本文關(guān)鍵詞：閱讀研究中的主要眼動指標評述，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

心理科學進展

2013, Vol. 21, No. 4, 589–605 DOI: 10.3724/SP.J.1042.2013.00589

Advances in Psychological Science

·研究方法(Research Method)·

閱讀研究中的主要眼動指標評述*閆國利 1 熊建萍 1,2 臧傳麗 1 余莉莉 1 崔 磊3 白學軍 1
(1 天津師范大學心理與行為研究院 , 天津 300074) (2 河南師范大學教育與教師發(fā)展學院 , 新鄉(xiāng) 453007) (3 山東師范大學心理學院 , 濟南 250014) 摘 要 眼跳和注視是閱讀過程中的兩種基本眼動現(xiàn)象。目前在對閱讀的眼動研究中分析指標主要包括兩類 ,

一類是與眼睛何時移動有關(guān)的時間維度的眼動指標 , 具體包括以字或詞為興趣區(qū)的眼動指標 , 如單一注視時 間、首次注視時間、第二次注視時間、凝視時間、離開目標后的首次注視時間、回視時間和總注視時間等 , 以 及以短語或句子為興趣區(qū)的眼動指標 , 如第一遍閱讀時間、向前閱讀時間、第二遍閱讀時間、回視路徑閱讀 時間、重讀時間等。另一類是與眼睛移動位置有關(guān)的空間維度的眼動指標 , 具體包括眼跳距離、注視位置、 注視次數(shù)、跳讀率、再注視比率和回視次數(shù)等。在使用眼動指標時 , 需要注意眼動指標的分類、原始數(shù)據(jù)的 刪除標準以及眼動指標的選擇等問題。 關(guān)鍵詞 分類號 閱讀 ; 眼動 ; 眼動指標 B842

眼動記錄技術(shù)能夠?qū)ψx者的閱讀過程進行實 時記錄 , 是研究閱讀過程的重要研究方法 , 因此 采用眼動記錄技術(shù)對閱讀進行研究成為國內(nèi)外閱 讀研究領(lǐng)域的一個顯著特點。 在我國, 閱讀的眼動研究起步較晚, 但是, 近十多年以來發(fā)展迅速 (蔣波 , 章菁華 , 2011)。在 中國知網(wǎng)搜索引擎中輸入 “ 眼動 ” 和 “ 閱讀 ” 兩個關(guān) 鍵詞 , 并將時間限定為 2000~2012 年 , 可以搜索 到 170 余篇期刊文章和碩士、博士論文 , 最近五 年的文章數(shù)量達 140 余篇。 盡管發(fā)展勢頭迅猛 , 但 是不少剛開始使用眼動儀進行閱讀研究的學者還 是出現(xiàn)了一些問題：有些研究者對眼動指標的適 用范圍和優(yōu)缺點認識不充分 , 因此不能根據(jù)自己 的研究目的選取適當而有效的眼動指標 ; 有些研 究者對指標的內(nèi)在心理學意義認識不充分 , 導致

數(shù)據(jù)分析和討論泛泛而談 , 丟失諸多有價值的信 息等。這些問題對國內(nèi)閱讀眼動研究的發(fā)展有一 定影響。有鑒于此 , 本文將對國內(nèi)外閱讀研究中 常用的眼動指標進行梳理 , 首先介紹基本的眼動 現(xiàn)象 , 然后從時間和空間兩個維度對眼動指標進 行分類 , 分別介紹每一種指標的界定標準和計算 方法 , 分析不同指標的心理學意義。

1

閱讀過程中的基本眼動現(xiàn)象
在閱讀一行文字時 , 人眼的運動實際包含了

兩種基本的運動現(xiàn)象： 眼睛本身的運動 (眼跳 )和注 視 (眼睛相對靜止 ) (Rayner, 2009)。在眼動過程中 眼睛的相對保持靜止被稱為注視 (fixation), 一般 持續(xù) 200~300 ms。人們在閱讀時的信息主要是在 注視期間獲得。眼跳 (saccade), 又稱眼跳動 , 即眼 球在注視點之間產(chǎn)生的跳動 , 是受中樞神經(jīng)系統(tǒng) 控制的有規(guī)律的隨意運動 , 表現(xiàn)為眼球的注視點

收稿日期 : 2012-07-02 * 國家社科基金項目 (10BYY029), 國家自然科學青年基 金項目(31100729)和河南省教育廳人文社會科學研究項 目(2012-ZD-058)的資助。 通訊作者 : 閆國利 , E-mail: psyygl@163.com; 熊建萍 , E-mail: xjpwh2001@163.com 589

或注視方位的突然改變。因為視網(wǎng)膜的解剖結(jié)構(gòu) 和中央凹外周區(qū)域視敏度的限制 , 閱讀中的眼跳 是必要的。在閱讀中 , 讀者觀看的一行文字可以 分為三個部分： 中央凹區(qū)域 (視覺中央的 2°視野范 圍 ), 副中央凹區(qū)域 ( 視覺中央 2°~5° 左右的區(qū)域 )

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和外圍區(qū)域 (副中央凹以外的所有區(qū)域 )。 雖然中央 凹的視敏度很高 , 但副中央凹的視敏度較低 , 外 圍區(qū)域則更差。因此 , 在閱讀中注視者必須移動 眼睛將新的閱讀內(nèi)容呈現(xiàn)在中央凹視覺區(qū)內(nèi)。 眼跳是需要時間計劃和執(zhí)行的運動反應。眼 跳潛伏期 (saccadic latency), 是編碼視覺區(qū)域中目 標的位置和引發(fā)眼動所需的時間 , 約 175~200 ms (Becker & Jürgens, 1979; Rayner, Slowiaczek, Clifton, & Bertera, 1983), 但這一數(shù)據(jù)只是平均值 , 會隨任 務要求的不同而不同。眼跳時間(saccadic duration), 是指眼睛在兩個注視點之間實際移動所需的時間 , 與眼跳距離有密切關(guān)系 , 距離越大持續(xù)時間就越 長。研究發(fā)現(xiàn) , 閱讀時 2° 視角的眼跳 , 大約需要 30 ms; 場景知覺中 5°視角的眼跳 , 通常需要 40~ 50 ms (Abrams, Meyer, & Kornblum, 1989; Rayner, 1978)。 因 為 眼 跳 過 程 中 視 覺 是 被 抑 制 的 (Matin, 1974), 新信息只能在注視階段獲得。因此關(guān)于眼 跳過程中認知加工是否被抑制的問題曾引起研究 者的極大關(guān)注。早期的一些研究認為 , 眼跳過程 中認知活動也被抑制 , 但是這些研究使用的任務 都相對簡單 , 并不能很好地證明在相對復雜的閱 讀活動中認知過程是否被抑制。隨后 Irwin 等人 (Irwin & Carlson-Radvansky, 1996; Irwin, 1998; Irwin & Brockmole, 2004)的一系列研究表明 , 盡 管在眼跳過程中視覺刺激的編碼被抑制 , 但是詞 匯的認知加工過程并沒有被抑制。 在閱讀中 , 多數(shù)眼跳都是從一個已知區(qū)域朝 向新的未知區(qū)域, 即向前眼跳(progressive saccade), 但有時還會出現(xiàn)反方向的眼跳, 被稱為回視 (regression) 。因此閱讀中的回視是指退回到前面 語句的眼跳 , 是閱讀中另一個重要的眼動組成部 分。對于熟練的閱讀者來說 , 10%~15% 的時間被 用于回視。大多數(shù)回視是針對緊鄰的前一個詞語 , 然而當理解不充分或文章太難時 , 更長距離的回 視會指向較早出現(xiàn)的詞語上。因為很難用實驗的 方法對回視加以控制 , 因此它的內(nèi)在機制以及它 自身的特點目前仍沒有很好的解釋 (Rayner, 2009; Inhoff & Weger, 2005; Rayner, Juhasz, Ashby, & Clifton, 2003; Weger & Inhoff, 2006, 2007; Mitchell, Shen, Green, & Hodgson, 2008)。 以上介紹了閱讀過程中的基本眼動知識。事 實上 , 早在 19 世紀末 , 人們就開始以眼動為指標

探討人的認知過程。在這漫長的歷史過程中 , 研 究者不斷探索反映人的心理活動的眼動指標。目 前 , 在閱讀的眼動研究中眼動分析指標非常豐富 , 但總體上與兩類眼動活動有關(guān) , 即閱讀過程中眼 睛何時移動和眼睛移動到哪里。據(jù)此 , 本文將眼 動指標分為兩類 , 一類是與眼睛何時移動有關(guān)的 時間維度的眼動指標 , 另一類是與眼睛移動位置 有關(guān)的空間維度的眼動指標。

