Øyebevegelse i lesing

Øyenbevegelse i lesing innebærer visuell behandling av skriftlig tekst. Dette ble beskrevet av den franske øyelege Louis Émile Javal på slutten av 1800-tallet. Han rapporterte at øynene ikke beveger seg kontinuerlig langs en tekstlinje, men gjør korte, raske bevegelser (sakkader) blandet med korte stopp. Javals observasjoner av øyenbevegelser ble gjort helt manuelt, som følge av fravær av teknologi. Fra slutten av 1800-tallet til midten av 1900-tallet brukte forskere tidlig sporingsteknologi til hjelp med observasjon, i et forskningsmiljø som vektla måling av mennelskelig adferd og ferdigheter for utdanningsformål. Det meste av grunnleggende kunnskap om øyenbevegelse ble oppdaget i denne perioden. Siden midten av det 20. århundre har det vært tre store endringer: utviklingen av utstyr for ikke-invasiv øyebevegelses sporing; innføring av datateknologi for å øke dette utstyrets evne til å hente, registrere og behandle den enorme mengden data som øyebevegelsen genererer; og fremveksten av kognitiv psykologi som en teoretisk og metodisk ramme for å observere lese prosesser. Sereno & Rayner (2003) mente at den beste tilnærmingen for å oppdage umiddelbare tegn på ordgjenkjenning er gjennom opptak av øyenbevegelse og registrering av hjernens respons (ERP)

Historie

Fram til andre halvdel av 1800-tallet hadde forskere tre metoder til å undersøke øyets bevegelse. Den første, uten hjelp observasjonen, ga bare små mengder data som ville bli ansett som upålitelige etter dagens vitenskapelige standarder. Denne mangelen på pålitelighet skyldes at øyebevegelsen skjer ofte, raskt og i små vinkler, i den grad at det er umulig for en forsker å oppfatte og registrere dataene fullstendig og nøyaktig uten teknisk hjelp. Den andre metoden var selvobservasjon, som nå anses å være tvilsom i en vitenskapelig sammenheng. Til tross for dette, ser det ut til at noe kunnskap er blitt tilført gjennom visuell egenobservasjon . Ibn al Haytham, en lege i det 11. århundre i Egypt, har for eksempel skrevet om lesing i form av en rekke raske bevegelser og at han har innsett at leserne bruker både sidesyn og sentralt syn

Leonardo da Vinci: Øyet har en sentrale linje, og alt som når øyet gjennom denne sentrale linjen kan ses tydelig.

Leonardo da Vinci (1452-1519) var kanskje den første i Europa som oppdaget visse spesielle optiske egenskaper i øyet. Han tilegnet seg kunnskapen delvis gjennom selvobservasjon, men hovedsakelig gjennom en prosess som kunne beskrives som optisk modellering. Basert på disseksjon av det menneskelige øyet gjorde han eksperimenter med vannfylte krystallkuler. Han skrev: "Det menneskelig øyets virkemåte, ...ble beskrevet av et stort antall forfattere på en viss måte. Men jeg fant ut at det virket på en helt annen måte"

Hans viktigste eksperimentelle funn var at det bare er tydelig og klart syn ved "synslinjen", den optiske aksen som ender ved fovea. Selv om han ikke brukte akkurat disse ordene, er han den første som skiller mellom fovea centralis (hvor observatøren fokuserer på objektet av interesse) og sidesyn. Leonardo visste imidlertid ikke at det var netthinnen som fanget opp synsnntrykkene, han trodde fortsatt at linsen var synsorganet.

Det er ikke dokumentert forskning på øyenbevegelse før tidlig på 1800-tallet. Utfordringen lå først i å beskrive øyet som et fysiologisk og mekanisk bevegelig objekt, det første forsøket ble gjort av Hermann von Helmholtz, i hans store verk Handbook of physiological optics (1866). Den fysiologiske tilnærmingen ble gradvis erstattet av interesse for de psykologisk aspektene av visuell input.

De neste tiårene var det flere, mer omfattende forsøk på å tolke øyenbevegelsen, inkludert en påstand om at meningsfull tekst krever færre stopp i lesingen, enn tilfeldige bokstavstrenger. I 1879 brukte den franske øyelegen Louis Émile Javal et speil på en side av en siden i en bok, for å observere øyet bevegelse i stille lesning, og fant ut at dette innebærer en rekke diskontinuerlige individuelle bevegelser. Dette fenomenet kalte han sakkader. I 1898 brukte Erdmann & Dodge et håndspeil for å estimere gjennomsnittlig fiksasjonstid og sakkadelengde med overraskende nøyaktighet.

