自闭症儿童对卡通与真人动态社会情境的视觉注意特点研究

张坤，高磊，袁艺双，彭世新，徐如意

(1.华中师范大学 国家数字化学习工程技术研究中心，湖北 武汉 430079；2.华中师范大学 教育大数据国家工程实验室，湖北 武汉 430079)

一、 引言

近年来的流行病学调查数据显示，全球范围内自闭症谱系障碍(简称自闭症)患病率出现上升趋势，我国14岁以下自闭症儿童超过200万[1]。医学界并无有效药物可以治愈，只能依靠长期教育干预辅助治疗。沟通与社会交往障碍作为自闭症核心症状，严重影响自闭症儿童与他人交往和参与社会生活[2]。目前针对自闭症儿童的社交教育干预，通常包括核心反应训练法、社会故事法、录像示范法等，利用多媒体技术呈现，吸引儿童注意力，达到社交训练的目的。以合适的学习材料开展社交教育干预，可以更好地帮助自闭症儿童提高社交能力[3]。

利用眼动追踪技术[4]是教育干预治疗的突破，有研究表明自闭症儿童的社交障碍主要源于对社会性信息的视觉注意障碍[5]，表现为社会性线索使用缺陷、眼神接触异常以及特异性加工方式[6]。有研究者认为正常发展个体采用全局加工方式或构形加工方式处理社会性信息，而自闭症个体依赖局部加工方式整合信息，且较多关注嘴部区域，较少关注眼部信息[7-8]。来自神经影像学的研究表明，大脑梭状回是面部加工的重要区域，而自闭症个体的大脑梭状回激活异常[9]。

行为研究表明不同类型的实验材料也会影响自闭症儿童的视觉注意与认知加工。自闭症儿童社交教育干预的材料类型主要包括卡通与真人，材料内容主要包括面部表情与动态社会情境。有研究表明以包含真人的社会情境作为实验材料时，自闭症个体与正常发展个体的视觉注意行为具有显著差异；而以卡通形式的社会情境作为实验材料时，自闭症个体和正常发展个体的视觉注意行为相似[10-11]。然而彤(Tong)等人利用脑成像技术研究18-39岁自闭症成人在观看真人面孔、卡通面孔、猫面孔时的大脑梭状回激活程度，发现与正常发展个体相比并没有差异[12]。莫托海德(Motohide)等人在研究自闭症青年与正常发展青年识别卡通和真人的面部表情的准确性时，未发现显著差异[13]。魏玲等人利用拍摄的动态真人社会互动场景研究场景复杂度对于社会性注意的影响，发现自闭症儿童和正常发展儿童在真实社交场景下的社会性注意模式相同[14]。

由于实验方案异质性、材料设置不一致、被试生理年龄差异等，自闭症个体处理不同类型实验材料的方式与内在机制仍然存在争议；自闭症儿童社交教育干预选择卡通还是真人的社会情境作为学习材料，其效果并没有一致结论。因此本研究重点研究自闭症儿童观看不同类型社会情境学习材料的视觉注意特点，以3-6岁自闭症儿童为实验对象，采用单因素被试内设计，利用眼动追踪技术与SPSS进行分析，探究自闭症儿童对卡通与真人动态社会情境的视觉注意差异，以期为特教学校或研究者选择、设计适合自闭症儿童社交教育干预的学习材料提供指导依据。

二、研究方法

(一)实验被试

从武汉市两所特教康复机构招募37名自闭症儿童，经评估挑选后确定28名自闭症儿童作为被试(男女比24∶4)，年龄介于3-6岁之间(月龄M=53.30，D=17.13)。被试均满足以下条件：1)符合美国精神疾病分类DSM-V诊断标准；2)经发育行为儿科名副主任或主任级医师双盲确诊；3)排除严重呼吸道疾病、儿童精神分裂症、癫痫和其他脑器质性疾病；4)视觉系统发育正常。

在实验之前，与康复机构签订保密协议，与自闭症儿童家长签署知情同意书，使用《皮博迪图片词汇测试修订版》(PPVT)工具评估被试言语智商，保证被试能够理解指导语。PPVT平均得分为71.71(SD=21.19)，满足实验要求(参见表1)。

表1 被试的基本构成

(二)实验设计

实验采用单因素被试内设计，即社会情境表现形式因素，含卡通与真人两个水平。选择被试内设计是考虑到自闭症儿童个体之间差异较大，组内设计方法能避免被试的个体差异带来的偶然性，组内设计对平均数间的微小差异更加敏感，可以提高实验的敏感性。

依据PPVT得分对被试分组，将同等能力的被试随机分到两组中，保证两个组在被试人数、能力水平上保持一致。考虑到实验顺序、实验中存在的练习效应或疲劳效应可能对实验结果的影响，采用反向抵消平衡法来安排每组的实验顺序，即随机选择一组被试，先观看卡通动态社会情境视频，间隔两周后再观看真人动态社会情境视频，另一组则采用相反的实验顺序。