2

時間維度的眼動指標
眼動記錄分析法與其他的測量閱讀時間的方

法 ( 如自控速閱讀 ) 相比 , 一個顯著的優(yōu)點是 , 實 驗者可以將讀者對某個區(qū)域的第一遍注視時間與 之后的閱讀時間區(qū)分開。研究者據(jù)此可以推斷閱 讀理解加工的時間進程。同時從眼動控制的角度 看 , 時間維度的眼動指標能回答何時移動眼睛的 問題。在閱讀研究中時間維度的眼動指標比較豐 富 , 而且使用廣泛。 在閱讀的眼動研究中 , 研究者往往要根據(jù)研 究的需要, 確定分析的目標區(qū)域, 即“興趣區(qū)” (area of interest, AOI), 興趣區(qū)可以是一個字或一 個詞 , 也可以是一個較大的區(qū)域 , 如一個短語或 一個句子。對只有一個字或詞的較小興趣區(qū)的分 析, 研究者更關(guān)注語言特征對詞匯通達的影響, 對較大興趣區(qū)的分析則可能更關(guān)注詞語間的關(guān)系 分析以及對句法結(jié)構(gòu)的分析。這就決定了不同范 圍的興趣區(qū)適用的眼動指標也會有所區(qū)別。 2.1 2.1.1 以字或詞為興趣區(qū)的眼動指標 單一注視時間 單一注視時間 (single fixation duration)是指在 最初的從左到右的句子閱讀中 , 興趣區(qū)內(nèi)有且只 有一次注視時的注視時間 , 如圖 1 中注視點 (3)、 (4) 、 (5) 、 (9) 、 (10) 和 (11) 。單一注視時間被認為 是字詞識別中語義激活階段的良好指標 (Rayner, 1998；張仙峰，葉文玲，，2006)。興趣區(qū)內(nèi)接受了 多次注視的加工過程與只接受一次注視的加工過 程在性質(zhì)上是不同的 , 因此注視點 (1) 和 (12) 不屬 于單一注視時間。另外 , 如果興趣區(qū)內(nèi)的單一注 視是緊跟在一次回視之后也不屬于單一注視時間, 如注視點 (7), 因為該注視點所在的興趣區(qū)最初被 跳讀了 , 在跳讀過程中有可能已從該區(qū)域獲得了 某些信息 , 因此相對于其他幾個注視點 , 注視點 (7)的注視時間已不完全反映該區(qū)域最初的心理加

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工過程。當興趣區(qū)被再注視的頻率較高時 , 計算 單一注視時間就失去了意義 , 因為這種情況下興 趣區(qū)內(nèi)的大量眼動數(shù)據(jù)需要刪除 , 極有可能導致 數(shù)據(jù)的變異增大, 從而降低該指標的敏感度 (Inhoff & Radach, 1998)。

敏感 , 如正字法特征 (White, Johnson, Liversedge, & Rayner, 2008)、語音特性 (Ashby, 2006; Ashby & Clifton, 2005)、詞匯特征 (詞頻、詞長、詞的可預 測性等 ) (Kliegl, Grabner, Rolfs, & Engbert, 2004; Slattery, Pollatsek, & Rayner, 2007; White, 2008; Staub, White, Drieghe, & Hollway, 2010)、語境限 制 (Frisson, Rayner, & Pickering, 2005)等 , 在漢語 閱讀中首次注視時間還受到漢字筆畫數(shù)的影響 (Wang & Pomplun, 2010)。然而 , 首次注視時間也 不是一個完美的眼動指標 , 因為該指標混淆了興 趣區(qū)內(nèi)有單一注視和多次注視的情況 , 而這兩種

圖1

假設(shè)的眼動軌跡圖一

情境下的心理加工過程是明顯不同的。單一注視 表明閱讀者在首次注視時已經(jīng)完全獲得了目標區(qū) 的信息 , 多次注視則表明閱讀者在首次注視時沒 有獲得完整的詞匯信息。 針對這一問題 , Rayner 等 (2010) 在研究中使 用了“首次加工有多次注視的首次注視時間” (duration of the first fixation in multiple first-pass fixations) 這一指標 , 研究者認為這是一個較好的 反映詞匯早期加工的指標 , 優(yōu)于之前提到的首次 注視時間和單一注視時間 , 但是目前該指標的使 用很有限。 而且 , 在正常的閱讀中 , 僅有 15%的詞 語被再注視 , 因此導致研究者很難收集到足夠多 的數(shù)據(jù)用于分析首次加工有多次注視的首次注視 時間。該研究結(jié)果表明首次加工有多次注視的首 次注視時間這一指標對詞頻效應和字母大小寫效 應的反應模式和敏感度與首次注視時間、單一注 視時間和之后提到的凝視時間指標相同。 2.1.3 第二次注視時間 當一個興趣區(qū)在首次加工過程中被多次注視 時 , 第二次注視時間 (second fixation duration) 也 是一個有用的眼動指標 , 如圖 1 中的注視點 ⑵和 ⒀ 。如果首次加工過程中還有第三次、第四次注 視 , 那么這些注視點的持續(xù)時間也包括在第二次 注視時間中。研究發(fā)現(xiàn) , 第二次注視和首次注視 的持續(xù)時間和它們的落點位置有密切關(guān)系 , 如果 首次注視點落在詞語的起始字母上 , 那么注視時 間較短 , 但是隨后的第二次注視時間往往較長。 如果首次注視點落在詞語的中心位置 , 則注視時 間較長 , 但第二次注視時間較短 (Holmqvist, et al., 2011)。在對復合詞的研究中 , 第二次注視時間被 看做是一個較好的反映詞匯早期加工的指標 (Pollatsek & Hy?n?, 2005)。

注：該軌跡圖以詞語為興趣區(qū) , 興趣區(qū)間用豎線隔開 , 圓點代表注視點 , 箭頭代表眼跳方向 , 數(shù)字序號代表注 視次序。下同。

單一注視時間受詞匯特征的影響較大 , 如詞 頻 、 詞 長 、 詞 語 的 可 預 測 性 等 。 研 究 (Raney & Rayner, 1995; Rayner, Raney, & Sereno, 1996)發(fā)現(xiàn) , 閱讀者對高頻詞的單一注視時間明顯短于低頻詞 ; 隨著詞長的增加 , 對詞語的單一注視時間也隨之 增加 , 而且單一注視的時間都長于兩次注視中的 任意一次注視時間。 對當前注視詞 (詞 n)的單一注 視時間還受詞 n+1 的詞匯特征的影響。有研究 (Drieghe, Rayner,& Pollatsek, 2008) 發(fā) 現(xiàn) , 當 詞 n+1 更難加工 (低頻、 長詞 )時 , 詞 n 的單一注視時 間越短。 Kliegl, Risse 和 Laubrock (2007) 的研究 發(fā)現(xiàn)詞 n+1 的詞性對詞 n 的加工有影響 , 當詞 n+1 為功能詞時 , 詞 n 的加工時間更長。對漢語 閱讀的眼動研究 (Yen, Tsai, Tzeng, & Hung, 2008; Yen, Radach, Tzeng, Hung, & Tsai, 2009; Yan, Richter, Shu, & Kliegl, 2009; Yang, Wang, Xu, & Rayner, 2009)發(fā)現(xiàn) , 字 n+1 的字形、語義、語音信 息以及詞 n+1 的語義信息對詞 n 的單一注視時間 均有影響。 2.1.2 首次注視時間 首次注視時間 (first fixation duration) 指在首 次通過閱讀中某興趣區(qū)內(nèi)的首個注視點的注視時 間 , 不用考慮該興趣區(qū)有多少個注視點 , 如圖 1 中的注視點 ⑴、 ⑶、 ⑷、 ⑸、 ⑼-⑿。在當前的閱 讀眼動研究中首次注視時間是使用最普遍的指標 之一 , 能有效反映詞匯通達的早期階段特征。系 列研究發(fā)現(xiàn) , 首次注視時間對多個言語特征反應

