眼动记录方法综述，本文主要内容关键词为：方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
在十九世纪就有人通过考察人的眼球运动来研究人的心理活动。如何准确地记录人的眼球运动，这是眼动研究至关重要的问题。近一百多年来心理学家们一直致力于改进眼动记录技术的工作，并取得了一定的成就。下面介绍几种眼动记录。
2 方法介绍
观察法
直接观察法 用肉眼直接观察被试的眼动情况这是一种比较原始的眼动研究方法。在1879年有人曾用一面镜子直接观察被试的眼动。实验时，主试站在被试后面，以避免被试分心，观察被试眼球在镜子中的运动情况。有人在研究新闻阅读法文和德文的眼动时，也使用了基本相同的方法。七年以后，有人也使用类似的方法。把镜子靠近被试的书本。平放在桌上，被试面对光坐着，主试在桌子的对面从镜子中观察被试的眼动。①使用窥视孔法(peep-hole method)：主试和被试面对面坐着，两个人之间隔一个“纸幕”，幕中有一个小孔以观察被试阅读该文章时的眼动。
不借助其它工具，单纯用肉眼观察只能看到幅度比较大的眼动，如果眼动为1度，主试就很难发觉。于是，人们借助光学仪器来获得眼睛的放大图象，增加了观察的准确性。有人使用了一架显微镜，它被放在离被试很近的地方，将显微镜对准眼睛的一根小血管，主试注意观察血管的移动藉此来了解眼动情况。后来，有人也使用同样原理研究幅度较小的眼动。有人用放大到一定倍数的透镜研究眼动。
后象法 在某些情况下，你可以借助后象自己观察眼动。有些早期的眼动实验就是用后象法来做的。下面介绍一个实验：主试使被试产生一个十分清晰的后象，也称为参考标志。后象可能是一个十字，一条直线或一个小三角形。然后让被试注视纸幕上的一点，在纸幕是一绘图纸或画有格子的纸。在注视过程中，被试同时注意观察后象相对注视点及格子的运动并注意后象的运动轨迹。由于后象是稳定在网膜上的，纸幕上，后象的似动反映了眼动的情况。已知眼与纸幕之间的距离及后象在纸幕上移动的距离，就可粗略地计算出注视时眼动的角度。在该实验中，要求后象必须十分清楚，且后象越小、越清晰，对眼动的计算就越精确。
观察法是一种简单易行的方法，但它只能对眼动进行比较粗略的了解，结果不够精确。所以，现在已经很少有人用这种方法研究眼动了。但是作为一种小实验，如果在没有仪器的情况下想让人们了解眼动方面的知识，观察法不失为一种好方法。
2.2 机械记录法
所谓眼动的机械记录，指眼睛与记录装置的连接是由机械传动实现的。这种记录方法大致可分为三种类型。
利用角膜为凸状的特点，通过一个杠杆传递角膜运动情况。杠杆的支点固定在被试头部，杠杆光滑一端在轻微的压力下，轻触已被麻醉过的眼球表面。杠杆的另一端在运动着的纸带上进行记录。实验时，被试头部通常用支架固定。
仍然利用角膜为凸状的特点，有人利用气动的方法记录眼动。在一个眼镜架上装设一个小橡皮囊，橡皮囊轻轻挨靠在眼睑上。橡皮囊的开口处联结橡皮管通到马利气鼓。眼睛的运动触动皮囊，使皮囊内部压力发生改变，这个变化可以沿着橡皮管传到记录装置。
使用小型环状物。环状物的中心有一个小孔，被试可以通过该小孔看外面的物体。环状物吸附在被麻醉过的眼角膜上。环状物与一个细杠杆或一根线联结，藉此将眼动情况传到记录装置。有人使用由熟石膏支制成的环状物奥斯查斯基使用铝制环状物，他在实验中将一个小镜子装在环状物上，并将反射的光投射到屏幕上以研究眼动，他是首次利用反光来研究眼动的人。
眼动的械记录法十分复杂，而实验结果准确性较低，所以这种方法已被淘汰。
2.3 光学记录法
利用反光记录眼动 首先要将一个小镜子附着在被试眼睛上。光线射向镜子，光源的光圈有一个狭缝或一个小孔。被反射的光又射向光记纹鼓的感光带上。被反射的光线随着眼球的运动而变化，并在记纹鼓上记录下来。在实验时，被试头部被支架固定，眼睛被麻醉，用胶带将眼皮分开。
