第二节 阅读中的眼动研究范式
在眼动阅读研究的实验中，阅读材料通过电脑屏幕呈现，被试的眼动轨迹通过高分辨率的摄像头记录，不同的眼动仪有其配套的刺激呈现软件和数据分析软件。眼动阅读研究常用的眼动仪是加拿大SR Research公司生产的Eyelink 1000 Plus[5]，它的准确率高，空间噪声低，采样率可以达到每秒1000次或2000次。该眼动仪硬件安装可以选择有头部支撑的塔式（tower mount）、桌式（desktop mount）或没有头部支撑的遥测模式（re-mote mode）。一般不需要命名或是出声阅读的实验选择有头部支撑的模式，这样准确率更高。相反，当需要被试发声，或是研究儿童这样的被试群体时，则选择遥测模式。由于被试头部没有定位好，眼动仪刷新率和准确率都会受到一定的影响。本书报告的研究使用的都是Eyelink 1000的塔式设置。
针对阅读研究中不同的问题，研究者开发了对应的研究范式。眼动阅读可以呈现语篇，不过语篇实验需要注意的是，句子之间的行距应该有三倍或以上，因为眼动追踪的准确率在纵向上并不如在横向上准确，如果句子行距太小，就难以分辨注视点是属于上一行还是下一行的句子。更普遍的做法是，研究者用单行句子（single-line sentence）作为刺激材料，通过变化句中关键词/兴趣区来探讨不同条件下的词汇通达、语义整合、句法分析等加工问题。
词汇识别（word recognition），指被试从接收单词的视觉信息到从心理词典中将该词的语义信息提取出来，是个很大范围的研究，目前研究者发现影响词汇识别的因素有：词频、英文单词的词长或中文单词的笔画数、抽象程度、透明度、相邻词的数目等（详见第二章研究成果的介绍）。这类研究问题对眼动范式的要求不高，研究者只需要变化关键词性质，例如，在词频研究中，研究者把高频词和低频词放在相同的句子里，句子语境相同，不同的仅是关键词的频率，如果高频词的阅读时间比低频词短，则说明高频词相对较容易加工。例如，在以下句子a 和b中：
a.The concerned steward calmed the child.
b.The concerned student calmed the child.
“steward”（乘务员）是低频词，“student”（学生）是高频词，这两个词音节数、词长都相同。低频词的注视时间比高频词的注视时间要长30～90毫秒（Rayner ＆ Duffy，1986；Inhoff ＆ Rayner，1986）。他们还发现，目标词的词频还会影响其后一个词的加工，在这个例子里，“calmed”在低频词“steward”后的加工时间会比在高频词“student”后的长。
类似的控制还可以探讨语境对词语的预测性对词语加工的影响。跟语境高预测性的词相比，语境低预测性的词的首次阅读时间、凝视时间要长。同样地，研究者可以探讨语义整合和句法加工的问题。在这些句子阅读研究中，眼动仪校准完成后，读者可以按照自己的阅读速度，理解了句子的意思后按键结束。研究者通过比较不同条件下兴趣区的阅读时间，来推论其认知加工机制，这是最常见的眼动阅读程序。
然而，眼动追踪不仅可以考察眼睛当前注视的材料加工状况，还可以更精细地探讨信息加工范围和性质的问题，例如，阅读的知觉广度（perceptual span）——有效的视觉范围，读者能从注视点右边获取何种类型的信息，中央凹和副中央凹视觉区信息加工的速率等问题。要探讨这些问题，则需要采用眼动随动显示技术（eye movement contingent display technology）；眼动仪根据实时监测到的被试眼睛运动的情况，按照实验者的设计，给被试呈现不同的材料。材料的出现不是一成不变的，而是由每一个被试的眼动轨迹控制的。下面笔者将详细介绍眼动随动显示技术里的不同范式。
一 移动窗口范式（the moving window paradigm）
移动窗口范式是McConkie 和 Rayner（1975）为研究阅读知觉广度而设计的，是研究阅读知觉广度的经典范式。该范式在屏幕上呈现阅读材料（往往是句子），当被试阅读时，在每一个注视点附近有一个可见范围也就是移动窗口。研究者设定窗口的大小，可以是以字母或是以词为单位，窗口内显示的文字是正常的，窗口外的内容则被掩蔽（英文研究里多用字母X做掩蔽刺激）。窗口的内容会随着注视点的移动而变化，被试可以通过移动眼睛使窗口移动到句子其他位置上以获取新的信息或是回去看先前经过的信息。每一次发生眼跳，先前的窗口消失，后面新的窗口出现，窗口位置上的信息得以呈现。例如，对于英文句子“It is well known that viewers can allocate attention independent”，图1-3设置了15个和29个字母的窗口，1个和3个单词的窗口。
（1）15个字母的窗口
（2）29个字母的窗口