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2.1.4

凝視時間

2.1.5

離開目標后的首次注視時間

有時候讀者對興趣區(qū)的第一遍閱讀中會包括 不止一個注視點 , 這種情況下 , 首次加工中的所 有 注 視 點 都 代 表 著 初 始 的 加 工 , 凝 視 時 間 (gaze duration) 是指從首次注視點開始到注視點首次離 開當前興趣區(qū)之間的持續(xù)時間 , 包括興趣區(qū)內(nèi)的 回視 , 如圖 1 中的注視點 ⑴和 ⑵的時間之和即為 興趣區(qū) “ 泥石流 ” 的凝視時間 , 因此凝視時間也是 反映詞匯通達早期階段的指標。如果在注視點跳 出興趣區(qū)之前對該區(qū)域只有一次注視 , 那么凝視 時間就等于該區(qū)域的首次注視時間 , 如圖 1 中興 趣區(qū) “ 山區(qū) ” 和 “ 高原 ” 等。凝視時間指標與首次注 視時間指標一樣 , 包含了所有興趣區(qū)被注視的情 境 , 而且對前詞匯 (pre-lexical) 特征、詞匯特征都 反應敏感, 因此也是使用最廣泛的指標之一。如果 在不同實驗條件下, 興趣區(qū)中的首次注視時間或凝 視時間存在差異, 那么由此可以推斷在其中一種實 驗條件下閱讀者對詞語的首次加工遇到了困難。 Hy?n?, Bertram 和 Pollatsek (2004)以及 Pollatsek 和 Hy?n?(2005) 在對芬蘭語復合詞的研究中首次 使用了亞凝視時間 (subgaze duration)這個指標。 研 究采用邊界范式 , 邊界位于復合詞的兩個成分詞 ( 或詞素 ) 相鄰的位置 , 第一個成分詞和第二個成 分詞的起始兩個字母始終可見 , 第二個成分詞的 其他字母被形似字母替代。當讀者眼睛跳過邊界 的同時第二個成分詞的其他字母被替換為原來的 字母。據(jù)此在數(shù)據(jù)分析時就可以將復合詞的凝視 時間拆分為兩個部分 , 呈現(xiàn)變化之前的凝視時間 和變化之后的凝視時間 , 分別被稱為亞凝視時間 1 (subgaze
1

離 開 目 標 后 的 首 次 注 視 時 間 (first fixation duration after leaving)是指注視點離開當前興趣區(qū) 后的首次注視時間 , 如圖 1 中注視點 ⑶和 ⑹分別 為興趣區(qū) “ 泥石流 ” 和 “ 干旱 ” 的離開后首次注視時 間。Hy?n?, Lorch Jr 和 Rinck (2003)指出該指標反 映的是詞匯加工的后期階段特征。但問題是 , 在 實際的閱讀活動中 , 注視點離開當前興趣區(qū)后既 可能沿著正常的閱讀方向跳向后面的區(qū)域 , 如注 視點 ⑶, 也有可能回視到之前的閱讀區(qū)域 , 如注 視點 ⑹, 這兩種眼跳軌跡反映的心理加工過程是 不一樣的 , 前者說明讀者已經(jīng)完成了對興趣區(qū)內(nèi) 容的加工 , 后者則表明讀者在加工當前興趣區(qū)內(nèi) 容時遇到了困難。離開后的首次注視時間這一指 標并沒有區(qū)分以上兩種不同的眼動情況 , 有可能 會在數(shù)據(jù)分析中出現(xiàn)偏差。因此建議研究者在使 用該指標時 , 將這兩種不同的眼動軌跡分別進行 分析。 2.1.6 回視時間和總注視時間 回視時間 (regression time) 是指所有回視到當 前興趣區(qū)的注視時間之和 , 如圖 1 中注視點 ⑹的 注視時間即為興趣區(qū) “ 泥石流 ” 的回視時間�？傋� 視時間 (total fixation duration), 也被稱為總停留 時間 (total dwell time) (Holmqvist et al., 2011)、總 閱 讀 時 間 (total reading time) (Clifton, Staub, & Rayner, 2007) 或 總 觀 看 時 間 (total viewing time) (Inhoff et al., 1998), 是落在興趣區(qū)的所有注視點 的時間的總和。在圖 1 中興趣區(qū) “干旱 ”的總注視 時間為注視點 ⑸ 和 ⑻ 的注視時間之和�；匾晻r間 是反映詞匯后期加工過程的指標 , 而總注視時間 指標對較慢和較長時間的認知加工過程敏感 (Holmqvist et al., 2011)。如果在研究中發(fā)現(xiàn) , 某種 效應在興趣區(qū)的總閱讀時間上顯著 , 而在早期的 指標上 ( 如首次注視時間和凝視時間 ) 不顯著 , 那 么可以推測該效應只在相對后期的加工過程中存 在。但需要強調(diào)的是 , 總注視時間不包括閱讀者 對興趣區(qū)之前內(nèi)容的回視時間 , 因此不等于閱讀 者對興趣區(qū)的完全加工時間。 2.2 2.2.1 以短語或句子為興趣區(qū)的眼動指標 第一遍閱讀時間 第 一 遍 閱 讀 時 間 (first-pass reading time/firstpass fixation time) 是指閱讀者的注視點首次跳向 另一興趣區(qū)之前對當前興趣區(qū)的所有注視點的注

duration) 和亞凝視時間 2 (subgaze

2

duration)。亞凝視時間 1 是指眼跳首次越過邊界 之前落在該復合詞第一成分詞上的注視點的時間 之和。如果對復合詞的首次注視落在邊界之后 , 即落在第二個成分詞上 , 那么亞凝視時間 1 則為 0。 亞凝視時間 2 是指眼跳首次越過邊界之后落在 該復合詞 (包括兩個成分詞 )上的注視時間之和。 如 果眼跳首次越過邊界之后注視點直接落在該復合 詞之外 , 那么亞凝視時間 2 為 0。可見 , 計算亞凝 視時間使復合詞的凝視時間進程分析更加細化和 深入 , 亞凝視時間 1 可以看做是反映復合詞初期 加工階段的較早期指標 , 與復合詞的第一成分詞 特征有密切關(guān)系 , 亞凝視時間 2 反映的是復合詞 整詞的早期加工情況。

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視時間之和 , 也被稱為 “第一次通過總時間 ” (first run dwell time)。它的計算方法與之前提到的凝視 時間相同 , 只是在對較大區(qū)域的眼動研究中更多 使用 “ 第一遍閱讀時間 ” 這一名稱。在計算第一遍 閱讀時間時 , 一般都需要將多個連續(xù)注視點的注 視時間相加, 這時就會遇到一個頗有爭議的問 題：連續(xù)注視點間的眼跳時間是否需要加進注視 時間內(nèi)？這也是所有涉及到注視點相加的眼動指 標在計算時遇到的問題。 對此有兩種對立的觀點。 一種觀點認為 (Inhoff et al., 1998; Rayner, 1998; Murray, 2000) 眼跳時間非常短 , 是否加進注視時 間對最終結(jié)果沒有太大影響。 盡管 Rayner 曾提出 , 當對包含有多個單詞的興趣區(qū)進行分析時 , 因為 有 多 次 注 視 , 眼跳 時間 的 作 用可 能會 比 較 明 顯 , 但他并未明確指出應將眼跳時間計算在注視時間 內(nèi) , 而且在多數(shù)眼動研究中 , 研究者在計算多個 注視點之和時并未包含眼跳時間。持相反觀點的 研究者 (Vonk & Cozijn, 2003) 認為眼跳時間盡管 很短 , 但只要是連續(xù)的注視點的注視時間相加都 應該包含眼跳時間 , 因為語言加工過程在眼跳期 間仍在進行。注視點間的眼跳時間對總注視時間 的作用的大小主要受眼跳次數(shù)的影響 , 那么當目 標區(qū)域較大時 , 眼跳次數(shù)勢必增多 , 總的眼跳時 間也會隨之增加 ; 更重要的是當加工的目標區(qū)域 難度較大時 , 眼跳時間的影響作用將更明顯 , 因 為當閱讀遇到困難時 , 閱讀者往往會多次注視該 區(qū)域。因此建議研究者根據(jù)具體的研究內(nèi)容和實 際情況決定是否將眼跳時間加進注視時間 , 因為 目前的多數(shù)研究都將眼跳時間忽略不計 , 因此如 果在數(shù)據(jù)分析時 , 加進了眼跳時間則應該在研究 中予以說明 , 以便于同類研究結(jié)果間的比較。 2.2.2 向前閱讀時間 在閱讀的眼動軌跡圖中會發(fā)現(xiàn) , 有時閱讀者 是以向前眼跳的方式離開某一興趣區(qū) (如圖 2 中的 第一個興趣區(qū) ), 有時則以向后眼跳即回視的方式 離開該興趣區(qū) (如圖 2 中的第二個興趣區(qū) )。 在計算 第一遍閱讀時間時 , 并未對這兩種不同的眼跳現(xiàn) 象加以區(qū)分。 Altmann 等 (Altmann, Garnham, & Dennis, 1992) 在 研 究 中 采 用 “ 回 視 相 依 分 析 ” (regression-contingent analysis) 技術(shù) , 將這兩種不 同的眼跳軌跡分別進行分析 , 結(jié)果發(fā)現(xiàn)以向前眼 跳方式離開興趣區(qū)的第一遍閱讀時間長于以回視 方式離開興趣區(qū)的第一遍閱讀時間 , 可能的原因

