失语症患者的眼动特征

王晓晓，董香丽，孙伟铭，袁 沁，袁也丰

(1.南昌大学a.第一附属医院康复医学科; b.第一临床医学院2018级； c.第二附属医院心身医学科;d.第一临床医学院康复医学教研室；e.第一临床医学院精神病学教研室;南昌330006；2.江西中医药大学人文学院心理学教研室,南昌330004)

失语症是由大脑局部病变导致的语言障碍，是一种在患者不存在意识障碍的情况下,对交流符号的认识和运用发生障碍,该障碍严重影响患者的认知功能和沟通能力，并影响其肢体功能恢复，给患者和照料者带来负担[1]。我国急性脑血管病患者中超过1/3有不同程度的语言障碍且需要接受治疗，其中脑卒中是导致失语症最常见的原因[2]，卒中后失语症患者的康复治疗已成为当今神经医学界的研究热点和攻克难题之一[3]。眼动追踪技术是一种追踪并测量眼球运行轨迹的技术，被认为是视觉信息加工研究中最有效的手段，它可以研究个体的内在认知过程，近年来在众多领域受到越来越广泛的关注和应用[4]。该技术的迅速发展为失语症康复治疗的研究提供了新途径，国内外研究者采用眼动追踪技术观测了许多失语症患者眼动追踪的特征，不断探索各种类型患者的眼球运动特征与其认知和表达之间的联系。本文对失语症患者在信息处理过程中注意、扫视、注意力分配等眼动特征的相关文献进行简要综述。

1 失语症

失语症是脑损伤后获得性语言障碍，表现为对语言文字理解或者表达能力障碍，患者后天习得的理解和(或)表达能力部分或全部丢失[5]，主要症状有听、理解、会话、阅读以及书写等功能障碍。失语症可根据病灶的部位和大小、个体因素等分为多种类型，不同类型的失语症表现出不同程度的言语功能障碍[6]，临床上常见的主要有运动性失语与感觉性失语，两者同时存在则为混合性失语，是脑血管发病、颅脑损伤患者很常见的一种病症。运动性失语症患者能理解他人的语言，但丧失部分语言表达能力，表现出语言表达障碍，有的患者虽然有残余的构音能力但不能组成完整的语言与人交流。感觉性失语患者可以表达，却表达得混乱不清、答非所问，不能理解别人与自己的话。各种类型的失语症患者都面临着与周围人群的交流问题，有的甚至不能表达自己的生理需求，还需要探索更多的治疗方法帮助他们缓解症状，提高生活质量。

2 眼动

2.1 眼动追踪技术概述

近年来，科学信息技术发展迅猛，其中包括了虹膜识别、人眼检测、人脸识别、眼动追踪等。国内外研究机构均对眼动追踪技术进行了研究并取得一定的成果[7]。伴随着眼动追踪技术的发展,人们从诸多角度对失语症患者的眼动特征展开研究，主要涉及各种失语症患者的语言文字理解、信息处理、表达等言语、语言功能的动态过程。现阶段失语症的康复治疗已不仅局限于医学范畴中针对功能的传统模式,而是向认知神经心理学上寻求更有针对性及精准的方法[8]。眼动追踪技术在失语症患者言语与认知功能领域巨大的研究价值逐渐被发掘，国外研究者对失语症的在线任务研究、词频、句子语法、语序等理解影响因素均有涉猎，但国内该领域的研究仍存在很大的局限性。

2.2 眼动指标的分类与选取

眼球运动形式多样，如眨眼、注视、眼跳等，用于评估眼球运动行为的参数则更为繁杂[9]。因此，有必要对研究需采用的眼动指标进行取舍，使用判断价值较高的眼动参数记录研究数据并进行评估[10]。人眼在阅读时表现出2种基本的运动现象，一种为眼睛相对保持静止，称为注视，阅读时的信息主要在注视期间获得，一般持续200～300 ms；另一种为眼球在注视点之间产生的跳动，称为眼跳[11]。根据眼球的运动方式，可以将眼动指标分为注视类指标和眼跳类指标两大类。注视类指标有总注视次数、首次注视时间及注视持续时间、凝视时间等，眼跳类指标主要有眼跳距离、次数、潜伏期等。

失语症患者由于大脑中枢的语言区受损，且多伴随脑损伤所致的认知障碍，造成理解障碍的同时导致耐心降低，易烦躁，情绪波动大，所以眼球运动数据采集时间不宜过长，以免受试者产生抵触心理，而影响最终的分析判断。因此在研究时，研究者需根据实际情况，选取2～3个价值较高的眼动指标，且尽量选择具有互补性的指标，相互支持进行参数分析。

