（基础心理学专业论文）图形认知任务中的视知觉加工层次研究.pdf

d i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r sd e g r e e ( 2 010 ) u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：51 0 7 0 1 0 3 0 0 9 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y t h e p r o c e s s i n gl e v e l so f v i s u a lp e r c e p t i o n i nf i g u r er e c o g n i t i o n d e p a r t m e n t ：p s y c h o l o g yd e p a r t m e n t m a j o r ： f u n d a m e n t a lp s y c h o l o g y r e s e a r c hd i r e c t i o n ：a p p l i e de x p e r i m e n t a lp s y c h o l o g y t u t o r ： c a n d i d a t e ： l ej i n g h o n g ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) g uh a i r o n g m a y , 2 0 1 0 jr，4t，h， l i l l lll1 11 1 111 1 1 1 i llll y 17 4 17 6 7 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文视知觉不同加工阶段的量化研究，是在 华东师范大学攻读砚z 博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已 经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期：如，d 年广月巧同 华东师范大学学位论文著作权使用声明 视知觉不同加工阶段的量化研究系本人在华东师范大学攻读学位期间在 导师指导下完成的硕彰博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东师范 大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主 管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的e p , 屙j 版和电 子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校 将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文 的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或其他方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文：i ：， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 | ( v ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名： 本人虢压丝量 2 , 0 | o 年5r 近日 ：i c “涉密 学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会 审定过的学位论文( 需附审批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审 批表方为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏 不填写的，默认为公开学位论文，均采用上述授权) 。 题渔苤硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 梁宁建教授华东师范大学心理系主席 张卫东教授华东师范大学心理系 邵志芳副教授华东师范大学心理系 摘要 知觉是人脑对于客观事物综合的，整体的反应。知觉的形成源于感觉通道自 下而上地对事物个别属性的信息编码与传递，也依赖于主体的知识与经验的自上 而下的指导。这给视知觉形成过程提供一个概念构架。神经生理学对于视神经系 统的研究为视知觉形成过程提供了物质构架。但是对于视知觉信息加工过程本 身，尤其是视觉初级加工和高级加工的相互关系，以及注意在视知觉中的作用缺 乏综合的，定量的实验研究。 本研究在图形任务中结合对不同加工阶段起作用的因素，如对初级加工阶段 影响较大的明度与视角因素，对知觉加工影响较大的立体朝向，实点位置；不同 的视知觉任务，如整体任务和局部任务，绝对判断和相对比较；以及综合行为指 标和眼动指标，力求对视知觉的加工层次有更清晰的定量描述。得到结果如下： 1 视知觉存在初级加工和高级加工阶段，各阶段问有独立性，也有联动性。 2 知觉层次的加工更多影响注视次数，初级加工更多影响注视时间。 3 注意资源分配影响注视时间，一般注意资源分配越多，注视时间越长。但在 “材料限制”下，作用可能相反。 4 男女在视知觉方式上有差异。比起女生，男生对知觉层次的信息量更加敏感， 且更易形成整体知觉。