教程學(xué)術(shù)eye movement research reviews-陳清源

1、EYE MOVEMENT RESEARCH REVIEWSA Magic Science to Explore the Mystery of the Window on MindGraduate Student InLabCHEN QINGYUAN角膜前房（包含水狀液）瞳孔虹膜后房睫狀小帶睫狀肌懸韌帶晶狀體視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜(不透明)鞏膜玻璃體玻璃體管中央凹視神經(jīng)乳頭視神經(jīng)視網(wǎng)膜血管眼球壁纖維膜血管膜視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜（供給營(yíng)養(yǎng)）睫狀體虹 膜（控制瞳孔擴(kuò)展）光感受細(xì)胞（錐狀/棒狀細(xì)胞）雙極細(xì)胞和其他細(xì)胞節(jié)狀細(xì)胞眼內(nèi)容物房水晶狀體玻璃體SCHEMATIC DIAGRAM OF THE HUMAN EYELa

2、teral rectus 外直肌(supplied by Abducens nerve)Medial rectus 內(nèi)直肌(supplied by Oculomotor nerve)Inferior rectus下直肌 (supplied by Oculomotor nerve)Superior rectus上直肌(supplied by Oculomotor nerve)Inferior oblique下斜肌(supplied by Oculomotor nerve)Superior oblique上斜肌(supplied by Trochlear nerve)Extraocular Mus

3、cles (EOM)Each eye has six extraocular muscles (EOM) that bring about the various eye movementsEOM Bring About Eye MovementLateral rectus 外直肌Medial rectus內(nèi)直肌Inferior rectus下直肌Superior rectus上直肌Inferior oblique下斜肌Superior oblique上斜肌Definition of Eye MovementEye movementsare a behavior that can be mea

4、sured and their measurement provides a sensitive means oflearningabout cognitive and visual processing.(Scholarpedia, 2007) Eye movementis thevoluntaryorinvoluntarymovement of theeyes, helping in acquiring, fixating andtrackingvisual stimuli. It may also compensate for a body movement, such as when

5、moving the head. (Wikipedia, 2009) Types of Eye MovementFixation注 視Saccade眼 跳PursuitMovement平滑追隨運(yùn)動(dòng)(Young & Sheena, Survey of eye movement recording methods, 1975)Miniature eye movement, or fixation movements, include a variety of motions which are generally less than 1 deg in amplitude and occur dur

6、ing attempted steady fixation on a target.Saccade eye movements are the rapid conjugate movements by which we change fixation from one point to an other voluntarily.Pursuit, or slow-tracking, movements are conjugate eye movements used to track slowly moving visual targets in range of 1 to 30 deg/sec

7、.Drift飄 移Tremor震 顫Involuntary saccade不隨意眼跳動(dòng)注視的目的是將眼睛的中央凹對(duì)準(zhǔn)某一物體。眼跳的功能是改變注視點(diǎn)，使下一步注視內(nèi)容落在中央凹附近。特點(diǎn)2眼跳動(dòng)的速度很快。特點(diǎn)1雙眼的每次跳動(dòng)幾乎完全一致Saccade Latency眼跳潛伏期眼球隨運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，只有追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的過程中產(chǎn)生。Open loopPursuit 開環(huán)追隨Closed loopPursuit 閉環(huán)追隨（From a study of speed reading made by Humanistlaboratoriet, Lund University, in 2005. Da

8、ta are recorded using an SMI iView X 240Hz video-based pupil-corneal reflex eye tracker.）This is an example of a persons eye movements as the text is being read. It shows the typical patterns found in eye movement during reading, including the fact that not all words are fixated, some words receive

9、more than one fixation and some saccades go back in the text, referred to as regressions.Eye Movement Recording Methods1234 觀察法機(jī)械記錄法光學(xué)記錄法電流記錄法（20世紀(jì)90年代以前的眼動(dòng)記錄方法）1、用一面鏡子觀察被試，主試站在被試的后面（Landolt,1891）2、窺視孔法：在閱讀材料中挖孔（Miles,1928）3、裝有鏡子的小型頭盔（Freemanm,1916）4、顯微鏡觀察眼睛中的小血管（Ohrwall,1912）直接觀察法后像法1、使被試產(chǎn)生一個(gè)清晰的后像即

10、參考標(biāo)志，讓被試注視格子紙幕（Helmholtz,1925）2、被試注視一個(gè)狹長(zhǎng)開口的中間一點(diǎn)，在下場(chǎng)開口兩端的后面各放置一只閃光燈泡，兩個(gè)燈泡間隔閃爍，后項(xiàng)似乎互相換位，幅度分析3、暗室中微光照射物體，旁邊有很強(qiáng)一小束光線，被試注視物體后關(guān)光，產(chǎn)生后像（Landolt,1891）4、閃光燈，光間斷，光帶后像分析（Lamansky,1869）1、利用角膜為凸?fàn)畹奶攸c(diǎn)：通過杠桿/氣動(dòng)橡皮囊方法記錄（Ohm,1914/Cord,1927）2、使用小型環(huán)狀物：環(huán)狀物與細(xì)桿/線連接，借此記錄（Delabarre,1898/Huey,1908）小鏡子裝在鋁制環(huán)上進(jìn)行反光投射（Orschansky,190

