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i 密级：学校代码：10075 分类号：学号： 20090400 教育学硕士学位论文教育学硕士学位论文 大学主大学主类别与数量空间关系类别与数量空间关系 加工加工方方式式比较研究比较研究 学位申请人 ：卢王轩 揩 导 教 师 ：王启成 副教授 学 位 类 别 ：教育学硕士 学 科 专 业 ：发展与教育心理学 授 予 单 位 ：河北大学 答 辩 日 期 ：2012 年 5 月 31 日 classified index: code: 10075 u.d.c.: no: 20090400 a dissertation for the degree of m. education research on the comparision of categorical and coordinate spatial relations of college students candidate: lu yuxuan supervisor: prof.wang qicheng academic degree applied for: master of education specialty: developmental and educational psychology university: hebei university date of oral examination: may 31, 2012 摘要 i 摘摘要要 类别与数量空间关系是视觉空间关系加工的两个加工于系统， 为了研究类别空间 关系加工与数量空间关系加工的差异本研究通过对启动刺激不同表征的分析来探讨 在两种加工系统中的影响效果.本研究设计了三个实验,分别选取 20 名被试.实验一 将只具有类别空间关系表征的刺激作为启动刺激来探索启动刺激对探测刺激的影响 从而探究类别与数量关系加工的不同. 实验二将只具有数量空间关系表征的刺激作为 启动刺激来探索启动刺激对探测刺激的影响， 进而探讨类别与数量空间关系加工的差 异.实验三为了进一步探索类别与数量关系加工的差异，启动刺激同时具有类别与数 量空间关系表征.结果如下： 1. 只具有类别空间关系表征的启动刺激对类别与数量关系加工都产生影响. 类别 表征信息有利于数量关系加工，数量关系加工依赖于类别关系的加工，可以说类别关 系加工是数量关系加工的基础. 2. 只具有数量空间关系表征的启动刺激对类别与数量关系加工都没有产生影响 作用.数量关系加工更关注于客体局部的加工，具有独立性与抗干扰性.而任务难度 对两种加工方式影响显著，说明只有在刺激表征不起作用时，任务难度才可能使任务 方式产生显著差异. 3. 同时具有类别与数量空间关系表征的启动刺激对类别与数量关系加工都产生 了影响. 关键词类别关系加工数量关系加工类别空间关系表征数量空间关系表征 abstract ii abstract there are two different kinds of spatial encoding-categorical spatial relations and coordinate spatial relations which are called processing subsystems. in order to verify the difference between categorical spatial encoding and coordinate spatial encoding, weve designed three studies. study i, stimuli with the representation of categorical spatial relations were made as the prime stimulus to explore the difference in categorical and coordinate spatial relations by the way of comparing prime stimuli and probe stimuli. study ii, stimuli with the representation of coordinate were made as the prime stimuli to explore their differences. study iii, the representation of category and coordinate was used as prime stimuli, so that we can verify their defference indirectly. conclusions are as follows: 1. prime stimuli with categorical representation influenced categorical and coordinate encoding. categorical advantage was obvious in coordinate encoding. that is to say, coordinate encoding based on categorical encoding. 