Движение глаз при чтении

Движение глаз при чтении предполагает зрительную обработку написанного текста. Это описал французский офтальмолог Луи Эмиль Жаваль в конце 19 века. Он сообщил, что глаза не двигаются непрерывно вдоль строки текста, а совершают короткие, быстрые движения ( саккады ), перемежающиеся короткими остановками ( фиксациями ). Наблюдения Джаваля характеризовались тем, что они полагались на наблюдение за движением глаз невооруженным глазом в отсутствие технологий. С конца 19-го до середины 20-го века исследователи использовали первые технологии отслеживания для облегчения своих наблюдений в исследовательском климате, который делал упор на измерение человеческого поведения и навыков в образовательных целях. Большинство базовых знаний о движении глаз было получено в этот период. С середины 20-го века произошли три основных изменения: разработка неинвазивного оборудования для отслеживания движений глаз; внедрение компьютерных технологий для расширения возможностей этого оборудования по сбору, записи и обработке огромного объема данных, генерируемых движением глаз; и появление когнитивная психология как теоретическая и методологическая основа, в рамках которой чтения исследуются процессы . Серено и Рейнер (2003) считали, что лучший современный подход к обнаружению немедленных признаков распознавания слов — это запись движений глаз и потенциала, связанного с событиями .

История

До второй половины XIX века в распоряжении исследователей было три метода исследования движения глаз. Первое наблюдение без посторонней помощи дало лишь небольшое количество данных, которые по сегодняшним научным стандартам можно было бы считать ненадежными. Эта недостаточная надежность возникает из-за того, что движения глаз происходят часто, быстро и под малыми углами, до такой степени, что экспериментатор не может воспринимать и записывать данные полностью и точно без технологической помощи. Другим методом было самонаблюдение , статус которого сейчас считается сомнительным в научном контексте. Несмотря на это, некоторые знания, похоже, были получены в результате самоанализа и наблюдения невооруженным глазом. Например, сообщается, что Ибн аль-Хайсам , врач из Египта XI века, описал чтение как серию быстрых движений и понял, что читатели используют периферийное, а также центральное зрение .

Леонардо да Винчи: У глаза есть центральная линия, и все, что попадает в глаз через эту центральную линию, можно увидеть отчетливо.

Леонардо да Винчи (1452–1519), возможно, был первым в Европе, кто осознал определенные особые оптические свойства глаза. Свои идеи он черпал частично посредством самоанализа, но главным образом посредством процесса, который можно было бы назвать оптическим моделированием. На основе вскрытия человеческого глаза он проводил эксперименты с хрустальными шарами, наполненными водой. Он писал: «Функция человеческого глаза... была описана большим количеством авторов определенным образом. Но я обнаружил, что она совершенно иная».

Его главный экспериментальный вывод заключался в том, что четкое и ясное зрение наблюдается только на «линии зрения», оптической оси, которая заканчивается в ямке . Хотя он не использовал эти слова буквально, на самом деле он является отцом современного различия между фовеальным зрением (когда наблюдатель фиксируется на интересующем объекте) и периферическим зрением . Однако Леонардо не знал, что сетчатка – это чувственный слой, он все же считал, что хрусталик – это орган зрения.

Похоже, что до начала 19 века не было никаких записей об исследованиях движений глаз. Поначалу главной задачей было описать глаз как физиологический и механический движущийся объект, причем наиболее серьезной попыткой была Германа фон Гельмгольца крупная работа «Справочник по физиологической оптике» (1866). Физиологический подход постепенно вытеснялся интересом к психологическим аспектам зрительной информации, к движению глаз как функциональному компоненту зрительных задач.

В последующие десятилетия были предприняты более сложные попытки интерпретировать движение глаз, включая утверждение, что осмысленный текст требует меньше фиксаций для чтения, чем случайные строки букв. В 1879 году французский офтальмолог Луи Эмиль Жаваль использовал зеркало на одной стороне страницы, чтобы наблюдать за движением глаз при молчаливом чтении , и обнаружил, что оно включает в себя последовательность прерывистых отдельных движений, для которых он ввел термин саккады . В 1898 году Эрдманн и Додж использовали ручное зеркало, чтобы с удивительной точностью оценить среднюю продолжительность фиксации и длину саккад.

