眼动追踪技术与婴幼儿研究：程序、方法与数据分析(5)
4.2 婴幼儿眼动数据的视觉化挖掘
眼动仪采集到的数据既包含了时间信息也包含了空间信息。但是传统数据分析中。大多数研究者主要对比不同实验条件下集中数据(如：平均数)来揭示实验操作是否有差异，而这种方法会丢失很多有价值的信息，尤其是对于眼动这种具有时空信息的数据(Duchowski，2007；Yu，Yurovsky，&Xu。2012)。如前所述，眼动仪自带的数据导出或分析软件会使用过滤、插补和平滑处理(smoothing)把一些噪音过滤掉、使用数学算法插补因头动或追踪失败导致的缺失数据，经过平滑处理后，导出的数据就更加连续且完整(Wass et al.，2014)。所以，研究者如果需要挖掘数据的深层含义和更好地利用数据。建议使用原始数据(raw data)，而不是直接使用自带软件生成的数据。
针对婴幼儿研究的特殊性和眼动数据分析繁琐性，Yu等人(2012)提出了一个交互式数据分析(interactive data anal3，sis)和视觉数据挖掘(visualdata mining)的方法。其核心的理念为：①不过度依赖软件生成的数据，利用原始数据自下而上进行分析，保证数据的有效性；②利用研究者自身的经验，自上而下进行数据挖掘，发现数据规律和模式；③把刺激材料(或视觉刺激场景)和眼动数据放在一个时间轴上进行基于事件的时间分析(event-based temporal analysis)(Corbetta et al.，2012)，更直观了解数据的个体差异和自变量导致的差异。这种视觉化数据分析方法在一些婴幼儿研究中被借鉴和使用(Corbetta et al.，2012；Sirois&Jackson，2012)。本文以图2为例。说明如何利用视觉化技术来呈现、分析和挖掘眼动数据。
图2的上图以时间为横坐标，注视点的屏幕Y轴(像素)为纵坐标。画出了幼儿3×3矩阵中搜索目标物的注视情况。由图可知，当目标物(花)处于屏幕上方时，被试的注视点从屏幕中间急速转移到屏幕上方，并维持停留在屏幕上方(片段2)：当第二个刺激的目标物(蛇)出现在屏幕中间时。被试的注视点向屏幕中间转移(片段3-4)，但是回避威胁性刺激(蛇)并向上注视(片段5)。接着当第三个刺激的目标物(花)出现在屏幕下方时，被试的注视点起初会在屏幕中间短暂逗留(片段6)，紧接着注视到目标物(片段7-8)。视觉化原始眼动数据流除了可以直观了解被试的注视随时间的变化外。还可以用于了解被试个体差异和去除噪音。图中片段1、2、3、5、6、7都表明了不同个体间相似的注视模式，结合整个数据判断片段4说明了3号被试的个体差异。而片段8中2号被试数据属于噪音，可以剔除。因为结合实验同步视频发现被试在片段8时手机震动。影响了其注意力。这种视觉化呈现眼动的方式有助于研究者对异常眼动行为或数据的识别，从而保证眼动数据结果的准确性。图2下图以时间为横坐标，注视点个数为纵坐标，画出了幼儿和成人在观看带有不同线索的多媒体时注视点个数随时间的变化情况，其中，阴影部分为统计显著的区域。当把两组被试总体进行比较时发现差异并不显著。但是通过视觉化挖掘，统计特定提示线索出现时数据(灰色阴影区域)发现两组间差异显著。
综上，研究者可以考虑从以下方面合理分析婴幼儿眼动数据：①明确界定注视点(例如：停留100ms及以上视为一个注视点)，可能会得到不一样的实验结果。②尝试分析瞳孔大小、眼跳潜伏期等较为特殊的婴幼儿眼动指标。③尽量采用原始数据(而非自带软件生成的数据)进行视觉化挖掘。④采用基于事件的时间序列分析(如：刺激锁时、反应锁时)对数据进行视觉化挖掘。
5 总结与展望
