第一节 眼动的基本模式和分析的指标
眼球运动有多种形式，除了眨眼这一类肌肉收缩的活动，在信息加工的过程中，我们一般把眼球运动分成两种基本类型：一是运动本身，即眼跳（saccade），使眼睛从注视一个地方移动到另一个地方；二是注视（fixation），即眼睛聚焦某一位置以使物体在视网膜上成像。在进行视觉加工的时候，我们的眼睛需要改变注视位置，这是由视网膜的生理结构和视敏度特点决定的。
按照视敏度的高低，人的视网膜可以分为三个区域：一是中央凹视觉区（foveal vision），在注视点中心2度视角的范围内，该区域的视敏度最高，可以最清晰地接收和加工信息；二是副中央凹视觉区（parafoveal vision），在注视点中心左右两边2～5度视角的范围内，这个区域的视敏度不如中央凹视觉区的高，但是能够获取一定类型的信息；三是视觉边缘区（peripheral region），在注视点中心两边5度视角范围外，该区域的视敏度更差，只能知觉词长的线索等低层次的信息（句子信息投射在视网膜不同位置上的清晰程度见图1-1，图片来源：Rayner，1975）。Rayner、McConkie和Zola（1980）使用命名任务时发现，当目标单词出现在副中央凹不同的位置上时，每增加1度视角进入副中央凹就会导致命名潜伏期延长10 毫秒。
图1-1 视网膜不同位置上信息的清晰度
注：上一行句子表示读者注视点落在“He”上，因此该单词是在视网膜的中央凹位置，其右边单词“wasn't”落在视网膜的副中央凹位置，再往右的单词落在视觉边缘区，在不同区域上单词的清晰度渐差。下一行句子注视点落在单词“kind”上，类似地，从中央凹到两边副中央凹和边缘区，单词的清晰度渐差。
眼跳的作用是使接下来要加工的信息可以落在视网膜的中央凹视觉区上，以便看得更清楚。在阅读中，一个注视点持续的时间平均在200～250毫秒（受阅读材料的影响）；跟注视时间相比，眼跳执行的时间非常短，通常只需要20～30毫秒（眼跳距离越大需要的时间越长），我们往往不会感觉到眼睛的跳动，而以为视觉加工是一个平滑的注视过程。此外，由于读者在眼跳过程中，并不能获取信息，研究者更多地将注意力放在注视过程中。
眼跳和注视这两种基本的眼动类型，可以构成多种信息加工模式。大多数眼跳是前进式的，即从左向右以加工注视点右边出现的新信息。如果阅读材料简单，我们可以一直保持从左到右的眼跳，但是更多的情况下，我们会有从右到左的眼跳，即回去注视先前经过的材料，这种加工的方向叫回视（regressions）[1]。在熟练的阅读者（skilled readers）中，回视约占阅读时间的15%；儿童读者发生回视的概率偏高，约有25%。读者从一行的句尾到下一行的句首虽然也是一种从右到左的眼动，但是它有别于回视，所以把这种眼动模式称为回扫（return sweep）。无论什么文字，在自然阅读的情景下，读者不会逐个注视每一个单词，拿中文阅读举例，每隔2～3个字才有一个注视点，没有被注视的字被跳读（skipping）了。在被注视的汉字中，还有一些会收到再注视点（refixation）即多于一个注视点，再注视跟回视的差别在于前者是在眼睛没有离开目标加工区域时发生的，而回视是眼睛已经离开目标加工区域，在注视其后的信息后再回去加工目标区域（下文将详细介绍这些指标）。注视点时间的长短和眼跳距离的大小由加工任务和材料难度决定，受篇幅所限，本书将只介绍阅读过程中的眼动情况。
在眼动阅读的研究中，大部分情况下是整句呈现，研究者往往会把句子划分为不同的兴趣区，例如，某个关键词是关键区，关键词前后两个单词为关键前区和关键后区。眼动的指标可以分成两大类：一类是反映加工时间的指标，跟“何时眼跳的决定”（when decision）相关；另一类是反映落点位置的指标，跟“向何处眼跳的决定”（where decision）相关（见Rayner，1998，2009）。针对实验的目的和指标反映的信息，研究者需要合理选择眼动指标。
一 时间指标
