Айтрекинг: методы регистрации движений глаз в психологических исследованиях и практике

Московский городской психолого-педагогический университет
Центр экспериментальной психологии

В. А. Барабанщиков,
А. В. Жегалло

Когито-Центр
Москва – 2014

АЙТРЕКИНГ

Методы регистрации движений глаз 
в психологических исследованиях и практике

Учебное пособие посвящено методам измерения направленности 
взора человека. В последние годы, благодаря появлению удобных 
средств видеорегистрации движений глаз – айтрекеров – их применение в фундаментальных и прикладных исследованиях становится все более доступным. В книге рассматриваются виды 
движений глаз и их характеристики, феномены окуломоторной 
активности человека и ее детерминанты, роль движений глаз 
в процессах познания, деятельности и общения; обсуждаются 
достоинства и недостатки методов окулографии, дается характеристика современного оборудования и технологий регистрации 
движений глаз. Учебное пособие предназначено для магистрантов и аспирантов психологических факультетов (кафедр) вузов, 
специализирующихся по направлениям «Экспериментальная психология», «Когнитивная психология», «Прикладная психология», 
«Психофизиология», «Клиническая психология».

 УДК 159.9
 ББК 88
 
Б 24

В. А. Барабанщиков, А. В. Жегалло

Айтрекинг: Методы регистрации движений глаз в психологических исследованиях и практике. – М.: Когито-Центр, 2014. – 
128 с. (Университетское психологическое образование)

ISBN 978-5-89353-415-3

Б 24

© Московский городской психолого-педагогический
университет, 2014
ISBN 978-5-89353-415-3

 УДК 159.9
 ББК 88

Все права защищены. Любое использование материалов
данной книги полностью или частично
без разрешения правообладателя запрещается

Рецензенты:

Б. М. Величковский, член-корр. РАН,
доктор психол. наук, профессор
В. И. Белопольский, доктор психол. наук, профессор
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

На обложке представлен маршрут движений глаз человека,
рассматривающего репродукцию картины Сальвадора Дали
«Незримые лев, конь и спящая женщина» (1930 г.).

ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

ГЛАВА 1
Движения глаз как научная проблема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Краткая история. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Проблемное поле  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

ГЛАВА 2
Глазодвигательная активность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Орган зрения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Виды движений глаз  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Глазодвигательная система. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Понятие взора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

ГЛАВА 3
Методы регистрации движений глаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Видеосъемка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Фотооптический метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Фотоэлектрический метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Электроокулография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Электромагнитный метод  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

ГЛАВА 4
Общая характеристика исследований
окуломоторной активности человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Фундаментальная проблема  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Практические приложения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Требования к организации исследований  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

ГЛАВА 5
Психологическая природа окуломоторной активности.  . . . . 46
Окуломоторные структуры  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Детерминанты движений глаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Механизмы регуляции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

ГЛАВА 6
Цифровые системы видеорегистрации движений глаз. . . . . 58
Принципы работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Источники помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 7
Оборудование для видеорегистрации движений глаз  . . . . . . 63
Стационарные системы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Мобильные системы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Безопасность использования систем
видеорегистрации движений глаз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

ГЛАВА 8
Предъявление стимульного материала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Стандартное и альтернативное программное обеспечение . . . . 76
Средства создания экспериментов
в программно-аппаратных комплексах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Айтрекинговые исследования зрительного восприятия
объектов, зависящих от направления взора
(gaze contingent paradigm).. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

ГЛАВА 9
Обработка данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Первичная обработка данных  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Дифференциация фиксаций и саккад. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

ГЛАВА 10
Показатели окуломоторной активности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Показатели, связанные
с непосредственным перемещением глаз  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Показатели, связанные с устойчивым положением взора. . . . . . 94
Численные (частотные) показатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Показатели, связанные с инерционностью движений . . . . . . . . 105
Практика обработки айтрекинговых данных. . . . . . . . . . . . . . . . 108

ГЛАВА 11
Айтрекинг в структуре
экспериментально-психологических исследований  . . . . . . . 110
Переоснащение инструментально-технологической
базы психологии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Специфика предмета психологического исследования . . . . . . . 112
Новые технологии и перспективы изучения
окуломоторной активности человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

ПРИЛОЖЕНИЕ
Учебно-методический комплекс по курсу
«Методы регистрации движений глаз в психологии»  . . . . . . 120

