眼动行为模式训练影响运动表象效果的眼动研究

梁祎明，张忠秋

表象训练是体育运动实践中应用最广泛的心理训练方法之一，能够促进运动技能的获得、缓解紧张焦虑、增强自信心等，为其找到具体的操作方法和客观的评价指标非常重要。

关于表象建构的眼动机制，LAENG和TEODORESCN提出了两种观点：功能性理由和副现象理由。功能性理由认为，眼动是表象产生的必要条件，每个注视点所提取的信息直接影响表象的建构过程，表象与知觉存在“功能等价”，表象是通过再现知觉过程中眼动模式而产生的；副现象理由则认为：表象中的眼动是自然发生的，眼动只是对表象的反映，不影响表象的建构过程。他们还通过试验验证了副现象理由的不合理性，认为眼动在表象的建构过程中起到了功能性的作用，支持了功能性理由[1]。目前有关表象眼动的研究主要采用“清醒”范式[2]，是指对清醒状态下有意识表象建构中的眼动研究[3]。以往关于表象眼动研究所使用的试验材料多为静态图片，探讨对静态图片表象过程中的眼动机制，而静态图片与实际运动情境相差较远。在运动心理学的研究中，让运动员观看连续的视频刺激更接近真实的运动情景，所得的结果也更能解释运动员在实际运动情景下的视觉行为[4]。另有研究证明，视觉表象存在可塑性，游旭群研究了飞行员的表象旋转加工能力，发现，经过练习，飞行员的表象旋转加工能力有所提高[5]。

本研究基于“功能性理由”和“表象可塑性”的观点，运用“清醒”范式，使用跳水动作视频作为试验材料，考察被试表象运动场景过程中的眼动特征，构建运动表象效果最佳时的眼动行为模式，并将该模式应用于表象训练，考察眼动行为训练对运动表象效果的影响，试图为表象训练提供新的可操作方法和评价指标。

1 试验1：构建最佳运动表象效果的眼动行为模式

1.1 方 法

1.1.1 被 试 北京体育大学非体育专业大四学生60名，其中男32人，女28人，年龄在20至25岁之间，所有被试的视力或矫正视力正常，均未参加过类似的试验，且均没有接受过跳水运动的训练。

1.1.2 仪器和材料 德国SMI公司生产的iview X HED头盔式眼动仪一台（收集并记录被试的眼动指标），IBM ThinkPad T61笔记本电脑一台（呈现视频材料）。

跳水动作视频。选取2010年第17届跳水世界杯男子10 m跳台决赛视频录像（定点拍摄），运用影片编辑软件（Windows Movie Maker 2．6）剪切运动员若干个完整的成功动作（从跳台上准备起跳或走台开始到入水结束），时间在10 s左右。所有被试在正式试验中观看的跳水动作视频是相同的。

跳水动作表象效果问卷。该问卷根据跳水的技术动作编写，共9个问题，每个问题分“是”、“否”、“不清楚”3种回答，问卷不需被试填写，由主试提问被试并记录结果。

访谈提纲。共4个问题，知觉阶段和表象阶段各2个问题，要求被试自己描述眼动轨迹和关注的信息点。

1.1.3 设计与程序 试验采用单因素两水平被试间设计。自变量为被试的表象成绩（表象正确率），因变量为被试的眼动行为模式（眼动轨迹、注视次数等）。根据表象的正确率将被试分为两组，表象正确率前27%为甲组（16人），表象正确率后27%为乙组（16人），将甲乙两组被试的眼动行为模式进行对比，并结合访谈结果，构建最佳运动表象效果的眼动行为模式。

试验采取一对一的形式，每次带一名被试进入试验室，被试先熟悉试验室环境，再观看几段预备材料（与正式试验材料类似的跳水动作视频），让被试了解试验材料和要求。在进行正式试验前，需要对被试进行眼校准，被试坐在屏幕正前方，眼睛距离屏幕约60 cm，给被试带上眼动仪的头盔，调节位于被试左眼前下方的半反半透镜，使角膜反射点和瞳孔反射点能清晰稳定地显示在瞳孔监视器上，被试保持身体和头部位置不动，进行9点校准。整个试验过程要求被试保持头部不动。（1）提醒：在白色屏幕的中心位置呈现一个直径约1．5 cm的黑色圆点，要求被试注视该圆点，准备好后开始正式试验；（2）知觉阶段：被试观看一个跳水动作视频（20 s）；（3）被试闭眼休息 20 s，缓解视疲劳以及防止视觉后像对表象阶段的影响；（4）表象阶段：被试进行睁眼的视觉表象20 s。

