足夠的時(shí)間（Morgante et al.，2012）。如果實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較長(zhǎng)或在實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)注視偏移，建議在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中插入1-2次校準(zhǔn)，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。以上的這些校準(zhǔn)主要針對(duì)桌面式眼動(dòng)儀。如何針對(duì)頭戴式眼動(dòng)儀校準(zhǔn)，目前沒有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。比如：Fran-chak等人在其研究中，仍然采用了桌面式校準(zhǔn)的方式，在2D平面上呈現(xiàn)3x3的9點(diǎn)校準(zhǔn)（Fran-chak&Adolph，2010；Franchak，Kretch，Soska，&Adolph，2011）。Corbetta等人（2012）在其研究中也使用了基于2D平面的校準(zhǔn)。

由于受到瞳孔透光性、第一普肯野成像、虹膜顏色深淺以及鞏膜與虹膜對(duì)比的影響，照射到眼睛的紅外線反光形成的瞳孔參照會(huì)出現(xiàn)明亮或變暗的情況（Duchowski，2007）。所以基于瞳孔/角膜反射原理的眼動(dòng)校準(zhǔn)還要注意明瞳（bright pupil cornealreflection）和暗瞳（dark pupil corneal reflection）的差異。一般明瞳是指相對(duì)于鞏膜和虹膜，瞳孔紅外線反射顯示較明亮的現(xiàn)象，這種情況多發(fā)生于藍(lán)眼睛被試或嬰幼兒被試，所以嬰幼兒被試比較適合基于明瞳的眼動(dòng)追蹤：而暗瞳則更適合年齡較大的被試或深色眼睛的被試（Gredebaick et al.，2010）。就目前國(guó)內(nèi)常見的眼動(dòng)儀而言，一些適用于成人的高采樣率眼動(dòng)儀均使用暗瞳追蹤（如：EyeLink1000/2000，SMI RED 250/500/High Speed，TobiiTX300，ASL Mobile Eye），也有眼動(dòng)儀使用明瞳和暗瞳兩種方式或自適應(yīng)的方式（如：Tobii T60/120。Tobii T60 XL）或明瞳追蹤（如：ASL H6）。

總之，嬰幼兒被試的眼睛校準(zhǔn)需要從校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)、校準(zhǔn)刺激、校準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)、校準(zhǔn)次數(shù)、瞳孔追蹤等多方面進(jìn)行考慮：①學(xué)齡前及更大幼兒可考慮與成人類似的9點(diǎn)或更多點(diǎn)數(shù)的校準(zhǔn)：小于3歲嬰幼兒首選5點(diǎn)校準(zhǔn)，若存在校準(zhǔn)困難，則可降低至3點(diǎn)或2點(diǎn)校準(zhǔn)。②嬰幼兒校準(zhǔn)時(shí)可采用高吸引力的校準(zhǔn)刺激，如：卡通人物、閃爍動(dòng)畫，并伴隨合適的聲音刺激。③整個(gè)校準(zhǔn)過程建議在1分鐘以內(nèi)完成。④若實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)或發(fā)現(xiàn)嬰幼兒被試在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)較大范圍的注視偏移，可適當(dāng)插入1-2次校準(zhǔn)。⑤基于瞳孔/角膜反射原理的嬰幼兒眼動(dòng)校準(zhǔn)可考慮采用明瞳追蹤模式。

3 如何保證嬰幼兒研究的眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量

3.1 嬰幼兒研究中眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量影響因素

如前所述，由于嬰幼兒的特殊性。大部分嬰幼兒研究的眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量都偏低（LepNinen et al.，2014；Wass，Smith，&Johnson，2013）。比如：研究者采用相同實(shí)驗(yàn)任務(wù)對(duì)比嬰兒和成人數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)成人數(shù)據(jù)，嬰兒的眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量要更差（Wass，F(xiàn)orssman，&Leppainen，2014；Wass et al.，2013）。進(jìn)一步對(duì)比還發(fā)現(xiàn)，低準(zhǔn)確性、低穩(wěn)定性數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致更短的注視時(shí)間和更長(zhǎng)的首個(gè)注視到達(dá)時(shí)間（Leppanen et al.，2014；Wass et al.，2014；Wass et al.，。2013）。研究者把影響嬰幼兒眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題歸結(jié)為數(shù)據(jù)的低準(zhǔn)確性（10w preci-siort）、低穩(wěn)定性（low robustness）、空間準(zhǔn)確性（spatial accuracy）和時(shí)間延時(shí)（temporal delay）4類問題（Bliznaut&Wium，2014；Holmqvist et al.，201 1；Morgante et al.，2012；Wass et al.，2014；Wass et al.，2013）。圖1呈現(xiàn)了4種不同條件的數(shù)據(jù)質(zhì)量供讀者參照。

