回憶與想象的眼動比較研究

鄭俊斌，張偉詩，張芷

(浙江警察學院，杭州 310053)

1 引言

回憶和想象是兩個重要認知活動，其神經機制曾被《Science》列為2007年十大科學發現之一。研究者發現它們在腦與認知神經等方面聯系緊密，比如Argembeau、Van(2004年)和Gaesser、Madore、Schacter(2014年)發現，回憶與想象的生動性因實驗條件改變而產生類似趨勢變化[1-2]，Addis、Wong、Schacter(2007年)和Schacter(2008年)發現，處于回憶與想象狀態下的受試者在大腦皮層興奮區域上具有高度重合性，且由特定神經網絡結構負責相關認知活動[3-4]。但Okuda，Fujii、Ohtake(2003年)和Addis，WongSchacter(2007年)則發現即使共用神經網絡，它們也存在一定差異，比如給予相應刺激，想象在額極、海馬等區域的激活程度明顯高于回憶事件[1，5]。Brigard和Giovanello(2012年)進一步發現，想象能力取決于回憶能力，而且回憶所產生的細節比想象時更豐富[6]。Schacter (2012年)發現想象比回憶存在更多認知加工過程[7]。鄭麗(2012年)也認為回憶是將大腦中已有信息進行提取和重組，而想象則在提取和重組的基礎上將信息重新構建[8]。

在現實生活中，脫離于功能性腦成像技術的回憶與想象狀態較難被區分，而眼動研究則帶來一定的啟發。研究發現，眼球運動在一定程度上可以反映出大腦所受到的刺激[9]，其中眼動軌跡與行為人說謊相關[10]，瞳孔大小與滿意度[11]、認知負荷[12]、思維活動[13]、情緒[14]、色彩[15]等相關，眨眼次數與信息處理量[16]及注意力分配相關[17]等有關。但能否直接通過眼動來區分回憶與想象還有待證實，這也是本研究的出發點。

本研究采用眼動追蹤技術，通過設計不同情景的問題，比較回憶和想象狀態下的眼動反應是否存在差異。研究包含三個假設：第一，根據記憶、認知負荷等因素影響瞳孔大小，認為在回憶和想象的狀態下瞳孔都會變大，但變化的速度和時間會有所差異。第二，根據撒謊時眼動軌跡變化規律，認為回憶其真實經歷時眼睛會向左上轉動，在進行想象任務時眼睛會向右上轉動。第三，根據眨眼活動與任務信息量之間的關系，認為回憶時眨眼頻率會變高，在想象時眨眼頻率先變低在變高。

2 方法

2.1 實驗設計

本實驗采用2×2被試內設計，自變量為問題種類(回憶、想象)和任務線索(基線問題和情景問題)，因變量為眼動指標的變化。

基線問題來源于受試者日常生活中的事項，情景問題是通過播放圖片作為線索提示。每個類型下設2個問題，以避免單一問題引發的偶然性。正式實驗前通過預實驗對問題內容及呈現時間等流程進行優化。實驗通過PPT呈現問題的方式對受試者進行提問，同時要求受試者進行相應的思考并對問題做出回答。

2.2 研究對象

本研究受試者均來自浙江省某高校大學生。前期預測實驗受試者為6人，經過前期實驗準備，預測實驗后完善實驗內容及流程后進入正式實驗。正式實驗受試者共107人，其中有7人因未完成實驗等導致眼動信號丟失過多，為無效實驗數據，刪除后共得實驗數據100份，其中88男12女，年齡在17-19歲之間。各受試者身體健康，智力正常，視力均為4.8～5.2之間，色覺正常，既往無沙眼等眼疾，無精神神經系統異常者，實驗前后情緒均正常，且無無左利手行為習慣者。

2.3 實驗儀器

眼動儀是型號為RED5的眼動儀。實驗時使用的采樣頻率為500 HZ。受試者專用顯示器采用22寸顯示器，分辨率為1 680×1 050。數據記錄軟件為iView軟件，數據分析軟件為BeGaze軟件。實驗過程中配備固定頭托一個，避免受試者在實驗過程中因低頭、轉頭而導致眼動儀無法采集樣本數據。實驗過程中，受試者眼睛距離屏幕70±10 cm。

2.4 材料

實驗選取10張來源于自然界的動物圖片或受試者日常能接觸到的生活場景圖片，無明顯背景基調和情緒傾向，亮度適中。每輪實驗共設置8個問題，其中問題1、2為回憶基線問題，問題3、4為想象基線問題，問題內容均來源于生活，與圖片內容無關；問題5、6為回憶情景問題，問題7、8為想象情景問題，問題內容與圖片內容有關。

2.5 程序

受試者來到實驗室，在主試的指引下坐在測試椅上，選擇一個較為舒適的姿勢將頭部放到固定頭托上，觀看屏幕。首先屏幕上呈現指導語，告知受試者即將測試的內容，以及對其要求。在得到受試者“已知悉”反饋后開始進行眼動校準。當校準反饋顯示受試者左右眼在x、y方向誤差偏離度均在0.5°以下則正式開始實驗，否則繼續進行校準。

