Как любой другой сложный инструмент, айтрекер имеет массу свобод и возможностей, и одновременно может сослужить недобрую службу тем, кто не понимает суть измерений, полученных с его помощью.
Айтрекер - прибор, позволяющий записывать движение глаз, размер зрачка, направление взгляда во времени в соответствии с поставленной задачей [15]. Само явление отслеживания точки пересечения оптической оси глазного яблока и плоскости наблюдаемого объекта или экрана называется окулографией [6].
Задачу описать движение глаз учѐные пытались решить достаточно давно, ставя при это весьма далѐкие от психологии цели. Одна из первых задач, которую поставил Ч. Белл [13], заключалась в том, чтобы вообще объяснить движение глаз активностью мозга, и неким образом классифицировать разные их движения. Долгое время проблема состояла в том, как фиксировать само движение глаз.
Одной из самых известных стала работа отечественного исследователя А. Л Ярбуса, создавшего линзу, которая прикреплялась на роговицу с помощью присоски, что было использовано в его классических экспериментах [9]. Долгое время оценку движений глаз применяли отдельные редкие исследователи в силу сложности процесса размещения внешних элементов на роговице глаза. Усовершенствования в технологии сделали доступным и удобным отслеживание движения глаз, что позволяет применять методику даже для младенцев [7].
В основе методики сейчас лежит видеозапись глаз. Оценивается отражения роговицей инфракрасного света. Это позволяет определить ориентацию оптической оси глазного яблока. В результате использование слежения за глазами в исследованиях резко возросло за последние 20 лет, прежде всего в психологии [15].
Цели, которые ставятся исследователями, использующими айтрекер
А. Л. Ярбус полагал, что оценка направления взгляда позволяет описать процесс мышления человека в ходе рассматривания [9]. Позднее появилось представление о связи процесса слежения глаз с сознанием [37]. Однако изучение механизмов, заставляющих глаза двигаться, говорит о том, что нельзя напрямую связывать сознание и движение глаз. Структура глаза ограничивает высокую остроту зрения небольшой частью зрительного поля, которое называется центральной ямкой. Это неосознанно мотивирует человека располагать глаза так, чтобы интересующий объект попадал в область центральной ямки. Следовательно, движения глаз в значительной степени находятся вне сознательного контроля, то есть в то время, как люди могут выбирать, на что смотреть, и когда более тонкие детали этого движения в значительной степени рефлексивны; люди обычно плохо запоминают, куда именно они смотрели [22; 40]. Можно предположить, что движение глаз отражает в значительной мере неосознаваемую обработку, в том числе бессознательную. Это позволяет говорить о том, что отслеживание глаз позволяет описать распределение зрительного внимания [6; 57; 58], которое, в свою очередь, зависит от других психических процессов, неосознаваемых мотивов и потребности принимать решение. То есть в некоторой степени мы можем сказать, что правы и Ярбус, и Джастс Карпентером, но нужно всегда помнить, что между движением глаз и когнитивным результатом есть масса посредников [50; 64]. Следовательно, айтрекер не может быть единственным инструментом познания, он требует дополнительных знаний как психологических, так, возможно, и психофизиологических методик.
Более того, важны не просто конечные параметры отслеживания, но совокупность этих параметров , что из-за своей высокой временно́й чувствительности может обеспечить мгновенное понимание разворачивающегося познания.
Механизмы, управляющие движением глаз
Движения глаз управляются обширной и распределѐнной системой, любые изменения в которой ведут к наблюдаемым изменениям либо в движении глаз, либо в размерах зрачка, либо в способности фиксировать взгляд [35; 50; 61; 66]. Это и позволяет использовать окулографию в клинических исследованиях [17].
Глаз фокусирует свет, и после обработки его параметров на уровне рецепторов передает всю информацию далее в зрительную кору. Свет поступает в глаз через зрачок, диаметр которого определяет количество света, принимаемого глазом по тем или иным причинам. Роговица и хрусталик фокусируют этот свет на сетчатке, формируя перевернутое, но чѐткое изображение [2]. Концентрация светочувствительных фоторецепторов (колбочек) происходит в центральной ямке. Свет, падающий на ямку, образует центр зрительного поля, и плотно упакованные рецепторы в этой области кодируют высокий уровень детализации. Следовательно, центральная ямка фиксирует детальное изображение того, на что в данный момент направлены глаза. Она имеет размер 1,5 мм в диаметре [41], а наиболее чувствительная область составляет около 250-300 мкм в диаметре. Это представляет только 1°20' визуального угла [32] из доступных 140° на глаз [21]. В ямку помещается объект размером с большой палец на расстоянии вытянутой руки. За пределами ямки находится область, называемая парафовеальной, где острота зрения слабее, но тем не менее, информация из неѐ тоже достоверна. Вне этих областей находится периферия, которая обнаруживает только низкочастотную зрительную информацию [57].
Направления взора, побуждающее направлять полезную информацию в центральную ямку, координируется сложной сетью структур, расположенных по всей коре головного мозга и стволу головного мозга. После сбора зрительная информация передаѐтся в центральную нервную систему через зрительный нерв, который затем передает эту информацию в таламус, а затем в затылочную кору. На этом этапе зрительная информация собирается в образ, который затем передаѐтся другим кортикальным центрам в теменной, височной и лобной долях для интерпретации и формирования реакции.
