CN103857347B - 语言理解的瞳孔度量评估 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于使用瞳孔反应系统来评估患者的语言理解的方法，所述瞳孔反应系统包括配置为测量患者的瞳孔反应的至少一个瞳孔计。所述方法包括（a）为患者提供包括至少两组言语刺激的言语刺激列表，每组言语刺激包括一个或多个言语刺激，其中这两组言语刺激彼此的本质区别在于难度水平；（b）一次向患者呈现来自言语刺激列表的一个言语刺激；（c）在200毫秒至10秒的一段时间内测量并记录在呈现每个刺激期间患者的瞳孔反应数据；以及（d）分析瞳孔反应数据以评估患者的语言理解。

Description

语言理解的瞳孔度量评估

技术领域

该申请要求2011年8月9日提交的美国临时申请No.61/521,405的权益，其通过引用并入本文。

本发明总体涉及认知和语言评估方法的领域，更具体地涉及通过测量患者响应于预定的言语刺激和/或视觉刺激的瞳孔大小来评估认知和语言能力的方法。

背景技术

可以利用各种众所周知的构想，如通过测试语言理解、语义联想启动效应、工作记忆、以及注意力，来评估和研究个体的认知和语言能力。然而，尤其针对患有神经系统损伤或疾病的人们，与这些构想有关的传统的临床和研究措施伴随方法上的限制和“混淆”，因而降低了发现的有效性和一般化。“混淆”是这样的因素，其威胁评估有效性。这些混淆包括指令的理解、记忆、响应所需要的运动能力，以及相对于在线测量（当人忙于任务时发生的那些测量），与利用离线测量（在完成任务以后收集的那些测量）有关的问题。这些混淆可能会对个体（尤其是患有神经系统损伤的个体）的语言理解产生不一致的和/或不准确的评估。神经受损的人们可能具有或不具有导致诸如失语症等疾病的任何语言理解缺陷。

此外，传统方法经常要求使用多种语言技巧，阻碍了准确评估个体的任何单一认知能力，比如语言理解（也被称为语言理解）。例如，最常用的评估方法，即故事复述任务方法，使用短期记忆技巧和语言理解技巧。在这种方法中，给患者讲述故事并要求复述该故事。如果患者能够复述故事的基本要素，则这表明，他们理解故事。针对患者的语言理解的评估，该方法具有固有的依靠短期记忆技巧的混淆。即使记忆技巧不干扰实际语言理解，也难以将语言理解与短记忆技巧分开。另外，这种复述方法依靠患者在口头地或文本地（写作）复述故事方面的讲话或写作能力。为了准确地评估理解，必须排除个体（尤其是患有神经系统损伤的个体）之间的记忆、讲话写作、姿势及其他肌肉活动的可能的反应失效或不一致。

评估患有中风和脑损伤的个体的理解甚至更困难。众所周知评估这些个体存在许多混淆。与语言损伤同时，这些个体常常具有注意力、视觉和运动机能的损伤，从而导致存在许多混淆。当这些个体具有许多相关联的损伤时，难以确保语言评估的有效性。例如，难以确定临床评估期间的错误回答或缺乏响应是由语言理解不足还是由其他缺陷，比如无反应能力导致的。

Hallowell（1999，2002）公开了一种眼跟踪方法，其涉及响应于视觉地和/或听觉地呈现的刺激来测量并跟踪个体的眼睛凝视。尽管使用眼跟踪捕获理解指数的许多优点，但是该方法的缺点在于个体可以控制当他们注视视觉显示的各构成成分时他们凝视他们眼睛的位置。换句话说，即使告知患者自然注视并且不以特定的方式控制他的或她的眼睛，他或她仍然可以试图控制他或她注视的位置以便以更正确或可取的方式反应。结果，在观看者试图控制他们的注视模式的情况下，使用自发意外的眼睛运动的预期目的可能被破坏。进一步地，在某些情况下，患有眼运动性失用的个体在基于注视的理解任务期间有故意注视图像的困难，进一步使基于眼睛注视的评估复杂化。

瞳孔测量法用于通过测量瞳孔扩张和收缩来测试认知强度，包括任务诱发的瞳孔反应（TERP）。这些先前研究中的大部分使用没有失语症的人们来研究瞳孔反应与认知努力之间的潜在相关性。虽然这些发现证实瞳孔度量测量对处理负荷是敏感的，但是不可以用于提供临床评估方法来指示一个人理解语言的真实能力。

首先，先前的研究使用非临床相关的刺激，比如头脑数学问题、单词和数字的记忆负担、音高辨别、心算、字母辨别、语音阴影/句子重复、句子理解、跨语言解释及强迫选择任务。这些非临床现相关的刺激不能提供关于患者的实际语言理解水平的任何临床有用的信息以便评价这个个体是否具有任何语言理解缺陷，尤其是在个体具有任何神经系统损伤的时候。

临床评估方法应产生关于一个人理解日常语言的真实能力（以临床相关方式指示语言理解水平）的有用信息。有用信息应该是与一个人如何正常使用语言有关的信息。作为实际问题，当听其他人说话时，知道人理解多少对于以下是必要的：适当的治疗、社会化、与生活安排有关的重大人生决定、财务管理、法律地位、和回到工作的潜力、教育活动以及休闲活动。临床相关刺激是与导致关于个体的语言理解水平的有用信息的个体的语言的日常功能使用有关的刺激。非临床相关刺激是与不会导致关于个体的语言能力的有用信息的语言的不寻常使用有关的语言刺激。例如，句子的主语和宾语是否与动词主题一致是不寻常的语言使用，其与一个人的日常功能语言理解能力不相关。另外，对这些非临时相关刺激的响应的不正确反应或失败不一定表示无法理解。

更重要的是，先前研究尚未使用不同难度水平的言语刺激来以临床相关方式对患有神经系统障碍的人们指示语言认知努力。更具体地，这些研究无法评价用于研究与认知努力的瞳孔方法的灵敏度和/或一致性，认知努力与各种单词和句子类型的不同难度水平有关。指示与日常功能语言中使用的单词和句子的不同难度水平有关的认知努力可以提供临床相关方式以检测患有神经系统障碍的人的任何可能语言缺陷。

进一步地，上述研究全部使用没有任何语言损伤、比如失语症的人们。直到最近，瞳孔度量研究尚未应用于患有失语症的患者。患有失语症的人们具有与语言理解缺陷并发的许多混淆，包括视力损伤。另外，瞳孔扩张本身可以受到除认知努力之外的许多因素的影响，比如光、情绪及身体刺激。与处理负荷有关的任务诱发的瞳孔反应与由其他因素诱导的瞳孔反应相比相对轻微，并由此可以由其他混淆因素轻松掩盖。

Jackson和Lucero-Wagoner（2000）在他们的书《瞳孔系统》中陈述任务诱发的瞳孔反应是瞳孔响应于工作记忆提高的注意力的负荷、感觉辨别或其他认知负荷稍微扩张的趋势。瞳孔响应于极端的情绪刺激比如害怕，或响应于感觉神经的触碰比如疼痛而更加显著地扩张。

Gutierrez和Shapiro（2011）使用瞳孔计来检查患有失语症的人们（PWA）和年龄相似的没有失语症的人们（年龄相仿对照组）之间的动词与其论点之间的相对主题匹配的不同影响。在Gutierrez和Shapiro的研究中，参与者听句子的主语和宾语与动词主题一致（合理的句子）或与动词主题不一致（不合理的句子）的句子。在患有或没有失语症的这两组参与者中，不合理的句子与合理的句子相比引起更大的瞳孔扩张。

然而，如前所述，Gutierrez和Shapiro的方法使用非临床相关刺激—句子中动词的主题匹配，并且这些非临床相关刺激不提供关于个体的实际语言理解水平的任何临床有用信息。同样，在瞳孔度量数据与来自当前标准化的临床语言理解测试的数据之间不得出相关性。正因如此，他们的方法不提供对如何使用瞳孔计来以临床相关方式指示个体的实际语言能力的洞察以便检测任何潜在语言缺陷，尤其是在个体具有任何神经系统损伤的时候。

更重要的是，Gutierrez和Shapiro的结果表明没有失语症的参与者比没有失语症的人们实际花费更长的时间来响应，其与患有失语症的人们通常花费更长时间来理解语言信息的众所周知的事实相反。因此，结果表明瞳孔计不能检测患有失语症的人们的瞳孔反应和没有失语症的人们的瞳孔反应之间的如与认知努力或理解任务的难度有关的差异。进一步地，研究教导瞳孔计可能不是用于指示个体的语言理解水平以检测任何语言缺陷的有效方法。

发明内容

由于许多常用评估方法中的许多潜在混淆，对评估患有或没有神经系统疾病的个体的理解的更有效且可靠的方法的需求较大。存在更大的需求来评估患有神经系统疾病的个体以评价他们是否具有任何语言损伤和/或语言损伤的水平。因此，强烈期望用于临床评估个体（尤其是患有失语症或其他神经系统疾病的个体）的语言理解的有效、一致且敏感的瞳孔度量方法。

使用本发明与传统的临床方法相比具有几个优点。许多患者的语言理解缺陷可以根据实验数据、测试结果和临床判断基于现有方法而被高估或低估。使用本发明的方法，被评估的人不需要理解任何指令。设备可以与被评估的人接触，比如通过使用安装在头部上的瞳孔计（有时称为“瞳孔测量器”）。可选地和/或优选地，远程设备可以用于测量、记录并分析瞳孔反应，并且设备不与人接触（虽然有时腮托可以用于帮助保持头部相对稳定）。

另外，方法实现：刺激适应，其可以在语言处理困难的鉴别诊断中用来控制知觉、注意、以及眼球运动缺陷；在测试之前，减少依赖于患者对言语指令的理解和记忆；允许理解的实时测量；以及允许测试较宽范围的言语和非言语刺激类型。本发明的额外优点在于甚至在严重的肌肉运动和认知缺陷的情况下，也经常保持瞳孔控制，因此本发明具有灵敏度和一致性来评估个体的语言理解以便针对语言理解的水平（如果存在任何损伤）和语言损伤的水平产生临床有用数据。

瞳孔计与单独眼睛凝视分析相比的优点包括观看者不能有意识地控制自身的瞳孔大小。要指出的是瞳孔大小通过脑干中的网状激活系统经皮层下并自动地控制，当使用瞳孔计时不可能存在与监控凝视时可能发生的眼睛的有意的有意识控制相关联的混淆。

广泛地，本发明提供了用于使用瞳孔反应系统（也被称为“瞳孔系统”）来评估患者，尤其是患有神经系统疾病或损伤的患者的语言理解的方法。瞳孔系统包括配置为测量患者的瞳孔反应以根据言语刺激的不同难度水平指示语言理解的至少一个瞳孔计。出于本发明的目的，瞳孔计被定义为用于测量瞳孔的宽度和/或直径的任何工具。

本发明的第一方法涉及使用言语刺激来评估语言理解。根据该方法，首先选择言语刺激列表，其被分为至少两组刺激。每组刺激包括列表中的一个或多个言语刺激；这两组言语刺激彼此的本质区别在于难度水平。用于本发明方法的言语刺激优选包括一个或多个单词、一个或多个句子或其组合或混合物。在某些优选实施例中，言语刺激包括一个或多个单词，其中单数名词是最优选的。单词的难度水平是基于一个或多个难度标准的，所述难度标准包括但不限于词汇习得年龄、词频、熟悉度、命名延迟时间、其他类似因素或其组合。其他类似因素可以包括单词长度、单词的不同发音及感知的难度水平。

言语刺激的感知难度可以通过要求患者将言语刺激分为两个不同水平来评价：一个相对简单，而另一个相对困难。预期的是，也可以使用评价难度水平的其他方法，只要这些方法提供关于言语刺激的感知难度的相对可靠的信息即可。

接下来，临床医生一次为患者呈现来自言语刺激列表（评估任务）的一个言语刺激，然后在大约200毫秒至大约10秒的时间范围内测量并记录在呈现每个刺激期间患者的瞳孔反应数据。优选地，临床医生在呈现每个言语刺激期间指导患者注视凝视点。进一步地，为了保持患者关注评估任务，在呈现言语刺激期间临床医生优选向患者给予一个或多个理解测试。

在任务结束时，分析并解释用于所有刺激的瞳孔反应数据以针对刺激的难度水平评估患者的语言理解。然后可以比较患者的瞳孔反应数据和标准数据，所述标准数据是对相同言语刺激的已知健康个体的瞳孔反应数据。如果患者的瞳孔反应数据明显不同于标准数据，则这是一个良好的指示，即患者具有言语理解缺陷。

该方法能够评估神经受损患者的言语理解水平。在开始评估任务之前，比如在向患者呈现刺激之前，优选评价患者的损伤严重性。

在某些优选实施例中，优选对患者进行基准测试，并测量和记录基准测试期间患者的瞳孔反应数据（被称为基准测量或值）。基准测量然后可以并入用于评估任务的瞳孔反应数据的分析以消除对瞳孔反应的情绪因素的影响。

优选地，在听觉上向患者呈现言语刺激以评估患者的听觉理解水平。同时，听觉呈现可以避免与文本呈现（也是视觉呈现）相关联的许多分散注意力的因素以给出与语言认知努力（其与言语刺激的不同难度水平相关联）相关的瞳孔反应的更准确分析。可选地，文本地向患者呈现言语刺激以评估患者的阅读理解水平。

在某些其他优选实施例中，言语刺激包括一个或多个句子，其中简单句是最优选的。根据一个或多个标准确定句子的难度水平。适当的标准包括但不限于句子长度、句子分支、动词的数量、嵌入式从句的数量、其他类似因素或其组合或混合物。

在本发明方法中，瞳孔反应（也被称为瞳孔反应数据或瞳孔反应测量）包括瞳孔直径、最大瞳孔直径、最大瞳孔直径的时间、平均瞳孔直径和/或其他类似数据。

本发明的第二方法涉及使用视觉刺激和言语刺激的组合来评估语言理解。根据该方法，首先选择言语刺激列表，其包括难度水平基本上不同的至少两组言语刺激。然后选择视觉刺激，其中，每个视觉刺激包括对应于言语刺激列表中的言语刺激的图像。进一步地，视觉刺激优选设计为使分散注意力的视觉特征的存在最小化。