11、8）1、利用反光法記錄/鏡子/隱性鏡片/橡膠吸盤帶鏡子反射2、普通照相法魚電影電視攝像法/影片上卷記錄橫縱變化/角膜上點(diǎn)白色顏料/兩滴汞參照記錄/記錄兩條血管3、角膜反光法/光記紋鼓4、光電記錄法/記錄放大光電電流1、電流記錄法/眼球運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生生物電，角膜與視網(wǎng)膜新陳代謝不一樣產(chǎn)生電位差，記錄基準(zhǔn)電位和測(cè)量差（Ford et al.,1959）2、電磁感應(yīng)法/將被試德眼睛麻醉，吸附一個(gè)裝有探察線圈的隱性鏡片，線圈存在感應(yīng)電壓，通過電壓檢測(cè)精確測(cè)量。（Collewijn et al.,1975）Eye Movement Recording Methods and Apparatus光學(xué)記錄法美國(guó)應(yīng)

12、用科學(xué)試驗(yàn)室ASL504型501型加拿大SR公司Eyelink2000瑞典Tobii公司Tobii眼動(dòng)儀法國(guó)Metrovision公司MonVog1/2美國(guó)Fourward Optical Technology公司第六代雙普金野眼動(dòng)儀德國(guó)SMI公司HED/RED/Hi-Speed美國(guó)LC公司Eye gaze communication system電流記錄法法國(guó)Metrovision公司Model Mon EOG電磁感應(yīng)法荷蘭SKALARSclera Search Coils System美國(guó)應(yīng)用科學(xué)試驗(yàn)室ASL504型501型 加拿大SR公司Eyelink2000 美國(guó)應(yīng)用科學(xué)試驗(yàn)室ASLE

13、YELINK 德國(guó)SMI公司HED/RED/Hi-Speed WEBSITES ABOUT美國(guó)應(yīng)用科學(xué)試驗(yàn)室ASLEYELINK 美國(guó)應(yīng)用科學(xué)試驗(yàn)室ASL504型501型 fMRIMEG加拿大SR公司Eyelink2000 德國(guó)SMI公司HED/RED/Hi-Speed EYE MOVEMENT SIGNALS求平均法指對(duì)采樣數(shù)據(jù)隨時(shí)間求其平均值。如果前后數(shù)據(jù)沒有變異或變異很小，則該數(shù)據(jù)屬于同一注視點(diǎn)，可將該信號(hào)繼續(xù)累加求平均。1差分法假設(shè)眼動(dòng)數(shù)據(jù)的采樣頻率恒定，通過連續(xù)的兩個(gè)樣本就可計(jì)算出眼跳速度，如果眼跳速度超過某個(gè)閾限值，即作為一個(gè)眼跳信號(hào)。2眼動(dòng)軌跡圖眼動(dòng)時(shí)間眼動(dòng)方向和距離眨眼頻率和瞳

14、孔大小眼跳潛伏期注視時(shí)間眼跳時(shí)間回視時(shí)間追隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間眼動(dòng)次數(shù)(Koji, Minoru,et al., 2001)(Minoru, Koji, et al., 2002) EYE MOVEMENT SIGNALS總注視次數(shù)注視持續(xù)時(shí)間注視次數(shù)注視點(diǎn)序列第一次到達(dá)目標(biāo)興趣區(qū)的時(shí)間衡量搜索效率的指標(biāo)，與現(xiàn)實(shí)區(qū)域布局和任務(wù)相關(guān)反映提取信息的難易程度反映區(qū)域重要程度注視點(diǎn)在興趣間的轉(zhuǎn)換特定目標(biāo)區(qū)域的布局相關(guān) EYE MOVEMENT SIGNALS EYE MOVEMENT IN READING早在1879年，巴黎大學(xué)的Emily Javal教授發(fā)現(xiàn)，人們閱讀印刷品時(shí)視線除進(jìn)行平滑掃視外，同時(shí)還存在一

15、系列的停頓和跳動(dòng)。這一發(fā)現(xiàn)啟迪了隨后對(duì)閱讀過程中的眼動(dòng)行為的研究(Delabarre,1898; Huey, 1908)(Bouma & deVoogd,1974; ORegan, 1980; DenBuurman,Boerseman,et al.,1981)Reading Time Method閱讀時(shí)間法DecisionMethod任務(wù)判定法NamingMethod命名法 READING RESEARCHReading Time Method閱讀時(shí)間法Immediacy Assumption即時(shí)加工假說(Just,1980)Eye-Mind Assumption眼-腦假說(Carpenter