而女生比男生更加善于观察和辨认细小特征。 5 认知任务的明确存在与否，影响人的观察方式。在消极观察下，被试更倾向 于保持一定的唤醒水平，对易于判断的图形更多注视。而有认知任务时，被 试对较难判断的图形注视较多。 6 视觉对于刺激的变化敏感。任务为绝对判断时，目标特征的变化需要较少注 意资源；无关干扰使所需注意资源变大，目标变化与无关干扰的作用相互独 立。任务为相对比较时，目标与干扰的作用为交互，在有干扰时，目标特征 的变化使所需注意资源不降反升。 7 对整体的知觉是不随意，自动发生的；对局部细节特征的辨识不是自动发生 的。整体知觉影响对细节特征的辨识，但没有相反的作用。 8 固定的眼动频率会被存储，在自主观察时会以相同注视时间发生眼动。 【关键词】 视知觉初级加工高级加工眼动注意资源男女差异材料限制整体优先 a b s t r a c t p e r c e p t i o ni s t h ec o m p r e h e n s i v ea n ds y n t h e s i z e dr e f l e c t i o no ft h eb r a i no n e n v i r o n m e n t a lo b j e c t s t h ef o r m a t i o no fp e r c e p t i o nh a si t sr o o t si nt h eb o t t o m u p c o d i n ga n dt r a n s m i s s i o no fi s o l a t e ds e n s o r yi n f o r m a t i o n , a n di sa l s os u b j e c tt ot h e t o p - d o w n d i r e c t i o no fa ni n d i v i d u a l sk n o w l e d g ea n de x p e r i e n c e n e u r o s c i e n c e r e s e a r c ho nt h ev i s u a ln e r v o u ss y s t e mh a se s t a b l i s h e dt h ep h y s i c a lf r a m eo f p e r c e p t i o n , c o n t r i b u t i n g t ov i s u a l p e r c e p t i o np r o c e s st h e o r y b u tt h e r e i ss t i l lal a c ko f s y s t e m a t i ca n dq u a n t i t a t i v ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i po ft h es t a g e so f s u c hv i s u a li n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ，a n dt h ef u n c t i o no fa t t e n t i o ni nv i s u a lp e r c e p t i o n t h i sp a p e ri n t e n d st og i v eq u a n t i t a t i v er e s u l t sa b o u tt h es t a g e so fi n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gi nv i s u a lp e r c e p t i o nb yc o m b i n i n gf a c t o r sa c t i n go nd i f f e r e n tp r o c e s s i n g s t a g e s ，s u c ha sb r i g h t n e s sa n dv i s u a la n g l eo nl o w - l e v e lv i s i o n ，a n d3 do r i e n t a t i o n a n dd o tl o c u so nh i g h l e v e lv i s i o ni nd i f f e r e n tf i g u r er e c o g n i t i o nt a s k s ，i n c l u d i n g g l o b a la n dl o c a lv i s u a lt a s k s ，i n d e p e n d e n tj u d g r n e n ta n dr e l a t i v ec o m p a r i s o n ，a sw e l l a sc o l l e c t i o no fd a t aa b o u tr e a c t i o nt i m ea n de y em o v e m e n t c o n c l u s i o n s ： 1 v i s u a lp e r c e p t i o nc o n t a i n sl o w - l e v e la n dh i g h l e v e ls t a g e s ，w h i c hh a v eb o t h i n d e p e n d e n ta n ds y s t e m a t i ca s p e c t s 2 p e r c