（3）1个单词的窗口
（4）3个单词的窗口
图1-3 移动窗口范式示例
注：眼睛可以在句子上自由移动，不管注视点落在哪里，可见窗口范围保持一致。该例子来自Rayner（2009）综述。
通过控制移动窗口的大小，研究者可以控制被试在一次注视中能够获取的信息范围。如果窗口大小大于或等于读者在一个注视点中能够获取的信息，被试的眼动模式跟在没有窗口条件下阅读时相同；但是，如果窗口大小小于读者在一个注视点中能够获取的信息，则阅读受阻，跟在没有窗口条件下的阅读相比，表现出更慢的效应。对于母语是英文的读者来说，阅读知觉广度为注视点左侧3～4个字符空间、右侧14～15个字符空间（Rayner，1998，2009）。对于汉语阅读而言，阅读知觉广度是注视字左侧一个字、右侧二到三个字（Inhoff ＆ Liu，1998）。现在对熟练阅读者知觉广度的研究已经比较成熟，研究者转向关注不同阅读水平和年龄的读者、二语学习者的知觉广度，以及不同阅读材料、文本的质量如何影响知觉广度的大小。
二 移动掩蔽范式（the moving mask paradigm）
移动掩蔽范式是Rayner 和 Bertera（1979）为研究中央凹视觉区在阅读中的作用而设计的。移动掩蔽范式中被试注视点附近的文本被掩蔽，掩蔽区域以外的文字正常显示，如图1-4所示。这与移动窗口技术中注视点附近的文本正常显示、窗口外文本被掩蔽相反，但两种范式都应用了相同的原理，即通过控制可见区域的大小来控制读者注视能够获取的信息量。在移动掩蔽范式中，当掩蔽的窗口较小，只有中央凹视觉区域被掩蔽时，被试仍然可以通过副中央凹视觉区进行阅读，但当掩蔽的窗口较大，中央凹和副中央凹视觉区域都被掩蔽时，被试几乎无法进行阅读。例如，Rayner 和Bertera（1979）研究发现当掩蔽范围为注视点周围 7 个字符时，被试仍可以进行阅读；当掩蔽范围扩大到注视点周围 11～17 个字符时，被试无法进行正常的阅读。相比年轻人，老年人更容易受掩蔽窗口大小的影响（Rayner，Yang，Schuett，＆ Slattery，2014）。
图1-4 移动掩蔽范式示例，其掩蔽窗口为7个字母
注：眼睛可以在句子上自由移动，不管注视点落在哪里，掩蔽窗口范围保持一致。该例子来自Rayner（2009）综述。
三 边界变化范式（the boundary display change paradigm）
边界技术也是眼动随动显示技术的一种，它的出现是为了探讨读者能从注视点右侧的副中央凹视觉区获得何种信息（Rayner，1975，2014）。它利用了眼跳过程无法获取信息这一特点，由眼跳来引发显示内容的变换。在使用该技术时，首先要在文章中确定某个单词所在的位置，该位置被称为“关键词位置”（target word location）。在关键词的左边设定一个“边界位置”（boundary location）。在实验中当被试的眼睛落在或越过这个看不见的“边界位置”时，关键词位置上的内容就会被目标词替换。例如，对于句子“It is well known that viewers can allocate attention independent”，确定其目标词为“viewers”，在该词左边设立一条看不见的边界，在被试眼睛跨过该边界前，用不同的刺激来替代目标词，该刺激又叫预视刺激（prafoveal preview）。如图1-5所示，在（1）中，预视刺激是“readers”，跟目标刺激“viewers”语义相关；在（2）中，预视刺激是前三个字母跟目标刺激相同的字母串“vievcnr”；在（3）中，预视刺激是跟目标刺激字形不同的字母串hbgkrsk。
（1）预视刺激与目标刺激语义相关
（2）预视刺激与目标刺激前三个字母相同
（3）预视刺激与目标刺激字形不同
图1-5 边界变化范式示例
注：“+”代表眼睛的位置，边界位于单词“that”和“viewers”之间，在被试眼睛跨过边界前，目标词“viewers”位置上呈现预视刺激，当被试眼睛跨过边界后，预视刺激被目标词替代。该例子来自Rayner、Liversedge、White 和 Vergilino-Perez（2009）综述。
这种实验方法的逻辑是：如果被试在跨过边界前，能够从预视刺激上获取信息，那么当被试跨过边界后注视目标词时，阅读模式会受预视信息的影响。如果预视信息能促进目标词的加工，目标词的注视时间会比当预视信息不能促进目标词加工时短，如图1-5所示，在条件（2）下目标词的阅读时间会比条件（3）的短，因为预视刺激前三个字母跟目标词相同，可以促进对目标词的加工，从而表现出预视效应。但是，采用边界技术，从预视刺激到目标刺激的变化是否影响读者的阅读呢？大量研究表明，由于变化发生在眼跳过程当中，如果呈现刺激的显示器的刷新率足够高（一般采用150Hz的CRT显示器），眼动仪的校准准确（误差在0.5度甚至0.2度视角内），被试不会察觉到变化。