眼動(dòng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量一般通過時(shí)間分辨率（tempo-ral resolution）和空間分辨率（spatial resolution）（Morgante et al.，2012）兩個(gè)方面來衡量。時(shí)間分辨率主要依賴于眼動(dòng)儀配備的高速攝像機(jī)和軟件的數(shù)學(xué)算法。嬰幼兒認(rèn)知研究中可接受的時(shí)間采樣率在50-120Hz（Aslin，2012）。目前國(guó)內(nèi)常見的眼動(dòng)儀，頭戴式一般30-120Hz（如：Tobii T120為60或120Hz，ASL H6-HS為360Hz）；桌面式一般為60-2000Hz不等。大部分眼動(dòng)儀時(shí)間采樣率都能夠達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，研究者有很大的選擇空間。但是，由于眼動(dòng)儀的算法和數(shù)據(jù)生成方式的差別，研究者如果需要比較精確的時(shí)間分辨率（如：嬰兒的預(yù)測(cè)性注視），可能就需要特別關(guān)注眼動(dòng)儀在刺激呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)記錄過程中的時(shí)鐘同步和時(shí)間準(zhǔn)確性問題（Aslin，2012；Oakes，2012；Wass et al.，2014），這個(gè)問題后面會(huì)較詳細(xì)地論述。

空間分辨率不僅依賴于眼動(dòng)儀的硬件系統(tǒng)，更依賴于校準(zhǔn)的質(zhì)量。一般校準(zhǔn)點(diǎn)越多，其空間分辨率越高。如果校準(zhǔn)質(zhì)量較差，基于視頻技術(shù)的眼動(dòng)儀（video-based eye tracker）會(huì)導(dǎo)致注視疊加出現(xiàn)偏移，從而產(chǎn)生較低空間分辨率和較大噪音的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（Aslin，2012）。比如：研究發(fā)現(xiàn)5點(diǎn)校準(zhǔn)情況下嬰兒注視的空間偏移可達(dá)1，2度，遠(yuǎn)超出說明書所標(biāo)注的0.95度（Morgante et al.，2012）。建議在條件允許的情況下，使用多點(diǎn)校準(zhǔn)（較好的校準(zhǔn)為5點(diǎn)及以上）。根據(jù)Gredeback等人（2010）研究經(jīng)驗(yàn)，4月以上嬰兒一般可以完成5點(diǎn)或6點(diǎn)校準(zhǔn)，小于4個(gè)月的嬰兒一般采用2點(diǎn)校準(zhǔn)。目前研究中普遍存在的一個(gè)問題是只報(bào)告眼動(dòng)的時(shí)間分辨率，而忽視了空間分辨率。檢索目前嬰幼兒研究可以發(fā)現(xiàn)，很少有研究報(bào)告儀器的空間分辨率。國(guó)內(nèi)常用眼動(dòng)儀中，高時(shí)間分辨率眼動(dòng)儀的空間分辨率一般為0.01-0.03度（如：EveLink 1000/2000。SMI Hi-speed/RED），而一些針對(duì)幼兒或頭戴式眼動(dòng)儀，空間分辨率一般為0.5度左右（如：Tobii T12ffT60 XL，SMI ETG，ASL Mobile Eye，ASL H6/D6）。

此外，大部分嬰幼兒研究都存在頭動(dòng)的問題。研究發(fā)現(xiàn)嬰幼兒在實(shí)驗(yàn)中頭動(dòng)與眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，但是這種影響僅限于數(shù)據(jù)穩(wěn)定性而不影響準(zhǔn)確性（Wass et al.，2014）。目前大部分眼動(dòng)儀都標(biāo)注了頭動(dòng)范圍（如：Tobii允許30×22×30cm（長(zhǎng)、寬、深）范圍內(nèi)頭動(dòng)，SMI標(biāo)注40x20×70cm），但是也有一些眼動(dòng)儀沒有在手冊(cè)或說明書中詳細(xì)標(biāo)注可以允許頭動(dòng)范圍。雖然大部分遙測(cè)眼動(dòng)儀都宣稱可以允許一定范圍的頭動(dòng)，但是頭動(dòng)問題仍然會(huì)降低數(shù)據(jù)質(zhì)量（見圖1）。對(duì)于年齡較大的幼兒而言，有效的辦法是使用托架：對(duì)于年齡較小的嬰兒則盡量由父母來控制頭動(dòng)。

