2‘刃5年l月JolOfuma第1期南京师大学报(社会科学版)nositNalUnivery(SoeialScmajigNrnJanienee2【M)5No1眼动心理学的理论技术及应用研究邓、铸(南京师范大学心理学系江苏南京12097)要眼动即眼球的运动它与注意及内部信息加工机制具有密切联系存在着外源性的和内摘:源性的两种控制更多情况下受到任务或目的指引因此眼动心理学研究已经成为当代心理学研究的一种有用范型:随着眼动仪向智能化系列化便携式方向的发展其在心理学众多分支领域中的应用迅速扩展同时基础性眼动研究及其理论建构也越来越受到重视关键词眼动;眼动仪;中图分类号:视觉信息加工;竞争一整合模型:B84文献标识码A文章编号:101一406820《51)0一的90一60视觉系统是人类获取外部信息最重要的通道技术都存在误差大操作难和对被试眼动带来较大负担等缺点在实验心理学的早期历史中心理学家就开始注意到眼动特征及其规律的心理学意义利用眼动技术(eye02世纪中期以后摄像技术的引人特别是计算机技术的运用推动了高精度眼动仪的研发极大地促进了眼动研究在国际心理学及相关学movementteehnique)探索人在各种不同条件下的信息加工机制也成为当代心理学研究的重要范型其研究规模和涉猎领域在国内外都迅速扩展2001:科中的应用年在芬兰召开的第十一届欧洲眼动研讨会提眼动有三种基本方式:注视(fxaiiotn)眼跳sacea’〕(“p’,,)suitmovement)〔des)和追随运动(Pur(交的报告主要包括五大方面视觉信息加工与快速眼动;阅读中的眼动与语言加工;阅读中眼动控制的(1)注视是指将眼睛的中央窝对准某一物体的时:间超过10毫秒在此期间被注视的物体成像在中计算模型;人与计算机交互作用的眼动研究;媒体应用和通讯中的眼动研究等〔J’央窝上获得更充分的加工而形成清晰的像但注就国内来说沈德立年5视不等于眼球的静止注视中常常伴随着三种形式的极为细微的眼动:自发性的高频眼球微颤慢速漂教授领导的研究群体有效地开辟了中文阅读的眼动研究取得了重要成果并于2004月在天津师移(solwshifts)和微跳(mierosaeeades)这些细微范大学召开了国际性的眼动研究学术研讨会有力地推动了国内眼动仪实验室的建设是对国内眼动心理学研究的一次动员眼动是视觉信息加工所必须的信息提取机制一般认为慢速漂移使目标逐渐离开中央窝的中心而由微小跳动纠正这个偏差以保持正确的注视状态这本文在此介绍眼动研究的基本理论技术及其在心理学中可能的应用领域就使得被注视物体在视网膜上的成像位置不断发生变换以克服网膜适应导致的视像消失〔帅’p4‘洲2)0一眼动及其记录技术的发展世纪初心理学家开始使用简单而眼球震颤则可将刺激信息调制成交流信号以便能(穿过视觉通道「〕‘pp‘,9世纪末210喇)(2)眼跳:是注视点或注的眼动记录技术考察人在图形扫描和文字阅读中的眼动轨迹以及这些眼动轨迹与视觉信息加工之间视方位的突然改变这种改变往往是个体意识不到的眼跳的速度很快最高可达每秒450度眼跳的的关系在20世纪中期以前研究者就为心理学研幅度则可以从2分度到20度眼跳过程中可以获究开发出许多眼动记录技术只不过这些眼动记录收稿日期:2{X抖一取刺激的时空信息但几乎不能形成刺激的清晰像70一1230基金项目:全国教育科学十五规划重点课题研究成果(EBA0404)作者简介:邓铸(1964一)男博士南京师大教育科学学院心理学系副教授一90一所以眼跳可以实现对视野的快速搜索和对刺激信息的选择1世纪对眼动进行了系统研究发现了视旋转在9s(3)追随运动(Puruitmovement)当被观:即眼球以视轴为中心的中央旋转揭示出头部转向一侧的运动是补偿眼睛在相反方向上的旋转的规察物体与眼睛存在相对运动时为了保证眼睛总是注视这个物体眼球会追随物体移动追随运动常律lkmn后来Voa尝试对眼动的速度进行测量验常伴随较大的眼跳和微跳它是由运动目标的速度信息输人到中枢神经系统眼睛为了追随这个