观测人眼体验的心理生理学手段及其应用

眼球跟踪是指通过记录人的眼动，测量人的视觉注意力。眼球跟踪对于体验研究特别重要，通过视觉注意力，研究者可以知道人在看什么，如人在周边环境中感兴趣的物体。在媒体体验的背景下，通过眼球跟踪，可以知道一个人对哪种类型的内容，或对内容的哪个部分给予了关注。

测量视觉注意力，我们主要感兴趣的是三种基本的眼动：扫视、平滑追随和注视。扫视是眼睛的快速或跳跃运动，“用来将中央凹（眼睛视网膜的焦点）重新定位到视觉环境中新的位置”^[39]。扫视可以自愿性和反射性方式进行，持续时间10～100ms。视觉上跟踪到环境中的运动目标，则会产生平滑追随。持续专注于运动的物体，需要大脑不断更新眼球位置，它显示为基于几个神经元的简单负向反馈回路。注视是指专注于环境中受关注的、非移动的点。但注视一词并不是说眼睛（完全）固定于某一个点，与之相反，任何微小的运动如震颤、瞟移和微扫视，都会使眼睛不断地运动，使之离不开（over and around）受关注的物体。产生不断眼动的原因，是视觉系统的运动敏感性：需要有运动，大脑才能理解视网膜的感官信息。若没有微小的眼动，视网膜上感光细胞就不再发出任何信号，视网膜的图像就会消退。

眼动为人们关注的焦点提供了信息，因此它对于媒体和体验研究颇为重要。如测量视觉注意力的典型尺度，可为注视持续的时间，以毫秒为单位是在200～600ms之间，再长的持续时间则非常少见。一般来说，专注于环境中某个物体或区域的时间越长，观察者对该物体所表现的兴趣可能就越大。扫视还可提供与行为相关的信息。观察者扫视的跨度越大，即以视觉角度测量的扫视幅度越大，他在所见视觉场景中进行搜索的可能性就越大（相对于阅读而言）。更多最新的研究成果表明，扫视幅度与先前的眼球注视时间有关。Unema、Panasch、Joos和Velichkovsky经过研究发现，如果先前注视所持续的时间少于180ms，6～8度的高幅值扫视明显增多^[40]。这对于媒体和体验研究具有重要意义，若对这些数据进行即时分析，则可以推断出，消费者是在消费他所见的内容，还是在查找更多的内容。

眼球运动由连续观察被测试者一眼或两眼的视频相机记录。视频相机在电磁频谱的红外波段工作。这点特别重要，原因有二。首先，在红外波段测量眼球运动，视频相机对周围可见光光线变化不敏感，在全黑条件下甚至也能追踪眼球。这一特征因此也使得眼球追踪成熟可靠。第二，红外线对视网膜或其他敏感组织不会产生有害影响，采用这种测量对于测试对象不会刺眼。

眼球跟踪软件基于两个标识计算注视和扫视。第一种标识是瞳孔的中心。辅助软件分析眼球跟踪视频相机的即时视频信号，检出瞳孔椭圆的中心点并将其返回相机的像素坐标。第二个标识是红外线在眼球眼角膜上的反射点——眼角膜反射点。辅助软件同样是检出这个点并将其返回相机像素坐标的位置。

在计算被测试者观察的目标位置之前，必须根据被测试者会注意的最大区域校准眼球跟踪软件。就媒体研究而言，这个区域可以是如一份报纸、电视机或计算机屏幕，为了提高测量的准确性还可以使用腮托。然而，这样做可能不适用于媒体体验研究的每种情形，因为人都尽可能地自然地使用和消费媒体。

跟踪软件根据瞳孔中心、眼角膜反射点的最大坐标位置，和眼球跟踪摄像机即时测得的其实际位置，计算出人眼注视光标在屏幕上的坐标位置。这一过程的计算强度相当高，眼球跟踪系统的供应商会提供专门的硬件、软件以及跟踪相机设备。图12-9示出了眼球跟踪相机视频的提取框图，瞳孔中心、眼角膜反射点的位置，分别由白黑十字交叉线标出。

图12-9 通过红外相机记录的被跟踪的眼球

人的体验可由心理生理学的手段作客观测量。

心理生理学手段虽然只能提供关于体验的间接数据，但这些方法可以提供量化数据，并且提供的量化数据大多已被证实是有效、可靠。研究者频繁采用的是瞳孔测量法、面肌电图、皮肤电活动和着重心率变化性的心电图。