2. coodinate representation did not affect the categorical spatial relations, neither coordinate spatial relations ddi. the results demonstrated that coordinate encoding focused on partly processing, and coordinate spatial relations is more independent and anti-disturbed. 3. prime stimuli with both categorical and coordinate representation affected the categorical and coordinate spatial relations. keywordscategorical spatial encoding coordinate spatial encoding categorical spatial representationcoordinate spatial representation 目录 iii 目目录录 引引 言言. 1 第第 1 章章 文献综述文献综述. 2 1.1 视觉空间认知能力 2 1.1.1 视觉空间认知能力概念 2 1.1.2 关于视觉空间认知能力的研究 3 1.2 类别与数量空间关系 4 1.2.1 概念的提出 4 1.2.2 类别与数量空间关系研究 7 第第 2 章章 问题提出问题提出. 14 2.1 问题提出 14 2.2 研究假设 15 2.3 研究意义 16 第第 3 章章 实验研究实验研究. 17 3.1 实验一类别表征启动刺激对空间关系判断的影响 17 3.1.1 实验目的 17 3.1.2 实验假设 17 3.1.3 实验方法 17 3.1.4 结果与分析 19 3.2 实验二数量表征启动刺激对空间关系判断的影响 22 3.2.1 实验目的 22 3.2.2 实验假设 22 3.2.3 实验方法 22 3.2.4 结果分析 22 3.3 实验三类别数量表征启动刺激对空间关系的影响 26 3.3.1 实验目的 26 3.3.2 实验假设 26 3.3.3 实验方法 26 目录 iv 3.3.4 结果分析 26 第第 4 4 章章 讨论讨论. 30 4.1 不同启动刺激对类别与数量空间关系加工方式的影响. 30 4.2 任务难度对类别与数量空间关系加工方式的影响. 31 4.3 研究不足与展望. 32 第第 5 章章 结论结论. 33 参考文献参考文献. 34 致致 谢谢. 39 引言 1 引引 言言 我们对周围世界的视觉加工主要依赖于对生活场景中客体间与客体内空间关系 的分析判断，这种空间关系的分析使我们可以在复杂的生活环境中去辨认客体，引导 行为以及进行空间判断 1.日常生活中，在与周围环境进行接触互动的过程中，我们 会利用客体与客体，客体与我们之间的空间关系来指导自己的行为，从眼睛的转动到 控制、操作机器以及记忆周围环境物体的位置等活动.正如 kosslyn(1987)所说： “数 量关系表征在航运中发挥着巨大的作用，在航运中一个飞行员需要知道哪里有障碍 物，进而判断它们的精确距离，而不是仅仅知道先遇到什么后遇到什么“ 2. 空间关系的加工对我们知觉我们周围的环境或进行空间活动有着非常重要的作 用.这种空间关系包括周围环境中不同客体之间的空间关系(between-object)，或复杂 客体中各部分之间的空间关系(within-object).kosslyn 认为视觉加工系统拥有两个主 要的功能：识别客体及其局部 通过空间定位追踪移动的客体.空间关系的加工 根据 kosslyn(1987)的假设可以分为类别空间关系加工(categorical spatial relation processing)和数量空间关系加工(coordinate relation processing).类别空间关系描述的 是一个客体相对于另一个客体的位置、方向等空间特征，比如上/下，左/右;数量空 间关系描述的则是一个客体相对于另一客体精确的距离尺寸，例如 1.5 厘米、1 米. 类别空间关系判断有助于我们对物体的识别，尤其是对那些抽象的不稳定的物 体，不会因视角的变化而改变对物体的认识.数量空间关系判断则会更精确地指导人 们的空间行动， 以达到有效的目的. 正在变热的职业教育有机械操作和仪器仪表操作， 这一研究有助于实现人机协调;井且某些特定专业的大学生人群，如航海航天专业、 视觉艺术专业等等都涉及相关的空间信息都离不开空间关系加工. 视觉空间关系研究 揭示了个体的普遍规律，不仅为一般个体提供参考，而且有助于特定人群提高相关认 知与技能. 河北大学教育学硕士学位论文 2 第 1 章 文献综述 1.1 视觉空间认知能力 1.1.1 视觉空间认知能力概念 视觉空间认知能力是指主体对客体或相关空间图形在头脑中进行识别、编码、储 存、表征、分解或组合与抽象或概括的能力，主要包括空间观察、空间记忆、空间想 象和空间思维等能力因素 5.thurston(1935)对空间认知能力描述为“在空间或视觉表 象方面的才能“ ，使空间图形保持在心理表象上井在心理上使表象扭曲、转动或旋转 到不同位置，井且能将变化了的表象与结果相匹配的空间能力. 