Движения глаз: фиксации и саккады
Положение глаз в пределах орбиты контролируется шестью экстраокулярными мышцами, расположенными парно, и контролирующими движение в противоположные стороны [53]. Верхняя и нижняя прямая мышцы позволяют подниматься и опускаться (глядя вверх или вниз). Латеральная и медиальная прямые мышцы обеспечивают отведение и приведение глаздвижение вдоль средней линии). Верхняя и нижняя косые позволяют вращение верхней части глаза к средней линии и от нее. Эти шесть мышц иннервируются глазодвигательным, вертлужным и отводящим нервами.
Зрачок действует как простое отверстие, контролируя количество света, поступающего в глаз. Диаметр зрачка определяется активностью двух мышц внутри радужки: расширителя зрачков и сфинктера зрачков. Расширитель зрачков (увеличивает диаметр зрачка) иннервируется длинным цилиарным нервом и находится под симпатическим контролем. Сфинктер зрачка (сужающий зрачок) иннервируются коротким цилиарным нервом и находятся под парасимпатическим контролем.
Таким образом, размер зрачка определяется противоположными влияниями симпатической и парасимпатической систем. Следовательно, анализ величины зрачка позволяет определить соотношение активности этих систем в конкретный момент времени.
Форма хрусталика является продуктом напряжения между цилиарной мышцей, зональными волокнами и присущей хрусталику эластичностью. Когда цилиарная мышца сжимается, хрусталик становится более округлым, что приводит к увеличению преломления. Это позволяет глазу фокусировать более близкие объекты. Когда цилиарная мышца расслабляется, зонулярные волокна растягивают хрусталик, уплощая его и для фокусировки более отдаленных объектов.
Глаз человека непрерывно движется. Это ведѐт к постоянному перемещению изображения объекта по сетчатке. Рецепторы распределены по сетчатке неравномерно. В области центральной ямки находятся в основном колбочки (до 140 тыс. на 1 мм2 поверхности). По направлению к периферии число колбочек уменьшается, а число палочек растѐт. Место входа зрительного нерва - сосок зрительного нерва - совсем не содержит рецепторов и нечувствительно к свету, поэтому называется слепым пятном. Обычно человек не замечает слепого пятна, но его наличие можно продемонстрировать специальными экспериментами.
Фотопигменты - опсины, найденные в органах зрения человека и животных, имеют в своей основе витамин А, связанный с белками. В палочках выявлен пигмент родопсин, состоящий из опсина и альдегида витамина А - ретинена. Он обеспечивает максимум поглощения световых лучей с длиной волны 500 мкм, что относится к зеленой части спектра. Именно зеленые предметы кажутся наиболее яркими в темноте.
Поскольку распад фотопигментов и затем восстановление целостности - протяжѐнный процесс, то все время, пока распавшийся фотопигемент не восстановится, рецептор не чувствителен к свету. Это ещѐ одна причина необходимости передвижения глаза: свет падает на соседний рецептор, что позволяет иметь непрерывное изображение объекта.
Итак, движения связаны как с необходимостью помещать изображение в центральную ямку, где острота зрения максимальна, так и потребностью постепенно сдвигать его, чтобы за счѐт активации новых рецепторов сохранить изображение. Именно поэтому, когда изображение постепенно уходит с середины центральной ямки, оно вновь возвращается туда быстрым скачком глазного яблока (саккадой). На этот "дрейф" накладывается тремор - дрожание с частотой 150 циклов в секунду и амплитудой, равной примерно 0,5 диаметра колбочки.
Попытки стабилизировать изображение на сетчатке с помощью специальной техники приводили к постепенному побледнению, а затем и полному его исчезновению [5]. Эти эксперименты подтверждают предположение, что попадание изображения на одни и те же рецепторы ведѐт к прекращению импульсации в волокнах зрительного нерва. Однако через некоторое время образ вновь возникает, но уже фрагментарно, и появление того или иного фрагмента зависит от его значимости. Например, лицо человека всегда исчезает осмысленными частями, тогда как абстрактный рисунок появляется вновь в самых разнообразных сочетаниях. Этот феномен объясняют основные концепции зрительного восприятия. Одна предполагает, что для реализации врождѐнной способности к восприятию необходим опыт, поскольку тот или иной образ воспринимается в результате комбинации в мозге отдельных следов, образовавшихся там ранее и соответствующих различным уже усвоенным элементам [2].
Как показал Ф. Эттнив, при зрительном узнавании важными признаками служат крутые изгибы линий. Другая, "гештальт"-теория, предполагает, что у человека есть врождѐнная способность к целостному восприятию. Согласно ей, образ сразу воспринимается без какого-то синтеза его частей, благодаря способности мозга воспринимать форму, целостность, организацию без предварительного опыта [5].
Кроме непроизвольных движений глаз существуют их произвольные движения. В отличие от других органов чувств глаза очень активны. Наружные глазные мышцы нацеливают глаза на интересующие человека объекты, помещая их изображение в центральную ямку [3].
Процессы зрительного обучения и распознавания связаны с постоянным сопоставлением воспринятого материала и извлечѐнной из памяти информацией. Система памяти в мозге содержит внутреннее отображение каждого распознаваемого объекта (нейронные ансамбли, которые возбудились при его первоначальном восприятии). Зрительное обучение, или ознакомление с объектом, - это и есть процесс построения такого внутреннего отображения. Узнавание предмета при его повторном предъявлении происходит путѐм сличения его с соответствующим следом, хранящимся в памяти [3].