是, 讀者對當前興趣區(qū)加工時遇到了理解障礙, 從而回視到文章的較早部分進行重讀以完成理解 , 因此對當前興趣區(qū)的加工時間較短。沒有發(fā)生回 視 , 表明閱讀者是在完成了對興趣區(qū)的加工過程 和問題解決之后跳出該興趣區(qū)的 , 因此加工時間 可能會相對較長。事實上 , 數(shù)據(jù)結(jié)果也表明這兩 種不同眼動軌跡的數(shù)據(jù)特征不同。

圖2

假設(shè)的眼動軌跡圖二

注：該圖以句子為興趣區(qū)。

據(jù)此 , 有研究者 (Vonk & Cozijn, 2003)提出了 “向前閱讀時間 ” (forward reading time) 指標以區(qū) 分這兩種不同的眼跳現(xiàn)象。向前眼跳時間是指從 興趣區(qū)的首次注視點開始到首次離開 , 且以一個 向前眼跳的方向離開該興趣區(qū)之間的持續(xù)時間 , 包括興趣區(qū)內(nèi)的回視 , 在圖 2 中第一個興趣區(qū)的 第一遍閱讀時間即為向前閱讀時間 , 等于前五個 注視點的時間之和�？梢� , 向前閱讀時間指標區(qū) 別于第一遍閱讀時間指標的唯一之處在于前者僅 包括以向前眼跳方式離開興趣區(qū)的第一遍閱讀時 間。Vonk 等認為向前閱讀時間指標更優(yōu)于第一遍 閱讀時間指標 , 因為第一遍閱讀時間指標不考慮 注視點首次離開興趣區(qū)后是否發(fā)生回視 , 那么在 該類回視發(fā)生頻率較高的情境下 , 就有可能出現(xiàn) 材料較難條件下的第一遍閱讀時間反而短于材料 容易條件下的閱讀時間 , 從而造成數(shù)據(jù)結(jié)果的自 相矛盾。 2.2.3 第二遍閱讀時間 第二遍閱讀時間 (second pass reading time)也 被稱為 “ 回看注視時間 ” (lookback fixation time) (Hy?n? et al., 2003), 是指對某興趣區(qū)第一遍閱讀 之后注視點再次回到該興趣區(qū)的所有注視點的持 續(xù)時間之和 , 包括第二次 , 甚至第三次離開該興 趣區(qū)后又再次回到該興趣區(qū)的注視時間。如在圖 2 中 , 第一個興趣區(qū)的第二遍閱讀時間為第 ⑺~⑾ 五個注視點的時間之和 , 第二個興趣區(qū)為注視點

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⑿~⒁的時間之和。 如果首次通過后興趣區(qū)沒有被 再注視, 那么對該興趣區(qū)的第二遍閱讀時間為 零。該指標通常被看做是反映信息加工后期階段 的指標 (Clifton et al., 2007)。 2.2.4 回視路徑閱讀時間、選擇性回視路徑閱讀 時間和重讀時間 前面提到的第一遍閱讀時間和第二遍閱讀時 間指標有一個共同的特征 , 它們都是對空間上連 續(xù)的注視點進行整合而形成的 , 即所有注視點都 發(fā)生在一個興趣區(qū)內(nèi)。而這種空間連續(xù)性的特點 會造成這些指標無法反映在重讀過程中某個變量 對加工過程影響的時間進程 (Liversedge, Paterson, & Pickering, 1998), 因為在這種情況下 , 時間上 連續(xù)的注視點在空間上并不是鄰近的。如圖 2 中 第 ⑹ 個注視點與第 ⑺ 個注視點 , 要對這種閱讀情 況進行分析就需要采用另一類從時間鄰近性上對 注視點進行整合而形成的眼動指標。 回 視 路 徑 閱 讀 時 間 (regression path reading time) (Liversedge et al., 1998; Huang & Gordon, 2011)指從某個興趣區(qū)的第一次注視開始 , 到注視 點落到該興趣區(qū)右側(cè)的區(qū)域為止 ( 不包括這一注 視點 ), 之間所有的注視點的持續(xù)時間的總和。如 在圖 2 中 , 第二個興趣區(qū)的回視路徑閱讀時間等 于第 ⑹–⒁注視點的時間之和。 這個指標包含與回 視行為相關(guān)的閱讀時間 , 反映了被試用于探測到 問題, 并重讀前面文章的加工過程, 也就是說, 該指標不僅可以反映詞匯通達的加工過程 , 而且 還能反映后期句子整合的加工過程。在有的研究 中 也 被 稱 為 “ 回 看 時 間 ” (go-past reading time) (Clifton, Bock, & Radó, 2000)、 “總體通過閱讀時 間 ” (total-pass reading time) (Vonk et al., 2003)、 “累計閱讀時間 ” (cumulative region reading time) (Mitchell, Brysbaert, Grondelaers, & Swanepoel, 2000)、 “擴展的第一遍閱讀時間 ” (extended firstpass fixation time) (該指標更多用于對句子的分析 ) (Hy?n? et al., 2003; Hy?n?, Lorch, & Kaakinen, 2002)等。 選擇性回視路徑閱讀時間 (selective regression path reading time) 是指從某個興趣區(qū)的第一次注 視開始 , 到注視點落到該興趣區(qū)右側(cè)的區(qū)域為止 ( 不包括這一注視點 ), 之間所有落在該興趣區(qū)的 注視點的持續(xù)時間之和。該指標與回視路徑閱讀 時間的區(qū)別在于 , 選擇性回視路徑閱讀時間只包

括興趣區(qū)內(nèi)的注視點 , 如圖 2 中 , 第二個興趣區(qū) 的選擇性回視路徑閱讀時間等于第 ⑹ 和第 ⑿-⒁ 注視點的時間之和。可見 , 選擇性回視路徑閱讀 時間整合了興趣區(qū)的第一遍和第二遍閱讀時間 , 因此該指標不僅能反映早期與詞匯通達有關(guān)的認 知加工效應 , 而且能反映后期與句子整合有關(guān)的 認知加工效應 , 是一個非常有價值的指標。 重讀時間 (re-reading time) 是指 , 對某興趣區(qū) 的回視路徑閱讀時間減去第一遍閱讀時間后的持 續(xù) 時 間 。 也 被 稱 為 “ 再 檢 查 時 間 ” (re-inspection time) (Blythe, H?iki?, Bertam, Liversedge, & Hy?n?, 2011) 、 “ 首 次 通 過 回 視 時 間 ” (first-pass regression time) (Van Gompal, Pickering, & Traxler, 2001)。如在圖 2 中 , 第二個興趣區(qū)的重讀時間就 等于第 ⑺-⒁注視點的時間之和。這一指標主要反 映被試在目標區(qū)遇到困難后的再分析過程 , 因此 不包括對目標區(qū)首次加工的注視時間。 回視路徑閱讀時間和重讀時間都是將讀者遇 到加工困難后閱讀文章時的注視點整合起來 ( 回 視路徑閱讀時間包括初始加工中的注視 ), 因此是 按時間上的鄰近關(guān)系將注視點整合而形成的指 標。 Liversedge 等 (1998)指出 , 如果閱讀中的重讀 過程是時間連續(xù)無間斷的過程 , 那么通過時間鄰 近性得出的指標可以清楚地描繪出這個過程的時 間特性 , 因此在需要探測變量效應的時間進程時 , 從時間鄰近性整合的眼動指標會比從空間鄰近性 整合的指標更敏感。但這并不是說時間鄰近性整 合的指標優(yōu)于空間鄰近性整合的指標 , 最好的解 決辦法就是在閱讀的眼動研究中同時將時間鄰近 性指標和空間鄰近性指標結(jié)合起來進行分析。這 可以在最大程度上保證研究者測量到變量的效應 , 也能使研究者發(fā)現(xiàn)讀者在句子理解過程中發(fā)生加 工困難后的眼動特點。 Liversedge 等通過對歧義 句的研究驗證了這一點。在該實驗中研究者讓被 試 讀 兩 種 類 型 的 定 語 從 句 , 如 “(1)The teenagers allowed a party invited a juggler straightaway. (2)The teenagers who were allowed a party invited a juggler straightaway.”。研究的自變量有兩個：是 否 省 略 “who were” 和 句 首 是 否 加 “only”, 省 略 “who were” 的句子容易產(chǎn)生歧義 , 研究主要考察 在句前加 “only” 能否避免 “ 花園路徑 ” 效應。其中 “invited” 為解岐區(qū)。對解岐區(qū)和解岐區(qū)之前區(qū)域 的第一遍閱讀時間和總注視時間的分析發(fā)現(xiàn) , 兩