众多研究者认为空间认知能力是人类智能结构的重要组成部分，对视觉空间认知 能力及其认知加工特性的研究不仅对理解人类空间认知行为具有重要的理论意义， 而 且还具有重要的实际操作价值 11. 二十世纪二三十年代研究者们在对人类的机械能力 和实际操作能力研究过程中提出了空间因素这一概念， 当时的研究者把空间因素看成 是人类获得某些机械能力和实际操作能力的基础. 研究者们在之后的几十年里对人类 在处理相关空间问题的反应时间、操作策略、表征内容和表征方式以及视觉空间对象 本身的结构特性等方面进行了全面而细致的研究， 对使个体空间认知能力产生差异的 原因进行了详细的分析与解释， 井提出了相应的加工模型和理论， 如加斯特(just)和卡 本特(carpenter)的空间认知坐标模型;认知功能分化理论是高登(gordon)在斯佩里大 脑功能单侧化理论的基础上提出的，而且他以此理论为基础编制了认知成套测验，用 来评估语言和空间这两种重要认知功能的单侧化水平和整体智能水平的神经心理学 测验工具;kosslyn 等人则从认知神经科学的角度出发来解释和定义视觉空间认知功 能，在此基础上提出了高水平视觉加工于系统理论，对人类进一步了解视觉空间认知 能力及其加工特性做出了重要的贡献 17. michael(1957)等人总结出了两种视觉空间认知能力：空间视觉化能力(spatial visualization)和空间定向能力 (spatial orientation).视觉化是指个体对所呈现客体的 第 1 章 文献综述 3 折叠、转动，及其对客体间位置的相对变化以及机械运动的表象能力，尤其在以图形 作为刺激呈现的实验中，视觉化表现得及其显著;定向能力是对视觉刺激模式内各元 素排列的理解， 保持对变化着的空间物体一致性的识别以及以自身为参照对空间方位 进行判断的能力 7.我国研究者杨孟萍与石德澄(1990)在以初中生为实验对象的实验 中概括出了两种空间认知能力：图形识别与表象运动能力、图形映象在二维和三维空 间中的旋转和方位定向的能力 6. 1.1.2 关于视觉空间认知能力的研究 （一）性别与年龄：国内外学者对视觉空间认知能力在性别研究上是否存在差异 存在较大分歧，主要争论点在于性别差异的大小、重要作用、发展过程以及理论阐述 这几个方面. kozhevnikov m(2001)研究发现当实验任务中具有空间因素时女性的表现 要逊于男性，井且女性与男性在空间认知能力上的差异会随着年龄的增长而变大 5; 另一项研究则是以大学生为被试对其进行视觉化测试， 实验结果显示大学生在性别上 井不存在差异，但是之前的研究结果却发现视觉化能力是认知领域中性别差异最大 的，不同的实验结果使得研究者产生了不同的观点与争论.视觉空间认知能力在年龄 上的差异研究结果比较一致即年轻人在空间认知能力方面会体现出较大的优势. （二）被试：除了性别与年龄这两个研究角度外，有研究者对不同类型被试的视 觉空间能力进行了探索，如邹金利(2005)对不同识字水平汉语儿童视觉空间认知特点 进行了研究; 李杰(2001)等人对大学生空间能力与所学专业的关系所进行的调查研究; 赵微(2004)对汉语阅读困难学生语音意识与视觉空间认知进行的实验研究;王庆雄 (2005)等研究的非言语型学习障碍儿童视觉空间认知特征与行为问题;蔡华俭(2000) 对心理旋转能力的发展性及其与智力的相关性进行的初步研究;林仲贤(2004)对弱智 儿童视觉图形空间定向能力的研究 9. （三） 影响因素： 影响空间认知能力的因素我们可以从遗传与环境两方面来进行 探讨.在生物遗传因素上，有研究认为染色体上的隐性基因可能有助于空间能力水平 的提高; 而关于脑半球偏向性的研究发现右半球主要负责空间加工左半球主要承担言 语加工，井且男性在大脑功能分化上表现出比女性更明显的特征;青春发育期较早的 河北大学教育学硕士学位论文 4 被试其空间认知能力较弱.在后天环境上，有研究结果说明视觉空间认知能力上的性 别差异是由后天经验造成，系统训练对空间能力有重要影响.还有部分研究者从遗传 与环境的相互作用来解释空间认知能力的差异. kosslyn(2006)认为认知是人类最基本的认知能力之一， 对人类空间关系加工系统 的探索不仅有助于我们了解人类这一最基本的认知能力， 而且对我们认识人类其它的 认知能力也有一定的促进效果， 因为人类大部分的认知活动和行为都不同程度地需要 空间信息的感知和加工 10. 空间认知能力在人员选拔和作业绩效预测方面具有很高的 实际应用价值， 对两种空间关系加工系统的区分有助于我们了解复杂的人类空间认知 能力. 1.2 类别与数量空间关系 类别空间关系是指一个客体相对于另一个客体的位置、 方向和其它一些宽泛的处 于同等层次的空间特征，比如上、下，左、右.数量空间关系描述的则是一个客体相 对于另一客体精确的距离尺寸，例如 1.5 厘米、2 厘米. 1.2.1 概念的提出 kosslyn 提出视觉空间关系中两个独立的于系统加工方式-类别空间关系加工与 数量空间关系加工.