Человеку требуется в среднем больше времени для положительного узнавания (в котором он подтверждает идентичность видимого объекта с тестовым), чем для того, чтобы убедиться, что данный объект "не тот". К тому же для узнавания сложных объектов нужно больше времени, чем для простых. Это означает, что в мозге происходит последовательное сличение признаков. Страница книги, находящаяся на расстоянии слегка вытянутой руки, занимает на сетчатке участок примерно в 20 градусов. Это во много раз больше углового размера участка, который проецируется на центральную ямку. При таких условиях человеку приходится переводить взгляд, последовательно фиксируя каждый участок страницы.
А. Л. Ярбус зафиксировал перемещение взора испытуемого при разглядывании фотографии скульптуры Нефертити. Линии, отражающие саккадические движения глаз, образуют широкие полосы, идущие от одной части изображения к другой, но не пересекающие его во всех возможных направлениях. Виден ряд циклов, в каждом из которых взгляд останавливается на главных элементах скульптуры [9].
Д. Нотон и Л. Старк разработали гипотезу о механизме зрительного восприятия, позволяющую предсказать и объяснить регулярность движения глаз [3]. Они показали, что при рассмотрении изображения глаза обегали определѐнный путь, который был назван путѐм сканирования. Внутреннее отображение объекта в системе памяти представляет собой совокупность признаков. Эти признаки организованы в структуру, которую можно назвать кольцом признаков. Такое кольцо состоит из цепи чередующихся следов сенсорной и моторной памяти, в каждом звене которой регистрируется какой-нибудь признак объекта и движение глаз, необходимое для перехода к фиксации следующего признака. Это кольцо закрепляет определѐнную последовательность признаков и движений глаз, соответствующую пути обхода данного объекта. Согласно данной гипотезе, при первом осмотре объекта испытуемый как бы ощупывает его взглядом и вырабатывает для него путь сканирования. В это время у него образуются следы памяти, составляющие кольцо признаков, в котором записана как сенсорная, так и моторная активность нейронов. Когда он потом вновь встречается с тем же объектом, то узнает его, сличая с кольцом признаков, которое и является внутренним отображением этого объекта в памяти.
Параметры двигательной активности глаз
Фиксация - это период времени, в течение которого глаза фиксируются на зрительной цели, восприятие стабильно, и глаза воспринимают фиксированную информацию [57]. Мы уже отмечали, что глазам необходимо часто двигаться, чтобы изображение было постоянным. В результате большинство фиксаций оказываются относительно короткими. Продолжительность фиксации зависит от множества факторов, таких как характер зрительных стимулов, цель и сложность задачи, а также умение и внимание человека, но обычно она длится 180-330 миллисекунд [57].
Саккады (от французского saccade - "рывок", "толчок") - это одновременные согласованные движения глаза от одной фиксации к другой [57]. Во время саккадзрительная информация не доставляется, поэтому в этот момент человек фактически слеп [16; 61]. Скорость и длительность саккады являются прямой функцией пройдѐнного расстояния [12].
Саккады различаются по размеру и продолжительности в зависимости от поставленной задачи. Типичная саккада чтения мала (вращение на 2°) и длится около 30 миллисекунд, в то время как саккады при восприятии в общем больше (около 5 градусов вращения) и длятся от 40 до 50 миллисекунд [10]. Саккады программируются и выполняются до конца. Если саккада началась, она закончится независимо от того, изменила ли своѐ положение точка фиксации за время, прошедшее после начала саккады. Управление саккадами включает четыре уровня. Первый уровень представлен мышцами, которые и совершают движение, и ядрами черепных нервов (III, IV и VI), управляющих ими. III пара - глазодвигательный нерв, отвечает за движение глаз в горизонтальном направлении и расширение зрачка; IV - блоковый нерв, отвечает за движение глаз вверх и вниз и в сторону виска; VI- отводящий нерв, отвечает за движение глаз в сторону виска [4].
Второй уровень управления саккадами отвечает за координированное движение глаз и согласование их с вестибулярной системой. Он включает ядра ретикулярной формации ствола, моста и некоторые ядра покрышки среднего мозга [8]. Третий уровень представлен структурами, контролирующими работу стволового генератора саккад. К этому уровню относят верхнее двухолмие, базальные ганглии, мозжечок, мозолистое тело, латеральное коленчатое тело, область внутренней капсулы, комплекс подушки и ряд других ядер таламуса [4].
К четвѐртому уровню глазодвигательной системы относят различные зоны коры больших полушарий, отвечающих за произвольность движения глаз. К ним относятся фронтальное глазодвигательное поле и заднетеменные поля (5, 7, по Бродману), дополнительное глазодвигательное поле, дорсолатеральная префронтальная кора (поле 46) и др. [8]. Конкретные глазодвигательные задачи часто включают в себя дополнительные области мозга. Например, чтение включает в себя кортикальные языковые области [28].
При этом повреждение ядра или самого отводящего нерва ухудшает способность испытуемого поворачивать свой глаз в сторону виска, в то время как повреждения дорозолатеральной префронтальной коры приводят к увеличению ошибок в антисаккадных задачах (экспериментальная парадигма, в которой участники оформлены так, чтобы смотреть в сторону от определѐнной точки при предъявлении сигнала), но без видимого изменения движения глаз [51].
Саккады приводят к изменению точки фиксации взора при наличии объекта, но они есть и при отсутствии объекта и во время быстрого сна, когда они возникают автоматически непроизвольно в определѐнном ритме. Каждому человеку присущ собственный паттерн следования саккад, который определяется тремя параметрами: интервалом между саккадами, их амплитудой и ориентацией. Наибольшее число саккад следует через 0,2-0,6 секунд, амплитуда саккад изменяется в большом угловом диапазоне от 2′ до 15°, ориентированы саккады практически во всех направлениях (вправо, влево, вверх, вниз), но обычно их число больше в горизонтальной плоскости [7].
