4. 如何記錄眼球運動?

市面上有多種眼球追蹤儀（eye tracker，簡稱眼動儀），它們各自有不同的記錄眼動的原理。本實驗室使用的眼球追蹤儀是以小型攝影機偵測瞳孔的位置，依照可設定的取樣頻率（例如500Hz，即每秒取樣500次），每隔一段時間（例如2毫秒）記錄一次眼睛當下的位置。這種video-based eye tracker，有些是將攝影機固定在桌上或架子上，有些則是透過特製的帽子將攝影機固定在受試者的眼睛前方，不過，攝影機都不會接觸到眼睛。

4.1如何知道眼睛在看哪裡？為何要做校正（calibration）？

閱讀的眼動實驗中會呈現文章或句子請受試者閱讀，但研究者如何知道受試者某一時間點在看哪個字詞呢？眼球追蹤儀的記錄就像一般的攝影機，它可以記錄眼睛（瞳孔）的影像的移動，但要知道眼睛當下凝視何處就必須透過校正。通常的做法是在螢幕上的正中間、上下左右、左上左下、右上右下等九宮格的位置會隨機出現一個圓圈當作凝視點，受試者必須保持凝視在出現的圓圈上，藉由要求受試者凝視在已知的位置上，對應到攝影機拍攝到的影像，可產生一計算公式，接著在記錄眼動時即可計算出受試者在每個時間點凝視位置對應到螢幕上的確切位置。如果只有單行文字呈現在螢幕的中間，而非多行呈現，亦可做左中右的三點校正，但此時只能取得x方向的確切位置。

做完校正後通常還要做一次驗證（validation），這時，受試者仍需凝視著螢幕上隨機出現的圓圈，此時機器會根據校正時所產生的計算公式計算眼睛該在的位置（預測值），再和實際取得的眼睛位置（觀察值）做比較，如果兩者的差異在預設的範圍內（例如0.4度視角或一個字母大小）則可接受校正的結果，如果差異太大，則需要重做校正。通常若受試者能配合保持凝視在圓圈上不移動的話，校正都很容易達成。

4.2 眼動實驗的儀器配置

眼動實驗需要兩台電腦，一台電腦負責呈現實驗刺激材料（句子、文章、或圖片），另一台電腦連接到眼動儀負責記錄眼動，兩台電腦透過網路溝通。受試者坐在呈現刺激的電腦螢幕前閱讀句子或看圖片，實驗者則透過記錄眼動的電腦螢幕來監看眼球記錄的情形，並執行校正或開始記錄眼動等指令。透過兩台電腦的連接，眼動儀所記錄的眼動實況可即時（約有10毫秒上下的時間差）傳到呈現刺激的電腦，可依據眼睛的位置或狀態來改變呈現的刺激（5.2眼動誘發呈現技術）；每一個句子呈現的開始和結束也可傳送到記錄眼動的電腦做為事後分析的標記。

4.3眼動實驗雙眼都記錄嗎？那雙眼的資料如何分析？若只記錄單眼，為什麼？

有些眼動儀只有拍攝單眼的攝影機。有些眼動儀本身配有兩個攝影機，各自拍攝左右眼的移動狀況，但是如前所述，眼動的資料是每隔一段時間就記錄一次眼睛的位置，取樣頻率為500Hz的話，一秒就有500個資料點，一個「半小時」的實驗累積下來資料量可觀，所以通常即使有兩個攝影機，還是只會記錄單眼，因為正常人雙眼注視的位置即使有些微的差異，換算成字詞的位置後這個差異不大，並且只記錄單眼可以減半資料量。有些實驗室會記錄右眼，有些實驗室會記錄優勢眼（即打靶或穿針線時會睜開的那隻眼睛），記錄哪隻眼睛並沒有定論。

但是從生理上的研究發現，眼球移動（眼跳saccade）時，往鼻側移動的眼睛速度較慢，往外側移動的眼睛速度較快，因此眼跳之後，雙眼間有些微的差距，這個差距和眼跳的距離成正相關，在閱讀中這個差距大概是一個字母以內，在凝視之後雙眼會向彼此接近（converge），故雙眼的差距（fixational disparity）會隨著時間而有變化，在閱讀研究社群裡，這樣細微的動態變化是近一兩年來新興的研究議題，主要是以往研究者假設雙眼凝視的位置是一致的，但這個現象是否會對閱讀研究的方法造成影響還有待研究。不過，雙眼資料的分析並不容易，兩眼被判定為凝視開始的時間點有時會略為不同，有時候一眼有一較長的凝視，而另一眼會被判定為有兩個較短的凝視。另外，對於校正的程序也沒有定論，有的實驗室認為應該雙眼分開校正，即先校正一眼（遮蓋另一眼）之後再換另一眼，有的實驗室認為雙眼同時校正較自然也較合理，有較生理取向的實驗室證實兩種校正方法結果相同，然而這兩種校正方法在閱讀研究裡的結果是否相同正在研究中。因此，除非是研究雙眼的議題，通常只記錄單眼。