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個變量的主效應顯著 , 在解岐區(qū)不存在交互作用 , 但在解岐區(qū)之前區(qū)域存在交互作用。但對這兩個 指標的分析無法弄清楚讀者在讀到解歧詞時 , 是 否立即做向左的眼跳 , 回視到前面的區(qū)域 , 或者 說讀者是否先讀了解歧詞之后的區(qū)域 , 才又重讀 前面的區(qū)域。為了回答該問題 , 研究者又對這些 區(qū)域的回視路徑閱讀時間和重讀時間進行了分析 , 發(fā)現(xiàn)在解岐區(qū)之前區(qū)域上 , 兩變量的主效應交互 作用均顯著 , 簡單效應分析發(fā)現(xiàn)對省略句的回視 路徑閱讀時間和重讀時間長于不省略句, 以 “only” 為開頭的句子中省略句與不省略句沒有差 異。在解岐區(qū)上的結(jié)果與總注視時間指標的結(jié)果 一致。由此整合這兩類指標的結(jié)果可以得出結(jié)論 , 只在句前加 “only” 不能避免發(fā)生 “ 花園路徑 ” 效應 , 但利于讀者對句子的重新分析。 2.2.5 總閱讀時間 總閱讀時間 (total reading time)與之前詞匯分 析中提到的 “總注視時間 ” (total fixation duration) 實質(zhì)一樣 , 都是指閱讀者對興趣區(qū)的所有注視點 的時間的總和。 2.2.6 平均注視時間 興趣區(qū)內(nèi)所有注視點的持續(xù)時間的平均值就 是平均注視時間 (mean fixation duration)。這一指 標在以字或詞為興趣區(qū)的眼動分析中同樣適用。 如果閱讀者對興趣區(qū)的注視點均勻分布那么平均 注視時間將會是一個有用的測量。但事實是有的 興趣區(qū)僅被注視一次 , 而有的被多次注視 , 只粗 糙地計算所有注視點的平均值 , 就可能混淆這兩 種閱讀現(xiàn)象。而且更重要的是 , 當與首次注視時 間和第一遍閱讀時間同時使用時 , 可能會出現(xiàn)實 驗結(jié)果的自相矛盾。比如 , 研究發(fā)現(xiàn)較長的詞一 般 會 被 多 次 注 視 (McDonald & Shillcock, 2004; Vergilino-Perez, Collins, & Dore-Mazars, 2004), 因 此在凝視時間這一指標上詞長效應顯著 , 但因為 首次注視時間和再注視時間傾向于比單一注視時 間短 , 這樣較長詞語上多次注視時間的平均值反 而小于較短詞語上的單一注視時間的平均值。 另 外 有 研 究 發(fā) 現(xiàn) (Hy?n? & Niemi, 1990; Raney et al., 1995; Schnitzer & Kowler, 2006), 當 讀者重讀閱讀材料時 , 整個閱讀過程都會保持相 似的注視模式 , 但是眼跳距離變長 , 注視次數(shù)減 少 , 回視頻率下降。如果使用首次注視和凝視時 間檢驗注視時間的變化時會發(fā)現(xiàn) , 注視時間也有

很大程度的下降 , 但是平均注視時間卻僅受最小 限度的影響。 這進一步證明 , 在有些情況下 , 平均 注視時間不是一個很好地體現(xiàn)時時加工過程的指 標 (Rayner, 2009)。但該指標常在整體分析中使用 , 反映閱讀加工的整體情況。

3
3.1

空間維度的眼動指標
眼跳距離 眼跳距離 (saccadic amplitude/saccadic length/

saccadic size) 是指從眼跳開始到此次眼跳結(jié)束之 間的距離。眼跳距離大 , 說明被試在眼跳前的注 視中所獲得的信息相對較多 (Irwin, 1998; 閆國利 , 白學軍 , 2000), 閱讀速度較快。 研究發(fā)現(xiàn)隨著文章 難 度 的 加 大 , 閱 讀 者 的 眼 跳 距 離 變 短 (Rayner, 1998)。 Phillips 和 Edelman (2008)的研究發(fā)現(xiàn) , 在 視覺搜索任務中眼跳距離比注視時間更能解釋個 體成績的變異和提高。因此 , 眼跳距離可以看做 是反映閱讀效率和材料加工難度的指標。 從眼動儀的數(shù)據(jù)分析軟件中導出的眼跳距離 數(shù)據(jù)是以視角度數(shù)或者像素為單位。但是 , 在閱 讀研究中 , 描述眼跳距離時通常使用的單位是字 母數(shù) (西文 )或者漢字數(shù) (中文 ), 而很少使用視角度 數(shù)這個單位。因為只要文章的字號是正常的大小 , 眼跳是由字母 ( 或漢字 ) 而非視角決定的 (Morrison & Rayner, 1981; McDonald, 2006)。因此在多數(shù)研 究中需要對眼跳距離進行單位轉(zhuǎn)換 , 具體的做法 是用數(shù)據(jù)分析軟件中導出的以視角度數(shù)或像素為 單位的數(shù)據(jù)除以實驗中每個字母或漢字所對應的 視角度數(shù)或像素數(shù)。眼跳距離在不同的研究中 , 根據(jù)研究的需要還可以形成其它新的指標 , 如向 前眼跳距離 (forward saccade size)、回視眼跳距離 (regressive saccade size)等。 閱讀中的眼跳距離受諸多因素影響 , 除上文 提到的材料難度外 , 當前注視詞和注視點右側(cè)單 詞的詞長也影響眼跳距離 (Inhoff, Radach, Eiter, & Juhasz, 2003; Juhasz, White, Liversedge, & Rayner, 2008; O’Regan, 1979, 1980; Rayner, 1979; White, Rayner, & Liversedge, 2005), 如果注視點右側(cè)的 單詞很長或很短 , 那么下次眼跳距離與中等長度 的單詞相比會更長 , 比如 , 注視點右側(cè)的單詞是 一個由 11 個字母組成的單詞 , 那么對該詞的眼跳 距離和對 2 個由 5 個字母所組成的單詞相比會更 長一些 , 如果注視點右邊是一個很短的詞 , 由 2

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到 4 個字母組成 , 那么對它的眼跳距離相比于由 5 到 7 個字母組成的單詞就更長一些 , 原因很可能 是由于短詞會被跳過。文字的書寫體系也影響眼 跳距離 , 漢語閱讀者的平均眼跳距離顯著小于英 語閱讀者 , 通常只有 2~3 個漢字空間(Inhoff & Liu, 1998; 閆國利 , 白學軍 , 2007), 英語閱讀者的平 均眼跳距離為 7~9 個字母空間 (Rayner, 1998), 可 能是因為漢語中漢字的排列較緊湊 , 單位空間內(nèi) 的語言信息量比英語更緊密。閱讀者自身的特征 是另一個影響因素 , 在英語和漢語閱讀中均發(fā)現(xiàn) , 初學閱讀者或不熟練閱讀者的眼跳距離顯著短于 熟 練 閱 讀 者 (Ashby, Rayner, & Clifton, 2005; H?iki?, Bertram, Hy?n?, & Neimi, 2009; Rayner, Slattery, & Bélanger, 2010; 熊建萍 , 閆國利 , 白學 軍 , 2009; 閆 國 利 , 王 麗 紅 , 巫 金 根 , 白 學 軍 , 2011), 閱讀困難兒童的眼跳距離明顯小于正常兒 童 (Rayner, 2009; 韓玉昌 , 隋雪 , 任延濤 , 2005)。 在英語材料的研究中發(fā)現(xiàn) , 老年人的眼跳距離明 顯大于年輕人 (Rayner, Reichle, Stroud, Williams, & Pollatsek, 2006; Rayner, Castelhano, & Yang, 2009 )。 3.2 注視位置 注 視 位 置 (landing position) 是 指 注 視 點 所 處 的位置 , 當前的注視位置既是前一次眼跳的落點 位 置 (landing site) 也 是 下 一 次 眼 跳 的 起 跳 位 置 (launch site) 。在眼動記錄數(shù)據(jù)時 , 注視位置一般 都是以二維的 (x, y) 坐標系統(tǒng)采樣 , 單位為像素 , 在數(shù)據(jù)分析時需要對注視位置數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換 , 普 遍的做法就是將一個詞語平均劃分為若干個興趣 區(qū) , 對興趣區(qū)進行編碼后 , 根據(jù)各注視點位置的 像素值和對應興趣區(qū)的像素范圍計算每個注視點 在詞內(nèi)的位置。研究者可以根據(jù)研究的需要形成 多個不同的注視位置指標, 如平均首次注視位置(不 管詞上有多少次注視, 只計算在該詞上的第一次注 視)、單次注視中的平均首次注視位置、多次注視中 的平均首次注視位置, 向前注視的平均注視位置等, 同時還能形成多個相應的注視位置分布圖。 注視位置主要受詞長和起跳位置的影響 , 在 拼音文字的閱讀中 , 對于 4~5 個字符的較短詞的 注視位置經(jīng)常位于詞語的中心 , 對于較長的詞語 則 常 處 于 詞 語 中 心 偏 左 的 位 置 (Nuthmann, Engbert, & Kliegl, 2005; Radach & McConkie, 1998)。漢語閱讀的研究結(jié)果仍存在爭議。較早的