试验结束后提问动作表象效果（共32人），从两组被试中分别随机选取8名被试（共16人）进行谈谈。

1.1.4 数据处理 眼动数据由眼动仪自动记录，用德国SMI公司提供的眼动数据分析软件BeGazeTM2对眼动数据进行分析，再用Excel2007和SPSS15．0进行统计处理。表象成绩由主试记录，并录入SPSS15．0进行统计处理。

1.2 结果

两组被试的眼动轨迹特征为：甲组被试的眼动轨迹主要跟随实际的动作轨迹，注视点主要分布在实际的动作轨迹范围内；乙组被试的眼动轨迹也基本跟随实际的运动轨迹，但落在其他区域的注视点也占了一定比例，注视点的分布与甲组相比较为分散（见图1、图2）。知觉和表象阶段的眼动轨迹具有很高的相似性。

图1 甲组知觉和表象阶段的眼动轨迹Figure 1 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of A-Group

图2 乙组知觉和表象阶段的眼动轨迹Figure 2 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of B-Group

独立样本T检验的结果显示：甲乙两组被试知觉和表象两阶段的注视次数、注视点持续时间和注视频率均存在显著性差异（见表 1）。（1）甲注视次数＜乙注视次数，t知觉（15）=2．593，P=0．021；t表象（15）=3．457，P=0．004。（2） 甲注视点持续时间＞乙注视点持续时间，t知觉（15）=3．800，P=0．002；t表象（15）=2．967，P=0．01。（3）甲注视频率＜乙注视频率，t知觉（15）=3．936，P=0．002；t表象（15）=6．862，P=0．000。（4）甲乙组被试两阶段的平均眼跳距离均不存在显著性差异，t知觉（15）=0．682，P=0．514，t表象（15）=0．977，P=0．355。但甲组的标准差较小，而乙组的标准差较大，说明甲组中各个被试的眼跳距离比较均衡。结合眼动的轨迹可以看出：甲组被试的眼跳主要是竖向，与运动的实际轨迹相近似；乙组被试横向竖向均有大幅度的眼跳。

表1 两组被试眼动指标的均值和标准差Table 1 Mean Values and Standard Deviations of Eye Movement Indexes of Two Groups

对被试的访谈结果是对试验研究结果的补充（见表2）。从对访谈结果可以看出，甲组被试的表象效果更好，观看和想象动作对眼动主要跟随了实际的动作轨迹，且能关连到动作的整个过程。

根据以上的试验结果，最佳运动表象效果的眼动行为模式为：眼动轨迹跟随实际的动作轨迹，注视点主要保持在实际的动作轨迹范围内；在固定的时间内较少改变注视点，延长每个注视点的持续时间，采用相对较低的注视频率；表象阶段的眼动模式仿照知觉阶段的眼动模式。

表2 甲乙两组被试的访谈结果Table 2 Results of Interview for Two Groups

2 试验2：眼动行为模式训练对运动表象效果的影响

2.1 方 法

2.1.1 被 试 国家体科所的实习生12名，其中男女各6名，年龄在20至30岁之间，所有被试的视力或矫正视力正常，均未参加过类似的试验，且均没有接受过跳水运动的训练。

2.1.2 仪器和材料 试验仪器、跳水动作视频和跳水动作表象效果问卷同试验1。

视觉表象清晰度问卷（VVIQ）由MARKS设计并修订[6]。问卷共16题，内容包括人物、天空、实物和风景画4部分，分别从事物的颜色、形状等特征出发，考察被试的视觉表象清晰度。

表象清晰度自评问卷是评价表象清晰度简捷有效的工具，为“没有表象—非常清晰”9级Likert量表。

访谈提纲，共4个问题，自由眼动组和限制眼动组各2个问题。

2.1.3 设计与程序 试验采用单因素三水平被试间设计，水平一：没有经过眼动行为训练的被试组（自由组）；水平二：在知觉和表象阶段均要求眼睛的注视点保持在屏幕中央（限制组），但仍然能保证整个屏幕都在被试的视野范围之内；水平三：经过眼动行为训练的被试组（训练组）。