Tidlig sporingsteknologi

Øyesporingsapparat er et verktøy som er laget for å måle bevegelser i øyet, samt hodebevegelser. De første apparatene som ble laget for å spore øyenbevegelsen måtte enten ha en mekanisk forbindelse mellom deltaker og apparatet, eller det ble brukt lys eller annen form for elektromagnetisk energi som ble rettet mot deltakerens øyne. I 1883 var Lamare den første til å bruke en mekanisk forbindelse ved å plassere en stump nål på deltakernes øvre øyelokk. Nålen opptar lyden som produseres av hver sakkade og sender den som et svakt klikk til forsøkspersonens øre gjennom et forsterkende membran og et gummirør. Begrunnelsen for å gjøre det på denne måten var at det var enklere å oppfatte sakkader ved hjelp av lyd. I 1889 oppfant Edmund B. Delabarre et system for å registrere øyets bevegelse direkte på et roterende trommel ved hjelp av en stylus med direkte mekanisk tilkobling til hornhinnen. Andre enheter som involverer fysisk kontakt med øyen overflaten ble utviklet og brukt fra slutten av 1800-tallet til slutten av 1920-tallet; disse inkluderte gjenstander som gummiballonger og øyetapper.

Mekaniske metoder medførte tre alvorlige ulemper: unøyaktighet på grunn av brudd den fysiske tilkoblingen, et betydelige ubehag som deltakerne ble påført som følge av den direkte mekaniske tilkoblingen (og dermed store vanskeligheter med å overtale folk til å delta), og spørsmål om forskningens gyldighet, siden deltakernes opplevelse av lesing i forsøk var veldig forskjellig fra leseopplevelsen under normale omstendigheter. Til tross for disse ulempene ble mekaniske apparater brukt i øyenbevegelsesforskning godt inn i det 20. århundre.

Etter hvert ble det gjort flere forsøk på å løse problemene og ulempene ved mekaniske metoder. En løsning var å bruke elektromagnetisk energi, i stedet for en mekanisk forbindelse. I "Dodge-teknikken" ble en lysstråle rettet mot hornhinnen, ved hjelp av et system med linser, for deretter å registrere resultatet på en bevegelig fotografisk plate. Erdmann & Dodge brukte denne teknikken, og fant ut at det er liten eller ingen oppfatning under sakkader, et funn som senere ble bekreftet av Utall & Smith ved hjelp av mer sofistikert utstyr. Den fotografiske platen i Dodge-teknikken ble snart erstattet med et filmkamera, men fortsatt var registreringen unøyaktig, på grunn av vanskeligheten med å holde alle deler av utstyret perfekt justert gjennom testene. I tillegg var det vanligvis nødvendig å holde deltakerens hode i ro ved hjelp av en klemme eller en bitekloss.

I 1922 var Schott med i utviklingen av det som kalles elektro-okulografi (EOG), en teknikk for å måle corneo-retinale ståpotensialet som finnes mellom forsiden og baksiden av det menneskelige øyet. Elektroder kan dekkes med spesiell kontaktpasta før de plasseres på huden. Så det er nå unødvendig å gjøre snitt i pasientens hud. En vanlig misforståelse om EOG er at målt potensial er elektromyogrammet av øyenmuskler. Faktisk er det bare projisering av øye dipol til huden, fordi høyere frekvenser, som tilsvarer EMG, filtreres ut. EOG har gitt betydelige forbedringer i nøyaktighet og pålitelighet, noe som forklarer at forskere har fortsatt å bruke den i mange tiår.