目证了眼睛水平运动比垂直运动的速度快单眼运动’57)比双眼运动快缸;‘州一5此后眼动技术随着科p4标而引起的一种连续反馈的伺服运动”4‘”’鑫洲喇’学技术的发展而发展先后经历观察记录法机械记录法光学记录法影视记录法等几代方法上述三种眼动方式经常交错在一起目的均在于选择信息将要注意的刺激物成像于中央窝区域以形成清晰的像现在主要使用的是集成了光学技术摄影技术计算机硬眼动可以反映视觉信息的选择模件技术和计算机软件技术的眼动记录系统化大型精密的眼动仪式对于揭示认知加工的心理机制具有重要意义提供了诸多便利国内也有系列的眼动仪产—EyeLi现代研究发现两眼的跳动几乎完全一致这为眼动研究品但其商品化进程缓慢心理学研究中使用的还那么眼动记录的参数有哪些如多为进口眼动仪比如近年出现在国内心理学实验室的产品主要有:加拿大SR公司生产的何得到这些眼动参数呢从近年来发表的研究报告看利用眼动仪进行心理学研究常用的资料或参数主要包括:(l)眼动轨迹图:它是将眼球运动信息叠加在isau视景(vkn-1眼动追踪记录系统美国应用科学实验室(Ap“pliedSeieneeaLboratories简称,ASL)研发的504和501型眼动仪德国SMI公司研发的SMI眼动追踪EyeTlsece)图像上形成注视点及其移动的路n系统(SMIraekingSystem)等都是集成的眼线图它能最具体直观和全面的反映眼动的时空特’‘9,’」咬2’4征仁P由此判定各种不同刺激情境下不同动追踪系统:现代眼动仪的结构一般包括四个系统光学系任务条件下不同个体之间同一个体不同状态下的眼动模式及其差异性统瞳孔中心坐标提取系统视景与瞳孔坐标迭加系统图像与数据的记录与分析系统第一光学系(2)眼动时间:将眼动信息与视景图像叠加后统是在一个特定的支架结构中装载三个微型摄像机其中一个是指向视景一个对准左眼眼球或来自左眼眼球的反射光路一个对准右眼眼球或来自右眼眼球的反射光路(有的只装载两个摄像机除一:利用分析软件提取多方面眼动时间数据包括注视(或称注视停留)时间眼跳时间回视时间眼跳潜伏期[时间6〔7〕两2)追随运动时间以及注视过程中的微动时间包括自发性高频眼球微颤慢速漂移和微跳台用于拍摄视景之外就只有一台摄像机记录一只眼睛的眼动)同时可以提取各种不同眼动的次数主要是像加拿大SR公司生产的EyekLin-在不同视景位置或位置间的注视次数眼跳次数回视次数等等n是在头盔式支架上装载三个摄像机其中有两个这些时间和位置信息可用于精细地分摄像机直接对准左右眼眼球;德国ewxHviii一SMI公司生产的析各种不同的眼动模式进而揭示各种不同的信息加工过程和加工模式(3)眼动的方向和距离:即在二维或三维空间Ped型眼动仪是在固定式支架上装S载两个摄像机其中有一个是对准来自左眼或右眼眼球的反射光路第二瞳孔中心坐标提取系统该:内考察眼动方向(角度)这方面的信息与视景迭系统主要是利用图像扫描及其信号转换将眼动录加可以揭示注意的对象及其转移过程而且可以结像中瞳孔中心方位的信息转换成表征二维坐标的数字信号然后传送给计算机处理并贮存:合时间因素计算眼动速度第三视景(4)瞳孔大小与眨眼:瞳孔大小与眨眼也是视觉信息注意状态的重要指标而且与视景迭加可以与瞳孔坐标迭加系统这是一个计算机的软件系统它能将表征瞳孔中心及其移动的数字信号进行适当变换与来自视景摄像机传送的数字信号匹配将瞳解释不同条件下的知觉广度或注意广度也可以揭示不同刺激条件对注意状态的激发孔中心坐标迭加在视景图像上从而直观地标记出眼动的时空特征是视觉信息提取过程中的生理和行为表现其与心理活动直接或间接的关系是奇某一时刻瞳孔中心对准场景的哪一个位置即注视点以及随着时间的推移注视点的移动路线第四妙而有趣的这也是10多年来心理学家致力于眼图像与数据的记录与分析系统:这也是一个计算机动研究的原因所在务进行的眼动记录最初是作为生理学任Muller软件系统它能将迭加后的图像呈现在显示器上并德国著名生理学家Huek等曾c将其数字化以表征注视点的时空特征由