（1）瞳孔测量

眼睛除了能够注视和扫视，还有另一独特的心理生理报告变量——瞳孔的直径^[41]。一般来讲，瞳孔为适应周边环境光线条件的变化，瞳孔的尺寸会不断变化。然而，这一领域的早期研究显示，信息处理的心理或认知载荷，一般也会导致瞳孔尺寸的变化^[42-44]。除了通常的光线变化引起的瞳孔尺寸变化外，瞳孔的尺寸随信息处理的载荷成正比例增大，但当达到人信息处理的最大能力时，瞳孔则不再增大。工作载荷引起的瞳孔增大有一个初动时间，在100～200ms之间^[45]。瞳孔增大峰值在0.1～7mm，取决于所开展的工作任务^[41]。因此，这些特征使得瞳孔尺寸的测量成为媒体和体验研究中非常重要的工具。如Iqbal和Bailey研究了如何应用通过瞳孔尺寸测量的心理载荷强度变化来改善交互媒体的体验^[46]。研究着重于找出通知人们某个事件的恰当时间，比如是以电子邮件等方式通知。这样的通知是必要的，但通常也会打断人们对当前执行任务的注意力，用户因此可能体验到信息过载，产生烦扰，并可能产生负面的情感反应，对任务的完成造成负面后果。Iqbal及其同事推断，人的心理载荷低时，是通知的合适时间。他们发现，人们在当前活动中完成了一个子任务，开始面向下一个子任务时，往往会出现这种低认知载荷的瞬间（图12-10）。这些瞬间的出现表现为瞳孔不再扩大，因此可由眼球追踪器检测到。对瞳孔尺寸数据作进一步的即时处理，可知显示屏上通知是否应显示或被抑制。

图12-10 子任务和恰好的打断时间间隔之间瞳孔尺寸变化百分率^[47]

瞳孔尺寸通常用连续观察人眼的视频相机记录。与眼球运动追踪一样，相机是在光谱的红外波动工作（见图12-9）。这样，测量不受周边光线和色彩条件影响，测试参与者也不会觉得刺眼。软件基于若干因素计算瞳孔尺寸。首先可以计算瞳孔在相机传感器上的像素数，把得到的数值代入包含相机与被观察眼球距离、相机的镜头参数如变焦参数在内的公式，由该公式计算得出以mm表示的瞳孔尺寸。除了测量瞳孔的绝对尺寸以外，瞳孔扩张比例有助于减少被测试者之间的个体差异^[47]。这一比例是由测得的瞬间瞳孔尺寸，减先前测得的基准瞳孔尺寸，最后再除基准瞳孔尺寸得出。

（2）面肌电图(www.xing528.com)

面肌电图（EMG）是指面部肌肉活动的测量。通过面肌活动的测量，一般可以得到与人的情感状态相关，客观上有效而且可靠的数据。具体而言，面颊肌（颧大肌）和眉肌（皱眉肌）分别是正面、负面情感状态的指示器^[48，49]。左右面颊肌活动强烈主要与微笑、喜悦等正面情感状态相关，眉肌活动强烈却与皱眉、恼怒或悲伤等负面情感状态相关。面肌活动测量对肌肉活动的微妙变化高度敏感^[48，50]，也使得测量结果可用于以下情景：引起情感响应的不同刺激，如在电影或视频片段中，一个接一个连续、快速出现。因此，媒体和体验研究中，面部EMG被广泛用于研究中介刺激的情感反应。

面部EMG由被测面肌表面安置的小型Ag/AgCl电极（直径2～4mm）记录，通常需用一些导电凝胶以确保足够强的信号。原始的模拟量EMG信号，可根据研究者的兴趣，先作带通滤波。建议用20Hz的最低截频，滤掉低频人工干扰和噪声^[51]。如果研究者的兴趣只是快速、微妙的肌肉运动，低于100Hz的其他低频也可被滤掉。高截频通常为500Hz，肌肉运动单元的收缩不会比此还快。信号经过滤频后，被数字化处理、矫正并最终被集成^[49]。面部EMG测量具有非侵入性，测试对象的不舒服感较小，也因此在媒体研究中得到广泛的应用。

（3）皮肤电活动

皮肤电活动（EDA）是指人的皮肤汗腺活动。汗腺受交感神经系统控制，而交感神经系统调节人体对外界刺激快速反应的功能，即交感神经系统活动增强，会促使皮肤电活动增强。因此，皮肤电活动测量是情感唤醒的最佳操作定义^[49]，和面部EMG一样，已被广泛应用于媒体和传播研究，以研究人们对中介刺激的情感反应。

皮肤电活动可有安置于人手的Ag/AgCl两小电极记录。Dawson、Schell和Fillion建议了三处电极安放的位置，三处位置都非优势在手上^[52]，其中两处是在第一和第二手指，第三处是在手掌。若把手指用作测量点，电极应该被安在掌面中、远指骨表面。若把手掌用作测量点，可测量大鱼际、小鱼际隆起处。电极起电压桥接作用，可用于有效测量皮肤的导电性^[52]。情感唤醒的增强会激活交感神经系统。皮肤电活动的增强，随后导致汗腺释放更多汗液，效果上使皮肤变得更具导电性，电极间测量的（电压驱动）微电流会增大。情感唤醒降低会产生相反的结果。测量数据包括了两部分，第一是皮肤电导反应（SCR），反映瞬间的时相变化，经刺激后初动时间在1～2s之间（如图12-11）；第二是皮肤电导水平（SCL），反映持久的强直变化，它的变化通常缓慢得多，因此表现为测试数据的低频部分。