正式试验前，首先向所有被试发放视觉表象清晰度问卷，按照问卷得分及性别比例，均衡地将被试分到3个不同的试验组，每组4人。（1）自由组和限制组：观看10段与正式试验类似的跳水动作视频，只让其观看不告知试验目的；（2）训练组：观看10段与正式试验类似的跳水动作视频，观看时按照试验1构建出的“最佳运动表象效果的眼动行为模式”对被试进行眼动行为训练，也不告知试验目的。

正式试验的指导语为：自由组：观看和表象动作时目光可以自由移动；限制组：观看和表象动作时将目光始终保持在屏幕的中央；训练组：按照学习的眼动行为模式观看和表象动作。

试验程序与试验1基本相同，区别是本试验在知觉和表象前各组要插入不同的指导语，表象结束后被试还需进行表象清晰度自评。数据处理同试验1。

2.2 结 果

2.2.1 表象清晰度的匹配 由于表象清晰度存在个体差异，且影响表象效果，因此首先根据表象清晰度将被试分组，使各试验组被试在表象清晰度方面保持同质性。视觉表象清晰度在试验处理组被试的匹配情况见表3。

表3 视觉表象清晰度在试验处理组被试的匹配情况Table 3 Matching Subjects in the Experimental Group Based on Their Vividness of Visual Image

2.2.2 眼动指标 3组被试的眼动轨迹特征为：自由组被试的眼动轨迹主要跟随了实际的动作轨迹，但落在其他区域的注视点也占了一定比例，眼动轨迹与眼动训练组相比显得比较分散；限制组被试的眼动轨迹基本集中在屏幕中央；训练组被试的眼动轨迹基本跟随了实际的动作轨迹（见图3、图4、图5）。知觉和表象阶段的眼动轨迹具有很高的相似性。

图3 自由组知觉和表象阶段的眼动轨迹Figure 3 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of Free-Group

图4 限制组知觉和表象阶段的眼动轨迹Figure 4 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of Restricted-Group

单因素方差分析的结果显示：3组被试知觉和表象阶段的注视次数、注视点持续时间和注视频率均存在显著性差异（见表4）。（1）注视次数：自由组＞训练组＞限制组，F知觉（2，9）=11．631；P=0．003，F表象（2，9）=11．631，P=0．003。事后检验，自由组与其他两组存在显著性差异（P＜0．05）。（2）注视点持续时间：限制组＞训练组＞自由组，F知觉（2，9）=21．165，P=0．000；F表象（2，9）=38．110，P=0．003。事后检验，3组被试两两之间均存在显著性差异（P＜0．05）。（3）注视频率：自由组＞训练组＞限制组，F知觉（2，9）=6．271，P=0．02；F表象（2，9）=6．426，P=0．006。事后检验,限制组与其他两组存在显著性差异（P＜0．05）。

2.2.3 表象效果 单因素方差分析的结果显示：3组被试的表象清晰度和正确率均存在显著性差异（见表5）。（1）表象清晰度：训练组＞自由组＞限制组，F（2，9）=9．632，P=0．006。事后检验，3组被试两两之间均存在显著性差异（P＜0．05）。（2）表象正确率：训练组＞自由组＞限制组，F（2，9）=10．308，P=0．005。事后检验，训练组与其他两组存在显著性差异（P＜0．05）。

表4 3组被试眼动指标的均值和标准差Table 4 Mean Values and Standard Deviations of Eye Movement Indexes of Three Groups

图5 训练组知觉和表象阶段的眼动轨迹Figure 5 Eye Movement Tracks of Perception and Image Stages of Training-Group

表5 3组被试表象效果的均值和标准差Table 5 Mean Values and Standard Deviations of Image Effect of Three Groups

2.2.4 访谈 从访谈结果可以看出，对眼动进行限制会影响观看的质量和对动作的记忆（见表6）。

表6 自由组和限制组被试的访谈结果Table 6 Results of Interview for Free-Group and Restricted-Group