2.3 Broca失语和Wernicke失语患者的眼动特征

Broca失语症是最常见的失语症之一，占卒中后失语症类型的大多数[12]，Broca失语症患者的言语能力通常受损，理解能力较好于表达能力,而Wernicke失语症患者的口语表达有严重障碍。研究者发现大多数Wernicke失语症患者阅读时注视明显增加，眼跳倾向明显减小，接近消失；Broca失语症患者的眼跳模式在阅读过程中明显得到较好的保存，注视次数和视觉搜索均明显增加；命名性失语症患者则表现得类似不熟练的正常读者[13]。

宾夕法尼亚大学YEE等[14]使用SMI EyeLink I头戴式眼动仪，监视Broca和Wernicke失语症患者词汇语义激活的眼动特征，发现其语义关联效应的趋势明显,受试者更多地将语义激活固定在与目标语义相关的对象的图片上，而不是固定在与语义无关的图片上。这两种类型患者在词汇判断任务中都表现出语义启动，说明这些患者能够将声音结构映射到词汇上，并进入词汇语义网络。

3 失语症与眼动追踪技术

眼动追踪技术在失语症中的研究目前主要涉及通过眼动仪追踪患者眼球的运动来分析其注意、语言文字理解、句子加工等语言认知特点，为失语症的临床治疗提供依据，促进失语症患者的语言功能恢复。眼动追踪技术基于视觉中央凹所关注的区域是人类注意的落脚点，也是认知加工过程的核心,可以通过眼球面对刺激材料时的运动规律来推断个人的认知加工过程。眼动追踪不需要言语、书面或手势反应，或对设备的操作(如电脑鼠标或操纵杆)，具有极好的应用潜力，而我国该技术在失语症领域的研究相比于国外比较迟缓，尚处于发展阶段，研究范围也比较局限。

4 眼动追踪技术在失语症研究中的应用

4.1 理解能力

失语症患者阅读理解能力受损，通常难以理解复杂的句子，尤其是那些不遵循其语法规范或典型词句顺序的句子[15]。临床上评估失语症患者可以了解其社会交流能力，有助于从“生物-心理-社会”整体上制定个体化治疗方案[16]，有研究者将眼动追踪技术应用于评估失语症患者理解能力。视觉情境范式(visual world paradigm，VWP)是一种基于语言处理会导致视觉显示上的注意力转移的思想，是研究口语理解的一种眼动范式。COOPER[17]基于这种思想，将注视的时机和方式与视觉工作空间上显示的潜在参考对象对齐，来分析语言理解中涉及的认知过程，从视觉刺激的注视中推断出理解能力与听觉刺激之间的紧密联系，深入了解实时句子处理的过程，这是一项较早将眼动监测的思想用于失语症患者中的研究。ARANTZETA等[18]研究发现失语症患者保留了词汇理解能力，但语法处理方面存在困难，单词顺序对使用自由词语序组句的失语症患者的句子理解能力有重要影响，这与语言种类有关。

另外有研究[19]发现，失语症患者在词汇图片匹配任务中表现出色，在在线句子理解过程中对句中词频的影响表现敏感，在处理含有低频率单词的句子时存在困难，表明临床医生在评估和治疗患者句子水平的理解缺陷时应考虑使用频率相对较高的词汇。还有研究者[20]使用眼动追踪技术记录失语症个体在阅读文本、场景记忆和场景搜索时的注视时间和扫视幅度，发现失语症患者在执行阅读任务时表现出相当强的扫视特定缺陷，阅读时可能采用了一种补偿性策略，而Wernicke失语症患者则有记忆缺陷,证明文本阅读和场景记忆任务在失语症患者区分方面意义显著，可以使用眼动追踪技术在特定任务中区分具有不同失语症类型的人，为临床上利用该技术评估失语症患者语言障碍和非语言认知功能提供依据。MACK等[21-22]选取失语症患者与非失语症患者开展对照试验，选用ASL EYE-TRAC 6000远程眼动仪记录参与者注视的位置(采样率为60 Hz)，让其接受以被动句使用和理解为重点的语言治疗，并指示参与者进行句-图匹配任务，结果显示由治疗引起的句子理解能力的提高会反映在眼动模式中，与治疗前相比，失语症参与者在治疗后的搜索任务中表现出更好的理解力和被动句使用,重点关注患者的造句和阅读理解的治疗效果更加明显。KNILANS等[23]使用SR Research Eyelink 1000眼动仪记录眼动(采样率为1000 Hz)，验证阅读时眼动追踪可作为检查失语症患者句子理解能力的一种方法，结果表明，失语症患者在阅读时对句子结构的复杂性和结构的频率都很敏感，句子结构的复杂性和频率都可能影响失语症患者的理解。