實驗開始后，顯示屏上播放一組圖片(共10張)，要求受試者盡可能的記住圖片的內容，在并告知圖片全部呈現完畢后會詢問與圖片內容相關問題。每張圖片呈現1次，呈現的時間為4 s，順序隨機。

圖片播放完畢后對受試者進行提問，共設置8個問題，有關回憶和想象分別設置2個基準問題，和2個與圖片內容相關問題。問題呈現于顯示屏上，呈現時間為3 s，問題呈現結束后文字內容消失，呈現相同背景的空白頁，實驗前要求受試者在空白頁呈現時迅速對問題內容進行作答，空白頁呈現時間為6 s。實驗流程如圖1。

測試完畢后對受試者進行訪談，詢問測試過程中有無難度過高或難以理解的問題，以減少錯誤數據對實驗結果的干擾。

2.6 數據處理

為減少前一問題刺激對下一問題刺激的實驗數據所造成影響，實驗前告知受試者在空白頁呈現時立即對問題進行回答并準備下一個問題。同時在數據處理過程中發現受試者在空白頁呈現3s后，眼動指標變化變化已趨于平緩，因此在數據分析過程中取空白頁前3 s時間的數據進行分析，后3 s作為調整期間。

BeGaze分析軟件能對瞳孔直徑、平均眨眼頻率和掃描路徑圖像等數據進行簡單的處理并導出。為達到比較分析不同問題下瞳孔大小變化趨勢的目的，在瞳孔大小指標的數據處理過程中，本研究以200 ms為一個時間單位計算單位時間內平均瞳孔直徑。同時為減少眨眼過程中瞳孔直徑數據的缺失以及眨眼過程前后的數據異常導致的實驗誤差，分析過程中采用線性插值法填補缺失和異常的瞳孔數據[18]。在眼動軌跡的指標分析過程中，根據BeGaze軟件得出的掃描路徑圖像，通過圖像分析以受試者閱讀題目結束后首次眼球運動超出題目范圍并產生注視點的方向為眼動軌跡方向，進行路徑研究。在眨眼頻率指標的分析過程中，為研究不同情景下受試者眨眼頻率的變化，將受試者的測試數據分為2個部分，第一部分的數據來源為題目消失前受試者的眨眼情況，第二部分的數據來源為題目消失后受試者的眨眼情況。

刪去無效數據，初步分析后發現同一情景下的兩個問題的各項指標數據雖存在差異但趨勢變化相似，且差異性不顯著。整合數據取平均值，采用SPSS 18.0進行統計分析。以雙因素方差分析對眼動各項指標進行分析。

實驗結束后對訪談結果進行歸納整理，發現受試者普遍認為有關想象情景的兩個問題存在一定難度，其余問題難度適當。

3 結果

3.1 瞳孔大小

在有關瞳孔大小的分析中，結合100位受試者的瞳孔大小的變化趨勢進行了分析。以每0.2 s為一個時間單位計算瞳孔大小的平均值，總共分析受試者接受問題刺激后6 s內的瞳孔大小變化數據。結果見圖2：

表1 不同問題情景下瞳孔大小變化率表

由圖2可知，在回憶和想象情景下受試者瞳孔大小變化趨勢存在差異。觀察圖2可得：當受試者接受問題刺激后，瞳孔直徑都會先變小，大約在800 ms后瞳孔直徑都會逐漸變大。兩者不同的是回憶問題下受試者的瞳孔直徑會在達到最小值后的1 s左右迅速增大，而想象問題下的瞳孔直徑會在達到最小值后的3 s左右才會趨于平緩。同時在回憶問題情景下，受試者瞳孔直徑迅速變化達到最大值后會呈現縮小趨勢，而想象問題情景下瞳孔直徑呈現一直增大。

表1為不同問題情境下瞳孔放大指數(Pupil Dilation Size，PDI)隨時間變化的數據表，參照高鑫(2015年)[19]的計算方法，其計算公式為：

其中PDI為瞳孔放大指數，Pt代表時間為t時瞳孔大小，Pmin代表瞳孔最小值，Pm代表趨于穩定時瞳孔大小平均值。表中列舉了不同問題情景下瞳孔放大指數隨時間變化表，從整體數據中選出幾個時間點，得出此表。由表1可知，情景問題中的回憶與想象的瞳孔變化差異大于基線問題。在回憶類型問題中，情景任務線索刺激后的瞳孔大小比基線任務線索刺激后更快的達到最大值，而在想象類型的問題中，情景任務線索刺激后的瞳孔大小比基線任務線索刺激后變化的更慢。

