10個(gè)月～6歲兒童面孔注視偏好的眼動(dòng)特征研究

周樹青 ，劉福臨，侯 立，張 昕，魏 寧，洪 琴，池 霞 ，禹東川，童梅玲 *

1. 南京醫(yī)科大學(xué)（中國南京 211166）；2. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬婦產(chǎn)醫(yī)院（中國南京 210004）；3. 東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（中國南京 210096）

近年來，越來越多的研究［1-2］表明，眼動(dòng)是一種客觀的、可以被用來評(píng)估兒童視覺表現(xiàn)的手段。而視覺表現(xiàn)可以作為兒童，尤其是嬰幼兒面孔認(rèn)知等心理認(rèn)知的重要評(píng)估手段之一，在評(píng)估神經(jīng)發(fā)育障礙兒童方面有很好的應(yīng)用前景［3］。目前的眼動(dòng)研究大多針對(duì)學(xué)齡兒童，且無特定的面孔認(rèn)知的模式，樣本量偏小，缺乏有關(guān)兒童在面孔認(rèn)知方面注視偏好的眼動(dòng)特征的研究報(bào)道［4］。本研究擬探討10個(gè)月～6歲的正常兒童對(duì)面孔認(rèn)知注視偏好的眼動(dòng)特征及規(guī)律，為神經(jīng)發(fā)育障礙兒童的臨床早期識(shí)別提供有效的參考依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

采取便利抽樣和分層隨機(jī)抽樣的方法，收集在南京市婦幼保健院兒童保健科門診接受健康體檢的兒童和南京市三家幼兒園的兒童共540人作為研究對(duì)象，根據(jù)年齡進(jìn)行分組。本研究經(jīng)南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京市婦幼保健院倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)，并取得兒童家長的書面知情同意。

1.1.1 納入標(biāo)準(zhǔn) ① 出生孕周≥37周，且出生體質(zhì)量≥2 500 g；② 年齡10個(gè)月～ 6歲；③ 眼外觀正常、視力篩查通過，且視力發(fā)育（含矯正視力）符合同年齡發(fā)育水平［5］；④ 生后未發(fā)生嚴(yán)重的軀體疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病；⑤ 0～6歲兒童智能發(fā)育篩查測(cè)驗(yàn)（developmental screen test, DST），發(fā)育商（developmental quotient, DQ）≥85，且智商（intelligence quotient, IQ） ≥85。

1.1.2 排除標(biāo)準(zhǔn) ① 出生孕周＜37周，或出生體質(zhì)量＜2 500 g；② 年齡＜10個(gè)月或≥7歲；③ 眼外觀異?；蛞暳Y查未通過（包含未矯正的屈光不正、弱視、眼球震顫、斜視、器質(zhì)性視力障礙如先天性白內(nèi)障、青光眼、皮質(zhì)盲等，近期眼部外傷、眼部感染等特殊情況）；④ 患有嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾?。á蠹?jí)以上顱內(nèi)出血、彌漫性腦白質(zhì)病變等）；⑤ 診斷明確的發(fā)育遲緩（智力、語言、運(yùn)動(dòng)、

社交及全面發(fā)育遲緩）；⑥ 診斷明確的發(fā)育行為問題（孤獨(dú)癥、注意缺陷與多動(dòng)障礙等）；⑦ 基因、遺傳代謝病等。

1.2 方法

1.2.1 測(cè)試工具 Tobii Eye Tracking IS4 Large Peripheral眼動(dòng)儀，包括21.5寸顯示器及軟件包，屏幕分辨率設(shè)置1920×1080。被試眼動(dòng)數(shù)據(jù)由眼動(dòng)儀配套的程序軟件收集，參數(shù)設(shè)置為雙眼追蹤，90 Hz采樣率，追蹤框尺寸為40 cm × 30 cm。

1.2.2 校準(zhǔn)程序 測(cè)試房間安靜，家長戴眼罩遮蓋雙眼，抱被試者坐在眼動(dòng)儀前75 cm處。屏幕中央先呈現(xiàn)一個(gè)直徑為1 cm的藍(lán)色圓點(diǎn)，被試需注視藍(lán)色圓點(diǎn)一段時(shí)間，直至圓點(diǎn)爆炸消失，即可進(jìn)入三點(diǎn)校準(zhǔn)。三點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)，被試依次在每個(gè)藍(lán)色圓點(diǎn)處注視一段時(shí)間，直至所有圓點(diǎn)爆炸消失，完成兩次三點(diǎn)校準(zhǔn)后，即可進(jìn)入刺激界面。

