10个月～6岁儿童面孔注视偏好的眼动特征研究

周树青 ，刘福临，侯 立，张 昕，魏 宁，洪 琴，池 霞 ，禹东川，童梅玲 *

1. 南京医科大学（中国南京 211166）；2. 南京医科大学附属妇产医院（中国南京 210004）；3. 东南大学生物科学与医学工程学院（中国南京 210096）

近年来，越来越多的研究［1-2］表明，眼动是一种客观的、可以被用来评估儿童视觉表现的手段。而视觉表现可以作为儿童，尤其是婴幼儿面孔认知等心理认知的重要评估手段之一，在评估神经发育障碍儿童方面有很好的应用前景［3］。目前的眼动研究大多针对学龄儿童，且无特定的面孔认知的模式，样本量偏小，缺乏有关儿童在面孔认知方面注视偏好的眼动特征的研究报道［4］。本研究拟探讨10个月～6岁的正常儿童对面孔认知注视偏好的眼动特征及规律，为神经发育障碍儿童的临床早期识别提供有效的参考依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

采取便利抽样和分层随机抽样的方法，收集在南京市妇幼保健院儿童保健科门诊接受健康体检的儿童和南京市三家幼儿园的儿童共540人作为研究对象，根据年龄进行分组。本研究经南京医科大学附属南京市妇幼保健院伦理审查委员会批准，并取得儿童家长的书面知情同意。

1.1.1 纳入标准 ① 出生孕周≥37周，且出生体质量≥2 500 g；② 年龄10个月～ 6岁；③ 眼外观正常、视力筛查通过，且视力发育（含矫正视力）符合同年龄发育水平［5］；④ 生后未发生严重的躯体疾病或神经系统疾病；⑤ 0～6岁儿童智能发育筛查测验（developmental screen test, DST），发育商（developmental quotient, DQ）≥85，且智商（intelligence quotient, IQ） ≥85。

1.1.2 排除标准 ① 出生孕周＜37周，或出生体质量＜2 500 g；② 年龄＜10个月或≥7岁；③ 眼外观异常或视力筛查未通过（包含未矫正的屈光不正、弱视、眼球震颤、斜视、器质性视力障碍如先天性白内障、青光眼、皮质盲等，近期眼部外伤、眼部感染等特殊情况）；④ 患有严重神经系统疾病（Ⅲ级以上颅内出血、弥漫性脑白质病变等）；⑤ 诊断明确的发育迟缓（智力、语言、运动、

社交及全面发育迟缓）；⑥ 诊断明确的发育行为问题（孤独症、注意缺陷与多动障碍等）；⑦ 基因、遗传代谢病等。

1.2 方法

1.2.1 测试工具 Tobii Eye Tracking IS4 Large Peripheral眼动仪，包括21.5寸显示器及软件包，屏幕分辨率设置1920×1080。被试眼动数据由眼动仪配套的程序软件收集，参数设置为双眼追踪，90 Hz采样率，追踪框尺寸为40 cm × 30 cm。

1.2.2 校准程序 测试房间安静，家长戴眼罩遮盖双眼，抱被试者坐在眼动仪前75 cm处。屏幕中央先呈现一个直径为1 cm的蓝色圆点，被试需注视蓝色圆点一段时间，直至圆点爆炸消失，即可进入三点校准。三点校准时，被试依次在每个蓝色圆点处注视一段时间，直至所有圆点爆炸消失，完成两次三点校准后，即可进入刺激界面。

1.2.3 建立范式及试验顺序 结合文献［2］和实践经验，本研究选取了儿童、成年年轻女性和男性（以下简称女性和男性）的头像，面部表情平和，头像使用获得同意，分辨率为900×940，构建面孔注视偏好的2个范式。① 范式一：为多个面孔注视，注视目标为女性、儿童、男性面孔。女性、儿童、男性面孔同时呈现，随机排列为6幅图，首先呈现2 s的灰色雪花（以消除受试儿童之前的记忆），接着呈现第一幅组合画面3 s，捕获孩子眼动注视的时程数据，再依次呈现其他5幅组合画面，记录数据。② 范式二：为单个面孔注视，面孔注视目标区域分为额区、眼区、鼻区、嘴区，女性、儿童、男性面孔依次分别呈现8 s（呈现之前均有2 s的灰色雪花），捕获孩子眼动注视的时程数据。