用反光记录眼动，主要是解决如何将镜子附着在眼睛上。有人把镜子粘在铝制的环状物上，将环状物与镜子一起附着在眼睛上。有人直接将反光镜附着在巩膜上。有人利用同样原理以更新的技术记录眼动。他们让被试戴上一片接触镜片。接触镜片是安装在眼睑内部，扣在角膜上面的薄层弧形镜片，类似现在的隐形眼镜的形状，它随着眼球移动而移动。他们在接触镜片的表面贴上一块小镜子，光源射到镜子再反射到感光记纹鼓或运动照相底版上。当被试发生眼动时，小镜子也随着动，于是所反射的光线便投影在照相底版上。使用接触镜片可以不麻醉眼睛，被试感觉也舒服一些。接触镜片可以用于单眼及双眼的眼动记录，还可以同时记录眼睛的垂直和水平运动。
五十年代，Yarbus使用了橡胶制成的吸盘，吸盘上有排气用的小室，通过挤出小室内的空气使小室内的压力低，这时吸盘便可以附着在眼球上并随着眼球移动。吸盘上带有一片小镜子可以反射光线，记录眼睛的运动。他通常所用的吸盘装置有八种之多，其中重量较轻的为0.002-0.003g较重的为0.20-0.25g。他使用这种装置对人的眼动进行了广泛的研究。
利用反光记录眼动是一种比较灵敏的记录方法，但它的不足是：(1)对被试的要求严格，如Yarbus做实验时，要求被的眼睛要大，眼睑裂要长，眼球结膜对麻醉药不过敏。(2)记录过程中容易产生偏差。使用接触镜片记录眼动比较方便，但接触镜片也有两点不足：(1)接触镜片有一定的质量，当被试戴在眼睛上时，会改变眼睛运动的惯性，从而使眼动受影响。(2)接触镜片不能牢固地附着在眼睛上，当出现快速眼动时，接触镜片会有微小的移位，出现倾斜。目前在心理学上，进行阅读的眼动研究时很少有人再用接触镜片。
普通照相法与电影记录法在使用这种方法时，关键是找到一个静止的参照点，将参照点和眼睛某一特定位置连续运动的情况拍摄下来，以便分析。
Dodge等在1901年首次使用照相法研究眼动。他们用底片拍摄了一系列的眼睛运动照片。通过分析这些照片可以了解被试眼动的特点。有人使用进一步的方法，他们对被试的眼和部分面部进行连续拍摄（每秒摄9张）。实验时，将一小块涂了薄腊的白颜料点在角膜上，被试不会有不舒服的感觉，白颜料也不易移动位置。被试将头放在头靠里，头靠起固定头部的作用。头靠上有两个小亮球，摄影时，这两个小球做为参照点而被摄入。有了参照点，有人角膜运动情况，便可以分析眼动特点。
有人使用下述方法：在被试的角膜上点一小滴小银，在前额上也点一小滴。用显微镜将这两滴小银的图像投射出来并记录在运动着的电影胶片上。实验时，被试的头部被固定。前额上那滴水银起参照点的作用，角蟆上的那滴水银的运动反映了被试的眼动情况。还有人在运动的电影胶片上记录被放大倍的巩膜血管图象。在被试的鼻子上做了一个标记，这个标记做为参照点。
使用这种方法可以用于研究幅度较大的眼动，这种方法存在明显的不足：由于眼动情况是记录在繁多的电影胶片上的，所以对实验结果的分析十分麻烦、费力。
角膜反光法 角膜反射着落在它表面上的光，这就是角膜反光。为什么可以用角膜反光来记录眼动？这是因为角膜是从眼球体的表面凸出来的，所以在眼球运动过中，角膜对来自固定光源的光的反射角度也是变化的，即眼球运动时，角膜反光也随之变化。这样就可以通过记录角膜反光来分析眼动。
较早用角膜反光记录研究眼动的人是Dodge等在运动的电影胶片上记录了角膜反光的变化。具体情形如下：记平行光照射在人的眼球上，再让角膜反射出来的光进入摄像机，摄像机的感光胶片匀速移动，这样就把角膜反射出来的光点移动轨迹拍摄下来，这个轨迹就是眼动轨迹。Dodge的这种仪器通常称为光记纹鼓。他们用上述方法研究了注视、追踪及阅读时的眼动。有人利用普通照相法记录了角膜反光。后来，角膜反光的照相方法有了改进，使用了专门的仪器。有人设计了一种仪器用于记录人在阅读时双眼的角膜反光。有人设计了可同时记录角膜反光的水平和垂直运动的仪器。还有人设计了一种用于研究注视的眼动仪器，为了避免头动对记录的影响，还设计了雪花石膏制成的帽子，光源及其它的光学仪器固定在上面，帽子被牢固地安置在被试的头上。电影摄像机以每秒60张的速度将光源和角膜反光同时拍摄下来。