眼动技术越来越成为婴幼儿研究中的一种流行工具，而如何充分地利用眼动仪收集和分析婴幼儿眼动数据，是许多眼动研究者需要考虑的重要环节。本文从正式实验前的眼动仪选择和眼动校准、实验中的数据质量优化以及实验后的数据分析与挖掘等方面对现有文献进行了梳理，并就每个方面提出了相应的操作性建议，以期为国内婴幼儿眼动研究的深入开展提供一定的指导。
除此之外，作者也建议在呈现婴幼儿研究的眼动数据时应该注意以下几点：①报告婴幼儿眼睛距屏幕的距离，刺激像素大小或视角、屏幕可视区域的视角大小；②提供关于眼动仪时间和空间分辨率的详细参数、头动补偿算法；③完整描述几点校准、校准点大小及位置、校准通过的标准和校准过程；④介绍如何剔除无效被试数据、如何处理缺失数据、基于什么标准过滤数据(比如：基于什么时间和空间标准界定注视点：眼睛角速度阈值在多少以上算作眼跳)；⑤详细报告AOI的画法、像素大小或视角大小(Adler&Orprecio，2006；Frank et al.，2009；Gredeback et al.，2010；Oakes，2010)。
另外，研究者及技术开发人员仍然需要在婴幼儿眼动研究中注意以下问题：第一，个体成熟对婴幼儿眼动的影响不容忽视。不同于成人。婴幼儿的眼动会因个体的成熟而发展或变化(Grtinqvist，Gredeback，&Von Hofsten，2006；Kramer，Gonzalezde Sather，&Cassavaugh，2005)，所以在对比不同年龄阶段婴幼儿的眼动数据时，不能一味地将实验中所发现的眼动数据上的差异归结为实验操控，因为这种差异也有可能是个体成熟本身带来的影响。因此，需要特别关注个体成熟对眼动的影响。
第二，以婴幼儿为导向，开发真正适合婴幼儿研究的眼动设备。一方面，现在的眼动仪从刺激呈现、数据分析软件到眼动校准、数据算法、兴趣区 (王福兴 童钰 钱莹莹 谢和平)
眼动仪采集到的数据既包含了时间信息也包含了空间信息。但是传统数据分析中。大多数研究者主要对比不同实验条件下集中数据(如：平均数)来揭示实验操作是否有差异，而这种方法会丢失很多有价值的信息，尤其是对于眼动这种具有时空信息的数据(Duchowski，2007；Yu，Yurovsky，&Xu。2012)。如前所述，眼动仪自带的数据导出或分析软件会使用过滤、插补和平滑处理(smoothing)把一些噪音过滤掉、使用数学算法插补因头动或追踪失败导致的缺失数据，经过平滑处理后，导出的数据就更加连续且完整(Wass et al.，2014)。所以，研究者如果需要挖掘数据的深层含义和更好地利用数据。建议使用原始数据(raw data)，而不是直接使用自带软件生成的数据。
针对婴幼儿研究的特殊性和眼动数据分析繁琐性，Yu等人(2012)提出了一个交互式数据分析(interactive data anal3，sis)和视觉数据挖掘(visualdata mining)的方法。其核心的理念为：①不过度依赖软件生成的数据，利用原始数据自下而上进行分析，保证数据的有效性；②利用研究者自身的经验，自上而下进行数据挖掘，发现数据规律和模式；③把刺激材料(或视觉刺激场景)和眼动数据放在一个时间轴上进行基于事件的时间分析(event-based temporal analysis)(Corbetta et al.，2012)，更直观了解数据的个体差异和自变量导致的差异。这种视觉化数据分析方法在一些婴幼儿研究中被借鉴和使用(Corbetta et al.，2012；Sirois&Jackson，2012)。本文以图2为例。说明如何利用视觉化技术来呈现、分析和挖掘眼动数据。