很多儀器在刺激呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)記錄上都存在延時(shí)現(xiàn)象，這種延時(shí)更多來自刺激與記錄時(shí)鐘不同步或被試頭動(dòng)導(dǎo)致的追蹤失敗恢復(fù)延時(shí)（Aslin。2012）。一般而言，追蹤失敗后延時(shí)、刺激呈現(xiàn)與記錄同步性是衡量眼動(dòng)追蹤技術(shù)的重要參數(shù)指標(biāo)。Mor-gante、Zolfaghari和Johnson（2012）對(duì)比了TobiiT60XL眼動(dòng)儀記錄的POG（position of'gaze）數(shù)據(jù)和Tobii Studio生成的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩者之間的延時(shí)最高可達(dá)55ms（M=44.5ms，range=27-54.5ms）。當(dāng)使用E-prime呈現(xiàn)刺激同時(shí)使用Tobii Studio記錄數(shù)據(jù)，仍然發(fā)現(xiàn)E-prime記錄的注視數(shù)據(jù)和TobiiStudio導(dǎo)出的數(shù)據(jù)之間存在不一致性。此外，Shukla等人（2011）采用基于Matlab數(shù)據(jù)采集發(fā)現(xiàn)，超過95%的眼動(dòng)數(shù)據(jù)都存在大約lOOms的不一致性。由于技術(shù)障礙、刺激材料復(fù)雜性和被試的個(gè)體差異。延時(shí)的問題目前還要靠研究者自己權(quán)衡和取舍（Aslin，2012）。

除了以上因素，一些其他因素也會(huì)降低眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量。比如：嬰兒的個(gè)體差異性；實(shí)驗(yàn)前有哭泣，眼淚或水汪汪的眼睛會(huì)影響角膜反光記錄：嬰幼兒在實(shí)驗(yàn)過程中分心，不能集中注意力參與實(shí)驗(yàn)；較長(zhǎng)的測(cè)驗(yàn)時(shí)間導(dǎo)致被試疲勞等。另外，相對(duì)于成人的瞳孔比例，嬰幼兒瞳孔比例偏大，導(dǎo)致以成人為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的眼動(dòng)儀對(duì)嬰兒校準(zhǔn)時(shí)遇到困難，從而影響注視追蹤和數(shù)據(jù)質(zhì)量（Wass et al.，2014）。

因此，從影響眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素上考慮，研究者可從以下方面保證嬰幼兒的眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量：①盡量選擇50-120Hz甚至更高采樣率的眼動(dòng)儀，以保證良好的時(shí)間分辨率。②條件允許情況下，可采用5點(diǎn)及以上校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)，以保證良好的空間分辨率。③減少嬰幼兒被試的頭動(dòng)，年齡稍大的幼兒可借助托架記錄眼動(dòng)數(shù)據(jù)，年齡較少的嬰幼兒可由父母協(xié)助控制其頭動(dòng)。④實(shí)驗(yàn)前確保嬰幼兒眼睛內(nèi)無較多（因哭泣、呵欠而致的）眼淚。⑤實(shí)驗(yàn)中盡量減少與實(shí)驗(yàn)無關(guān)的分心刺激的干擾。⑥盡量縮短單個(gè)block的實(shí)驗(yàn)時(shí)間及實(shí)驗(yàn)總時(shí)長(zhǎng)等。

3.2 如何插補(bǔ)、過濾和篩選嬰幼兒眼動(dòng)數(shù)據(jù)

