Айтрекинг в психологической науке и практике

В рамках психологического исследования вертикальная организация целенаправленных движений глаз может быть представлена в виде иерархии окуломоторных событий трех уровней.

Уровень интенции и произвольного контроля движений выражает отнесенность окуломоторной активности к субъекту восприятия (наблюдателю). Здесь складываются намерение и «первичный проект» движений, «сформулированные» на языке зрительно данных предметных отношений действительности: куда смотреть, на что обратить внимание, что контролировать, в какой последовательности, как долго и т. п. «Первичный проект» непосредственно увязан со схемой ситуации и планом выполняемого наблюдателем действия и соотносится с системой координат внешнего пространства (среды). На этом уровне ставятся или принимаются зрительные (окуломоторные) задачи и осуществляется произвольный контроль за их исполнением.

На уровне механизмов организации движений «первичный проект» переводится в цепочки исполнительных команд и критерии адекватности их выполнения. События этого уровня описываются на языке информационных потоков, или эфферентно-афферентных процессов в глазодвигательной системе (ГДС), соотнесенных с ретинальной и окуломоторной системами координат. Здесь учитываются либо устанавливаются взаимосвязи окуломоторики с другими двигательными актами (поворотами головы, локомоциями и т. п.).

Уровень феноменов движений характеризует способ выполнения поворота глаз. Здесь доминирует язык моторных единиц, сокращений и растяжений экстраокулярных мышц, развертывается действие активных и реактивных сил, влияющих на глазное яблоко и т. п. Выполняемые движения соотносимы как с внешней, так и с ретинальной (окуломоторной) системами координат.

Хотя содержание, функции и язык событий каждого из уровней существенно отличаются друг от друга, они подчинены выполнению общей задачи и выступают как одно целое.

Целостный взгляд на природу окуломоторной активности

Накопленные наукой эмпирические данные (Андреева, Вергилес, Ломов, 1975; Барабанщиков, 1990, 1997, 2002, 2011, 2012, 2015; Барабанщиков, Белопольский, Вергилес, 1980; Барабанщиков, Белопольский, 2008; Барабанщиков, Жегалло, 2013, 2014; Барабанщиков, Жердев, 2014; Белопольский, 2007; Владимиров, Хомская, 1981; Гиппенрейтер, 1978; Гуревич, 1971; Зинченко, Вергилес, 1969; Моторные компоненты зрения, 1975; Филин, 2002; Ярбус, 1965; Bachy-Rita, Collins, 1971; Bizzi, 1974; Ditchburn, 1973; Duchowski, 2003; Engbert, 2006; Findlay, Gilhrist, 2005; Fisher, Monty, Senders, 1981; Gale, Johnson, 1984; Groner, Menz, Fisher, Monty, 1983, Holmqvistet al., 2011; Monty, Senders, 1976; Rayner, 1992; van Gopel, Fisher, Murray, Hill, 2007; Underwood, 1998; Wong, 2008) позволяют наметить целостное представление о природе окуломоторной активности человека в процессах познания, деятельности и общения.

Прежде всего, необходимо отметить тот факт, что в рамках психологического анализа движения глаз соотносятся с человеком как субъектом жизни и включены в систему его взаимосвязей с миром. Уже это свидетельствует о многомерности и иерархической организации окуломоторной активности. Одна и та же направленность взора может указывать одновременно на 1) содержание (предмет) восприятия; 2) способ выполнения решаемой задачи; 3) область интереса наблюдателя; 4) его состояние; 5) характер выполняемых действий; 6) индивидуально-психологические особенности глазодвигательной системы и др. Для того чтобы разобраться в клубке взаимосвязей, необходимо выделить интересующее измерение либо путем конструирования подходящей ситуации, либо введением дополнительных методических средств, снижающих исходную многозначность.

Иерархическая организация окуломоторной активности означает ее многоуровневость и, следовательно, несводимость к отдельным видам движений (саккадам, дрейфам, прослеживанию и др.) и их характеристикам. При изучении познавательных процессов, деятельности и общения людей единицами анализа становятся окуломоторные структуры – устойчивые конфигурации, или паттерны движений глаз, обладающие, по сравнению с окуломоторными примитивами, новыми свойствами. Они соотносятся как с объектом, так и с субъектом восприятия, что позволяет вводить собственно психологический план анализа и презентирует окуломоторную активность как целостный поведенческий акт. Та или иная направленность взора характеризует не столько ответ организма на события среды, сколько целенаправленное действие наблюдателя, обеспеченное функциональной интеграцией афферентных и эфферентных сигналов в ГДС.