Саккады могут осуществляться и произвольно. Произвольность саккад изучается с помощью "антисаккадической задачи". В условиях этой задачи от испытуемого требуется подавить рефлекторную саккаду в сторону предъявляемого зрительного стимула и совершить саккаду в противоположную сторону.
Кроме этих движений различают нистагм - ритмические колебательные движения одного или обоих глаз вокруг одной или нескольких осей. Различают физиологический нистагм (оптокинетический, установочный, произвольный), и патологический.
Но глаз может реагировать и на движение внешних объектов, и на движение собственного тела в пространстве. К таким движениям относят оптокинетическую реакцию - плавное слежение за объектом по мере его перемещения в пространстве с последующим немедленным возвращением глаза в исходное положение [23], и вестибуло-глазной рефлекс - движение глазного яблока для поддержания стабильного образа на сетчатке при вращении головы или всего тела относительно объекта [34]. Даже во время фиксации, когда восприятие кажется стабильным, глаз продолжает двигаться, испытывая как тремор, дрейф, так и микросаккады [24; 42].
Движения глазного яблока, возникающие на свету или в темноте в ответ на вращение головы и обусловленные раздражением полукружных каналов лабиринта является вестибуло-глазодвигательным рефлексом. Физиологический смысл этой реакции заключается в сохранении стабильного положения глаз, несмотря на перемещение головы и тела. В лабораторных условиях вестибуло-глазодвигаельный рефлекс исследуют с помощью вращательной пробы на специальном кресле или вращением маленького ребѐнка на вытянутых руках. На свету ответные реакции представляют собой комбинацию оптокинетических и вестибулярных компонентов, а в темноте ответ имеет только вестибулярное происхождение. После прекращения вращения могут сохраняться единичные остаточные нистагмоидные колебания.
Изучаются и плавное слежение (следование за движущейся зрительной целью) и конвергенция (сведение глаз вместе или врозь, когда зрительная цель движется ближе или дальше от участника). Другие движения глаз не подлежат произвольному контролю. Например, диаметр зрачка модулируется противоположной активностью парасимпатической и симпатической нервной систем.
Глазные трекеры
Большинство современных глазных трекеров основаны на видео. Они направляют в глаз инфракрасное излучение и фиксируют отражѐнный свет. В ходе калибровки определяется центр зрачка и особенность слежения за точками на экране.
Трекеры различаются по скорости сбора данных. Частота дискретизации глазного трекера измеряется в Герцах (Гц). Устройства для отслеживания глаз в своей аппаратной реализации очень сильно отличаются. Некоторые из них монтируются на голову испытуемого, другие требуют неподвижного закрепления головы испытуемого, остальные функционируют удаленно и автоматически компенсируют движения головы. Наиболее часто используемой скоростью съѐмки является 50/60 кадров в секунду. Самые быстрые коммерческие айтрекеры записывают положение глаз до 2000 раз в секунду (2000 Гц).
Качество данных айтрекера обычно описывается с точки зрения его точности, кучности и видимости. Данные слежения за глазами точны, если измеренное положение глаз соответствует фактическому положению глаз [60].
Точность (Accuracy) определяется как средняя дистанция между реальной позицией стимулов и измеренных координат взора. Координаты взора рассчитываются как медиана облака точек (отдельно по горизонтальной и по вертикальной оси), полученных в каждый отсчѐт времени в интервале 1-3 секунды после предъявления стимула. Точность зависит от характеристик прибора и от индивидуальных особенностей испытуемых.
Кучность (Precision) определяет способность айтрекера надѐжно воспроизводить измерение координат взора в каждый момент времени при фокусировании на одной точке. Кучность рассчитывается как среднеквадратичное отклонение между медианой облака точек и каждой точкой в отдельности.
Видимость глаз (Visibility) отражает процент времени, когда айтрекер фиксировал взор, за всѐ время проведения верификации калибровки.
Когда предпринимаются шаги по обеспечению качества данных (см. раздел Обеспечение качества данных), глазные трекеры предоставляют высоконадѐжные данные [17; 32]. Хотя надѐжность является необходимым условием для хороших данных, она бесполезна без достоверности. Обеспечение достоверности данных слежения за глазами требует тщательного проектирования исследования и соответствующего анализа.
Факторы, влияющие на параметры окулографии
Факторов, влияющих на направление движения глаз и длительность фиксации, достаточно много. Некоторые из них являются свойствами зрительного стимула, например, сложность, привлекательность (в силу разных причины) самого стимула или его частей [11; 54]. Более сложным ярким стимулам люди уделяют больше внимания, так же как и тем, которые их привлекают (например, дети с большим вниманием разглядывают мультяшных героев на упаковках творожка) [68]. Большее внимание привлекают и непонятные, неясные, размытые стимулы [32; 63; 69]. И конечно, большие по размеру стимулы будут притягивать больше фиксаций, чем меньшие стимулы. Более крупный стимул более заметен, легче виден, предположительно, более важен, и требует большего количества фиксаций для визуального восприятия. Даже если бы фиксации были распределены случайным образом по экрану , бо́льший стимул получил бы их больше . Этот эффект размера применим к более длинным словам и предложениям, а также к более крупным изображениям и областям интереса [69]. Таким образом, важно контролировать сложность, выраженность, качество и размер визуальных стимулов и областей интереса внутри этих стимулов. Существует целый ряд когнитивных факторов, которые также влияют на движения глаз. Стимулы, которые менее знакомы, например, "низкочастотное" слово, или лицо неизвестного человека, потребуют более длительного времени просмотра перед распознаванием [36]. Стимулы, которые менее ожидаемы, также рассматриваются дольше [63]. Любой стимул, который имеет значение для участника (например, знакомые слова, человеческое лицо или изображение дома), вызовет другой шаблон просмотра, чем бессмысленный стимул (например, словоподобная форма, беспорядочное лицо или абстрактная картина) [45]. Даже внутри изображения более значимые части привлекают наше внимание [30]. Точно так же эмоциональное содержание слов и образов влияет на движения глаз; эмоциональные стимулы обрабатываются быстрее у типично развивающихся индивидов [40; 64]. Многое зависит от инструкции [39].