Mackworth等发明了一种电视眼动记录法。他们用一架电视摄像机将刺激景物拍摄下来，同时导入两个电视屏幕上放映。被试观察第一个屏幕的景物，并用一个光源射到他的眼睛角膜上，角膜的反射被另一电视摄像机拍摄下来，导入第二个屏幕。于是在第二个屏幕上便出现刺激景物及眼动的光点轨迹。主试可以清楚的看到注视点在刺激景物上移动的情景。
有人利用普金野图象来记录眼动。普金野图象是由眼睛的若干光学界面反射形成的图象。角膜所反射出来的图象是第一普金野图象，从角膜后表面反射出来的图象微弱些，称为第二普金野图象，从晶状体前表面反射出来的图象称为第三普金野图象，第四普金野图象是由晶状体后表面的反射所构成的图象。当眼睛转动时，第一和第四普金野图象也跟着运动，但它们所运动的距离不同。而当眼睛移动时，它们运动的距离相同。因此，如果追踪这两个图象，则根据这两个图象之间的距离变化就可以精确地测量眼球的转动而不受移动的影响。经过红外线照射后所反射的第一和第四普金野图象通过两面镜子反射到两个光探测器上。通过对两个普金野图象的测量可以确定眼注视位置。用普金野图象进行眼动测量的仪器叫双普金野眼动仪(Double-Purkinije eye tracker)。该仪器是七十年代初问世的。国外有人用这种仪器进行阅读的眼动研究。
角膜反光法是一种重要的眼动记录方法，这种方法的优点是被试的眼睛不用戴任何装置，使实验更趋于自然。目前，国外许多阅读方面的眼动实验都是用这种方法进行的。国际上不少生产眼动仪的公司均有利用角膜反光原理制成的产品。如八十年代末，美国应用科学实验室(ALS)生产的4000型系列眼动仪。下面以该系列中的4200R型眼动仪为例介绍当今比较先进的眼动记录技术。该仪器与Mackwertlr所用的仪器原理基本一样，所不同的是，整个眼动实验数据的记录、处理与分析是通过计算机完成的。ASL还推出4100H头盔式眼动仪，主要的光学仪器均按装在头盔上。这种眼动仪使用方便，体积小，被试戴在头上即可进行眼动测量。被试的头部可自由的活动。该仪器还可以同一种手提式数据记录装置连接，使眼动实验研究走出实验室，到现实生活的场景中去进行。
光电记录法 较早用光电法研究眼动的人是Dohlman。他将一个胶质环状物吸附在被试头上。胶质环状物上有一个遮蔽物，它可以阻断一部分反射光线落在光电池上。遮蔽物可以调节水平眼动发生时，眼反射光线的多少。记录被放大的光电电流，通过电流变化来判断眼动。后来又有人使用了用虹膜一巩膜反射法(Irisscleral reflection method)。虹膜和巩膜之间存在着明显的界线，使它们对红外线的反射也存在差别。将红外光线照在被试的眼睛上，有一半的光线落在巩膜上，另一半落在虹膜上，虹膜的吸光能力比巩膜强。由眼睛反射的光线落在光电元件上。眼睛的运动使落在光电管上的光线多少发生变化，落在光电元件上的光线变化与眼动有直接的关系。光电元件所产生的电流被输送到放大器，然后进入示波器上进行照相记录。
本世纪八十年代，光电法仍被人们用于记录眼动。目前，荷兰的SKALAR公司就生产用这种原理制造的眼动记录装置。不过，眼动情况是通过记录仪在记录纸上记录的。美国的ASL在八十年代生产的EYE-TRAC Model106型和200型眼动仪阅读方面的研究。其特点是操作简单，价格便宜。
2.4电流记录法
电流记录法眼球运动可以产生生物电现象。角膜和视网膜的新陈代谢是不一样的。角膜部位的代谢率较小，网膜部位的代谢率较大，所以就形成了电位差。角膜对网膜来说是带正电的。网膜对角膜来说则是带负电。当眼睛在水平方向上运动时，眼睛左侧和右侧的皮肤之间的电位差会发生变化。当眼睛在垂直方向上运动时，则在眼睛上侧和下侧的电位差会发生变化。电位变化的测定是将一对电极装在相应的皮肤位置上，然后将电信号放大在灵敏的电流计上读出来或显示在阴极射线示波器上进行照相记录，也可以通过记录仪直接描记下来并。由于眼睛的运动与电位变化之间存在着对应关系，所以通过分析记录结果，可以很容易的了解眼动情况。
Schott等比较早地利用电流记录法研究眼动。有人用这种方法进行了阅读疲劳实验。实验情形如下：被试坐在隔离室中，连续阅读六小时，一对电极记录阅读中眼的横向运动，另一对记录垂直眼动。所有运动都记录在一个墨水多种波动描记器上。
