認知衝突與眼球追蹤相關研究

一、眼球追蹤方法介紹

眼球追蹤技術是將眼球移動的軌跡隨時間而記錄，並且藉由電腦的自動化計 算得到相關的眼動數據指標，例如：凝視位置、回視次數、閱讀凝視時間等。眼 球追蹤技術基於眼球移動的軌跡和心眼假設，此一假設指出眼球移動軌跡代表注 意力的位置追蹤，即眼球凝視的位置是注意力分配和大腦訊息處理的位置(Just&

Carpentar, 1980)。在眼動數據的分析中，研究者會根據研究理論或是假設，在研 究文本中定義與研究問題相關的「興趣區域」（Area Of Interest, AOI），並且以此 區域為單位分析其眼球移動的資料(Yang, Wang, Chen & Rayner, 2009)。

利用眼球追蹤技術針對學習行為所做的研究中，最常使用的三種測量指標分 屬三個層面，包含：時間層面、空間層面以及次數(Lai, Tsai, Yang, Hsu, Liu, Lee, &

Tsai, 2013)。在時間層面的測量指標中，包含總凝視時間、第一次閱讀凝視時間、

總閱讀時間等。空間層面的眼動指標則顯示眼球的移動過程，包含位置、距離以 及凝視位置的指標、凝視點的順序、掃視時間等。最後一個指標層面則是次數，

包含眼球移動過程是以次數或頻率。指標名稱包含：總凝視次數、平均的凝視次 數、再次凝視的次數、掃視的次數等 (Lai et al., 2013)。每項眼動指標皆有其代 表的意義，例如，本研究為了解受測者對於題目或是相關概念是否能夠有初步理 解，因此選用進入某一興趣區間(AOI)的「第一次閱讀凝視時間（First Pass Fixation Duration）」作為眼動指標之一，此一指標代表受測者需要使用多少的時間初步解 碼此AOI 的內容，這個指標通常可以反映出閱讀材料初步解碼的困難度(Rayner, 2009)。某些不同的指標雖屬不同層面，卻可能呈現高度相關，例如：凝視時間 通常會和凝視次數相關。

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二、瞳孔凝視面積變化率與相關研究

除了上述三種層面的眼動指標外，近期的一些心理學研究指出瞳孔的大小變 化可能代表著心智或是測驗的困難度，也就是代表受測者所經歷的認知負荷 (Piquado, Isaacowitz, &Wingfield, 2010)。瞳孔是可以讓光線進入的地方，會有大 小的變化，此變化不僅是由於周遭環境光線的影響也會反應出感情的變化以及出 現的刺激(Goladinger&Papesh, 2012)。人類瞳孔的大小對於測驗的認知控制程度 有關，例如注意力、認知處理過程等，使其常被作為量測心智努力的方法。然而，

由於瞳孔的反應速率較慢，瞳孔的大小通常會在實驗出現後一秒開始增加，因此 過去的研究的測驗通常是速度較慢的實驗或者是對於不同時間點受測者去處理 有意義的事件與活動(Wierda, van Rijn, Taatgen, & Martens, 2012)。

瞳孔的反應和心智活動是有關連的。過去的研究發現瞳孔可以提供人類認知 處理過程的證據，例如問題解決或者是語意理解，這些心智活動都會伴隨著瞳孔 擴張的發生(Beatty, 1982)。瞳孔擴張與認知活動的關係之相關研究已有數十年歷 史，早期研究已指出，在解決乘法問題時的瞳孔大小改變可以當作是心智活動表 現的直接測量。在此研究中，研究者使用簡單的乘法問題當作研究心智活動的材 料，並利用相機技術在瞳孔大小改變的瞬間進行正確測量。研究結果指出瞳孔的 改變會是研究問題解決的有效工具以及可觀察受測者的心智運作過程(Hess &

Polt, 1964)。另外，Payn 等人(1968)的研究則是使用四種指標去比較心算乘法的 困難度，分別是瞳孔的擴張大小、解答的時間、正確答案的比例以及評斷問題的 難易度，研究發現難易度的評斷和作答的時間的兩個變項較能正確推論出問題的 難易度，Payn 等人也發現第一階段問題的瞳孔擴張和其他階段具有差異，因為 第一階段的瞳孔擴張是代表訊息的初步處理，而其他階段訊息處理則需要額外的 處理步驟 。

近年來，基於眼球追蹤法的快速發展，瞳孔擴張率與認知負荷的相關性受到 越來越多研究者的關注。Minassian 等人(2004)針對受測者回答簡單或困難的測驗 提目時，其瞳孔的改變趨勢以及想法干擾的表現行為進行分析。他們的研究結果

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指出，精神分裂症的病患比起正常的病人在進行複雜的問題解決過程時，會明顯 降低瞳孔的擴張。Iqbal 等人（2004）針對閱讀電腦螢幕呈現的測驗進行研究，

他們分析平均瞳孔擴張百分比以及測驗完成時間這幾個指標。研究者發現平均瞳 孔擴張百分比和測驗的困難度有關。越難的測試會導致越高的瞳孔擴張百分比。

Aston-Jones 與 Cohen (2005)的研究顯示，瞳孔的變化可以成功反映出認知負荷 的改變，他們的研究指出，瞳孔的擴張率和腦部藍斑核區（locus coeruleus）的 活動有明顯的相關性。此區的神經細胞為雙突觸的神經並且會釋放神經傳遞物質

（NE）。LC-NE 系統則會被壓力活化因此對於記憶的取得與整合有一定的影響。

LC-NE 系統的活化也會被反映在瞳孔的擴張上，因此研究者可以藉此變化對於 認知負荷有一定的觀察。

然而，文獻上並非所有的瞳孔擴張率都與認知負荷相關，

例如，在

表現出來的結果也有很大的差異。

基於上述的文獻探討，瞳孔擴張率是否能成為推論認知負荷的指標值得進一 步研究。由於認知衝突的產生應會提高認知負荷，而目前文獻上使用眼動儀研究 認知衝突的議題也較為少見，因此本研究希望在運用眼球追蹤法分析認知衝突的 作用之同時，對瞳孔擴張與認知負荷的關聯有進一步的探討。

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