На основе данных слежения за глазами можно получить огромное количество показателей. К ним относятся длительность фиксации, количество фиксаций в пробе, место фиксации, скорость саккады, длительность саккады, амплитуда саккады, латентность саккады и направление саккады. При использовании областей интереса доступны даже дополнительные показатели, такие как время первой фиксации, время пребывания, количество фиксаций в пределах интересующей области и количество посещений интересующей области.
Стоит помнить, что многие показатели отслеживания глаз сильно коррелированы и не независимы друг от друга. Например, количество фиксаций положительно коррелирует с общим временем рассматривания; чем чаще участник смотрел на область интереса, тем больше времени он проводил, рассматривая эту область интереса. Аналогично, время фиксации коррелирует с длительностью первой фиксации, поскольку время фиксации включает в себя длительность первой фиксации. То же самое верно и для других переменных, таких как амплитуда саккады, длительность саккады и скорость саккады; большие саккады длятся дольше и движутся быстрее.
Наконец, айтрекер может оценивать и величину зрачка. Пупиллометрия - это метод, который регистрирует изменения диаметра зрачка [48]. Размер зрачка изменяется в ответ на изменение яркости, изменение, которое имеет задержку приблизительно 200 мс [25]. Зрачки также расширяются в ответ на внутренние когнитивные/аффективные процессы, такие как смещение внимания, мотивация, когнитивная нагрузка [44; 47]. Большинство психологических исследований фокусируется на этих когнитивных / аффективных дилатациях, которые значительно меньше по величине, чем изменения размера зрачка, вызванные яркостью [47].
Если для анализа выбрано несколько переменных, они не должны быть избыточными; каждая переменная должна отвечать на отдельный вопрос или предоставлять дополнительную информацию о ходе обработки во времени. Лучший способ ограничить анализ соответствующим набором переменных - это предварительная регистрация. Предварительная регистрация даже более важна для исследования отслеживания глаз, чем для других типов исследований, из-за наличия нескольких анализируемых переменных. Хорошая предварительная регистрация определит, какие переменные будут проанализированы, и предоставит обоснование для каждой выбранной переменной.
Требования к описанию методических особенностей эксперимента
Согласно данным Open Science Collaboration (2015), только 37% психологических данных повторяются другими исследователями. Прежде всего это обусловлено появлением сложных методов, которые требуют понимания как физиологии, лежащей в основе измерений, так и методических принципов, заложенных в основу измерений. Небольшое невыполнение требований ведѐт к существенным отклонениям в результатах, что не замечается исследователями. Именно поэтому Benjamin T. Carter и Steven G. Luke (2020) предложили несколько обязательных условий, которые необходимо выполнять, чтобы добиться максимальной повторяемости результатов в области окулометрии.
Описание испытуемых должно содержать описание любых критериев включения/исключения из эксперимента по причинам особенностей зрения. Наиболее распространѐнными критериями являются требования нормального или скорректированного до нормального зрения и исключение дальтоников. В любом исследовании какой-то процент участников не предоставит пригодных для использования данных отслеживания глаз и должен быть исключен. Этот процент должен быть представлен вместе с обоснованием исключения (т. е. порог качества для исключения данных).
В случае айтрекера необходимо описать настройки. Здесь должна быть представлена информация: Марка и модель айтрекера (например, SR Research EyeLink 1000 Plus, Tobii Pro Spectrum). Частота дискретизации в Гц (например, 120 Гц, 1000 Гц), его точность и кучность. Настройка отслеживания (настольное крепление, дистанционное отслеживание, головное крепление), наличие подставки под подбородок, подголовника. Марка и модель монитора. Размер и разрешение монитора. Расстояние просмотра от глаз до монитора.
Размер(ы) стимула. Размер изображения стимула на сетчатке определяется как его фактическим размером, так и расстоянием от глаза. По этой причине размеры стимулов выражаются не только в абсолютных величинах (например, дюймах или пикселях), но и в градусах угла зрения. Представьте себе треугольник, с помощью которого вы начинаете движение по сторонам стимула (стимул образует основание треугольника). Зрительный угол - это размер угла, образованного в глазу этими двумя точками основания треугольника. Для изображений (например, сцен, лиц) следует указывать горизонтальные и вертикальные размеры (например, "все изображения, расположенные под углом зрения 30 на 25°"). Размер изображения в пикселях должен быть указан в дополнение к визуальному углу, хотя это часто появляется в подразделе материалы.
Материалы, с точки зрения визуальных и когнитивных факторов, которые могли бы повлиять на движения глаз. Каковы размеры материалов в абсолютном выражении (пиксели, размер шрифта) и относительном выражении (угол обзора)? Как были расположены различные стимулы на экране? Какие области интереса были созданы и каковы их абсолютные и относительные размеры? Как были подобраны различные области интереса и какие другие соображения входили в их создание?