1.2.3 建立范式及試驗(yàn)順序 結(jié)合文獻(xiàn)［2］和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本研究選取了兒童、成年年輕女性和男性（以下簡稱女性和男性）的頭像，面部表情平和，頭像使用獲得同意，分辨率為900×940，構(gòu)建面孔注視偏好的2個(gè)范式。① 范式一：為多個(gè)面孔注視，注視目標(biāo)為女性、兒童、男性面孔。女性、兒童、男性面孔同時(shí)呈現(xiàn)，隨機(jī)排列為6幅圖，首先呈現(xiàn)2 s的灰色雪花（以消除受試兒童之前的記憶），接著呈現(xiàn)第一幅組合畫面3 s，捕獲孩子眼動(dòng)注視的時(shí)程數(shù)據(jù)，再依次呈現(xiàn)其他5幅組合畫面，記錄數(shù)據(jù)。② 范式二：為單個(gè)面孔注視，面孔注視目標(biāo)區(qū)域分為額區(qū)、眼區(qū)、鼻區(qū)、嘴區(qū)，女性、兒童、男性面孔依次分別呈現(xiàn)8 s（呈現(xiàn)之前均有2 s的灰色雪花），捕獲孩子眼動(dòng)注視的時(shí)程數(shù)據(jù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)過濾 有效注視次數(shù)取眼睛注視停留在1度視角超過100 ms為1次有效注視，低于此閾值作為噪音過濾。有效采樣比例過濾標(biāo)準(zhǔn)，＜3歲兒童為50%， 3～6歲兒童為70%［6］。

1.2.5 分析指標(biāo) ① 范式一的區(qū)域注視率：對(duì)目標(biāo)區(qū)域（女性、兒童或男性面孔）的注視次數(shù)/總注視次數(shù)（女性、兒童、男性面孔與空白區(qū)域），反映被試兒童對(duì)目標(biāo)的視覺偏好。② 范式二的首次注視區(qū)：被試注視點(diǎn)首先落在的目標(biāo)區(qū)域（額區(qū)、眼區(qū)、鼻區(qū)或嘴區(qū)），且注視時(shí)長≥100 ms，反映被試兒童首先選擇注視的目標(biāo)。③ 范式二的區(qū)域注視率：對(duì)目標(biāo)區(qū)域（額區(qū)、眼區(qū)、鼻區(qū)或嘴區(qū)）的注視次數(shù)/總注視次數(shù)（額區(qū)、眼區(qū)、鼻區(qū)、嘴區(qū)與空白區(qū)域），反映被試兒童對(duì)目標(biāo)的視覺偏好。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用Microsoft Office Excel 2019錄入原始數(shù)據(jù)整理成數(shù)據(jù)庫，SPSS 20.0軟件核查并統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，定性資料用卡方檢驗(yàn)，定量資料采用單因素方差分析、Welch檢驗(yàn)及配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

540名兒童根據(jù)年齡分為9組：10個(gè)月～組（≥10個(gè)月且＜1歲）、1歲～組（≥1歲且＜1.5歲）、1.5歲～組（≥1.5歲且＜2歲）、2歲～組（≥2歲且＜ 2.5歲）、2.5歲～組（≥2.5歲且＜3歲）、3歲～組（≥3歲且＜4歲）、4歲～組（≥4歲且＜ 5歲）、5歲～組（≥5歲且＜6歲）、6歲～組（≥6歲且＜ 7歲）。每組男女各30名。

2.2 范式一各年齡組的區(qū)域注視率比較和年齡的注視軌跡

2.2.1 區(qū)域注視率 在10個(gè)月～組、1歲～組、1.5歲～組、2歲～組、2.5歲～組，兒童對(duì)女性面孔的注視率均高于對(duì)兒童、男性面孔的注視率，除2.5歲～組外差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；但對(duì)兒童面孔與對(duì)男性面孔注視率的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。在3歲～組、4歲～組、5歲～組、6歲～組，兒童對(duì)兒童面孔的注視率均高于對(duì)女性和男性面孔的注視率，除3歲～組外差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），但對(duì)女性面孔與男性面孔注視率的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。詳見表1。

