大学生面孔识别中不同兴趣区及被试性别的差异研究

郭英，张榆敏

大学生面孔识别中不同兴趣区及被试性别的差异研究

郭英，张榆敏

(四川师范大学教师教育与心理学院，四川成都610066)

采用眼动追踪技术，以60名大学生为被试，进行2×3的混合实验，探讨不同兴趣区在面孔识别中的重要性，以及被试性别是否对面孔识别产生影响.结果发现被试对眼睛的注视点个数、总注视时间、首注视持续时间显著多于鼻子和嘴巴;鼻子部位的首视点时间显著先于眼睛和嘴巴部位;兴趣区在各眼动指标上，皆存在主效应，P＜0.05.兴趣区与被试性别在注视点个数、总注视时间上的交互作用显著;男生对鼻子部位的注视次数和注视时间比女生更多，而女生对眼睛的注视次数显著多于男生.研究表明:眼睛在面孔识别中发挥着比鼻子、嘴巴更加重要的作用，对眼睛的认知加工更多，被试性别影响大学生对面孔识别的眼动模式.

面孔识别;兴趣区;性别差异;眼动研究

人的面孔就像数据的二维码，是人们在社会交往中获得信息最直接、快捷的端口.人们在进行面孔识别时，主要有两大任务:一是对面孔的表情信息加工，二是对性别、相貌等面孔特征的加工［1］.近年来，关于面孔识别的研究一直备受关注.20世纪70年代，文献［2－3］系统地研究了人脸基本表情的文化普遍性.20世纪80年代，认知心理学领域对正常人面孔认知的规律进行了探讨，相继提出了面孔识别的双路线模型、NBC模型和ABC模型、Bruce－Young模型、IAC模型、分布性神经系统模型和动态双重路线模型.前人的研究认为，视觉加工过程的眼动与任务时的认知加工有关［4］，利用眼动技术探索被试在诸多条件下信息加工机制被当代认知心理学视为一种重要的范型［5］.眼动作为一种能够检验信息被用于认知加工的有效途径［6］，具有较高的时间和空间精度，在面孔识别过程中，能实时地记录观察者在人脸不同区域上的眼动情况，帮助我们直观地考察大脑加工过程［7］，面孔识别的眼动研究越来越受到研究者的重视.

目前，已有大量研究对不同脸部区域在面孔识别中的重要性展开探讨，但是不同的兴趣区在面孔识别过程中各眼动指标上表现出的具体特征以及差异性又如何呢?在面孔识别的眼动研究中，注视点持续时间、注视点个数、注视点跳转、瞳孔大小、注视路径、首注视时间、首注视持续时间等眼动指标能够推测面孔识别过程中的认知加工情况，常被研究者作为因变量进行研究［8］.其中注视点持续时间、注视点个数是最常用的指标，它与被试对该区域的注意、记忆编码所消耗的认知资源成正比［9］.有研究表示，面孔识别中大部分注视点都落在面孔的眼睛、鼻子、嘴巴区域［10－11］，尤其是眼睛区域，有60%的注视时间都集中在这一部位［12］.S.Rakover［13］在面孔记忆任务中发现人们在进行面孔认知时，注视区域的重要性从高到低依次为:眼睛、鼻子、嘴巴、其他部位.唐玉梅等［10］在进行的陌生面孔识别的研究中，指出不同面部器官的作用并不相同，作用大小依次为内轮廓、外轮廓、眼部、嘴巴、鼻子.文献［14－16］采用学习、识别和分类的任务考察西方人(高加索人)和东方人(亚洲人)眼动情况的差异，发现西方被试注视点主要集中在眼睛和嘴巴区域，呈现出三角形注视模式;而东方人更多注视面部中央区域，即鼻子周围.C.B.Y.Tan等［17］使用对亚洲和西方面孔都比较熟悉的马来西亚亚裔作为被试，发现被试在面孔识别时使用了一种混合型的眼动模式:集中眼睛和鼻子区域而非嘴巴［16］.面孔识别中，最具有诊断意义的是眼睛区域［18］，但是在J.H.Hsiaos［19］的研究中却是鼻子.前人的研究表现出不一致性，皆侧重于对注视时间和注视点次数的分析，在引入首视点时间、首视点持续时间指标后，是否会有不同的结论?

