研究背景

孤獨(dú)癥是一種帶有社交缺陷特征的發(fā)育障礙，這種病癥的患病人數(shù)在過去的30年中增加了十倍。對孤獨(dú)癥的診斷取決于是否每種癥狀都符合診斷的標(biāo)準(zhǔn)的正確判斷。這意味著雖然可以召集專家到現(xiàn)場進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，但卻無法滿足越來越多的孤獨(dú)癥診斷需求。因此，開發(fā)一套可以被非專業(yè)人士使用的能夠準(zhǔn)確地（準(zhǔn)度度可與經(jīng)過訓(xùn)練的專家相媲美）對孤獨(dú)癥進(jìn)行診斷的系統(tǒng)是非常必要的。

眼動數(shù)據(jù)分析就是這套系統(tǒng)的其中一個候選方案。近年來，無需佩戴任何束縛性設(shè)備的非侵入式眼動追蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確度有了很大的提高。這種新技術(shù)已使對嬰幼兒的眼動追蹤測試與成人一樣容易。

研究目標(biāo)

本研究的目標(biāo)是開發(fā)一種既可用于成年人也可用于青少年的通過眼動測量數(shù)據(jù)來識別孤獨(dú)癥個體的定量方法。

空間-時間眼動模式的記錄與分析

研究團(tuán)隊(duì)檢驗(yàn)了25名孤獨(dú)癥兒童 (平均年齡， 3:1 歲)， 25名符合此年齡段的正常兒童(TD children)， 27 名ASD成年患者 (平均年齡30 歲)和27名正常成年人 (平均年齡32 歲) 在觀看一段截取自幼兒電視節(jié)目的生態(tài)類視頻片段時的時間-空間眼動模式。

這段視頻刺激材料長度為77秒，由12個較短的包含聲音內(nèi)容的視頻片斷組成，每個片段約為6秒鐘。這些片斷都帶有一個、兩個、三個或更多的角色，有的是批次進(jìn)行談話，有的則是對電視機(jī)前的觀眾進(jìn)行訴說，言語在每個場景中會帶有不同程度的社會內(nèi)容和干擾性內(nèi)容。使用Tobii X50遙測式眼動儀以50Hz的采樣率采集被試者雙眼的注視位置數(shù)據(jù)。為了得到所有被試者的全部眼動模式，我們了多維標(biāo)度對數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總。同時我們也測量了對眼睛和嘴部的觀察時間。

"Tobii眼動儀的一個獨(dú)有優(yōu)勢是是需要讓被試者坐在眼動儀前就可以進(jìn)行測試，而無需使用頜托或頭套。定標(biāo)程序非常簡單，而且在被試者出現(xiàn)一定幅度的頭動時也能獲得精確的數(shù)據(jù)。這項(xiàng)功能對于那些通常不愿意保持靜坐的孤獨(dú)癥兒童的測試來說是最大的一個優(yōu)勢。"大阪大學(xué)生命機(jī)能研究所大腦動態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究部的Shigeru Kitazawa教授說道。

對眼睛和嘴部的觀察

孤獨(dú)癥研究中一項(xiàng)眾多周知的言論是患有孤獨(dú)癥的成年人對人物嘴部的觀察要比眼部要多。而對于患有孤獨(dú)癥的兒童來說，言論則并不統(tǒng)一。研究團(tuán)隊(duì)決定先從此假設(shè)入手開始研究。

該理論對成年人來說看來是正確的，因?yàn)檎�常被試群組對人物眼睛的觀察時間高于孤獨(dú)癥患者群體對人物眼睛的觀察時間。但是研究結(jié)果表明在兒童被試組，正常兒童被試組對人物嘴部的觀察時間要高于孤獨(dú)癥兒童被試組。

不同年齡段的差異

通過兒童與成年人眼動數(shù)據(jù)的逐幀對比，當(dāng)人物開始講話時，兩個群體之間的數(shù)據(jù)有著顯著的差異 。成年人通常會觀察人物角色的眼睛（左圖），而多數(shù)正常兒童則會關(guān)注人物的嘴部（中圖）。在言語發(fā)展過程中，可能存在一段將語音與嘴部動作相關(guān)聯(lián)的時期。當(dāng)兒童積累了一定程度的經(jīng)驗(yàn)后，他們就會去關(guān)注講話者的眼睛來獲取豐富的社交信息。假設(shè)關(guān)注重點(diǎn)從嘴部轉(zhuǎn)移到眼睛的變化是根據(jù)年齡出現(xiàn)的，那么根據(jù)這種對眼睛/嘴部的觀察時間來得到一種適用于各年齡的社交障礙的指標(biāo)是不可能的。

