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瞳孔测量已被证明是多种认知要求较高的任务（包括与听力相关的任务）中预期脑力负荷的相关指标。近期研究通过测量轮次转换期间瞳孔的反应方式，将瞳孔测量的应用扩展到互动对话中。本研究通过评估听力损失与正常听力个体之间对话过程中瞳孔反应的差异，进一步推动了瞳孔测量在对话
瞳孔测量已被证明是多种认知要求较高的任务（包括与听力相关的任务）中预期脑力负荷的相关指标。近期研究通过测量轮次转换期间瞳孔的反应方式，将瞳孔测量的应用扩展到互动对话中。本研究通过评估听力损失与正常听力个体之间对话过程中瞳孔反应的差异，进一步推动了瞳孔测量在对话中的应用。成对的丹麦老年说话者（其中一人有听力损失，另一人无听力损失）在各种声学条件下进行对话，并全程记录其瞳孔反应。研究结果表明，背景噪声和听力损失均会调节对话期间的瞳孔反应，并进一步显示瞳孔扩张反应与轮次转换行为测量之间存在对应关系，这可能表明对话难度增加。
一、研究背景与现存问题
听力损失（hearing loss, HL）深刻影响个体轻松有效沟通的能力，可能导致社交退缩、孤独感和抑郁等负面心理后果。传统的听力评估往往仅考虑个体在隔离条件下的听觉能力，例如纯音测听或噪声中言语测试。然而，对话不仅仅涉及听觉和倾听，还包含复杂的认知加工过程。心理语言学研究发现，对话中典型的轮次转换间隔（floor-transfer offset, FTO）约为200毫秒，而计划和开始产生一个回应需要长达600毫秒以上，这表明说话者必须在倾听对方言语的同时规划接下来要说的内容。因此，HL说话者不仅可能在倾听方面遇到困难，在维持流畅沟通所需的并行处理方面也可能存在障碍。
以往研究采用行为学方法考察了听力损失、背景噪声和第二语言等因素对对话轮次转换时间的影响，发现正常听力（typical hearing, TH）和HL说话者在背景噪声中沟通时均表现出更长且更多变的FTO。FTO的变化可能源于增加的听力需求减少了可用于同时言语规划的资源，从而延迟了听者下一轮次的开始。知觉研究也表明，较长的FTO会导致对话被评价为流畅度较差、对话者之间联系较低且更难以跟随。因此，听力困难除了影响言语理解外，还能影响言语互动的时间结构，进而影响对话者对话语的感知。
为了进一步评估听力损失对沟通的影响，一种潜在途径是表征说话者在沟通时投入的认知努力量。听力科学领域近期的研究焦点是评估听力努力（listening effort），定义为"在执行听力任务时对心理资源的刻意分配"。常用的评估指标是瞳孔扩张反应，已证明在广泛的认知要求较高的任务中是预期脑力负荷的相关指标。然而，听力努力可能无法完全捕捉对话的认知需求，因为对话中大量努力必须同时分配给言语规划和言语产生本身。以往研究分别考察了倾听和说话过程中的瞳孔反应，但对话的快节奏要求这些过程通常必须并行发生。因此，仅从倾听或仅从产生角度的发现在多大程度上能推广到互动沟通尚不明确。此外，对话的动态性和自发性使得在互动沟通中推断努力具有挑战性——典型的瞳孔测量实验会严格控制视野以减少瞳孔光反射或近瞳孔反应的影响，但在代表自然对话的条件下实施这种控制是不可行的。近期已有研究尝试将瞳孔测量应用于对话，首先通过比较不同预期难度水平任务之间的描述性统计，然后使用去卷积方法评估瞳孔是否在轮次转换周围一致地反应，发现瞳孔对任务和背景噪声引起的困难均敏感，且尽管缺乏视野控制，仍有可能测量沟通期间瞳孔大小的瞬时变化。
二、研究目的与主要技术方法
本研究旨在通过评估TH与HL说话者在对话期间瞳孔反应的差异，扩展瞳孔测量在对话中的应用。研究人员首先评估整个对话过程中的瞳孔反应，然后进一步分析轮次转换周围发生的系统性变化。