最直接的反映加工时间的指标是注视点时间的长短，例如，在阅读中文材料的时候，平均注视点时间长度为220毫秒，阅读英文材料的时候，平均注视点时间长度为220～250毫秒。注视点时间的长短受阅读材料性质的影响，跟阅读者的阅读技巧和状态也有关系，例如，青年的熟练读者跟老年读者或是儿童读者，其注视点时间的长短也会不一样。平均注视点时间是一个简单的指标，只需要把阅读过程中所有的注视点时间平均，往往用于不包含目标词的文本加工，与其类似的指标还有句子（或语篇）总的阅读时间，即把所有注视点时间相加。但是，它们都不是敏感反映阅读加工机制的指标。因此，研究者们采用了更细致的分析方法。下面对眼动阅读的时间指标进行一一介绍，由于不同指标的区分略微复杂，将通过图1-2来举例说明。
图1-2 阅读中的眼睛运动轨迹
注：该轨迹图中的兴趣区用竖线隔开，圆点表示注视点，箭头代表眼跳方向，数字序号代表注视次序。
（一）首次注视时间（first fixation duration）
首次注视时间是落在兴趣区[也叫关键区（target region）]上的第一个注视点的持续时间，不管该区域内有多少个注视点，只计算其第一个注视点的时间，如图1-2中的注视点（1）、（3）、（4）、（5）、（8）是其对应的1～5个区域的首次注视时间。首次注视时间是眼动阅读研究中最常用的指标之一，反映了词汇通达的早期特征。它受到正字法特征（White，Johnson，Liversedge，＆ Rayner，2008）、语音（Ashby ＆ Clifton，2005）、词频、词长、词的预测性（Kliegl，Grabner，Rolfs，＆ Engbert，2004；Slattery，Po-llatsek，＆ Rayner，2007；Staub，White，Drieghe，Hollway，＆ Rayner，2010）、语境限制（Frisson，Rayner，＆ Pickering，2005）等因素的影响。
（二）单次注视时间（single fixation duration）
单次注视时间是指兴趣区内有且仅有一次注视时的注视时间（不包括回视的注视点），如图1-2中的（3）、（4）和（5）。单次注视时间也是反映字词识别的良好指标（Rayner，1998）。它与首次注视时间的相关性非常高，研究者一般选择报告其中一个。单次注视时间受词汇特征的影响较大，如词频、词长、词语的可预测性等。阅读者对高频词的单次注视时间明显短于低频词；随着词长的增加，对词语的单次注视时间也随之增加；对当前注视词的单次注视时间还受到后续词汇特征的影响（Raney ＆ Rayner，1995；Rayner，Sereno，＆ Raney，1996）。
（三）凝视时间（gaze duration）
凝视时间是目标区域首次加工中所有注视点时间的和，它包括当前区域内的再注视，但不包括对之前区域的回视，如图1-2中（1）和（2）的时间之和即为区域“立立很”的凝视时间。如果在注视点跳出兴趣区之前对该区域只有一次注视，那么凝视时间就等于该区域的首次注视时间。有些研究者认为，凝视时间是反映词汇通达早期阶段的最好的指标（Just ＆ Carpenter，1993），它不仅反映词汇通达的时间，还反映对文章内容的整合（Inhoff，1984）。如果一个认知操作非常迅速，那么它会影响首次注视时间，如果稍微慢一点，就会影响凝视时间。凝视时间受词汇特征和前词汇特征的影响，同时也受语境和句法信息的影响，大部分影响首次注视时间的变量也会影响凝视时间（Rayner，1998）。
（四）多个注视点中的首次注视时间（first of multiple fixations）
兴趣区在首次加工过程中被多次注视时，计算其第一个注视点的时间，如图1-2中注视点（1）和（8）的时间分别是第一个和第五个兴趣区的多个注视点中的首次注视时间，其他区域则无法计算该指标，因为它们在首次加工中只有一个注视点。该指标对应的指标还有多个注视点中的末次注视时间（last of multiple fixations）。然而，这种类型的指标并不常见，这是因为当兴趣区只有一个词时，在该区域发生再注视的概率只有15%左右，数据缺失率相当高。只有在兴趣区不止一个词，或是加工难度较高的时候，研究者才会分析这种类型的指标。
（五）回视路径时间（go-past time或是regression-path duration）