Технология раннего отслеживания

Устройство отслеживания движений глаз — это инструмент, созданный для измерения движений глаз и головы. Первые устройства для отслеживания движения глаз приняли две основные формы: те, которые основывались на механической связи между участником и записывающим инструментом, и те, в которых свет или какая-либо другая форма электромагнитной энергии направлялась на глаза участника, а его отражение измерялось и записывалось. В 1883 году Ламаре первым применил механическое соединение, поместив тупую иглу на верхнее веко участника. Игла улавливала звук, производимый каждой саккадой, и передавала его в виде слабого щелчка в ухо экспериментатора через усиливающую мембрану и резиновую трубку. Смысл этого устройства заключался в том, что саккады легче воспринимать и регистрировать на слух, чем визуально. В 1889 году Эдмунд Б. Делабарр изобрел систему записи движений глаз непосредственно на вращающийся барабан с помощью стилуса , имеющего прямую механическую связь с роговицей . Другие устройства, предполагающие физический контакт с поверхностью глаз, были разработаны и использовались с конца XIX века до конца 1920-х годов; в их число входили такие предметы, как резиновые воздушные шары и наглазники.

Механические системы страдали тремя серьезными недостатками: сомнительной точностью из-за проскальзывания физического соединения, значительным дискомфортом, причиняемым участникам прямым механическим соединением (и, следовательно, большими трудностями в убеждении людей участвовать), а также проблемами экологической обоснованности , поскольку опыт участников Чтение в ходе испытаний значительно отличалось от обычного опыта чтения. Несмотря на эти недостатки, механические устройства использовались для исследования движения глаз еще в 20 веке.

Вскоре были предприняты попытки преодолеть эти проблемы. Одним из решений было использование электромагнитной энергии вместо механического соединения. В «технике Доджа» луч света направлялся на роговицу, фокусировался системой линз и затем записывался на подвижную фотопластину. Эрдманн и Додж использовали эту технику, чтобы заявить, что во время саккад восприятие незначительно или вообще отсутствует, и это открытие было позже подтверждено Utall & Smith с использованием более сложного оборудования. Фотопластинка в технике Доджа вскоре была заменена пленочной камерой, но все еще страдала от проблем с точностью из-за сложности обеспечения идеального выравнивания всех частей оборудования на протяжении всего испытания и точной компенсации искажений, вызванных дифракционным излучением. Качество фотообъективов. Кроме того, обычно приходилось удерживать голову участника с помощью неудобной накусочной планки или зажима для головы.

В 1922 году Шотт стал пионером дальнейшего развития, названного электроокулографией (ЭОГ), метода регистрации электрического потенциала между роговицей и сетчаткой . Перед размещением на коже электроды можно покрыть специальной контактной пастой. Таким образом, теперь нет необходимости делать разрезы на коже пациента. Распространенное заблуждение относительно ЭОГ состоит в том, что измеряемый потенциал — это электромиограмма экстраокулярных мышц . По сути, это всего лишь проекция диполя глаза на кожу, поскольку более высокие частоты, соответствующие ЭМГ, отфильтровываются. EOG позволил значительно повысить точность и надежность, что объясняет его продолжающееся использование экспериментаторами на протяжении многих десятилетий.

Современное отслеживание глаз

В движении глаз во время чтения участвуют четыре основные когнитивные системы: обработка речи, внимание, зрение и глазодвигательный контроль. Айтрекеры отражают ближний инфракрасный свет от внутренней части глазного яблока и отслеживают отражение на глазу, чтобы определить местоположение взгляда. С помощью этого метода можно точно определить положение фиксации на экране. Ван (2011) упомянул, что видео-отслеживатель движений глаз, который использует видеокамеры для записи положения глаз людей (фиксируя расширение зрачков и движения глаз), может быть использован для изучения того, как фиксации, саккады и реакции расширения зрачков связаны с информация на экране и выбор поведения. По словам Вана (2011:185), «понимание взаимосвязи между этими наблюдаемыми величинами может помочь нам понять, как на поведение человека в экономике может влиять то, какую информацию люди приобретают, на чем сосредоточено их внимание, в каком эмоциональном состоянии они находятся и даже то, какой мозговой деятельностью они занимаются. Это связано с тем, что фиксации и саккады (соответствующие информации, отображаемой на экране) указывают, как люди получают информацию (и что они видят), длительность фиксаций указывает на внимание, а реакции расширения зрачков указывают на эмоции, возбуждение. стресс, боль или когнитивная нагрузка».