針對(duì)嬰幼兒研究的眼動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量偏低的現(xiàn)象，研究者關(guān)心如何采用補(bǔ)償?shù)姆绞交驍?shù)據(jù)算法來保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。在嬰幼兒研究中，頭動(dòng)后如何及時(shí)恢復(fù)追蹤且處理因?yàn)樽粉檨G失導(dǎo)致的延時(shí)是特別棘手的問題（Oakes，2012；Wass et al.，2014）。允許頭動(dòng)的眼動(dòng)儀都會(huì)使用插補(bǔ)（interpolation/mapping）的方式把由于頭動(dòng)而沒有追蹤到的數(shù)據(jù)基于數(shù)學(xué)算法填補(bǔ)進(jìn)來（插補(bǔ)算法可參照：Duchowski。2007）。但是，大部分眼動(dòng)儀都沒有詳細(xì)介紹頭動(dòng)后眼動(dòng)數(shù)據(jù)的插補(bǔ)算法（可能涉及到知識(shí)產(chǎn)權(quán)或保密性問題）。建議研究者在選擇眼動(dòng)儀或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)研究目的和被試特點(diǎn)詳細(xì)咨詢和評(píng)估頭動(dòng)的插補(bǔ)算法。對(duì)于缺失數(shù)據(jù)插補(bǔ)，也很少有研究報(bào)告。Wass等人（2014）在研究中對(duì)數(shù)據(jù)插補(bǔ)進(jìn)行了設(shè)定。如果數(shù)據(jù)丟失小于150ms，使用線性插補(bǔ)來彌補(bǔ)丟失數(shù)據(jù)，大于150ms不進(jìn)行插補(bǔ)。也有研究者（Franket al.，2012）對(duì)單眼缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行了插補(bǔ)以保證數(shù)據(jù)完整性；同時(shí)，采用雙側(cè)過濾算法（bilateralfiltering algorithm）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了平滑處理（Durand&Dorsey，2002，F(xiàn)rank et al.，2009）。

此外，研究者也關(guān)心采集到的數(shù)據(jù)要不要過濾（filtering）、如何過濾以及如何界定過濾標(biāo)準(zhǔn)問題（Duchowski，2007；Gredeback et al.，2010；Morgante et al.，2012；Oakes，2010）。Frank等人（2009）有關(guān)3-9月大嬰兒平滑追蹤的研究中使用了注視點(diǎn)（POG）有效采樣比例不低于50%、注視點(diǎn)漂移直徑小于2度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和篩選，過濾掉數(shù)據(jù)比例為48%。Corbetta等人（2012）的一項(xiàng)嬰兒研究中，由于數(shù)據(jù)過濾而剔除掉被試高達(dá)64%（75名被試，僅27人有效）。對(duì)于眼動(dòng)數(shù)據(jù)過濾，一些研究者采用有效采樣比例不低于70%（Nawrot&Nawrok 2013；荊偉，方俊明，趙微，2014）或50%（Brandone，Horwitz，Aslin，&Wellman，2014；Grif-fev&Little。2014）作為篩選標(biāo)準(zhǔn)，也有研究者采用比較寬松的30%標(biāo)準(zhǔn)（Amso et al.，2014；Frank et al.，2012）或者比較嚴(yán)格的90%標(biāo)準(zhǔn)（谷莉，白學(xué)軍。2014）。在統(tǒng)計(jì)的105篇文獻(xiàn)中，明確報(bào)告對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和篩選的僅17篇（16%），大部分研究都未報(bào)告數(shù)據(jù)篩選或過濾的細(xì)節(jié)。

因此，從技術(shù)層面考慮，研究者可從以下方面保證嬰幼兒眼動(dòng)研究的數(shù)據(jù)質(zhì)量：①對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，以保證數(shù)據(jù)完整性。如：采用線性插補(bǔ)來彌補(bǔ)丟失小于150ms的數(shù)據(jù)。②設(shè)定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)過濾標(biāo)準(zhǔn)。如：對(duì)于年齡稍大的幼兒或整體質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)，可設(shè)置70%（甚至90%）的有效采樣比例過濾標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于年齡較小的嬰幼兒或整體質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)?？蛇m當(dāng)降低該過濾標(biāo)準(zhǔn)至50%（甚至30%）。

4 如何分析嬰幼兒的眼動(dòng)數(shù)據(jù)

4.1 嬰幼兒研究中注視的界定及常用的眼動(dòng)指標(biāo)