表1 多個(gè)面孔注視時(shí)的區(qū)域注視率比較

（續(xù)表1）

2.2.2 區(qū)域注視率的年齡注視軌跡 兒童對(duì)女性面孔注視率在2.5歲以前隨年齡增長逐漸上升，2.5歲后逐漸下降；對(duì)兒童面孔注視率隨年齡增長而增長；對(duì)男性面孔注視率在3歲以前隨年齡增長逐步上升，3歲以后逐步下降。從女性、兒童、男性面孔3條年齡注視軌跡看，女性面孔與兒童面孔注視率的交叉點(diǎn)出現(xiàn)在2.5～3歲；而男性面孔注視率始終低于女性和兒童面孔，無交叉點(diǎn)。詳見圖1。

圖1 多個(gè)面孔注視時(shí)區(qū)域注視率的年齡注視軌跡

2.3 范式二各年齡組首次注視區(qū)、年齡的注視軌跡和區(qū)域注視率比較

2.3.1 首次注視區(qū)構(gòu)成比 各年齡組兒童注視女性、兒童面孔時(shí)，均呈現(xiàn)出眼區(qū)的首次注視占比最高，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；而注視男性面孔時(shí)，呈現(xiàn)出嘴區(qū)首次注視占比最高，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。詳見表2。

表2 單個(gè)面孔注視時(shí)首次注視區(qū)的比較 %

2.3.2 首次注視區(qū)的年齡注視軌跡 兒童對(duì)女性、兒童、男性面孔不同區(qū)域的首次注視呈現(xiàn)的年齡注視軌跡走向平穩(wěn)，無明顯的年齡差別。各年齡組對(duì)女性、兒童面孔的眼區(qū)首次注視占比最高，鼻區(qū)最低，額區(qū)與嘴區(qū)出現(xiàn)小范圍交叉。各年齡組對(duì)男性面孔的首次注視嘴區(qū)占比最高，其次是眼區(qū)、嘴區(qū)，鼻區(qū)最低。詳見圖2。

圖2 單個(gè)面孔注視時(shí)首次注視區(qū)的年齡注視軌跡

2.3.3 各年齡組的區(qū)域注視率 各年齡組兒童對(duì)女性、兒童、男性面孔眼區(qū)的注視率均顯著高于其他區(qū)域，呈現(xiàn)為眼區(qū)＞鼻區(qū)＞嘴區(qū)＞額區(qū)。不同區(qū)域注視率進(jìn)一步的兩兩比較結(jié)果顯示，各年齡組對(duì)不同面孔的眼區(qū)注視率與額區(qū)、鼻區(qū)、嘴區(qū)注視率的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。詳見表3。

表3 單個(gè)面孔注視時(shí)區(qū)域注視率的比較 %

（續(xù)表3）

3 討論

3.1 兒童面孔注視偏好眼動(dòng)特征研究的臨床意義

面孔認(rèn)知是兒童融入社會(huì)生活中的一項(xiàng)重要功能。人與人之間的溝通交流大部分建立在對(duì)面部信息的讀取基礎(chǔ)之上，獲得社交信息，識(shí)別他人心境 、情緒和意向。研究［7］表明，對(duì)面孔的認(rèn)知可以反映兒童社會(huì)能力的發(fā)展?fàn)顩r。3月齡兒童可以識(shí)別帶養(yǎng)人的面孔，對(duì)帶養(yǎng)人表現(xiàn)出特殊的依戀；6月齡兒童可以識(shí)別陌生人，表現(xiàn)出認(rèn)生。面孔認(rèn)知主要通過視覺表現(xiàn)被觀察。而視覺表現(xiàn)大多是主觀的，缺乏一種客觀的評(píng)估手段。近年來，隨著交叉學(xué)科的發(fā)展，眼動(dòng)儀因其客觀性和非接觸性等優(yōu)點(diǎn)，逐步用于兒童的視覺表現(xiàn)評(píng)估［1-2］。因此，眼動(dòng)是評(píng)估兒童視覺表現(xiàn)的一種客觀高效、準(zhǔn)確的手段。本研究從面孔認(rèn)知角度，設(shè)計(jì)多個(gè)面孔注視和單個(gè)面孔注視的范式，研究10個(gè)月～ 6歲正常兒童其注視偏好的眼動(dòng)特征及規(guī)律，擬為臨床早期識(shí)別神經(jīng)發(fā)育障礙兒童提供參考依據(jù)，具有現(xiàn)實(shí)的臨床意義。