接下来，临床医生通过以下方式向患者呈现每对视觉和言语刺激：在呈现每个言语刺激的同时或紧接其之后向患者呈现视觉刺激，所述视觉刺激包括对应于与所述视觉刺激同时或紧接其之前呈现的言语刺激的至少一个图像。视觉刺激优选呈现在计算机监控屏幕上。

在呈现每个刺激期间测量并记录患者的瞳孔反应。在完成评估任务（向患者呈现所有刺激）之后，分析并解释瞳孔反应数据以评估在本发明的第一方法中说明的患者的语言理解。

为了使患者持续关注评估处理，优选不时向患者呈现一个或多个陪衬试验。陪衬试验包括在与如图9（步骤94-95）和11（步骤114-115）所示的呈现言语刺激的同时或紧接其之后为患者呈现陪衬刺激的步骤。所述陪衬试验包括不对应于与陪衬刺激同时或紧接其之前呈现的言语刺激的一个或多个图像。可以根据需要按一个或多个间隔重复陪衬试验。方法可以包括大约10%-30%的陪衬试验。

另外，临床医生可以优选向患者呈现一个或多个填充符（filler）刺激以便大幅减少或防止患者由于刺激之间亮度的任何潜在突然变化引起的瞳孔变化。

本发明中的方法优选使用适用于本发明的目的的瞳孔反应系统。瞳孔反应系统优选包括近红外光和处理软件，并且更优选具有摄像机。处理软件能够识别、测量、记录并分析患者的瞳孔反应数据，比如瞳孔中心、瞳孔直径、最大瞳孔直径、平均瞳孔直径、最大瞳孔直径的延迟时间和/或其他类似数据。

在本发明的第一和第二方法的某些优选实施例中，临床医生优选在为患者呈现任何刺激之前给予患者听力和/或视觉检查（参见图2）。

附图说明

图1a是示出了用于使用言语刺激来评估语言理解的本发明的方法的总体实施例的流程图。

图1是示出了图1a的方法的更优选实施例的流程图。

图2是示出了在使用本发明的瞳孔方法的测试期间坐在计算机监视器前面的患者的透视图。

图3是示出了图1a的方法的更优选实施例的流程图，其中，给予基准测试。

图4是示出了用于使用视觉和言语刺激来评估语言理解的本发明的方法的总体实施例的流程图。

图5是在本发明的用于测试语言理解的方法中使用的样品视觉刺激的图示。该图像与对应单词同时呈现。

图6是在本发明的用于测试语言理解的方法中使用的样品陪衬视觉刺激的图示。该图像与陪衬刺激协议中指定的非对应单词同时呈现。

图7是在本发明的用于测试语言理解的方法中使用的填充符刺激的样品图像的图示。该填充符刺激图像在每个实验刺激项目之间的大约三秒内进行显示。

图8是示出了图1a的方法的优选实施例的一部分的流程图，其中，进行理解测试以使患者持续关注评估测试。

图9是示出了图4的方法的优选实施例的一部分的流程图，其中进行陪衬刺激测试。

图10是示出了图4的方法的优选实施例的一部分的流程图，其中进行填充符刺激。

图11是示出了图4的方法的优选实施例的一部分的流程图，其中，进行陪衬刺激测试和填充符刺激两者。

在描述在附图中示出的本发明的优选实施例时，为了清晰起见，将采取专用术语。然而，本发明并不旨在限于如此选择的特定术语并且应当理解，每个特定术语包括所有技术等效物，其以类似方式进行操作以完成类似目的。

具体实施方式

广泛地，本发明是用于使用瞳孔反应系统（也被称为“瞳孔系统”）来评估患者，尤其是患有神经系统疾病或损伤的患者的语言理解的方法。瞳孔系统包括配置为测量患者的瞳孔反应以根据言语刺激的不同难度水平指示语言理解的至少一个瞳孔计。出于本发明的目的，瞳孔计（也为称为瞳孔测量器）被定义为用于测量瞳孔的宽度和/或直径的任何工具。瞳孔计可以包括手持单元、头盔式单元、具有腮托的单元、远程单元、其他类似单元或其组合，只要他们适用于本发明的目的即可。在本申请中，他的或她的语言理解技能或水平的待评估的个体可以被称为“患者”或“参与者”。对患者执行评估方法的人被称为“研究员”或“临床医生”。合适的言语刺激是如下文详细讨论的不同难度水平的单词或句子。

仅言语刺激方法

根据图1a，本发明的大概实施例是一种方法，其包括步骤：（1）选择或利用难度水平基本上不同的至少两组言语刺激编制言语刺激列表；（2）一次按随机顺序或设置顺序向患者呈现来自刺激列表的一个刺激；（3）测量并记录患者的瞳孔反应数据；（4）重复步骤2和3直至向患者呈现来自列表的所有刺激为止；以及然后（5）分析并解释用于所有刺激的瞳孔反应数据以评估患者的语言理解。优选将瞳孔反应数据和针对没有任何神经系统疾病的人们收集的数据进行比较，并且反应的差异可以指示患者是否具有任何语言损伤和/或损伤度。

尽管不希望受理论束缚，但目前认为患有语言理解损伤（经常由于失语症引起的）的参与者表现出与没有任何受损语言能力的参与者明显不同的瞳孔反应模式，并且这些差异可以被测量并被用作受损理解的指标。因此，该方法也可以用于指示患有和/或没有神经系统疾病或损伤的参与者的语言理解。

本发明的优选发明方法用图1示出。在这种方法中，在选择并编制言语刺激列表11之后，对患者进行听力和视觉检查12。继配置瞳孔反应系统以测量患者的瞳孔反应14之后，所选患者然后被定位在屏幕前面13。可选地，在定位患者的步骤13之前可以进行瞳孔反应系统的配置14。然后一次一个刺激地向患者呈现来自步骤11的刺激列表15，期间针对每次言语刺激16测量并记录瞳孔反应数据。重复步骤15和1615a直至向患者呈现列表中的所有合适刺激为止，然后针对所有言语刺激分析并解释瞳孔反应数据17以评估患者的语言理解水平。

参照图1中的发明方法的第一步骤11，根据言语刺激的不同刺激水平选择合适的言语刺激列表。优选地，言语刺激具有至少两组言语刺激，其中这两组言语刺激彼此的本质区别在于难度水平。每组言语刺激具有一个或多个言语刺激。言语刺激的明显不同的难度水平可以导致由患者施加的不同认知努力，就瞳孔直径的比较变化而言，所述不同认知努力转换为不同瞳孔反应。瞳孔反应由瞳孔反应测量系统测量并记录，并分析以评估患者的语言理解。本方法足够灵敏以测试瞳孔反应相对于针对不同难度水平的言语刺激施加的认知努力的甚至细微的差异。因此，本方法能够评估一个人的语言理解水平以查看患者是否具有任何语言理解缺陷，从而大幅减少与传统评估方法相关联的混淆。

可以使用两组以上的言语刺激，只要这些组刺激之间的难度水平是实质性的和/或明显的，从而确保对每组刺激施加基本上不同的认知努力，导致患者的瞳孔反应基本上不同。优选地，使用这两组言语刺激，其中一组言语刺激是基本上相对困难的刺激，另一组言语刺激是基本上相对简单的。合适的言语刺激包括不同难度水平的单词或句子（参见“刺激选择”部分中的刺激选择的详情）。根据本发明方法的一个实施例，言语刺激是一个或多个单词。优选地，言语刺激是一个单词，在这种情况下该方法包括两组单词和/或句子，一组单词和/或句子基本上比平均单词更困难，而另一组单词和/或句子基本上比平均单词更简单。然后可以将患者对这两组单词的反应，比如他的或她的平均瞳孔直径的反应变化，和来自没有任何精神系统疾病的个体的平均瞳孔反应的反应变化进行比较以便评价患者是否具有任何语言损伤，并甚至确定患者的语言理解损伤的程度。在下面将详细地讨论选择并编制言语刺激的标准和/或方法。

接着，优选要求待测试的患者通过如图1中所示的视觉和/或听力检查12。也可以给予其他检查，比如瞳孔反应，以确保患者是使用本发明方法的合适的个体。任选地或优选地给予视觉检查以证明患者的视力适合于在合适的距离处（优选大约20-30英寸）阅读计算机屏幕或监视器上的文本或视觉图像，其中精确距离取决于视觉刺激的大小和在评估任务期间视觉刺激在其上提供给患者的屏幕的类型，如将在下面详细描述的。如果有必要的话，眼镜或隐形眼镜可以用于矫正视力。还优选或任选要求患者通过听力检查以证明在65dB或25dB或其他合适水平下对于500-、1000-、以及2000-Hz纯音具有适当的听觉锐度。如果患者未能通过视觉和/或听力检查，则优选从另外的测试中排除他或她，或改进程序以适应其失能。

预期的是，可以另外或可替换地给予用于检查患者的视觉和听觉的其它合适和/或类似方法，以及用于测试患者的其他身体和/或神经状态的方法。例如，另外的检查方法可以包括标准中央视力检查，色彩视觉检查，周边视力检查，用于患者视网膜完整性的检查，瞳孔检查，眼球运动测试，以及检查患者眼睛的肿胀、发红、污物以及损伤，其可能会干扰眼跟踪（下文描述）。在某些情况下，来自检查方法的信息不用于从测试中排除患者；相反，该信息用于为来自正常的异常提供证明以便检查对来自测试的瞳孔反应数据的可能影响。

再次参照图1，本发明方法的下一步骤13（图1）将患者定位在屏幕的前面，如图2所示。合适的瞳孔反应系统然后配置为14测量患者的瞳孔反应。在根据图2的本发明方法的更优选实施例中，在舒适的坐着的位置使患者21定位在常规计算机监视器23的前面。该屏幕可以是板、一张纸或计算机屏幕或监视器、或为了本发明方法的目的可以向患者呈现的言语刺激和/或视觉刺激的文本的其他合适表面。合适的瞳孔反应系统应包括用于测量患者的瞳孔反应的至少一个合适瞳孔计。瞳孔计的主要特点是它应该能够频繁地测量患者的瞳孔反应（瞳孔直径等），而不会过度分散患者的注意力。

在本发明中，瞳孔测量值优选以非干扰的方式获得以便避免向参与者添加任何非认知相关刺激。进一步地，瞳孔计应该被定位以便提供一致的测量值。手持单元可以提供较高的精度（如果正确使用的话），但使用起来可能麻烦且会给患者和/或临床医生造成困扰。类似地，头盔式瞳孔计或照相机可以提供较高的精度，但对患者来说可能是个麻烦。另外，必须注意头盔式瞳孔计以防止头带下滑。

头盔式单元、具有腮托的单元或远程单元是优先选择，其中远程单元是最优选的。在远程单元中，采用安装在桌面或显示器上的照相机的远程单元是更优选的，因为它们消除了对分散注意力的头盔式照相机或腮托的需要。

瞳孔计可以通过几种不同的方式测量瞳孔大小。一种方式是通过其大小与瞳孔进行比较的一系列有刻度的实心圆。更优选的方式是通过使用角膜反射技术（也被称为角膜反射照相或视频照相）。在使用角膜反射技术的过程中，瞳孔计经常与眼跟踪技术组合以确定瞳孔直径、眼睛运动及注视方向。

角膜反射技术是非接触式光学方法。优选的瞳孔计包括一个或多个图像捕获构件、一个或多个发光器以及图像和/或数据处理软件。图像捕获构件可以是照相机，或摄像机，或其他光学或图像传感器。发光器可以是近红外光源，优选近红外发光二极管（LED）。来自这些发光器的光，对人眼是不可见的，在眼睛的角膜上产生反射图形。以较高的取样速率，一个或多个图像或光学传感器校正患者眼睛的图像。然后图像处理软件用于找到眼睛，检测瞳孔和/或虹膜的确切位置，并识别来自发光器及其确切位置的正确反射。在实际测量之前经常必须校准该设备以便获得眼睛的某些实际生理特征，比如眼睛的角膜的曲率半径和眼睛的视轴与焦轴之间的角偏移。

在这种方法中，瞳孔的中心不可从图像传感器，通常是照相机（普通照相机或摄像机）直接测量。通常，通过观察瞳孔的边缘并从边缘测量值计算中心位置来估计瞳孔中心。然而，由于瞳孔位于眼睛的角膜表面下面的事实，来自身体瞳孔的中心的射线不会精确到达瞳孔图像的中心。当眼睛从照相机移开时，弯曲的角膜以不同的方式折射来自各个瞳孔边缘点的射线。因此，当瞳孔直径关于其真实中心同心地改变时，即使真实瞳孔中心是固定的，瞳孔图像中的边缘也绕真实瞳孔中心点非同心地移动。

优选地，发光器靠近成像传感器的光轴放置，其导致瞳孔显得明亮，从而增强瞳孔的照相机图像，这被称为亮瞳效应。可选地，在某些情况下，发光器可以远离图像传感器的光轴放置，导致瞳孔显得比虹膜更暗，被称为暗瞳孔效应（也被称为暗瞳孔眼跟踪）。某些瞳孔计使用亮和暗瞳孔方法来计算注视位置并由此计算瞳孔中心。

识别瞳孔中心然后识别瞳孔直径可以通过头部沿照相机轴的运动来遮蔽。基于某些远程瞳孔计的角膜反射技术进一步包括某些类型的头部限制以防止头部运动以提高测量准确性。在某些更优选实施例中，瞳孔计通过测量照相机与眼睛的角膜之间的距离变化来考虑头部运动，然后它使用距离信息来最小化由纵向头部运动导致的注视点或瞳孔中心误差。

优选的瞳孔反应测量系统可以进一步包括一个或多个计算机，瞳孔计优选通过某些电子构件，比如电子线，光学线或通过无线传输附接至所述计算机上。瞳孔计的图像处理软件然后可以安装在计算机中以处理并分析瞳孔反应数据。进一步地，发光器、嵌入红外摄像机中的红外LED，可以通过非干扰的方式放置在计算机监视器附接或放置于其上，通常在监视器下方，以便更好观察参与者的眼睛，而不分散参与者的注意力。系统可以具有50或60Hz的取样速率。如果它以60Hz操作，则它可以具有60Hz或120Hz的照相机场速率，然后图像处理软件可以在每第60或120秒与摄像机的场速率同步计算原始数据。