Учебное пособие, предлагаемое вниманию читателя, посвящено 
измерениям направленности взора человека и их использованию 
в психологической науке и практике. Потребность в данной тематике обусловлена местом движений глаз в структуре взаимоотношений индивида со средой, человека с миром. Тесные связи окуломоторики с центральной нервной системой, с одной стороны, 
с содержанием психических процессов – с другой, с многообразными формами активности субъекта (поведением, деятельностью, 
общением) – с третьей, позволяют через анализ движений глаз изучать механизмы работы мозга и их нарушения, выявлять динамику состояний, закономерности восприятия, мышления, представлений, прослеживать намерения и установки личности. Знания 
о движениях глаз используются в интересах многих профессий.
В последние годы окуломоторная тематика стала очень популярной. В развитых странах Европы и Америки число исследований, 
использующих движения глаз в качестве индикатора состояний, 
психических процессов и поведения людей, растет по экспоненте. 
Интерес к окуломоторной активности вновь пробуждается в России. Переживаемый бум связан с появлением удобных средств регистрации направленности взора (айтрекеров) и программных 
продуктов, позволяющих эффективно обрабатывать окулограммы. 
Складывается новый термин, фиксирующий наряду с инструментальной и измерительной, информационно-коммуникативную и интерпретационную составляющие видеоокулографии – айтрекинг.
Учебное пособие адресовано в первую очередь магистрантам 
и аспирантам психологических кафедр университетов, которые 
знакомятся с современными методами объективного изучения поведения человека и, возможно, пытаются использовать окулографию в своей работе. На сегодняшний день айтрекинг представляет 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предисловие

собой сложную систему процедур, связывающую оборудование, необходимое для регистрации окуломоторной активности, способы 
предъявления стимульного материала, компьютерную обработку 
данных, их оценку и интерпретацию. На любом из этапов применения айтрекера исследователь либо практик сталкивается с множеством вопросов, без решения которых получаемые результаты 
могут оказаться некорректными.
Назначение пособия состоит в том, чтобы помочь заинтересованному читателю сориентироваться как в методах окулографии, 
так и в области содержательных проблем, касающихся психологической природы движений глаз. Читатель имеет возможность 
познакомиться с видами движений глаз и их характеристиками, 
феноменами окуломоторной активности и ее ключевыми детерминантами, механизмами и ролью движений глаз в процессах восприятия, деятельности и общения. Значительное место в книге 
уделено конкретным методам окулографии, описываются характеристики современного оборудования и технологий регистрации 
и оценки движений глаз. В приложении к пособию дается учебнометодический комплекс по курсу «Методы регистрации движений 
глаз в психологии», апробированный в Центре экспериментальной психологии Московского городского психолого-педагогического университета.
Исследования окуломоторной активности – ее механизмов, 
свойств, функций – одна из немногих экспериментальных областей 
психологии, результатами разработки которой российская наука 
может гордиться. Хотелось бы надеяться, что на очередном витке 
развития технологий заложенные ранее традиции будут упрочены 
и позволят существенно расширить наши представления об организации движений глаз и их роли в процессах познания, деятельности и общения людей.

В повседневной жизни каждый человек, обладающий зрением, постоянно осматривает окружающее, выделяя для себя ту или иную 
полезную информацию. Мы всегда что-то ищем и замечаем в мире: цвет светофора, мелькнувшее в толпе лицо, вульгарно-оригинальный текст рекламы или контуры строящегося здания. Дважды 
в секунду предмет зрительного восприятия меняется, а направленность взора перемещается из одной позиции в другую. Какова природа подобных движений? Зачем они нужны? Можно ли 
их измерить и насколько точно? Как они организованы? От чего зависят? Как включаются в процесс ориентировки человека 
в мире? О чем могут информировать? Как связана направленность взора с поведением, деятельностью и общением? Вот круг 
основных вопросов, обозначающих проблемное поле исследований и диапазон практического использования получаемых результатов.

Краткая история

Функции движений (направленности) глаз человека обсуждаются 
на протяжении нескольких столетий. В разные годы в дискуссию 
включались крупнейшие естествоиспытатели, такие как И. Кеплер 
и И. Ньютон, Г. Гельмгольц и И. М. Сеченов. Связь движений глаз 
с восприятием произведений искусства отмечали Леонардо да Винчи, А. Дюрер, О. Роден. Конструктивный характер окуломоторики подчеркивался в эпистемологических концепциях Дж. Беркли, Т. Гоббса, Р. Декарта, Э. Кондильяка, Ж. Ламетри, Дж. Локка, 
Н. Мальбранша и других философов. Свое отношение к природе 
и функциям движений глаз выразили ведущие психологические 
течения: физиологическая психология, структурализм, гештальт
ДВИЖЕНИЯ ГЛАЗ
КАК НАУЧНАЯ ПРОБЛЕМА