1.2.4 数据过滤 有效注视次数取眼睛注视停留在1度视角超过100 ms为1次有效注视，低于此阈值作为噪音过滤。有效采样比例过滤标准，＜3岁儿童为50%， 3～6岁儿童为70%［6］。

1.2.5 分析指标 ① 范式一的区域注视率：对目标区域（女性、儿童或男性面孔）的注视次数/总注视次数（女性、儿童、男性面孔与空白区域），反映被试儿童对目标的视觉偏好。② 范式二的首次注视区：被试注视点首先落在的目标区域（额区、眼区、鼻区或嘴区），且注视时长≥100 ms，反映被试儿童首先选择注视的目标。③ 范式二的区域注视率：对目标区域（额区、眼区、鼻区或嘴区）的注视次数/总注视次数（额区、眼区、鼻区、嘴区与空白区域），反映被试儿童对目标的视觉偏好。

1.3 统计学方法

采用Microsoft Office Excel 2019录入原始数据整理成数据库，SPSS 20.0软件核查并统计分析数据，定性资料用卡方检验，定量资料采用单因素方差分析、Welch检验及配对样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

540名儿童根据年龄分为9组：10个月～组（≥10个月且＜1岁）、1岁～组（≥1岁且＜1.5岁）、1.5岁～组（≥1.5岁且＜2岁）、2岁～组（≥2岁且＜ 2.5岁）、2.5岁～组（≥2.5岁且＜3岁）、3岁～组（≥3岁且＜4岁）、4岁～组（≥4岁且＜ 5岁）、5岁～组（≥5岁且＜6岁）、6岁～组（≥6岁且＜ 7岁）。每组男女各30名。

2.2 范式一各年龄组的区域注视率比较和年龄的注视轨迹

2.2.1 区域注视率 在10个月～组、1岁～组、1.5岁～组、2岁～组、2.5岁～组，儿童对女性面孔的注视率均高于对儿童、男性面孔的注视率，除2.5岁～组外差异均有统计学意义（P＜0.05）；但对儿童面孔与对男性面孔注视率的差异均无统计学差异（P＞0.05）。在3岁～组、4岁～组、5岁～组、6岁～组，儿童对儿童面孔的注视率均高于对女性和男性面孔的注视率，除3岁～组外差异均有统计学意义（P＜0.05），但对女性面孔与男性面孔注视率的差异无统计学意义（P＞0.05）。详见表1。

表1 多个面孔注视时的区域注视率比较

（续表1）

2.2.2 区域注视率的年龄注视轨迹 儿童对女性面孔注视率在2.5岁以前随年龄增长逐渐上升，2.5岁后逐渐下降；对儿童面孔注视率随年龄增长而增长；对男性面孔注视率在3岁以前随年龄增长逐步上升，3岁以后逐步下降。从女性、儿童、男性面孔3条年龄注视轨迹看，女性面孔与儿童面孔注视率的交叉点出现在2.5～3岁；而男性面孔注视率始终低于女性和儿童面孔，无交叉点。详见图1。

图1 多个面孔注视时区域注视率的年龄注视轨迹

2.3 范式二各年龄组首次注视区、年龄的注视轨迹和区域注视率比较

2.3.1 首次注视区构成比 各年龄组儿童注视女性、儿童面孔时，均呈现出眼区的首次注视占比最高，且差异有统计学意义（P＜0.05）；而注视男性面孔时，呈现出嘴区首次注视占比最高，且差异有统计学意义（P＜0.05）。详见表2。