在选择适当的瞳孔反应测量系统时，第一个标准是测量并检测与刺激的不同难度水平相关联的认知努力之间的差异以便能够评估患者的语言理解水平所需的准确性和灵敏度。同样重要的是，相对于待测试患者的需要来考虑系统的要求。例如，一些系统需要固定头部位置以分开眼睛运动和头部运动，从而获得高空间准确性。这样的系统将适用于年青、神经未受损伤的成人，其是高度合作的并将容忍对头部和下巴运动的限制并且使用咬栏以帮助固定头部。然而，具有身体或认知功能损伤的成人、一些老年人或非常活跃的幼童可能不会容忍这些系统，对于他们来说，远程瞳孔系统可以是更加合适的。

然而，良好的头部控制是另一个要考虑的事项，如果参与者不能容忍固定头系统，则可能需要头盔（或校正头部运动的远程系统）。如果患者必须戴与测试过程无关的头盔或其它帽子，则这可能会限制头戴式硬件的使用。还必须考虑眼镜的使用：对于一些系统，来自眼镜的反射会干扰操作准确性。事实上，如果个体产生干扰数据收集的过度眨眼，则对于一些个体来说用任何系统进行的数据收集可能是困难的。

非干扰性瞳孔反应系统，如远程系统，在一些自然环境下，可以是优选的，但在较少身体控制的情况下，临床医生会牺牲空间测量准确性。由于本发明中的评估任务可以在很少或没有移动的情况下执行，因此如果参与者是警觉的和合作的，则可能优选的是，采用与腮托或其它限制物一起使用的系统以限制头部运动，只要其不包括可能掩盖TERP的任何非认知瞳孔反应即可。在某些情况下，这些限制的影响可以在基准任务中进行检查，随后通过相减法除去。

此外，不同瞳孔反应系统在定位和调节系统相关硬件所需要的时间量方面是不同的。例如，如果特定系统需要使用咬栏，则这将增加安装的时间。如果需要可携带性，则考虑可安装在可以移动到不同测试或评估区的大车上的系统是一个好主意。一些系统最好在特殊照明条件下进行操作并且必须考虑亮度级。通常，白炽灯光（由标准灯泡产生）包含一些红外成分并且因为可以降低操作准确性而不优选。

在本申请的实例中，所使用的瞳孔反应系统是LC技术眼睛注视系统，其是远程瞳孔中心/角膜反射系统。系统需要使用照在参与者一只眼睛上的近场光。眼睛上的光反射的两个点（一个来自瞳孔，另一个来自角膜）通过模拟摄像机（位于图2中的计算机监视器下方）以60Hz的取样速率进行记录。视频信号然后被数字化，从而允许瞳孔中心和瞳孔直径相对于视觉显示基于两个反射点进行向量计算。校准程序涉及患者在距监视器34英寸的距离处的屏幕上观看一系列五个或更多闪烁点。系统也可以跟踪眼睛凝视和持续时间数据。瞳孔反应系统经由边缘分析系统补偿微小的头部运动，该边缘分析系统使用取得专利的不对称孔径法来测量照相机与眼睛的角膜之间的距离变化，然后使用距离信息来最小化由纵向头部运动导致的注视点跟踪误差。

再次参照图1，本发明方法的下一步骤15取决于是基于言语理解还是基于阅读理解来评估患者的语言理解。如果基于言语理解来评估语言理解，则临床医生通过向患者提供预录的言语刺激（也称为听觉呈现）来开始最初的理解评价试验。预期的是，可替代地可以使用以听觉方式向患者呈现言语刺激的各种其他方法，只要视觉呈现可以统一进行并且不导致患者过度兴奋以掩盖或干扰任务诱发的瞳孔反应（TERP）的测量或分析即可。

瞳孔扩张可以更为显著地对除认知处理之外的因素，比如光、特写镜头对象，及情绪因素做出反应。所以，优选通过听觉构件向患者呈现列表以便避免对瞳孔反应（也被称为听觉刺激）的任何视觉影响。听觉构件可以是说单词或句子的真人。优选地，为了保持对各个参与者的听觉刺激的影响相对一致，使用言语刺激的预录听觉版本。例如，对北美的患者来说，通过美国英语的讲本国语言的成年男性来录制听觉刺激。这避免了通过讲北美英语的患者的外国口音提供的注意力分散。当然，如果患者是说英国英语的说话者，则该说话者是英国人。为了减少环境噪声，该录制使用与PC直接连接的高质量麦克风可以发生在隔音棚中。进一步地，说话者以不间断的字符串多次录制每个单词或句子。就清晰度和单词级别重音而言，质量最好的标记在某种形式的协议（例如，100%协议）中由一个或多个听者选择。然后，每个言语刺激可以被进一步数字化，针对强度规范化，并存储在计算机上以便重复使用。参与者可以通过扬声器或通过耳机听录音。

在更优选的实施例中，在向患者呈现声音言语刺激的同时，指导患者注视凝视点（参见图2）。凝视点可以是一个点或多个点、一个圆或多个圆、一个方形或多个方形、任何简单的数字、字母、形状或附图，其只提供患者的注视的凝视点以便在听觉呈现处理期间（类似于图7中所示的填充符刺激）简单测量患者的瞳孔反应。凝视点不应该是分散患者听言语刺激的听觉呈现的注意力的任何图像或数字。进一步地，凝视点在亮度方面应类似于待显示的任何其他图像以便防止由于亮度变化导致的任何瞳孔变化。更重要的是，凝视点不应该引起任何认知处理，比如使用通常的几何图像或附图或字母，其掩盖与听觉刺激的处理相关的瞳孔反应。优选地，指导患者“听单词和句子，而你注视屏幕上的点。务必仔细听并注意你听到的是什么意思”。

在呈现刺激期间，优选在200毫秒至10秒的一段时间内，针对每个言语刺激测量并记录瞳孔反应数据。更优选地，时间段为300毫秒至4秒。为了使时间帧在每个刺激呈现的任务之间保持一致，在一个听觉刺激的结束（offset）与下一个的开始（onset）之间优选具有2至4秒的时间窗口。

如果基于阅读理解而不是言语理解来评估患者的语言理解，则以与上述试验基本上类似的方式来给予评估试验，不同之处在于：在视觉刺激显示的中心（参见图2）向患者呈现言语刺激的文字刺激版本以及下文详细描述其他考虑事项。简单地指导患者阅读显示在屏幕中部的文本，并且以上述方式记录和评估患者的瞳孔反应数据。

言语刺激的文本呈现涉及通过书写文本视觉地向患者呈现单词。例如，以文本方式/拼写方式向患者呈现书写单词“香蕉”，而不向患者说出“香蕉”。在本发明的某些实施例中，同时或顺序地以听力的方式和以文本方式/拼写方式向患者呈现言语刺激。例如，可以向患者说出单词“香蕉”，而可以同时或紧接其之后向患者呈现单词的文本。

单词可以写在纸上、板上，或者可以放在计算机屏幕上。然后，优选控制向患者呈现单词以便最小化特写镜头对象上的光和颜色对患者的瞳孔反应的影响，以避免混淆结果。光和颜色对患者的瞳孔反应可以具有重大影响。瞳孔光反射的大小（瞳孔直径可以在一毫米至九毫米的范围内）远远大于TERP的大小（通常小于0.5mm）（Beatty&Lucero-Wagoner2000），并且由此可以掩盖TERP。例如，根据Steinhauer、Siegle、Condray及Pless（2004），瞳孔扩张的大小因光暗条件之间的不同任务来而不同。为了减小或控制对患者的瞳孔反应的视觉冲击或影响，单词的文本优选以白纸黑字写出。当单词的文本呈现在计算机屏幕上时，计算机屏幕的亮度优选调节到环境水平。进一步地，通过利用照度计调节和/或监视室内照明和/或任何视觉刺激项目来优选控制该光。通过在远离患者的鼻子大于6英寸的地方放置任何视觉刺激项目可以简单控制调节反射，该调节反射涉及响应于图像在患者的鼻子的4到6英寸内双向收缩瞳孔。

再次参照图1，本发明方法的最后步骤17分析并解释通过上述测试协议呈现的所有言语刺激的瞳孔反应数据。相对于认知努力的瞳孔反应数据被称为“任务诱发的瞳孔反应（TERP）”。TERP被定义为“在执行脑力工作期间发生的瞳孔扩张和收缩的锁时（timelocked）平均记录”（Ahern&Beatty，1981，第122页）。TERP发生在处理开始之后不久，通常在100-200毫秒内，然后在继终止处理之后很快消失。瞳孔的扩张和收缩通过虹膜的辐状（扩张器）和环状（收缩器）肌来控制，所述辐状肌和环状肌由自主神经系统管理，该自主神经系统调节脑皮质激活。这些反应不在意志控制下，因此，反应不能被患者控制或修改，因为其通过眼睛凝视方法可以进行。因此，结果可以相对无混淆，所述混淆与不与患者的语言理解水平相关的患者的有意反应控制相关联，以避免混淆评估的结果。

Kahneman（1973）建议瞳孔测量可以用于评估任务难度。根据它们的难度水平对瞳孔度量指数与各个认知或语言任务之间的相关性进行了研究。然而，所使用的任务基于记忆（比如单词和数字的记忆负载），并基于不寻常的语言操作（比如字母歧视和跨语言解释）。这些任务不是常见的或日常语言使用，需要更密集的认知努力并由此需要更大的瞳孔反应，其不可以与难度水平有关，所述难度水平与经常使用的单词相关联。例如，不寻常的单词或不常用的单词被视为更难，由此需要更多努力来认识和/或理解。另外，这些相对较大的瞳孔反应也很可能是由除语言理解之外的因素，比如情绪因素（因不寻常的使用语言的方式而兴奋）或其他语言技巧（短期记忆技巧）、理解任务指令和/或理解语言任务所需的教育程度等造成的。

此外，这些任务不可能产生瞳孔数据，可以分析所述瞳孔数据以显示患者的实际语言理解水平以便评估患者与没有神经系统损伤的人相比是否具有语言损伤或甚至损伤水平。更重要的是，因为对任务施加或努力的瞳孔反应相对微小，所以其他因素，比如光、记忆或理解指令的影响可以简单地掩盖来自TERP的反应。换句话说，许多变量可以降低来自任务诱发的瞳孔反应的反应的有效性和可靠性。这些反应包括身体变量和心理变量。相关身体变量包括但不限于患者之间的通用外围系统的区别、距对象的距离及光和脑损伤对瞳孔反应的影响。相关心理变量包括但不限于忧虑、害怕及可以导致潜在混淆因素的其他情绪反应。所有这些变量都可归因于患者、刺激及环境条件。更重要的是，这些因素可以影响瞳孔扩张，其可以影响任何瞳孔度量实验的准确性。难以控制这些变量以最小化它们对任务诱发的瞳孔反应的影响，并同时保持并增强对在正常的日常语言处理中施加的相对较小努力的任务诱发的瞳孔反应。本发明能够提供关于个体在认知和语言能力方面的差异的宝贵信息以便进行临床评估，尽管可以影响TERP值，并且可以被用作形成受损患者的治疗计划的基础的许多因素。

虽然难以准确评估任何个体的语言理解，但甚至更难评估患有中风和/或脑损伤的患者的语言理解。与语言理解的可能的或实际的损伤同时，这些个体常常具有注意力、视觉和运动机能的损伤，从而导致存在许多混淆，即使发现个体是否具有任何语言理解损伤也会阻碍精确评估语言理解水平。本发明能够使用瞳孔测量来准确评估个体对甚至相对简单的单词和句子的语言理解水平，并用于评价个体与没有神经系统损伤的个体相比是否具有任何语言理解缺陷。

在本发明中，如与认知努力有关的瞳孔扩张的大小通过几种不同方式进行测量：通过获得简单的最大测量—在设置时间段内观察的最高单一量的扩张；通过在反应间隔内计算中间或平均瞳孔扩张，以及通过测量峰值的延迟时间—参与者花费以在任务期间达到瞳孔扩张峰值的时间量。

可以通过三种不同的方式计算TERP以便比较计算方法的显著结果：绝对值、扣除值及标准化值。瞳孔反应数据（也被称为“依赖测量”）由绝对值、扣除值及标准化瞳孔数据的平均瞳孔直径、最大瞳孔直径及最大瞳孔直径的延迟时间组成。商用或定制软件可以用于提取与依赖测量有关的数据。

对于绝对值，平均和最大TERP可以以瞳孔直径的毫米形式报告，而不是扩张变化。在扣除法中，从平均和最大TERP中减去在基准任务期间获得的平均瞳孔直径以便获得由评估任务引起的量变化（单位毫米）。如图3所示的基准任务经常用于获得每个患者的瞳孔反应的基准测量，使得可以通过从TERP中减去基准瞳孔直径来控制情绪效应，由此测量由于实验任务单独导致的瞳孔扩张的相对增加。这两个方法的最大瞳孔直径的延迟时间在每个试验的开始与在每个试验内获得的单一最大瞳孔直径之间用毫秒报告。

在标准化方法中，通过对来自每个条件或任务或针对整个实验的所有瞳孔反应求平均值来获得总平均瞳孔直径。条件可以是与一组简单名词相关联的任务，或与一组困难名词相关联的任务。为了获得平均瞳孔反应的标准化测量，将分析时间帧中的每个个体瞳孔数据点除以此条件或任务的总平均值。在每个时间点对所有参与者求出标准化数据的平均值以获得每个条件下瞳孔扩张的波形。然后，以时间作为独立变量并以标准化瞳孔数据作为应变量，可以使标准化数据进行任选的简单回归分析，以便获得每个条件的瞳孔变化的斜率。

平均瞳孔扩张测量取决于时间帧，在该时间帧期间计算用于该测量的原始数据。在本发明中，时间帧局限于完成任务的某个部分或最大周期。例如，时间帧局限于来自预定时间段的三秒。

瞳孔扩张测量峰值对噪声来说更灵敏，但该测量在测量周期内部不受数据点总数量的影响。根据该测量，峰值测量的延迟时间可以基于参与者花费以达到瞳孔扩张峰值的时间量来计算。峰值测量的延迟时间允许临床医生在参与者的认知处理处于峰值时观察，在完成或解决任务之前这经常发生。