4.4 頭動或身體動對實驗有影響嗎？ 

有些眼動儀會受頭動或身體動的影響（校正時是正對著螢幕，頭平移或轉動之後，經由校正時所計算的公式換算出來的眼睛位置就會有誤差），所以會使用下巴架或bite-bar來讓受試者盡量不要移動。有些眼動儀配備偵測和校正頭動的攝影機，例如將攝影機架設在特製帽子上的眼動儀可增加一攝影機，並在受試者面前的螢幕角落上貼上定位點，例如四個角落各貼一個，若受試者直視螢幕，則四個定位點的影像會呈現一個規則的長方形，若受試平移或轉動頭，定位點的影像位置會跟著移動或變形（梯形），機器可根據定位點影像的變化把頭動對眼動影像的影響校正回來，但仍不宜有大幅的移動。

4.5 一般的實驗程序 

剛開始會跟受試者解釋實驗程序，進行數題練習讓受試者熟悉實驗情境。在開始正式實驗時會先做校正和校正的驗證，然後開始閱讀的部分。句子或文章開始之前會再有一個凝視點，除了提醒受試者注意之外，也可讓實驗者確認眼睛凝視的準確度，如果偏移凝視點太遠則必須重做校正。在凝視點之後，句子會呈現，受試者則以自己習慣的速率閱讀，閱讀完畢或理解了句子之後，由受試者按鍵結束句子的呈現，接著就是下一題的凝視點，偶爾在句子消失之後會出現理解題，受試者要按鍵或口頭回答，再接著下一題。實驗進行到一段落會讓受試者休息，休息過後通常會再做校正。在實驗進行中也會每隔一段時間做校正。

5. 探討閱讀中的眼球運動的實驗方法

5.1實驗材料

實驗材料為單行的句子，或文章（可單行呈現，讀完一行再換頁，或呈現多行在一頁中，視文章長度而定，一篇文章可能有多頁）。假設討論的問題是詞彙辨識，且想探討一個詞彙常見與否（即詞頻）是否會影響閱讀歷程和眼球運動，例如常見的詞處理地較快，所以凝視時間較短等。一種做法是挑選n個常見的詞和n個不常見的詞，以這2n個詞造句或找2n個句子裡面分別包含這2n個詞，即一個句子裡面有一個實驗者挑選好的詞，這種事後要分析的對象稱為目標詞。另一種做法則是先不預設目標詞，即文句中的每一個詞彙都可以是要分析的目標詞，事後再依據它們的特性分成幾類（如常見／不常見）做比較。

5.2 正常閱讀

呈現句子或文章讓受試者閱讀，通常會夾雜著理解題，以確認受試者有認真閱讀。

文句裡的詞彙有各種不同的特性，例如：
‧ 字的複雜度（「龍」相較於「牛」）、
‧ 詞頻（常用常見的詞如「國家」相對於少用少見的詞如「月蝕」）、
‧ 詞類（動詞、名詞等等）、
‧ 鄰項個數（neighborhood size，即跟目標詞有同一個字的詞的個數，例如以「國」為首的雙字詞有95個，相較於以「勢」為首的雙字詞只有5個。在詞彙處理歷程中，和目標詞有同一個字的詞越多，可能對目標詞越熟悉，使得目標詞較容易處理，也可能越難從眾多的鄰項中正確選出目標詞，而使目標詞不易處理）、
‧ 文句的前後文對某一詞彙的可預測性（同樣是「掌印」這個詞，在「被打了一巴掌，他臉上留下紅紅的掌印到現在還清楚可見」這個句子中讀了前文之後較能預期「掌印」的出現，但在「幼稚園的第一堂美術課是用掌印完成創作，發揮想像空間」這個句子裡則不太能預期它的出現，雖然句子仍然合理）

