动态行为中儿童动态视觉注意的头戴式眼动追踪研究

该方法可帮助研究人员了解幼儿眼中的世界是怎样的，以及他们在该视野中如何分配实际注意力。与行为科学中广泛使用的基于屏幕的眼动追踪相比，头戴式眼动追踪使我们能够在儿童进行玩具游戏和图画书阅读等日常活动时，实时监测其注视位置。本次演示将由研究生卡塔丽娜·苏亚雷斯-里维拉（Catalina Suarez-Rivera）和张雅云（Yayun Zhang）以及实验室主管丹尼尔·珀西（Daniel Pearcy）完成。

在开始实验之前，调整系统以适配自制的婴儿帽。选择一个位置可调节且视角足够宽的场景相机，以捕捉适合回答研究问题的视野范围。选择一个位置可调节的瞳孔相机，并配备红外发光二极管，其位置应确保儿童眼睛的角膜能够反射该光源。

眼动追踪系统应尽可能做到无干扰且轻便，以最大程度确保幼儿能够耐受佩戴该设备。然后将场景摄像机和眼动摄像机固定在一条魔术贴绑带上，该绑带粘附在缝制于儿童尺寸帽子另一侧的魔术贴上，从而将整个系统嵌入帽中，并调整摄像机位置，使其位于儿童视野之外。在采集眼动追踪数据时，应有两名研究人员在场：一名负责与儿童互动并吸引其注意力，另一名负责安装和调整眼动追踪系统的位置。

让儿童充分参与一项能够占据其双手的活动，以防止儿童伸手触碰或抓取眼动追踪系统，然后将眼动追踪系统佩戴在儿童头部。将场景摄像头置于前额较低位置，以最大程度地模拟儿童的视野，并将场景摄像头的视野中心对准儿童在实验过程中将要观察的目标。为了获得高质量的注视数据，应调整眼动摄像头的位置，确保在整个眼球运动范围内均能清晰检测到瞳孔和角膜反射，且不受脸颊或睫毛遮挡。

该方案中最困难的部分是在不惊扰儿童的情况下将设备放置在其头部，并调整摄像头。速度、信心和练习至关重要。一旦场景图像和眼睛图像达到可获得的最高质量，即可引导儿童将注意力转向其视野中的不同位置，以采集校准数据。

确保儿童在标定过程中的身体位置与研究期间将使用的位置一致。当所有标定点采集完成后，开始收集眼动追踪数据。注意记录眼动追踪系统受到碰撞或发生错位的任何时间点，以便在必要时重新标定，并允许对错位前后的数据进行分别编码。

为了在研究结束时校准眼动追踪数据，请打开合适的校准软件程序，并调整校准软件中各项检测参数的阈值，以获得清晰的眼部图像。在第一轮校准过程中，需在儿童明显注视场景图像中某个特定位置的时刻确定校准点，需注意这些点可以是研究人员在数据采集期间有意设置的，也可以是研究过程中视线位置易于识别的点，前提是这些帧中的瞳孔能够被准确检测到。创建一系列校准点，以建立场景与眼睛注视之间的映射关系。

如果在研究过程中眼动追踪系统的位 置发生过任何变化，则需针对位置改变前后的不同阶段分别创建校准数据。为编码感兴趣区域，应根据研究问题汇编一份所有需要编码的感兴趣区域的列表，并结合儿童的眼部图像、场景图像以及注视点轨迹，判断被试当前视觉关注的是哪一个感兴趣区域。逐帧滚动查看，以眼图中瞳孔的变化作为主要线索，观察感兴趣区域是否可能发生改变的时刻。

当观察到眼睛出现可见运动时，需判断儿童是将注视点转移到一个新的兴趣区域，还是转移至无明确兴趣的区域。尽管每个画面帧的兴趣区域均被单独编码，但仍需结合当前分析帧之前和之后的帧，以获取有助于确定正确兴趣区域的上下文信息。此处展示了两名18个月大儿童的示例兴趣区域序列。

每个彩色块代表儿童注视特定兴趣区域的连续帧。儿童对不同玩具子集的选择性存在个体差异，这体现在每个儿童注视各个玩具兴趣区域所花费的交互比例不同。尽管两名儿童注视所有玩具的总时间比例较为相似，但在个体玩具上花费的时间比例在个体内部和个体之间均存在显著差异。

此外，达到这些注视时间比例的方式也存在差异，其中儿童二的平均注视持续时间几乎是儿童一的两倍。这些数据揭示的另一个特点是，在整个实验过程中，两名儿童极少注视其父母的面部，且每次注视的持续时间通常少于一秒。研究人员可同时为儿童及其社交伙伴佩戴头戴式眼动仪，并将该方法与动作追踪和心率监测等技术相结合，从而获得高密度、多模态的数据集，以回答多种科学问题。

这些技术的应用已经改变了我们对发育研究文献中许多主题的理解，包括共同注意与持续注意、视觉体验随年龄和运动发育的变化，以及视觉经验在词汇学习中的作用。该方案已成功应用于临床人群，包括使用人工耳蜗的儿童以及被诊断为自闭症谱系障碍的儿童。