研究涉及对Eriksholm研究中心另一项研究收集的数据进行重新分析，原始研究旨在探索一种新型专有降噪算法。共招募48名丹麦老年参与者，其中一半具有按年龄调整的典型听力（平均年龄65.9±6.5岁），另一半具有不同程度的年龄相关性感音神经性听力损失（平均年龄72.3±8.4岁，损失类型：7例轻度、8例轻度至中度、4例中度、5例重度）。采用性别混合配对，每对中一人有听力损失，另一人无听力损失。对话在安静（quiet, Q）、60 dBA（N60）和70 dBA（N70）背景噪声条件下进行，HL说话者佩戴单位增益助听器并接受三种降噪级别之一。对话采用DiapixUK协作找不同任务但使用DiapixDK图片，每对参与者最多4分钟找出12处差异。瞳孔数据由Tobii Pro 3眼镜以50 Hz采样率记录。
主要关键技术方法包括：1）语音活动检测（voice activity detection, VAD）和轮次转换识别，通过能量阈值和特定持续时间标准识别四类轮次转换事件：自我开始（self-start）、自我停止（self-stop）、伙伴开始（partner-start）和伙伴停止（partner-stop）；2）瞳孔反应预处理，包括去眨眼、单眼选择、三次样条插值、鲁棒去趋势和低通滤波；3）多输入单输出时间响应函数（temporal response functions, TRF），使用mTRF工具箱计算，将四类轮次转换事件和两个眼动注视协变量作为输入特征，提取轮次转换周围2.5秒前后的瞳孔反应；4）统计分析方法：采用广义线性混合效应模型（generalized linear mixed effects models, GLMM）分析FTO和轮次时长分布，采用线性混合效应模型（linear mixed effects models, LMM）分析会话水平瞳孔特征，采用簇质量置换检验分析TRF的显著性和条件间差异。
三、主要研究结果
1. 轮次转换行为
FTO的GLMM分析显示背景噪声主效应显著以及噪声与听力状态的交互作用显著。TH说话者在N70中产生的FTO显著长于安静（+54.0 ms）和N60（+74.5 ms）条件。HL说话者在N60中产生的FTO比安静条件短76.3 ms，而在N70中比N60长47.7 ms。在安静条件下，HL说话者比TH说话者产生更长的FTO（+70.6 ms），但在两种噪声条件下两组之间无显著差异。轮次时长的GLMM分析显示听力状态和噪声的主效应显著，TH说话者产生的轮次显著长于HL说话者（1144 ms对比1043 ms），但背景噪声水平之间的对比经Tukey校正后不显著。
2. 会话水平瞳孔测量
平均瞳孔大小的LMM分析显示背景噪声主效应显著，N70条件显著大于安静（+0.089 mm）和N60（+0.056 mm），但安静与N60之间无显著差异。听力损失主效应呈边缘显著（p=0.05），HL说话者的平均瞳孔呈较小趋势（3.33 mm对比3.59 mm）。基线漂移模型显示听力状态主效应显著，HL说话者表现出比TH说话者更大的基线瞳孔大小下降（0.23 mm对比0.05 mm），而噪声及交互作用不显著。
3. 轮次转换的瞳孔反应
集合所有说话者和对话计算的TRF分析发现，四类轮次转换事件中的三类——自我停止、伙伴开始和伙伴停止——周围发生显著的瞳孔瞬时扩张。按听力状态分组比较显示，TH和HL说话者在自我开始、伙伴开始和伙伴停止的反应上存在显著差异。HL说话者在自我开始约1秒后表现出瞳孔收缩，在伙伴停止后也观察到收缩，而TH说话者未出现此模式。在伙伴开始约1秒后，HL说话者表现出比TH说话者更大的持续瞳孔扩张。背景噪声效应方面，TH说话者在安静与N70之间所有四类轮次转换事件周围均观察到显著不同的瞳孔反应，而HL说话者仅在伙伴停止周围表现出显著差异。定性上，HL说话者在安静和N70中的反应在形态上与TH说话者在N70中的反应相似。