Moderne sporing av øyenbevegelse

Fire store kognitive systemer er involvert i øyes bevegelse under lesing: språkbehandling, oppmerksomhet, syn og oculomotorisk kontroll. Apperater for sporing av øyets bevegelse sender infrarødt lys inn i av øyet, og registrerer refleksjonen på øyet for å avgjøre blikkets plassering. Med denne teknikken kan blikkets begelse over en skjerm registreres nøyaktig. Wang (2011) nevnte at videobasert øye-sporing som bruker vkameraer til å registrere øyeposisjonen - opptak av pupillens utvidelse og øyebevegelse - kan brukes til å undersøke hvordan fiksasjoner, sakkader og pupillens utvidelse er relatert til informasjonen på skjermen og adferdsvalg. Ifølge Wang (2011:185), "å forstå forholdet mellom disse observasjonene kan hjelpe oss til å forstå hvordan menneskelig atferd i økonomien kan påvirkes av hvilken informasjon folk mottar, hvor oppmerksomheten er fokusert, hvilken følelsesmessig tilstand de er i, og til og med hvilken hjerneaktivitet som foregår. Dette er fordi fiksasjoner og sakkader (sammenholdt med informasjon som vises på skjermen) indikerer hvordan folk oppsøker informasjon (og hva de ser), tidsintervallene på fiksasjoner indikerer oppmerksomhet, og pupillenes utvidelse indikerer følelser, opphisselse, stress, smerte eller kognitiv belastning". 

Sakkader

Fil:Reading VOG hor.gif

Horisontal øye bevegelse i lesing. Venstre-til-høyre bevegelse kan ses som "over", og sakkadene fra høyre til venstre er klare.

De dyktige leserne beveger øynene sine når de leser, i gjennomsnitt hvert fjerdedels sekund. I løpet av tiden øyet er fiksert, blir ny informasjon oppfattet i prosessystemet. Selv om gjennomsnittlig fiksasjonstid er 200-250 ms (tusendeler av et sekund), er området fra 100 ms til over 500 ms. Avstanden øyet beveger seg i hver sakkade (eller kort rask bevegelse) er mellom 1 og 20 tegn med gjennomsnittet på 7-9 tegn. Sakkaden varer i 20-40 ms og i løpet av denne tiden blir synet undertrykt slik at ingen ny informasjon blir oppfattet. Det er betydelig variasjon i fiksasjoner (punktet en sakkade hopper til) og sakkader mellom lesere og selv for den samme personen som leser en enkelt tekst. De dyktige leserne gjør regresjoner tilbake til materiale som allerede er lest omtrent 15 prosent av tiden. Hovedforskjellen mellom raskere og langsommere lesere er at den siste gruppen konsekvent viser lengre gjennomsnittlig fiksasjonstid, kortere sakkader og flere regresjoner. Disse grunnleggende fakta om øyenbevegelse har vært kjent i nesten hundre år, men først nå nylig, har forskere begynt å se på sammenhengen mellom øyenbevegelsesadferd og kognitiv prosessering ved lesing.

Et diagram som viser skarphet av foveal syn i lesing

Den nedre linjen av teksten simulerer synsskydigheten med de relative skarphetsprosentene. Vankeligheten med å gjenkjenne tekst øker med avstanden fra punktet i fokus.

Dysleksi

Personer med dysleksi har vanligvis en redusert lesehastighet, noe som kan ha mange forskjellige årsaker. Det finnes mange tiltak man kan gjøre for å prøve bøte på symptomene, avhengig av hvilken biologisk teori dysleksi er basert på. Èn slik ide er basert på magnosellulært underskudd, hvor Magnocellular veier er ukoordinert, noe som forårsaker å hoppe over, eller lese linjer på nytt.

Datamodeller for øyenbevegelse i lesing

Konkurranse-interaksjonsteori og SERIF legger vekt på oculomotoriske prosesser på lavt nivå i lesing, for eksempel hvordan ordlengden til det nåværende fikserte ordet og dets naboord påvirker sakkadeamplitude og latens (eller fikseringsvarighet). Reader, EMMA, E-Z Reader og SWIFT legger vekt på kognitive prosesser på høyere nivå som leksikalsk prosessering, ordfrekvens, ordanalyse eller ordforutsigbarhet.