图2的上图以时间为横坐标，注视点的屏幕Y轴(像素)为纵坐标。画出了幼儿3×3矩阵中搜索目标物的注视情况。由图可知，当目标物(花)处于屏幕上方时，被试的注视点从屏幕中间急速转移到屏幕上方，并维持停留在屏幕上方(片段2)：当第二个刺激的目标物(蛇)出现在屏幕中间时。被试的注视点向屏幕中间转移(片段3-4)，但是回避威胁性刺激(蛇)并向上注视(片段5)。接着当第三个刺激的目标物(花)出现在屏幕下方时，被试的注视点起初会在屏幕中间短暂逗留(片段6)，紧接着注视到目标物(片段7-8)。视觉化原始眼动数据流除了可以直观了解被试的注视随时间的变化外。还可以用于了解被试个体差异和去除噪音。图中片段1、2、3、5、6、7都表明了不同个体间相似的注视模式，结合整个数据判断片段4说明了3号被试的个体差异。而片段8中2号被试数据属于噪音，可以剔除。因为结合实验同步视频发现被试在片段8时手机震动。影响了其注意力。这种视觉化呈现眼动的方式有助于研究者对异常眼动行为或数据的识别，从而保证眼动数据结果的准确性。图2下图以时间为横坐标，注视点个数为纵坐标，画出了幼儿和成人在观看带有不同线索的多媒体时注视点个数随时间的变化情况，其中，阴影部分为统计显著的区域。当把两组被试总体进行比较时发现差异并不显著。但是通过视觉化挖掘，统计特定提示线索出现时数据(灰色阴影区域)发现两组间差异显著。
综上，研究者可以考虑从以下方面合理分析婴幼儿眼动数据：①明确界定注视点(例如：停留100ms及以上视为一个注视点)，可能会得到不一样的实验结果。②尝试分析瞳孔大小、眼跳潜伏期等较为特殊的婴幼儿眼动指标。③尽量采用原始数据(而非自带软件生成的数据)进行视觉化挖掘。④采用基于事件的时间序列分析(如：刺激锁时、反应锁时)对数据进行视觉化挖掘。
5 总结与展望
眼动技术越来越成为婴幼儿研究中的一种流行工具，而如何充分地利用眼动仪收集和分析婴幼儿眼动数据，是许多眼动研究者需要考虑的重要环节。本文从正式实验前的眼动仪选择和眼动校准、实验中的数据质量优化以及实验后的数据分析与挖掘等方面对现有文献进行了梳理，并就每个方面提出了相应的操作性建议，以期为国内婴幼儿眼动研究的深入开展提供一定的指导。
除此之外，作者也建议在呈现婴幼儿研究的眼动数据时应该注意以下几点：①报告婴幼儿眼睛距屏幕的距离，刺激像素大小或视角、屏幕可视区域的视角大小；②提供关于眼动仪时间和空间分辨率的详细参数、头动补偿算法；③完整描述几点校准、校准点大小及位置、校准通过的标准和校准过程；④介绍如何剔除无效被试数据、如何处理缺失数据、基于什么标准过滤数据(比如：基于什么时间和空间标准界定注视点：眼睛角速度阈值在多少以上算作眼跳)；⑤详细报告AOI的画法、像素大小或视角大小(Adler&Orprecio，2006；Frank et al.，2009；Gredeback et al.，2010；Oakes，2010)。
另外，研究者及技术开发人员仍然需要在婴幼儿眼动研究中注意以下问题：第一，个体成熟对婴幼儿眼动的影响不容忽视。不同于成人。婴幼儿的眼动会因个体的成熟而发展或变化(Grtinqvist，Gredeback，&Von Hofsten，2006；Kramer，Gonzalezde Sather，&Cassavaugh，2005)，所以在对比不同年龄阶段婴幼儿的眼动数据时，不能一味地将实验中所发现的眼动数据上的差异归结为实验操控，因为这种差异也有可能是个体成熟本身带来的影响。因此，需要特别关注个体成熟对眼动的影响。
第二，以婴幼儿为导向，开发真正适合婴幼儿研究的眼动设备。一方面，现在的眼动仪从刺激呈现、数据分析软件到眼动校准、数据算法、兴趣区 (王福兴 童钰 钱莹莹 谢和平)