研究團(tuán)隊(duì)決定使用從Tobii眼動儀獲得的所有可用的時間-空間注視模式來構(gòu)建一種指標(biāo)。

對時間性眼動模式數(shù)據(jù)的多維標(biāo)度分析

為了將所有被試者的時間性眼動模式納入分析中，研究團(tuán)隊(duì)使用了多維標(biāo)度對數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總。簡而言之，就是以每3850個時間點(diǎn)（50Hz*77s）計(jì)算注視位置之間的距離。因此研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算了每對被試者的3850個時間點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)并將3850這個距離的中值作為兩名被試者之間的距離。然后將多維標(biāo)度應(yīng)用到每名被試者的二維平面數(shù)據(jù)構(gòu)圖中，使每對被試者的距離盡量得到保留。如果一對被試者中的時間-空間注視軌跡相似，則在構(gòu)圖中他們兩者間的距離會非常接近，反之亦然。因此，如果一組被試者的注視行為相似，將在二維平面上得到一個集簇，而注視行為有差異的將得到發(fā)散式的呈現(xiàn)結(jié)果。

按此方式構(gòu)建出出時間-空間注視模式圖后，多數(shù)受控被試組都被分配到近中央?yún)^(qū)域的位置，而多數(shù)孤獨(dú)癥被試者則分布在周圍區(qū)域（見右上圖的模式圖，圖中中心位置的“+”代表中值，可理解為觀看視頻刺激材料時最常規(guī)的觀看方式）。因此受控組到“中央?yún)^(qū)域”的距離（多維標(biāo)度距離）要小于ASD被試組。研究結(jié)果顯示出常規(guī)受控組的時間-空間注視模式是相似的，而孤獨(dú)癥被試組中，每名被試者之間顯示出不規(guī)則的注視行為。

臨床應(yīng)用的可能性

多維標(biāo)度平面圖中，到“中央?yún)^(qū)域”的距離表現(xiàn)出與標(biāo)準(zhǔn)時間-空間注視模式的偏離程度，可有效地對兒童（87%）和成人（75%）的受控被試組和ASD被試組進(jìn)行區(qū)分。研究團(tuán)隊(duì)希望這項(xiàng)距離指標(biāo)可以被作為一項(xiàng)孤獨(dú)癥的社交障礙的評估指標(biāo)，應(yīng)用到成年人和兒童的診斷中。

研究團(tuán)隊(duì)還將相似的方法應(yīng)用到一些特殊的患有言語障礙（SLI）的被試測試中，此類被試者言語發(fā)育遲緩但沒有社交障礙。在多維標(biāo)度平面圖中，還可以將言語障礙個體從受控被試組中識別出來，準(zhǔn)確率可達(dá)到80% 。通過測量與多維標(biāo)度中值的距離，還可以將言語障礙被試組從孤獨(dú)癥被試組中識別出來，準(zhǔn)確率相同。最后，通過言語障礙被試組與受控被試組的對比，可看出言語障礙個體對人物嘴部的觀察多于正常被試個體。

一種社交障礙的檢測方式

通過對個體在觀察本研究中類似的視頻刺激而得到的時間性注視模式的分析可得到大量有意義的信息。通過對此類信息的提取，可以初步構(gòu)建一個簡單但有效地社交障礙檢測方法。在未來的應(yīng)用中，使用相同的方法對治療方法的效果評估將非常有幫助。

為何使用眼動追蹤？為何選擇Tobii？

"通過引入眼動追蹤技術(shù)，就算是非專業(yè)人士也能夠從非言語兒童被試者獲得充足的數(shù)據(jù)。此方法可應(yīng)用到更廣泛的情形中，如兒童發(fā)育障礙的識別等”。 大阪大學(xué)生命機(jī)能研究所大腦動態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究部的Shigeru Kitazawa教授說道。