Обращение к окуломоторным структурам предполагает целостный взгляд на природу перцептивного процесса. В центре внимания оказывается не отдельное явление (сторона, аспект, момент) восприятия и не восприятия вообще (абстрактно-всеобщая форма), а конкретное событие жизни человека, реализующее его познавательное отношение к среде. Взаимосвязь субъекта и объекта восприятия выражает единство разных сторон одного и того же целого, имеет собственный онтологический статус, внутренне дифференцирована, развернута в пространстве и времени, включено в цепь других событий. Раскрывая закономерности окуломоторных структур, исследователь получает возможность реконструировать способ организации перцептивного процесса в целом.

С точки зрения системной парадигмы обращение только к идиомам, указывающим на связь движений глаз с процессом зрительного внимания: «Где» (Г. Гельмгольц) и «Что» (У. Джемс), – явно недостаточно. В силу анизотропности сетчатки фиксационные повороты действительно инициируются парафовеально – отдельными областями зрительного поля, имеющими сравнительно низкую различительную чувствительность, а их фовеализация (фиксация предмета) позволяет собирать ясную и отчетливую информацию об интересующем объекте или событии. Но существуют и другие причины, влияющие на окуломоторную активность и определяющие ее характер, в том числе и самую возможность выполнения целенаправленных поворотов глаз и распределения фиксаций.

Важнейшим фактором, обусловливающим характеристики движений глаз, является задача, решаемая наблюдателем. Любая среда, в которой оказывается человек, информационно избыточна. Где, что и как будет воспринято, определяется целью, данной в определенных условиях. Задача, стоящая перед наблюдателем, структурирует наличную ситуацию, вносит значимость (информативность) элементов среды, определяет существенные и несущественные отношения. Направленность движения взора обеспечивают адекватные условия восприятия. Зная, куда направлен взор, как долго, какова траектория (маршрут) движения и т. п., можно реконструировать психологическую структуру ситуации и динамику решения зрительной задачи. Данное обстоятельство, собственно, и является основанием использования окулографии в качестве метода психологического исследования. За каждой устойчивой фиксацией просматриваются меняющиеся установки и отношения субъекта восприятия, его интерес к объекту, величина и длительность когнитивной нагрузки и другие психологические характеристики.

Очевидно, что с изменением цели и условий деятельности человека рисунок окуломоторной активности меняется. При этом меняется не только содержание значимых элементов (где и что воспринимается), но и требования к их восприятию (как воспринимать, насколько точно или дифференцированно). С последним связано понятие функционального поля зрения, величина которого в ходе перцептивного процесса перманентно меняется. В силу многоканальности зрительной системы одной и той же направленности взора может соответствовать и элемент среды, на который он непосредственно ориентирован, и констелляция элементов, входящих в его окружение. Оценка предмета восприятия на основе местоположения точки фиксации перестает быть однозначной и требует использования дополнительных критериев. Вектор направленности взора может входить, а может не входить в границы функционального поля зрения либо находиться на его периферии. В любом случае образуется относительно самостоятельная область направленности глаз, обеспечивающая необходимое восприятие значимых элементов среды, – оперативная зона фиксаций, которая в зависимости от требований задачи легко меняет свою локализацию, форму и величину. Оперативная зона фиксаций комплексных объектов имеет неоднородное строение и включает 1) ядро, или «центр тяжести» – наиболее часто фиксируемые области предмета; 2) область менее интенсивных фоновых фиксаций, ограниченную поверхностью объекта; и 3) область разреженных фиксаций вне поверхности объекта (периферию). Расположение «центра тяжести» часто не совпадает ни с геометрическим центром поверхности объекта, ни с геометрическими центрами его компонентов. Возможно наличие нескольких «центров тяжести» одновременно. Фиксационный «центр тяжести» характеризуется следующими параметрами: локализацией, фронтом (формой) и интенсивностью. Его профиль, наряду с содержанием зрительной задачи, зависит от конфигурации поверхности объекта, его локализации в поле зрения и социокультурных навыков наблюдателя.