e p t u a l - l e v e lp r o c e s s i n gi sm o r ec l o s e l yt i e dt ot o t a lf i x a t i o nc o u n t s ，w h i l e l o w l e v e lp r o c e s s i n gi sm o r el i n k e dt ot h ed u r a t i o no fv i s u a lf i x a t i o n 3 t h ea l l o c a t i o no fa t t e n t i o nr e s o u r c ei n f l u e n c e sf i x a t i o nd u r a t i o n ，w i t hm o r e a t t e n t i o na l l o c a t i o nr e s u l t i n gi nl o n g e rf i x a t i o nd u r a t i o n b u tu n d e rc o n d i t i o n s o fd a t a - l i m i t e dp r o c e s st h ee f f e c ti sr e v e r s e d 4 t h e r ea r eg e n d e rd i f f e r e n c e si nv i s u a lp e r c e p t i o n m a l e sa r em o r es e n s i t i v et o t h ea m o u n to fi n f o r m a t i o na tt h ep e r c e p t u a ll e v e la n dm o r el i k e l yt of o r m g l o b a lp e r c e p t i o nt h a na r ef e m a l e s f e m a l e sa r eb e t t e ra to b s e r v i n ga n d r e c o g n i z i n gf i n e rf e a t u r e st h a na r em a l e s 5 w h e t h e ro rn o tt h e r ei sa i la s s i g n e dp e r c e p t i o nt a s ki n f l u e n c e st h em a n r l e ro f o b s e r v a t i o n i np a s s i v eo b s e r v a t i o n ，s u b j e c t st e n dt om a i n t a i nac e r t a i nl e v e lo f a r o u s a lb yf i x a t i n gm o r eo ne a s i e rs t i m u l i b u tw h e nd o i n gs p e c i f i ct a s k s ， s u b j e c t sf i x a t em o r eo nd i f f i c u l ts t i m u l i 6 v i s u a ls y s t e mi ss e n s i t i v et oc h a n g i n gs t i m u l i i ni n d e p e n d e n tj u d g e m e n t ，t h e c h a n g eo ft a r g e tf e a t u r el e s s e n st h en e e do na t t e n t i o nr e s o u r c ew h i l ei r r e l e v a n t d i s t u r b a n c ei n c r e a s e st h ea l l o c a t i o no fa t t e n t i o nr e s o u r c e t h ee f f e c t so f t a r g e t c h a n g ea n di r r e l e v a n tc h a n g ea r ei n d e p e n d e n t i nr e l a t i v ec o m p a r i s o n ，t a r g e t c h a n g ea n di r r e l e v a n tc h a n g ei n f l u e n c ea t t e n t i o n a ln e e di n t e r a c t i v e l y ：t h e c h a n g eo ft a r g e tf e a t u r er e s u l t si nm o r ea l l o c a t i o no fa t t e n t i o nr e s o u r c ed u r i n g d i s t u r b a n c e 7 g l o b a lp r o c e s s i n gi si n v o l u n t a r ya n da u t o m a t i cw h i l et h ep r o c e s s i n go fl o c a l f e a t u r ei sn o ta u t o m a t i c g l o b a lp e r c e p t i o ni n f l u e n c e