梳理現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，與成人研究類似。大部分研究者在注視點(diǎn)界定上采用眼睛注視停留在一定區(qū)域（如：30像素半徑或1度視角）超過lOOms來界定注視（Amso et al.，201 4；Gaither et al.，2012；Liu et al.，2011；Ronconi et al.，2014），低于此閾值作為噪音進(jìn)行過濾。也有一些研究者采用一定區(qū)域（如：50像素半徑或1度視角半徑）停留超過200ms作為標(biāo)準(zhǔn)（Biro，2013；Bornstein et al.，2011；C，Elsner et al.，2014；Richmond et al.，2015）或1度視角內(nèi)停留超過30ms作為標(biāo)準(zhǔn)（Shuwairi&Johnson，2013）。此外，也有研究者使用眼跳速度（30°/s）和眼跳加速度（8000°/s）來界定注視（Kolling et al.，2014）；也有人使用100像素范圍內(nèi)停留80ms作為界定注視標(biāo)準(zhǔn)（Taylor&Herbert，2013）。具體的標(biāo)準(zhǔn)需要研究者根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量和研究需要自己權(quán)衡。

在嬰幼兒研究中，用到了很多眼動(dòng)指標(biāo)，比如：總注視時(shí)間（total fixation time/looking time）、注視次數(shù)（fixation count/fixation number）、首次注視到達(dá)時(shí)間（time to first fixation/latencr to first fixate），這些指標(biāo)界定和分析方法與成人研究類似，在此不再贅述（Rayner，1998；閆國(guó)利等，2013）。僅介紹一些在嬰兒研究中比較特殊的指標(biāo)。

瞳孔大小（puoil size）是一個(gè)在嬰幼兒研究中常用而成人研究中較少使用的指標(biāo)。研究認(rèn)為瞳孔放大反映了認(rèn)知難度增加、心理加工強(qiáng)度增大和對(duì)信息的興趣增加，被試需要通過瞳孔放大獲取更多的視覺信息（Ariel&Castel。2014；Goldinger&Paoesh。2012）。在嬰幼兒研究中，瞳孔大小會(huì)提供其他眼動(dòng)指標(biāo)無法發(fā)現(xiàn)的一些結(jié)果。比如：研究者在嬰兒對(duì)非預(yù)期性事件認(rèn)知和客體永存研究中，嬰兒的瞳孔大小測(cè)量可以輔助解釋可靠性不高的觀看時(shí)間（Jackson&Sirois，2009；Sirois&Jackson，2012）。由于瞳孔大小會(huì)受到低水平刺激（比如：明度）的影響（Laeng&Sulutvedt，2014），因此瞳孔直徑計(jì)算一般采用實(shí)驗(yàn)條件下的瞳孔直徑減去基線所得的差值。比如：有研究者在正式實(shí)驗(yàn)刺激之前讓其觀看中性刺激，以中性刺激條件下的瞳孔直徑（Morita et al.，2012）或控制組的瞳孔直徑大小作為基線（Frankenhuis，House，Clark Barrett，&Johnson。2013）。對(duì)比不同條件下瞳孔直徑的變化即可推測(cè)出嬰幼兒相應(yīng)的心理活動(dòng)。也有研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒對(duì)陌生人的中性情緒面孔有瞳孔放大現(xiàn)象（Gredeback，Eriksson，Schmitow，Laeng，&Sten-berg，2012）。因此，瞳孔直徑的變化對(duì)于了解嬰幼兒的認(rèn)知、情感等具有重要意義。

眼跳潛伏期（saccade latencies）的應(yīng)用多來自一些運(yùn)動(dòng)物體感知或動(dòng)作感知的研究（Gredeback etal.，2010）。根據(jù)嬰兒研究中的界定，如果注視發(fā)生在物體或事件發(fā)生之前，被界定為預(yù)測(cè)性眼跳（predictive）：如果注視發(fā)生在之后則界定為反應(yīng)性眼跳（reactive）（Falck-Ytter，Gredeback，&VonHofsten，2006；Gredeback et al.，2010）。類似地，也有研究者提出預(yù)測(cè)性注視（anticipatory fixation）來解釋嬰兒對(duì)物體或歸類的注視（McMurray&Aslin，2004）。平滑追蹤（smooth pursuit）是人們對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行持續(xù)視覺追蹤的一種眼動(dòng)模式（Duchowski，2007；王向博，丁錦紅，2011）。新生兒眼球運(yùn)動(dòng)的主要形式是跳躍式，在6-8周時(shí)嬰兒眼球追蹤物體的能力開始發(fā)展，到4-5個(gè)月時(shí)嬰兒平滑追蹤的能力才接近成人的水平（Von Hofsten&Rosander，1997）。

