眼動行為模式訓練影響運動表象效果的眼動研究

梁祎明，張忠秋

表象訓練是體育運動實踐中應用最廣泛的心理訓練方法之一，能夠促進運動技能的獲得、緩解緊張焦慮、增強自信心等，為其找到具體的操作方法和客觀的評價指標非常重要。

關于表象建構的眼動機制，LAENG和TEODORESCN提出了兩種觀點：功能性理由和副現象理由。功能性理由認為，眼動是表象產生的必要條件，每個注視點所提取的信息直接影響表象的建構過程，表象與知覺存在“功能等價”，表象是通過再現知覺過程中眼動模式而產生的；副現象理由則認為：表象中的眼動是自然發生的，眼動只是對表象的反映，不影響表象的建構過程。他們還通過試驗驗證了副現象理由的不合理性，認為眼動在表象的建構過程中起到了功能性的作用，支持了功能性理由[1]。目前有關表象眼動的研究主要采用“清醒”范式[2]，是指對清醒狀態下有意識表象建構中的眼動研究[3]。以往關于表象眼動研究所使用的試驗材料多為靜態圖片，探討對靜態圖片表象過程中的眼動機制，而靜態圖片與實際運動情境相差較遠。在運動心理學的研究中，讓運動員觀看連續的視頻刺激更接近真實的運動情景，所得的結果也更能解釋運動員在實際運動情景下的視覺行為[4]。另有研究證明，視覺表象存在可塑性，游旭群研究了飛行員的表象旋轉加工能力，發現，經過練習，飛行員的表象旋轉加工能力有所提高[5]。

本研究基于“功能性理由”和“表象可塑性”的觀點，運用“清醒”范式，使用跳水動作視頻作為試驗材料，考察被試表象運動場景過程中的眼動特征，構建運動表象效果最佳時的眼動行為模式，并將該模式應用于表象訓練，考察眼動行為訓練對運動表象效果的影響，試圖為表象訓練提供新的可操作方法和評價指標。

1 試驗1：構建最佳運動表象效果的眼動行為模式

1.1 方 法

1.1.1 被 試 北京體育大學非體育專業大四學生60名，其中男32人，女28人，年齡在20至25歲之間，所有被試的視力或矯正視力正常，均未參加過類似的試驗，且均沒有接受過跳水運動的訓練。

1.1.2 儀器和材料 德國SMI公司生產的iview X HED頭盔式眼動儀一臺（收集并記錄被試的眼動指標），IBM ThinkPad T61筆記本電腦一臺（呈現視頻材料）。

跳水動作視頻。選取2010年第17屆跳水世界杯男子10 m跳臺決賽視頻錄像（定點拍攝），運用影片編輯軟件（Windows Movie Maker 2．6）剪切運動員若干個完整的成功動作（從跳臺上準備起跳或走臺開始到入水結束），時間在10 s左右。所有被試在正式試驗中觀看的跳水動作視頻是相同的。

跳水動作表象效果問卷。該問卷根據跳水的技術動作編寫，共9個問題，每個問題分“是”、“否”、“不清楚”3種回答，問卷不需被試填寫，由主試提問被試并記錄結果。

訪談提綱。共4個問題，知覺階段和表象階段各2個問題，要求被試自己描述眼動軌跡和關注的信息點。

1.1.3 設計與程序 試驗采用單因素兩水平被試間設計。自變量為被試的表象成績（表象正確率），因變量為被試的眼動行為模式（眼動軌跡、注視次數等）。根據表象的正確率將被試分為兩組，表象正確率前27%為甲組（16人），表象正確率后27%為乙組（16人），將甲乙兩組被試的眼動行為模式進行對比，并結合訪談結果，構建最佳運動表象效果的眼動行為模式。

試驗采取一對一的形式，每次帶一名被試進入試驗室，被試先熟悉試驗室環境，再觀看幾段預備材料（與正式試驗材料類似的跳水動作視頻），讓被試了解試驗材料和要求。在進行正式試驗前，需要對被試進行眼校準，被試坐在屏幕正前方，眼睛距離屏幕約60 cm，給被試帶上眼動儀的頭盔，調節位于被試左眼前下方的半反半透鏡，使角膜反射點和瞳孔反射點能清晰穩定地顯示在瞳孔監視器上，被試保持身體和頭部位置不動，進行9點校準。整個試驗過程要求被試保持頭部不動。（1）提醒：在白色屏幕的中心位置呈現一個直徑約1．5 cm的黑色圓點，要求被試注視該圓點，準備好后開始正式試驗；（2）知覺階段：被試觀看一個跳水動作視頻（20 s）；（3）被試閉眼休息 20 s，緩解視疲勞以及防止視覺后像對表象階段的影響；（4）表象階段：被試進行睜眼的視覺表象20 s。

