眼动追踪对黑猩猩面孔浏览的研究

通过使用眼动追踪对目光和面孔浏览的研究,京都大学灵长类动物研究所的科研人员可以测定个体对面孔的观察方式以及它们对面孔信息的获取方式并进一步了解人类的进化过程。

研究背景

日本京都大学灵长类动物研究所从事非人类灵长动物研究已有多年。 通过对人类的近亲的研究,京都大学的Kano教授和Tomonaga教授主要的研究目的是了解情绪表达和侦测。它们的研究使用了眼动追踪和来自京都大学的14只黑猩猩。

A logotype of the Kyoto University.

研究目标

与之前的非人类灵长动物的面孔浏览研究不同,此项眼动研究的目的在于黑猩猩和人类对面孔浏览的对比;浏览模式的差异,根据不同的面部表情以及有助于识别模式特征的因素。

这两个物种具有相似的面部表情,但人类和黑猩猩之间的反应仍然具有很大的差异。两者在面部肌肉的结构上也存在着较大的差异。人类的眼睛附近的区域可以做出微表情,而黑猩猩做出微表情的区域却在嘴部附近。

拿黑猩猩做被试试很有挑战性的,比如黑猩猩会因为无聊离开测试位置。Tobii的快速和持久的校准机制对获取此类被试准确的数据提供了极大帮助。

Dr. Kano, Primate Research Institute, Kyoto University

研究工具与方法

A chimpanzee being eye tracked using X120 Tobii Pro eye tracker.

Kano博士和Tomonaga博士使用了一台Tobii Pro X120眼动仪 来进行这些实验,在采集被试者眼动数据的同时允许被试者自由移动头部。在第一项实验中,由6只黑猩猩和18名人类被试者(日本学生)观察72张人类、黑猩猩和其他哺乳动物的彩色面孔照片。为了确保黑猩猩的积极性,测试被分为十个环节,每个环节会提供一片苹果作为奖励。

在第二项实验中,由5只黑猩猩和9名人类被试者观察24张带有标准的人类情绪的(如,高兴,兴奋,恐惧,愤怒等)黑猩猩和人类的面孔图片。黑猩猩和人类都对这些面孔非常熟悉且不会对这些图片产生畏惧。使用Tobii软件开发包(SDK)创建的程序中按面孔创建了兴趣区(AOI)用于后期对注视点和眼跳的分析。

通过Tobii 的解决方案,我们能够获取到黑猩猩的眼动数据,精确度跟人类被试者的一样 (平均误差 0.5度) 。这对于我们已进行的和将要在未来进行的研究来说已经足够了。

Dr. Kano, Primate Research Institute, Kyoto University

研究结论

两类被试者都会着重观察图片中的面部区域,眼睛是人类和黑猩猩被试者首要的关注对象。其次是嘴部,两类被式群体最主要的差别是对眼睛的注视时间长度。人类被试者对眼睛区域的观察世间远长于黑猩猩,而黑猩猩会迅速将注意力转移到嘴部区域。人类被试者更倾向于回视眼部区域,生成了一个三角型的注视模式,而黑猩猩则较少会注视眼睛区域。对两类被式群体来说,面部的主要特征(眼睛,鼻子和嘴)是重点注视区域,除了黑猩猩在观察哺乳动物时会对其他区域比较感兴趣(如狮子的鬃毛和犀牛的角)。

注视轨迹图描述出人类与黑猩猩对中性面孔的浏览路径。两者都显示出眼睛是首要的关注对象但与人类不同的是,黑猩猩会很快将注意力转移到嘴部区域。

Gaze plot describing the face scanning patterns of humans vs chimpanzees in neutral faces -
Gaze plot describing the face scanning patterns on human and chimpanzee faces depicting standard emotions-

在第二项实验中,研究人员发现黑猩猩根据在他们面前呈现的面孔的表情转变了注视模式, 对嘴部的注视也有明显的不同。但人类被试者则始不受面部表情的影响,终保持对眼睛的关注。

这表明黑猩猩和人类具有非常特殊的眼部浏览模式,事实上与我们今天所了解的人类的漫长的目光接触反应可能在进化后期就已经出现了。

参考文献

Kano, F., Tomonaga, M., Face scanning in chimpanzees and humans: continuity and discontinuity, Animal Behavior (2009), doi:10.1016/j.anbehav.2009.11.003

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