定制计算机软件运行上述实验协议以便向患者视觉或文本呈现言语刺激。软件管理患者的眼睛运动和眼睛配置的初始校准。额外的定制软件优选用于分析原始眼睛凝视、瞳孔中心及瞳孔直径测量。例如，原始眼睛凝视是x/y坐标，其对应于患者的眼睛集中于计算机监视器上的位置，并且原始眼睛凝视测量可以用于获得瞳孔中心和瞳孔直径的更准确测量以适应微小的头部和/或眼睛运动。

非认知因素和基准测试的控制：在如图3所示的某些优选实施例中，在步骤37到38中的实验任务之前和/或紧接其之后给予步骤35中的基准测试（也被称为“评估任务”）。在图3中，在紧接步骤37到38中的实验任务之前进行基准测试35。基准任务期间的瞳孔反应可以被测量并记录36，然后可以被用作用于每个个体试验或用于分析步骤39中的所有刺激的瞳孔值的分析的基准值。虽然不希望受理论束缚，但目前认为基准值可以用于控制情绪效应以便获得由于实验任务单独导致的瞳孔扩张的相对增加的测量。

正如上面简要讨论的，瞳孔扩张（也被称为瞳孔反应）响应于除认知处理之外的许多因素，包括身体变量和心理变量这两者。相关身体变量包括但不限于参与者之间的通用外围系统的区别、距对象的距离及光和脑损伤对瞳孔反应的影响。相关心理变量包括但不限于忧虑、害怕及可以导致潜在混淆因素的其他情绪反应，这可以影响瞳孔扩张和任何瞳孔实验的准确性。

本发明方法试图控制几个变量以便增加或提高设计为测量TERP的测量提供有效且可靠反应的可能性。控制情绪因素可能有点困难，因为每个个体对测试或评估环境的反应不同。基准测试是控制情绪效应的优选方式之一以便获得由于实验任务单独导致的TERP。

在本发明中通过使用照度计来监视环境室内照明和任何视觉或文本刺激项目来优选控制该光。通过在远离患者的鼻子大于6英寸的地方放置任何视觉刺激项目可以简单控制调节反射，该调节反射涉及响应于图像在患者的鼻子的4到6英寸内双向收缩瞳孔。

视觉刺激被优选设计以便使分散注意力的视觉特征的存在最小化。分散注意力的视觉特征包括颜色、阴影、背景、大小和亮度。正因如此，视觉刺激优选由黑白图像组成，其中阴影被尽可能多的最小化，而不降低图像质量。使用白色背景和标准大小。视觉图像可以放在板、纸、计算机屏幕或其他类似设备上。如果将视觉图像放在计算机屏幕上，则亮度应该通过照度计或亮度计来控制并监视。

优选地，在初始化上述任务之前获得患者的瞳孔直径的基准测量。基准测量用于控制对瞳孔直径的情绪影响，使得通过扣除法或其他类似方法相对于基准结果分析由此产生的瞳孔直径。与大多数生理测量一样，TERP指示由任务引发的瞳孔直径的变化，而不指示按绝对值计算的瞳孔直径的值（虽然假设TERP在基准值内是稳定的，也可以使用按绝对值计算的瞳孔直径的比较）。当不发生认知处理时优选获得基准测量。完全不存在认知处理是不大可能的；然而，重要的是用于获得基准直径的任何条件或任务尽可能保持中性，并且它尤其不诱发实验任务用于测量的处理类型。“条件”指的是特定的一组刺激，其设计为引起由于与处理这组刺激相关联的认知努力的某个水平导致的某个瞳孔反应。例如，一组简单的名词是一个条件，而一组困难的名词是另一个条件。类似地，一组简单的句子是一个条件，而一组困难的句子是另一个条件。

在实验或评估试验之前的一段时间内基准任务可以是简单地注视空白、发光的显示器。然而，空白且发光的屏幕的亮度可以不同于包含图像的计算机屏幕的亮度，从而导致光诱发的瞳孔反应和任务诱发的瞳孔反应之间存在可能或潜在的混淆。如果患者查看空白的白色计算机屏幕，例如，则空白屏幕的亮度可以高于稍后可以呈现的图像的亮度，其中屏幕的某些部分是黑色的或是阴影的。确保亮度一致性的问题可通过操作所有刺激来避免，使得亮度值在所有任务内都是类似的。

优选地，基准任务应该包含与评估任务类似的视觉刺激。类似的视觉刺激可以是类似的单词、类似的句子或类似的图像。必须监视或调节基准任务与评估任务之间的任何差异，使得它不诱发会使TERP模糊的任何处理。可选地，类似的视觉刺激可以全部是十字准线，而不是实际的单词。该选择可以保持相同的亮度，并同时减少任何类型的语言处理，其可能发生在阅读“中性”或类似句子或单词时。

优选地，在基准任务中使用的视觉刺激是要在整个评估测试中使用的所有实际视觉刺激。这样，在不对单词进行任何处理的情况下，基准瞳孔反应将是由视觉刺激单独引起的瞳孔变化量。也就是说，待评估的患者可以利用稍后在评估任务或测试中使用的所有图像来呈现，而无需任何伴随言语刺激，并且无需提供除“注视图像”之外的任何指令。虽然不可以控制患者暴露于这些图像时可以想到的内容，但是人们认为任务期间的瞳孔扩张的差异可能与亮度单独相关，而无需由语言任务引起的任何处理。

考虑全部实验内的基准任务的布局同样是重要的。在评估任务之前和/或之后可以测量基准任务期间的瞳孔反应，然后将其用作每个个体试验的基准值。这可能是确保基准瞳孔直径在任务内不受任何忧虑或有时由反应准备引起的瞳孔扩张影响的有效方式。可选地，可以针对每个个体试验获得基准测量。基准测量的方法的优点在于在测量TERP的过程中将与任何特定试验有关的任何残余处理或与特定试验有关的任何忧虑纳入考虑。

控制患者的注意力—理解测试。在本发明方法的某些进一步实施例中，实验任务可以进一步包括任选注意力保持构成成分，比如理解测试，如图8所示。虽然不希望受理论束缚，但目前认为在评估期间理解测试可以用于使患者的注意力集中在任务上。理解测试包括临床医生或检查者询问简单的理解问题。实验任务可以包括大约10到30%的理解问题。

预期的是，在实验任务期间各种其他测量可选地可以用于保持或集中患者的注意力。例如，测试的患者可以在开始要求他们回忆尽可能多的刺激或者需要他们回答关于在测试期间查看的刺激的问题时被指导。实际上没有必要包括这些后续任务，或者如果包括这些后续任务，则没有必要分析从其获得的任何结果。这类指令可以被用作理解测试的替代方案以便确保患者进行的主动倾听，并且可以或者不可以导致瞳孔运动更敏感的测量。可能引起更主动的注意力的其他方式是添加决策任务，比如如果刺激匹配或不匹配则为按钮。然而，由于经常与由中风导致的语言损伤并发发生的轻偏瘫和/或偏瘫，添加该基于运动的任务会增加患有失语症的患者混淆的可能性。将决策任务与眼跟踪测量，比如注视点测量整合在一起可能是有价值的，其为研究者或临床医生提供准确性数据并增加参与者的主动注意力，而不介绍与运动或言语反应有关的混淆。

言语-视觉刺激方法

在本发明方法的某些可选实施例中，言语刺激的呈现也可以同时或紧接其之后伴随视觉刺激的呈现（参见图4）。广泛地，该方法包括如图4所示的步骤。参照使用视觉和言语刺激的组合来评估患者的语言理解水平的方法的第一部分41，如图4所阐述，每个视觉刺激包括对应于与视觉刺激同时或紧接其之前呈现的言语刺激的至少一个图像。优选地，连同单一对应的言语刺激（单词或句子）的呈现，只向患者呈现单一图像，如图5所示。言语刺激在单词难度和它们是否与所示的图像匹配方面是不同的。

接下来，继使患者定位在屏幕43的前面并配置瞳孔反应系统以测量患者的瞳孔反应44之后，患者优选被给予听力和/或视觉检查42，全部都基本上相同，如在上部分中详细所述。类似地，优选给予基准测试45以获得相关基准瞳孔反应数据以最小化或消除情绪或其他环境因素对TERP的分析的影响，其处理基本上相同，如在上部分中详细所述。

在如图4中所阐述的以下步骤46到47中，向患者呈现来自言语刺激列表的言语刺激46，同时与47同时或紧接其之后向患者呈现对应的视觉刺激。在呈现视觉刺激期间测量和/或记录瞳孔反应48。针对列表中的每对言语-视觉刺激重复步骤46到4748a，然后以在上部分中所述的基本上相同的方式分析并解释瞳孔反应数据49。

例如，在患者坐在与计算机相距合适距离的椅子上之后（参见图2），可以指导患者“听单词并注视屏幕上的图片”。对患者说出单词“香蕉”，同时与该单词对应的图像，“香蕉”的图像出现在屏幕上（参见图3）。给患者一段时间（从大约200毫秒至大约10秒），以便在计算机自动前进到下一刺激项目之前查看图像。查看时间帧为患者提供充足的时间来处理刺激。任务诱发的瞳孔反应已经被示出在继认知处理开始之后的100到200毫秒内发生，并在继终止处理之后很快消失。

陪衬刺激试验。在评估测试期间，患者的注意力可能即将脱离任务。为了使患者持续关注任务，将任选陪衬试验插入任务中，如图9所阐述的。可以测量、记录并分析用于陪衬刺激的瞳孔反应数据以了解更多关于患者的认知能力。进一步地，将这些数据和用于实验任务的瞳孔反应数据进行比较以便根据不同难度水平的刺激更深入的评价患者的语言理解。陪衬试验是视觉和听觉刺激不匹配的试验。例如，在图6中，患者听见单词“洋蓟”61但看见的是叶的图像62，而不是看见“洋蓟”的对应图像。插入这些陪衬图像以将意想不到的元素添加到评估测试。这旨在帮助防止无聊并确保患者在整个测试中保持注意力。就复杂度和其他因素而言，陪衬刺激应该类似于该测试中使用的刺激。例如，对于单个单词刺激测试，使用相同言语刺激和视觉刺激但以不同的方式配对，使得视觉刺激不与言语刺激匹配。优选地，10-30%的评估测试应该由陪衬试验组成，更优选地，20%的测试由陪衬试验组成。

填充符刺激。另外，任选填充符刺激可以散布在评估测试中以便防止由于图10和图11中所示的试验之间的亮度的突然变化导致的瞳孔变化。填充符刺激和陪衬刺激都可以包括在评估测试中，如图11所示。

类似于在仅视觉刺激评估任务中使用的凝视点，优选填充符图像可以包括一个或多个点、一个或多个圆、一个或多个方形、一个或多个简单字母（比如“X”），或其他类似形状/字母/附图/图形。重要的是要注意填充图像与示为防止由于亮度变化导致的瞳孔变化的任何其他图像在亮度方面应该相似。更重要的是，填充符图像不应该引起任何认知处理，比如使用常见的几何图形或附图或字母，其掩盖与视觉刺激的处理有关的瞳孔反应。优选地，10-30%的测试优选由填充符图像组成。

刺激选择

单词

如上所述，语言刺激可以是单词或句子。语言刺激可以可听见地或文本地通过自身向患者呈现；或者可选地，语言刺激可以与对应的视觉刺激一起向患者呈现。为了使用与他们的语言认知努力有关的患者的瞳孔反应以评估他们的语言理解，将言语刺激分为难度水平基本上不同的两组或更多组言语刺激。优选地，具有难度水平基本上不同的两组言语刺激，比如一组基本上简单而另一组基本上困难。在“简单”与“困难”之间描述清晰的刺激可以可靠地用于评估与TERP的相关程度。更重要的是，该行为测量可以减轻与患有神经系统损伤，比如讲话或肢体运动缺陷的人们相关联的许多混淆的潜在影响。

根据这些不同的难度水平选择作为本发明的言语刺激的单词基于几个标准：词汇习得年龄、词频、熟悉度、命名延迟时间、单词的长度、发音、其他类似因素或标准或其组合。某些刺激单词（名词）可以选自Snodgrass和Vanderwart（1980）词集。在Rossion和Pourtois（2004）图像集中可以找到对应的视觉刺激。，基于来自原始Snodgrass和Vanderwart（1980）图像集的图像，这些图像可以优选，因为计算机化图像可用，其允许操作图像以减小亮度差异。

优选地，单词根据估计的难度进行选择，使得每个单词显然符合两个类型中的一个：简单或困难。四类测量（标准）的组合优选用于粗略估计单词难度：词汇习得年龄估计、词频测量、单词熟悉度估计及命名延迟时间测量。

估计的词汇习得年龄被认为是命名延迟时间的主要决定因素。Carroll和White（1973）通过要求参与者估计他们第一次学习单词及其口语或书面语形式的意义的时间来确定220个图像的词汇习得年龄。被判断为参与者学得过早的单词被命名的速度要快于被判断为学得稍晚的那些单词。在1996年，Snodgrass和Yuditsky使用Carroll和White描述的程序获得Snodgrass和Vanderwart（1980）词集中250个图像的词汇习得年龄估计。优选地，来自Snodgrass和Yuditsky（1996）的词汇习得年龄估计可以用于针对评估测试或研究选择的图像和单词。

词频被示为与单词的难度水平紧密相关。当词频与单词的难度有关时，针对其的假设为困难的单词很可能不常出现，并且更常见的单词将学习更快，记得更好。Breland（1996）发现单词难度估计与词频指标之间的相关性较高。本发明的词频测量可以从Kucera和Francis频率规范（Kucera&Francis,1967）中取得。可靠的参考文献也可以用于为本发明的单词难度估计提供词频测量。

熟悉度级可以从Snodgrass和Vanderwart的研究（1980）中取得。也可以使用来自其他可靠研究的熟悉度级。在Snodgrass和Vanderwart的研究中，通过要求参与者评定“你接触或思考这个概念的程度”来指导他们对260个图片给出刺激熟悉度级（p.183）。要求参与者评定5个等级尺度上的图像，1级指示非常陌生，5指示非常熟悉。结果指示评定的熟悉度与频率正相关且与词汇习得年龄级负相关。因此，更熟悉的单词通常更频繁出现并且在较早的年龄学习。