表2 单个面孔注视时首次注视区的比较 %

2.3.2 首次注视区的年龄注视轨迹 儿童对女性、儿童、男性面孔不同区域的首次注视呈现的年龄注视轨迹走向平稳，无明显的年龄差别。各年龄组对女性、儿童面孔的眼区首次注视占比最高，鼻区最低，额区与嘴区出现小范围交叉。各年龄组对男性面孔的首次注视嘴区占比最高，其次是眼区、嘴区，鼻区最低。详见图2。

图2 单个面孔注视时首次注视区的年龄注视轨迹

2.3.3 各年龄组的区域注视率 各年龄组儿童对女性、儿童、男性面孔眼区的注视率均显著高于其他区域，呈现为眼区＞鼻区＞嘴区＞额区。不同区域注视率进一步的两两比较结果显示，各年龄组对不同面孔的眼区注视率与额区、鼻区、嘴区注视率的差异均有统计学意义（P＜0.01）。详见表3。

表3 单个面孔注视时区域注视率的比较 %

（续表3）

3 讨论

3.1 儿童面孔注视偏好眼动特征研究的临床意义

面孔认知是儿童融入社会生活中的一项重要功能。人与人之间的沟通交流大部分建立在对面部信息的读取基础之上，获得社交信息，识别他人心境 、情绪和意向。研究［7］表明，对面孔的认知可以反映儿童社会能力的发展状况。3月龄儿童可以识别带养人的面孔，对带养人表现出特殊的依恋；6月龄儿童可以识别陌生人，表现出认生。面孔认知主要通过视觉表现被观察。而视觉表现大多是主观的，缺乏一种客观的评估手段。近年来，随着交叉学科的发展，眼动仪因其客观性和非接触性等优点，逐步用于儿童的视觉表现评估［1-2］。因此，眼动是评估儿童视觉表现的一种客观高效、准确的手段。本研究从面孔认知角度，设计多个面孔注视和单个面孔注视的范式，研究10个月～ 6岁正常儿童其注视偏好的眼动特征及规律，拟为临床早期识别神经发育障碍儿童提供参考依据，具有现实的临床意义。

3.2 儿童对不同面孔的注视偏好存在年龄特征和规律

本研究结果显示：3岁前的儿童注视不同面孔时，相比于注视儿童和男性面孔呈现出更关注女性面孔的特征。从儿童社会发育里程碑来看，4～7个月的婴幼儿开始出现认生现象，对带养者有特殊的依恋，能够辨别陌生人，出现偏好女性面孔的注视特征，这与本研究结果相一致。分析其原因：① 大多数婴幼儿早期主要由女性照顾，有更多的机会接触成年女性脸部，处理女性面孔的经验更多；② 与婴幼儿互动的方式上，女性与婴幼儿玩更多的视觉游戏，有更多的身体接触，故成年女性更能引起其注意［8］；③ 婴幼儿早期对男女面孔在大脑的映像是有区别的，女性为具体面孔，男性为简要结构，从而婴幼儿较早形成了对女性面孔原型的识别［9］；④ 婴幼儿擅长处理女性面孔，会增加看女性面孔的倾向［10］。 因此，提示正常儿童在3岁前更关注女性面孔。

本研究结果显示：3岁以后的儿童更关注儿童面孔的特征。分析其原因：① 儿童逐步进入幼儿园，接触到更多的同龄玩伴，且对于处理儿童的面孔原型有了更多经验［11］；② 呈现的儿童面孔照片与被试儿童年龄相仿，且该年龄儿童自我意识已形成，故表现出“同龄效应”［12］。所以，正常3岁以后的儿童更关注儿童面孔。儿童对男性面孔的关注始终低于女性和儿童面孔，其原因可能与日常生活中男性对儿童的带养较少，与儿童接触较少，儿童缺乏对男性面孔的处理经验有关［8］；也可能与婴幼儿对男性面孔原型在大脑中图像形成时间较晚有关［10］。