Se også

• Lesing
• Øyesporing
• Foveal

Litteratur

• Abadi, R. V. (2006). Vision and eye movements. Clinical and Experimental Optometry, 55–56.
• Delabarre E.B. (1898) A method of recording eye-movements, Psychological Review 8, 572–74.
• Engbert, R. & Kliegl, R. (2011) Parallel graded attention models of reading. The Oxford handbook of eye movements. Liversedge, S., Gilchrist, I., & Everling, S. (Eds.) Oxford University Press.
• Erdmann B & Dodge R (1898) Psychologische Untersuchung über das Lesen auf experimenteller Grundlage, Niemeyer: Halle.
• Finocchio, Dom; Preston, Karen L; Fuchs, Albert F. (1990). "Obtaining a quantitative measure of eye movements in human infants: A method of calibrating the electrooculogram". Vision Research 30(8): 1119–28. doi:10.1016/0042-6989(90)90169-L.
• Heller D (1988) "On the history of eye movement recording" in Eye movement research: physiological and psychological aspects, Toronto: CJ Hogrefe, 37–51.
• Helmholtz H (1866) Handbuch der physiologischen Optik, Voss: Hamburg.
• Hunziker, H. (2006). Im Auge des Lesers: foveale und periphere Wahrnehmung – vom Buchstabieren zur Lesefreude [In the eye of the reader: foveal and peripheral perception – from letter recognition to the joy of reading] Transmedia Stäubli Verlag Zürich 2006, ISBN 978-3-7266-0068-6.
• Javal, E. (1878) "Essai sur la physiologie de la lecture", in Annales d'ocullistique 80, 61–73.
• Just, M.A., & Carpenter, P.A. (1980). A theory of reading: from eye fixations to comprehension. Psychological review, 87(4), 329.
• Lamare, M. (1893) Des mouvements des yeux pendants la lecture, Comptes rendus de la société française d'ophthalmologie, 35–64.
• Liu, Y.; Zhou, Z.; Hu, D. (2011). "Gaze independent brain-computer speller with covert visual search tasks". Clinical Neurophysiology 122(6): 1127–36. doi:10.1016/j.clinph.2010.10.049. Retrieved 1 November 2011.
• McDonald, S. A., Carpenter, R. H. S., & Shillcock, R. C. (2005). An anatomically constrained, stochastic model of eye movement control in reading. Psychological review, 112(4), 814.
• Nuthmann, A. (2014, September). Eye movements and visual cognition lecture 2 (University of Edinburgh, UK).
• Rayner, K.; Foorman, B.; Perfetti, C.; Pesetsky, D. & Seidenberg, M. (2001). How psychological science informs the teaching of reading. Psychological Science in the Public Interest 2(2): 31–74.
• Rayner, K.; Slattery, Timothy J; Belanger, Nathalie N. (2010). Eye movements, the perceptual span, and reading speed. Psychonomic Bulletin & Review 17(6): 834–39. doi:10.3758/PBR.17.6.834. Retrieved 1 November 2011.
• Rayner K. (1975). Eye movements, perceptual span, and reading disability, Annals of Dyslexia, 33(1), 163–73. doi:10.1007/BF02648003
• Rayner; K.; Pollatsek, J.; Alexander, B.(2005). Eye movements during reading. The science of reading: A handbook. [1-4051-1488-6 ]: Blackwell Publishing. pp. 79–97. ISBN 1-4051-1488-6 (Hardcover); 978-1-4051-1488-2.
• Reichle, E. (2011). Serial-attention models of reading. The Oxford handbook of eye movements. Liversedge, S., Gilchrist, I., & Everling, S. (Eds.) Oxford University Press.
• Reichle, E.D., Rayner, K., & Pollatsek, A. (2003). The EZ Reader model of eye-movement control in reading: comparisons to other models. Behavioral and Brain Sciences, 26(04), 445–76.
• Salvucci, D.D. (2001). An integrated model of eye movements and visual encoding. Cognitive Systems Research, 1(4), 201-220.
• Schott E (1922) Über die Registrierung des Nystagmus und anderer Augenbewegungen vermittels des Saitengalvanometers, Deutsches Archiv für klinisches Medizin 140, 79–90.
• Sereno, S.; Rayner, K. (2003). Measuring word recognition in reading: eye movements and event-related potentials. Trends in Cognitive Sciences, 7(11): 489–93.
• Tecce, J.; Pok, L.J.; Consiglio, M.R.; O'Neil, J.L. (2005). Attention impairment in electrooculographic control of computer functions. International Journal of Psychophysiology, 55(2): 159–63. doi:10.1016/j.ijpsycho.2004.07.002. Retrieved 1 November 2011.
• Vitu, F., McConkie, G.W., Kerr, P., & O'Regan, J.K. (2001). Fixation location effects on fixation durations during reading: An inverted optimal viewing position effect. Vision research, 41(25), 3513–33.
• Wang, J. (2011). "Pupil dilation and eye-tracking." A handbook of process tracing methods for decision research: a critical review and user's guide: Society for Judgment and Decision Making Series. pp. 185–204. ISBN 1-84872-864-6.
• Yang, S.-N., & McConkie, G.W. (2001). Eye movements during reading: a theory of saccade initiation times. Vision Research, 41, 3567–85.