从Snodgrass和Yuditsky1996研究中可以找到命名延迟时间测量。当然，也可以使用来自其他可靠研究的测量。假设更困难的单词比更简单的单词产生更长的命名延迟时间。

可以针对Snodgrass和Vanderwart（1980）词集中的单词的每个测量（标准）计算均值和标准差。选择下降每个特定测量（词汇习得年龄）的均值以上或以下的一个标准偏差的单词以便允许简单和困难单词之间实质性差异。优选不选择来自均值的一个标准差内的单词，因为难度水平不是完全不同。（1）对于熟悉度级测量，具有熟悉度级的均值以上的一个以上的标准差的单词应被视为“简单”，大于均值以下的一个标准差的单词应被视为“困难”。（2）对于频率测量，具有频率估计的均值的一个以上的标准差的单词应被视为“简单”，具有零的额定频率的单词应被视为“困难”。在频率估计的情况下，由于样品的均值与标准差之间的关系，不可能获得均值以下一个完整的标准差的单词，所以零的额定频率是被视为“困难”的单词的合适标准。（3）对于词汇习得年龄，具有词汇习得年龄估计的均值以上的一个以上的标准差的单词应被视为“困难”，大于均值以下的一个标准差的单词应被视为“简单”。（4）对于命名延迟时间测量，具有命名延迟时间的均值以上的一个以上的标准差的单词应被视为“困难”，大于均值以下的一个标准差的单词应被视为“简单”。

在某些实施例中，根据四个类型中的至少两个类型被归类为“简单”或“困难”的单词针对最终选择被视为“简单”或“困难”单词。来自实例1的结果表明将名词归类为简单和困难的方法在TERP中体现出来。可选地，可以使用基于全部四个测量的单词难度的复合估计，其中向词汇习得年龄测量给出更多加权。实例1也表明词汇习得年龄似乎是单词难度的最重要指标：词汇习得年龄与对照组患者和患有失语症的患者（PWA）的平均瞳孔直径正相关。然后优选平衡简单和困难单词列表以包括由一个音节、两个音节和三个音节组成的同等数量的单词，以便降低单词长度的影响以关注仅基于四个测量的难度水平的瞳孔反应。

在某些其他实施例中，可以使用难度标准的不同测量，比如单词长度或发音，或感知难度。或者可以将这些测量添加到上述四个测量中以进一步评价单词的难度水平。

句子

简单和困难的句子可以分别基于主动句和被动句、句子长度、句子分支、句子中动词的数量及嵌入式从句。例如，简单和困难的句子可以基于主动句和被动句：简单的句子可以是主动句，而困难的句子可以是被动句。句子在语法和语义上是可逆的，使得如果主谓宾结构以一种方式排序，则句子可以是主动句；而如果主谓宾结构以另一种方式排序，则同一句子可以转换为被动句。这样，减少或消除了与不同句子内容相关联的任何潜在混淆，从而使瞳孔反应集中在如与其主动/被动结构有关的句子的难度水平上。

包括使用“was”和“by”的完整被动形式在该研究中可以用于所有被动句。主动和被动句，以及视觉刺激，可以选自动词和句子测试（VAST;Bastiaanse,Edwards,&Ripens,2002）以及视觉理解的眼跟踪图片测试（EPTAC,Hallowell,2012），或其他等效的验证编制或报告。已经验证来自VAST和EPTAC的图像以确保个体对它们进行解释以表达它们配对的语言构想。

主动句与被动句之间的主要差异是句子中成分的排序。主动句，类似于许多英语句子，由首先出现的句子的主语，接着是谓语，最后是谓语的宾语构成。句子中题元成分的主谓宾（S-V-O）排序被称为英语语言中的成分的规范或标准排序。利用该排序，句子的主语通常指派主体的题元角色，或动作的执行者。因此，句子的宾语通常指派主题的题元角色，或进行动作的人/事。相反，被动句中的题元成分不正规排序，句子的宾语首先出现，接着是谓语，然后是主语（O-V-S）。因此，题元指派是相反的；句子的焦点现在是主题；并且主体紧跟动词。许多研究支持这样的观念：利用成分的非规范排序来理解句子（比如被动句）比利用成分的规范排序来理解句子更困难。理解难度不但在患有失语症的人们中报道出来，而且还在患有语言损伤的孩子中报道出来，正常发育的孩子，以及没有语言损伤的年轻人和老年人。一旦编制简单和困难的句子列表，就优选针对频率、熟悉度和长度（单词数量）平衡。

视觉刺激特征以及对不成比例的视觉注意力的影响

颜色：在基于图像的任务中颜色作为误选项。当连同黑色和白色项目、或在颜色方面显著不同的项目一起呈现时，彩色项目会吸引更加即时和更长的关注。Deffner（1995）进行在图像评价中认为关键的图像特征的研究。向参与者显示一系列图像并指导他们表达他们的关于图像质量的偏爱。色彩饱和度、色彩亮度、以及彩色逼真度均是表明会影响参与者如何观察图像的项目。

大小：当观察一个显示屏中的多个图像时，相对大小是图像的物理特性，其会影响扫描模式。刺激的大小是指项目的空间范围。物体的不成比例的大小很可能吸引对多重选择显示中的图像的不成比例的关注。观看者更有可能集中于在几个图像的显示中的最大或最小物体。

深度暗示：当观察图像时，阴影、突出的细节、以及暗调反差已显示会影响眼睛运动模式。例如，与没有深度暗示的二维刺激相比，个体将更多注意力或瞳孔反应分配给以通过阴影的深度暗示的视觉刺激。当一起显示二维图像和具有深度暗示的图像时，会发生对多重选择图像显示的不成比例的注视。

亮度：Barbur、Forsyth、以及Wooding（1980）发现，背景颜色和亮度会影响观看者的视觉扫描模式。在他们的研究中，利用中灰色背景而不是黑色背景可以更好地记得数字。当背景的亮度大于目标的三分之一时，任务的正确性能还会增加。另外，与运动和复杂性的变化相比，亮度对比表明可以更快地被识别并且还具有更高的频率。不同程度的图像亮度可以引起在多重选择显示中瞳孔反应的不成比例的分布。同样地，图像背景之间的亮度差异也可以影响观看者的视觉注意力。

清晰度：与当图像具有清晰的边界时相比，当图像模糊不清时，观看者花费的凝视图像的时间倾向于更长。如果在多重选择显示中图像具有不同等级的清晰度，则观看者很可能对最模糊不清的图像具有更大的瞳孔扩张，使得在列表内的图像之间瞳孔响应将不是平衡的，从而导致由于掩盖TERP的分析的非认知因素造成的瞳孔反应。

现场环境：背景或环境对识别对象的准确性具有影响。与当在没有环境的情况下呈现图像时相比，如果向参与者显示在典型情况中的目标图像，则更简单识别它们。当没有控制显示中的图像环境时，可以引起不成比例的注视。例如，如果分离地显示在视觉刺激列表中的一些对象，而在现场环境中显示其它对象，则在分离的对象和现场环境中的图像之间，瞳孔反应的分布是不太可能平衡的。同样地，如果在不寻常的或不适当的环境中显示一个对象，则观看者可能需要更长的时间来准确地识别对象并且还可以发生对瞳孔反应的不成比例的影响。

形象性：“形象性”是指通过视觉刺激来转达语义观念的简单和准确性。它对应于所描述概念的抽象性与具体性的观念。如果在显示中的一个或多个目标图像不是“可成像的”，则这可以影响人注视在显示中的地方。例如，与表达概念“花朵”或“球”相比，更难表达“愤怒”的抽象概念；当连同花朵和球的图像一起显示时，用于“愤怒”的图像可以不成比例地吸引观看者的注意力。概念的形象性据说成为以下发现的基础：相比于控制物理刺激特点时的作用，可以更快和以更高速率识别对象。作者们对这些结果的解释是，固定对象，如椅子或灯，更简单彼此区分，而行为则显得类似的。该因素可以用于区分单词和/或句子的难度水平。

概念频率：概念频率是一种构想，其表示在日常生活中个体遇到特定概念的频率。该构想在认知领域中类似于在语言领域中词频所表示的含义。在处理单词时的简单或困难反映在当阅读时对于该单词的瞳孔反应。瞳孔反应不仅取决于单词中的音节数目而且还取决于单词的可预测性。相比于高频词，低频词倾向于引起更高瞳孔反应-更高瞳孔直径。虽然词频和概念频率并不是相同的，但表示概念（其对应于在显示中一起显示的低频词和高频词）的对象有可能引起不成比例的瞳孔反应。

实例

本发明通过以下实例进一步示出，以下实例说明了本发明的某些实施例并且不旨在以任何方式来限制本发明的范围：

实例1

该实例的目的是（1）开发并测试用于指示患有和没有失语症的参与者的对单词难度的差异的瞳孔度量反应的方法；（2）确定患有失语症的参与者针对简单对困难单词表现出的努力程度是否与他们的理解缺陷和/或整体失语症的严重性相关联。

为了检查处理简单对困难单词期间的差异，测试两组参与者：没有神经系统损伤的成年人对照组，以及一组PWA。解决以下研究问题：

是否存在与失语症存在或不存在对应的瞳孔反应的明显差异？

在患有和没有失语症的人们中，是否存在与言语刺激项目的难度对应的瞳孔反应的明显差异？

是否存在与失语症的整体严重性对应、和/或具体与视觉理解缺陷的严重性对应的瞳孔反应的明显差异？

参与者—一般入选标准：

总共招募85个参与者（没有神经系统疾病的对照组参与者（controlparticipant）44个，41个PWA）。对所有参与者进行最初病历面谈以确保他们是可接受的。入选标准包括作为本国语言的美国英语，无学习/发育疾病病史，在发展失语症之前无创伤性脑损伤病史，并且不了解该研究的目的。

在所有参与者参与之前都向他们提供听力、视觉和瞳孔检查。不戴助听器的所有参与者左耳和右耳通过65dB或更好的纯音听力检查和会话讲话，纯音经由耳机以500-、1000-和2000-Hz呈现，会话讲话经由耳机呈现。两个对照组参与者在研究期间戴助听器，并通过在经由发现的声音以65dB SLP呈现时提供两个正确反应以重复样品言语刺激单词来通过他们的听力检查。三个对照组参与者和三个PWA报告有助听器，但在研究期间选择不戴。

使用利用或不利用眼睛或隐形眼镜的Patti Pics Logarithmic Visual AcuityChart(Precision Vision,2003)的20/250线来评估近视力的视敏度。所有对照组参与者通过视觉检查；一个PWA失败。基于视力检查的结果不排除参与者。然而，要记录与正常的任何偏离。通过使每个参与者识别视场的四个象限的每一个中保留的手指数量并同时保持注视检查者的脸来检查视场。三个对照组参与者错过了右上象限；一个PWA错过了右上象限；两个PWA错过了右下象限；三个PWA具有右外场切除；并且一个PWA具有左外场切除。

所有参与者都要经历瞳孔检查。来自检查的信息不被用作入选标准之一。然而，要记录与正常的任何偏离。通过从每只眼睛的外角向内闪烁低光束手电筒来检查瞳孔对光的反应。正常情况下，存在直接和同感光反应并且是快速的。所有对照组参与者的瞳孔被判断为在正常范围内。四个PWA具有非常小的瞳孔。三个PWA具有最小同感收缩。另外，参与者定期服用的任何药物都要记录以便检查对瞳孔运动事后比较的可能影响。

对照组参与者

对照组参与者特定的入选标准包括这两个因素：（a）无说话、语言或认知损伤病史；以及（b）在正常范围内对简易智能状态测验（MMSE;Folstein,Folstein,&McHugh,1975）的执行。

经由传单、邮件、基于web的公告和口头宣传从俄亥俄州的阿萨森招募对照组参与者。总共招募44个对照组参与者。招募年龄从21至89岁的相差10岁的五至六个参与者。四个不能完成研究：两个的瞳孔太小而不能跟踪或研究；两个具有阻碍校准的问题（一个具有白内障，一个具有严重的眼睑下垂）。剩余的40个对照组参与者完成听力、视力及瞳孔检查的所有构成成分，并且能够完成所有实验任务。40个对照组参与者分数全部在MMSE上的24点损伤截止值上。他们的得分从27到30（M=29.4，SD=0.87）。对照组参与者的年龄从23到88（M=52.68，SD=19.51）；他们接受教育的年限从12到23年（M=17.25，SD=3.02）。16个男性和24个女性对照组参与者参与该实验。

患有失语症的参与者（PWA）

PWA特定的入选标准包括三个因素：（a）基于来自神经病医师或语言病理学家的转诊病人（其经由神经影像数据证实）诊断由于中风导致的失语症；（2）在失语症发作之前无说话、语言或认知损伤病史；以及（3）至少2个月的后发作时间以通过传统和实验方式确保测试结果的可靠性。只招募在皮质中风之后患失语症的参与者。记录任何皮质下损害。

除了上文针对一般参与者列出的所有检查之外，要求PWA完成两个视觉注意力检查任务：线等分任务和艾伯特测试。在线等分任务中，要求参与者画出将给定的线分为大致相等的两个部分的线。艾伯特测试要求参与者划掉按阵列排列的40条线中的每一条。所有PWA都通过线等分任务。大多数PWA划掉艾伯特测试中的全部40条线，其中八个PWA错过40条线中的一条，一个PWA错过40条线中的12条。

对PWA也进行西方失语症成套测验量表（WAB-R,Kertesz,2007）的失语商数（AQ）构成成分。WAB-R的AQ部分由以下子测试组成：即兴演讲、是/否问题、听觉言语识别、连续命令、重复、对象命名、语言流畅、句子完整、回答演讲。来自WAB-R的AQ部分的结果，连同听觉言语理解部分（其由是/否问题、听觉言语识别和连续命令子测试组成）的结果用于分析PWA的结果。

通过向当地专业的护理中心、医院、神经病医师和语言病理学家发邮件招募PWA，以及来自维吉尼亚州的维也纳中风恢复中心的成员。总共招募41个PWA。来自三个参与者的数据是不稳定的：一个瞳孔太小而不能跟踪；一个患有阻碍校准的白内障；一个具有优于技术困难而仅从实验条件收集的数据。剩余的38个参与者完成听力、视力及瞳孔检查的所有构成成分，并且能够完成所有实验任务。PWA的年龄从24到82岁（M=56.11，SD=13.12）。接受教育的年限从12到23年（M=16.61，SD=3.23）。24个男性和14个女性PWA参与该实验。在对照组参与者与PWA之间接受教育的年龄或年限没有明显差异（年龄：t(68.55)=-0.92,p=0.36,95%CI[-10.91,4.05]；教育：t(76)=0.91,p=0.37,95%CI[-0.76,2.05]）。