类别空间关系(categorical spatial relations)描述的是一个客体相对 于另一个客体的位置、 方向及其它处于同等层次的空间特征（如连接的非连接的,上 下,内外等），如甲在乙的上面或下面，左面或右面，里面或外面;数量空间关系 (coordinate spatial relations)是指一个客体相对于另一个客体的精确尺寸距离. kosslyn(1992)等人指出人们通常以两种性质不同的表征方式进行空间关系识别： 即类别空间表征和数量空间表征， 正是这两种性质不同的表征系统帮助人们能够识别 变化的图形 14. marr(1988)指出大脑的背部通路产生类别表征，在没有细节提示的条件下它可以 觉察到客体空间关系的一般特性， 因为基本上每种空间关系都对应着特定的组成部分 （如上、下,左、右）,所以类别表征能够有效地解释客体各个部分间的空间关系 15.这 第 1 章 文献综述 5 种客体局部性的协调系统有利于个体对建立起某种可描述性的结构从而对客体进行 描述，尤其是那些具有易变性而且构造复杂的客体.因此提出了类别空间关系加工于 系统， 该于系统用于表述客体与客体间或客体各个部分间所存在的某种类别化空间关 系.然而 baker(1999)指出当客体间或客体内发生微小变化时，仅仅运用类别表征无 法有效地识别变化的客体，还要了解各客体间或客体内精确可测量的空间距离，那么 必须运用位于腹侧通路上的数量空间关系表征系统. 该系统可以给数量关系提供用于 计算第二级所需要的空间信息，比如客体各部分间的距离比等，这是一个整体化的坐 标系 16.因此，kosslyn 把这种能够对距离空间关系进行计算的于系统称之为数量或 坐标位置的加工于系统，而且这个于系统对于定向有显著促进作用.这两种加工于系 统分别独立执行两类空间关系的表征,但是在某个加工阶段还会趋于融合. 类别空间关系不仅是个体辨别空间距离的基础， 而且还可以定义空间区域， 因此 类别空间关系非常有利于识别与区分自然的客体， 类别空间关系保持的是自然的特性 和活动方式. 类别表征可以在没有细节指导的情况下， 获得客体空间结构的一般特征. 每种关系对应着特定的组成成分，如上下，左右等，因此这类表征能有效解释相近部 分间的空间关系.正如 marr(1988)所提出的“局部协调系统“概念，类别表征有助于 将具有易变性且结构复杂的客体建立可描述性结构 15. kosslyn 随后指出类别与数量空间关系的差异，即类别空间关系倾向于表达抽象 关系，如上，或左这样的语义术语;而数量空间关系则表达更精确的关系，需要客体 间与客体内的准确尺寸，如 2 厘米或 3 厘米.在本理论中 kosslyn 假设在不同脑区的 认知加工，有一部分用来加工空间关系.大量证据己证实该理论(hellige rybash baker dp 1999) 从神经解剖学与神经网络模拟等方面来科学研究其神经基础和加工特性 14 16. 我国研究者游旭群、杨治良(2002)等人比较了类别与数量空间关系的认知加工特 性结果发现数量空间关系加工系统在练习和年龄因素上具有显著优势， 表现出了认知 加工的可塑性和易变性的特点 22;梁三才(2006)等人通过研究注意瞬脱发现类别空间 关系加工于系统在练习和年龄因素上差异不显著， 表现出认知的相对稳定性或者说可 塑性较低的特性. 研究结果显示类别和数量空间关系加工于系统对空间信息具有不同 河北大学教育学硕士学位论文 6 的加工特性：类别空间关系加工系统受即时性注意资源的影响，当注意抑制导致注意 资源暂时不用时，其空间信息加工就会受到较大影响，可见该系统更多涉及控制性加 工;数量空间关系加工系统较少或者说基本上不受即时性注意资源的影响，无论即时 注意资源是否得到注意，其加工基本上都能正常运行，可见该系统更多涉及自动加工 23. 游旭群、杨治良(2002)指出类别和数量空间关系加工系统分别位于大脑皮层上的 不同区域， 由于不同大脑皮层区域上特定神经回路所表现出的神经特性以及神经细胞 特异性的表现方式不同， 因此可能会引起相对应的加工于系统在空间关系识别方面表 现出不同的认知特性 22. kosslyn(1987， 1990， 1994， 2006)等人基于功能系统理论和计算理论的观点出发， 从科学的角度提出了“高级视觉空间认知加工于系统理论“ ，而作为该理论中的两个 加工于系统-类别空间关系加工与数量空间关系加工(categorical and coordinate spatial relations)也被人们所认识 4 10 25.类别空间关系是一般的、抽象的加工，它能 觉察视觉空间的基本关系和固定的空间信息; 数量空间关系描述了客体或客体局部间 精确的空间位置，需要我们估计出精确的距离尺寸 25.该理论认为视觉加工主要依赖 于对这两种空间关系的加工，而大脑的左、右两半球对类别和数量空间关系加工则分 别是不同优势半球. kossylyn(1992)等人提出两类空间关系后，研究者一方面继续从神经解剖加以探 讨、另一方面从模拟神经网络模型考察是否存在两类空间关系 26.与此同时我国学者 游旭群(2002)等人研究比较了这两种空间关系的加工特性，结果显示负责数量空间关 系的加工于系统受练习效应和年龄效应的影响较明显， 表现出了认知加工的易变性和 可塑性较高的特性; 而类别空间关系加工于系统则表现出相对的稳定性或可塑性较低 的认知特性，较少受到练习和年老化因素的影响 27.