3.2 兒童對(duì)不同面孔的注視偏好存在年齡特征和規(guī)律

本研究結(jié)果顯示：3歲前的兒童注視不同面孔時(shí)，相比于注視兒童和男性面孔呈現(xiàn)出更關(guān)注女性面孔的特征。從兒童社會(huì)發(fā)育里程碑來看，4～7個(gè)月的嬰幼兒開始出現(xiàn)認(rèn)生現(xiàn)象，對(duì)帶養(yǎng)者有特殊的依戀，能夠辨別陌生人，出現(xiàn)偏好女性面孔的注視特征，這與本研究結(jié)果相一致。分析其原因：① 大多數(shù)嬰幼兒早期主要由女性照顧，有更多的機(jī)會(huì)接觸成年女性臉部，處理女性面孔的經(jīng)驗(yàn)更多；② 與嬰幼兒互動(dòng)的方式上，女性與嬰幼兒玩更多的視覺游戲，有更多的身體接觸，故成年女性更能引起其注意［8］；③ 嬰幼兒早期對(duì)男女面孔在大腦的映像是有區(qū)別的，女性為具體面孔，男性為簡要結(jié)構(gòu)，從而嬰幼兒較早形成了對(duì)女性面孔原型的識(shí)別［9］；④ 嬰幼兒擅長處理女性面孔，會(huì)增加看女性面孔的傾向［10］。 因此，提示正常兒童在3歲前更關(guān)注女性面孔。

本研究結(jié)果顯示：3歲以后的兒童更關(guān)注兒童面孔的特征。分析其原因：① 兒童逐步進(jìn)入幼兒園，接觸到更多的同齡玩伴，且對(duì)于處理兒童的面孔原型有了更多經(jīng)驗(yàn)［11］；② 呈現(xiàn)的兒童面孔照片與被試兒童年齡相仿，且該年齡兒童自我意識(shí)已形成，故表現(xiàn)出“同齡效應(yīng)”［12］。所以，正常3歲以后的兒童更關(guān)注兒童面孔。兒童對(duì)男性面孔的關(guān)注始終低于女性和兒童面孔，其原因可能與日常生活中男性對(duì)兒童的帶養(yǎng)較少，與兒童接觸較少，兒童缺乏對(duì)男性面孔的處理經(jīng)驗(yàn)有關(guān)［8］；也可能與嬰幼兒對(duì)男性面孔原型在大腦中圖像形成時(shí)間較晚有關(guān)［10］。

從女性、兒童、男性面孔年齡注視軌跡看，兒童對(duì)女性、兒童和男性面孔的注視軌跡存在一定的規(guī)律，對(duì)女性面孔的注視在2.5歲后出現(xiàn)了下降，對(duì)男性面孔的注視在3歲以后出現(xiàn)下降，而對(duì)兒童面孔的注視是隨著年齡的增長而持續(xù)上升，女性面孔與兒童面孔注視率軌跡的交叉點(diǎn)出現(xiàn)在2.5～3歲；而男性面孔注視率始終低于女性和兒童面孔，并無交叉。提示兒童出生后首先對(duì)母親面孔的關(guān)注度高，隨著年齡的增長在2.5歲以后開始轉(zhuǎn)向?qū)和陨淼年P(guān)注。這符合兒童神經(jīng)心理發(fā)育的過程，在3歲前出現(xiàn)自我意識(shí)的萌芽，3歲以后自我意識(shí)逐漸形成，開始對(duì)人、對(duì)事、對(duì)自己有了一些比較穩(wěn)定的態(tài)度。這些正常兒童表現(xiàn)的特征和規(guī)律將有助于來早期識(shí)別存在發(fā)育問題的嬰幼兒。