Процедура калибровки. Сколько было точек калибровки? Каковы были критерии приемлемости калибровки (например: "калибровка была принята, если средняя погрешность составляла <0,30° угла обзора (что соответствует приблизительно 1 символу), а максимальная погрешность - <0,50°")?
Как часто проводилась калибровка? Авторы также должны описать, как участники прогрессировали в ходе эксперимента. Многие исследования по отслеживанию глаз имеют проверку дрейфа между испытаниями; участники должны смотреть на определѐнную область экрана, чтобы продолжить. Каково было расположение этого триггера взгляда на экране? Как часто и как долго он появлялся? Что послужило толчком к началу испытания (было ли оно автоматическим, контролировал ли его участник или экспериментатор)? Какие шаги были предприняты для обеспечения качества данных в ходе исследования?
Перед сообщением результатов требуется описание любой обработки данных. Чаще всего программное обеспечение айтрекера автоматически сегментирует данные на фиксации и саккады. Программное обеспечение, используемое для этого, должно быть идентифицировано, и описаны критерии идентификации саккад (например, "фиксации и саккады были сегментированы в DataViewer со стандартным алгоритмом EyeLink с использованием порогов скорости и ускорения (30°/С и 8000°/с)"). Кроме того, любая очистка данных, такая как удаление выброшенных фиксаций и/или саккад или проб/фиксаций, нарушенных миганием, должна быть описана и обоснована, а процент удаляемых данных должен быть сообщен. Если были сделаны какие-либо пространственные корректировки фиксаций (т. е. выполнены незначительные вертикальные корректировки положений фиксации для учѐта небольшого дрейфа в исследовании чтения одной строки), об этом также следует сообщить. Следует также представить список зависимых переменных, выбранных для анализа, и обоснование этого выбора.
Измерение зрачка не следует проводить совместно с оценкой саккад и фиксациями. Поскольку глазные трекеры могут давать оценки размера зрачка вместе с местоположением взгляда, может возникнуть соблазн собрать и изучить оба набора данных в одном эксперименте. Вообще говоря, это нецелесообразно, если только не существует запроса на поиск. Систематическая ошибка в оценке размера зрачка может происходить при движении глаз [27]. Кроме того, когда глаза исследуют какой-то стимул, например, изображение, зрачки приспосабливаются к яркости различных областей изображения. Это изменение размера зрачка начинается до того, как выполняется движение глаза [47; 7], и может даже происходить при скрытых сдвигах внимания, которые не связаны с движением глаз [14]. Это означает, что глазные движения вносят шум в данные пупиллометрии, который может легко заглушить небольшие изменения в размере зрачка, вызванные когнитивными или аффективными факторами. Более сложные зрительные стимулы, используемые во многих исследованиях слежения за глазами, имеют неоднородную яркость и будут вносить значительный шум в данные зрачковой метрии, даже если глаза не двигаются.
При представлении результатов зрачковых исследований должна быть предоставлена информация о том, как контролировались уровни яркости. Важно описать, как различные стимулы были подобраны для яркости, особенно в различных условиях, поскольку любая разница в яркости в разных условиях представляет собой серьѐзное затруднение. Следует также сообщить об уровнях освещѐнности в помещении, где проводится исследование, и о мерах, принятых для поддержания этих уровней постоянными для всех участников.
Мы нашли в базе e-library 16 работ по окулометрии, 86 при поиске по слову "айтрекер" и 263 работы в ответ на поисковое слово "айтрекинг". Достаточное количество из этих работ - обзоры, посвящѐнные самому методу и его возможностям (без представления требований к его описанию). Ни в одной из практических работ мы не нашли столь подробного описания не только возможностей прибора, но и характеристик испытуемых, в том числе возможностей сбоя в работе их зрительной системы.
Стоит либо начать дискуссию относительно того, насколько подробно необходимо описывать эксперимент, либо принять позицию Картера и Люка, чтобы повысить повторяемость психологических экспериментов хотя бы в этой области.
Литература:
1. Марр Д. Зрение. Информационный подход к изучению представления и обработки зрительных образов / Пер. с англ. Н. Г. Гуревич. М.: "Радио и связь", 1987.
2. Николаева Е. И. Психофизиология. СПб: Питер, 2019.
3. Нотон Д., Старк Л. Движение глаз и зрительное восприятие // Восприятие. Механизмы и модели. М.: Мир, 1974. С. 226-240.
4. Подвигин Н. Ф., Макаров Ф. Н., Шелепин Ю. Е. Элементы структурно-функциональной организации зрительно-глазодвигательной системы/ Л.: Наука, 1986.
5. Притчард Р. Стабилизированные изображения на сетчатке // Восприятие. Механизмы и модели. М.: Мир, 1974. С. 194-203.
6. Филин В. А. Автоматиясаккад. М.: Изд-во МГУ. 2002.
7. Филин В. А., Филина Т. Ф. Автоматиясаккад у младенцев в быстром сне // Журнал высшей нервной деятельности. М.: Наука, 1989. Т.39. Вып. 4. С.603-608.
8. Шульговский В. В. Физиология целенаправленного поведения млекопитающих. М.: Изд-во МГУ, 1993.
9. Ярбус А. Л. Роль движений глаз в процессе зрения. М.: "Наука", 1965.
10. Abrams R. A., Meyer D.E., Kornblum S. Speed and accuracy of saccadic eye movements: characteristics of impulse variability in the oculomotor system. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 1989. V.15 (3). P. 529-538.