(三)实验设备

使用采样率为90Hz的Tobii eyeX Controller眼动仪及其配套软件包，对被试进行视觉追踪。眼动仪与1台23.8英寸(分辨率为1920×1080)戴尔台式一体机连接。使用Ogama软件对眼动仪采集到的数据进行分析与可视化呈现。

实验选择在特教康复机构的某间安静教室进行，被试坐在电脑前，被试眼睛与屏幕中心齐平，眼睛到屏幕距离约50-70厘米，选用7点校准，完成校准工作后，提示儿童观看实验材料。

(四)实验材料及流程

实验材料选自中国经典影视剧作品《家有儿女》卡通版与真人版视频。利用视频剪切软件，从中分别选取25段与儿童日常生活相关的动态社会情境，选取过程中尽量保证卡通与真人视频中的社会情境表现一致。请5名学前教育、特殊教育专业研究生进一步筛选视频内容，以保证卡通与真人视频内容符合自闭症儿童认知。最终选取出卡通与真人动态社会情境视频各12段，作为实验材料，每段时长约10-20秒。

截图提取每段视频中的社会情境要素，制作成后测实验材料，设置关于5个维度(空间、人物、关系、情绪、动作)共5个问题，以测试被试观看卡通与真人视频后对动态社会情境的理解。

实验流程分为两个阶段：1)观看阶段，即实验材料呈现阶段，如图1所示。为了让被试集中注意力，先呈现黑色背景白色十字的注视点1000毫秒，再呈现实验材料。被试在这一阶段集中注意观看视频，眼动仪记录被试在整个过程中的视觉注意。2)答题指认阶段，回答后测实验材料中设置的5个维度问题。考虑到多数自闭症儿童的语言表达能力较弱，实验采用指认的答题形式，即让被试从给定的图片选项中指认正确答案，每个问题指对得1分，指错得0分。答题指认过程如图2所示。

图1 卡通与真人动态社会情境视频呈现过程

图2 答题指认过程

(五)数据处理

动态社会情境视频中，需要关注5个兴趣区域：背景、身体、头部(不包含眼睛、嘴巴区域)、眼睛、嘴巴。利用眼动仪采集得到的注视点数据，采用人工回放标记的方法，用程序回放整个视频过程，人工判断并标记每个注视点所在的兴趣区域，从而获得各个兴趣区域的眼动数据，进而利用程序统计各个兴趣区域的注视点个数和注视时长，利用SPSS软件分析处理数据。

眼动数据分析指标包括：1)各个兴趣区域注视时长占比：计算出各个兴趣区域注视时长占总时长的比例，该指标反映自闭症儿童在观看动态社会情境时的视觉注意分配；2)指认环节各维度答题得分：统计每个被试回答全部5个维度问题的得分，该指标反映自闭症儿童对动态社会情境的理解程度。

三、实验结果

(一)兴趣区域注视时长占比分析

总体分析自闭症儿童观看不同类型社会情境视频材料注视时长占比数据，如表2所示。

表2 自闭症儿童观看不同类型视频材料的注视时长占比 %

自闭症儿童观看卡通社会情境时，对背景、头部、眼睛、嘴巴注视时长占比的均值高于观看真人社会情境，对身体的注视时长占比较少。自闭症儿童在观看真人社会情境时，对身体关注较多，较少关注动态社会情境中人物头部、眼睛、嘴巴等区域。

利用配对样本T检验，检验注视时长占比是否存在显著性差异，结果如表3所示。

表3的数据表明，背景区域注视时长占比差异不显著(t=-0.380,p>0.05)；身体区域注视时长占比组内差异显著，自闭症儿童对真人情境中身体区域的注视时长占比显著大于卡通情境(t=10.297，p<0.05)；头部区域注视时长占比差异显著，自闭症儿童对真人情境中头部区域的注视时长占比显著小于卡通情境(t=-4.156，P<0.05)；眼睛区域注视时长占比存在显著差异，自闭症儿童对真人情境中眼睛区域的注视时长占比显著小于卡通情境(t=-5.003，P<0.05)；嘴巴区域注视时长占比存在显著差异，自闭症儿童对真人情境中嘴巴区域注视时长占比显著小于卡通情境(t=-5.832，P<0.05)；眼睛区域注视时长占头部区域注视时长的比例差异显著，自闭症儿童对真人情境中眼睛区域注视时长相对头部区域注视时长的占比小于卡通情境(t=-4.334，P<0.05)。

表3 不同材料中不同区域的注视时长占比配对样本T检验

自闭症儿童观看卡通与真人动态社会情境视频的热力图如图3所示。在相似的动态社会情境中，自闭症儿童对真人情境中人物的头部区域总体关注偏少，对身体区域关注较多；自闭症儿童能够将视觉注意集中到卡通情境中人物的眼睛，却回避真实情境中人物的眼睛，而更多地去关注真实情境中人物的嘴巴区域。

图3 自闭症儿童观看卡通、真人视频的热力图

(二)答题指认得分分析

总体分析自闭症儿童回答后测实验材料中5个维度问题的得分，如表4所示。自闭症儿童在回答指认真人情境对应问题时，在空间、动作、情绪3个维度的得分均值低于卡通情境，在人物、关系维度上得分均值高于卡通情境。