图12-11 典型的皮肤对发生在0时刻的刺激的导电响应（以μS为单位的GSR）

（4）心电图和心率变化

心电图（ECG）是指人的心脏电活动测量。心脏电活动测量一般可为若干认知、情感过程提供客观可靠的数据。心脏一般会受交感神经、副交感神经系统双重影响。因此，心率即一段时间内心跳的次数和心率变化，对于研究媒体及其体验至关重要。具体而言，如关注、努力、唤醒和情绪等过程，会使心率加快或减慢^[49]。

心率变化反映关注的两部分：时相关注和强直关注。瞬间或时相关注会使副交感神经活动增强，表现为心跳的放缓。例如，对媒体刺激如文本、图片或视频给予注意时，会发生时相关注，刺激发生后，约在2～5次心跳过程中，心跳开始放缓^[49]。测试对象除了主要任务以外，无需同时进行其他的任务，则强直或持久关注也会减缓心跳。例如Bolls、Lang和Potter研究表明，人们收听广播广告时心率一般会放缓^[53]。另外，广播广告的负面情感基调，与正面情感基调相比，所产生的心跳减缓会更大。其他几个研究报告也有类似结果^[54]。

心率变化与情感的联系，学术研究中已经得到类似关注。根据Ravaja的研究，这种联系并非十分明确^[49]。显然，一个人被要求生动描绘他觉得非常消极的情景，心率会增加，然而，在他描绘正面的情景时，心率也会增加。此外，心率增加似乎与交感神经系统介导的情感唤醒情形体验相关。因此，由于心率同时受到交感神经、副交感神经系统的双重影响，就不可能清晰推理人的情感状态。

心率值由测量心动周期内心脏产生最大电位时间间隔（心跳间隔）得到^[49]，可通过放置在体表某一位置如胸部、前臂和颈部的Ag/AgCl电极进行测量。在前臂测量中，每个前臂各放置一电极，非优势前臂上再放置一基础电极^[55]。心跳间隔可以毫秒为单位测量，心率由一段时间例如1min内心跳间隔之和平均计算得到。

行为日志是由信息技术产生的，与人的行为相关的文件。如鼠标移动、点击流、键盘按键或来自计算机输入设备的其他信息。上述用户行为很容易被同时记录或捕捉，日志产生的数据量通常很大。日志数据虽然通常是数字形式出现，但由于记录数据的多样性，难以进行如关联之类的自动分析。例如，鼠标的移动和点击是以屏幕二维坐标的像素值记录，然而键盘按键记录则是与按键对应的字符或代码。此外，每个研究者感兴趣的事件不同，将事件从数据流中分离费时费力。因此，日志数据通常要经过手动的中间编码，给特定的数据值指定代码对原始数据进行编辑。即是，用户在窗口中点击某个按钮，并在键盘上敲击某键，研究者如果对这一行为感兴趣，可为其指定一个代码“A”。对另一行为可指定一个代码“B”，等等。行为日志经过这样编码，产生的实际上是定性数据。通过这些代码本身，分析者无从得知用户如何体验媒体，但可将它们作为一种工具，用以将用户行为与其他户进行比较。因此，行为日志用于识别一组用户的类似行为，及用户受内容变化影响的行为变化。

行为日志反映用户使用媒体时透视内容的路径，因此，对这些数据所作的经典分析，得出的是“平均路径”，是用户使用如在线新闻时的“典型”路径。分析者会发现在不同用户之间，该路径是如何的稳定，如用户阅读报纸封面后，快速进入国外新闻的频繁程度。

对日志文件更加深入的分析，包括媒体用户界面中某些元素的影响，而对用户行为进行预测^[56]。这种仍然相对较新的序列分析方法，虽然完全是基于概率，但却可以洞悉人为何会如此行事，而不是以其他方式行事。方法的关键结构是Markov链（马尔可夫链），即由相应转移概率链在一起的行为状态数学序列。Markov链背后的基本理念是，例如，用户正在访问网页A，网页上B网页的链接显而易见，用户访问网页B的可能性有多大？将这几种可能性加以组合，可以计算出以下的概率，即用户阅读网页A的内容时，会通过网页B和网页C最终访问网页D。初始的状态虽然仍需人工编码，网页间的浏览概率仍需通过对照试验作人工测量，但这种方法对于推演和创建用户媒体行为的一般模型，则是提供了一种前景广阔的手段。