利用眼动追踪和偏好外观范式探索婴儿对视觉语言的敏感度

Summary

使用优先外观范式的眼动追踪研究可用于研究婴儿对外部视觉世界的新理解和关注。

Abstract

我们讨论了在眼动追踪研究中使用优先外观范式,以研究婴儿如何发展、理解和关注周围的世界。眼动追踪是一种安全且非侵入性的方式,可以收集婴儿的凝视数据,而优先外观模式设计简单,只需要婴儿注意屏幕。通过同时显示两个在一个维度上不同的视觉刺激,我们可以评估婴儿是否对任一刺激表现出不同的外观行为,从而表现出对这种差异的敏感性。这种实验方法的挑战是,实验必须保持简短(不超过10分钟),并小心控制,使两种刺激仅以一种方式不同。还必须认真考虑对无效结果的解释。在本文中,我们演示了一个成功的婴儿眼动追踪研究的成功例子,该研究具有优先的观察范式,发现 6 个月大的婴儿对签名语言的语言线索很敏感,尽管他们以前没有接触过签名语言,暗示婴儿对这些线索有内在或先天的敏感性。

Introduction

发展科学的首要目标是研究婴儿和儿童认知功能、语言和社会认知的出现。眼动是由参与者的意图、理解、知识、兴趣和对外部世界的关注来调节的。收集婴儿的电运动反应,同时定向和扫描视觉静态或动态图像,可以提供有关婴儿对其外部视觉世界及其接收的语言输入的新兴理解和关注的信息。

虽然眼动追踪技术已经存在了一百多年,但直到最近,它才在效率和可用性方面有所进步,使得它可用于研究婴儿。在过去的十年里,眼动追踪揭示了很多关于婴儿的心理世界。例如,我们现在知道很多关于短期记忆,对象遮挡,以及从凝视行为1,2,3对即将到来的事件的预期。眼动追踪也可以用来学习婴儿语言学习4。一般来说,婴儿语言学习取决于辨别环境中存在的感官线索和识别语言传播最突出的线索的能力5,6。发育科学家试图更好地了解这些感官线索是什么,为什么它们吸引婴儿的注意力,以及如何关注这些线索,使婴儿的语言学习成为支架。本文提出了一个眼动追踪协议和一种优先的看模式,可以一起使用来研究婴儿对口头或签名语言中这种暗示的敏感性。

在Stone等人7,眼睛跟踪使用优先外观范式,以测试符号天真的婴儿是否具有对一组语音对比在符号语言的敏感性。这些对比因语系(即感性显著性)而不同,这是一种结构语言属性,存在于口语和符号语言 7、8、9、10、11^{中。 12,13}.声名被认为对语音学限制在口语和符号语言中的音节形式很重要,因此,遵守基于音音的限制的音节被认为更”格式良好”。婴儿在听语音时,被观察到在多种语言的格式错误音节上表现出对良好格式音节的行为偏好,甚至在14、15之前从未听过的语言中也是如此。我们假设婴儿也会对签名语言中格式良好的音节表现出类似的偏好,即使他们以前没有签名语言的经验。

我们进一步假设,这种偏好-或敏感性-将受到感性缩小。这是语言习得现象,当婴儿接近其第一个生日时,婴儿对许多语言特征的早期普遍敏感度减弱为只有婴儿在语言中所接触^{的16种特征。 ,17}.我们招募了更年轻(6个月大)和年龄较大的(12个月大)婴儿,选择这些年龄,因为他们处于感知缩小功能的两端,对新颖的语音对比敏感17,18, ¹⁹.我们预测,年轻的婴儿会表现出对符号语言中格式良好的音节的偏好,但年龄较大的婴儿不会。婴儿们观看了由良好格式和畸形的指法组成的视频,选择有两个原因。 首先,用流利的指法拼音的音节被解释为服从基于音音的语音限制8,提供了一个产生实验对比的机会,直接测试婴儿在早期是否对基于音名的提示敏感语言学习。其次,我们选择指法代替身体和面部的完整符号,因为手指拼写允许我们更严格地控制可能的感性混淆,包括手部运动的速度和大小,而完整的符号在签名时差异很大空间和移动速度。我们的研究只使用显示手的视频,但这种模式可以概括为显示签名者和说话者头部或全身的视频,甚至显示动物或无生命的物体,具体取决于所研究的科学问题和对比度。

使用偏好偏好范式来衡量对语言或感官对比的敏感度的价值是相对简单和易于控制。在这种范式中,婴儿被并排呈现两种刺激,它们仅因一个维度或与研究问题相关的特征而不同。婴儿有机会放弃这两种刺激。记录和分析每个刺激的总观察时间。这两种刺激的寻找行为的显著差异表明,婴儿可能能够感知两种刺激的不同维度。由于两种刺激同时显示,持续时间相等,因此整个实验对婴儿行为的特性(注意力不集中、寻找别处、挑剔、哭泣)进行了很好的控制。这与按顺序显示刺激的其他模式相比,在这种情况下,婴儿可能出于与刺激无关的原因,自发地对不同的刺激表现出不同程度的关注(例如,在有刺激的期间更挑剔)更多的试验刺激A比刺激B)。此外,不需要说明和理解刺激;婴儿只需要看看它。最后,这种模式不需要积极监测婴儿的行为作为标准,以改变刺激表达,这是常见的婴儿控制习惯范式16,20。外观偏好范式也适合测试有关查找首选项的假设,而不是差异。换句话说,除了婴儿能够区分刺激A和刺激B之外,研究人员还可以测试刺激导致看起来行为增加或减少,这可能有助于了解婴儿新生的偏见和新兴的认知。