11. Baddeley R.J., Tatler B.W. High frequency edges (but not contrast) predict where we fixate: a Bayesian system identification analysis. Vis. Res. 2006. V. 46 (18). P. 2824-2833.
12. Bahill A.T., Clark, M.R., Stark, L., 1975. The main sequence, a tool for studying human eye movements. Math. Biosci. 24 (3-4), 191-204.
13. Bell C., 1823. On the motions of the eye, in illustration of the uses of the muscles and nerves of the orbit. Philos. Trans. R. Soc. Lond. 113, 166-186.
14. Binda P., Murray S.O. Spatial attention increases the pupillary response to light changes. J. Vis. 2015. V.15 (2). P. 1-13.
15. Bompas A., Hedge C., Sumner P. Speeded saccadic and manual visuo-motor decisions: Distinct processes but same principles. Cognitive Psychology. 2017. V. 94. P. 26-52.
16. Burr D.C., Morrone M.C., Ross J. Selective suppression of the magnocellular visual pathway during saccadic eye movements. Nature. 1994. V. 371 (6497). P. 511-523.
17. Carter B.T., Luke S.G. Individuals' eye movements in reading are highly consistent across time and trial. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 2018 V. 44 (3) P. 482.
18. Carter B.T., Luke S.G. The effect of convolving word length, word frequency, function word predictability and first pass reading time in the analysis of a fixationrelated fMRI dataset. Data in Brief. 2019a. V. 25. P. 104171.
19. Carter B.T., Luke S.G. Skilled Reading Project. Linguistic networks associated with lexical, semantic and syntactic predictability in reading: a fixation-related fMRI study. NeuroImage. 2019. V. 189. P. 224- 240.
20. Carter B.T., Luke S.G. Best practices in eye tracking research. International Journal of Psychophysiology. 2020. V. 155. P. 49-62
21. Clark V.L., Kruse J.A. Clinical methods: the history, physical, and laboratory examinations. Jama. 1990. V. 264. P. 2808-2809.
22. Clarke A.D., Mahon A., Irvine A., Hunt A.R. People are unable to recognize or report on their own eye movements. Q. J. Exp. Psychol. 2017. V. 70 (11). P. 2251-2270.
23. Distler C., Hoffmann K.-P. The optokinetic reflex. In: The Oxford Handbook of Eye Movements. Oxford: Oxford University Press, 2011.
24. Duchowski A.T. Eye Tracking Methodology. N.Y.: Springer, Cham, 2017.
25. Ellis C. The pupillary light reflex in normal subjects. Br. J. Ophthalmol. 1981. V. 65 (11). P. 754-759.
26. Gitchel G.T., Wetzel P.A., Baron M.S. Pervasive ocular tremor in patients with Parkinson disease. Arch. Neurol. 2012. V.69 (8). P. 1011-1017. https://doi.org/10.1001/ archneurol.2012.70.
27. Hayes T.R., Petrov A.A. Mapping and correcting the influence of gaze position on pupil size measurements. Behav. Res. Methods. 2016. V. 48 (2). P. 510-527.
28. Henderson J.M., Choi W., Luke S.G., Desai R.H. Neural correlates of fixation duration in natural reading: evidence from fixation-related fMRI. Neuroimage. 2015. V. 119. P. 390-397. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.06.072.
29. Henderson J.M., Hayes T.R. Meaning-based guidance of attention in scenes as revealed by meaning maps. Nat. Hum. Behav.2017. V. 1 (10). P. 743.
30. Henderson J.M., Luke S.G. Oculomotor inhibition of return in normal and mindless reading. Psychon. Bull. Rev. 2012. V. 19 (6). P. 1101–1107.
31. Henderson J.M., Luke S.G. Stable individual differences in saccadic eye movements during reading, pseudoreading, scene viewing, and scene search. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 2014. V. 40 (4). P. 1390.
32. Henderson J.M., Olejarczyk J., Luke S.G., Schmidt J. Eye movement control during scene viewing: immediate degradation and enhancement effects of spatial frequency filtering. Vis. Cogn. 2014. V. 22 (3- 4). P. 486-450.
33. Hendrickson, A., 2009. Fovea: Primate. In: Squire, L.R. (Ed.), Encyclopedia of Neuroscience. Academic Press, Oxford, pp. 327-334.
34. Hess B. Vestibular response. In: The Oxford Handbook of Eye Movements. Oxford:Oxford University Press, 2011. P. 45-64.
35. Huettig F., Brouwer S. Delayed anticipatory spoken language processing in adults with dyslexiaevidence from eye-tracking. Dyslexia. 2015. V. 21 (2). P. 97-122.
36. Joseph H.S., Nation K., Liversedge S.P. Using eye movements to investigate word frequency effects in children's sentence reading. Sch. Psychol. Rev. 2013. V.42 (2). P. 207.
37. Just M.A., Carpenter P.A. A theory of reading: from eye fixation to comprehension. Psychol Rev. 1980. V. 87. P. 329-354.
38. Kardan O., Berman M.G., Yourganov G., Schmidt J., Henderson J.M. Classifying mental states from eye movements during scene viewing. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 2015. V. 41 (6). P. 1502.
39. Kardan O., Henderson J.M., Yourganov G., Berman M.G. Observers' cognitive states modulate how visual inputs relate to gaze control. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 2016. V.42 (9). P. 1429.
40. Knickerbocker F., Johnson R.L., Starr E.L., Hall A.M., Preti D.M., Slate S.R., Altarriba J. The time course of processing emotion-laden words during sentence reading: evidence from eye movements. Acta Psychol. 2019. V. 192. P. 1-10.