試驗結束后提問動作表象效果（共32人），從兩組被試中分別隨機選取8名被試（共16人）進行談談。

1.1.4 數據處理 眼動數據由眼動儀自動記錄，用德國SMI公司提供的眼動數據分析軟件BeGazeTM2對眼動數據進行分析，再用Excel2007和SPSS15．0進行統計處理。表象成績由主試記錄，并錄入SPSS15．0進行統計處理。

1.2 結果

兩組被試的眼動軌跡特征為：甲組被試的眼動軌跡主要跟隨實際的動作軌跡，注視點主要分布在實際的動作軌跡范圍內；乙組被試的眼動軌跡也基本跟隨實際的運動軌跡，但落在其他區域的注視點也占了一定比例，注視點的分布與甲組相比較為分散（見圖1、圖2）。知覺和表象階段的眼動軌跡具有很高的相似性。

圖1 甲組知覺和表象階段的眼動軌跡Figure 1 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of A-Group

圖2 乙組知覺和表象階段的眼動軌跡Figure 2 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of B-Group

獨立樣本T檢驗的結果顯示：甲乙兩組被試知覺和表象兩階段的注視次數、注視點持續時間和注視頻率均存在顯著性差異（見表 1）。（1）甲注視次數＜乙注視次數，t知覺（15）=2．593，P=0．021；t表象（15）=3．457，P=0．004。（2） 甲注視點持續時間＞乙注視點持續時間，t知覺（15）=3．800，P=0．002；t表象（15）=2．967，P=0．01。（3）甲注視頻率＜乙注視頻率，t知覺（15）=3．936，P=0．002；t表象（15）=6．862，P=0．000。（4）甲乙組被試兩階段的平均眼跳距離均不存在顯著性差異，t知覺（15）=0．682，P=0．514，t表象（15）=0．977，P=0．355。但甲組的標準差較小，而乙組的標準差較大，說明甲組中各個被試的眼跳距離比較均衡。結合眼動的軌跡可以看出：甲組被試的眼跳主要是豎向，與運動的實際軌跡相近似；乙組被試橫向豎向均有大幅度的眼跳。

表1 兩組被試眼動指標的均值和標準差Table 1 Mean Values and Standard Deviations of Eye Movement Indexes of Two Groups

對被試的訪談結果是對試驗研究結果的補充（見表2）。從對訪談結果可以看出，甲組被試的表象效果更好，觀看和想象動作對眼動主要跟隨了實際的動作軌跡，且能關連到動作的整個過程。

根據以上的試驗結果，最佳運動表象效果的眼動行為模式為：眼動軌跡跟隨實際的動作軌跡，注視點主要保持在實際的動作軌跡范圍內；在固定的時間內較少改變注視點，延長每個注視點的持續時間，采用相對較低的注視頻率；表象階段的眼動模式仿照知覺階段的眼動模式。

表2 甲乙兩組被試的訪談結果Table 2 Results of Interview for Two Groups

2 試驗2：眼動行為模式訓練對運動表象效果的影響

2.1 方 法

2.1.1 被 試 國家體科所的實習生12名，其中男女各6名，年齡在20至30歲之間，所有被試的視力或矯正視力正常，均未參加過類似的試驗，且均沒有接受過跳水運動的訓練。

2.1.2 儀器和材料 試驗儀器、跳水動作視頻和跳水動作表象效果問卷同試驗1。

視覺表象清晰度問卷（VVIQ）由MARKS設計并修訂[6]。問卷共16題，內容包括人物、天空、實物和風景畫4部分，分別從事物的顏色、形狀等特征出發，考察被試的視覺表象清晰度。

表象清晰度自評問卷是評價表象清晰度簡捷有效的工具，為“沒有表象—非常清晰”9級Likert量表。

訪談提綱，共4個問題，自由眼動組和限制眼動組各2個問題。

2.1.3 設計與程序 試驗采用單因素三水平被試間設計，水平一：沒有經過眼動行為訓練的被試組（自由組）；水平二：在知覺和表象階段均要求眼睛的注視點保持在屏幕中央（限制組），但仍然能保證整個屏幕都在被試的視野范圍之內；水平三：經過眼動行為訓練的被試組（訓練組）。