虽然有证据证明两种加工于系统 分别执行两类空间关系的不同表征，因此两种加工系统是分离的，但是周荣刚、张侃 (2004)认为两种加工系统井不是完全独立互不干扰的，在某个阶段还要相互依赖趋于 融合 25. 第 1 章 文献综述 7 1.2.2 类别与数量空间关系研究 kosslyn(1987)认为空间关系加工有两个分离的系统分别作用于我们的大脑，不同 的大脑半球有助于不同的空间关系加工，左半球更倾向于加工类别空间关系，而右半 球更倾向于加工数量空间关系 29.而大脑之所以在神经系统上产生这种分离效应，很 可能是因为分离的系统可以消除不同信息间的干扰，使大脑的信息加工更准确，更有 效率 1.例如，我们在对某些客体进行初始识别时，无需进行精确的数量空间关系识 别只进行较一般的类别关系加工了解大体的空间位置即可， 过于精确的数量加工反而 会干扰我们对客体的快速识别与认识. 类别与数量空间关系加工理论吸引了许多研究者的目光， 因此研究者们纷纷对不 同领域中的空间关系进行研究试图发现这两种空间关系的不同认知特性， 为了证明类 别与数量空间关系的分离， 研究者们从不同的角度采用不同的研究方法对视觉空间关 系加工进行深入的研究，希望为两种空间关系加工系统的分离提供足够多的证据 1 30. 梁三才(2006)等人将空间关系判断任务与注意瞬脱研究范式-rsvp 相结合得到 了两种空间关系加工的分离结果： 注意瞬脱效应在类别空间关系判断任务中表现较明 显,而在数量空间关系判断任务中则不明显.结果说明类别和数量空间关系加工于系 统分别拥有不同的认知加工特性，类别关系加工需要实时注意资源,其加工依赖于控 制性加工;数量加工则较少需要实时注意资源的帮助，其加工更多依赖于自动性加工 31. 晏碧华(2004)在实验条件下发现类别关系判断要更容易、更快、更准确一些，而 数量关系的判断就比较困难，错误也相对多.在模拟仿真条件下，根据任务或刺激的 特性不同，两个于系统中会有一个较另一个的加工相对容易些.当需要对方向或位置 作出判断时，类别关系加工会相对活跃些，当想要确定精确的距离尺寸时，则数量空 间关系加工要相对活跃 11. 两种空间关系的加工井不是完全独立分离的，除了一定程度的分离外，还存在着 一些联系.niebauer(2001)的研究为两种空间关系加工可能存在某些联系提供了证据， 该研究结果显示类别空间关系加工似乎要比数量空间关系加工早， 而且数量空间关系 河北大学教育学硕士学位论文 8 加工在某种程度上依赖于类别空间关系加工， 类别空间关系有助于数量空间关系的加 工 32.sergent(1991)对割裂脑病人的研究也发现两个脑半球都有表征两类空间关系的 能力，只不过左右两半脑表征的程度不同，左半脑更多涉及类别表征，而右半脑则是 数量表征多一些 34. 晏碧华(2008)使用任务表征相互影响范式，通过加入现行任务刺激表征作为启动 和干扰刺激探索两个任务的认知加工特性和相互关系，结果发现，类别表征启动刺激 有利于数量关系判断，类别表征干扰刺激影响两种空间关系的判断成绩;数量关系表 征作为启动和干扰刺激时对两种空间关系判断均无影响， 实验结果不仅说明了两类关 系的分离，也说明了类别关系是数量关系判断的基础，在进行数量关系加工时类别关 系就自动地进行了加工 33， 由此可见客体之间的相对位置与方位信息对判断精确距离 是很重要的. 1.2.2.1 类别与数量空间关系分离的相关研究 （一）较低水平认知加工：hellige 和 michimata(1989)两人开创使用了 bar-dot 任务对人类视觉空间关系加工进行探索， 井将其作为范式被之后的研究者广泛采用来 研究两种视觉空间关系加工系统的认知特性与半球优势.kosslyn(1989)等使用了半视 野速示法与点线任务相结合的实验范式对人类的视觉空间关系加工进行了系列研究， 结果都证明类别与数量空间关系加工系统的分离 40. （二）较高水平认知加工：人类对空间信息的加工除了较低水平的加工外，还需 要许多高水平的认知活动参与以及空间行动. 较高水平的加工是以大脑神经结构的组 成方式为基础的，它诀定着视觉认知功能的特性，而这种特性又反过来影响着大脑神 经结构.人类大脑最基础和最重要的功能之一就是感知、捕捉空间信息进而对空间信 息进行加工编码，它对人类其它的认知活动和行为都产生了重要影响.因此从较高水 平认知加工这一方面来研究空间关系加工的特性有助于我们进一步了解人类空间关 系认知的机制 53.同人类其他的认知加工系统一样，较高水平的认知加工系统是在人 类长期进化和后期实践的过程中建立井发展起来的， 因此它具有严密的结构性和功能 性.较高水平的认知有表象，记忆，语言，空间关系加工指导的行动，物体识别，面 孔识别. （三）脑损伤病人的研究结果：sergent(1999)采用 kosslyn 的半视野技术对裂脑 第 1 章 文献综述 9 病人在空间信息加工的能力上进行了研究， 以期能在不同半脑上发现空间关系加工的 不同，但是研究结果却显示在左右半脑上没有产生任何差异即没有任何半球偏向，病 人大脑左右半球对类别和数量空间信息的加工没有任何半球偏向， 它们的加工效果相 同，这说明在某种程度上空间信息在大脑两半球之间是可以相互联系的 45.sergent 的研究结果说明了在某种程度上两种加工系统是分离的，但不是绝对的分离. laeng(1994)使用辨认测验研究单侧脑损伤病人分析了大脑局部损伤病人对空间关系 变化的反应能力-即知觉变化的敏感度. 