3 讨 论

3.1 表象建构的眼动机制

HEBB首次明确提出眼动是视知觉和视表象中的必要成分，他认为眼动是表象产生过程中不可缺少的条件，知觉是通过一系列的眼动，逐一注视知觉对象的各个部分，多次注视结果的整合形成知觉，而表象是知觉过程的再现，表象过程同样存在着具有组织功能的眼动现象[7]。BRANT和STARK研究发现：视觉表象中存在着与知觉过程相似的眼动现象，表象和知觉过程中的眼动轨迹非常相似，而且表象的眼动模式反映了知觉的内容和其各部分的空间分布。他们认为，视觉表象中这种有序的眼动模式对于表象的产生起到了功能性的作用，眼动轨迹与表象的建构和表象各部分的准确定位有关[8]。CALMELS等人研究发现：体操运动员进行实际的跳马动作和表象跳马动作所花费的时间是大致相同的，说明心理表象和实际的动作之间存在时间的一致性[9]。

试验1的研究发现：表象效果好的被试的眼动轨迹基本跟随了实际的动作轨迹。试验2的研究发现：训练组被试的表象清晰度和正确率都显著好于自由组和限制组，且限制组被试的表象正确率显著低于自由组，对限制组被试的访谈结果也证明破坏眼动会使知觉和表象都受到影响。两个试验的结果与HEBB、BRANT和STARK以及LAENG和TEODORESCN等人的研究结果相一致，支持了眼动在表象过程中扮演功能性角色的观点。

本研究结果表明眼动行为训练可以作为表象训练的一种新方法，表象过程中的眼动特征可以作为评价表象训练效果的一项新的指标。

3.2 运动知觉和表象过程中的眼动

注视图像的过程中，眼球的运动不是连续的，而是跳跃式的。两次跳跃之间有一个相对静止的状态，称为注视。当对一个注视内容加工完成后，就会出现下一次注视。注视的多少，即注视次数；注视点持续时间是指被试每个注视点平均所停留的时间；注视频率是被试平均每秒的注视次数。在本试验中，因为视频的呈现时间和表象的时间是固定的，所以注视次数和注视点持续时间成反比；注视次数和注视频率成正比。MANN研究发现：注视次数和注视点持续时间是有效地区分专家运动员和新手运动员的眼动指标[10]。

已有研究表明：在固定时间内较少的改变注视点能够提高信息搜索的绩效，使信息加工的效率更高；延长每个注视点的持续时间和采用相对较低的注视频率能够使信息加工更为细致和准确。MANN研究发现：在两种不同的视觉呈现方式中（录像呈现或静止图片呈现），都是运动专家的注视次数少，注视点持续时间长，说明不论何种呈现方式，专家运动员的视觉搜索效率都比新手运动员高[10]。MORENO比较体操项目专家教练员和新手教练员的视觉模式时发现：专家教练员比新手教练员的注视时间长，注视次数少，说明专家比新手更能对关键区域进行精细的加工[11]。

试验1的研究发现：表象效果好的被试注视次数较少，注视点持续时间较长，注视频率较低，说明表象效果好的被试在知觉和表象动作视频的过程中，使用的信息加工策略更好，信息加工的效率更高且更细致和准确。

3.3 表象与知觉的关系

王甦，孙扬提出表象和知觉有相同或相似的内部过程，二者在机能上是等价的观点。所谓表象和知觉的机能等价，是指同一作业分别通过表象和知觉来完成时达到相同或相似的结果，因此表象和知觉有相同或相似的内部过程，二者在机能上是等价的[12]。

20世纪70年代开始，心理学家们对于表象和知觉是否具有相同的脑机制进行研究，从神经层面为表象和知觉的机能等价提供了证据，研究大多采用脑损伤的患者为研究对象[13-14]。20世纪90年代以来，心理学家们采用 ERP、fMRI、PET、TMS和SPECT等各种先进技术研究正常人，获得了更多证明表象和知觉机能等价的神经证据[15-18]。以往研究大都采用静态图片作为知觉和表象的材料，本研究发现：被试对动态视频进行知觉和表象时，两者的眼动特征也存在很大程度的相似性，研究结果表明对于运动情境也存在表象和知觉的机能等价。

4 结 论

最佳运动表象效果的眼动行为模式为：眼动轨迹跟随实际的动作轨迹，注视点主要保持在实际的动作轨迹范围内；在固定时间内较少改变注视点，延长每个注视点的持续时间，采用相对较低的注视频率；表象阶段的眼动模式仿照知觉阶段的眼动模式。经过“最佳眼动行为模式”的训练能够有效地提高运动表象的效果；对眼动进行限制（定点）会降低运动表象的效果；“最佳眼动行为模式”可作为新的表象训练方法和表象效果的评价指标。

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