読書中の目の動き

読書における眼球運動には、書かれたテキストの視覚的処理が関わっています。これは、19 世紀後半にフランスの眼科医 ルイ・エミール・ジャヴァルによって説明されました。彼は、眼球はテキストの行に沿って連続的に動くのではなく、短く素早い動き (サッカード) と短い停止 (注視) が混在すると報告しました。ジャヴァルの観察は、技術のない中で眼球運動を肉眼で観察することに頼っていたことが特徴でした。19 世紀後半から 20 世紀半ばにかけて、教育目的で人間の行動やスキルの測定を重視する研究環境において、研究者らは観察を補助するために初期の追跡技術を使用しました。眼球運動に関する基本的な知識のほとんどはこの期間に得られました。20 世紀半ば以降、3 つの大きな変化がありました。非侵襲性の眼球運動追跡装置の開発、眼球運動によって生成される膨大な量のデータの収集、記録、処理をこの装置で実行できるようにコンピューター技術の導入です。認知心理学は、読解プロセスを調査する理論的かつ方法論的枠組みとして登場しました。Sereno と Rayner (2003) は、単語認識の即時の兆候を発見するための現時点での最良の方法は、眼球運動と事象関連電位の記録によるものだと信じていました。

19 世紀後半まで、研究者は眼球運動を調べるために 3 つの方法を駆使していた。最初の方法は、補助なしでの観察で、今日の科学的基準では信頼できないと考えられる少量のデータしか得られなかった。この信頼性の欠如は、眼球運動が頻繁かつ急速で、角度が小さいため、実験者が技術的支援なしにデータを完全かつ正確に認識して記録することが不可能であるという事実から生じる。もう 1 つの方法は自己観察であるが、現在では科学的文脈では疑わしい地位にあると考えられている。それにもかかわらず、内省と肉眼観察から何らかの知識が生み出されたようだ。たとえば、 11 世紀エジプトの医師イブン・アル・ハイサムは、一連の素早い動きとして読書について書き、読者が中心視野だけでなく周辺視野も使用していることに気付いたと伝えられている。^[1]

レオナルド・ダ・ヴィンチ（1452-1519）は、ヨーロッパで初めて目の特別な光学特性を認識した人物だったかもしれない。彼は部分的には内省から、主に光学モデリングとも言えるプロセスから洞察を得た。人間の目の解剖に基づいて、水を満たした水晶玉を使った実験を行った。彼は「人間の目の機能は、...多くの著者によって特定の方法で説明されている。しかし、私はそれがまったく異なることを発見した」と書いている。^[2]

彼の主な実験的発見は、中心窩で終わる光軸である「視線」にのみ、明瞭で鮮明な視界があるというものでした。彼はこれらの言葉を文字通りには使用しませんでしたが、実際には、中心窩視覚 (観察者が関心のある対象に固執する) と周辺視覚の現代的な区別の父です。しかし、レオナルドは網膜が感覚層であることを知らず、依然として水晶体が視覚器官であると信じていました。

19 世紀初頭まで、眼球運動の研究記録は残っていないようです。当初、主な関心は、眼球を生理学的かつ機械的な運動物体として記述することであり、最も真剣な試みは、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツの主要著作「生理光学ハンドブック」 (1866 年) でした。生理学的アプローチは、視覚入力の心理学的側面、つまり視覚作業の機能的要素としての眼球運動への関心に徐々に取って代わられました。

その後の数十年間には、意味のある文章を読むにはランダムな文字列を読むよりも注視する時間が少ないという主張など、眼球運動を解釈するためのより精巧な試みがなされた。^{[3] 1879年、フランスの}眼科医 ルイ・エミール・ジャヴァルは、黙読中の眼球運動を観察するためページの片側に鏡を置き、それが不連続な個々の動きの連続であることを発見し、これをサッカード（眼球運動）と名付けた。1898年、エルドマンとドッジは手鏡を使用して、平均注視時間とサッカードの長さを驚くべき精度で推定した。

視線追跡装置は、目と頭の動きを測定するために作られた道具です。目の動きを追跡する最初の装置には、主に2つの形式がありました。被験者と記録装置との機械的な接続に依存するものと、光または他の何らかの形の電磁エネルギーを被験者の目に向け、その反射を測定および記録するものでした。1883年、ラマレは、被験者の上まぶたに鈍い針を置くことによって機械的接続を初めて使用しました。針は各サッカードによって生成された音を拾い、増幅膜とゴムチューブを介して、かすかなカチッという音として実験者の耳に伝えました。この装置の背景にある理論的根拠は、サッカードは視覚よりも聴覚の方が認識および記録しやすいということでした。^[4] 1889年、エドモンド・B・デラバールは、角膜に直接機械的に接続されたスタイラスを使用して、回転ドラムに目の動きを直接記録するシステムを発明しました。^[5] 19世紀末から1920年代後半にかけて、ゴム風船やアイキャップなど、眼の表面に物理的に接触する他の装置が開発され使用されました。

機械式システムには、3 つの重大な欠点がありました。物理的接続のずれによる精度の疑問、直接的な機械的接続によって参加者に生じるかなりの不快感 (したがって、参加するよう人々を説得するのが非常に困難)、および、試験中の参加者の読書体験が通常の読書体験と大幅に異なるため、生態学的妥当性に問題が生じることです。これらの欠点にもかかわらず、機械式デバイスは 20 世紀に入っても眼球運動の研究に使用されていました。