Таким образом, проблема соотношения направленности взора и расположения (зрительного направления) предмета восприятия трансформируется в проблему соотношения функционального поля зрения и оперативной зоны фиксации, закономерности которого требуют более внимательного исследования. На сегодняшний день описаны два крайних способа восприятия объекта: симультанный («амбьентный», «глобальный») и сукцессивный («фокальный», «локальный»). Первый обеспечивает общую ориентировку в объекте, когда взор направлен в область его геометрического центра, второй – получение более детальной информации о фрагментах (элементах) объекта, когда направленность взора локализуется в пределах сравнительно узкого участка поля зрения. Нетрудно предположить существование промежуточных, или переходных, способов восприятия, которые расширяют и конкретизируют картину перцептивно-окуломоторных отношений. Добавим, что выполнение человеком не зрительной, а интеллектуальной задачи (решение «в уме») сопровождается длительным дрейфом глаз, не связанным с содержанием и структурой окружающей среды.

При повторных решениях однотипных зрительных задач характер окуломоторной активности также меняется. С укрупнением оперативных единиц восприятия стратегия и тактика решения оптимизируются, а объем движений глаз сводится к минимуму. Благодаря этим тенденциям окулография является эффективным методом изучения и/или контроля за формированием зрительных (когнитивных) действий.

В число важных детерминант окуломоторной активности входят пространственно-временные свойства окружающей среды, локализация предмета в поле зрения, стадия или этап осуществления перцептивного процесса, социокультурный опыт наблюдателя и др.

Текущая позиция взора в значительной степени определяется конфигурацией объекта восприятия и его расположением в поле зрения. Целевые и фоновые стимулы визуально объединяются в фигуры, имеющие собственный «центр тяжести». Воздействие стимулов на параметры саккад асимметрично: чаще всего амплитуда первой саккады меньше расстояния до цели, а фиксационный поворот как целое включает несколько саккад, прерывающихся короткими фиксациями; с увеличением расстояния до цели количество дополнительных саккад возрастает. Субъективно систематическое отклонение взора от предмета восприятия, как и наличие сложных по структуре поворотов глаз, наблюдателями не замечаются. Расположение предмета восприятия в зрительном поле, его значимость для наблюдателя, а также конфигурационный контекст оказывают влияние и на продолжительность латентного периода саккад.

При восприятии контурных фигур точки фиксации располагаются внутри ее границ и могут как совпадать, так и не совпадать с геометрическим центром. Точность выполнения саккады зависит от того, на какой стадии зрительного микропроцесса принимается решение о движении. Локальному выделению целевого стимула предшествует глобальное восприятие объекта и его ближайшего окружения. Чем продолжительней латентный период саккады (и, соответственно, длительность предшествующей фиксации), тем выше ее точность. Распределение фиксаций зависит от конфигурации объекта, его симметричности, размера, полноты и завершенности. Скопление фиксаций, или «зона интереса», соответствует тем областям среды, где существует наибольшая вероятность получения прогностической информации. Вместе с тем при экспозиции комплексного объекта фиксации могут как «притягиваться» к позиции целевого стимула (якорный эффект), так и «выталкиваться» им в свободное пространство, окружающее стимул (эффект вытеснения). В общем случае зрительный и фиксационный «центры тяжести» одной и той же фигуры не совпадают.

К числу детерминант, обусловливающих динамику направленности взора, относятся социокультурные навыки человека, включая навыки чтения, письма и рисования, а также выработанные в онтогенезе индивидуальные стили восприятия и действия. В частности, фиксационные повороты глаз и распределения зрительных фиксаций русскоязычных и арабоязычных наблюдателей в одних и тех же частях поля зрения, как правило, различны, а в некоторых случаях – диаметрально противоположны.

Совокупность всех возможных направлений взора при неизменном положении головы образует окуломоторное поле человека. Его структура включает 1) центральную область (от нескольких угловых минут до 1,5°); 2) парацентральную область (до 3–6°); 3) зону оптимальных поворотов (до 12–15°); 4) область, прилегающую к функциональной границе (до 25–30°); и 5) зону морфологической границы (до 40–45°). При выполнении сходных зрительных задач параметры окуломоторной активности в каждой из зон могут иметь различные значения. Окуломоторное поле асимметрично относительно вертикальной и горизонтальной осей и функционально изменчиво.