此可以一91一得到的主要结果或参数包括:注视点随时间变化的向近区扩散同时抑制远区;两个相对较远区域的激活互相抑制;两个相邻区域的激活互相加强里不存在独立的注视点中心及其移动轨迹图注视点分布的三维和二维密度图各种不同形式眼动的位置速度和时间等等因此眼跳过程就是表征眼跳地图位置间激活的竞争“”这二眼动与视觉信息加工的基本关系模型一注视位置是眼跳地图的一部分当观察者主动注视一个具眼动(eyem’emetont)主要是指眼球运动它与体位置时该位置处在眼跳地图的中心其激活明显加强人体的肌肉运动一样是一种反射活动由于必须在pp例‘‘。3961,’注视位置与外周位置之间存在刺激信号通过皮层中枢的作用下下行到脑干眼动侧抑制(lateralinhibit)因此注视位置被加强的[1tr核才能启动眼球运动期间的意识作用是不可避免的(这里不包括纯粹的生理性眼动)所以眼动又被时外周区域达到激活阂限的过程就受到抑制需要进行眼跳时与注视关联的激活受到抑制从而解’称为主动性眼动!“州喇‘p眼动的主动性虽然在除外周区域受到的侧抑制当相邻区域的激活强度很多时候是指服从于活动的任务性但也包括在没有意识指引下发生的无意注意过程这时的主动性所指就是对信息的觉察性或觉知性均达到阑限时注视点就会停留在这两个区之间的某个位置而当较远的两个区域激活加强时互相““所以一抑制就会阻止激活达到阑限值般来说眼动伴随着想看什么或看到了什么一般来讲眼跳是指向一个特定位置的而在视能最充分地显示视觉信息加工中的选择性注意在景中存在许多可能的眼跳目标这就需要一种选择机制或需要一种指向眼跳地图上特定位置的控制人与环境的交互作用中视觉信息的选择性提取与选择性加工起着非常重要的作用为了适应环境我们需要选择那些与活动目的相适应的信息而忽视那些与目标毫不相关的信息但有时对信息的选择并不符合任务要求包括内源性控制(信号研究者认为在眼跳和视觉信息加工之间存在8‘8一种共同的选择性注意机制〔三州)这样当一P’,个选择性注意控制信号作用于眼跳地图而启动眼跳的时候这个选择性的注意控制信号也同时作用于视觉系统以实现客体特征的加工也就是说在眼跳区域的客体特征的加工得到加强因此视野中各部分被选择的s8xogenou控制机制既包括外源性控制(e。ntorl)也oncdogenou,eontro(l)〔霎p”前者与此同时如果是由刺激特性控制的信息选择也称为刺激驱动或眼跳地图上的另一个位置激活加强选择性注意控自下而上的信息选择;后者是由目标或期望控制的制信号也有可能作用于这个位置以阻止眼跳所以信息选择也称为目标驱动或自上而下的信息选择说这又是一种抑制性控制信号它防止眼跳区域客体特征加工的削弱意识控制性眼动的心理学研究正是基于视觉信息加工与眼动的很明显这体现了眼动过程的密切关系所以该领域中的基本理论主要是关于视觉信息加工与眼动的关系理论特别是眼跳与注意的关系模型:竞争一整合模型(TheComgravePetitiInte注意和眼跳关系密切都具有选择视野中相关’了‘‘’部分的目的和共同的功能系统[人们为了对ptionModel)某一客体作进一步的加工和反应注意和眼跳这两uGoidin和ousThews在大量实验研究的基础上e8个定向系统都会指向这一客体以使其处在眼跳地图的中心地图上的该位置保持强激活抑制其他区一提出了竞争整合模型川ex跳(o5,8)‘P’以解释外源性眼gensaeeades)与enoenous内源性眼跳(dgacsades)之间的竞争这一模型是根据各种不同域的激活以防止眼跳当然关于眼跳与注意的关’0’T认为L(平一,)为了形成ne系也有不同观点Pos‘任务情况下的眼跳行为来建立的它同时提供了一个注意与眼跳的关系框架上眼跳程序必须先要注意到眼跳的区域而且注意的一竞争整合模型认为眼转移是在准备眼跳位置时就完成了按照这样的观seacads跳过程发生在一个共同的眼跳地图(cmp)a点注意转移不总是伴随眼跳可以假设注意和眼跳程序通常是相关的但需要一个启动信号激活眼跳”〔P’827,8)