从女性、儿童、男性面孔年龄注视轨迹看，儿童对女性、儿童和男性面孔的注视轨迹存在一定的规律，对女性面孔的注视在2.5岁后出现了下降，对男性面孔的注视在3岁以后出现下降，而对儿童面孔的注视是随着年龄的增长而持续上升，女性面孔与儿童面孔注视率轨迹的交叉点出现在2.5～3岁；而男性面孔注视率始终低于女性和儿童面孔，并无交叉。提示儿童出生后首先对母亲面孔的关注度高，随着年龄的增长在2.5岁以后开始转向对儿童自身的关注。这符合儿童神经心理发育的过程，在3岁前出现自我意识的萌芽，3岁以后自我意识逐渐形成，开始对人、对事、对自己有了一些比较稳定的态度。这些正常儿童表现的特征和规律将有助于来早期识别存在发育问题的婴幼儿。

3.3 不同年龄儿童对面孔不同区域的注视偏好相对恒定，眼区是所有年龄儿童的视觉偏好

本研究结果显示，所有年龄儿童对女性、儿童面孔的首次注视区均为眼区，与Taylor等［13］在4～15岁的研究结果相仿。尽管起始扫描位置不同，但儿童的首注视点大多集中在眼区，眼区具有面孔认知的时间优先性，本研究在6岁前小年龄儿童也得出相同结论。所有年龄儿童对男性面孔首次注视区则是嘴区占比最高，查阅文献尚未有相似结果报道。可能的解释是：男性面孔的内部特征使其具有威胁性，儿童会通过减少首次注视包含较多社会信息的眼区，来降低威胁性带来的压迫不适感［14］。本研究组将进一步扩大样本量来作深入探索。各年龄组儿童对女性、儿童、男性面孔不同区域的首次注视呈现的轨迹趋势平稳，女性和儿童面孔的眼区＞嘴区＞额区＞鼻区，而男性则是嘴区＞眼区＞额区＞鼻区，这提示了不同年龄对不同面孔不同区域的注视偏好没有年龄的变化。

各年龄组儿童对女性、儿童、男性面孔的眼区注视率均显著高于其他区域。尽管对男性面孔的首次注视点出现在嘴区，但最终区域的注视率还是眼区最高，这充分提示了眼区是儿童对所有面孔注视的视觉偏好。Smith等［15］的眼动研究也显示正常儿童更多地看向眼睛，与本研究结果相符。分析其原因：① 知觉场假说认为，注视眼区的知觉范围较大，对面孔的整体加工程度更强，使得眼区成为面孔的知觉场中心，具有范围优势［16］；② 面孔整体加工的区域选择性假说认为，人们会有选择性地整合面孔上的不同区域信息，具体表现为对眼区的整体加工程度较强［17］；③ 社会注视信息假说认为，眼区含有的大量社会注视信息会引起人们的注意，同时激活人们的杏仁核，促进对睁眼面孔的整体加工［18］。本研究的结果提示，小年龄儿童在面孔认知过程中同样呈现对眼区的认知优势，成为视觉偏好。

3.4 儿童对面孔注视偏好的眼动特征用于早期识别神经发育障碍的可行性

神经发育障碍儿童在早期就会表现出异常的面孔认知。如孤独症谱系障碍儿童在10月龄左右就出现较少看向人的面孔，且回避面孔的眼睛区域，更注意耳朵、下巴等非特征区的面孔识别特征［19］，发育迟缓儿童会表现出延迟认人，提示面孔认知异常可能是神经发育障碍的一种早期表现。本研究获取了10个月～ 6岁正常儿童面孔注视偏好的眼动特征及规律，可运用于临床，为临床早期识别神经发育障碍儿童提供参考依据。本研究后期将扩大样本量，作进一步的分析，并将开展神经发育障碍儿童的面孔注视偏好的眼动研究，为临床早期识别神经发育异常儿童提供一种客观有效的筛查方法。