面部表情识别中眼睛的线索作用
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作者: 柳生 钱萼 张庆 潘发达
摘要：目的：检验面部表情识别中眼睛的线索作用及发展变化趋势。方法：采用不同情绪中的眼睛和嘴鼻部制成的面部表情合成照片，不同年龄阶段的被试对刺激图片进行主观判断。结果：面部表情识别中眼睛线索和嘴鼻部线索作用存在显著差异；不同情绪条件下的眼睛和嘴鼻部的作用有显著差异；情绪识别中，三个年龄群体的眼睛线索作用存在显著差异。结论：总体上，面部表情识别中眼睛线索作用较弱；识别伤心情绪时，眼睛线索作用较大，识别开心情绪时，眼睛线索作用较小；随着年龄增长，眼睛线索作用逐渐增大。
关键词：情绪识别；面部表情；眼睛；嘴部
中图分类号：B84 文献标识码：A 文章编号：1671―6124(2011)06―0115―05
社会生活中，情绪对于协调人际关系具有重要作用。表情是情绪的主要表现形式，它作为信息的载体，与语音、体态一样，是研究情绪的重要客观指标。对面部表情的心理学研究成果集中体现在Ekman，Izard等面部表情测量系统的建立(FAST，Affex)，这些系统根据不同肌肉活动或表情体现，从局部和整体实现表情的科学测量，都重视面孔不同部位的情绪线索意义。面部表情的识别依赖于许多线索来完成，特别需要借助面部某些活动性较大的肌肉群的运动。人的眼、眉、嘴、鼻、脸色等的变化最能表示一个人的情绪，其中眼睛是最善于传情的，人们常说“眼睛是心灵的窗户”，表明眼睛是人类个体在社会交往中表达和理解情绪及思想的重要外表部位，是反映人的情感的重要依据。眼睛是心灵的窗户的奥秘在于瞳孔，美国心理学家赫斯经过长期研究后认为，瞳孔的收缩与放大，既与光线刺激的强弱有关，也与心理活动机制有关，而且瞳孔的变化是无法自觉地、有意识地加以控制的，这就是说，它必然会透露你内在的秘密。不同的眼部肌肉特征同样具有这些特征，可以表达各种不同的情绪状态。
已有的不同面部表情识别研究结论显示，与其他部位比较，眼睛的线索作用不同。1)眼睛线索作用相似。一项成人被试的实验研究中，给成人被试观看面部表情、从面孔中截取的眼睛部位以及嘴部的照片，同时让他们在两个或者四个词中选择一个描述该照片中人物心理状态的词，结果发现在对基本情绪的判断中，通过整个面部表情线索来做出判断要显著好于仅仅通过眼睛或嘴部线索判断，但与眼睛部位的判断差异刚好在0.05水平，而眼睛与嘴部没有差异。2)眼睛线索作用较大。以儿童为被试，采用不同面孔部位单独呈现方式。识别高兴，难过，生气和害怕的表情的研究中，或者，以大学生为被试，采用“识别―判断”实验范式，通过对不同部位(眼睛、嘴)等遮蔽的技术，均发现眼睛部位正确判断成绩显著高于嘴部位的成绩。3)眼睛线索作用较小。最近以美国和日本成人为被试识别面孔为高兴表情时，嘴部线索作用高于眼睛线索作用。具体来说，主要倡导含蓄文化的日本人关注眼睛情绪线索，而主要倡导开放文化的美国被试关注嘴巴情绪线索。
以往研究结论的分歧，集中体现在实验变量的测量思路。具体是实验材料上，多以呈现单独面孔部位为主，通过对截取部位的识别来研究面部表情。这种实验范式严重缺乏生态效度，因为人际互动中，所有的部位，包括眼睛、嘴巴、鼻子都是嵌入面孔中，面孔作为背景的影响始终存在。消除该变量不如恒定该变量。本研究采用合成照片，面孔始终作为背景，通过嘴鼻部的线索作用和眼部的线索作用的比较来检验眼睛在面部表情识别中的作用和眼睛线索的发展变化。
一、研究方法
1.研究对象
随机抽取被试，小学四年级两个班，初二年级两个班和大学两个班，其中男女生比例相当，三组被试共241人，平均年龄15.94，标准差3.99。其中小学77人，平均年龄11.26，标准差0.68，初中87人，平均年龄15.64，标准差0.61，大学77人，平均年龄20.96，标准差1.28。
2.实验材料
(1)面部表情照片的制作邀请一名面部表情丰富的大学生作为面部表情表演者，请技术专业人员用数码相机对其进行拍摄。选择三种类型的面部表情，即高兴、中性和悲伤，让表演者呈现与相应表情标签词一致的面部表情，每种类型面部表情照片分别拍摄6张以上。拍摄完成后，由研究者对三种表情照片初步选择，分别选择4张比较有代表性的形成三组，每组4张。