研究结果显示在类别空间关系判断任务中 大脑左半球受损的病人要比右半球受损病人的正确率低， 大脑右半球局灶性损伤病人 而在数量空间关系判断任务中则右半球受损的病人的错误率高于左半脑受损病人 46， 这一结果证明了类别与数量空间关系加工的分离. 同时 laeng 还发现顶叶受损的病人 在类别与数量任务中的分离要比额叶、颗叶受损的病人所表现出的分离更明显. laeng(2006)发现脑损伤不仅会在知觉阶段对空间关系加工造成影响， 而且会干扰或阻 碍空间关系的构建 47.kessels(2002)等人对脑损伤病人记忆物体位置进行研究发现脑 损伤病人的物体位置记忆涉及两种不同的记忆内容，一种为物体-方位捆绑记忆，即 是什么东西在什么位置上，这更多地涉及类别空间关系加工;而另一种为具体精确位 置记忆，这更多地涉及数量空间关系加工 45.jager 与 postman(2003)认为类别与数量 空间关系信息是以内隐的方式从一个半脑传到另一个半脑 35. 总而言之割裂脑病人的 研究没有发现两个半脑在类别与数量关系任务中的差异性， 因为其研究对象无法推论 到正常人身上. （四）神经网络模型：kosslyn(1992)等人用三层前馈式连接主义神经网络模型对 两种空间关系的加工过程进行模拟， 希望证明类别与数量这两个分离的于系统能促进 空间信息加工的反应性和准确率 35， 实验将分离的网络和不分离的网络在学习两种空 间关系加工中的表现进行了比较， 研究结果显示不分离的网络比分离的网络学习效率 和准确率要低很多. 而 sergent(1991)对类别与数量空间关系加工的分离提出了不同的 观点，她认为这两个加工系统不是分离的，因为数量空间关系所加工的距离信息在类 别加工过程中也产生了效果， 类别空间关系加工确实受到距离信息的影响. 在 hellige (1989)和 michimata 的点线任务中，当点与线的距离越远时，被试对类别空间关系判 断的反应时与准确率也越有效果 36.kosslyn(1992)认为类别与数量系统加工同时受到 河北大学教育学硕士学位论文 10 任务难度的影响， 所以距离信息对类别关系加工的影响不能证明这两种系统加工就不 是分离的.这只能说明类别与数量加工系统的分离是相对的而不是绝对的，虽然大脑 两半球分别加工两种不同的空间信息， 但是这两个加工于系统在某种程度上还是存在 关联的 35. 由于神经网络模型与人类大脑之间毕竟差异很大， 来自神经网络的结果(张 宇，游旭群 2008)井没有充分证明两个加工系统的分离，因此也无法直接地用来解释 人类被试是否也会得到相同的实验结果 1 39. （五）功能成像技术的研究结果：网络模型不能直接比较两种加工过程所涉及的 较为精确的大脑区域.而获得不同加工过程所涉及较为精确的大脑区域，最直接的方 法是比较在不同加工中大脑不同区域的激活或不同的激活程度. 认知神经心理学的研 究方法，如 pet，fmri，erp 等提供了这种可能性 30.laeng(1994)的研究发现类别 关系判断任务是相对简单的任务，能在大脑区域性的神经网络被激活，而且在空间关 系的判断中有注意分配. 两种空间关系判断任务在两半脑上的差异正是因为不同的视 觉空间加工有注意的偏向，左脑偏向于加工来自小区域空间的信息，部分是因为左半 脑管理信息的神经元是小的、 非重叠的感受野 46. 重要的是顶叶是选择性注意的中心， 这正是空间信息加工的通路， 也就是说类别与数量空间关系判断任务更多激活的是左 右脑的顶叶.kosslyn(1998)等人探索了类别与数量空间判断任务的神经回路，用 pet 对在两种空间关系加工时的大脑区域进行了扫描， 结果发现大脑左半球激活的区域在 类别空间关系判断任务中要比在数量空间判断任务中的区域大; 而大脑右半球激活的 区域在数量空间关系判断任务中比在类别空间关系判断任务中的区域更大 41. 为了研 究角回在空间关系中的作用，baciu(1999)等人使用 fmri 对大脑进行了扫描，结果发 现右角回比左角回在数量关系加工任务中有激活优势， 而且这种激活优势在第一次任 务结束后由右角回转到了左角回， 可以说在某种程度上练习效应会影响大脑半球的偏 向 42.parrot(1998)用 erp 记录了被试在刺激呈现 230ms 至 270ms 后对两种空间关系 判断任务做出反应时的左右脑脑电波， 结果显示在数量关系判断任务中在右枕叶和顶 叶上方区域出现一个更大的负波 42. 