Таким образом, в каждый момент времени направленность взора полидетерминирована, причем уже в следующем микроакте восприятия структура детерминации может быть изменена. Зрительное выделение элемента среды ведет не только к увеличению, но и к уменьшению частоты фиксаций. Используемый наблюдателями способ восприятия играет роль катализатора, усиливающего действие одной из детерминант (или их группы) и меняющего соотношение остальных. В данном контексте степень точности зрительных фиксаций определяется не метрикой их отношения к зрительному направлению предмета восприятия, а положением относительно его «центра тяжести», т. е. является функциональным параметром. С изменением структуры детерминант (даже если проксимальная стимуляция остается той же самой) «эталон точности» направленности глаз меняется.

Влияние поведенческих детерминант опосредовано собственными механизмами регуляции движений глаз. Без их учета анализ окулограмм оказывается как минимум неполным.

Глазодвигательная система человека представляет собой сложноорганизованное многомерное целое, каждый акт которого складывается в самом процессе зрительного восприятия. Он включает моменты побуждения, прогнозирования, эфферентной готовности, двигательных синергии, полисенсорности и многоуровневости процессов управления. И целенаправленное смещение взора, и его устойчивая фиксация подчиняются принципам функциональной системы. В архитектонику окуломоторных актов входят: афферентный синтез – интеграция исходных предпосылок движений, принятие решения, которое реализуется путем формирования программы поворота глаз и акцептора результата действия, исполнение целенаправленных движений и обратная связь, или реафферентация, позволяющая контролировать ход выполнения программы. В терминах теории автоматического регулирования ГДС рассматривается как следящая система с отрицательной обратной связью.

Соотношение направленности взора с положением головы контролируется системой центрации, которая стремится удерживать глаз в позиции покоя. При неизменном положении головы система центрации ограничивает возможности смещения взора, устанавливая функциональную границу окуломоторного поля.

Зрительная фиксация объекта, или относительная стабилизация направленности взора, осуществляется с помощью разнонаправленного дрейфа и микросаккад. Их соотношение широко варьирует, конституируя индивидуальный тип фиксаций. Параметры (скорость, направление, амплитуда, ускорение) дрейфов и микросаккад тесно связаны с требованиями решаемой задачи, параметрами оптической стимуляции (среды), настройками внимания и др., а их биодинамические возможности в ходе устойчивой фиксации реализуются в зависимости от конкретного сочетания внешних и внутренних условий выполнения окуломоторного акта.

Большая часть фазических микродвижений глаз обеспечивает обследование миниатюрных объектов. Около трети микросаккад корректируют дрейфовые сплывы глаз во время фиксаций. По сравнению с макросаккадами, микросаккады более независимы от параметров среды и более привязаны к центральной точке фиксации.

Нечувствительность ГДС к непроизвольному смещению оптических осей порождает «зону блуждания» взора. Ее величина редко выходит за пределы 1°, варьируя в зависимости от стимульных условий, решаемой наблюдателем задачи, его состояния и др. обстоятельств. С увеличением продолжительности фиксации или в условиях безориентирного поля зрения она расширяется, при уменьшении размеров объекта восприятия – сужается.

Отсутствие реакции ГДС на небольшие по величине (2-50°) оптические изменения среды указывает на существование «мертвого пространства», или зоны нечувствительности сетчатки. Она носит функциональный характер, зависит от способа схематизации зрительного пространства и установок наблюдателя.

При дискоординациях сенсорных и моторных компонентов ГДС запускается адаптивный процесс, направленный на воссоздание согласованности компонентов и оптимальность выполнения перцептивных актов. Окуломоторная адаптация протекает в двух формах: оперативной и консервативной. Оперативное перепрограммирование ГДС выражается в быстрой (практически мгновенной) корректировке параметров цели и критериев оценки результатов движений глаз. Консервативная форма адаптации, предполагает длительную (от нескольких дней) перестройку всей системы обеспечения окуломоторного акта, включая его нормы и эталоны. Условием адаптации ГДС является активное включение субъекта в решение зрительных и двигательных задач. Психологически и целенаправленный поворот глаз и устойчивая фиксация строятся как волевое действие, достигающее заданного результата путем преодоления внешне навязанных движений. Этот процесс принимает вид приспособления субъекта к необычным условиям восприятия, зависит от величины рассогласования зрительного и эгоцентрического направлений объекта восприятия и включает этапы: 1) компенсации рассогласования; 2) оптимизации двигательного состава фиксационного поворота глаз и 3) закрепления и стабилизации окуломоторного навыка. В результате адаптации складывается новый «функциональный орган», способный обеспечить оптимальное взаимодействие субъекта восприятия с окружающим миром. В ходе адаптации ГДС выступает в трех ипостасях, как а) поисковая, б) обучающаяся и в) следящая.

