认知实验中的眼动追踪
眼动追踪顾名思义，是指对眼球运动的追踪。它是一种无创且敏感的工具，可对眼球运动进行量化和测量，以描述个体的认知状态。两个注视点之间的眼球运动称为扫视，这是人体内最快的运动行为之一。通过观察这些眼球运动的特征，科学家可以更深入地理解认知障碍患者存在的神经功能缺陷。
在本视频中，我们将首先概述眼动追踪技…
眼动追踪是行为学研究中用于认知研究的最有用方法之一。该方法是一种非侵入性工具，可提供关于认知功能缺陷的高度敏感信息，而认知缺陷在神经系统疾病中十分常见。本视频将概述眼动追踪方法、通常测量的眼动类型，以及该工具在不同研究领域的应用。
首先，我们来了解眼动追踪所捕捉的几种眼动类型。眼睛的运动是人体内最快的运动，称为扫视。如蓝线所示，扫视可在任意方向发生，通常在毫秒级时间内从一个注视点移动到另一个注视点。当任务完成后，对特定目标的每次注视总时长可提供认知层面的洞察，揭示大脑处理目标内细微细节所需的时间。从一个注视点扫视至下一个注视点所花费的时间，称为扫视反应时间或潜伏期。这些反应可能较快或较慢，潜伏期分析可为认知功能缺陷提供相关证据。
行为研究中常捕捉的两种扫视类型是反向扫视和正向扫视。当眼睛主动地向目标相反方向移动时，称为“反向扫视”，属于自主性眼动；当眼睛不自主地向目标方向移动时，称为“正向扫视”，属于非自主性眼动。这些眼动的反应时间和潜伏期是理解潜在神经功能的关键指标。
眼动追踪还可捕捉辐辏眼动，即为维持双眼视觉而发生的眼睛角度变化。在同时呈现多个目标的任务中可记录此类眼动，以更深入地理解辐辏功能受损时的视觉表现。
现在您已经了解了记录的信息类型及其分析方法，接下来让我们回顾一下眼动追踪系统应如何设置。
在开始之前，准备好所有相关设备，例如眼动仪、计算机以及头部或下巴托架。眼动追踪硬件有多种选择，包括头戴式眼动仪、桌面安装式眼动仪，以及可在功能性磁共振成像（fMRI）实验期间用于磁共振扫描仪内部的眼动仪。
向受试者说明研究目的，并获取其签署的知情同意书。对于桌面安装式系统，首先让受试者调整座椅高度，确保其能够舒适地将下巴置于下颌托上。调节摄像头以确保获得最佳成像和追踪效果。调整摄像头的红外敏感度阈值，使其能够捕捉受试者瞳孔的反射光，从而实现对眼动位置的追踪。
接下来，指导受试者注视屏幕上依次出现的每个圆点，直至圆点消失。屏幕上将依次出现九个注视点，用于准确校准眼动追踪软件。可通过口头说明或在受试者计算机屏幕上显示文字的方式，向其提供任务指导。
让受试者先完成一次练习试验，以熟悉任务流程。然后开始正式任务，在屏幕上呈现相应的文本或图像。当受试者完成任务后，检查其眼动轨迹和注视点是否被正确记录。
了解了眼动追踪技术的工作原理后，接下来我们来看一些研究实例，这些研究中该方法能够提供有价值的认知和行为信息。
例如，阅读涉及许多复杂的认知过程，而眼动追踪是一种评估文本理解能力的敏感方法。可以通过在计算机屏幕上向受试者呈现一个句子，让其默读，从而测试其理解程度。随后，研究人员可以分析每次文本呈现过程中扫视的方向以及注视点的序列。
此外，眼动追踪还有助于理解大脑如何感知面孔。视觉系统会提取各个独立的面部特征，如眼睛、鼻子和嘴巴，并以特定方式将它们整合，从而使你最终将整张面孔作为一个整体来感知。患有自闭症等神经系统疾病的个体与健康对照者在面孔感知方面存在差异。通过将其眼动模式与对照人群进行比较，有助于揭示该障碍背后的认知机制。此外，大脑对倒置面孔和正立面孔的处理方式不同，而眼动追踪是探究受试者在不同情况下最关注哪些面部区域的理想工具。
最后，许多驾驶模拟系统都结合了眼动仪，以精确捕捉受试者对屏幕上突然出现物体的反应时间，从而更好地理解患有视觉缺陷障碍的个体。眼动仪能够特异性地检测出诸如偏盲等视觉缺陷，即个体无法看到视野周边区域的任何内容。在数据分析过程中，通过观察视觉视野两侧缺乏注视点的情况，即可轻松识别此类缺陷。
您刚刚观看了 JoVE 关于认知实验中眼动追踪的视频。在本视频中，我们展示了眼动追踪是一种敏感且无创的工具，在研究人类行为和认知时非常有用。感谢您的观看！
眼动追踪是行为学研究中用于认知研究的最有用方法之一。该方法是一种非侵入性工具，可提供关于认知功能缺陷的高度敏感信息，而认知缺陷在神经系统疾病中十分常见。本视频将概述眼动追踪方法、通常测量的眼动类型，以及该工具在不同研究领域的应用。
首先，我们来了解眼动追踪所捕捉的几种眼动类型。眼睛的运动是人体内最快的运动，称为扫视。如蓝线所示，扫视可在任意方向发生，通常在毫秒级时间内从一个注视点移动到另一个注视点。当任务完成后，对特定目标的每次注视总时长可提供认知层面的洞察，揭示大脑处理目标内细微细节所需的时间。从一个注视点扫视至下一个注视点所花费的时间，称为扫视反应时间或潜伏期。这些反应可能较快或较慢，潜伏期分析可为认知功能缺陷提供相关证据。
行为研究中常捕捉的两种扫视类型是反向扫视和正向扫视。当眼睛主动地向目标相反方向移动时，称为“反向扫视”，属于自主性眼动；当眼睛不自主地向目标方向移动时，称为“正向扫视”，属于非自主性眼动。这些眼动的反应时间和潜伏期是理解潜在神经功能的关键指标。