研究发现，在面孔识别中存在性别偏向和性别优势.D.B.Wright等［20］发现，女性对不同性别图片识别成绩都要高于男性，在对陌生面孔识别中，女性在辨认面孔时的绩效优于男性［10］，女性对于较少需要或不需要口头处理的任务，例如陌生的气味或面孔的识别任务更加的擅长［21］.虽然这类研究的结果并不一致，但除了从神经科学、脑机制研究着手外，从面孔识别过程中的眼动模式的变化上是否会有所发现呢?同时，朱孟亭［5］指出，人们对面孔的注视受注视对象性别而不受被试性别的影响，在面孔认知的过程中，面孔中被注视部位的排序以及眼睛、鼻子、脸颊部位的受注视程度皆存在被注视对象的性别差异.但是在社会交往中，人们的社交礼仪及社交习惯上存在着明显的性别差异，这种差异真的不反映在对于面孔不同部位的认知上?

本研究采用眼动追踪技术，以60名大学生为被试，试图通过实验研究，探讨不同兴趣区在面孔识别中的重要性，以及被试性别是否对面孔识别产生影响.相对以往探究，本研究有以下改进:第一，已有研究重点分析注视个数以及总注视时间2个眼动指标，对于其他眼动指标的采用并不多，本研究将首注视时间、首注视持续时间一并采用，可对面孔识别过程中第一眼加工的情况展开探讨和分析.第二，以被试性别为自变量，探讨人们对面孔的识别是否受被试性别的影响以及面孔中受注视部位在各眼动指标上是否存在被试性别差异.因此，本研究有利于丰富面孔识别的实证研究.

1 研究方法

1.1实验设计实验采用2(被试性别:男性、女性)×3(面孔兴趣区:眼睛、鼻子、嘴巴)的混合实验设计，性别为被试间变量，兴趣区为被试内变量.因变量为面孔识别过程中的眼动状况，用各兴趣区的总注视时间、注视点个数、首注视持续时间、首注视时间眼动指标来描述.

1.2被试在四川某高校选取10名大学生进行预实验，以调节实验仪器、完善实验程序.正式实验，选取大学生60名，其中男、女各30名，对被试进行单独施测.被试年龄在18～22岁之间，视力(或矫正视力)正常，无眼动实验经验，且在告知的前提下自愿参与实验.

1.3实验材料随机选择100名大学生对200张(男女各100张)面孔图片进行吸引力的评分，经过统计分析，在±3个标准差中划分高、中、低3个等级.分别选取男性和女性的高、中、低面孔吸引力的图片各10张，共60张.面孔图片人物的年龄为20～40岁，图片由Photoshop软件标准化处理为相同的形状、大小和像素，去除脖子、头发、耳朵等，只保留眼、口、鼻等面部特征，图片以黑白形式呈现(图1).

1.4实验仪器实验采用Eyelink 1000眼动追踪系统(SR Research，Mississauga，Ontario，Canada)采集数据.系统的采样率为1 000 Hz，空间分辨率为0.1°.刺激呈现在21英寸的CRT显示器，刷新频率为85 Hz，分辨率为1 024×768像素，该显示器与一台Pentium IV 3.2 GHz的主机相连，被试眼睛与屏幕之间的距离为70 cm.

1.5实验过程实验在能够严格隔音和控光的实验室进行.实验程序为以下2个阶段:

1)准备阶段.主试首先向被试介绍实验程序和要求，被试填写个人资料.继而要求被试坐在距离显示器70 cm处的被试椅上，眼睛正对显示器中心，下额放在U型托上，保持头部不动.

2)实施阶段.(i)运行程序，连接眼动仪，打开眼动记录文件.(ii)进行眼动仪的校正调适，采用9点校准进行视线追踪系统的校正，校准进行多次，达到实验要求为止，若被试不能完成9点校准，则放弃该被试.(iii)呈现指导语:“请注视屏幕中央出现的注视点，完成注视校准后屏幕上会出现一张面孔图片，请仔细观看，回答后续问题.每张面孔图片呈现时间为4 s，若感觉眼睛疲劳，请告知我们，可稍作休息.明白实验要求，请按任意键，实验开始”.(iv)屏幕中央呈现注视点，随机呈现面孔图片，仪器开始记录眼动数据.

表1 兴趣区*被试性别在各眼动指标的重复测量方差分析Table 1The variance analysis of each eye movement index in the region of interest and gender with repeated measurements

2 结果

2.1大学生面孔识别中不同兴趣区比较采用重复测量方差分析，测量不同兴趣区在眼动指标上的差异.兴趣区在注视点个数、首视点持续时间、首视点时间、总注视时间指标上的主效应皆显著(表1).