Глава 1

Глава 1

психология, бихевиоризм, генетическая психология, когнитивная 
психология, сторонники экологического, деятельностного, системного и других подходов.
Хотя активное использование окулографии началось пятьдесят лет назад, экспериментальное изучение направленности/движений взора человека ведется с середины XIX в. Смены школ 
и научных традиций отточили инструментарий исследований; 
дифференцировались основные предметные области, система 
понятий, парадигмы и спектр решаемых проблем. На сегодняшний день совокупный объем разработок темы достаточно высок. 
Вопросы окуломоторной активности неизменно встают на международных психологических и физиологических конгрессах, 
съездах, конференциях; им посвящены крупные монографические издания. Образованная в 1979 г. Европейская группа исследователей движений глаз объединяет представителей десятков 
научных центров Европы, США и ряда стран Азии. С 2007 г. выходит специализированный журнал, посвященный вопросам природы и функций движений глаз, – «Journal of Eye Movement Research».
Проблема движений глаз, их роли в процессах познания, деятельности и общения имеет в российской науке глубокие корни 
и серьезный методический задел. Необходимость измерения направленности взора была осознана еще в XIX столетии. Первоначально это достигалось с помощью субъективных процедур: путем 
сравнительной оценки наблюдателем относительного положения 
или величины воспринимаемых предметов, обнаружения смещений послеобраза или описания особенностей энтоптических явлений. Непосредственно перед Великой Отечественной войной 
проводились аппаратурные наблюдения за движениями глаз. Объективные методы, позволяющие вести измерения глазодвигательной активности в ходе выполнения испытуемым различных задач 
(собственно окулография), стали разрабатываться в 1950-х годах 
и уже в 1960–1970-е годы получили широкое распространение (Ярбус, 1965; Запорожец, Венгер, Зинченко, Рузская, 1967; Гуревич, 
1971; Зинченко, Вергилес, 1969; Ломов, Вергилес, 1975; Гиппенрейтер, 1978; и др.). Социальные потрясения конца столетия отодвинули аппаратурные исследования на дальний план. Интерес 
к тематике возрождается лишь в XXI веке; благодаря прогрессу 
информационных технологий обнаруживаются дополнительные 
возможности окулографии не только в области фундаментальной 
науки, но и в различных сферах практики.

Движения глаз как научная проблема

Проблемное поле

Исключительное значение, придаваемое столь специфичному виду 
активности, обусловлено местом, которое он занимает в структуре взаимоотношений человека с миром. Воплощая единство важнейших сфер жизни – ориентировки, коммуникации и движения, 
окуломоторная активность оказывается на пересечении процессов 
познания, деятельности и общения, природа которых всегда вызывает повышенный интерес.
Взятая сама по себе, окуломоторика выступает как яркий феномен биодинамики, характеризующийся многообразием видов и переходных форм. В каждый момент времени глаза человека находятся в движении. Быстрые резкие перемещения (саккады) сменяются 
медленными и плавными (дрейфом), почти точное прослеживание 
движущегося объекта сочетается с собственными колебаниями 
глаз (тремором); наряду с латеральными отклонениями (право–лево, верх–низ) выполняются вращательные движения относительно 
оптической оси (торзии), а при бинокулярном восприятии – сведение или разведение самих осей (вергенция); диапазон амплитудно-частотных характеристик окуломоторной активности занимает несколько порядков. Способы построения подобных движений 
и их синтезы образуют содержание проблем, далеко выходящих 
за рамки биомеханики.
Оставаясь уникальным проявлением «живого движения» 
(Н. А. Бернштейн), окуломоторика подчинена общим законам организации двигательной активности. С этой точки зрения, движения глаз можно рассматривать как элементарную модель поведенческих актов, реализующую структуру и ключевые механизмы 
взаимодействия организма со средой. Взаимосвязь окуломоторики 
с различными отделами и системами мозга открывает перспективу 
исследования разнообразных процессов ЦНС, которые обеспечивают ориентировку организма в среде и организацию его поведения. 
В отличие от других объектов биологического регулирования направленность/движение глаз имеет неоспоримые преимущества: 
небольшое число степеней свободы, доступность прямому наблюдению и возможность непрерывной регистрации.
Наиболее тесно окуломоторика включена в процесс зрительного восприятия. Именно здесь появляется понятие взора, выражающее одновременно предметную направленность и активность 
наблюдателя; первая связана с устойчивой фиксацией глаз, вторая – 
с их перемещением из одной позиции в другую. Являясь условием 
адекватного отражения действительности, направленность/движе