4.2 眼动交互设计

大脑皮层的语言中枢控制语言行为，语言中枢一旦受损，就会出现一系列的语言障碍。失语症是一种比较常见的语言中枢受损的症状，言语交流困难是失语症患者最普遍的临床表现，同时该类患者多伴有身体瘫痪，难以用肢体及语言进行交流[24]。眼睛是心灵的窗户，是人类获取和处理信息的重要渠道，捕捉了80%～90%的外界信息[25]。于是有研究者欲通过测量眼睛注视点的位置、眼球相对头部的运动与视线输入信息的交互方式实现对眼球运动的追踪，提供一种基于眼睛追踪的控制系统,使得设备发声来表达患者的主观需求[26]。研究眼动交互设计使设备发声来帮助失语症患者表达需求，便成了眼动追踪技术研究的一个重要方向。

多数患有失语症的人不能仅通过语言表达来满足他们的功能性交流需求，还需要依靠扩大性及替代性沟通系统(augmentative and alternative communication system,AAC)辅助他们交流。ACC指任何能够帮助一个人提高沟通能力和效率的设备、系统或方式，临床上还需要解决其沟通支持的常见障碍，提高患者与他人之间沟通的能力和效率[27]。眼动被视为人机通信的关键实时输入介质，通过患者的眼睛提供简单方便的交互模式，与设备交互对计算机进行输入，为失语用户提供简单方便的交流渠道[28]。根据交流对象的表达使设备发声反馈来为患者解决交流障碍，可以帮助医生治疗患者，减轻护理人员压力，减少患者的心理负担，使患者更有信心恢复健康。

4.3 注意力分配

失语症患者不仅有语言障碍，还难以正确分配语言处理所需的注意力资源。注意力是一种有限的资源，当面对竞争性任务的同时需要处理多重刺激时，注意力只能分配给有限数量的给定任务，所以注意限制被认为有助于克服语言理解障碍[29]，注意力分配不足将影响失语症患者的语言理解和康复潜力。有效的注意力分配方法对进一步阐明注意力和失语症语言缺陷之间的关系至关重要，了解注意力分配和语言理解之间的相互作用成为临床工作者和研究人员促进失语症康复研究的重要方向之一。

不同于普通的数据评估分析，对失语症患者的注意力分配的评估监测存在严峻挑战。对此，眼动追踪方法不仅可以有效解决上述问题，还具有低成本的特点，具有广阔前景。双任务范式能够研究注意在两个并行任务间是如何发挥指向和调节作用[30]。有研究者[31]采用双任务范式，结合眼动追踪技术开发和评估26名失语症成年人与33名非语言障碍者的听觉理解和视觉搜索任务，在线测量其注意力分配过程，记录注意力分配需求随着单任务到双任务条件以及简单到复杂刺激而显著增加，结果证明了新颖的眼动追踪方法在评估失语症患者注意力分配方面的有效性，为临床评估与治疗提供依据。THIESSEN等[32]研究失语症患者在两个感兴趣区域的视觉注意模式，证明患者会对图像中的参与线索做出反应，并且视觉注意力可以通过在文本化图像中放置参与任务的人物形象而改变，为研究人员和临床医生提供了证据。

5 结语与展望

眼动追踪技术可追踪不同条件下受试者视觉参与的信息处理过程，反映思维活动，早期多应用在认知心理研究，渐渐在阅读、广告、精神障碍、交通、工效学等各种领域发展并广泛应用[33]。在医学领域中，眼动追踪技术仍比较多地在自闭症、精神分裂症等认知疾病和精神障碍研究中应用[34]。除去各种技术发展的影响，由于汉语与英语及其他语言的差异，我国研究者对失语症患者的研究切入点与其他国家研究也有很大差异，而这也正是值得我国研究者思考与借鉴之处，将相关研究朝着多样化、系统化以及标准化方向发展，深入眼动追踪技术在失语症患者听理解及阅读、句子、词汇等言语接受与表达过程的研究，为临床治疗与康复提供依据。市场上眼动仪种类众多，不同公司生产的不同型号设备测量不同的参数，而且国内现有的眼动追踪技术对失语症的研究样本量往往较小，这些都会对实验结果与临床分析造成影响。因此，应该采取科学的研究方案，加大对失语症患者眼动特征的分析,在可能的情况下,将失语症患者眼动特征与患者脑损伤区城进行关联,进一步探讨其内在机制。