Саккады

Основная статья: Саккада

Горизонтальные движения глаз при чтении. Движение слева направо можно рассматривать как «наверх», а саккады справа налево отчетливы.

Опытные читатели двигают глазами во время чтения в среднем каждую четверть секунды. Пока взгляд фиксируется, в систему обработки поступает новая информация. Хотя средняя продолжительность фиксации составляет 200–250 мс (тысячные доли секунды), диапазон ее варьируется от 100 мс до более 500 мс. Расстояние, на которое перемещается глаз при каждой саккаде (или коротком быстром движении), составляет от 1 до 20 знаков, в среднем 7–9 знаков. Саккада длится 20–40 мс, в это время зрение подавляется, поэтому новая информация не усваивается. Существует значительная вариативность фиксаций (точка, в которую происходит скачок) и саккад между читателями и даже для одного и того же человека, читающего один отрывок текста. Опытные читатели возвращаются к уже прочитанному материалу примерно в 15 процентах случаев. Основное различие между более быстрыми и медленными читателями заключается в том, что последняя группа последовательно демонстрирует более длительную среднюю продолжительность фиксации, более короткие саккады и большее количество регрессий. Эти основные факты о движении глаз известны уже почти сто лет, но лишь недавно исследователи начали рассматривать поведение движений глаз как отражение когнитивных процессов во время чтения.

Схема, демонстрирующая остроту фовеального зрения при чтении.

Нижняя строка текста моделирует остроту зрения с относительным процентом остроты. Трудность распознавания текста возрастает по мере удаления от точки фиксации.

Дислексия

У людей с дислексией обычно снижается скорость чтения, что может быть вызвано множеством различных переменных. Существует множество средств борьбы с этими недостатками, в зависимости от того, на какой биологической теории дислексии они основаны. Одна из таких идей основана на магноцеллюлярном дефиците, при котором магноцеллюлярные пути нескоординированы, что приводит к пропуску или перечитыванию строк.

Компьютерные модели движения глаз при чтении.

Теория конкуренции-взаимодействия и SERIF подчеркивают низкоуровневые глазодвигательные процессы при чтении, например, как длина слова зафиксированного в данный момент слова и соседних слов влияет на амплитуду и латентность саккад (или продолжительность фиксации). Reader, EMMA, EZ Reader и SWIFT подчеркивают когнитивные процессы более высокого уровня, такие как лексическая обработка, частота слов, анализ слов или предсказуемость слов.

См. также

• Биологические теории дислексии
• Движение глаз
• Движение глаз при чтении музыки
• Парадигма взгляда на случай непредвиденных обстоятельств
• Чтение
• Фиксация (визуальная)
• Отслеживание глаз
• Отслеживание взгляда на Международной космической станции
• Фовеальный
• Чтение экрана