研究表明 , 首字注視位置較為平均地分布在字的 各 個 位 置 (Tsai & McConkie, 2003, Yang & McConkie, 1999)。在單次注視中 , 對詞的首次注 視位置往往落在詞的中心 , 而在多次注視中 , 傾 向于注視詞的開頭(Yan, Kliegl, Richter, Nuthmann, & Shu, 2010)。 Li, Liu 和 Rayner (2011)的研究以兩 字詞和四字詞為實驗材料 , 考察中文讀者的注視 位置 , 結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)中文讀者以詞的中心位置為 眼跳的目標。 Li 等人認為 , 之所以出現(xiàn)不同的結(jié) 果是因為之前的研究在計算注視位置時 , 只考慮 了從目標詞左側(cè)的漢字起跳 , 并落在目標詞上首 次注視點的情況 , 對目標詞的再注視并沒有參與 計算。當對落在目標詞上所有向前的注視 (包括詞 內(nèi)再注視 )進行分析時 , 發(fā)現(xiàn)注視位置分布呈一條 平行于 x 軸的曲線。 注視點在詞內(nèi)最頻繁的落點位置被稱為 “ 偏 愛注視位置 ” (preferred viewing location, PVL)。 這 個位置會隨著先前起跳位置的不同而變化 , 如果 落在目標詞上的注視點的起跳位置距離該單詞過 遠 (大約 8~10 個字符的距離 ), 那么注視位置就會 偏向詞語的左側(cè)。 同樣的 , 如果這個距離很小 (2~3 個字符的距離 ), 注視位置就會偏向右側(cè)。有研究 發(fā)現(xiàn) , 起跳位置和平均注視位置之間呈線性關(guān)系 , 且不受詞長的影響。對于 4-8 個字母的詞語來說 , 它的估計斜率平均為 0.5 個字母位置 , 換句話說 , 起跳位置每增加一個字母空間的距離 , 那么注視 點的落點位置就隨之向前移動約半個字母的空間 (Nuthman et al., 2005; Krügel & Engbert, 2010)。 Vitu (2011) 在研究中將起跳位置到詞語中心的距 離保持不變 , 結(jié)果發(fā)現(xiàn)不管詞長為多少 , 注視位 置都基本一樣 , 由此研究者認為 , 決定眼睛在詞 內(nèi)注視位置的最主要因素是起跳位置而非詞長。 在拼音文字閱讀中詞間空格也影響注視位置。大 量研究發(fā)現(xiàn) , 拼音文字中的詞邊界信息可以幫助 讀者把下一個注視點定位在單詞的最佳注視位置 上 , 當刪除單詞之間的空格后 , 首次注視位置更 多落在單詞的開頭位置上 , 這可能與眼跳距離變 小有關(guān)。漢語閱讀中盡管不存在詞間空格 , 但有 研究發(fā)現(xiàn) , 如果在詞間加進空格能在一定程度上 幫助讀者進行有效的眼跳定位 (Zang, Liversedge, Liang, Bai, & Yan, 2012)。 3.3 注視次數(shù) 注視次數(shù) (number of fixations) 是指興趣區(qū)被

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注視的總次數(shù)。該指標能有效反映閱讀材料的認 知加工負荷 , 認知負荷較大的閱讀材料 , 注視次 數(shù)也更多。研究 (Henderson & Ferreira, 1990)發(fā)現(xiàn) , 閱讀較難材料時的注視次數(shù)明顯比閱讀較易材料 時多。不同閱讀水平的讀者閱讀同一材料時注視 次數(shù)也顯著不同 , 有研究表明 , 老年人閱讀時的 注視次數(shù)顯著多于年輕人 , 熟練閱讀者的注視次 數(shù) 明 顯 少 于 不 熟 練 閱 讀 者 (Rayner, Yang, Castelhano, & Liversedge, 2011; Rayner et al., 2010)。根據(jù)研究需要 , 注視次數(shù)指標又可以細分 為向前注視次數(shù) (number of forward fixations)和回 視注視次數(shù) (number of regressive fixations)兩個指 標。前者只計算由向前眼跳引發(fā)的注視次數(shù) , 后 者則只計算由回視引發(fā)的注視次數(shù)。 3.4 跳讀率 跳讀率 (skipping rate)是指首次閱讀中興趣區(qū) 被跳讀的概率 , 具體而言就是首次閱讀中興趣區(qū) 被跳讀的頻率與該興趣區(qū)被跳讀和被注視的頻率 之和的比值。有兩個因素對跳讀有很大的影響： 詞的長度和詞的預期性。首先 , 影響跳讀的最主 要因素是詞長 (Brysbaert, Drieghe, & Vitu, 2005; Drieghe, Brysbaert, Desmet, & De Baecke, 2004; Rayner, 1998; Drieghe, Desmet, & Brysbaert, 2007; Drieghe, Pollatsek, Staub, & Rayner, 2008 ; Gautier, O’Regan, & LaGargasson, 2000)。 與較長的詞相比 , 短詞更有可能被跳讀。當兩三個短詞連續(xù)出現(xiàn)時 , 他們其中的兩個很有可能被跳讀 (Drieghe et al., 2008; Gautier et al., 2000)。 Vitu 等 (Vitu, O’Regan, Inhoff, & Topolski, 1995)的研究發(fā)現(xiàn) , 1 個字母構(gòu) 成的詞語被跳讀率約為 80%, 3 個字母構(gòu)成的詞語 為 60%, 5 個字母構(gòu)成的詞語為 30%, 7 個字母或更 長的詞語為 10%, 而且不管是在有意義的句子閱 讀中還是在無意義的字母串閱讀中這些數(shù)據(jù)都沒 有變化。其次 , 詞的預期性也影響跳讀率。高預 期性的詞與那些低預期性詞相比會更容易被跳讀 (Binder, Pollatsek, & Rayner, 1999; Rayner &Well, 1996 ; Vitu, 1991)。在漢語的閱讀中同樣存在這種 現(xiàn)象 (Rayner, Li, Juhasz, &Yan, 2005)。 詞語被跳讀并不表明該詞語沒有被加工 , 研 究發(fā)現(xiàn) (Pollatsek, Rayner, & Balota, 1986), 當一 個詞語被跳讀時 , 跳讀前的注視時間往往較長。 而且 , 與沒有被跳讀的目標詞相比跳讀之前和之 后的注視區(qū)域顯示出有所擴大 (Kliegl & Engbert,