(2)照片合成与处理对三组照片进行调光、裁剪等处理，统一亮度、对比度、大小(尺寸为72x72，像素为745x957)。将三组照片制成幻灯片，每次呈现一种类型表情的一组4张照片。同样程序制作厌恶表情的一组照片，做成幻灯片，作为示范表情，用来辅助讲解具体操作。要求被试在每组的四张照片中做出选择，然后分别统计三组中选择率最高的1张，确定为实验照片，即每一类型表情照片1张，共3张。
请技术专业人员对三张照片用Photoshop软件进行处理，将一张照片中的眼部粘贴到另一张照片中的眼部位置。与嘴鼻部形成一张完整面部，鼻子部位和嘴部始终作为一个整体，即鼻子和嘴的表情类型是一致的，以恒定“鼻子”这个控制变量。按照眼部和嘴鼻部的六种组合方式，制作形成6张合成照片(尺寸为72~72，像素为751x951)。最后将6张合成照片制成幻灯片，每次呈现一张，每张的呈现时间设置为20秒，并且制作一个示范表情照片。制作正式实验问卷表格，每张照片在表格上均有三个备选标签词，为方便不同年龄组被试理解，故将标签词统一定为高兴、没表情和不高兴。
(3)实验材料效度照片认定。1)选择照片。对47名大学生进行测试，播放照片的幻灯片，共呈现三组，每组4张照片，每组中的照片序号均为1、2、3、4，每组时间间隔为20秒，要求学生在每组4张照片中选出一张自己认为符合相应表情标签词的照片，记下照片序号并在表格中相应位置上打勾。三组照片选择完毕后回收表格。2)确定照片。对回收表格进行统计，计算三种类型表情的选择人数，分别算出每种类型的四张照片的百分比，将三组中百分比最高的一张确定为该表情标签词的面部表情照片(均显著高于随机概率水平)，作为合成照片的基础。
3.正式实验
参考相关文献，对其实验程序和实验材料进行必要的修改，重新设计后用于本实验，按照开心眼部／中性嘴鼻部、中性眼部／伤心嘴鼻部、开心眼部／伤心嘴鼻部、中性眼部，开心嘴鼻部、伤心眼部／中性嘴鼻部和伤心眼部／开心嘴鼻部的线索作用小，这与以往某些研究结论不一致的。这种差异揭示眼睛和嘴部位的比较需要进一步详细分析。
面部表情识别的眼睛与嘴鼻部线索的比较不是简单的，针对不同情绪类型会发生变化，通过其他研究方法，心理学和神经生理科学都进行过探索。首先，心理学研究认为不同的面部区域确实可以帮助区别不同的情绪。艾克曼的实验证明，人脸的不同部位具有不同的表情作用。例如，眼睛对表达忧伤最重要，口部对表达快乐与厌恶最重要，而前额能提供惊奇的信号。国内早期心理学家林传鼎(1944)的实验研究也
发现，口部肌肉对表达喜悦、怨恨等情绪比眼部肌肉重要；而眼部肌肉对表达如忧愁、惊骇等情绪，则比口部肌肉重要。最近的研究同样支持，识别快乐表情时，口部线索比眼部线索更重要，存在口部优势效应。事实上，眼睛(包括眉)作为面部表情判别的主要依据，仅表现在对哀类情绪的判别中；而在对喜类情绪的判别中，它的重要性显著低于以“口唇”区为主要代表的下半部脸表情。因此，“眼睛是最富于表情，最能传递情感的部位”的简单命题缺乏普遍性。而对发怒的面孔比对愉快的和中性的面孔反应速度更快，愉快、感兴趣和有吸引力等正情绪增加面部肌肉活动，而发怒、沮丧和恐惧等负情绪主要是前额区和眉间的活动，不同区域提供的信息不同，但眼部区域是愤怒情绪的最显著判别指标。其次，表情识别的神经生理和脑成像研究初步确定，不同情绪有各自特定的神经基础，比如悲伤可以激活左侧杏仁核、右侧颞中、下回合扣带前回，高兴的脑区包括眶额叶、基底节、扣带前回、杏仁核、腹侧纹状体等。当人类表达或识别不同情绪时，不同情绪的神经基质也体现在面孔不同部位和肌肉群的参与度变化。其中，识别恐惧、愤怒、悲伤表情时，眼睛区域的信息非常重要，而高兴表情的识别也较多需要处理嘴部区域的信息，这种表情识别的面孔部位权重变化得到杏仁核损伤患者的神经生理研究支持。本研究通过行为分析，结果显示被试主要是利用眼睛线索来判断伤心情绪，主要利用嘴部线索来判断开心情绪，这与前述的心理和神经生理研究结果一致。