Экспериментальный анализ гносеологической функции ГДС – ее способности непосредственно снимать информацию о пространственно-временных свойствах среды – показывает наличие широкого диапазона рассогласований между направлением взора и зрительным направлением объекта. Существует функциональный зазор между восприятием и действием, который характеризует меру относительной независимости параметров зрительного образа от движений глаз и одновременно пространство их ближайших преобразований. В обычной ситуации он проявляется в виде оперативной зоны фиксаций и в зависимости от условий восприятия меняет размер. До тех пор пока рассогласование зрительных и окуломоторных компонентов совершается внутри «функционального зазора», оно не оказывает серьезного влияния ни на ход восприятия, ни на характер движений глаз. Лишь выйдя за его пределы, тот или иной параметр окуломоторной активности приобретает статус внешнего, возмущающего перцептивный процесс «лимитирующего» фактора. С этой точки зрения уподобление отдельных параметров движений глаз пространственно-временным свойствам объекта выражает акт приспособления индивида к среде. Согласованность окуломоторных и собственно зрительных компонентов перцептивного процесса, а не воспроизведение «геометрии предмета» в «геометрии движений (направленности) глаз» является главным условием адекватного отражения действительности.

Рассмотренные представления образуют каркас психологической теории окуломоторной активности человека. В ее основе лежит идея системной организации психических явлений (Ломов, 1984, 1991, 1996, 2006) и положения онтологического подхода в исследованиях перцептивного процесса (Барабанщиков, 2002, 2006; Современная экспериментальная психология, 2011).

* * *

Российская психология накопила серьезный методический и концептуальный потенциал, ориентированный на решение проблем природы окуломоторной активности человека и ее использования в исследовательских и практических целях. Важным ресурсом дальнейшего развития отечественной науки является освоение новых методов регистрации и оценки движений глаз, опирающихся на широкое использование современных информационных технологий. К их числу относится айтрекинг[2 - В широком смысле айтрекинг означает любую процедуру регистрации движений глаз, в узком ограничен видеорегистрацией.] – совокупность инструментов и процедур видеорегистрации взора человека.

Литература

Андреева Е. А., Вергилес Н. Ю., Ломов Б. Ф. Механизм элементарных движений глаз как следящая система // Моторные компоненты зрения. М.: Наука, 1975. С. 7–55.

Барабанщиков В. А., Жердев И. Ю. Восприятие сложных социально значимых объектов во время быстрых движений глаз наблюдателя // Экспериментальная психология. 2014. Т. 7. № 2. С. 5–25.

Барабанщиков В. А. Восприятие и событие. СПб.: Алетейя, 2002.

Барабанщиков В. А. Динамика зрительного восприятия. М.: Наука, 1990.

Барабанщиков В. А. Жегалло А. В. Айтрекинг: методы регистрации движений глаз в психологических исследованиях и практике. М.: Когито-Центр,2014.

Барабанщиков В. А. Окуломоторные структуры восприятия. М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 1997.

Барабанщиков В. А. Психология восприятия. Организация и развитие перцептивного процесса. М.: Когито-Центр, 2006.

Барабанщиков В. А. Экспрессии лица и их восприятие. М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2012.

Барабанщиков В. А., Белопольский В. И. Стабильность видимого мира. М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2008.

Барабанщиков В. А., Белопольский В. И., Вергилес Н. Ю. Оптические методы трансформации зрительной обратной связи // Психологический журнал. 1980. № 3. С. 35–90.

Барабанщиков В. А., Жегалло А. В. Распознавание экспрессии лица в ближней периферии зрительного поля // Экспериментальная психология. 2013. № 2. С. 59–85.

Белопольский В. И. Взор человека: механизмы, модели, функции. М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2007.

Владимиров А. Д., Хомская Е. Д. Процессы экстраполяции в глазодвигательной системе. М.: Наука, 1981.

Гатев В. А. Развитие зрительно-двигательной координации в детском возрасте. София: Изд-во Болгарской Академии наук, 1973.

Гиппенрейтер Ю. Б. Движение человеческого глаза. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978.

Гуревич Б. Х. Движения глаз как основа пространственного зрения и как модель поведения. Л.: Наука, 1971.