快樂與憤怒表情識別眼動研究

劉 平，馮曉杭

（長春師范學院教育科學學院，吉林長春 130032）

表情識別（Emotion Expression Recognition）是近年來情緒心理學研究領域中日趨引人注目的研究主題之一。早在1972年，心理學家Ekman與Friesen最早提出了人類有六種主要情感，每種情感都以唯一的表情反映一種獨特的心理活動。這六種情感被稱為基本情感，由快樂(happiness)、憤怒（anger）、悲傷(sadness)、驚訝(surprise)、厭惡(disgust)和恐懼(fear)組成，其中快樂和憤怒是人類社會活動中較為普遍存在和發生的基本情緒[1]。

人類表情的識別在個體發展過程中起著重要的作用，同時表情識別技術在社會生活中的應用也越來越廣泛，主要應用領域包括人機交互、安全領域、機器人制造、醫療、通信領域等。美國心理學家Ekman等人主要運用人臉活動的編碼系統FACS(Facial Action CodingSystem)方法進行表情識別的研究。他們根據人面部肌肉的類型和運動特征定義了基本表情活動單元，稱為AU（Action Unit），人臉面部的各種表情最終能分解對應到各個AU上來，從而可以系統地分析各種表情特征信息，為表情識別的研究提供了一種較為有效的方法。隨著對表情研究技術的不斷深入探討，人們逐漸開始探索應用多種不同的方法和手段來分析人們表情識別的特征。眼動實驗就是近年來應用越來越多的研究方法之一。眼動實驗是指人們借助某些儀器，對被試在進行操作時的眼睛活動情況進行記錄，借此分析大腦的思維過程。早期人們主要利用照相、電影攝影等方式來記錄眼球運動情況，現在利用眼動儀等先進實驗工具，可以得到更加精確的眼動記錄，為心理學研究，尤其是表情識別提供更加有效、科學的數據信息。眼動實驗的原理主要是：主試利用一小束對人體無害的微弱光束，射向被試的眼睛，這束從眼球表面反射回來的光就記錄了眼球運動的情況。對該光束進行分析，即可對人腦思維活動情況進行推測。本研究主要是利用眼動技術記錄人們在進行快樂和憤怒這兩種情緒識別時的特征，進而分析人們情緒識別時的特征，在眼動指標方面，如注視時間、注視次數、眼跳潛伏期、回視次數以及總注視時間上的差異。

1 實驗過程

1.1 實驗對象

預備實驗：首先，招募高校在讀大學生參加情緒圖片識別，共40人（男生20人，女生20人），研究者通過預備實驗，讓被試對快樂和憤怒這兩種情緒進行情緒識別，確定正式實驗所用的情緒圖片。然后，進行情緒圖片的預備眼動實驗研究。招募高校在讀大學生10人參加眼動預備實驗。通過預備實驗，對實驗程序進行修改和完善。

正式實驗：36名大學生參加眼動正式實驗（男生16人，女生20人，平均年齡22.1歲），刪除無效被試10人，最終參加正式實驗的有效被試是26人。被試裸視、矯正視力均為正常，實驗前無強烈情緒反應，情緒較為平穩，符合進行該項實驗的基本要求。

1.2 實驗儀器

采用的是加拿大SR-research公司生產的EYELINK-II型頭盔式眼動儀。該眼動儀器主要是通過頭盔上的兩個攝像頭負責采集瞳孔或角膜反射的紅外光信號，然后通過頭盔與主試機之間的連線將數據信號傳人主試機程序中，最后研究者對此數據進行處理與分析。

1.3 實驗材料

實驗采用429cm×618cm的快樂與憤怒表情圖片。實驗前通過圖片庫查找同一張人臉的快樂與憤怒兩種情緒圖片，被試對兩種表情圖片進行辨認采用的是5等級評分，即數字“1”代表“完全不符合”，數字“5”代表“完全符合”。正式實驗的材料是一名男性表情面孔，為快樂與憤怒兩種表情圖片。根據實驗研究的目的每張情緒圖片配有兩個選項，在被試對圖片做出判斷后，請被試做出選擇。

