眼動追蹤技術

「眼睛，是人類的靈魂之窗」。眼睛除了在日常生活中幫助我們蒐集資訊外，同時 也是表達感情及溝通的好工具。透過眼神，我們可以解讀想法或瞭解他人的心情，因此，

眼睛所傳達的訊息是超乎我們所想的。以下就視覺認知與訊息處理、眼動儀歷史與分析 方法、眼動儀相關研究幾點分述之。

一、視覺認知與訊息處理

研究者身為一位幼教老師，常能夠從孩子的眼睛感受到當下的情緒或想法，當幼兒 的眼神飄忽時，表示他有某方面的祕密；當幼兒的眼神透露出專注時，表示他對事物具 探究的興趣；這樣看來，有經驗的教師似乎從幼兒眼神就可解讀出無限的訊息。雖然這 都僅是沒有證據證明的一種感覺，但也是從這些細小的線索我們可發現，眼睛的移動隱 隱約約透露出一些值得關注的訊息。為什麼眼球會移動呢?從眼睛的結構來解釋，人類 的視網膜 (retina)位於眼球的最內側，其中包含錐細胞 (cone)及桿細胞 (rod)兩種感光細 胞；夜晚視線仰賴桿細胞，而在光線充足的白天則需依靠具備色彩視覺能力並可看清事 物細節的錐細胞，大部分的錐細胞都集中在水晶體後方稱為中央小窩 (fovea)的地方，

而眼睛轉動就是要將需注意的物體或影像投射在中央小窩上達到接收訊息的目的（王滿 堂，2004；Jensen, 2003）。

幼兒的生活中充滿了大量圖像與物體等各式各樣引人注意的訊息，為了應付這樣複 雜的環境，幼兒必須有良好的辨識能力才能快速又正確的處理龐大的資訊。例如：當幼 兒看到一種從沒見過的動物，他可能會從四條腿、身上有毛、會跟人類撒嬌這些線索推 敲出這個動物是小狗。從這樣的過程我們可以發現，幼兒會注意到週遭刺激並且將接收 到的新資訊與記憶中舊有訊息作比較、歸類最後針對這些訊息做解釋、辨別和分類以吸 收新知（范士誠，2007）。

由上述可知，訊息藉著感覺刺激（例如:眼睛看見動物）經由神經傳導進入人的知 覺系統，再經由知覺系統的處理（例如:與舊有經驗比較）產生認知（例如:這個動物是 小狗）。那人類的知覺系統是如何處理接收到的訊息呢？人類處理訊息的過程可分為兩

22

種程序（引自張欣戊、林淑玲、李明芝譯，2010；范士誠，2007），分述如下。

（一）由下而上的處理 (bottom-up processing)

由下而上的處裡又被稱為是資料導向 (data-driven)的處理，處理方向由低層次訊息 往高層次訊息處理，每個較低層次的處理結果都將成為下一個較高層次輸入處理的基 礎，此過程可將物理刺激轉化為具有心理意義的歷程而最終目的為辨認出輸入的訊息具 有何種意義（張欣戊等譯，2010；范士誠，2007）。例如：太靠近火源，感受到超出忍 受範圍的熱度就知道是危險。

由下而上的訊息處理過程十分類似訊息處理觀點的核心概念，亦即人類以類似電腦 管理訊息的方式處裡接收到的外在環境刺激 (王雪貞等譯，2005)。訊息處理模式描述訊 息會經過三個處理單位，分別為感覺儲存 (sensory store)、短期儲存 (short-term store, STS) 和長期儲存 (long-term store, LTS)。模式中的第一個處理單位是感覺儲存，刺激（例 如：視覺、聽覺）在此被注意但只能短暫保留，保留的內容也相當容易消逝，就像是感 覺的殘像或回聲。當刺激訊息在第一個處理單位被注意到，將立刻進入第二個處理單位 -短期儲存，短期儲存也可稱為運作記憶，具有兩項重要功能1.暫時儲存訊息，並且思考 2.可以用這些訊息做什麼。但顧名思義短期儲存僅能短暫儲存限量訊息，若要將訊息長 久存放成為知識、經驗或印象，並將其用於處理訊息及解決問題的策略，必須仰賴第三 處理單位-長期儲存（張欣戊等譯，2010；陳學志、賴惠徳和邱發忠，2010）。