表4 自闭症儿童在回答不同维度问题的得分情况(M±SD)

对上述5个维度得分进行配对样本T检验，结果如表5所示。自闭症儿童在回答指认真人情境对应问题的得分与回答指认卡通情境对应问题的得分在空间、人物、关系、动作4个维度均无显著差异(p>0.05)，在情绪维度存在显著差异(t=-2.645，P<0.05)。即让自闭症儿童回答指认卡通情境中人物情绪时，得分要显著高于指认真人情境中人物情绪的得分。这表明，相比于真人情境中人物的情绪，自闭症儿童更愿意去理解卡通人物的情绪。视觉注意偏好的眼动分析结果也显示，自闭症儿童对卡通人物头部、眼睛、嘴巴3个兴趣区域的注视时长占比显著大于真人情境，没有表现出对卡通人物眼睛的明显回避。

表5 回答不同维度问题的得分情况的配对样本T检验

四、讨论

(一)兴趣区域注视时长占比讨论

实验结果表明，除背景区域外，实验所关注的其他4个兴趣区域的注视时长占比都存在显著差异，具体表现为：自闭症儿童对卡通情境中头部、眼睛、嘴巴3个兴趣区域的注视时长占比显著大于真人情境；自闭症儿童对真人情境中身体区域的注视时长占比显著大于卡通情境；只分析头部区域时，自闭症儿童对卡通情境中眼睛区域注视时长在头部区域注视时长中的占比也显著大于真人情境。

锡克(Shic)等人研究20个月龄的自闭症儿童观看成人与儿童互动的真实情境视频时，发现自闭症儿童较少关注视频中人物头部区域，更多关注身体区域，该结论与本实验结论相似[15]。施佩尔( Speer)等人在研究9-18岁自闭症儿童与正常发展儿童的视觉注意区别中，发现仅有动态社交情境视觉注意模式存在差异，表现为自闭症儿童对眼睛的关注减少，对身体的关注增加[16]。本实验也发现自闭症儿童在真人动态社会情境中对人物身体区域关注较多，对眼睛区域关注较少。

(二)答题指认得分讨论

在答题指认环节，自闭症儿童对卡通情境中人物情绪的指认得分要显著高于真实情境中的指认得分。这表明，相比于对真人动态社会情境中人物情绪的视觉注意与认知理解，自闭症儿童更愿意去认知理解卡通人物的情绪；视觉注意偏好的眼动分析结果也显示，自闭症儿童对卡通人物头部、眼睛、嘴巴3个兴趣区域的注视时长占比显著大于真人情境，没有表现出对卡通人物眼睛的明显回避。

罗塞(Rosset)等人利用真人、卡通、简笔画等形式的表情材料，让儿童区分开心与不开心表情时发现，正常发展儿童和自闭症儿童在区分真人表情时有显著差异，正常发展儿童表现更好，但在区分卡通和简笔画表情时无显著差异[17]。本实验中自闭症儿童对卡通人物情绪的认知理解要优于真人，这与罗塞的结论相似。霍文瑶等人利用卡通人物表情作为情绪识别学习材料[18]，弗里登森·海奥 (Fridenson-Hayo)等人在游戏中加入卡通元素用于共同注意力训练并取得了较好的教育干预效果[19]，这些研究一定程度上证明了利用卡通表现形式来制作社会情境互动等学习材料，能更多地吸引自闭症儿童视觉注意，较好地改善自闭症儿童的社交能力。

(三)思考

自闭症儿童对卡通与真人动态社会情境的视觉注意特点存在差异，可以从以下三方面进一步思考：

(1)自闭症儿童采用与正常发展儿童一样的构形或全局加工方式，但这种加工方式不包括对眼睛区域的加工，有研究表明自闭症个体容易将眼神视为一种潜在的危险信号[20]，也有研究者认为眼睛直视会引发自闭症个体的高度生理唤醒，所以相比于卡通形式人物眼睛，真人的眼睛更易引发自闭症个体产生社会获得性焦虑，导致自闭症儿童对卡通与真人社会情境加工的差异，可以通过生理信号传感器采集皮肤电或脑电数据开展进一步的研究。

(2)自闭症儿童采用局部特征的加工方式，且在对面部信息处理上倾向于高度依赖嘴巴区域特征的加工方式，因而忽略了对具有丰富社会信息的眼睛的加工。

(3)卡通形式学习材料画面相对简单，更符合该年龄段儿童的认知特点，因此具有一定认知优势。

五、结论与建议

本研究以卡通与真人动态社会情境视频为实验材料，分析了自闭症儿童观看不同类型社会情境学习材料的视觉注意特点，得出以下结论：自闭症儿童对卡通情境中人物头部、眼睛等区域给予更多注视，而对真实情境中人物身体区域给予更多注视；自闭症儿童对卡通情境中人物情绪的指认得分显著高于真实情境中的指认得分。基于自闭症儿童对不同类型社会情境学习材料的选择性注意，可以为特教学校或相关研究者设计、选择教育干预学习材料提供指导依据。