Ссылки

• Абади, Р.В. (2006). Зрение и движения глаз. Клиническая и экспериментальная оптометрия, 55–56.
• Делабарр Э.Б. (1898) Метод записи движений глаз, Psychoological Review 8, 572–74.
• Энгберт Р. и Клигл Р. (2011) Параллельные модели чтения с градацией внимания. Оксфордский справочник по движениям глаз. Ливерседж С., Гилкрист И. и Эверлинг С. (ред.) Oxford University Press.
• Эрдманн Б. и Додж Р. (1898) Психологическое исследование чтения на экспериментальной основе , Нимейер: Галле.
• Финоккио, Дом; Престон, Карен Л; Фукс, Альберт Ф. (1990). «Получение количественной оценки движений глаз у младенцев: метод калибровки электроокулограммы». Vision Research 30(8): 1119–28. два : 10.1016/0042-6989(90)90169-L .
• Хеллер Д. (1988) «Об истории записи движений глаз» в журнале «Исследование движения глаз: физиологические и психологические аспекты» , Торонто: CJ Hogrefe, 37–51.
• Гельмгольц Х (1866) Справочник по физиологической оптике , Восс: Гамбург.
• Хунцикер, Х. (2006). Глазами читателя: фовеальное и периферическое восприятие – от распознавания букв до удовольствия от чтения] Transmedia Stäubli Verlag Zurich 2006, ISBN   978-3-7266-0068-6 .
• Джаваль, Э. (1878) «Очерк физиологии чтения», в Annales d’ocullistique 80, 61–73.
• Джаст, Массачусетс, и Карпентер, Пенсильвания (1980). Теория чтения: от фиксации взгляда к пониманию. Психологический обзор, 87(4), 329.
• Ламаре, М. (1893) Движения глаз во время чтения, Отчеты Французского общества офтальмологов , 35–64.
• Лю, Ю.; Чжоу, З.; Ху, Д. (2011). «Взгляд, независимый компьютерно-мозговой компьютер с задачами скрытого визуального поиска». Клиническая нейрофизиология 122 (6): 1127–36. дои : 10.1016/j.clinph.2010.10.049 . Проверено 1 ноября 2011 г.
• Макдональд, С.А., Карпентер, РХС, и Шиллкок, Р.К. (2005). Анатомически ограниченная стохастическая модель управления движением глаз при чтении. Психологический обзор, 112(4), 814.
• Нутманн, А. (сентябрь 2014 г.). Лекция 2 «Движения глаз и зрительное познание» (Эдинбургский университет, Великобритания).
• Рейнер, К.; Форман, Б.; Перфетти, К.; Песецкий Д. и Зайденберг М. (2001). Как психологическая наука влияет на обучение чтению. Психологическая наука в общественных интересах 2 (2): 31–74.
• Рейнер, К.; Слэттери, Тимоти Дж; Беланджер, Натали Н. (2010). Движения глаз, диапазон восприятия и скорость чтения. Психономический бюллетень и обзор 17 (6): 834–39. дои : 10.3758/PBR.17.6.834 . Проверено 1 ноября 2011 г.
• Рейнер К. (1975). Движения глаз, диапазон восприятия и неспособность к чтению, Анналы дислексии, 33 (1), 163–73. два : 10.1007/BF02648003
• Рейнер; К.; Поллацек, Дж.; Александр, Б. (2005). Движения глаз во время чтения. Наука чтения: Справочник. [1-4051-1488-6]: Издательство Blackwell. стр. 79–97. ISBN   1-4051-1488-6 (твердый переплет); 978-1-4051-1488-2.
• Райхле, Э. (2011). Модели чтения с последовательным вниманием. Оксфордский справочник по движениям глаз . Ливерседж С., Гилкрист И. и Эверлинг С. (ред.) Oxford University Press.
• Райхл Э.Д., Рейнер К. и Поллацек А. (2003). Модель EZ Reader для контроля движений глаз при чтении: сравнение с другими моделями. Поведенческие науки и науки о мозге, 26(04), 445–76.
• Сальвуччи, Д.Д. (2001). Интегрированная модель движений глаз и визуального кодирования. Исследования когнитивных систем , 1(4), 201-220.
• Шотт Э. (1922) О регистрации нистагма и других движений глаз с помощью струнного гальванометра, Немецкие архивы клинической медицины 140, 79–90.
• Серено, С.; Рейнер, К. (2003). Измерение распознавания слов при чтении: движения глаз и потенциалы, связанные с событиями. Тенденции в когнитивных науках , 7 (11): 489–93.
• Течче, Дж.; Пок, Эл Джей; Консильо, MR; О'Нил, JL (2005). Нарушение внимания при электроокулографическом контроле функций компьютера. Международный журнал психофизиологии , 55 (2): 159–63. doi : 10.1016/j.ijpsycho.2004.07.002 . Проверено 1 ноября 2011 г.
• Виту Ф., Макконки Г.В., Керр П. и О'Риган Дж.К. (2001). Влияние места фиксации на продолжительность фиксации во время чтения: эффект обратного оптимального положения просмотра. Исследование зрения , 41(25), 3513–33.
• Ван, Дж. (2011). «Расширение зрачков и отслеживание глаз». Справочник по методам отслеживания процессов для исследования решений: критический обзор и руководство пользователя: серия «Общество суждений и принятия решений». стр. 185–204. ISBN   1-84872-864-6 .
• Ян, С.-Н., и Макконки, Г.В. (2001). Движения глаз во время чтения: теория времени начала саккад. Vision Research, 41, 3567–85.