更一般地说,现代非侵入性眼动追踪技术的优势是众多的。眼动追踪依赖于测量从设备发射并反射出参与者眼睛1,21的近红外光。这种红外光是不可见的,不可察觉的,完全安全的。眼动追踪实验不需要任何指令,只依赖于被动观察。当前模型通过简单的设置在短时间内生成大量注视数据。婴儿可以坐在父母的腿上,根据我们的经验,他们经常喜欢这个实验。大多数现代远程眼动仪不需要头部约束或放在婴儿身上的物品,并且对头部运动非常稳健,在眨眼、哭泣、移出范围或望向远方后会迅速恢复。如果需要,除了眼部位置数据外,还可以记录眼孔模式、头部位置数据和孔测仪。

进行婴儿眼动追踪研究的挑战是真实的,但不是不可克服的。由于婴儿的运动、注意力不集中、烦躁和嗜睡,眼动追踪数据可能会很嘈杂。实验必须经过设计,以便在大约 10 分钟或更短时间完成 – 这可能是一个优势,在实验室访问是快速,但也缺点是,如果您需要获得更多的数据或有几个实验条件。另一个重要的警告是,一个零发现并不意味着婴儿对实验操作不敏感。如果婴儿在 Stimuli A 和 Stimuli B 之间没有显著差异,则这一发现可能意味着 (1) 对 A 和 B 之间的差异不敏感,或者 (2) 未能引起行为偏好。例如,也许婴儿同样被A和B迷住了,即使婴儿对它们之间的差异很敏感。此问题可以通过添加第二个条件来解决,理想情况下使用相同的(或高度相似的)刺激,但测试沿不同的维度,已知婴儿确实表现出行为偏好。如果婴儿在第一个条件下没有表现出偏好,但在第二种情况中表现出偏好,那么可以解释婴儿能够证明对刺激的偏好,这有助于澄清对任何无效结果的解释。最后,精确校准眼动仪至关重要。校准必须准确,同时具有较低的空间和时间误差,以便眼睛凝视数据可以精确映射到实验刺激。换句话说,”你的学习只和校准一样好。刺激演示前后的校准检查可以提供额外的置信度。详细和优秀的评论校准眼跟踪与婴儿已在其他地方发表1,21,22,23,24,25, ^26,27.

Protocol

以下程序,涉及人类参与者,由加州大学圣地亚哥分校的人类研究保护计划批准。 1. 参与者筛选和准备 在规定年龄范围内(例如,5至14个月大)招募婴儿。使用多种方法,包括社交媒体、传单、邮政邮件。考虑与当地医院或政府办公室签订协议,检索记录,列出新生儿、他们的父母及其邮寄地址,以便通过邮寄直接联系他们。 当感兴趣的父母致电实验室进行排班时,筛选婴…

Representative Results

在斯通等人的样本中,有16名婴儿(平均年龄=5.6~0.6个月;范围=4.4-6.7个月;8名女性)和13名年龄较大的婴儿(平均年龄=11.8~0.9个月;范围=10.6-12.8个月;7个女性)。这些婴儿以前都没见过手语。首先,我们评估了各年龄组之间总观察时间的差异,没有发现显著差异(以:48.8 s vs. 36.7 s;t(27) = 1.71;p = 0.10)。这排除了对以下结果进行无关年龄相关解释的可能性(例如,注意力、转头、眨眼)。在有子状…

Discussion

我们使用优先外观范式来发现证据,表明婴儿对语言信号中的特定视觉提示可能敏感,尽管他们以前没有签名语言的经验。此外,这种敏感性只在年幼的婴儿中观察到,而不是年龄较大的婴儿,这是典型的感性缩小功能的一种表现。基于年龄的基于基于音节限制的格式良好的音节的偏好的证据,使我们能够进一步假设,音系可能是婴儿语言学习的重要提示7。刺激经过精心设计,提供两种截?…

Materials

Eye Tracker	Tobii		Model X120
Experiment Presentation & Gaze Analysis Software	Tobii		Tobii Studio Pro
Experimenter Monitor	Dell		Dell Professional P2210 22" Wide Monitor
Stimulus Monitor	Dell		Generic 17" Monitor
CPU	Dell		Dell Precision T5500 Advanced with 2.13 Ghz Quad Core Intel Xeon Processor and 4 GB DDR3 Memory) with 250 GB SSD hard disk and standard video output cards.
Webcamera	Logitech		Logitech C150 HD Cam
Video Capture Card	Osprey		Osprey 230 Video Capture Card (to capture stimulus that is output to Stimulus Monitor)