因此也有可能在注意转移时眼睛73程序这个眼跳地图是动态的可变的心理性的它是整合了来自不同方面(如外源性和内源性)信息的结果在某一时刻视觉系统依靠内外信息整合还保持不动不管怎样心理学家都承认注意与眼而导致眼跳地图L某一点的激活强度达到阑限从动的内在关系而注意是信息加工过程中普遍存在的心理机制所以通过眼动过程了解注意的状态及而触发眼跳眼跳完成后新的眼跳地图形成可见眼跳是眼跳地图上各点激活的相互抑制或相互加强的结果其方向可以为揭示信息加工的内部机制提供独特而有效的路径一个位置发生的与眼跳有关的激活会一92一三眼动心理学研究的主要应用领域方式等引起消费者的关注程度以及广告没计策略等眼动研究有广泛的心理学价值它暗示着大脑研究中一般假定:消费者对某一广告元素注视的时间越长回视的次数越多那么他对其就越感兴一告元素对应的产品特征就更有可能影趣而这一J如何搜集或筛选信息’2ps“)‘毫尤疑问视觉信息的接收搜索和提取特征与人的活动目的相关联也就是与人的动机系统态度体系相关联;与接受者或响消费者的购买行为而广告设讨中有策略地引起消费者更多的注视和回视则可以提高产品的销搜索者的信息加J几能力加工方式相关联;与主客观售量此外网页浏览的眼动研究也是广告心理研因素影响下的无意注意及有意注意相关联;甚至与究中的一个有价值的课题它可以揭示浏览者注视更多的区域以及他为了回避广告尽量不去注视的区心理失调”“社交性内向等个性品质相关联”可见眼动研究在心理学的许多分支中都具有明显价值(1)视觉信息加工心理机制的研究视觉::域等’6‘’州翻33:(6)工程心理学的研究J二程设讨中经常考虑人的因素的制约性比如视觉信息搜信息加工是心理学基础研究的重要课题眼动信息可以在细微方面反映信息提取和选择方面的过程与索的速度范围及其快捷性等利用眼动研究可以探测人一机交互作用中的视觉信息提取及视觉控制问规律现{’比如Rip4,l,’成2]’(等在眼动研究中发光刺激如果持续作用于视网膜的同ggs和Rathf题7’’。衬书’7(7)交通心理学的研究眼动的交:通心理学研究主要涉及驾驶舱内的表盘设计问题一个区域该区域会在几秒钟内发生适应观察者就道路建设及路标设置问题驾驶者在驾驶过程中的视觉信息搜索及其培训问题等等有眼动仪实验室看不到这个刺激光点了这种视觉系统的适应性现象可以解释许多相关的视觉现象:(2)动机与态度国内西安交大建:进行着一些交通心理研究及相的研究在相同情境下记录被试的眼动信息可以探测到被试对信息的选择取向从而研究不同个体在相同情境下的动机与态度取向关设计问题研究(8)体育心理学的研究在各种体育运动过程中视觉信息的提取是其基本的心理支持而视觉信息提取的不同模式可能正反映了高水平运动员与一般水平运动员或新手之间的运动能力的差异性;比如对不同阅读内容的注视时间对不同商品的注视时间等可以反映被试的阅读动机消费动机对相同客体或文字材料的注视时间及其伴随的视轴漂移可以反映被试的态度特征;所以记录不同水平运动员在运动训幼或比赛过程中的眼动模式有利于提供对新手进行有效训练的模式和策略:(3)发展心理学的研究认知发展是儿有些体育运动项目如童心理发展的核心成分通过记录不同年龄的几童球类运动拳击击剑甚至高尔夫球运动都可以采用眼动仪进行研究青少年在各种不同条件下的眼动信息可以探测其信息加工能力学习能力的发展水平¹比如青少:(9)病理心理学的研究不难假没面对同样的视觉图景具有病理心理特征的观察者与正常状态下的观察者相比必然具有不同的眼动模式年在阅读中的系列加工和平行加工是同步发展的还是存在一个平行加工出现的转折期或关键期这一问题可以从比较不同年龄儿童阅读中眼跳的次数所以可以采用眼动技术进行病理心理学的研究和制订更为可靠的病理心理筛选的眼动标准与时间来获得一定程度的解决:4〔)教育心理学的研究此方面的研究是国内外当前眼动研究的主要领域特别是在阅读的眼动研究方面成果丰即2”四眼动心理学研究的主要趋势富”现“在阅读一个材料时我们的眼睛移眼动心理学的研究是一个方兴未艾的领域其动到