由上述可知，訊息處理觀點用簡要的三個儲存單元將人類訊息處理的過程一語概 之，但訊息的處理過程之複雜是無法靠訊息本身在儲存單位間的傳遞就可完成的，人腦 不同於電腦，我們必須組織並監督自己的認知活動。所以，研究者認為，人類的認知處 理程序不只限於由下而上的歷程，其更接近倚靠整體知覺來分析接收刺激的由上而下的 處理程序。

（二）由上而下的處理 (top-down processing)

由上而下的處理又被稱為是概念導向 (conceptually driven)的處理，其依據先前的 知識或更高層次的心智功能，來協助我們處理不完整的感官輸入，進而辨識及分類來自 下層或外層的感覺和知覺，同一個刺激型態可能因為期望或認知不同而有不同的詮釋

23

（張欣戊等譯，2010；范士誠，2007）；這也可說是一個由整體知覺來分析接收刺激的 歷程。例如：「老鼠」在料理鼠王故事裡的定義為一個充滿才華的天才廚師；但在小騎 兵故事裡的定義卻是攻擊城堡的大壞蛋。

在由上而下的訊息處理歷程中扮演關鍵角色的就是人類與生俱來的高層次心智功 能，也可稱為執行功能 (executive functions; EF) （張欣戊等譯，2010）。EF受到大腦前 額葉的控制，是指一種認知的自我導向，此行動有助於認知自我調節 (Denckla,1994)。

學齡前階段為EF的主要發展時期 (Rueda et al., 2004)，其結構涵蓋了思想與行為的監 看、控制，包括計畫、行為的組織、認知的適應性、反應抑制、干擾抵制 (Eslinger, 1996;Zelazo, Carter, Reznick, & Frya, 1997)。EF也存在於問題解決過程的問題表徵、計 劃、執行和評估四個階段中，就像是階段中的整體結構，統整並且幫助人們完成高層次 的思考或問題解決 (Zelazo et al, 1997)。EF含有四個重要向度，分別為1.注意力控制 (attentional contral)：協助幼兒將注意力集中於需要注意的訊息上並且排除不必要的干擾 訊息；2.認知彈性 (cognitive flexibility)：協助幼兒根據錯誤經驗選擇新策略並且避免固 著行為產生；3.訊息處理 (information processing)：協助幼兒能夠同時處理多種訊息，藉 此功能，幼兒訊息處理的流暢度即反應速度將提升；4.目標設定 (goal setting)：協助幼 機制，個體藉此得以對刺激選擇進行控制、調節行為 (Kahenman, 1973)。選擇性注意力

24 亮的卡片出現時，立即說出「白天」 (Gerstadt, Hong, & Diamond, 1994)。實驗中，幼兒 必須抑制習慣性的自動化反應，改用相反的策略來因應，此即為衝動控制。研究者認為，

有目的的行動、有效的將刺激轉變為實際的行動 (Denckla, 1994;Eslinger, 1996;Zelaz6o, Carter, Reznick, & Frya, 1997)。縱然學者們將訊息處理的過程分為不同層次論述，但人 類的認知歷程之複雜，似乎無法只以兩者其一概之，若是沒有由低至高的處理歷程，如

25 感興趣的區域以及注意力所在 (Rayner, 1998；Lewenstein et al., 2000；Barthelson, 2002)。

人類眼球運動可分許多種類，在不同場域、不同情境下會展現出不一樣的眼動現象（陳 俊汕，2005），藉由眼動可推測人類大腦高層的認知處理過程 (Ryder,1998)。