根据WAB-R的AQ的严重度评分，23个PWA被分类为轻度（AQ从76到100），10个PWA被分类为中度（AQ从50到75），5个PWA被分类为重度（AQ从26到50）。21个PWA被分类为患有命名性失语症，5个PWA患有传导性失语症，9个PWA患有布罗卡氏失语症。一个PWA被分类为患有布罗卡氏失语症或经皮质运动性失语，两个PWA被分类为患有传导性失语症或命名性失语症。

仪器

麦科MA25听力计（麦科诊断）用于检查参与者的听力。波士顿媒体影院扬声器（波士顿音响有限公司）用于呈现听觉刺激和声场听力检查刺激。Eyefollower2.0视线跟踪系统（LC技术）用于监视参与者的眼睛并测量和记录瞳孔运动。Eyefollower2.0视线跟踪系统以120Hz的速率测量参与者的注视点，并产生双眼的每个照相机图样的瞳孔直径（LC技术公司，1009）。定制软件用于从所收集的原始数据中获得所有瞳孔度量测量。

使用蓝皓石2照度计测量所有视觉刺激的亮度。

多个刺激-一个刺激的选择

刺激单词（名词）可以选自Snodgrass和Vanderwart（1980）词集。视觉刺激选自Rossion和Pourtois（2004）图像集。选择这些图像，基于来自原始Snodgrass和Vanderwart（1980）图像集的图像，因为计算机化图像可用，其允许操作图像以减小亮度差异。单词基于估计的难度进行选择，使得每个显然符合两个类型中的一个：简单或困难。

使用用于粗略估计单词难度的四类测量的组合：词汇习得年龄估计、词频测量、单词熟悉度估计及命名延迟时间测量。

之前的研究表明，估计的词汇习得年龄是命名延迟时间的主要决定因素（Carroll&White,1973a,1973b）。Carroll和White（1973）通过要求参与者估计他们第一次学习单词及其口语或书面语形式的意义的时间来评价220个图像的词汇习得年龄。为参与者给出以下1到9个等级尺度：（1）学前班（2岁）；（2）学前班（3岁）；（3）托儿所（4岁）；（4）幼儿园（5岁）；（5）一年级（6岁）；（6）二三年级（7-8岁）；（7）四五年级（9-10岁）；（8）六七年级（11-12岁）；以及（9）八年级以上（13岁以上）。被判断为学得过早的单词被命名的速度要快于被判断为学得稍晚的那些单词。Snodgrass和Vanderwart（1980）发现在他们的实验中Carroll和White（1973a）的词汇习得年龄估计与87个图像的评定相似度高度相关。当前研究将Snodgrass和Yuditsky的词汇习得年龄的估计用于Snodgrass和Vanderwart（1980）词集中的250个图像。

词频被示为与单词的难度紧密相关。Breland（1996）将来自文本的四个不同集合的词频测量与由Dupuy（1974）建立的单词难度估计进行比较。Dupuy的难度估计通过利用十个难度水平开发基本单词词汇测试而获得；向1-12年级的学生给予多选词汇测试。从《韦氏国际新词典》中随机挑选的123个单词基于已经正确回答每一项的参与者的百分比来指定难度等级（Dupuy，1974）。单词难度估计与词频指标之间的相关性较高。当词频与单词的难度有关时，关于词频的理论不常出现，并且更常见的单词将学习更快，记得更好。当前研究的词频测量从Kucera和Francis频率规范（Kucera&Francis,1967）中取得。

熟悉度级可以从Snodgrass和Vanderwart（1980）取得。在Snodgrass和Vanderwart的研究中，指导参与者给出260个图片刺激的熟悉度级，熟悉度级是“你接触或思考这个概念的程度”（p.183）。要求参与者评定5个等级尺度上的图像，1级指示非常陌生，5指示非常熟悉。结果表明熟悉度级与频率正相关且与词汇习得年龄级负相关。因此，更熟悉的单词通常更频繁出现并且在较早的年龄学习。

从Snodgrass和Yuditsky（1996）取得命名延迟时间级。基于来自之前研究的发现假设等级是更困难的单词比更简单的单词产生更长的命名延迟时间。

在四类（熟悉度级、频率计数、词汇习得年龄估计及命名延迟时间）中的每一类中，比较该研究中每个单词的等级与每个类别的均值。最初只选择四类中的每一类中大于在均值以上或以下的一个标准差的单词以确保“简单”与“困难”单词之间存在实质性的空缺。也就是说，不选择落入每类中的均值的一个标准差内的单词。

大于熟悉度级的均值以上一个标准差的单词被视为“简单”，大于均值以下一个标准差的单词应被视为“困难”。大于频率估计的均值一个标准差的单词应被视为“简单”，具有零或一的额定频率的单词应被视为“困难”。对于频率估计的类别，由于额定值和样品的均值与标准差之间的关系，不可能获得均值以下一个完整的标准差的单词。大于词汇习得年龄估计的均值以上一个标准差的单词应被视为“困难”，大于均值以下一个标准差的单词应被视为“简单”。大于命名延迟时间的均值以上一个标准差的单词应被视为“困难”，大于均值以下一个标准差的单词应被视为“简单”。

在最终选择期间，考虑根据四个类型中的至少两个类型被归类为“简单”或“困难”的单词。然后，基于每个列表的单词的音节数量使两个列表—“简单”和“困难”等效。最终选择总共挑选三十个单词，十五个为“简单”类型，十五个为“困难”类型。为陪衬试验中要使用的每个类型挑选另外的三个单词，使在基准任务和实验任务期间呈现的单词刺激总数为36个单词。

刺激发展—听觉刺激

听觉刺激由美国英语的说母语的成年男性记录。录制使用与PC直接连接的高质量麦克风可以发生在隔音棚中。说话者以不间断的字符串几次录制每个单词。就清晰度和单词级别重音而言，质量最好的标记（单词的特定口语记录）由三个听者全票通过来选择。然后，每个言语刺激被数字化（22kHz，以10.5kHz进行低通滤波处理），针对强度规范化为零dB，并使用音频编辑软件（2006）存储在计算机上。

刺激发展—视觉刺激

来自Rossion和Pourtois（2004）的彩色图像被挑选来匹配所选的单词。首先，使用Adobe Photoshop CS3（2007）将彩色图像单独转换为黑白图像。具体地，将每个图像导入Photoshop，然后使用通道混合器将其转换为单色：改变各个源通道（红色、绿色和蓝色）以产生尽可能接近素描的图像，例如，阴影被尽可能最小化，而不降低图像质量。其次，使用图像操作程序（2010），导入第一步骤中生成的PIC图像并分层到标准大小的白色背景上，然后保存为JPEG图像。一旦在研究期间显示图像，就进行该步骤以防止图像失真。

使用Gossen Starlight2照度计测量从所有图像的源发出的光的亮度、度量以便解释光对瞳孔直径的可能影响。图像的亮度值从188.8cd/m²到266cd/m²（M=245.2cd/m²，SD=17.4cd/m²）。66%（24/36）的图像的亮度都在均值一个标准差内。一个图像的亮度大于均值以下两个标准差。

陪衬刺激

20%的试验是陪衬试验，其中视觉和听觉刺激不匹配。例如，参与者听见单词“dog”，但看见的是汤匙而没有看见对应的“dog”的图像。插入这些陪衬以将意想不到的元素添加到实验条件中。这旨在帮助防止无聊并确保参与者在整个实验中保持他们的注意力。

与听觉刺激对应的六个陪衬单词按字母顺序排列并且每个分配有1-6的数字。随机数表用于将1-6的数字分配给视觉刺激。例如，针对听觉刺激，单词“洋蓟”分配数字1。随机数表中的第一个数字是数字4，其对应于原始列表中的单词“洋蓟”。因此，听觉刺激“洋蓟”与特定陪衬试验的图像“leaf”配对。

填充符图像

为了防止由于试验之间的亮度突然变化导致瞳孔变化，将由六个圆组成的填充符图像插在基准和实验条件中的每个试验图像之间。该图像被显示三秒，且不伴随听觉刺激。

过程

每个参与者（对照组和PWA）都要接受基准条件，然后接受实验条件。如果需要则允许参与者在任务之间休息。参与者坐在舒适的扶手转椅上并提供使用腮托以便帮助稳定头部。31个对照组参与者选择使用腮托，9个对照组参与者不使用。PWA没有一个选择使用腮托。在每次任务期间每个参与者被定位使得他的/她的头部距计算机屏幕24-26英寸以便防止调节反射，该调节反射可能会导致瞳孔响应于参与者鼻子4-6英寸内的图像而双向收缩。

基准条件

在开始实验性试验之前获得瞳孔直径的基准测量。在该条件期间，参与者暴露于实验条件的剩余部分中使用的所有视觉刺激（实验刺激和陪衬刺激），而无需任何伴随的言语刺激。使用随机数表确定呈现实验和陪衬刺激的随机顺序（www.siaiirek.com）。

指导参与者“以自然的任何方式注视图片”。提供指示该任务不包括任何“声音”的额外提示以便向参与者保证他们只注视屏幕上的图像。例如，提示可以表明“记住，该任务期间没有声音。仅仅注视图像”。然后每个图像被显示三秒，在此期间收集瞳孔数据。在每个试验中针对每个参与者确定平均瞳孔直径、最大瞳孔直径和最大瞳孔直径的延迟时间。这些点用于确定在实验条件期间观察的瞳孔扩张的相对量，而不是绝对瞳孔直径。

实验条件

在实验条件期间，同时呈现视觉和听觉刺激项目。按照与在基准条件下不同的随机顺序来呈现项目。该任务经由耳机以声级计估计的大致65dB给予。对于戴助听器的参与者，经由计算机扬声器以声级计估计的大致70dB呈现任务。指导参与者“听单词并注视图片”。给参与者三秒时间以在计算机自动前进到下一项目之前查看图像。任务诱发的瞳孔反应（TERP）已经被示出在继处理开始之后的100-200毫秒内发生，并在继终止处理之后很快消失。三秒的观察时间允许足够的时间帧来观察任何瞳孔变化。通过为参与者提供足够时间，可以清楚地观察到对照组参与者与PWA之间的任何差异。

图5示出了样品实验刺激—香蕉的图像；并且该图像与单词“香蕉”的听觉发音同时呈现在计算机屏幕上。图2示出了样品陪衬刺激—洋蓟的图像；并且该图像与单词“洋蓟”的听觉发音同时呈现。图3示出了填充符刺激；该图像在每个实验刺激项目之间显示三秒。

分类任务

继完成基准和实验瞳孔度量测试或条件之后，要求每个参与者执行分类任务。给参与者一叠卡，其中的每一张都包括一侧上的图像和另一侧上的用于实验的每个言语刺激的对应打印字。要求参与者将每张卡分为两堆，简单或困难。不提供“困难”的定义，使得每个参与者都形成他自己或她自己的操作定义。然而，某些参与者需要区别“简单”对“困难”的某个指令，因为列表中的单词对这些参与者来说相对简单。通过评价单词是否“只与这组单词相关”，指导这些参与者（需要指令的参与者）思考单词的相对难度。在完成分类任务之后，临床医生询问参与者“你自己使用任何特定策略将卡分为“简单”堆和“困难”堆？”。针对各个参与者记录陈述的任何策略。分类任务旨在验证刺激选择方法以及旨在提供比较瞳孔度量结果和感知的单词难度的各个依据。

该实例中测试的特定假设：

1、当查看与听觉刺激同时呈现的单个图像时，患有和没有失语症的参与者将在瞳孔反应方面表现出差异。

2、当查看与听觉刺激同时呈现的单个图像时，PWA的瞳孔反应将与WAB AQ和听觉理解（AC）得分指示的失语症的严重性有关。

3、当查看与听觉刺激同时呈现的单个图像时，瞳孔反应将与单词“难度”的5个测量有关（如用词汇习得年龄估计、词频测量、单词熟悉度估计、命名延迟测量及感知的难度指示）。

依赖测量

一个类型的依赖测量是测量或评价与认知处理有关的瞳孔扩张的方法。瞳孔扩张的大小与认知处理中涉及的强度和努力有关联。进一步地，简单的最大瞳孔直径可与紧接参与者对任务的反应之前的时间段相关。存在已知的测量并评价瞳孔扩张的大小的两种方式。一种方式是通过获得简单的最大测量，比如在设置时间段内观察的最高单一量的扩张。另一方式是通过在反应间隔内计算中间或平均瞳孔扩张。在该研究中，获得这两类测量，除此之外还评价瞳孔直径的简单最大测量的延迟时间。

其他依赖测量是是否存在失语症、失语症的严重性及刺激项目的难度水平。这些测量可以影响（a）完成任务所需的处理的强度，其在瞳孔扩张的大小方面体现出来；和/或（b）完成此任务所需的时间帧，其在简单最大瞳孔直径的延迟时间方面体现出来。如果这些瞳孔度量测量可以可靠地区分上述任意条件（即，PWA对对照组，轻度对重度失语症，简单对困难单词），则它们可以用于不要求来自参与者的明显言语或身体反应的未来的理解测试协议。

在每个条件（基准或实验）下，相对于四个事件进行测量：（1）视觉刺激的开始；（2）听觉刺激的开始；（3）听觉刺激的结束；（4）视觉刺激的结束。

表1以视觉刺激的开始作为测量的起始点示出了瞳孔直径的三种计算方法。

表1

依赖测量的计算方法

结果

A、比较患有和没有失语症的人们的瞳孔度量反应

对ANOVA的分开的双向重复测量进行计算以检查组（对照组与PWA）与每个因变量（即最大瞳孔直径、最大瞳孔直径的延迟时间及平均瞳孔直径）上困难的项目之间的交互。

针对平均瞳孔直径，表2和表3中的结果表明平均瞳孔直径针对困难项目（与简单项目相比较）显著变化（F(l,66)=60.85,P<0.001）。平均瞳孔直径对简单单词（M=-0.02）来说比对困难单词（M=0.05）明显较小。在对照组和PWA组之间没有发现重大影响。发现难度与组之间的交互不明显（F(l,66)=1.5,p>0.05）。