文章的不同位置以获取必要的信自来帮助理解这一材料技术手段研究思想和涉及的课题领域都还处在迅速的发展过程中阅读中的眼动行为由连续的注视点和‘’’”)〔眼跳构成“4尤其是在中国随着各大学纷纷其中每一次注视的时距和每一开办心理学专业和投人大量资金建立包括眼动仪次眼跳的方向与时长是阅读眼动研究的两方面基本参数它可以反映阅读中的认知和知觉加工过程「,51即’‘47,‘4’8如果将眼动分析应用于学科问题想娅教授前不久谈到项眼动研究设南京师范大学教科院许卓L园外最近有研究表明6个月的婴几其有初期的数概念形成能解决的研究则可以探究并比较不同学生在解决各力在反复依次给婴儿呈现个两个个四个……物体如果下轮在呈现个两个个之后没有紧接着冬现四个物体则种问题时对外部信息的提取并由此推断其表征问题的过程和机制(5)消费心理学的研究利用眼动:那么与此同时改拜J眼动记录技术是否可以纪录到婴JL比较特殊的视觉搜索现象呢?很显然这没想是以纪录到特殊的ERP丁研究可以精细地研究不同产品产品包装产品陈列很有价值的它丁能暗示着路径一条揭示概念学习发}年龄的另有效一93一实验室在内的实验研究基地了解和准备使用眼与其他大型精密设备如fMRI结合使用有利于认知过程生理机制的深层次研究4近期仍以资料积累为主要任务但其理论建动仪进行研究的心理学家队伍将会在近五年内迅速扩大纵观现代心理学的发展历程和眼动心理学的研究状况可以预见其在未来一个时期的发展与变化趋势1构也越来越受到重视当前眼动研究还以资料积累为主因为许多研眼动仪向智能化系列化便携式方向发展究还都是停留在眼动现象的测定与描述对眼动的内在心理原因分析不够随着计算机软硬件技术的快速更新眼动仪的虽然也存在一些理论模型智能化还将进一步发展这将促进其精确度和采样假设如前文所述的竞争一整合模型i中的直接控制(d““是注意眼“率的大幅度提高尤其是硬件的小型化低成本会加速眼动仪市场规模的扩张和这一研究手段的普及动与视觉信息加工三者之间的基本关系模型;阅读tecrcrlntoo)模型和”认知控制进而导致眼动研究向广度深度及应用领域扩张(Cotivegnieontrol)模型等但是这些模型虽然能此外小型化和便携式眼动仪使得眼动研究可以深人到人们的工作学习和生活情境中够在一定范围内解释实验现象却不能在较高的抽象层次上说明信息加工的机制还需要在实验资料积累的基础上进一步发展尤其是需要在结合了现比如广告浏览文体活动网络信息查寻汽车驾驶机器修理等464-等这可以大大改进研究的生态效度〔认P’p,,代认知神经科学研究结果的基础上建立具有广泛解释效度的心理加工理论参考文献l「」Hyo℃n眼动仪产品的系列化也是该领域重要的发展趋势由于不同的研究情境不同的研究任务不同的被试群对眼动仪的功能特点可能有不同的要求所以在各种情况下均使用同一套眼动仪并不理想许:巨JRdaaehR&DeubelH(2()X3)7记夕einMdln、多时候也是不可能的美国的ASL和德国的SMI场川sea。gni,itadncdA月z$〕liePscst℃f玛o儿赶iemeR都开发了系列产品以适应各种不同研究情境的需要推动研究向精细化方向发展2chElsevierSeieneeBVr2〕阎国利仁M」天眼动分析法在心理学研究中的应用仁国内研究趋于规模化并将可能出现若干协:津天津教育出版社2以只作群体3〕Rigg工sLAifRatleFCornswdilyeeetJCetal(1953)to今明两年国内将有一批眼动仪实验室建成随之会有一批心理学家和研究生从事专门的眼动心理学研究hTJesI)zPeaadircnfostea凡oatedivsuialsetejbetsounlfraotheOptiealSoeityfAmerean37415一420而不同学科点会根据自身长期研究积累的4厄〕刘伟袁修干人的视觉不同开展不同分支领域的研究使国内眼动心理学工效学2(X幻(4)—nnIedJ」人类眼动系统的研究【研究出现规模化和专业化在此基础上会出现若[5]SperatiC(203)Therki略of肠rt枷noenHlDylamicosuiV干不同方向的研究群体并会定期召开全国性的和国际性的眼动研究学术研讨会3PastnI:laiIanl翻吧ge叮二尺eladne勿&a。