2005; Rayner et al., 2003)。 這表明被跳過的詞語在 副中央凹視覺區(qū)已被加工 , 可能是發(fā)生在被跳讀 之前也可能是在跳讀之后。 3.5 再注視比率 再注視比率 (refixation rate) 就是首次閱讀中 興趣區(qū)被多次注視的概率 , 等于首次閱讀中興趣 區(qū)被多次注視的頻率與該興趣區(qū)被單一注視和多 次注視的頻率之和的比值。該指標對認知變量反 映敏 感 , 在 眼 動 研 究 中 被 認 為 具 有 重 要 的 意 義 , 因為反映語言學特征的凝視時間效應主要體現(xiàn)為 再注視比率的增加而不是單個注視時間的增加。 詞匯特征對詞語的再注視比率影響較小 , 再 注視比率主要受較低水平的視覺特征的影響 , 如 詞內(nèi)注視的登陸位置 (Rayner et al., 1996)。研究發(fā) 現(xiàn), 再注視比率受首次注視位置的影響較顯著, 當首次注視位置位于詞語的中心區(qū)域時 , 再注視 概率最小 , 對詞語的加工速度最快 , 這種現(xiàn)象被 稱 為 “ 最 佳 注 視 位 置 效 應 ” (optimal viewing position effect, OVP effect)或者再注視的最佳注視 位 置 效 應 (refixation-optimal viewing position effect)。但需要說明的是 , 關(guān)于漢語的研究結(jié)果與 此不同 , Yan 等人 (2010)的研究發(fā)現(xiàn) , 漢語讀者對 詞的首次注視落在詞首時 , 再注視該詞的概率最 高 , 而落在詞尾時 , 再注視該詞的概率最低。 閱讀 中讀者總嘗試去注視詞語的中心位置 , 當注視點 未登陸到這個最佳位置時 , 就會更傾向于再注視 這個單詞 (Inhoff et al., 2003; Juhasz et al., 2008; White et al., 2005)。 O’Regan 等人 (1984)的研究發(fā) 現(xiàn) , 讀者對單詞的首次注視每偏離最佳注視位置 一個字母 , 相應損失加工時間大約 20ms。 與 OVP 效應相關(guān)的另一個發(fā)現(xiàn)是反向最佳注視位置效應 (inverted optimal viewing position effect, IOVP effect)。 該效應是指當讀者在一個詞上只有一次注 視時 , 如果該次注視位于單詞的中心位置 , 即最 佳注視位置 (OVP), 那么該次注視的持續(xù)時間最 長。而且注視點越偏離單詞中心 , 注視時間越少 , 呈 倒 “U” 型 曲 線 (Nuthmann, Engbert, & Kliegl, 2007; Vitu, Lancelin, & Marrier d’Unienville, 2007; Vitu, McConkie, Kerr, & O’Regan, 2001)。 3.6 回視次數(shù) 回視次數(shù) (regression count) 反映了讀者對之 前閱讀信息的再加工過程。在閱讀的眼動研究中 , 有兩種不同的回視：詞內(nèi)回視和詞間回視。詞內(nèi)

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回視是指在一個詞語內(nèi)由右向左的眼跳 , 反映詞 匯的通達過程 , 而詞間回視是指從當前注視詞向 之前某個詞語的眼跳 , 反映的是句子整合的加工 過程 , 即對幾個詞語間關(guān)系的理解過程。研究者 應該根據(jù)研究的目的有選擇性地使用該指標。 針對某個特定的興趣區(qū), 回視有兩種可能, 一種是落進該興趣區(qū)的回視 , 一種是從該興趣區(qū) 引發(fā)的回視 , 由此引出兩種新的回視指標：“回視 入比率”和“回視出比率”�；匾暼氡嚷�(regression-in proportion) 是指在閱讀中從后面區(qū)域回視到當前 興趣區(qū)的被試的比率。如圖 3 中 , 共有四個被試 的眼動軌跡 , 只有被試 1 引發(fā)了對興趣區(qū) 1 的回 視入現(xiàn)象 , 因此該興趣區(qū)的回視入比率為 25%。 回視出比率 (regression-out proportion)是指閱讀中 從當前興趣區(qū)引發(fā)回視 ( 越過當前興趣區(qū)左側(cè)邊 界 )的被試比率 , 一般限于對該興趣區(qū)的首次通過 閱讀過程 (Clifton et al.,2007), 在有的研究中又被 稱為第一遍回視率(first-pass-regression proportion) ( 陳 慶 榮 , 譚 頂 良 , 鄧 鑄 , 徐 曉 東 , 2010; Calvo, Meseguer, & Carreiras, 2001; Pickering & Frisson, 2001; Traxler, 2008)。如圖 3 中 , 被試 1 在興趣區(qū) 3 引發(fā)回視出眼跳 , 因此該興趣區(qū)的回視出比率 為 25%。回視出比率可以反映讀者在興趣區(qū)的早 期加工階段遇到的加工困難狀況 , 一般與回視路 徑閱讀時間指標結(jié)合使用 , 共同反映讀者對興趣 區(qū)早期加工遇到困難和后期信息整合的加工過 程。在 Pollatsek 等 (2005)的研究中比較了三種包 含不同類型復合詞的句子：完全不透明復合詞 (如 “humbug”, 意 為 “ 欺 騙 ”) 、 半 透 明 復 合 詞 ( 如 “strawberry”, 意 為 “ 草 莓 ”) 和 全 透 明 復 合 詞 ( 如 “milkbottle”, 意為 “奶瓶 ”) 。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對不透明復 合詞的回視出比率幾乎是透明復合詞的兩倍。在 對歧義句的眼動研究中發(fā)現(xiàn) , 解歧區(qū)的回視出比 率明顯增加 (Clifton et al.,2003)。

據(jù)記錄的是在當前刺激情境下觀看者的瞳孔直徑 大小 , 但在最后的數(shù)據(jù)分析中多采用瞳孔直徑的 變化值。具體的計算方法是 , 首先計算瞳孔直徑 大小的基線值 , 在一般的眼動實驗中 , 在刺激呈 現(xiàn)前會先出現(xiàn)校準注視點 , 將觀看者對校準注視 點的瞳孔直徑大小進行記錄 , 取得平均值 , 以此 作為基線值。刺激呈現(xiàn)期間觀看者的瞳孔直徑的 平均值減去這一基線值即為瞳孔直徑的變化值。 需要說明的是 , 瞳孔直徑與疲勞密切相關(guān) , 因此 在采用該指標時, 應盡可能避免連續(xù)呈現(xiàn)刺激, 同時在計算瞳孔直徑的變化值時 , 要求對每一個 實驗項目按照以上步驟逐一進行計算 , 以盡可能 減少觀看疲勞對瞳孔直徑的影響。另外 , 瞳孔直 徑對亮度、顏色、視覺刺激的空間頻率等的變化 反映敏感 , 因此 , 在實驗中要盡可能控制這些因 素。 Porter 和 Troscianko (2003) 提出了幾種方法 將這種不必要的瞳孔直徑的反射性變化控制在 最低程度 , 比如 , 使用相對較低的刺激對比 , 避 免使用顏色刺激, 盡量使用相對較長的刺激呈 現(xiàn)時間等。 瞳孔直徑的變化被用來推測認知加工的努力 程度或認知負荷的大小。 Just 和 Carpenter (1993) 的研究考察了瞳孔直徑的變化與句子加工之間的 關(guān)系 , 結(jié)果發(fā)現(xiàn)加工復雜句子時的瞳孔直徑變化 明顯大于加工簡單句子 , 研究者認為在閱讀理解 過程中 , 瞳孔大小的變化可以作為心理加工的強 度 (intensity)指標。 Hy?n?, Tommola 和 Alaja (1995) 在研究中測定了三種不同任務下瞳孔直徑的變化 程度 , 這三種任務分別是：聽一篇課文 (無理解測 驗 )、跟述 (speech shadowing), 即聽一篇課文的同 時以同種語言重復這篇課文、同聲翻譯 (聽的是英 語 , 同聲翻譯為被試的母語 ) 。結(jié)果發(fā)現(xiàn) , 在同聲 翻譯任務中被試的瞳孔直徑變化幅度最大 , 其次 是跟述任務, 聽課文時的瞳孔變化最小。Kuchinke, V?, Hofmann 和 Jacobs (2007)在研究中使用詞匯 判別任務 , 自變量為詞頻和詞語的情緒效價 , 記 錄被試在詞匯判別中瞳孔大小的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn) , 在瞳孔直徑的變化上同樣存在顯著的詞頻效應 , 具體表現(xiàn)為低頻詞加工時的瞳孔直徑變化幅度顯 著大于高頻詞 , 但詞語的情緒效價對瞳孔直徑的 變化影響不顯著。由以上研究可見瞳孔直徑的變 化可以看做即時反映言語加工過程中認知負荷變 化的良好指標。

圖3

回視出比率和回視入比率示意圖

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其他眼動指標 —瞳孔直徑
原始的瞳孔直徑 (pupil dilation / pupil size)數(shù)