4.2 嬰幼兒眼動(dòng)數(shù)據(jù)的視覺化挖掘

眼動(dòng)儀采集到的數(shù)據(jù)既包含了時(shí)間信息也包含了空間信息。但是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析中。大多數(shù)研究者主要對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)條件下集中數(shù)據(jù)（如：平均數(shù)）來揭示實(shí)驗(yàn)操作是否有差異，而這種方法會(huì)丟失很多有價(jià)值的信息，尤其是對(duì)于眼動(dòng)這種具有時(shí)空信息的數(shù)據(jù)（Duchowski，2007；Yu，Yurovsky，&Xu。2012）。如前所述，眼動(dòng)儀自帶的數(shù)據(jù)導(dǎo)出或分析軟件會(huì)使用過濾、插補(bǔ)和平滑處理（smoothing）把一些噪音過濾掉、使用數(shù)學(xué)算法插補(bǔ)因頭動(dòng)或追蹤失敗導(dǎo)致的缺失數(shù)據(jù)，經(jīng)過平滑處理后，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)就更加連續(xù)且完整（Wass et al.，2014）。所以，研究者如果需要挖掘數(shù)據(jù)的深層含義和更好地利用數(shù)據(jù)。建議使用原始數(shù)據(jù)（raw data），而不是直接使用自帶軟件生成的數(shù)據(jù)。

針對(duì)嬰幼兒研究的特殊性和眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析繁瑣性，Yu等人（2012）提出了一個(gè)交互式數(shù)據(jù)分析（interactive data anal3，sis）和視覺數(shù)據(jù)挖掘（visualdata mining）的方法。其核心的理念為：①不過度依賴軟件生成的數(shù)據(jù)，利用原始數(shù)據(jù)自下而上進(jìn)行分析，保證數(shù)據(jù)的有效性；②利用研究者自身的經(jīng)驗(yàn)，自上而下進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)律和模式；③把刺激材料（或視覺刺激場(chǎng)景）和眼動(dòng)數(shù)據(jù)放在一個(gè)時(shí)間軸上進(jìn)行基于事件的時(shí)間分析（event-based temporal analysis）（Corbetta et al.，2012），更直觀了解數(shù)據(jù)的個(gè)體差異和自變量導(dǎo)致的差異。這種視覺化數(shù)據(jù)分析方法在一些嬰幼兒研究中被借鑒和使用（Corbetta et al.，2012；Sirois&Jackson，2012）。本文以圖2為例。說明如何利用視覺化技術(shù)來呈現(xiàn)、分析和挖掘眼動(dòng)數(shù)據(jù)。

圖2的上圖以時(shí)間為橫坐標(biāo)，注視點(diǎn)的屏幕Y軸（像素）為縱坐標(biāo)。畫出了幼兒3×3矩陣中搜索目標(biāo)物的注視情況。由圖可知，當(dāng)目標(biāo)物（花）處于屏幕上方時(shí)，被試的注視點(diǎn)從屏幕中間急速轉(zhuǎn)移到屏幕上方，并維持停留在屏幕上方（片段2）：當(dāng)?shù)诙€(gè)刺激的目標(biāo)物（蛇）出現(xiàn)在屏幕中間時(shí)。被試的注視點(diǎn)向屏幕中間轉(zhuǎn)移（片段3-4），但是回避威脅性刺激（蛇）并向上注視（片段5）。接著當(dāng)?shù)谌齻€(gè)刺激的目標(biāo)物（花）出現(xiàn)在屏幕下方時(shí)，被試的注視點(diǎn)起初會(huì)在屏幕中間短暫逗留（片段6），緊接著注視到目標(biāo)物（片段7-8）。視覺化原始眼動(dòng)數(shù)據(jù)流除了可以直觀了解被試的注視隨時(shí)間的變化外。還可以用于了解被試個(gè)體差異和去除噪音。圖中片段1、2、3、5、6、7都表明了不同個(gè)體間相似的注視模式，結(jié)合整個(gè)數(shù)據(jù)判斷片段4說明了3號(hào)被試的個(gè)體差異。而片段8中2號(hào)被試數(shù)據(jù)屬于噪音，可以剔除。因?yàn)榻Y(jié)合實(shí)驗(yàn)同步視頻發(fā)現(xiàn)被試在片段8時(shí)手機(jī)震動(dòng)。影響了其注意力。這種視覺化呈現(xiàn)眼動(dòng)的方式有助于研究者對(duì)異常眼動(dòng)行為或數(shù)據(jù)的識(shí)別，從而保證眼動(dòng)數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖2下圖以時(shí)間為橫坐標(biāo)，注視點(diǎn)個(gè)數(shù)為縱坐標(biāo)，畫出了幼兒和成人在觀看帶有不同線索的多媒體時(shí)注視點(diǎn)個(gè)數(shù)隨時(shí)間的變化情況，其中，陰影部分為統(tǒng)計(jì)顯著的區(qū)域。當(dāng)把兩組被試總體進(jìn)行比較時(shí)發(fā)現(xiàn)差異并不顯著。但是通過視覺化挖掘，統(tǒng)計(jì)特定提示線索出現(xiàn)時(shí)數(shù)據(jù)（灰色陰影區(qū)域）發(fā)現(xiàn)兩組間差異顯著。