st h er e c o g n i t i o no fl o c a l f e a t u r e sb u tt h e r ei sn oo p p o s i t ee f f e c t 8 f i x e de y em o v e m e n tp a t t e r nc a nb es t o r e da n dm o d u l a t et h ef o l l o w i n gf i x a t i o n t oh a v et h es a m ed u r a t i o ni nf r e eo b s e r v a t i o n k e y w o r d s ： v i s u a lp e r c e p t i o n ，l o w - l e v e lv i s i o n ，h i g h - l e v e lv i s i o n ，e y em o v e m e n t ，a t t e n t i o n r e s o u r c e ，g e n d e rd i f f e r e n c e ，d a t a - l i m i t e d ，g l o b a lp r e c e d e n c e 第一章引言 目录 1 1 视知觉研究的两种取向1 1 2 视知觉存在不同层次2 1 3 视知觉的两个阶段初级加工和高级加t ：3 1 4 视知觉的相关研究7 第二章实验方案8 2 1 实验日的与假设8 2 2 实验环境和参数设定8 2 3 实验设计9 第三章实验数据处理1 8 3 1 实验一数据处理1 8 3 2 实验二数据处理3 2 3 3 实验三数据处理5 3 第四章讨论 4 1 分实验讨论7 6 4 2 实验总体比较及讨论9 3 第五章结论及依据。 参考文献 附录。 后记。 第一章引言 感觉是感觉器官对物质世界的初步体验，是外部刺激作用于神经系统后的直 接反应；而知觉是一种更高级的认知活动，它接收感觉信息，并对其进行解释。 知觉的形成，不仅需要从感觉中获取外部信息，也要和记忆中的知识，所处的文 化环境，内在的期待，甚至自我的认知相结合。在所有感受通道中，视觉无疑提 供了最重要的信息【l 】，大脑有一半的区域都与视觉有关。尽管感知处在所有心理 活动的最初阶段，尽管人们通过眼睛辨识外部环境是轻而易举的，但要了解感知 却并没有那么简单。对于“为什么一个东西看上去就是那个样子的”这个问题吸 引了不同学科的不同角度的研裂2 1 。认知心理学认为视知觉是一种信息加工，是 感官对外界信息进行提取后，通过一系列的加工，最后在大脑中得以解释的过程 【3 】。对于这个过程现已有许多的认识与阐述，甚至是模型，但是对这一过程具体 的工作机制，认识是远远不够的。 1 1 视知觉研究的两种取向 1 1 1 认知取向 认知取向和其他取向的不同在于它将人的认知活动看作信息加工的过程。在 表现认知过程时，经常用模块来表征每一个加工阶段，并用箭头来表现信息传递 的方向。对于知觉，认知心理学认为这一过程的起点是外部刺激通过感受器换能， 输出通道特异性的信息，然后再通过下一个阶段转换成通道普适性的信剧钔，可 见图例1 1 a 。 1 1 2 神经科学取向 神经科学是研究神经系统解剖和生理的科学，它的研究成果能够促进对认知 过程的理解。在神经科学中使用的方法主要有对病人的个案分析，对脑活动的记 录以及直接刺激大脑。对于视知觉，神经科学的一个研究发现了在大脑皮层上有 两个不同的神经通路，它们各自对视觉信息进行处理。背侧视觉通路对动作和位 置信息进行处理，腹侧视觉通路对颜色和形状进行处理【5 1 ，见图1 1 b 。 由于以上两种取向能够对认知过程的不同方面加以解释，且互相促进，所以 往往用这两个解释方法一起来共同研究认知过程，这也促成了认知神经科学的产 生。以下多以这种视角来阐述视知觉的研究背景。 刺激 l i1 |i 感受器 感觉特异性 传导中继站 大脑初级 感觉皮层 高级机能 皮层区 i 换能编码 u l 信息传输 l 信息处理 u l 感觉 i ab 图1 1a ：知觉过程的认知模型【6 】；b ：大脑皮层上处理不同视觉信息的两条通路1 7 1 2 视知觉存在不同层次 1 2 1 从哲学思辨上 从哲学思辨上，视知觉是有不同层次的，在其最底层是“无认识”的【引。比 如在急速开车时，前面突然出现了一个物体，尽管在快速运动中司机无法看清物 体具体是什么，但仍然可以明确地意识到它的存在，并试图避开。司机对于这个 物体的知觉是“无认识 的，因为他无法对于这个物体进行辨认和归类。对物体 的辨认和归类是另一个层次的知觉【9 】。 1 2 2 从神经生理上 视觉首先通过光的形式作用于视网膜，感光细胞被激活后，将信息传导至视 觉皮层，此时视觉信息已概括为线，方向之类的特征。随后，根据视觉信息内容 的不同，信息再从视觉皮层通过不同的通路传导到大脑皮层的不同位置进行解释 【l o 】 o 需要注意的是，尽管知觉中的事物是有颜色和立体的，但在视网膜上的信息 都是无颜色，并且是平面的。只有在不同类型的视觉信息在视网膜上产生神经冲 动，并传输到大脑皮层的不同区域，结合大脑中已有的知识后，才产生了有颜色 和立体感的知觉【l 】。 1 2 3 从现象上 2 c o s m i d e s 和t o o b y ( 1 9 9 7 ) 给予了一个有趣的例子说明知觉的不同层次：当人 和苍蝇同时看到一坨屎的时候，尽管感觉层面上的信息是一样的，但人感到恶心， 而苍蝇却会趋之若鹜 i i 】。 从错觉上也能够说明人感觉到的和知觉到的并不总是吻合。