3.2 眼動軌跡

在眼動軌跡的評判中，采用受試者閱讀題目結束后首次眼球運動超出題目范圍并產生注視點的方向為眼動軌跡方向并進行相應分析研究。經統計分析后，結果見表2。

表2 問題后被測對象的眼動軌跡偏向百分比表

表3 問題后被測對象的眼動軌跡數據統計分析表

本實驗主要的自變量因素是問題類型，因變量是問題刺激后首次眼動軌跡方向。由表3數據可知：對接近于87%的被測對象詢問以往發生過的情節的問題時，其問題后首次眼動方向會向左，對71%的被測對象詢問需要其想象的問題時，其問題后首次眼動方向會向右。經SPSS數據分析，在問題類型變量(回憶、想象)中，眼動軌跡方向存在顯著性差異(F=362.31，P<0.001)，在任務線索變量(基線、情景)中，眼動軌跡方向沒有顯著性差異(F=0.91，P=0.341)且時問題類型與任務線索之間交互作用不顯著(F=2.52，P=0.112)。

3.3 眨眼頻率

在眨眼頻率變化的比較過程中，將受試者的測試數據分為2個部分，第一部分的數據來源為題目消失前受試者的眨眼情況，第二部分的數據來源為題目消失后受試者的眨眼情況。

表4 眨眼頻率比較表

由表4可知，在總的眨眼數據比較中，每個問題的后期眨眼頻率均高于前期眨眼頻率。比較分析回憶和想象兩種狀態下的數據結果，可以發現在想象狀態下眨眼頻率變化率普遍高于在回憶狀態下眨眼頻率變化率，經SPSS數據分析，由雙因素方差分析可得在問題類型變量(回憶、想象)中，眨眼頻率變化率存在顯著性差異(F=11.52，P=0.027)，在任務類型變量(基線、情景)中，眨眼頻率變化率不存在顯著性差異(F=0.73，P=0.441)，且問題類型變量與任務類型變量之間交互作用不顯著(F=4.04，P=0.115)。

4 討論

本研究在實驗論證的基礎上發現受試者在回憶和想象狀態下的眼動指標變化具有一定的區分度。有研究者在研究說謊行為時發現謊言形成與回憶和想象之間存在一定的聯系。連紅杰(2009年)通過EPR技術在實驗中發現大腦中并不存在專門的說謊區域，只是在以額區為代表的腦區在謊言的認知加工中過程中起著關鍵作用[20]。而在Addis，Wong和Schacter(2007年)的研究中則發現大腦在進行回憶和想象活動時，額極等腦區也起著重要作用。Mohamed(2006年)在比較功能磁共振成像技術和多道生理檢測儀的結果后認為可以將形成謊言的過程分為7個階段，其中第三個和第四個階段就是對相關事件的回憶階段和計劃構建階段[21]。Walczyk，Roper和Seemann(2010年)也認為合理謊言的構建需要利用與事實相關的記憶并利用資源結合一定的背景知識[22]。謊言之所以被稱之為謊言而不是夸張和戲謔，是因為其產生的情景高度符合日常交往與合理信仰。在謊言構建過程中，說謊者會通過一系列的回憶和想象構造出一個場景，填充其中的細節，以此來完善自己的謊言，達到更為可信的目的。因此是否能通過區分回憶和想象的狀態達到識別謊言的目的還有待進一步研究。

在眼動軌跡的分析過程中發現：眼球運動方向的左和右與回憶和想象狀態有關，事實上眼球左右運動的同時會伴隨著上下運動。孟春寧(2016年)認為眼球先向上再向左表示回憶，眼球先向上再向右則表示想象[16]。本實驗中則發現眼球的上下與左右運動沒有時間先后的區分，同時結合實驗結束后的訪談與實驗結果，認為眼球運動的上下應當與受試者的自我評價有關。即當問題存在難度時，受試者難以確信自己的答案是否準確，自我評價較低，眼球向下運動。

本次實驗或存在一定的局限。首先，在實驗參與者的選擇上，由于受到參與實驗的受試者年齡、性別和職業限制，本實驗的結論是否普遍適用與不同性別、不同年齡和職業還有待驗證。其次，在實驗過程中，受試者可能會受到PPT頁內文字信息消失以及在空白頁內必須作答的壓力刺激，從而對實驗結果產生一定的影響。

5 結論

(1)在回憶狀態下受試者的瞳孔直徑變化速度會快于想象狀態。回憶狀態下瞳孔直徑會在1s內迅速變化到極大值，而在想象狀態下受試者的瞳孔直徑會緩慢增大，大約在4s后才會與回憶狀態下的瞳孔直徑相接近。

(2)在回憶情景下，受試者的眼動軌跡會向左，在想象情景下，受試者的眼動軌跡會向右。在向左或向右運動的同時，向上或向下與受試者當時的自我評價有關。

(3)在回憶和想象情景下，受試者在對所詢問的問題回答前的眨眼頻率都會低于在對問題回答后的眨眼頻率。并且受試者在處于想象狀態下的眨眼頻率變化率高于受試者處于回憶狀態下的眨眼頻率變化率。