四、讨论与结论
讨论部分指出，TH说话者在高背景噪声下FTO显著增加与众多既往研究一致。然而HL说话者在N60条件下表现出背景噪声的非单调效应，FTO在N70中长于N60但短于安静条件。这些发现与S?rensen等人（2024）的研究不同，可能归因于多项因素：本研究中的TH和HL说话者均为老年人，年龄更接近可能创造更放松的社交动态，使HL说话者更倾向于利用安静对话来休息和恢复认知资源，从而产生更长的FTO；一旦引入噪声，这种休息过程被干扰，导致N60中FTO减少。此外，本研究HL参与者中约38%具有中度或重度听力损失，而S?rensen等人仅招募轻度至中度HL说话者，更严重的听力损失可能导致沟通策略的转变。
会话水平指标方面，噪声条件下瞳孔大小显著增大，这与更响的听觉刺激通常诱导更大的瞳孔扩张有关，同时噪声中言语理解的难度增加也会提高并行言语规划的难度。HL说话者较小的瞳孔大小与以往退化言语知觉测试的发现一致。HL说话者表现出更陡峭的基线漂移可能反映了疲劳效应。由于HL说话者在安静条件下的FTO分布类似于TH说话者在噪声条件下的分布，安静对话对HL说话者可能具有更高的基线难度。
瞳孔对轮次转换的一致性反应方面，在自我停止、伙伴开始和伙伴停止周围观察到的显著扩张可能表明准备性和反应性听力努力的定向——例如在自我停止周围和伙伴开始之前切换注意力以准备倾听，以及在伙伴开始之后开始倾听。伙伴停止周围的显著反应可能指向言语规划的努力，因为以往研究表明人们会尽早开始规划下一轮次，因此这一过程可能在时间上更接近伙伴轮次的结束而非自我开始。
听力损失和背景噪声对瞳孔反应的调节方面，HL说话者在伙伴开始约1秒后表现出比TH说话者更大的持续瞳孔扩张，可能反映了并行倾听和言语规划能力的差异。如果倾听需要HL说话者分配更多资源，则可用于同时规划下一段言语的资源较少，导致言语规划过程延迟，需要在倾听期间维持努力。一旦开始说话，这种高需求的并行处理不再需要，HL说话者因先前努力更高而经历更大的努力释放，表现为瞳孔收缩。TH说话者未观察到显著的伙伴停止反应可能是由于他们能在伙伴轮次期间更早开始规划，使得规划时间点变异更大、与伙伴轮次结束的同步性降低。
TH说话者在所有四类轮次转换事件周围均表现出安静与N70之间的显著差异，而HL说话者仅在伙伴停止周围有差异。HL说话者在安静和N70中的反应在形态上相似，且类似TH说话者在N70中的形态，这支持了安静对话对HL说话者具有更高基线难度的观点。尽管以往研究发现HL和TH听者在安静条件下的听力任务中没有瞳孔反应差异，本研究表明在安静中对话对HL参与者确实更费力。会话水平分析中背景噪声显著增大瞳孔大小，但HL说话者的TRF中缺乏噪声效应，可能部分归因于疲劳导致的 evoked 瞳孔反应减小。
本研究的局限包括：实验设置和对话的开放性使得难以明确判定观察到的反应是否真正反映认知努力差异；说话者注视未被限制，调节和局部亮度差异可能部分驱动瞳孔反应；未分析的降噪设置因素可能在HL和TH说话者之间引入了难度不对称；轮次检测仅基于语音活动对应关系而未考虑言语内容。未来研究可发展自动化工具根据内容分类轮次，并探索更自由形式的对话中是否能观察到类似的一致性反应。
研究结论：背景噪声和听力损失反映在对话期间的瞳孔反应中。尽管瞳孔反应与轮次转换行为差异之间存在对应关系，但行为适应并不能完全解释瞳孔反应。这支持了两者都源于难度增加导致的某些更高层次处理差异的观点。研究结果表明，相对于TH说话者，HL说话者在安静环境中对话相当费力。然而，需要进一步的工作来确信观察到的效应与认知努力相关，因为它们可能反映行为适应（例如凝视调整）诱导的瞳孔反应。