綜上，研究者可以考慮從以下方面合理分析嬰幼兒眼動(dòng)數(shù)據(jù)：①明確界定注視點(diǎn)（例如：停留100ms及以上視為一個(gè)注視點(diǎn)），可能會(huì)得到不一樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。②嘗試分析瞳孔大小、眼跳潛伏期等較為特殊的嬰幼兒眼動(dòng)指標(biāo)。③盡量采用原始數(shù)據(jù)（而非自帶軟件生成的數(shù)據(jù)）進(jìn)行視覺化挖掘。④采用基于事件的時(shí)間序列分析（如：刺激鎖時(shí)、反應(yīng)鎖時(shí)）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行視覺化挖掘。

5 總結(jié)與展望

眼動(dòng)技術(shù)越來越成為嬰幼兒研究中的一種流行工具，而如何充分地利用眼動(dòng)儀收集和分析嬰幼兒眼動(dòng)數(shù)據(jù)，是許多眼動(dòng)研究者需要考慮的重要環(huán)節(jié)。本文從正式實(shí)驗(yàn)前的眼動(dòng)儀選擇和眼動(dòng)校準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)化以及實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析與挖掘等方面對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行了梳理，并就每個(gè)方面提出了相應(yīng)的操作性建議，以期為國(guó)內(nèi)嬰幼兒眼動(dòng)研究的深入開展提供一定的指導(dǎo)。

除此之外，作者也建議在呈現(xiàn)嬰幼兒研究的眼動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：①報(bào)告嬰幼兒眼睛距屏幕的距離，刺激像素大小或視角、屏幕可視區(qū)域的視角大??；②提供關(guān)于眼動(dòng)儀時(shí)間和空間分辨率的詳細(xì)參數(shù)、頭動(dòng)補(bǔ)償算法；③完整描述幾點(diǎn)校準(zhǔn)、校準(zhǔn)點(diǎn)大小及位置、校準(zhǔn)通過的標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)過程；④介紹如何剔除無效被試數(shù)據(jù)、如何處理缺失數(shù)據(jù)、基于什么標(biāo)準(zhǔn)過濾數(shù)據(jù)（比如：基于什么時(shí)間和空間標(biāo)準(zhǔn)界定注視點(diǎn)：眼睛角速度閾值在多少以上算作眼跳）；⑤詳細(xì)報(bào)告AOI的畫法、像素大小或視角大?。ˋdler&Orprecio，2006；Frank et al.，2009；Gredeback et al.，2010；Oakes，2010）。

另外，研究者及技術(shù)開發(fā)人員仍然需要在嬰幼兒眼動(dòng)研究中注意以下問題：第一，個(gè)體成熟對(duì)嬰幼兒眼動(dòng)的影響不容忽視。不同于成人。嬰幼兒的眼動(dòng)會(huì)因個(gè)體的成熟而發(fā)展或變化（Grtinqvist，Gredeback，&Von Hofsten，2006；Kramer，Gonzalezde Sather，&Cassavaugh，2005），所以在對(duì)比不同年齡階段嬰幼兒的眼動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，不能一味地將實(shí)驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)上的差異歸結(jié)為實(shí)驗(yàn)操控，因?yàn)檫@種差異也有可能是個(gè)體成熟本身帶來的影響。因此，需要特別關(guān)注個(gè)體成熟對(duì)眼動(dòng)的影響。

第二，以嬰幼兒為導(dǎo)向，開發(fā)真正適合嬰幼兒研究的眼動(dòng)設(shè)備。一方面，現(xiàn)在的眼動(dòng)儀從刺激呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析軟件到眼動(dòng)校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)算法、興趣區(qū)