實驗材料的呈現：被試機為19英寸純平液晶顯示器，通過被試機的程序設置呈現給被試。被試機的刷新率為85Hz。實驗時被試眼睛與屏幕中心的距離保持為60cm。

1.4 實驗設計

該實驗采用的是單因素被試內設計。自變量為兩種基本情緒——快樂和憤怒，因變量為注視次數、平均注視時間、最大瞳孔距離、平均瞳孔距離、總注視時間。

1.5 實驗過程

實驗過程分兩個階段。階段一：預備實驗。階段二：正式實驗。預備實驗和正式實驗的基本流程一致，主要由練習部分和正式部分組成。（1）練習部分：練習部分的指導語如下：“同學，你好！這是一項關于快樂和憤怒兩種情緒識別的眼動研究，請您判斷下面的圖片屬于哪一種情緒，請真實作答。一旦做出判斷，請迅速按鍵，按鍵1=快樂，按鍵2=恐懼。請準備好，開始！”（2）正式部分：練習部分結束后，被試稍作休息，接著正式實驗部分開始。正式實驗部分的指導語如下：“下面我們開始正式實驗?！敝笇дZ如下：“同學，你好！這是一項關于快樂和憤怒兩種情緒識別的眼動研究，請您判斷下面的圖片屬于哪一種情緒，請真實作答！一旦做出判斷，請迅速按鍵，按鍵1=快樂，按鍵2=恐懼。請準備好，開始！”

1.6 實驗數據處理

采用SPSS17.0軟件進行獨立樣本t檢驗統計分析。

2 數據分析

2.1 注視次數眼動分析

對眼動數據進行T檢驗統計分析，選取注視次數進行平均數比較。數據分析結果顯示兩種基本情緒快樂與憤怒眼動在注視次數這個眼動指標上差異顯著（表1）。

表1 注視次數比較分析

由表1得知，大學生在識別快樂和憤怒這兩種基本情緒時，快樂的注視次數顯著高于憤怒的注釋次數，即M快樂7.85>M憤怒7.31，P<0.05。

2.2 最大瞳孔距離的眼動分析

經T檢驗統計分析，結果發現大學生在進行快樂與憤怒兩種基本表情識別時，最大瞳孔距離差異不顯著（表2）。

表2 最大瞳孔距離比較分析

由表2得知，大學生在識別快樂和憤怒這兩種表情時，最大瞳孔距離沒有顯著不同，但是總體上快樂的最大瞳孔距離高于憤怒的最大瞳孔距離，即M快樂834.69>M憤怒796.96。

2.3 總注視時間的眼動分析

經T檢驗統計分析，發現在大學生在識別快樂與憤怒這兩種基本情緒時，總注視時間差異顯著（P=0.005）（表3）。

表3 總注視時間比較分析

由表3可以得知，大學生在識別基本情緒快樂、憤怒時，用來識別憤怒的時間要顯著高于快樂的表情識別，即 M快樂1854.92

3 討論

首先，通過本研究發現，大學生在識別快樂和憤怒這兩種基本情緒時，快樂的注視次數顯著高于憤怒的注視次數。這一研究結果說明，人們在進行表情識別和判斷時會更多地運用注視的次數，來判斷和識別情緒的類型。與憤怒的表情相比，快樂被注視的次數相對更多，即被注視的頻次較多。其次，大學生在識別快樂和憤怒這兩種表情時，最大瞳孔距離沒有顯著差異。瞳孔距離即兩個眼球中心點的距離，也就是指兩眼瞳孔中心之間的距離，在眼位沒有任何偏斜的情況下瞳距等于兩眼視軸之間的距離[2]。當個體在識別或者辨認圖片時，瞳孔大小會發生變化。雖然本研究發現快樂與恐懼的最大瞳孔距離沒有顯著不同，但是從二者的平均分數上可以看出快樂的最大瞳孔距離高于憤怒的最大瞳孔距離，也就是說，有可能人們在進行快樂這種情緒識別時，會更多地睜大雙眼。這一觀點還有待進一步的研究驗證。最后，本研究發現大學生在識別快樂、憤怒時，憤怒表情的識別所需要的總注視時間顯著高于快樂表情識別。這說明人們在識別憤怒時，相對于快樂而言關注的時間較長。分析差異的原因，這可能與這兩種表情發生時參與的面部活動單位不同有關，參與表現憤怒的表情活動更加豐富，而快樂的面部肌肉活動單位較為明顯[3]。

[1]陳少華.情緒心理學[M].濟南：濟南大學出版社，2008：34-45.

[2]李強，侯艷紅，苗丹民，等.不同情緒模式圖片眼動特征的研究[J].中國行為醫學科學,2006,12(12)：1121-1122.

[3]（美）卡萊特.情緒[M].周仁來，譯.北京：中國輕工業出版社，2009：29-46.