16、,1980)Eye Movement Method眼動(dòng)記錄法Window Method開窗口法問題：如何圓滿解釋用眼動(dòng)記錄法獲得的數(shù)據(jù)，使其客觀地反映閱讀理解過程。移動(dòng)窗口法固定窗口法累積窗口技術(shù)指定法(McConkie,1975)(Aaronson and Ferres,1984)(可以進(jìn)行回視)(鼠標(biāo)光標(biāo)指示)指要求被試對(duì)某一個(gè)問題迅速作出判斷，通過考察反應(yīng)時(shí)來分析被試的心理加工情況。DecisionMethod任務(wù)判定法Lexical Decision Method詞匯判定法 (Gordon,1983)Recognition Method再認(rèn)法(McKoon and Ratcliff,1

17、986)NamingMethod命名法 READING RESEARCH EYE MOVEMENT IN READING注視的研究注視廣度的研究眼跳的研究有節(jié)奏的閱讀與有節(jié)奏的眼動(dòng)邊緣視覺的研究( Arnold and Tinker,1939)( Luckiesh and Moss,1941)( Bell and Weir,1947)(Buswell,1937)(Grone, 1942)橫排版和豎排版研究(Thinker, 1958)OthersEYE MOVEMENT SIGNALS IN READING基于字/詞的分析單一注視時(shí)間首次注視時(shí)間凝視時(shí)間總注視時(shí)間眼跳距離眼跳時(shí)間眼跳與凝視的時(shí)

18、間關(guān)系基于區(qū)域的分析回視路徑時(shí)間重讀時(shí)間第一遍回視回視次數(shù)第一遍閱讀時(shí)間第二遍閱讀時(shí)間總閱讀時(shí)間（Hess& Polt, Pupil Size as Related to Interest Value of Visual Stimuli, Science, 1960)EYE MOVEMENT SIGNALS IN PICTURE VIEWING看圖與閱讀相比，前者更是一個(gè)不斷搜尋探索的過程圖畫知覺中的重要信息比閱讀中的重要信息更直觀圖畫狀態(tài)下能獲得離中央凹更遠(yuǎn)距離的信息圖畫觀看與模式識(shí)別中的平均注視時(shí)間要比閱讀中的長(zhǎng)圖畫觀看的平均眼跳距離也大于閱讀時(shí)的平均眼跳距離( Yarbus,1967)(

19、 Antes,1974)EYE MOVEMENT IN PICTURE VIEWING12名小學(xué)生44名高中生144名成人47名藝術(shù)學(xué)院學(xué)生14名有較多藝術(shù)知識(shí)其余大多數(shù)為大學(xué)生200551-16彩色黑白繪畫17-22花瓶和碟子23-30家具及藝術(shù)設(shè)計(jì)31-35雕塑或博物館中的展品36-39花毯和布的圖案設(shè)計(jì)40-47建筑和內(nèi)部設(shè)計(jì)48-50海報(bào)51-55幾何圖形、側(cè)面剪影、輪廓畫( Buswell,1935)EYE MOVEMENT IN PICTURE VIEWINGTwo patterns of perception兩種知覺模式: 一種是查詢模式；另一種是一系列持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的注視通常集中

20、在圖片中的一小部分區(qū)域。 1隨著一個(gè)人看一幅畫的時(shí)間的增加，注視停留時(shí)間也相應(yīng)增加。較短的時(shí)間說明讀者進(jìn)行的簡(jiǎn)單的視知覺過程，反之有較高級(jí)的心理過程。2存在著非常大的個(gè)體差異。一般而言，由被試個(gè)體德特征引起的注視停留時(shí)間的差異比由圖畫不同引起的注視停留時(shí)間的差異要大3顏色對(duì)注視位置和注釋停留時(shí)間的影響比預(yù)期的要小。4藝術(shù)專業(yè)的學(xué)生與非藝術(shù)專業(yè)的學(xué)生在眼動(dòng)模式上存在著一定的差異，特別是在注視持續(xù)時(shí)間上。藝術(shù)專業(yè)的學(xué)生短。5兒童與成人在觀看圖片時(shí)的眼動(dòng)模式?jīng)]有顯著差異。6看圖片之前的指導(dǎo)語(yǔ)對(duì)眼動(dòng)特征具有顯著的影響。7EYE MOVEMENT IN PICTURE VIEWING( Buswell,

21、How People Look At Pictures, 1935)人們?cè)谟^看圖畫時(shí)，并不是盲目注視圖畫的，大部分的注視點(diǎn)集中在感興趣的區(qū)域上。( Mackworth and Morandi, 1967)被試在看圖畫時(shí)，眼睛注視的位置相對(duì)集中于被評(píng)定為信息量大的區(qū)域。且眼睛注視位置相對(duì)集中不隨時(shí)間而變化。EYE MOVEMENT IN PICTURE VIEWING(Yarbus,1967)在觀察一幅畫時(shí)，對(duì)該畫的某些組成部分（element）注視多，對(duì)有的組成部分則注視少或不予注視。注視多少并不取決于構(gòu)成該組成部分的內(nèi)容多寡。1一幅畫中的最亮部分與最暗部分并不一定是最吸引人注意的地方。只要有重要的信息，都會(huì)吸引人的注意。2