眼动追踪还可捕捉辐辏眼动，即为维持双眼视觉而发生的眼睛角度变化。在同时呈现多个目标的任务中可记录此类眼动，以更深入地理解辐辏功能受损时的视觉表现。
现在您已经了解了记录的信息类型及其分析方法，接下来让我们回顾一下眼动追踪系统应如何设置。
在开始之前，准备好所有相关设备，例如眼动仪、计算机以及头部或下巴托架。眼动追踪硬件有多种选择，包括头戴式眼动仪、桌面安装式眼动仪，以及可在功能性磁共振成像（fMRI）实验期间用于磁共振扫描仪内部的眼动仪。
向受试者说明研究目的，并获取其签署的知情同意书。对于桌面安装式系统，首先让受试者调整座椅高度，确保其能够舒适地将下巴置于下颌托上。调节摄像头以确保获得最佳成像和追踪效果。调整摄像头的红外敏感度阈值，使其能够捕捉受试者瞳孔的反射光，从而实现对眼动位置的追踪。
接下来，指导受试者注视屏幕上依次出现的每个圆点，直至圆点消失。屏幕上将依次出现九个注视点，用于准确校准眼动追踪软件。可通过口头说明或在受试者计算机屏幕上显示文字的方式，向其提供任务指导。
让受试者先完成一次练习试验，以熟悉任务流程。然后开始正式任务，在屏幕上呈现相应的文本或图像。当受试者完成任务后，检查其眼动轨迹和注视点是否被正确记录。
了解了眼动追踪技术的工作原理后，接下来我们来看一些研究实例，这些研究中该方法能够提供有价值的认知和行为信息。
例如，阅读涉及许多复杂的认知过程，而眼动追踪是一种评估文本理解能力的敏感方法。可以通过在计算机屏幕上向受试者呈现一个句子，让其默读，从而测试其理解程度。随后，研究人员可以分析每次文本呈现过程中扫视的方向以及注视点的序列。
此外，眼动追踪还有助于理解大脑如何感知面孔。视觉系统会提取各个独立的面部特征，如眼睛、鼻子和嘴巴，并以特定方式将它们整合，从而使你最终将整张面孔作为一个整体来感知。患有自闭症等神经系统疾病的个体与健康对照者在面孔感知方面存在差异。通过将其眼动模式与对照人群进行比较，有助于揭示该障碍背后的认知机制。此外，大脑对倒置面孔和正立面孔的处理方式不同，而眼动追踪是探究受试者在不同情况下最关注哪些面部区域的理想工具。
最后，许多驾驶模拟系统都结合了眼动仪，以精确捕捉受试者对屏幕上突然出现物体的反应时间，从而更好地理解患有视觉缺陷障碍的个体。眼动仪能够特异性地检测出诸如偏盲等视觉缺陷，即个体无法看到视野周边区域的任何内容。在数据分析过程中，通过观察视觉视野两侧缺乏注视点的情况，即可轻松识别此类缺陷。
您刚刚观看了 JoVE 关于认知实验中眼动追踪的视频。在本视频中，我们展示了眼动追踪是一种敏感且无创的工具，在研究人类行为和认知时非常有用。感谢您的观看！
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Q1: What are saccades and why are they important in eye tracking research?
Saccades are the fastest movements your body makes, occurring on a millisecond timescale as the eyes move between fixation points. Eye tracking captures these rapid movements to provide cognitive insight into how the brain processes information. Analyzing saccadic reaction time, or latency, reveals evidence related to cognitive deficits and underlying neural function.
Q2: How do anti-saccades and pro-saccades differ in eye tracking experiments?
Pro-saccades are involuntary eye movements toward a target, while anti-saccades are voluntary movements away from a target. Both movement types occur during behavioral research tasks, and their reaction times and latencies are key components in understanding underlying neural function. Comparing these movements helps researchers assess cognitive control and attention mechanisms.
Q3: What equipment and setup steps are needed to begin an eye tracking study?