回视路径时间是指从首次进入目标区域的注视点（首次注视时间）到向右离开这个区域的时间的总和，这个指标包含了该区域的凝视时间和离开该区域回视到左边阅读材料的时间，如图1-2中“朋友”区域，其回视路径时间是从第一个进入该区域的注视点（5）开始，到注视点（8）向右离开该区域为止，因此是注视点（5）、（6）和（7）的时间之和。该指标反映部分整合加工，例如，难以整合的目标词的回视路径时间会比容易整合的目标词的短。
（六）第二遍阅读时间（second pass reading time）
第二遍阅读时间是指首次加工经过目标区域后[2]从句子的右边回视到目标区域的注视时间。只要不属于第一遍加工的时间，都属于第二遍加工的时间，包括第二次注视这个区域后，向左或向右离开该区域后再回来注视的时间。如图1-2注视点（6）和（7）的时间分别是“乐意”和“帮助”的第二遍阅读时间。第二遍阅读时间大多反映词汇后期加工，即信息整合过程，某个单词越难跟句子语境整合（理解困难），其第二遍阅读时间会越长（见实验1结果）。
（七）总阅读时间（total reading time）
总阅读时间不区分首次或是第二次加工，它指在兴趣区内所有注视时间的总和，如图1-2中（4）和（7）的时间之和即为兴趣区“帮助”的总阅读时间，它反映总体加工。总阅读时间对较慢和较长时间的认知加工过程敏感。如果某种效应在兴趣区的总阅读时间上显著，而在首次注视时间和凝视时间上不显著，那么可以推测该效应只在相对后期的加工过程中存在。
需要指出的是，如果目标区域在首次阅读中被跳读（没有注视点），则不计算该区域的首次注视时间、单次注视时间、凝视时间和回视路径时间等涉及首次加工的指标，这些指标的均值只在有数据的试次上平均。但是，也有一些研究者会用0表示其首次加工时间，这样会拉低整个首次加工时间的均值，例如，会出现首次注视时间为160毫秒的情况（一般情况下注视点时间的均值为220毫秒），采用这种计算方法可以把跳读的数据考虑进去，即当跳视率越高的时候，0数据越多，会更大程度地拉低平均值。当使用0代替跳读区域的首次加工时间的时候，需要在文中明确标记出来。但是，跟反映首次加工的指标不同，如果首次通过某个区域后没有回视，那么该区域的第二遍阅读时间为0，所以第二遍阅读时间的均值可以低于100毫秒（具体数值取决于回视的概率、回视注视点的多少和注视时间长短）。
二 空间指标
眼动的空间指标主要反映眼球运动的三个方面的内容：第一，某个字词有没有被注视；第二，注视的位置在哪里；第三，眼跳的方向和长度。围绕这三个方面的内容，研究者会计算跳视率、注视位置和眼跳长度，但是注视次数、再注视比率和回视次数（比率）也是跟空间落点位置相关的，所以研究者也会选择报告这些指标。
（一）跳视率（skipping rate）[3]
跳视率是指兴趣区在多大概率上被跳读。这个指标包括反映首次加工的首次跳视率（initial skipping rate）和反映总加工的总跳视率（total ski-pping rate）。由于研究者一般只对首次跳视率感兴趣，所以也将该指标简称为跳视率。研究者发现词长和单词在句中的高低预测性对跳视率有重要影响，与较长的词相比，短词更有可能被跳读（Brysbaert，Drieghe，＆ Vitu，2005；Drieghe，Desmet，＆ Brysbaert，2007；Drieghe，Pollatsek，Staub，＆ Rayner，2008）。在英文中，单字母单词被跳视的概率为80%，3 个字母构成的单词的跳视率为 60%，5 个字母构成的单词的跳视率为 30%，而7 个以及更多字母构成的单词的跳视率则小于 10%（Vitu，O'Regan，Inhoff，＆ Topolski，1995）。类似的，句子中高预测性的单词的跳视率比低预测性的单词的跳视率要高（Vitu，O'Regan，Inhoff，＆ Topolski，1995；Binder，Pollatsek，＆ Rayner，1999；Rayner ＆ Well，1996；Vitu，1991）。
（二）注视位置（landing position）