41. Kok E.M., Aizenman A.M., Võ M.L.-H., Wolfe J.M. Even if I showed you where you looked, remembering where you just looked is hard. J. Vis. 2017. V. 17 (12). P. 1-11.
42. Kolb H. Facts and Figures Concerning the Human Retina. Salt Lake City (UT):University of Utah Health Sciences Center, 2011.
43. Krauzlis R.J., Goffart L., Hafed Z.M. Neuronal control of fixation and fixational eye movements. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2017. V. 372 (1718). P. 20160205.
44. Laeng B., Alnaes D. Pupillometry Eye Movement Research. NY.: Springer, 2019. P. 449-502.
45. Luke S.G., Henderson J.M. The influence of content meaningfulness on eye movements across tasks: evidence from scene viewing and reading. Front. Psychol. 2016. V. 7. P. 257.
46. Luna B., Velanova K., GeierCh.F. Development of eye-movement control // Brain and Cognition. 2008. V.68. P. 293-308.
47. Mathôt S. Pupillometry: psychology, physiology, and function. J. Cogn. 2018. V. 1 (1).
48. Mathôt S., van der Linden, L., Grainger, J., Vitu, F., 2015. The pupillary light response reflects eyemovement preparation. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 41 (1), 28.
49. Medendorp W.P., Selen L.J.P. Vestibular contributions to high-level sensorimotor functions// Neuropsychologia 105 (2017) 144-152.
50. Molitor R.J., Ko P.C., Ally B.A. Eye movements in Alzheimer's disease. J. Alzheimers Dis. 2015. V.44 (1). P. 1-12.
51. Murray W.S., Fischer M.H., Tatler B.W. Serial and parallel processes in eye movement control: current controversies and future directions. Q. J. Exp. Psychol.2013. V. 66 (3), P. 417-428.
52. Müri R.M., Nyffeler T. Neurophysiology and neuroanatomy of reflexive and volitional saccades as revealed by lesion studies with neurological patients and transcranial magnetic stimulation (TMS). Brain Cogn. 2008. V.68 (3). P. 284–292. https://doi.org/ 10.1016/j.bandc.2008.08.018.
53. Netter F.H. Atlas of Human Anatomy E-Book. Elsevier Health Sciences. 2017.
54. Nuthmann A. Fixation durations in scene viewing: modeling the effects of local image features, oculomotor parameters, and task. Psychon. Bull. Rev. 2017. V. 24 (2). P. 370–392.
55. Open Science Collaboration, 2015. Estimating the reproducibility of psychological science // Science. V.349 (6251). P. aac4716.
56. Peacock C.E., Hayes T.R., Henderson J.M., 2019. Meaningguides attention during scene viewing, even when it is irrelevant. Attention, Perception, & Psychophysics. 2019. V. 81 (1). P.20-34
57. Rayner K. Eye movements and attention in reading, scene perception, and visual search. Q. J. Exp. Psychol.2009. V. 62 (8). P. 1457-1506.
58. Rayner K., Fischer M. Mindless reading revisited: eye movements during reading and scanning are different. Percept. Psychophys.1996. V58 (5).V. 734-747. https://doi.org/ 10.3758/BF03213106.
59. Rayner K., Reingold E.M. Evidence for direct cognitive control of fixation durations during reading. Curr. Opin. Behav. Sci. 2015. V. 1. P. 107-112.
60. Reingold E.M. Eye tracking research and technology: towards objective measurement of data quality. Vis. Cogn. 2014. V.22 (3-4)/ P. 635-652
61. Rolfs M. Attention in active vision: a perspective on perceptual continuity across saccades. Perception. 2015. V. 44 (8-9). P. 900-919.
62. Samadani U., Ritlop R., Reyes M., Nehrbass E., Li M., Lamm E., ... Kolecki R. Eye tracking detects disconjugate eye movements associated with structural traumatic brain injury and concussion. J. Neurotrauma. 2015. V. 32 (8). P. 548-556.
63. Staub A. The effect of lexical predictability on eye movements in reading: critical review and theoretical interpretation. Language and Linguistics Compass. 2015. V. 9 (8). P. 311-327.
64. Stephenson K.G., Luke S.G., South M. Separate contributions ofautistictraits and anxious apprehension, but notalexithymia, toemotionprocessingin faces. Autism. 2019. V. 23 (7). P. 1830-1842.
65. Steindorf L., Rummel J. Do your eyes give you away? A validation study of eyemovement measures used as indicators for mindless reading. Behav. Res. Methods. 2019. P. 1-15.
66. Wang S., Jiang M., Duchesne X.M., Laugeson E.A., Kennedy D.P., Adolphs R., Zhao Q. Atypical visual saliency in autism spectrum disorder quantified through model-based eye tracking. Neuron. 2015. V. 88 (3). P. 604-616.
67. White S.J., Staub A. The distribution of fixation durations during reading: effects of stimulus quality. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 2012. V.38 (3). P. 603
68. Zashchirinskaia O., Nikolaeva E. The fairytale character in advertisement as a means of influence on children. The European proceedings of Social&Behavioural Sciences. 2018. N. 27. P.195-203. doi: https://dx.doi.org/10.15405/epsbs.2018.07.27
69. Zashchirinskaia O.V., Nikolaeva E. The understanding of the text and images by teenagers with different levels of intelligence with eye tracking using. In: SHS Web of Conferences „Int. Conf. Society. Health. Welfare. 2016―. 2018. V.51, N.02006. https:// DOI: https://doi.org/10.1051/shsconf/20185102006
https://elibrary.ru/item.asp?id=44515819