3.3 不同年齡兒童對(duì)面孔不同區(qū)域的注視偏好相對(duì)恒定，眼區(qū)是所有年齡兒童的視覺偏好

本研究結(jié)果顯示，所有年齡兒童對(duì)女性、兒童面孔的首次注視區(qū)均為眼區(qū)，與Taylor等［13］在4～15歲的研究結(jié)果相仿。盡管起始掃描位置不同，但兒童的首注視點(diǎn)大多集中在眼區(qū)，眼區(qū)具有面孔認(rèn)知的時(shí)間優(yōu)先性，本研究在6歲前小年齡兒童也得出相同結(jié)論。所有年齡兒童對(duì)男性面孔首次注視區(qū)則是嘴區(qū)占比最高，查閱文獻(xiàn)尚未有相似結(jié)果報(bào)道?？赡艿慕忉屖牵耗行悦婵椎膬?nèi)部特征使其具有威脅性，兒童會(huì)通過減少首次注視包含較多社會(huì)信息的眼區(qū)，來降低威脅性帶來的壓迫不適感［14］。本研究組將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量來作深入探索。各年齡組兒童對(duì)女性、兒童、男性面孔不同區(qū)域的首次注視呈現(xiàn)的軌跡趨勢(shì)平穩(wěn)，女性和兒童面孔的眼區(qū)＞嘴區(qū)＞額區(qū)＞鼻區(qū)，而男性則是嘴區(qū)＞眼區(qū)＞額區(qū)＞鼻區(qū)，這提示了不同年齡對(duì)不同面孔不同區(qū)域的注視偏好沒有年齡的變化。

各年齡組兒童對(duì)女性、兒童、男性面孔的眼區(qū)注視率均顯著高于其他區(qū)域。盡管對(duì)男性面孔的首次注視點(diǎn)出現(xiàn)在嘴區(qū)，但最終區(qū)域的注視率還是眼區(qū)最高，這充分提示了眼區(qū)是兒童對(duì)所有面孔注視的視覺偏好。Smith等［15］的眼動(dòng)研究也顯示正常兒童更多地看向眼睛，與本研究結(jié)果相符。分析其原因：① 知覺場(chǎng)假說認(rèn)為，注視眼區(qū)的知覺范圍較大，對(duì)面孔的整體加工程度更強(qiáng)，使得眼區(qū)成為面孔的知覺場(chǎng)中心，具有范圍優(yōu)勢(shì)［16］；② 面孔整體加工的區(qū)域選擇性假說認(rèn)為，人們會(huì)有選擇性地整合面孔上的不同區(qū)域信息，具體表現(xiàn)為對(duì)眼區(qū)的整體加工程度較強(qiáng)［17］；③ 社會(huì)注視信息假說認(rèn)為，眼區(qū)含有的大量社會(huì)注視信息會(huì)引起人們的注意，同時(shí)激活人們的杏仁核，促進(jìn)對(duì)睜眼面孔的整體加工［18］。本研究的結(jié)果提示，小年齡兒童在面孔認(rèn)知過程中同樣呈現(xiàn)對(duì)眼區(qū)的認(rèn)知優(yōu)勢(shì)，成為視覺偏好。

3.4 兒童對(duì)面孔注視偏好的眼動(dòng)特征用于早期識(shí)別神經(jīng)發(fā)育障礙的可行性

神經(jīng)發(fā)育障礙兒童在早期就會(huì)表現(xiàn)出異常的面孔認(rèn)知。如孤獨(dú)癥譜系障礙兒童在10月齡左右就出現(xiàn)較少看向人的面孔，且回避面孔的眼睛區(qū)域，更注意耳朵、下巴等非特征區(qū)的面孔識(shí)別特征［19］，發(fā)育遲緩兒童會(huì)表現(xiàn)出延遲認(rèn)人，提示面孔認(rèn)知異?？赡苁巧窠?jīng)發(fā)育障礙的一種早期表現(xiàn)。本研究獲取了10個(gè)月～ 6歲正常兒童面孔注視偏好的眼動(dòng)特征及規(guī)律，可運(yùn)用于臨床，為臨床早期識(shí)別神經(jīng)發(fā)育障礙兒童提供參考依據(jù)。本研究后期將擴(kuò)大樣本量，作進(jìn)一步的分析，并將開展神經(jīng)發(fā)育障礙兒童的面孔注視偏好的眼動(dòng)研究，為臨床早期識(shí)別神經(jīng)發(fā)育異常兒童提供一種客觀有效的篩查方法。