Eye tracking systems require an eye tracker, computer, and head or chin brace. After obtaining informed consent, adjust the subject's chair and focus the camera for optimal imaging. Calibrate the infrared sensitivity to capture pupil reflection, then have the subject fixate on nine calibration points. Finally, conduct a practice trial before beginning the actual task.
Q4: How can eye tracking assess reading comprehension and text processing?
Eye tracking measures reading comprehension by analyzing the direction of saccades and sequence of fixations as subjects read sentences. The duration of fixations on specific words reveals how long the brain takes to process fine details. This sensitive method captures individual differences in text comprehension and identifies processing difficulties.
Q5: What does eye tracking reveal about face perception in neurological disorders?
Eye tracking shows that individuals with autism perceive faces differently than healthy controls, with distinct eye movement patterns. The visual system extracts components like eyes, nose, and mouth, and eye tracking reveals how these are combined. Comparing eye movement patterns between patients and control populations helps researchers understand cognitive underpinnings through cognitive processes and techniques to study cognition.
Q6: How does eye tracking detect visual deficits like hemianopia?
Eye tracking detects visual deficits such as hemianopia by identifying the absence of fixation points in specific regions of the visual field. During analysis, researchers observe where subjects do and do not look, revealing peripheral vision loss. Driving simulations paired with eye trackers accurately capture reaction times to sudden visual stimuli, helping identify individuals with visual deficit disorders.
Q7: What is vergence eye movement and when is it measured in eye tracking studies?
Vergence eye movements are changes in the angle of your eyes to maintain binocular vision. Eye tracking captures these movements during tasks with simultaneous target presentations to better understand visual performance when vergence is disrupted. Analyzing vergence provides insight into how the brain coordinates both eyes for depth perception and visual stability.