Глава 1

ния глаз объективируют этот процесс: вводят в него соразмерность 
пространственно-временным отношениям среды и связывают его 
с событиями, протекающими в самом организме. Возможность объективации предмета восприятия является тем смысловым ядром, 
которое на протяжении веков порождает и поддерживает разнообразные гипотезы о роли движений глаз в чувственном познании мира. И хотя вопрос о функциях окуломоторики до сих пор остается 
открытым, его решение нередко рассматривается как ключ к природе зрительного восприятия в целом.
Направленность взора – важная функциональная характеристика человека, выражающая его отношением к окружающей среде. 
Она проявляется в направленности оптических осей глаз, но к ней 
не сводится. Даже во время устойчивой фиксации предмета оптические оси находятся в непрерывном движении, перемещаясь 
по замысловатой траектории. Главная функция окуломоторной активности состоит в обеспечении зрительного процесса, создании 
эффективных условий восприятия среды.
Через восприятие окуломоторика связана с другими психическими процессами и затрагивает состояния человека. Так или иначе 
характер перемещения глаз выражает динамику внимания, мышления, воображения, представления, а их направленность – актуальные интенции личности: интерес, намерение, установку, отношение. Путем анализа движений глаз открывается возможность 
объективного исследования разнообразных психических явлений.
Психические процессы и состояния, в свою очередь, включены в более широкий контекст взаимоотношений человека с миром 
(деятельность, поведение, общение, игру) и сами строятся по логике 
этих взаимоотношений. Поэтому в формах окуломоторной активности находят отражение как динамика выполняемого действия, 
так и его структурные образующие. Это позволяет использовать 
знания о движениях глаз в интересах многих профессий.
В практическом плане закономерности окуломоторной активности учитываются при проектировании технических систем отображения информации, сложных видов профессиональной деятельности и оценке интерфейсов компьютеров, расширяют горизонты 
диагностики локальных поражений мозга, используются для лечения последствий психотравмы и при организации контроля за формированием умственных действий, составляют основу методов коррекции зрительных и окуломоторных функций и т. п. Психология, 
нейронауки, эргономика, офтальмология, радиология, спорт, педагогика, психиатрия, авиация, космонавтика, техническое моделирование биологических систем, масс-медиа, сценическое искусст

Движения глаз как научная проблема

во, публичная политика, PR, реклама – далеко не полный перечень 
сфер применения результатов исследований направленности/движений взора человека.
Аккумулируя понятия, методы и экспериментальные данные ряда научных дисциплин (биомеханики, информатики, физиологии 
сенсорных систем, психологии зрительного восприятия, искусственного интеллекта, офтальмологии и др.), проблема движений 
глаз принадлежит к числу комплексных. Она поставлена в нескольких планах: 1) феномены окуломоторной активности (виды, формы и параметры движений глаз); 2) их детерминация (условия, факторы и предпосылки, определяющие характеристики движений 
глаз); 3) управление окуломоторной активностью (механизмы движений глаз), 4) развитие окуломоторной активности (фило-, онто-, 
актуал- и патогенез глазодвигательной системы); 5) способы включения окуломоторики в процессы зрительного восприятия, познания, общения и деятельности человека, и некоторые другие. Каждый из планов фиксирует главные предметные области проблемы 
и опирается на соответствующую систему познавательных средств. 
Раскрывая разные аспекты одного и того же целого они тесно взаимосвязаны; с какого бы плана и в рамках какой бы дисциплины 
ни начиналось исследование, рано или поздно возникает необходимость преодоления рамок исходной парадигмы и выхода в другие планы анализа или смежные области знания.

В процессе эволюции глаза формировались как органы зрения, 
обеспечивающие организмам дистантную ориентацию в оптически разнородной среде. По своему строению и способу функционирования – это уникальные устройства преобразования светового 
потока в активность нервной ткани, которая лежит в основе разнообразных психических явлений: зрительных ощущений, восприятий, внимания, представлений и т. п.

Орган зрения

Внешний вид глаза человека изображен на рисунке 1. Конъюнктива – белая соединительная ткань, пронизанная мелкими кровеносными сосудами, в передней части глазного яблока переходит в более 
изогнутую и прозрачную роговицу. Позади роговицы располагается пигментированная (серая, синяя или каряя) радужная оболочка, 
обрамляющая зрачок. В зависимости от интенсивности светового 
потока диаметр зрачка может меняться. Конъюнктива и роговица 
покрыты тонкой пленкой слезной жидкости, которая равномерно 
распределяется при движении век (моргании). Слезная жидкость 

ГЛАЗОДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ

Глава 2

Рис. 1. Внешний вид глаза человека