边界变化范式主要用于研究副中央凹视觉区域的信息，大量研究表明，当掩蔽副中央凹上的信息时，读者的阅读速度会减慢（Rayner，1998，2009）。但是副中央凹能获取何种信息，与中央凹加工是否存在交互作用，依然是研究者十分关注的问题。研究者通过变化预视刺激与目标刺激的关系，如语义相关，或是语音相关和字形相关等，能够推断读者能从副中央凹视觉区域获得何种信息，因此，它也是本书报告的实证研究中主要采用的范式。
四 快速启动范式（the fast-priming paradigm）
快速启动范式是Sereno和Rayner（1992）为研究阅读任务中字词启动的时间进程而设计的。快速启动范式与边界变化范式的原理相似，都通过边界控制刺激内容。跟边界变化范式不同的是，在快速启动范式中，边界不是刚好在目标词位置的左边，而是左边更远一点。在被试的眼跳越过边界之前，目标刺激位置上是一个掩蔽刺激，当被试的眼跳越过该边界时，掩蔽刺激被启动刺激代替（启动刺激呈现的时间取决于实验的设计，如90毫秒），其后启动刺激被目标刺激代替，如图1-6所示。
图1-6 快速启动范式示例
注：在该示例中，“＊”代表眼睛的位置，目标词是“hate”，“|”代表边界的位置。在眼睛越过边界前，目标词信息被随机字母串“gzsd”掩蔽；当眼睛跨过边界后，目标位置程序启动刺激“love”，而后被目标刺激替代。例子来自Sereno ＆ Rayner（1992）。
跟边界变化范式相比，快速启动范式目标词位置上的刺激变化三次，复杂程度更高。第一次的屏蔽刺激是为了避免被试对启动刺激进行副中央凹的预视加工，以保证对启动刺激的加工是当眼睛落在该刺激上才开始的。如果被试获得了启动刺激的信息，将对目标词的加工产生影响，例如在图1-6例子中，跟语义无关的启动刺激相比，目标词“love”在语义相关启动词“hate”的条件下，注视时间更短。Sereno和Rayner（1992）发现相关启动刺激呈现 30毫秒时产生了显著的启动效应。Lee、Rayner 和 Pollatsek（1999）的研究发现，启动时间在 29～35毫秒，语音相关信息启动效应显著，在32毫秒的启动条件下，出现同义启动效应。Lee、Rayner 和 Pollatsek（2002）还发现，辅音的加工比元音快。
五 消失文本范式（the disappearing text paradigm）
消失文本范式是Rayner、Liversedge、White 和 Vergilino-Perez（2003）为考察被试在阅读过程中信息提取所需要的时间而设计的。消失文本范式控制被试注视单词的呈现时长，如60毫秒，当超过该预定时间时，单词会消失，注视点所在位置变为空白。当下一个注视开始时，先前消失的注视词会重新出现，新注视的单词在预定时间后消失，见图1-7。
图1-7 消失文本范式示例
注：在该示例中，研究者没有确定目标词，每一个单词被注视60毫秒后会消失，直到被试看向下一个单词。例子来自Rayeer等（2003）。
消失文本范式认为，注视词在呈现某一特定时间后消失，如果眼动指标与在正常阅读条件下无显著差异，那么可以推测出该时间是加工单词所需要的最少时间。如果注视词呈现时间小于该时间，那么阅读就会变慢（表现出注视时间增长、眼跳距离变短等效应）。通过消失文本范式能够研究阅读信息的提取时间和视觉刺激与语言信息对眼动的影响。研究发现，被试在消失文本条件下仍存在明显的词频效应（Rayner，Liversedge et al.，2003）。Rayner、Liversedge 和 White（2006）还发现，当前注视词在呈现60毫秒后消失几乎不会对阅读过程产生显著的影响。对于汉语阅读而言，消失文本范式发现双字词在呈现 80毫秒后消失不会影响正常阅读（闫国利、王文静、白学军，2007）。
[1]对于希伯来文的读者来说，由于其文字印刷是从右到左的，他们向前的眼跳是从右到左，回视加工的方向则是从左到右，刚好跟文字印刷方向相反。
[2]包括该区域在第一次加工中被跳读的情况。
[3]注视率（fixation rate）是与跳视率相对应的反映相同性质加工的指标，因此本书只介绍其中一个。
[4]该研究结果后来被其他研究者所反驳，见本书总讨论部分关于眼跳的论述。
[5]在Eyelink 1k和2k问世之前，还有Eyelink 1 和2型号的眼动仪。Eyelink 2依然在生产和销售，它的分辨率为500次/秒，即每两毫秒记录一次，可以满足大部分研究的需要。它的缺点是操作性不如Eyelink 1k和2k方便，对主试和被试的要求较高。被试在实验过程中需要戴上一个类似头盔的架子（摄像头位于头盔的前端），难以坚持超过半小时的实验。不过，由于摄像头的角度可以自由调节，跟Eyelink 1k和2k相比有利于避开眼镜的反射（如果被试戴眼镜）。