另外，眼部肌肉群与嘴鼻部肌肉群的自主、意识控制性不同。人脸是一个层次立体化结构，它由头骨、肌肉层、覆盖的结缔组织和外部皮肤层组成。人脸表情的产生是由于脸部肌肉的变形引起的，不同表情主要参与活动的肌肉群不同，使人脸具有特定表情所涉及的主要肌肉有口轮匝肌、鼻肌、颧肌、眼轮匝肌、皱眉肌等。唇部的状态主要由口轮匝肌协作完成，眼睛及眼部周围的状况主要是由眼轮匝肌收缩导致的。从解剖生理角度看，眼部肌肉群主要是眼轮匝肌的活动，它们较为难以人为控制，而嘴部肌肉群的口轮匝肌却容易人为的、受自主意识的控制。而且，两者的神经通道是不同的，支配眼轮匝肌等面上部各肌(包括额肌、皱眉肌)的神经元接受双侧皮质延髓束的控制，支配口轮匝肌等面下部各肌(包括颊肌)的神经元单独接受对侧皮质延髓束的控制。正如真心的笑，不仅面颊部分肌肉收紧，眼轮匝肌也会绷紧，假笑则只有嘴部肌肉群的活动，而且马上放松。因此，眼睛与嘴鼻部的情绪线索的不同权重既是个体成长经历的个体化与社会化的结果，又是生物体生理结构的产物。
2.眼睛线索作用的发展性分析
本研究结果显示，总体上三个年龄群体的眼睛线索进行情绪识别存在显著差异，而且初中组使用次数明显多于小学组，大学组比初中组稍多，说明随着年龄的增长，眼睛线索作用也呈现增长趋势。进一步分析显示，用眼睛线索判断开心情绪和伤心情绪的判断值也呈现年龄上的增长趋势。因此，眼睛线索作用是逐渐增大。
面部表情的识别依赖于一些因素，如对人脸的熟悉程度，对各种表情的体验，对脸部的注意程度，非视觉因素等。模拟理论(simulation theory)认为，个人对他人情绪状态的识别，依靠自身产生并且体验到相似的情绪体验。特定表情识别的年龄差异，通过模拟理论可以得到解释。从小学、初中到大学，个体的社会化程度逐渐提高，对各种表情的体验程度加强，注意力集中水平也逐渐提高。所以，随着年龄的增大，眼睛的线索作用也随之增大。人的社会化程度的提高可以反映所处文化的影响程度，说明文化的确影响人的情绪识别能力发展，以及对面部表情不同情绪线索的利用度的变化，与有关跨文化情绪线索研究一致。表情控制中，控制眼部肌肉群比控制嘴部肌肉群更具有不自主性，而面部表情的事件相关电位研究显示，青少年的情绪控制能力随着年龄增长而逐步增强。社会化过程里，青少年越来越学会通过控制眼部来控制面部表情，同时也学会从对方的眼部特征寻找情绪变化，实现有效人际交往。所以，人的情绪理解能力是随着年龄的增长而增长的。还有研究发现，对高兴、伤心、生气和惊讶面部表情的识别，年龄上存在着显著差异，本研究与之不谋而合。
初中组和大学组之间眼睛的线索作用差异不显著，与小学组呈现显著差异。表情识别能力既是情绪发展水平标志，更是认知能力的体现，受到主体认知能力水平的限制。本研究中的小学组被试的认知发展正处于具体运算阶段向形式运算阶段的过渡期。他们开始尝试运用抽象的概念，思维具有更大的弹性和复杂性，能提出合理可行的假设并进行验证，知道事物的发生有多种可能性。初中和大学已经处于形式运算阶段，抽象思维得到了较高的发展和完善，初中生和大学生认知能力差距更小，因此，面部表情识别中眼睛的线索作用在初中组和大学组中没有显著差异。
三、结论
本研究运用合成照片实验程序对小学、初中和大学进行了实验和研究，结果表明：1)总体上，面部表情识别中眼睛线索作用较弱；2)识别伤心情绪时，眼睛线索作用较大；识别开心情绪时，眼睛线索作用较小；3)随着年龄的增长，眼睛线索作用也逐渐增大。
参考文献：
[1]周晓彦，面部表情识别研究[D]，南京：东南大学硕士学位论文，2005。
[2]Baron-Cohen s，Wheelwdght s，Jolliffe T.Is there a“Language 0f the Eyes"?Evidence from normal adults。and adults with autism or Asperger Syndrome[J].VisualCognition，1997，(3)：3ll一331。
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