经过事后多重比较(表2)发现，注视点个数多少依次是眼睛、鼻子、嘴巴，两两兴趣区之间，在P＜0.05上有显著差异.首视点持续时间依次是眼睛、鼻子、嘴巴，嘴巴与鼻子、眼睛兴趣区之间，在P＜0.05上有显著差异.首视点时间先后顺序依次是鼻子、眼睛、嘴巴，两两兴趣区之间，在P＜0.05有显著差异，表示人们在进行面孔识别时先看鼻子.总注视时间长短依次是眼睛、鼻子、嘴巴，两两兴趣区之间，在P＜0.05上有显著差异.

2.2大学生面孔识别中不同兴趣区的被试性别差异采用重复测量方差分析，测量不同兴趣区在眼动指标上的被试性别差异，在总注视时间、注视点个数指标上，兴趣区与被试性别的交互作用显著，被试性别在不同兴趣区上的眼动指标上存在差异(表1).在注视点个数上，女大学生对眼睛的注视点个数(5.36±0.34)显著多于男生(4.01±0.34)，男大学生对鼻子区域注视点个数(3.93±0.17)显著多于女生(0.267±0.17)，P＜0.05.对鼻子的总注视时间，在P＜0.05上有显著性别差异.男性大学生对鼻子的注视时间((1 256.52±84.68)ms)显著长于女生((984.01±84.68)ms)(表3).

表2 兴趣区在各眼动指标上的事后多重比较Table 2The multiple comparison of interest region in the eye movement index

表3 男性和女性被试注视点个数、总注视时间的差异检验Table 3The difference test in men and women of the number of fixations and total fixation time

3 讨论

3.13个面孔兴趣区主效应分析研究结果发现，大学生对眼睛的注视次数最多，这与唐玉梅等［10］在陌生面孔特征信息的拼图实验研究以及袁中庆［22］在人脸拼图实验研究中得出的结果一致.其次，眼睛部位首注视持续时间上最长，说明被试对眼睛的初次加工所花时间较多，对眼睛的认知加工在整个过程中相对更充分.此外，人们在进行面孔识别时对眼睛的总注视时间最长，对嘴巴的注视时间最短.

眼睛部位的重要性在这注视点个数、总注视时间、首注视持续时间3个眼动指标之间，表现出了高度的一致性.笔者认为这一现象的原因在于:人们偏爱于运动中的事物，眼睛比鼻子和嘴巴更具有灵活性，在某种程度上更能代替口头言语来表达真实想法.古圣先贤孟子和艺术大师达芬奇都曾表示，眼睛是心灵的窗户，眼球的转动、瞳孔的变化、目光的偏向等都传达出重要的信息，足见对眼睛部位的关注在日常的交往过程中的重要性，被试对眼睛部位的注视时间和次数，与人们在社交中对眼睛表现出的注视习惯相符.总注视时间眼动指标对较慢和较长时间的认知加工过程敏感［23］.如果在研究中发现，某种效应在兴趣区的总时间上显著，而在早期的指标上(如首次注视时间和凝视时间)不显著，那么可以推测该效应只存在于相对后期的加工过程中［24］.根据眼睛部位的首视点持续时间、注视次数、总注视时间都最多的一致性，可以说明注视时间在眼睛部位上的主效应，存在于面孔识别的整个加工过程中.也表示在面孔识别整个过程中被试对眼睛的认知加工都相对的充分，眼睛部位在面孔识别中扮演的角色更重要.

兴趣区的首视点时间反映了面孔识别中被试对不同部位注视时间的先后顺序.根据首视点时间，本研究中大学生被试在进行面孔识别时第一个注视点多数情况是在鼻子，然后是眼睛、嘴巴等部位.过去在对面孔图片和非面孔图片的眼动差异实验中，发现被试在识别面孔图片时，倾向于首先在双眼间平移而后向嘴巴运动［25］，这与本实验的研究结果存在差异.面孔专家化理论表示，每个人对面孔的整体轮廓信息都十分熟悉，过多的注视个别特征信息会增加加工负担.而有效的面孔识别方式，是一个有效的注视点，可以尽可能多的获得加工信息［8］.那么，根据眼睛的生理机制，视敏度从中央凹到外周逐渐下降，鼻子位于整个面孔的中心位置，以鼻子作为注视点的知觉广度足以覆盖整个面部，以便在短时间内快速的整合、平衡所有的面部加工信息;同时注视点位置的转移也符合最优路径，所以鼻子难免成为不同性别被试都最先关注的部分.当然，实验的结果也不排除有实验设计的影响，存在实验误差.每个trial进行注视点校准时，注视点位于屏幕的中心位置.在面孔图片呈现时，鼻子位于面孔的中心，与校准点的位置接近，在眼动仪快速捕捉眼动情况的短暂反应时间内，注视点还停留在校准点位置上，记录为鼻子的注视指标，导致鼻子首注视点与其他兴趣区时间存在显著差异.因此鼻子、眼睛、嘴巴在面孔识别中被注视的时间先后顺序以及相关的机制，还有待进一步研究证实.