正式試驗前，首先向所有被試發放視覺表象清晰度問卷，按照問卷得分及性別比例，均衡地將被試分到3個不同的試驗組，每組4人。（1）自由組和限制組：觀看10段與正式試驗類似的跳水動作視頻，只讓其觀看不告知試驗目的；（2）訓練組：觀看10段與正式試驗類似的跳水動作視頻，觀看時按照試驗1構建出的“最佳運動表象效果的眼動行為模式”對被試進行眼動行為訓練，也不告知試驗目的。

正式試驗的指導語為：自由組：觀看和表象動作時目光可以自由移動；限制組：觀看和表象動作時將目光始終保持在屏幕的中央；訓練組：按照學習的眼動行為模式觀看和表象動作。

試驗程序與試驗1基本相同，區別是本試驗在知覺和表象前各組要插入不同的指導語，表象結束后被試還需進行表象清晰度自評。數據處理同試驗1。

2.2 結 果

2.2.1 表象清晰度的匹配 由于表象清晰度存在個體差異，且影響表象效果，因此首先根據表象清晰度將被試分組，使各試驗組被試在表象清晰度方面保持同質性。視覺表象清晰度在試驗處理組被試的匹配情況見表3。

表3 視覺表象清晰度在試驗處理組被試的匹配情況Table 3 Matching Subjects in the Experimental Group Based on Their Vividness of Visual Image

2.2.2 眼動指標 3組被試的眼動軌跡特征為：自由組被試的眼動軌跡主要跟隨了實際的動作軌跡，但落在其他區域的注視點也占了一定比例，眼動軌跡與眼動訓練組相比顯得比較分散；限制組被試的眼動軌跡基本集中在屏幕中央；訓練組被試的眼動軌跡基本跟隨了實際的動作軌跡（見圖3、圖4、圖5）。知覺和表象階段的眼動軌跡具有很高的相似性。

圖3 自由組知覺和表象階段的眼動軌跡Figure 3 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of Free-Group

圖4 限制組知覺和表象階段的眼動軌跡Figure 4 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of Restricted-Group

單因素方差分析的結果顯示：3組被試知覺和表象階段的注視次數、注視點持續時間和注視頻率均存在顯著性差異（見表4）。（1）注視次數：自由組＞訓練組＞限制組，F知覺（2，9）=11．631；P=0．003，F表象（2，9）=11．631，P=0．003。事后檢驗，自由組與其他兩組存在顯著性差異（P＜0．05）。（2）注視點持續時間：限制組＞訓練組＞自由組，F知覺（2，9）=21．165，P=0．000；F表象（2，9）=38．110，P=0．003。事后檢驗，3組被試兩兩之間均存在顯著性差異（P＜0．05）。（3）注視頻率：自由組＞訓練組＞限制組，F知覺（2，9）=6．271，P=0．02；F表象（2，9）=6．426，P=0．006。事后檢驗,限制組與其他兩組存在顯著性差異（P＜0．05）。

2.2.3 表象效果 單因素方差分析的結果顯示：3組被試的表象清晰度和正確率均存在顯著性差異（見表5）。（1）表象清晰度：訓練組＞自由組＞限制組，F（2，9）=9．632，P=0．006。事后檢驗，3組被試兩兩之間均存在顯著性差異（P＜0．05）。（2）表象正確率：訓練組＞自由組＞限制組，F（2，9）=10．308，P=0．005。事后檢驗，訓練組與其他兩組存在顯著性差異（P＜0．05）。

表4 3組被試眼動指標的均值和標準差Table 4 Mean Values and Standard Deviations of Eye Movement Indexes of Three Groups

圖5 訓練組知覺和表象階段的眼動軌跡Figure 5 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of Training-Group

表5 3組被試表象效果的均值和標準差Table 5 Mean Values and Standard Deviations of Image Effect of Three Groups

2.2.4 訪談 從訪談結果可以看出，對眼動進行限制會影響觀看的質量和對動作的記憶（見表6）。

表6 自由組和限制組被試的訪談結果Table 6 Results of Interview for Free-Group and Restricted-Group