一個世紀以前，科學家們就開始對人類的眼球追蹤感到好奇，一開始，眼球追蹤的

26

後，科學家發現眼球移動過程中隱含了許多深層、實質、可測量的認知運作，又加上眼 球追蹤技術隨著時間日漸發達，取得眼球移動軌跡比起以前來的方便、精確許多，所以 與眼動相關的研究在此時期大量的出現。目前，眼球追蹤技術突破設配昂貴、分析不易 等缺點，逐漸普及且人性化，與眼球追蹤技術搭配的實驗以及資料分析套裝軟體也相繼 產生，拜科技進步所賜，現在就算不是專業的程式設計者也可以進行眼動實驗的研究（陳 學志，2010）。

目前最常被使用的眼球軌跡測量方法為「瞳孔與角膜的影像合併分析法」(Video Combined Pupil/Corneal Reflection)這種方法能夠記錄並分析遠紅外線在角膜上的反應點 與瞳孔中央位置間的差異藉此計算出眼球位置及頭部位置的移動 (Crane,1994)。此技術 只需要經過簡單的校正過程 (calibration)就可以獲得精確的頭部與眼球位置，其放置方 法也可分為「頭戴式」、「桌立式」兩種。「頭戴式」的眼球追蹤儀可用於記錄打球、行 走等活動的眼動記錄；「桌立式」的眼動追蹤儀易對焦，但僅能記錄觀看電腦螢幕刺激 的眼球軌跡變化。總而言之，使用此種方式，參與者可用較自然的方式進行施測避免儀 器造成的緊張偏誤，也可以確實記錄眼動軌跡（陳學志，2010）。本研究因對象年齡低、

設備、場域限制等因素，採用的即是「桌立式」的眼動追蹤儀。

為了確切觀察細微的眼球運動，學者們發展出眼動追蹤技術用以記錄眼動現象並將 結果用於各領域之研究中 (Cornsweet, 1958)。以下將人類最主要眼動現象「凝視」及「掃 視」分述之。

(一) 凝視 (fixation)

人類在搜尋視覺訊息時，兩眼必須對準物體停留大約200-500毫秒的短暫時間，讓 影像能落在視網膜空間解析度最高的中央小窩 (fovea)，目的是讓眼睛能捕捉到最清晰 的影像。在此一階段，視覺系統才能成功處理視覺訊息。凝視是人類閱讀時最常出現的 眼動現象，約佔去閱讀時間的90% (Henderson & Hollingworth, 2003)。有文獻指出，凝視 為眼動分析時重要的參考指標，可藉由分析凝視時間、凝視次數瞭解受試者對訊息的吸 收程度與歷程（呂文耀，2008；朱瀅，2000；Rayner, 1998）。

27

(二) 掃視 (saccade)

當人類在觀看物體時會先在最吸引其注意的地方停留，待凝視現象出現後

即快速的跳向另一個位置進行凝視，這中間的眼球跳躍過程即稱為掃視。（張先峰、葉 文玲，2006）。

為了更加理解、分析無聲的眼動與人類複雜心智功能之間關係，我們透過眼動追蹤 儀來記錄人類的眼動歷程，其所得的資料不只是能瞭解視覺系統本身的運作，更可以 反應受試者其他的心智活動與情緒變化（唐大崙，2008）。這樣的技術目前在各個研究 領域都十分普及，不管是探討運動與視覺系統的協調 (Steinbach & Held, 1968)、注意 力運作（陳俊汕，2005）、偏好態度傳播研究度（唐大崙，2008）、圖文比例色彩偏好

為了更加理解、分析無聲的眼動與人類複雜心智功能之間關係，我們透過眼動追蹤 儀來記錄人類的眼動歷程，其所得的資料不只是能瞭解視覺系統本身的運作，更可以 反應受試者其他的心智活動與情緒變化（唐大崙，2008）。這樣的技術目前在各個研究 領域都十分普及，不管是探討運動與視覺系統的協調 (Steinbach & Held, 1968)、注意 力運作（陳俊汕，2005）、偏好態度傳播研究度（唐大崙，2008）、圖文比例色彩偏好