该研究结果井没有得到两种加工系统从哪个阶段 开始出现分离，但 parrot 认为在此实验中大脑两半球脑电波的差异井不是因为任务难 度的不同， 而纯粹是因为类别与数量关系加工的差异. van der lubbe(2006)等使用 erp 对类别空间关系加工与数量空间关系加工在时间维度上的分离进行了研究 44， 结果发 第 1 章 文献综述 11 现大脑左右半球在知觉编码阶段和记忆阶段的差异是导致两种空间关系加工产生半 球偏向的原因. （六）动物的认知加工：采用动物作为被试的研究数量很少，对于动物的研究主 要采用非人类灵长类动物和乌类作为被试.hopkins 和 morris(1989)用半视野速示法 研究了两只经过语言训练的大猩猩的视觉空间信息加工 49. depy(1998)等人同时采用 人类和拂拂作为被试研究了类别空间关系加工和数量空间关系加工中的脑半球偏向， 实验结果发现这两种空间关系加工井没有存在半球偏向， 只是练习效应使被试产生了 脑半球偏向 50.kosslyn(1987)指出类别空间关系加工的左半球偏向可能源于左半球的 语言加工优势， 而在动物被试实验中所获得的微弱的左半球偏向井不是因为大脑左半 球语言加工的优势 51，那是只来自练习效应的影响.动物实验的研究结果得到的是微 弱的类别关系加工的左半球偏向，没有数量关系加工的右半球偏向.以动物为被试得 到的实验结果井不能解释空间关系加工的左右半球偏向， 是否与动物没有语言加工半 球优势有关系还是 kosslyn 的理论不能对动物的空间关系加工过程进行解释 52.无论 怎样，对动物研究所获得的不一致的证据都对 kosslyn 的分离理论提出了挑战. 1.2.2.2 类别与数量空间关系的影响因素 自从 kosslyn 提出两种空间关系加工的分离理论后，众多的研究者从不同角度运 用不同的研究方法得到的结果都支持了其理论， 证明了两种空间关系在加工过程中涉 及不同的脑神经区域：类别空间关系加工更多是左半球偏向，而数量空间关系加工则 是右半球偏向.而当前研究中两种空间关系的大脑半球偏向证据仍然不全面，它受到 多种实验因素的影响依然需要更多的证据来支持. （一）任务难度：kosslyn（1989）用不同的刺激发现任务难度影响两种加工任 务的分离程度，但是任务之间的难度对类别与数量空间关系加工没有产生密切影响 55.bruyer(1997)等人认为类别与数量空间关系加工的左右脑半球偏向井不是来自于 两种加工方式的不同而是任务难度的影响， 即大脑左右两半球偏向于处理不同难度的 任务 56.sergent(1991)的研究结果也发现在数量空间关系中，距离的变化会对任务难 度造成影响 57. parrot(1999)等人的研究则显示了任务难度变化对大脑左右两优势半球 不同的影响作用 55. 此外 kosslyn(1992)在计算机模拟结果中发现类别与数量关系在大 脑半球上的差异与视神经的感受野有关，数量关系感受野要比类别关系的感受野大; 河北大学教育学硕士学位论文 12 类别关系判断依赖于精确的距离定位，距离越远，反应时越快;右脑中宽频带感受性 与反应性不受任务难度的影响，因此任务难度越大使得分离越明显. （二）刺激特性与刺激呈现方式：sergent(1991)发现右半球比左半球更善于处理 模糊的空间信息 31.wilkinson 与 donnely(1999)的研究结果发现不同背景与刺激的的 搭配也会产生半球偏向， 只有当白色背景搭配黑色刺激呈现时才会出现大脑半球偏向 63，只有在特定的刺激条件下右半脑对数量空间关系的加工才具有偏向性.他们发现 刺激与背景的对比度对左右脑的分离也有影响， 而刺激亮度井不会影响两种空间关系 的判断.当采用黑色背景白色刺激时对左右脑判断也有影响，而用白色背景黑色刺激 时就没有产生影响 64. okubo 和 michimata(2002)研究了空间关系加工在刺激中不同空 间频率的变化， 结果发现除去刺激中的低空间频率就会削弱数量空间关系的加工成绩 64.在点线任务中，点与线之间的距离也会影响类别与数量空间关系的判断51.可见 不同的刺激特征是影响空间关系判断的重要因素. （三）练习效应：kosslyn(1989)发现数量空间关系加工的右半球优势会随着练习 的增加而减弱甚至消失，井且类别关系加工的左半球偏向也会随着练习的增加而减 弱，因此随着被试练习的不断增多大脑半球偏向将不会存在任何差异 55.banich 和 federmeier(1999)实验发现， 随着练习的增多被试在空间关系任务中会习得一种或多种 判断策略，被试不仅可以在数量空间关系判断中使用类别加工的策略，还能根据屏幕 或刺激背景上的参照点来确定刺激的空间关系位置，而这些策略的使用如同 kosslyn 所言会使半球偏向减弱甚至消失 54. （四）反应方式：反应方式有手动反应和语音反应两种,kosslyn(1989)在被试口 头报告的反应基础上发现了类别关系判断相对简单，具有左半球偏向;数量相对较复 杂，具有右半球偏向，但是无论被试以什么方式反应都没有影响类别与数量空间关系 的分离.bruyer、scailquin 与 coibion(1997)等发现如果采用口头报告的反应方式，就 会缩小两种空间关系加工的大脑半球差异 61， 他们利用左右手按键反应方式发现结果 与 kosslyn 的一致.由此可见反应方式井不是影响类别与数量关系判断的重要因素. （五）性别差异：在传统观点中认为男性在视觉空间关系判断上优与女性，而随 着研究的深入研究者们发现男性只在空间定位、方向判断、运动轨迹与空间操作等有 优势 35，而这些是右半脑功能的体现.女性在辨别物体形状方面优势显著，这与女性 第 1 章 文献综述 13 的语言优势相对应.