これらの問題を克服する試みがすぐになされました。解決策の 1 つは、機械的な接続ではなく電磁エネルギーを使用することです。「ドッジ テクニック」では、光線が角膜に向けられ、レンズ システムによって焦点が合わせられ、可動式の写真プレートに記録されます。Erdmann と Dodge ^[6]はこのテクニックを使用して、サッカード中に知覚がほとんどまたはまったくないと主張しました。この発見は、後に Utall と Smith によってより高度な装置を使用して確認されました。ドッジ テクニックの写真プレートはすぐにフィルム カメラに置き換えられましたが、試験中ずっと装置のすべての部品を完全に揃え、写真レンズの回折特性によって生じる歪みを正確に補正することが困難であったため、精度の問題に悩まされていました。さらに、通常は不快なバイト バーまたはヘッド クランプを使用して参加者の頭部を拘束する必要がありました。

1922年、ショットは、角膜と網膜の間の電位を記録する方法である電気眼記録法（EOG）と呼ばれるさらなる進歩を開拓しました。^[7]電極は、皮膚に貼る前に特殊な接触ペーストで覆われることがあります。そのため、患者の皮膚を切開する必要がなくなりました。 EOGに関する一般的な誤解は、測定された電位が外眼筋の筋電図であるというものです。実際には、EMGに対応する高周波はフィルタリングされているため、眼の双極子が皮膚に投影されただけです。 EOGは精度と信頼性を大幅に向上させ、それが何十年にもわたって実験家によって使用され続けた理由です。^{[8] [9] [10]}

読書中の眼球運動には、言語処理、注意、視覚、眼球運動制御という 4 つの主要な認知システムが関与しています。^[11]アイトラッカーは、眼球の内部で近赤外光を反射し、その反射を目で監視して視線の位置を決定します。この技術により、画面上の注視位置を正確に特定できます。^[12] Wang (2011) は、ビデオカメラを使用して人間の被験者の目の位置 (瞳孔拡張と眼球運動) を記録するビデオベースのアイトラッカーを使用して、注視、サッカード、瞳孔拡張反応が画面上の情報や行動選択にどのように関連しているかを調べることができると述べています。Wang によると、^[13]

これらの観察可能なものの関係を理解することで、人々がどのような情報を得るか、どこに注意が向けられているか、どのような感情状態にあるか、さらにはどのような脳活動に従事しているかによって、経済における人間の行動がどのように影響を受けるかを理解するのに役立ちます。これは、注視とサッカード（画面に表示される情報と一致する）が人々がどのように情報を取得するか（および何を見るか）を示し、注視時間の長さが注意を示し、瞳孔拡張反応が感情、覚醒、ストレス、痛み、または認知負荷を示すためです。^[要出典]

熟練した読者は、平均して 4 分の 1 秒ごとに目を動かします。目が注視されている間に、新しい情報が処理システムに取り込まれます。平均的な注視時間は 200～250 ミリ秒 (1000 分の 1 秒) ですが、範囲は 100 ミリ秒から 500 ミリ秒以上です。^[14]各サッカード (または短く急速な動き) で目が移動する距離は 1～20 文字で、平均は 7～9 文字です。サッカードは 20～40 ミリ秒続き、この間は視覚が抑制されるため、新しい情報は得られません。^[15]読者間で、また同じ人が 1 節のテキストを読んでいる場合でも、注視 (サッカードがジャンプするポイント) とサッカードにはかなりのばらつきがあります。熟練した読者は、約 15 パーセントの確率で、すでに読んだ資料に戻ります。より速く読む人とより遅く読む人の主な違いは、後者のグループでは一貫して平均注視時間が長く、サッカードが短く、退行が多いことです。^{[16]眼球運動に関するこれらの基本的な事実は100年近く前から知られていますが、研究者が眼球運動の行動を読書中の}認知処理の反映として調べ始めたのはごく最近のことです。^[17]

下の行のテキストは、相対視力パーセンテージで視力をシミュレートしています。テキストを認識する難易度は、注視点からの距離に応じて増加します。^[18]

失読症の人は一般的に読む速度が遅くなりますが、これはさまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。これらの障害に対処するための治療法は、失読症の生物学的理論に基づいているものに応じて多数あります。そのような考え方の 1 つは、大細胞欠損に基づいています。大細胞経路が調整されていないため、行を飛ばしたり、読み直したりします。^[19]

競争相互作用理論とSERIFは、現在注視されている単語とその隣接する単語の単語長がサッカード振幅と潜時（または注視期間）にどのように影響するかなど、読書における低レベルの眼球運動プロセスに重点を置いています。^{[20] [要出典]} Reader、EMMA、EZ Reader、SWIFTは、語彙処理、単語頻度、単語構文解析、単語予測可能性などの高レベルの認知プロセスに重点を置いています。^[要出典]

• 失読症の生物学的理論
• 目の動き
• 楽譜を読む際の目の動き
• 視線随伴性パラダイム
• 読む
• 固定（視覚）
• 視線追跡
• 国際宇宙ステーションでの視線追跡
• 中心窩
• スクリーン読み取り