与℃匆i刀吧messtnJHy6n巨R乞乃℃RadaehaDeubel(Ede“)刀n理应用研究继续成为该领域主题的同时基础inMd6]【Huie:iziveQ〕邵泛月iedA即lePsanetsfEoyMd里eme眼动研究将得到深化国内外眼动研究依然会顺应当前整个心理学发ch尺“earyEElsevierSeieneeBVB119一142(l9)8)T(hog,s”holPd尸edogo邵oferad展的总体趋势加强应用研究特别是与经济建设和叮TheianComPany9572Maemil高科技领域结合的研究将会成为眼动心理学的主题7〕J」心理科韩玉昌眼动仪和眼动实验法的发展历程【〔如人机交互中的眼动研究媒体应用与通讯中学8〕G〔o2(X旧ndij(4)的眼动研究等但是从国外研究现状来看眼动研Ro&hTaeeuwesJ(203)hTaeeelationrshiPb究也成为心理学基础实证研究的重要手段即利用眼动记录技术对视觉信息加工进行精细地记录和分tweenxegenoodnendogeoonssecdaadnartent如nIn:JHy6n往RRadaeh&HDeubel(Eds)7关einMdeR、析从视觉信息加工的行为特点来探讨心理活动的深层心理机制和生理机制Shenit与川咭nvi℃seaoadn4PI〕cdilAsPecst”f万o子阴℃夕弄tenm如pomplunReing和chrauzseverEliSeieneeBV究[’8进行的视觉搜索中眼动选择的计算模型的研‘P’9一”)对当前认知心理学中的知觉计算理[9〕KrislRJBassorMmA&WutrzRHnts(2997)Seienee“hSaedromtor一eorofrult切le论就是一种贡献同时有一些研究将把眼动仪re27916931695~em一94一10仁〕PosnerM1rent‘(1980)Oi鳍ofaonttenz‘QuatrerylInhof15〕瓢pAWStarM改ShindlerK1(2000)era介lristheJournalofExpenmentalPsyeholo群323一25厂川DeubalH&SehnesderoWXaeeaed(]996)Sta研eton、era~l?ienisngfo、0iurgn叻dn即,t户aoinniidgn一ltc)Peroeptio&Psyehophysies62s14741484seeetonliandej6eeter“megonton:ii肠‘d二。ofraeomm[16」StioofrS1Mo比niesJ&BalkeniuznC:ea:(2()3)BhXao￡te耐ianlemhanVisionReseareh361827ualstrrantegin、e:bze、onti:Aie切斤。ee了一1837~eemtserseachrInJHyon往RRadeaeh&HDeubel21韩向前眼睛的信号[J〕应用心理学[11986(3)(Edn)hTes场℃:C咭nizi:Mind,ReseaansiedA胡ee￡d月z,leenoefo113]Ry尸roanerKWhite5JKmbaoeGetal(2()3X)OzheeE一u几入:eem,‘tchrElseveriSiBV633eess;峪ofmeinani昭frnI卫。a。户araj乙l:os‘i,‘duri昭hdee”644瓜at动nersaid鳍e:JHy6n巨RRadae&,He17仁〕CrosbyMESophianC刀ee、snig阴atialeon(20)3)乃(Deubel4s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