注视位置即落点位置，指注视点所处的位置。当前的注视位置不仅是前一次眼跳的落点位置（landing site），也是下一次眼跳的起跳位置（launch site）。研究者以字母为单位表达这两个指标，如眼跳的起跳位置是落点位置的左边4～5个字母。注视点右边的字形和词长信息是影响眼跳位置的重要因素。在英文阅读里，如果词长的信息被掩盖（把单词之间的空格去掉，注视点发起的位置和落点之间的距离变短，眼跳距离则变短。对注视位置更精细的分析是看其落在词语的哪个部分，例如，正常阅读情况下，英文读者偏爱注视词中间稍微偏左——偏好落点位置（preferred landing position）。
（三）眼跳距离（saccade length）
眼跳距离是指从眼跳开始到本次眼跳结束之间的距离，也就是从眼跳起跳位置到落点位置的距离，在阅读研究中，一般以阅读材料为单位来表示眼跳距离，例如，英文读者的眼跳距离一般为7～8个字母，中文读者的眼跳距离一般为2～3个汉字（Rayner，1998）。眼跳距离可以看作反映阅读效率和材料加工难度的指标，阅读材料难度增加会导致眼跳距离变短。有研究者认为眼跳距离大说明被试在眼跳前注视中获得了较多的信息，因此阅读速度较快。眼跳距离还可以细分为向前眼跳距离（forward saccade length）、回视眼跳距离（regressive saccade length）等指标。阅读中的眼跳距离受诸多因素影响，例如，当前注视词和注视点右侧单词的词长、阅读者的熟练程度。不熟练阅读者的眼跳距离显著短于熟练阅读者（Ashby，Rayner，＆ Clifton，2005；Rayner，Slattery，＆ Bélanger，2010；闫国利、王丽红、巫金根、白学军，2011）。
（四）注视次数（number of fixations）
注视次数指兴趣区被注视的总次数，该指标能有效反映阅读材料的认知加工负荷。一般认为，认知加工负荷较大的词汇，注视次数更多（Henderson ＆ Ferreira，1990）。注视次数也会受到阅读水平的影响，老年人的注视次数显著高于年轻人，熟练阅读者的注视次数显著低于不熟练者（Rayner，Yang，Castelhano，＆ Liversedge，2011）。注视次数还可以细分为向前注视次数（number of forward fixations）和回视注视次数（number of regressive fixations）两个指标。向前注视次数计算向前眼跳的总注视次数，回视注视次数计算回视引发的总注视次数。
（五）再注视比率（refixation rate）
再注视比率指首次阅读中兴趣区在第一遍加工中被多次注视的概率，即眼睛在离开目标区域前有多于一个注视点的概率（如果离开单词后再回来属于第二遍加工，称为回视注视点而非再注视）。研究发现词汇特征对词语的再注视比率影响较小，它主要受较低水平的视觉特征的影响（Rayner，1998）。在拼音文字的研究中，再注视比率受首次注视位置的影响较显著，当首次注视位置位于词语的中心区域时，再注视比率最小，被称为最佳注视位置效应（Optimal Viewing Position effect，OVP）。然而在汉语的研究中，有研究者发现首次注视位置落在词首时，再注视该词的概率最高，落在词尾时，再注视该词的概率最低（Yan，Kliegl，Richter，Nuthmann，＆ Shu，2010）[4]。与 OVP效应相关的另一个发现是反向最佳注视位置效应（inverted optimal viewing position effect）。该效应是指当读者在一个词上只有一次注视时，如果该次注视位于单词的中心位置，那么该次注视的持续时间最长。
（六）回视次数（regression count）
回视次数反映了读者对之前阅读信息的再加工过程，反映了句子整合的加工过程。对于兴趣区也有两个相应的指标：回视入比率（regression in proportion）和回视出比率（regression out proportion）。回视入比率是在阅读中从某个区域回视到当前兴趣区的概率，回视出比率是在阅读中从当前兴趣区进行回视的概率。回视出比率可以反映读者在兴趣区的早期加工阶段遇到的加工困难，一般可以与阅读时间指标结合共同反映读者对兴趣区早期的加工过程。