3.2大学生面孔识别中兴趣区的被式性别差异分析根据实验的结果，被试在完成试验任务的4 s时间内，男性大学生对整脸(眼睛、鼻子、嘴巴以及其他部位)的注视点个数为(11.26±0.39)个，女性大学生注视点个数为(12.26±0.39)个，在整个面孔的注视点个数上女生比男生多，且在P＜0.05上差异显著.对整个面部有较多的注视点个数，即表明人们在识别时对面孔进行了充分的认知加工，也表示不同兴趣区上存在着注视点的回视现象.在整脸的注视点个数上，表现出性别差异，表示女性大学生对面孔更倾向于采取整体和局部加工的认知策略，在进行面孔识别时，除了注重对面部内轮廓尤其是眼睛的认知加工，对脸部其他部位的加工也较充分，例如额头、脸颊等.

男生对鼻子部位的注视个数、注视时间显著多于女生，说明相对于女生，男生对鼻子的加工相对更充分，2个指标相互支持.而就注视点个数而言，女生对眼睛的加工比男生更加充分.虽然男生对鼻子部位的关注多于女生，但在总的注视时间停留在眼睛部位的时间也高于鼻子，说明男生对面孔内轮廓的加工是比较充分的.同时，男生注视更多停留在鼻子部位，既反映男性认知加工视野较为广泛的特点，也更符合整体加工策略的表现.

面孔加工的方式会影响面孔识别的能力，包括整体加工、局部加工等因素，已有的研究在探讨整体加工与面孔识别能力关系的结论不一致，存在诸多的争论.本研究虽不能揭示加工方式与识别能力之间的相关性，但女性倾向采用的整体加工与局部加工相结合的方式，或许可以从另一个角度说明，为什么在陌生面孔识别任务中，女性在辨认面孔时的绩效优于男性;也可以从面孔加工机制的角度揭示为什么女性对面孔信息的传递和变化比男性更加敏感这一社会现象.我们的社交礼仪有指出，在面对面的交谈、注视环节，除一些特殊的情境外，为了显得绅士和礼貌，男性应该避免与对方有过多的目光交流.推崇的做法是在注视时把目光停留在对方两眼和嘴巴组成的三角区域内，较为理想的位置选择是鼻子部位，既没有直接的目光注视带来的尴尬，也可以尽可能地掌控整个面孔的信息，对眼睛、嘴巴等部位传达的信息进行获取.这样的社交礼仪，有可能是造成不同性别在面孔识别中表现出注视差异的因素之一.

4 结论

1)眼睛在面孔识别中发挥着比鼻子、嘴巴更加重要的作用，说明大学生对眼睛的认知加工更多.

2)被试性别对面孔识别的眼动模式产生影响，男生对鼻子部位的注视次数和总注视时间比女生更多，而女生对眼睛的注视次数显著多于男生，不同兴趣区重要性排序存在被试性别差异.

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Differences Analysis of the Various Interest Areas and the Genders Testee in the Face Recognition of College Students

GUO Ying，ZHANG Yumin
(College of Teacher Education and Psychology，Sichuan Normal University，Chengdu 610066，Sichuan)

To explore the importance of different interest areas in the face recognition and the influence on gender testee，60 college students were tested with 2×3 combined experiments by the eye tracking technique.The results show that the fixation number index in eyes is more significant than that in the nose and mouth.The total fixation time and the first view duration time index in eyes is significantly longer than that of the nose and mouth;the first fixation duration time of nose position is significantly earlier than that of the eyes and mouth.The main effect in the areas of interest in the eye movement indicators is P＜0.05.There are interactions between the interest areas and genders in the total fixation time and the fixation number.The boys’fixation number and the total fixation time on nose are more than the girls’while the fixation number of eyes in girls’were significantly more than that in boys’.The research shows that the eyes are more important than the nose and mouth in the face recognition.The more cognitive processings get on eyes，the more influences on people’s eye movement pattern.

face recognition;interest area;gender differences;eye movement

B842.1

A

1001－8395(2016)03－0461－06

10.3969/j.issn.1001－8395.2016.03.028

(编辑余毅)

2015－11－30

国家自然科学青年基金(31200787)

郭英(1963—)，女，教授，主要从事学习与教学心理、教师心理研究，E－mail:guoying517@163.com