口罩与视线方向对情绪识别的瞳孔反应机制研究：基于认知负荷与补偿性处理的生理证据

这篇研究通过瞳孔测量（pupillometry）结合行为实验，创新性地揭示了口罩（face mask）与视线方向（gaze direction）如何通过瞳孔直径变化（z-score normalized）反映情绪识别（anger/fear/neutral）的认知负荷。研究发现：恐惧识别受口罩影响最显著（准确率下降8.55%），愤怒与中性表情则依赖眼部区域；瞳孔扩张在错误试次中更显著（p<0.001），尤其对戴口罩的恐惧表情（dilation=0.09 vs no-mask -0.04），证实了模糊情境下的补偿性处理机制。该成果为人机交互（HCI）和虚拟现实（VR）的适应性系统设计提供了生理学依据。

　　

1 引言

COVID-19时代普遍使用的口罩覆盖了面部60-70%区域，显著干扰情绪识别能力。既往研究证实愤怒（anger）依赖眼部区域，恐惧（fear）则需口部信息支持，而视线方向（direct/averted gaze）会调节情绪加工——直接注视增强愤怒识别，回避注视促进恐惧感知。然而，口罩与视线交互作用对瞳孔反应（pupillary response）的影响尚未明确。瞳孔直径作为自主神经 arousal 的客观指标，可反映认知负荷（cognitive load）与情绪强度，如威胁性情绪引发更强扩张（Bradley et al., 2008），而高吸引力刺激可能导致收缩（Liao et al., 2020）。本研究假设：口罩引发的面部信息缺失会通过瞳孔扩张反映认知努力，且与视线方向存在情绪特异性交互。

2 方法

40名受试者（18-35岁）完成3（情绪）×2（口罩）×2（视线）全因子设计的识别任务。刺激材料来自NimStim数据库，经SHINE工具箱标准化亮度。使用60Hz眼动仪记录瞳孔直径，数据经Z-score归一化处理。统计分析采用重复测量ANOVA，重点关注三阶交互效应与错误试次的瞳孔反应差异。

3 结果

3.1 行为数据

口罩使恐惧识别准确率显著降低（57.22% vs 65.77%, p<0.001），但对愤怒（90.40% vs 83.63%）和中性（83.48% vs 62.05%）影响不显著。直接注视提升愤怒/中性识别（p<0.005），而恐惧无差异。反应时（RT）显示愤怒识别最快（1,866ms），恐惧最慢（2,396ms），符合"趋近-回避"理论框架。

3.2 瞳孔反应

三阶交互显著（F=4.57, p=0.01, η_p²=0.007）：戴口罩的恐惧表情在直接注视下引发最强扩张（0.09 vs no-mask -0.04, p=0.016）。错误试次普遍伴随更大扩张（t=14.49, p<0.001），愤怒错误试次差异最显著（t=13.26）。回避注视整体引发更强扩张（0.025 vs -0.029, p=0.003），支持其加工难度更高的假设。

4 讨论

研究发现三个核心机制：

1. 区域依赖性补偿：恐惧识别依赖口部信息，口罩导致准确率下降8.55%，错误试次瞳孔扩张显著，证实补偿性认知努力；愤怒/中性则通过眼部信息保持识别效率

2. 视线调节效应：直接注视促进愤怒识别（准确率90.4%），符合社会性威胁快速检测需求；恐惧的瞳孔反应在直接注视+口罩时最强，反映线索冲突的解析负荷

3. 生理标记价值：瞳孔扩张与错误率而非准确率直接相关，提示其作为认知负荷指标的敏感性高于行为表现

研究局限包括静态图像生态效度问题，未来可拓展至动态表情与多元文化场景。这些发现为开发基于实时瞳孔监测的适应性HCI系统提供了理论依据，例如在VR环境中动态调整虚拟角色表情可见度以降低用户认知负荷。