3 討 論

3.1 表象建構的眼動機制

HEBB首次明確提出眼動是視知覺和視表象中的必要成分，他認為眼動是表象產生過程中不可缺少的條件，知覺是通過一系列的眼動，逐一注視知覺對象的各個部分，多次注視結果的整合形成知覺，而表象是知覺過程的再現，表象過程同樣存在著具有組織功能的眼動現象[7]。BRANT和STARK研究發現：視覺表象中存在著與知覺過程相似的眼動現象，表象和知覺過程中的眼動軌跡非常相似，而且表象的眼動模式反映了知覺的內容和其各部分的空間分布。他們認為，視覺表象中這種有序的眼動模式對于表象的產生起到了功能性的作用，眼動軌跡與表象的建構和表象各部分的準確定位有關[8]。CALMELS等人研究發現：體操運動員進行實際的跳馬動作和表象跳馬動作所花費的時間是大致相同的，說明心理表象和實際的動作之間存在時間的一致性[9]。

試驗1的研究發現：表象效果好的被試的眼動軌跡基本跟隨了實際的動作軌跡。試驗2的研究發現：訓練組被試的表象清晰度和正確率都顯著好于自由組和限制組，且限制組被試的表象正確率顯著低于自由組，對限制組被試的訪談結果也證明破壞眼動會使知覺和表象都受到影響。兩個試驗的結果與HEBB、BRANT和STARK以及LAENG和TEODORESCN等人的研究結果相一致，支持了眼動在表象過程中扮演功能性角色的觀點。

本研究結果表明眼動行為訓練可以作為表象訓練的一種新方法，表象過程中的眼動特征可以作為評價表象訓練效果的一項新的指標。

3.2 運動知覺和表象過程中的眼動

注視圖像的過程中，眼球的運動不是連續的，而是跳躍式的。兩次跳躍之間有一個相對靜止的狀態，稱為注視。當對一個注視內容加工完成后，就會出現下一次注視。注視的多少，即注視次數；注視點持續時間是指被試每個注視點平均所停留的時間；注視頻率是被試平均每秒的注視次數。在本試驗中，因為視頻的呈現時間和表象的時間是固定的，所以注視次數和注視點持續時間成反比；注視次數和注視頻率成正比。MANN研究發現：注視次數和注視點持續時間是有效地區分專家運動員和新手運動員的眼動指標[10]。

已有研究表明：在固定時間內較少的改變注視點能夠提高信息搜索的績效，使信息加工的效率更高；延長每個注視點的持續時間和采用相對較低的注視頻率能夠使信息加工更為細致和準確。MANN研究發現：在兩種不同的視覺呈現方式中（錄像呈現或靜止圖片呈現），都是運動專家的注視次數少，注視點持續時間長，說明不論何種呈現方式，專家運動員的視覺搜索效率都比新手運動員高[10]。MORENO比較體操項目專家教練員和新手教練員的視覺模式時發現：專家教練員比新手教練員的注視時間長，注視次數少，說明專家比新手更能對關鍵區域進行精細的加工[11]。

試驗1的研究發現：表象效果好的被試注視次數較少，注視點持續時間較長，注視頻率較低，說明表象效果好的被試在知覺和表象動作視頻的過程中，使用的信息加工策略更好，信息加工的效率更高且更細致和準確。

3.3 表象與知覺的關系

王甦，孫揚提出表象和知覺有相同或相似的內部過程，二者在機能上是等價的觀點。所謂表象和知覺的機能等價，是指同一作業分別通過表象和知覺來完成時達到相同或相似的結果，因此表象和知覺有相同或相似的內部過程，二者在機能上是等價的[12]。

20世紀70年代開始，心理學家們對于表象和知覺是否具有相同的腦機制進行研究，從神經層面為表象和知覺的機能等價提供了證據，研究大多采用腦損傷的患者為研究對象[13-14]。20世紀90年代以來，心理學家們采用 ERP、fMRI、PET、TMS和SPECT等各種先進技術研究正常人，獲得了更多證明表象和知覺機能等價的神經證據[15-18]。以往研究大都采用靜態圖片作為知覺和表象的材料，本研究發現：被試對動態視頻進行知覺和表象時，兩者的眼動特征也存在很大程度的相似性，研究結果表明對于運動情境也存在表象和知覺的機能等價。

4 結 論

最佳運動表象效果的眼動行為模式為：眼動軌跡跟隨實際的動作軌跡，注視點主要保持在實際的動作軌跡范圍內；在固定時間內較少改變注視點，延長每個注視點的持續時間，采用相對較低的注視頻率；表象階段的眼動模式仿照知覺階段的眼動模式。經過“最佳眼動行為模式”的訓練能夠有效地提高運動表象的效果；對眼動進行限制（定點）會降低運動表象的效果；“最佳眼動行為模式”可作為新的表象訓練方法和表象效果的評價指標。

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