表2和表3分别显示描述性统计和ANOVA结果。

表2

假设#1的描述性统计

注：Max=最大瞳孔直径；延迟时间=最大瞳孔直径的延迟时间。

表3

对照组参与者和PWA的重复测量ANOVA

注：Max=最大瞳孔直径；延迟时间=最大瞳孔直径的延迟时间。

B、失语症的严重性与瞳孔度量反应的理解缺陷之间的关系

计算皮尔逊积矩相关系数（表4中所示）以评估失语症的严重性（如通过WAB-R失语商数（AQ）得分测得），理解缺陷的严重性（如通过WAB-R听觉理解（AC）得分指示），及各个反应之间的关系。在表4中总结了系数数据。

表4中的数据表明WAB-R AC上的PWA得分与简单单词的最大瞳孔直径的延迟时间之间存在显著负相关，r(38)=-0.40，p=0.014。剩余的比较显示没有明显差异。

表4

失语症的严重性和理解缺陷的严重性与PWA的瞳孔反应之间的相关性

注：WAB AQ=来自西方失语症成套测验量表的失语商数；WAB AC=西方失语症成套测验量表的听觉言语理解部分；Max-简单=简单单词的最大测量；Max-困难=难词的最大测量；Mean-简单=简单单词的平均瞳孔直径；Mean-困难=难词的平均瞳孔直径；延迟时间-简单=简单单词的最大直径的延迟时间；延迟时间-困难=难词的最大直径的延迟时间。

C、单词难度的五个测量和患有和没有失语症的人们的瞳孔度量反应之间的关系

计算皮尔逊积矩相关系数以检查参与者瞳孔反应与用于给刺激分配“简单”或“困难”状态的单词难度的五个测量之间的关系，这五个测量为熟悉度、频率、词汇习得年龄、命令延迟时间和感知的难度。在完成实验条件之后，感知的难度在分类任务中由参与者确定。相关性针对对照组参与者和PWA单独运行。在表5和表6中总结了结果。

表5

单词难度的测量与对照组参与者的瞳孔反应之间的相关性

相关性在0.05的水平上是显著的（双侧（2-tailed））

注：Max=最大瞳孔直径；延迟时间=最大瞳孔直径的延迟时间。

表6

单词难度的测量与PWA的瞳孔反应之间的相关性

*相关性在0.05的水平上是显著的（双侧）

注：Max=最大瞳孔直径；延迟时间=最大瞳孔直径的延迟时间。

表5和表6中的结果表明对照组参与者的词汇习得年龄与平均瞳孔直径之间正相关（r(30)=0.44,p=0.02）。对于PWA，平均瞳孔直径与两个测量：（1）词汇习得年龄（r(30)=0.40,p=0.03）；（2）命名延迟时间（r(30)=0.41,p=0.023）之间正相关。数据表明其他测量与瞳孔测量之间不存在明显的相关性。

讨论

A、比较患有和没有失语症的人们的瞳孔度量反应

结果表明平均瞳孔直径相对于单词的难度显著变化—平均瞳孔直径对简单单词来说比对困难单词明显较小。这些发现可以表明对于作为一个整体的参与者来说，认知努力的强度对简单单词来说比对困难单词要小。

B、失语症的严重性与通过瞳孔度量反应评价的理解缺陷之间的关系（假设#2）

据推理最大瞳孔扩张指示参与者的处理位于高强度水平的点，经常紧接解决或完成任务之前。结果表明WAB-R AC上的PWA得分与简单单词的最大瞳孔直径的延迟时间负相关。没有发现其他明显相关性。WAB-R的听觉言语理解部分上的PWA得分越高，PWA具有的严重理解缺陷就越少。该得分与最大瞳孔直径的延迟时间之间的负相关性表面理解缺陷不太严重的PWA花费更少的时间来在涉及“简单”刺激的试验中达到最大瞳孔扩张。因此，该结果表明听觉理解缺陷不太严重的PWA处理简单单词比处理困难单吃更快，而听觉理解缺陷更严重的PWA没有表现出偏好。

需要注意的是，邦费罗尼校正不用于分析该假设以及以下假设。校正的使用可能会使得这些结果无关紧要。不使用校正以便增加检测任何潜在意义的可能性，这可能引导该方法的未来方向。

缺少任何其他明显相关性表明可能需要调整实验参数，包括任务，以便指示或检查参与者的语言能力方面的细微差异。在未来的研究中要修改或改进任务和方法。

C、单词难度的测量和患有和没有失语症的人们的瞳孔度量反应之间的关系（假设#3）

对于对照组参与者，结果表明随着词汇习得年龄增加他们表现出更高的平均瞳孔直径。相关性表面稍后学习单词，处理该单词需要更大量的努力。结果是逻辑的：词汇习得年龄是命名延迟时间的主要决定因素，并且词汇习得年龄被示为与其他研究中的单词熟悉度负相关。换句话说，随着词汇习得年龄针对单词增加，命名延迟时间也增加并且单词被判断为不太熟悉，这表明处理单词需要更大量的努力。有趣的是，对对照组参与者来说，瞳孔反应与命名延迟时间之间不存在明显相关性。

对于PWA，结果表明（1）词汇习得年龄和平均瞳孔直径正相关；（2）命名延迟时间也与整个平均瞳孔直径正相关。假设词汇习得年龄是影响命名延迟时间的主要因素，这两种相关性被示为显著的事实不足为怪。然而，需要注意的是，PWA在平均瞳孔直径和单词难度的两个测量之间具有明显相关性，而对照组参与者仅仅只有一个明显相关性。PWA与对照组参与者之间的差异可以表明PWA对困难语言刺激具有增加的灵敏度。这些相关性还提供对一个或多个测量最可能在将来确定单词难度（尤其是针对患有神经系统损伤的参与者）的更深理解。

分析的方法—没有基准数据的分析

为了努力确定分析该新颖方法的数据的最敏感方式，重复所有分析，不包括基准数据。在上述分析中，为了使每个参与者起到他的/她的控制作用以最小化一般外围系统的潜在差异，在减去在基准任务期间获得的参与者的瞳孔反应之后获得瞳孔反应（参见表1）。

之前的文献在将这类基准校正并入分析的研究与使用解释基准瞳孔直径的替代方法的研究之间被划分。其他方法包括简单地报告绝对瞳孔直径，比较基准期间的绝对直径与实验条件期间的绝对直径，继每个试验开始时的基准条件之后测量扩张量，以百分比的形式报告编号，以及其他类型的更复杂的分析。因此，为了评价任何细微的差异或明显相关性是否被基准校正淡化，利用绝对瞳孔直径重复每个假设的上述的相同分析。下面将讨论基于分析的显著发现。

A、比较患有和没有失语症的人们的瞳孔度量反应（假设#1）

在对照组与PWA之间针对最大瞳孔直径发现明显差异（F(l,69)=7.00,p=0.01）：最大瞳孔直径对对照组参与者（M=3.12）来说比PWA（M=3.41）明显较小。

进一步地，在单词难度水平与瞳孔反应的每个测量之间发现明显相关性：最大瞳孔直径对简单单词（M=3.23）来说比困难单词（M=3.30）明显较小，F(l,69)=7.49，p=0.008。最大瞳孔直径的时间延迟对简单单词（M=1.34）来说比困难单词（M=1.45）明显较短，F(l,69)=11.61，p=0.001。平均瞳孔直径对简单单词（M=2.84）来说比困难单词（M=2.88）明显较小，F(l,69)=57.89，p<0.001。

B、失语症的严重性与通过瞳孔度量反应评价的理解缺陷之间的关系（假设#2）

存在两个明显的负相关性：一个是针对简单单词在WAB-R AQ上的PWA得分与平均最大瞳孔直径之间（r(38)=-0.32,p=0.05）；另一个是针对简单单词在WAB-R AC上的PWA得分与平均最大瞳孔直径之间（r(38)=-0.40,p=0.01）。

C、单词难度的测量和患有和没有失语症的人们的瞳孔测量反应之间的关系（假设#3）

对于对照组参与者来说，频率与最大瞳孔直径的平均延迟时间之间存在明显负相关性（r(30)=-0.37,p=0.05）。

对于PWA来说，词汇习得年龄与平均瞳孔直径之间存在明显正相关性（r(30)=0.41,p=0.03）。

扣除基准数据是方法和不扣除基准数据的方法之间的差异

如上所分析的，不并入基准值的变量的分析比并入基准值的变量的分析产生更显著的结果。表7、表8和表9显示分析每种假设的两种方法的结果之间的显著差异。

表7

比较假设#1的显著结果

表8

比较假设#2的显著结果

表9

比较假设#3的显著结果

全面讨论

该研究的目的是开发并测试一种用于评估患有神经系统疾病的参与者的单一单词听觉理解能力的新颖方法。该研究的结果表明本发明能够使用瞳孔测量来捕获患有和没有神经系统损伤的参与者的单词难度的影响。利用单个名字示出单词难度的影响，许多参与者都认为其全部都是“简单的”，这表明本发明的方法对捕获处理一般简单的刺激所需的努力的细微差异足够灵敏。本发明的结果不仅揭露了与单词难度有关的差异，而且还揭露了处理具有不同水平的理解缺陷的PWA的刺激所需的时间帧的差异。

该研究中的任务可以被修改以增加本发明的瞳孔测量方法的灵敏度和有效性以便评估患有神经系统损伤或疾病的参与者的语言理解。

首先，可以降低视觉刺激的复杂性，或者视觉刺激可以潜在地被全部消除，这可能会导致对TERP的灵敏度增加。一般情况下，获得可靠的瞳孔反应是非常困难的或者被视为是不可行的，所述瞳孔反应体现出认知影响，同时参与者参与视觉任务。报道关于瞳孔测量的重大发现的几项研究已经利用了非视觉任务，存在或不存在凝视点。使用视觉刺激的研究使用了没有当前研究中的研究复杂的图像，比如单个字母和简单的几何形状。另外，瞳孔反应的大小可以对仅采用听觉刺激而不采用视觉刺激的任务更敏感。

可以被改进的另一方面是利用其它标准比如单词长度和/或发音来确定任何特定单词的难度水平。进一步地，可以分析瞳孔测量以评估与句子跟读、句子理解、句子复杂程度、句法歧义和韵律有关的难度差异。

另外，研究表明患有失语症的个体在语法的特定方面有困难，包括动词的论元结构、非受格与非能格动词、动词的词形变化、主动与被动动词、使用补语成分、使用处所介词即主与宾相对句子。上面所有这些句子结构都可以用于改变要被用作本发明中的刺激以评估特定参与者是否具有任何语言损伤，比如失语症的句子的难度水平。

瞳孔反应的分析也可以利用额外或不同的分析方法来修改。例如，用于实验任务的瞳孔反应数据可以单独进行分析，而不并入基准测量或值。可选地，为了使每个参与者起到他的/她的控制作用以最小化一般外围系统的潜在差异，将用于实验任务的瞳孔反应数据与在基准任务（仅视觉刺激）期间获得的基准瞳孔反应进行比较。然而，使用基准测量可以淡化潜在显著的结果，并且在某些情况下可能没有必要。

进一步地，可修改几个其他分析方面。例如，为了检查关于实验任务的不同部分期间的参与者的注意力的信息，实验任务内的早期和/或稍后的实验可以单独进行分析。该分析可以用于核对任何潜在实践效果，其中参与者变得熟悉刺激的特性或熟悉任务本身。随着熟悉度增加，瞳孔扩张的大小减小。稍早和稍晚的试验之间的任何明显差异可以指示在整个任务中注意力下降，或对刺激或任务的习惯性。

最后，本实例证实（a）本发明的瞳孔度量方法可以指示处理简单和困难的单个名字时涉及的认知强度/努力，并且（b）本发明的瞳孔度量方法可以用于评估患有神经系统损伤的个体的言语理解水平，尤其针对个体是否具有任何语言缺陷。

实例2

该实例的目的是测试没有失语症的个体的瞳孔度量方法的程序变化以验证并标准化该方法，使得本发明方法可以可靠地指示处理简单和困难的言语刺激所需的认知努力和强度。之前的实例的方法论方面，包括TERP测量和刺激呈现的形态，将进行系统测试。由此产生的方法可以用于研究患有失语症或其他神经系统损伤的个体的语言处理的努力。

在该实例中解决以下问题：

不同的测量技术（即，绝对值、扣除方法及归一化法）对由处理简单和困难单个名字和句子诱发的TERP的测量和解释有什么影响？

是否存在涉及简单和困难单个名字和句子的仅听觉任务与听觉-视觉任务的TERP的幅度的明显差异？

方法

参与者

经由传单、邮件、基于web的公告和口头宣传从俄亥俄州的阿萨森社区招募总共40个参与者。完成有关研究的参与者将得到10美元的现金。入选标准包括：年龄21岁以上；以美国英语为母语；无学习/发育疾病史；无创伤性脑损伤病史；无说话病史；语言或认知损伤；不了解该研究的目的；经由耳机以25dB HL通过500-、1000-和2000-Hz的纯音听力检查，并通过与实例1中进行的检查类似的视力检查。

排除标准是双语。如果使用除美国英语之外的其他语言来在每天2小时或更长的时间内达到对话目的，则任务参与者会讲两种语言。

另外，所有参与者将完成最初病历面谈。使用利用或不利用眼睛或隐形眼镜的Patti Pics Logarithmic Visual Acuity Chart(Precision Vision,2003)的20/250线来评估近视力的视敏度。也通过使参与者识别四个视觉象限的每一个中举起的手指数量来检查视场。仅出于信息目的进行瞳孔检查，其包括检查瞳孔大小和对光的反应。

仪器

麦科MA25听力计（麦科诊断）用于检查参与者的听力。波士顿媒体影院扬声器（波士顿音响有限公司）用于呈现听觉刺激和声场听力检查刺激。Eyefollower2.0视线跟踪系统（LC技术）用于监视参与者的眼睛并记录瞳孔反应/运动。Eyefollower2.0视线跟踪系统以120Hz的速率测量参与者的注视点；针对双眼的每个照相机图样计算瞳孔直径（LC技术公司，2009）。定制软件用于获得并分析所有瞳孔反应数据（也被称为依赖测量），比如最大瞳孔直径、平均瞳孔直径、及每个条件的最大值的延迟时间。条件指的是刺激的每个类型，比如简单单词、困难单词等。