上述的詞彙特性皆有可能影響眼動的指標（詳見6.2），例如凝視在常見的詞上的凝視時間會比較短，在文句閱讀中較有可能跳過常見的詞而不停留。除了目標詞本身的特性外，受試者在凝視目標詞之前離目標詞的距離（稱為launch distance）也可能會影響對目標詞的處理，離目標詞越遠，對目標詞的處理越少，在目標詞上的凝視時間也會越長。

實驗者可以根據文句中目標詞的詞彙特性或者在凝視目標詞前後的眼球位置、狀態等來分析資料，並可得到詞彙特性或閱讀中眼動的狀態對詞彙辨識和眼動控制的影響。

5.3 眼動誘發呈現技術（eye-movement contingent display change technique）

此技術是透過眼動儀持續記錄眼睛的位置和狀態（凝視或眼跳），再根據事先在程式中的設定，可根據當下的凝視位置來置換螢幕上呈現的刺激材料，例如可將凝視字的左右各兩個字保留，兩個字以外的字全部換成符號、極罕見的字、或不同的字，就像一個移動視窗（moving window），隨著眼睛的移動而移動，限制每次凝視所能看到的範圍（運用這些技術的目的請見6. 閱讀過程中眼球移動的特色（二））。

亦可在受試者眼睛移過某一預設的位置時置換材料，稱為邊界技術（boundary technique），這種實驗會在句子中選定一個目標字或詞，在受試者看到目標之前，先把目標換成別的材料，可以是完全無關的字詞、或同音、形似的字詞等等，待受試者眼睛跨過預設在目標左側的”邊界”（邊界是設定在實驗程式之中，不會呈現在螢幕上）時，就將目標換回正常的字詞，透過跨過邊界前後所呈現材料的不同或其相同性（同音、形似等）可了解正常閱讀當中對尚未凝視但相當接近的字詞處理的程度。

上述的移動視窗和邊界技術大多在受試者眼跳期間置換刺激，因為眼跳期間對外界訊息處理的能力較差（將眼睛比喻成照相機的話，移動中拍攝下來的影像通常是模糊不清的。此「眼跳抑制」saccadic suppression的生理機制仍是研究中的議題），所以通常不易被受試者發現，使用這些技術的實驗仍符合在接近自然閱讀的情境下研究閱讀歷程和眼動的目的。另有一種快速促發（fast priming）技術，則多半是探討凝視時不同的時間點處理到的訊息深度，例如從較表面的物理特性到較高層的語言處理（註：這不代表各種層次的處理一定是序列性的一層處理完才會進行到下一層，也有可能是部分重疊的狀況，這些都是可研究的議題），由於是探討凝視期間的處理，所以會在凝視開始後某特定的時間（例如30、60、120、180毫秒等等）置換刺激，置換刺激時所造成的閃動較容易被覺察到，但可用特別的安排降低其影響。

以上所述的三種動態的技術能探討的議題將在第6點中詳述，這些技術的優點是能”控制”呈現的刺激材料，相較於在5.2介紹的正常閱讀中，實驗者僅能被動地分析受試者主動的眼動和字詞特性的關係，多了一點主控權。兩種實驗方法（5.2和5.3）都希望在接近自然閱讀的情境下研究閱讀本身，各有其優點，也都很常用。

6. 閱讀過程中眼球移動的特色(二)

6.1一目十行？一次凝視之中能看到多少字詞？

如前所述（2），眼睛凝視的地方能看得最清楚，離眼睛凝視位置越遠就看得越不清楚，這些離凝視位置較遠的文字，我們雖然”看得到”，但不見得可以辨識出那是什麼字。運用前述的移動視窗技術（5.3），依照眼睛的凝視位置，呈現特定範圍內的正常文字，且取代範圍外的文字，發現中文閱讀中（由左往右讀時），平均而言若保留凝視點左側一個字、右側三個字，並將範圍外的文字換成罕見字或筆劃數接近但完全無關的字時，並不影響正常閱讀，即閱讀速率、凝視時間和眼跳距離與整行文字都正常呈現、無遮蔽的情況下無顯著差異，相對地，若把視窗縮小則顯著地減緩閱讀速率、增長凝視時間、和縮短眼跳距離，表示閱讀中每次凝視期間能處理的範圍大約是左一右三，這個範圍稱為知覺廣度（perceptual span），若遮蔽或更換此範圍內的文字會影響閱讀，若在此範圍外做更換則幾乎沒有影響。