在空间关系判断上，rybash 与 hoyer(1992)研究发现女性在类别 关系判断中有优势，而男性在数量关系判断中优势显著 59.而大部分研究则没有发现 两种空间关系任务在性别上的差异， 这说明性别差异井不是影响类别与数量关系的重 要因素. （六）年龄：神经结构的稳定诀定着个体行为的稳定性和一致性，kosslyn(1991) 的研究证明某些具有稳定性与不可塑性的空间加工即类别加工与先天的脑神经功能 结构特性相联系， 具有该特性的空间关系加工也可以是某些具有相对稳定性的神经功 能的一种外在表现形式 29. 随着年龄的增长大脑神经结构和某些物质会发生老化在这 个过程中个体的某些行为水平上会表现出来， 当脑神经细胞减少时神经胶质细胞的成 分在不断增加，它以一种这样的方式来代替减少的细胞的功能，因此某些神经功能发 生退行的速度和性质就会具有不同的特点.bruyer(1997)研究结果显示年轻人在数量 关系加工中要比老年人更有优势，表现出明显的右半脑优势，两种空间关系加工的分 离会随着年龄的增长而消失.国内游旭群(2002)等人研究了视觉空间关系识别中的认 知加工特性，结果发现数量关系判断不仅会受被试练习的影响而改变，也受个体年龄 的影响 17 22 27.众多研究结果都说明类别空间关系加工受年龄因素影响的较少，表 现出相对的稳定性或可塑性较低的认知特性，而数量关系加工影响比较多，表现出易 变性. （七）被试左右手偏好：kosslyn(1989)在早期的一项研究中比较了左利手被试和 右利手被试在空间关系判断中大脑半球优势方面的差异， 发现善于使用右手的被试容 易出现空间关系加工的左半球偏向，类别与数量任务的脑半球偏向也比较明显，而善 于使用左手的被试则没有相关的表现 59. 这说明将类别任务分离出来的前提条件就是 大脑左半球的偏向， 这说明左半球对类别关系判断具有重要作用. laeng 和 peters(1995) 之后也做了相关，他们得到的结果与 kosslyn 的理论相一致. （八） 反馈： 反馈信息在某种程度上类似于练习， 它可以使被试发现自己的错误， 进而改进自己的表现.bruyer(1997)等人发现当不给被试反馈信息时类别与数量空间 关系加工就不存在脑半球差异，但井不会影响被试反应的错误率和反应时 62. 河北大学教育学硕士学位论文 14 第 2 章 问题提出 2.1 问题提出 自从 kosslyn 等人提出类别与数量空间关系这一概念后,有些研究者们继续从神 经解剖的角度加以研究， 而有些研究者则从模拟神经网络模型来考察两类空间关系的 存在.kosslyn(1987)指出类别与数量空间关系加工的神经网络和行为基础各不相同， 大脑左右半球都可以加工两种空间关系，只不过在类别空间关系编码上，大脑的左半 球要比右半球具有优势;而在数量空间关系编码上，大脑的右半球比左半球更具优势 效果 51.sergent(1991)研究发现，两种空间关系各自的表征会受另外一种类型关系表 征的影响，而且她认为如果类别与数量空间关系是绝对分离的话，那么一种空间信息 就不会影响另一种空间信息的加工 34.sergent 以此推测两种空间关系加工中可能既 包括类别关系加工也包括数量关系加工.同时国内游旭群(2002)等人比较了类别与数 量空间关系的认知加工特性， 结果发现数量空间关系加工于系统容易受练习效应和年 龄因素的影响,表现出了更多的可塑性和易变性的认知特性;而对于类别空间关系判 断的加工于系统而言则不会或较少受到练习效应与年龄因素的影响， 表现出相对的稳 定性或可塑性较低的认知特性 65. 虽然现有证据支持类别与数量加工于系统分别执行 对两类空间关系的表征,两者是分离的，但是也有证据表明这样的加工井不是绝对独 立的，在某个加工阶段还要相互合作相互联系.jager 与 postma(2003)从认知实验、计 算机模拟模型、病例、功能性成像技术研究等方面进行了总结：类别与数量空间关系 加工存在分离，对数量空间关系编码时右半脑优势明显，而证明类别关系加工在左脑 的证据不充分，但基本上可以认为是在左脑;另外类别与数量关系的分离发生在特定 条件下，受视觉感受野与视觉刺激信息特征的影响 11. 由于类别关系和数量关系加工于系统分别位于大脑皮层上的不同区域， 而且不同 区域上特定神经回路所表现出的神经特性以及神经细胞特异的表现方式不同， 所以会 引起相应的加工于系统在空间关系识别方面表现出不同的特性. 左右半脑在使用初级 水平的视神经传过来的刺激信息是不同的，视神经不同传输的信息也不同，这种差异 第 2 章 问题提出 15 的产生是因为视神经的视觉感受野大小不同： 数量加工需要大的视觉感受野井具有宽 反应性，而类别加工则相反. 以往研究使用点线的实验范式来考察类别与数量空间关系的分离与联系， 大多数 的研究中点在线上的位置不固定，而 christopher 与 stephen（1998）使用该实验范式 在类别与数量关系判断的研究中发现，右上视野有利于类别关系的判断，左下视野则 对数量关系判断有促进作用 51.因此为了控制实验中无关因素的干扰，消除不同方位 视野对本研究中被试反应的影响，本研究拟使用点与方块的刺激呈现方式，将刺激呈 现在视野中心位置，以使实验控制更有效结果更具有代表性.kosslyn(1989)发现任务 难度对类别与数量关系加工