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5.1

眼動指標使用時應注意的問題
眼動指標的分類 以上對閱讀中的眼動指標進行了介紹。需要

知覺和認知加工之間的關(guān)系目前也沒有統(tǒng)一的認 識(Engbert, 2006; Engbert & Kliegl, 2003; MartinezConde, Macknik, Troncoso, & Hubel, 2009)。因此 在數(shù)據(jù)分析之前 , 研究者會參考以往研究選定一 個最小眼跳距離的標準 , 凡是小于該標準的微小 眼跳將被視為眼動記錄時的 “ 噪音 ”, 在數(shù)據(jù)分析 時被刪去 , 或者看作是較大眼跳的一部分而被合 并 (Inhoff et al.,1998)。從眼跳距離的頻率分布中 可以看出微小眼跳的概率極小 (見圖 4), 同樣大于 15~20 個字符空間 (4°~5° 視角 ) 的眼跳也較少 , 因 此在有的研究中 , 大于 15~20 個字符空間的眼跳 也被作為極端數(shù)據(jù)刪除。 同樣對于短暫注視的功能目前也沒有合理的 解釋 , 多數(shù)研究者認為短暫注視并不受即時的認 知加工過程控制 , 閱讀者在短暫的注視期間并不 能獲得有效信息 (Rayner & Pollatsek, 1989; Inhoff, Briihl & Schwarz,1996), 因此在數(shù)據(jù)分析之前需 要刪去短暫注視。關(guān)于短暫注視的界定標準也有 一定差異 , 早期有研究者將 50 ms 以下的注視界 定為短暫注視 (Inhoff et al., 1996), 由圖 4 可見 , 小于 100 ms 的注視在眼動記錄中概率很小 , 因此 也有研究將標準限定在 70~100 ms(Vitu, O’Regan, & Mittau, 1990)。 當前國內(nèi)外閱讀的眼動研究中一 般都采用 80 ms 這一標準 (Reingold, Yang, & Rayner, 2010; Slattery, Angele, & Rayner, 2011; Chen & Huang, 2012; van Gompela, Pickering, Pearson, & Liversedge, 2005; 白學軍等 , 2011; 陳 慶榮等 , 2010; 任桂琴 , 韓玉昌 , 于澤 , 2012)。也 有研究者認為中文閱讀中 , 似乎短注視點相對英 文更多 , 因此將標準定為 60ms (Wang, Chen, Yang, & Mo, 2008; Yang, Wang,Tong, & Rayner, 2012; 王 穂 蘋 , 佟秀紅 , 楊錦綿 , 冷英 , 2009)。如果小于 刪除標準的注視與之前或之后的注視處在一個字 符空間內(nèi) , 就將這兩個注視時間合并作為一次注 視 , 否則就將短暫注視刪去。 需要說明的是 , 如果 有的研究在計算注視時間時將眼跳時間包含在內(nèi) , 那么短暫注視的界定標準就要更長 , 而且 , 當對 語言加工過程進行研究時 , 相對較高的界定標準 可能更有利 , 因為有研究發(fā)現(xiàn) , 140 ms 及其短于 140 ms 的注視不受閱讀材料的詞匯特征的影響 (McConkie, Reddix, & Zola, 1992)。時間在 1000 ms 以上的注視點幾乎不存在 (見圖 4), 如果在眼 動數(shù)據(jù)中出現(xiàn) 1000 ms 以上的注視點 , 極有可能

說明的是 , 對眼動指標進行分類的標準并不是唯 一的 , 還可以根據(jù)其他的標準進行分類 , 比如根 據(jù)研究目的的不同還可以劃分為局部分析指標 (local measures)和整體分析指標 (global measures) (Bai, Yan, Zang, Liversedge, & Rayner, 2008; Li, Zhao, & Pollatsek, 2012)。整體分析指標主要是從 宏觀上對閱讀的眼動特征進行分析 , 具體包括： 平均注視時間、平均眼跳距離、向前眼跳次數(shù)、 回視次數(shù) ( 比率 )、總的句子閱讀時間 ( 在句子閱讀 過程中落在句子上的所有注視點和眼跳的總和 )、 句子閱讀時間校正 ( 指總的句子閱讀時間減去眼 跳時間 , 即落在句子上所有注視點的持續(xù)時間的 總和 )、注視位置等 (沈德立等 , 2010)。具體對一個 興趣區(qū)的深入分析主要使用局部分析指標 , 主要 包括：單一注視時間、首次注視時間、第一遍閱 讀時間、向前通過閱讀時間、第二次通過閱讀時 間、總閱讀時間、總體通過閱讀時間、重讀時間、 注視位置、再注視比率、跳讀率、回視出比率等。 當然這種分類也只是相對的 , 比如注視位置、眼 跳距離等既可以作為整體分析指標也可以在局部 分析中使用。 5.2 原始數(shù)據(jù)的刪除標準 在正式分析眼動數(shù)據(jù)之前 , 還需要對有問題 的原始數(shù)據(jù)進行剔除。 首先 , 要刪去眼動記錄丟失較多的試驗項目 , 同時還要刪去包含有眨眼的注視, 因為有研究 (Ridder & Tomlinson, 1995) 發(fā)現(xiàn) , 與眼跳抑制一 樣, 在眨眼時也存在“眨眼抑制” (blink suppression) 現(xiàn)象。根據(jù) Volkmann, Riggs 和 Moore (1980)的研 究 , 眨眼抑制從眨眼啟動前約 50~100ms 開始 , 一 直持續(xù)到眨眼結(jié)束后的 100~150 ms, 最近的一項 研究 (Ehrmann, Ho, & Paoas, 2005)甚至發(fā)現(xiàn)要持 續(xù)到眨眼結(jié)束后的 200~500 ms。 其次 , 要刪去注視和眼跳的極端數(shù)據(jù)。注視 時眼睛并不是穩(wěn)定不動 , 而是有微小的跳動 , 眼 跳距離只有一個字符的很小部分 , 這種微小的眼 跳 (microsaccade) 可能表示注意力的調(diào)整 , 也可能 是反映了眼動系統(tǒng)內(nèi)在的校正傾向。關(guān)于閱讀中 微小眼跳的功能至今沒有一種合理的解釋 , 它與

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圖4

注視時間和向前眼跳距離的頻率分布 (來自 Rayner, 1998)

注：注視時間以毫秒為單位, 眼跳距離以字符空間為單位。

是儀器誤差導致 , 因此也被作為極端數(shù)據(jù)刪除。 另外 , 也有研究將平均注視時間的兩個或三個標 準差作為刪除標準 (Rayner et al., 2010), 大于和小 于兩個或三個標準差的注視時間和眼跳距離作為 極端數(shù)據(jù)刪除。 需要說明的是 , 不管是眼跳距離還是注視時 間 , 在選擇極端數(shù)據(jù)的刪除標準時 , 研究者需要 特別謹慎 , 因為不同的刪除標準將對數(shù)據(jù)的最終 解釋效果產(chǎn)生較大影響 , 比如 , 在有的研究數(shù)據(jù) 中 , 注視時間的刪除標準為 50 ms 時 , 最終數(shù)據(jù) 的效應值可能不顯著 , 但是如果刪除標準界定為 140 ms 時效應值可能會非常顯著。目前在閱讀的 眼動研究中仍無統(tǒng)一的刪除標準。 5.3 眼動指標的選擇 如何針對不同的研究目的 , 選取適當而有效 的眼動指標并對其進行分析是眼動分析法的關(guān) 鍵。選擇合適的眼動指標 , 要根據(jù)研究內(nèi)容和研 究目的而定。 同時如上文所講每一個眼動指標都 有其適用的范圍和優(yōu)缺點, 因此在研究中只使 用某一個或某一類指標是有局限性的, 應該綜 合使用多種眼動指標, 從不同維度對數(shù)據(jù)進行 細致分析。

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Review of Eye-movement Measures in Reading Research
YAN Guoli1; XIONG Jianping1,2; ZANG Chuanli1; YU Lili1; CUI Lei3; BAI Xuejun1
(1 Academy of Psychology and Behavior, Tianjin Normal University, Tianjin 300074, China) ( College of Education and Teacher Development, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China) (3 Academy of Psychology, Shandong Normal University, Jinan 250014, China)
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Abstract: Saccade and fixation are the elementary ocularmotor activities during reading. The eye-movement measures in reading research can be classified into two different categories. One category is temporal dimension measure related to the time course of eye movements and it includes the measures in area of interest of character or word (such as single fixation duration, first fixation duration, second fixation duration, gaze duration, regression time and total fixation duration and so on.) and the measures in area of interest of phrase or sentence (such as first-pass reading time, forward reading time, second-pass reading time, regression path reading time, re-reading time and so on.). The other category is spatial dimension measure related to the location of eye movement and it includes saccade amplitude, landing position, number of fixations, skipping rate, refixation rate and regression count. Finally, when using the eye movement measures we should pay attention to the classification of oculomotor measures, the cutoff criterion of raw data, the psychological interpretation of the measures and so on. Key words: reading; eye movements; eye-movement measures



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