造成一次凝視中只能處理一個範圍內的文字訊息的原因，除了視覺敏銳度（visual acuity，即凝視處看得最清楚、而遠離凝視點越遠看得越不清楚）的原因外，還有注意力分配的原因，順著閱讀方向，如由左往右讀，分配在已讀過的左側文字上的注意力資源較少，而正在凝視或尚未處理的右側文字的注意力資源較多，所以知覺廣度的不對稱性（左小右大）跟閱讀方向有關，會讀希伯來文（由右往左讀）和英文的雙語者在讀希伯來文的知覺廣度是左大右小，而在讀英文時是左小右大。另外，受試者的閱讀能力（剛學閱讀的小孩相對於對閱讀已經熟練的成人）和文章的難易程度都會影響知覺廣度的大小，閱讀能力不好或文章較難時，每次凝視所能處理的文字範圍較小。

再者，由平均的眼跳距離為2.5個字，和平均的知覺廣度為五個字（左一右三加上凝視字）的對比，以及實際眼動資料得知，眼睛的凝視位置是在上一次凝視的知覺廣度所及的範圍之內，也就是眼睛大多會停留在上一次凝視能處理的範圍之內，這表示一個字詞不只在凝視的當下被處理，可能在上一次凝視就已被處理了，這稱為週邊預視（parafoveal preview），詳見6.2，甚至離開這個字詞後的下一次凝視（即在凝視點的左側）仍會繼續處理。從移動視窗的實驗中也得知，若視窗過小阻礙了週邊預視會減緩閱讀速率等等，顯示週邊預視的重要性。若某一字詞在凝視前可被處理（即呈現正常的文字）相對於呈現不同的文字而無法預先處理，在此字詞的凝視時間，前者較短，這樣的現象稱為preview benefit。接下來的問題是兩次或多次凝視間對同一字詞取得的資訊為何？以及資訊之間如何整合。

6.2每次凝視，未直接凝視但已在知覺廣度內的週邊字詞（parafoveal character/word）的處理深度

由6.1介紹的知覺廣度的特性得知，同一個字詞可能在多次凝視中都有處理，那麼在尚未凝視（位於週邊parafovea）時到底能處理到哪個程度呢？藉由邊界技術（4.2）可讓某一目標位置在凝視之前和凝視之後呈現不同的字詞，例如，在凝視之前呈現一個和目標字同音的字，相較於呈現一個和目標字不同音的字，如果後來凝視在目標字上的凝視時間有不同的話，表示在尚未凝視（在週邊）時已處理到「音」的訊息，否則同音與否應無影響。目前的研究發現對週邊的字能處理到字形和字音的訊息，例如在週邊呈現偏旁相同的字「浴」對目標字「裕」的處理有幫助，而且形和音的幫助是獨立的，字形不像但音相同的「喻」和有相同偏旁但不同音的「俗」也會有幫助。目前週邊的語意處理還沒找到證據，例如在週邊呈現「song」對目標詞「tune」沒有幫助，反而是形似的「turc」才有幫助。

中文「詞」的層次的週邊處理請見8. 本實驗室探討的問題。

6.3知覺廣度內的每一個字詞是依序處理還是同時處理？

這是眼動研究和試圖描述閱讀過程中眼動控制的各個模型（model；主要是以西方語言的資料為基礎發展出來的）裡頗具爭議性的問題。部分研究者認為知覺廣度內的詞，必須先處理完一個詞才會開始處理下一個詞，屬於序列處理，也就是注意力會集中在一個詞n上，處理完才會移到下一個詞n+1接著才開始處理n+1，所以n+1的週邊預視是在被凝視的詞n處理完畢才開始的。另一群研究者則認為注意力資源分佈在整個知覺廣度之內，離凝視點越近的，因為視覺敏銳度越高，所以資源較多，因此凝視初期，注意力資源通常較集中在被凝視的詞上，但仍有部分的資源分布在週邊詞上，所以週邊詞也會被處理，因著知覺廣度裡面的詞的難易程度不同，詞彙處理速率也不同，注意力資源會隨著詞彙處理的狀況而有消長的情況。這一類的想法主張分散處理（distributed processing），雖然知覺廣度裡的詞並不是同時以同樣的進度做處理（極端的平行處理），但也不是一個接著一個的序列處理，即每一個詞的處理並不需要等到前一個詞處理完才能開始。 標籤內容