刺激选择和编写

所有言语刺激都被分为“简单”或“困难”，并且以听觉的方式向参与者呈现（“听觉刺激”）。听觉刺激将由简单名字、困难名字、简单句子和困难句子组成。所有句子在语法和语义上是可逆的。在确定视觉刺激的难度水平时，将选择清楚和坚固描述简单与困难的语言学概念。

本实例的听觉-视觉任务中使用的单个名字来自实例1中形成的列表。仅听觉任务中使用的单个名词将利用MRC心理语言学数据库（2012）进行选择。新名词的选择标准基本上与实例1的选择标准相同：以下参数的值将下降这些因素的每一个的名词的值的一个以上的标准差：频率、熟悉度、词汇习得年龄及图像。

简单和困难的句子分别由主动句和被动句组成。所有句子在语法和语义上是可逆的。包括使用“was”和“by”的全部被动形式在该研究中可以用于所有被动句。主动句将被视为困难的句子，而被动句被视为简单的句子。简单和困难的句子列表然后针对频率、熟悉度和长度（单词数量）平衡。

主动和被动句，以及视觉刺激，在作者的许可下选自动词和句子测试（VAST;Bastiaanse,Edwards,&Ripens,2002）以及视觉理解的眼跟踪图片测试（EPTAC,Hallowell,2012）。已经验证来自VAST和EPTAC的图像以确保个体对它们进行解释以表达它们配对的语言构想（句子）。

主动句与被动句之间的主要差异是句子中成分的排序。主动句，类似于许多英语句子，由首先出现的句子的主语，接着是谓语，最后是谓语的宾语构成。句子中题元成分的主谓宾（S-V-O）排序被称为英语语言中的成分的规范或标准排序。相反，被动句由宾语、谓语、主语构成，宾语首先出现，接着是谓语，然后是主语（O-V-S）。主谓宾（O-V-S）排序被称为英语语言中的成分的非规范排序。通常，非规范排序的句子（被动句）比规范排序的句子（主动句）更难理解。

刺激发展和呈现

用于言语-视觉任务的单个名词的听觉刺激来自实例1中形成的列表。简单地，用于仅听觉任务的额外听觉刺激以与实例1基本上相同的方式发展。标记由讲美国英语的成年男性在隔音棚中使用与PC连接的麦克风记录。说话者多次记录每个标记。就清晰度和单词级别重音而言，质量最好的标记在100%协议中由三个听者选择。每个标记被进一步数字化（22kHz，以10.5Hz进行低通滤波处理），针对强度规范化为零dB，并使用音频编辑软件（2006）存储在计算机上。用于主动和被动句的听觉刺激将使用上文和单个名词的实例1中描述的处理进行记录、选择、数字化、规范化和存储。

单个名词的视觉刺激将使用实例1中形成的刺激。简单地，选择来自Rossion和Pourtoise（2004）的彩色图像以匹配所选的名词。句子的视觉刺激以与单个名词的实例1基本上相同的方式发展。然而，句子的图像将选自EPTAC和VAST，并且它们是黑白素描，就颜色或阴影而言主动和被动句子的视觉刺激不要求操作。这些图像仅在当由瞳孔反应软件显示时需要防止失真，并且需要保持项目上的类似亮度的程度上才操作。

过程

在参与者之间平衡仅听觉和听觉-视觉实验条件。平衡指的是随机向参与者分配这两个条件以便在两个子组之间同等呈现。这些条件内的项目也将被平衡，参与者在听觉-视觉和仅听觉条件下不会听见相同的句子。如果需要在任务期间将提供休息。

参与者将坐在距计算机屏幕24-26英寸的位置。继瞳孔反应任务之后，给予参与者失语症语言处理的心理语言评价（PALPA;Kay,Lesser,&Coltheart,1992）的以下子测试：子测试44—口头语-图片匹配，以及子测试55—句子-图片匹配，听觉版本，其将用于验证完整理解并与瞳孔结果相关。

基准测试

将获得参与者的瞳孔直径的基准测量以允许经由扣除法计算TERP。基准测试将按以下方式进行：在听觉-视觉条件下的每个图像，和在仅听觉条件下的每个听觉刺激的呈现之间，凝视点被显示三秒。在这段时间的最后500毫秒期间（以允许瞳孔在对屏幕上的刺激变化作出反应的过程中瞳孔的任何变化），将收集并平均参与者的瞳孔直径的测量。该值将充当基准值或每个条件的测量，并在扣除法期间用来获得平均和最大TERP。

听觉-视觉方法

在听觉-视觉任务期间（言语-视觉任务的版本），视觉和听觉刺激将同时呈现。听觉刺激经由耳机以大致65dB呈现，如声度计确定的。指导参与者“听单词和句子并以对你来说自然的任何方式注视图像”。在继言语刺激结束之后，图像被显示三秒。单个名词的时间帧在实例1中使用，并且人们认为该时间帧允许足够的时间观察TERP。因为TERP通常发生在处理开始之后的100-200msec内，然后在继终止处理之后很快消失（Beatty，1982），所以在听觉刺激针对句子起作用时感兴趣的TERP将发生。继每个言语刺激开始之后视觉刺激项目仍然在屏幕上保持三秒，以便允许参与者有足够的时间来处理句子。

大多数听觉和视觉刺激项目在该条件或任务期间匹配（参见图5）。例如，如果听觉刺激是“香蕉”，则将呈现香蕉的图片。然而，20%的试验由陪衬刺激组成，其中听觉和时间刺激项目不匹配（参见图6）。插入这些陪衬刺激试验以防止参与者期望相同的听觉和视觉刺激项目。意想不到的元素将帮助防止无聊并在整个实验中保持参与者的注意力。

仅听觉任务

在仅听觉任务中（参见图1和图1a），听觉刺激将经由耳机以65dB呈现。指导参与者盯着计算机屏幕上的凝视点，其在亮度方面与听觉-视觉任务和基准任务期间呈现的项目类似。进行这个处理以允许在听觉-视觉和仅听觉任务之间进行比较。指导参与者“听单词和句子同时你注视屏幕上的点。在任务期间你将被提问一些问题，所以一定要仔细听”。为了保持听觉-视觉和仅听觉任务之间的时间帧一致，在一个听觉刺激结束和下一个听觉刺激开始之间存在三秒时间窗口。

理解的离线测试（任务后理解测试）

继评估任务之后，给予参与者PALPA（Kay,Lesser,&Colt heart,1992）的口语-图片匹配和句子-图片匹配子测试。PALPA是患有失语症的个体的语言能力的广泛使用测试。同样理想的是，对照组参与者不会总是得到高分。来自PALPA的结果将用于确定参与者理解与实验的瞳孔评估部分期间使用的单个单词和句子类似的单个单词和句子的水平。这些结果与从瞳孔度量测量获得的结果相关。

瞳孔反应数据的分析（依赖测量）

通过三种不同的方式计算TERP以便比较计算方法的显著结果：绝对值、扣除值及标准化值。依赖测量（瞳孔反应数据）将由如实例1中所述的绝对值和扣除法的平均瞳孔直径、最大瞳孔直径和最大瞳孔直径的延迟时间，以及归一化法的标准化瞳孔数据组成。定制软件用于提取并分析与依赖测量有关的数据。

对于绝对值，平均和最大TERP可以以瞳孔直径的毫米形式报告，而不是扩张变化。在扣除法中，从平均和最大TERP中减去在基准任务期间获得的平均瞳孔直径以便获得由实验任务引起的量变化（单位毫米）。这两个方法的最大瞳孔直径的延迟时间在每个试验的开始与在每个试验内获得的单一最大瞳孔直径之间用毫秒报告。

归一化法类似于Engelhardt和colleagues（2009）以及Gutierrez和Shapiro（2011）详细描述的方法。平均瞳孔直径将针对每个条件（即，简单名词、困难名词、简单句子、困难句子）下的每个参与者获得。分析时间帧中的每个瞳孔数据点（言语刺激项目+三秒）然后针对该条件除以平均瞳孔直径。标准化数据然后在每个时间点在所有参与者中进行平均处理以获得每个条件下的瞳孔扩张波形。标准化数据也将随作为自变量的时间和作为因变量的标准化瞳孔数据被提交到简单的回归分析中以便获得每个条件的瞳孔变化的斜率。

假设

1、参与者将表现出与简单和困难刺激项目对应的瞳孔反应的差异。

a.参与者将表现出与简单和困难刺激对应的绝对瞳孔直径（以mm为单位进行测量）的差异。

b.参与者将表现出与简单和困难刺激对应的TERP（即，平均（以mm为单位进行测量）、最大（以mm为单位进行测量）和最大的延迟时间（以msec为单位进行测量））的差异。

c.参与者将表现出与简单和困难刺激对应的标准化瞳孔反应（即，标准化瞳孔波形和瞳孔变化的斜率）的差异。

2、参与者将表现出与听觉-视觉条件下呈现的刺激和仅听觉条件下呈现的刺激对应的瞳孔反应的差异。

a.参与者将表现出与听觉-视觉条件下呈现的刺激和仅听觉条件下呈现的刺激对应的绝对瞳孔直径（以mm为单位进行测量）的差异。

b.参与者将表现出与听觉-视觉条件下呈现的刺激和仅听觉条件下呈现的刺激对应的TERP（即，平均（以mm为单位进行测量）、最大（以mm为单位进行测量）和最大的延迟时间（以msec为单位进行测量））的差异。

c.参与者将表现出与听觉-视觉条件下呈现的刺激和仅听觉条件下呈现的刺激对应的标准化瞳孔反应（即，标准化瞳孔波形和瞳孔变化的斜率）的差异。

3、所获得的显著和/或不显著的结果将基于TERP的计算方法有所不同。

a.如果使用一种计算方法（即，扣除法）针对任何操作变量获得明显差异，则这些差异也将使用其他计算方法（绝对值、归一化）发现。

分析

假设#1和假设#2将使用重复测量的方差分析进行统计分析。任何显著的主要效果使用均值的依赖测量t测试进行分析。针对每种计算方法单独进行分析（即，进行三种不同的重复测量的方差分析，一个针对绝对值法，一个针对扣除法，一个针对归一化法）。

为了测试假设#3，将从每个分析获得的显著和/或不显著的结果进行比较并由实验者对比。

连同附图的该详细描述主要用来描述本发明的目前优选的实施例，而不是用来表示可以构想或采用本发明的仅有形式。连同所说明的实施例，该描述陈述了实施本发明的设计、功能、方式、以及方法。然而，应当理解，可以通过同样旨在包括在本发明的精神和范围内的不同实施例来实现相同或等效的功能和特点，并且在不偏离所附权利要求的发明或范围的情况下，可以采用各种修改。

Claims (21)

1.一种用于使用瞳孔反应系统来测试人对刺激的响应的方法，所述瞳孔反应系统包括配置为测量所述人的瞳孔反应的至少一个瞳孔计，所述方法包括：

a.对所述人进行基准测试，并测量和/或记录在所述基准测试期间所述人的瞳孔反应数据；

b.对所述人进行评估任务，包括步骤：

i.为所述人提供包括至少两组言语刺激的言语刺激列表，每组言语刺激包括一个或多个言语刺激，其中，所述至少两组言语刺激彼此的本质区别在于难度水平；

ii.一次向所述人呈现来自所述言语刺激列表的一个言语刺激；

iii.在呈现每个刺激期间在200毫秒至10秒的时间范围内测量并记录所述人的瞳孔反应数据；

c.通过将所述人在所述基准测试中的瞳孔反应数据并入到在所述评估任务中的瞳孔反应数据来确定人的瞳孔反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述基准测试中进行的任务包括与步骤b中的评估任务相似的言语刺激。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在听觉上呈现所述言语刺激。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，以文本方式呈现所述言语刺激。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述言语刺激包括一个或多个单词、一个或多个句子，或者，所述一个或多个单词和所述一个或多个句子的混合。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述言语刺激包括一个或多个单词；并且所述单词的难度水平基于包括词汇习得年龄、词频、熟悉度和命名延迟时间的一个或多个难度标准。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述言语刺激包括一个或多个句子，并且句子的难度水平根据包括句子长度、句子分支、动词的数量和嵌入式从句的数量的一个或多个标准确定。

8.根据权利要求1所述的方法，其中瞳孔反应包括瞳孔直径、最大瞳孔直径、到达最大瞳孔直径的时间和平均瞳孔直径。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在呈现每个所述言语刺激期间指导所述人注视凝视点的步骤。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在呈现所述言语刺激之间对所述人进行一个或多个理解测试以保持所述人关注所述评估任务的步骤。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在呈现每个所述言语刺激的同时或紧接其之后向所述人呈现视觉刺激的步骤，所述视觉刺激包括与在所述视觉刺激同时或紧接其之前呈现的所述言语刺激对应的至少一个图像，其中所述言语刺激的视觉特征按照颜色、阴影、背景、大小和亮度控制或设计，以使分散注意力的视觉特征的存在最小化。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：对所述人进行陪衬刺激试验以保持所述人关注所述评估任务，包括以下步骤：

b1)在呈现言语刺激的同时或紧接其之后向所述人呈现陪衬刺激，所述陪衬刺激包括与在所述陪衬刺激同时或紧接其之前呈现的所述言语刺激不对应的一个或多个图像；以及

b2)以一个或多个间隔重复步骤b1。

13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：对所述人呈现包括点的填充符刺激以大幅减少或防止所述人由于所述刺激之间亮度的任何潜在突然变化而引起的瞳孔变化。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述视觉刺激被呈现在计算机监控屏幕上。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：设计所述视觉刺激以使分散注意力的视觉特征的存在最小化。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述瞳孔反应系统包括摄像机。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述瞳孔反应系统进一步包括近红外光。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述瞳孔反应系统进一步包括：用于识别、测量、记录并分析所述人的瞳孔中心或瞳孔直径的处理软件。

19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在对所述人呈现所述刺激之前进行听力检查。

20.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在对所述人呈现所述刺激之前进行视觉检查。

21.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过要求所述人将所述言语刺激分为两个不同水平：一个相对简单，另一个相对困难，来评价所述言语刺激的感知难度。