用电流记录法研究眼动有两点好处：第一，头部的运动不会影响记录结果。第二，记录时，不用直接接触眼睛。有人②认为这种方法也存在不足：用这个方法所记录的不是眼球的实际运动情况，而是电位差的相对的数值，需要进一步的推算才能把眼动的确切运动情况计算出来。同时每个人的电位差不同，个别差异很大，甚至同一个被试在不同的实验中也存在差别。总之，电流记录法是眼动记录的方法之一，它虽是一个比较好的方法，但是，在技术上却是相当复杂的。
电磁感应法 六十年代，Robinson首创了电磁感应法。此法可以监视双眼的运动情况。具体方法如下：将被视的眼睛麻醉，把一个装有探察线圈的接触镜片吸附在眼睛上。线圈中存在感应电压，通过对感应电压的相敏检测，可以精确的测理水平和垂直方向的眼动。Collewijin发明了一种由硅橡胶制成的柔性强的小环，它可以戴在眼的边缘，探察线圈装在环中，硅橡胶环的应用使电磁感应法得到了较大的改善。但是，此法还存在不足：价格昂贵；眼睛戴上接触镜片后会引起轻微的疼痛，有时，还会使视敏度下降。八十年代有人③发明的一种质地较软的接触镜片，其中装有探察线圈，使用这种方法不必施行局部麻醉。目前，荷兰SKALAR公司就生产磁感应眼动记录系统，它使用硅质结接触镜片。后来，有人又改进了原来的技术，使用双磁感应法(double magnetic-induction method,DMI)。此法取消了探察线圈中的导线。这样就大大减轻了被试在实验中的不适，也消除了导线易断对眼动记录的影响。不过，在使用这种方法时，被试的头部不能移动。设计出造价便宜的记录系统。人们还在探索着进一步的改进方法。根据电磁感应法生产的眼动记录装置价格昂贵，所以它在心理学上的应用较少。
3 评价
以上介绍了四种眼动记录方法。综上所述，眼动记录技术有如下几个特点。
(1)一些粗糙、缺乏准确性的眼动记录方法已被淘汰。在最初的眼动研究中，人们使用了诸如观察法和机械记录法等比较原始方法发现了一些十分重要的眼动现象。如贾瓦尔用观察法发现了眼跳。这些方法在历史上起到了不容忽视的作用。但是，由于这些方法的准确性不高，随着眼动研究的不断深入，它们显然在已不能满足实验要求，所以已逐渐被淘汰了。
(2)眼动记录技术朝多样化、多用途发展。随着科学技术的不断发展，人们一方面将原有的记录技术不断改进，使之更精确、更方便、更快捷，如用有膜反光原理制造的眼动记录仪；另一方面，有关的科研人员不断地探索新的更加理想的眼动记录方法，如电磁感应法。而且眼动记录技术也朝着多用途发展。比如，荷兰SKALAR公司根据巩膜一虹膜反射法研制的眼动仪即可以进行阅读方面的研究，同时也可以进行视觉研究、精神病学研究、神经生理学研究、医疗诊断等等。
(3)电子计算机在眼动记录技术的广泛应用。过去，人们都是用手工计算来统计眼动数据，它既麻烦、费时又易出错。ASL生产的眼动仪每秒可记录50次眼动数据，如果记录一分钟，就可得到三千个眼动数据。若单凭手工统计是很麻烦的。电子计算机在眼动记录中的广泛应用，堪称是眼动记录技术的一次革命。计算机的应用使人从繁重的计算中解脱出来。现在，许多数眼动记录装置都可以同计算机联机进行实验数据记录。对于眼动数据的统计处理也完全由计算机实现。
(4)眼动记录技术的发展使被试的实验情境更趋于自然。在心理学早期的阅读研究中，被试往往需要在头上或眼睛上戴某些装置，如接触镜片、亚巴斯用的吸盘，有的实验甚至需要对有关的部位进行局部麻醉，这一方面给被试带来了诸多不便，另一方面，使实验条件离正常的阅读条件相去甚远。而现在的一些眼动仪，如ASL生产的4000系列眼动仪在实验时，只要求被试坐在椅子上注视前方的阅读材料即可，被试在实验中很少有不适的感觉，被试甚至意识不到有红外光线照射在眼睛上，相比之下，这种阅读情境更接近于自然的阅读情境。所以在现代的阅读实验中，有不少是使用这类眼动仪进行的。
（1993-12-30收稿，1944-12-20修回）
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