比如m f i l l e r - l r e l 错觉，尽管两条直线的长度是一样的，在视网膜上激活的感光细胞的数量应该相 同，但是人却会知觉为不一样长。 1 3 视知觉的两个阶段初级加工和高级加工 人的视知觉起源于视网膜上接收的二维光信号，经过神经系统的编码和传 输，最后在大脑中得到解释，形成物体或模式的识别。可以把这个过程分为三个 阶段：第一个阶段的任务是将视网膜上的光信息进行换能和编码；第二个阶段是 对视觉信息进行概括表征：第三个阶段是对视觉信息进行解释，形成知觉。在视 觉的初级阶段，视觉的主要任务是对视网膜上的光信息进行提取和编码，并且将 网膜上产生的激活进行转换后传输至后级神经系统。在视觉的高级阶段，主要任 务是如何对初级阶段的信息进行表征和解释，并形成对于物体的知斟1 2 】。 1 3 1 视觉初级加工 1 3 1 1 视觉初级加工的函数表达 视觉的初级加工阶段研究的问题是视网膜如何对光信号进行提取和编码。对 于有一定空间频率的光栅信号，视觉系统似乎是通过一系列的带通滤波器进行选 择1 3 1 ：对于物体的移动，视觉似乎有一个“延时并比较”的运算方式【1 4 】；对于颜 色的编码是通过视网膜上的三种对不同颜色敏感的视锥细胞i 日j 的竞争完成【l5 】； 立体视觉的知觉初期源自两个眼球视网膜上成像的差异【l6 。 对以上不同视觉信息的知觉，视觉初级加工阶段研究的问题都是同样的，即 视觉系统能够接收和提取多少外界信息。a d e l s o n 和b e r g e n ( 1 9 9 1 ) 用一个函数表 达式来表现这个关系。设在一个空间上所包含的所有信息为p ，而人能够从中接 收到的信息为f ，两者的表达式为： f = p ( x ，y ，t ，九，v x ) 因为在视网膜上的成像都是二维的，所以用x 和y 表示视觉信息的空间位置， t 表示一个随时间变化的滤波功能，九为三种视锥细胞所能够采集的光波长，v y 为双眼位置在某一维度上的偏差值。所以可以看到，人所能够接收的视觉信号是 空间上所有视觉信息的函数 1 7 1 。 1 3 1 2 视觉初级加工的相关研究 在视觉初级加工方面的一个重要研究围绕知觉广度展开，知觉广度即是在视 觉信息短暂呈现后，视觉能够捕获的信息量。研究表明，在感觉阶段有一个感觉 存储，其编码形式主要依赖于信息的物理特征。在早期的对阅读的研究中发现， 眼睛在阅读时并非是平滑地扫描文字，而是在不同的位置问跳动。阅读发生在注 视点上，而不是在注视点间的扫视上【i 引。这体现出了知觉广度的存在。 对视知觉的知觉广度的研究也叫做感觉记忆，尽管很多研究者认为用记忆这 个词并不准确，因为这一阶段的映像存储与较高级的认知过程以及注意无关【l 】。 s p e r l i n g 在开始研究感觉记忆时，采用“整体报告法 ，发现感觉记忆平均为4 5 个字母。由于被试能够口头报告的刺激数量可能小于真正的知觉广度，所以 s p e r l i n g 改进了实验，采用“部分报告法”，发现被试能够报告的项目数平均为9 个，且保持效果随时间迅速下降了【1 9 】。这说明感觉的存储容量可能很大，但存 储时间短，这种机制有助于视觉的高级加工从庞大的感觉信息中只提取有用的信 息进行下一步的处理。 1 3 2 注意 1 3 2 1 注意理论 注意是对环境中一部分信息的关注和对另一部分信息的忽略；同时注意是一 种处理资源的分配【2 0 】。从注意的定义上可以看出注意的两种特性，即选择性和 资源的有限性。这对应了关于注意的两种理论过滤器理论和认知资源理论。 注意的过滤器理论认为，从外界进入感觉通道的信息是大量的，但大脑加工 信息的能力是有限的，为了避免阻塞，必须对刺激信息进行筛选和过滤。而对于 注意的过滤器处于知觉过程中的哪个部分有不同的理论和看法。图1 2 a 为 t r e i s m a n 的衰减理论( 1 9 6 4 ) 2 1 】。 另一种理论为认知资源理论，它认为人在对刺激信息进行分类与识别的过程 中会受到认知资源有限性的制约。而认知资源的总量并不是一个固定的数量，它 与唤醒联系在一起，在某段时间内，唤醒水平决定了注意的认知资源数量【2 2 1 。 图1 2 b 为k a h n e m a n 的认知资源理论的模型。 这两个理论可以解释注意的不同方面，也可以互相兼容。因为正是因为认知 4 资源的有限，所以才需要对输入信息进行过滤，这样有助于高级认知过程的高效 性。 各种决定因素 吱 未 主注 敖 意 透 通 首、，道 感觉登记 过滤器 工作反应 短时记忆 反应 反应 ab 图卜2a ：t r e i s m a n 的衰减理论；b ：k a h n e m a n 的认知资源理论 1 3 2 2 注意的材料限制和资源限制 r m i n r d | r e s o u r c e 图卜3 ：注意的资源限制和材料限制【2 4 j n o r m a n 和b o b r o w 认为在认知活动中有两类限制，个是资源限制，一个 是材料限制。前者是指人的认知活动受到资源的有限，而旦分配更多的认知资 源，则认知操作水平将稳步提高；后者是指由于材料本身可提取性的限制，即使 分配再多的认知资源，认知操作水平不再提高。在图1 3 中，r d i 左边为资源限 制，操作水平随着资源分配而逐渐增多，在l 右边为材料限制，资源增多不引 起操作水平增加【2 3 l 。 1 3 3 视觉高级加工 如前所述，视觉初级加工将外界适宜的信息通过感受器官进行换能、编码， 成为可被视觉神经系统传输的信息，重要的信息被给予更多的认知资源，使之得 到进一步加工。而在视觉高级加工阶段，视觉的任务是如何对初级阶段的原始信 息进行解释，使人能够清晰地知觉到现实中的人或物。这一阶段的一个重要工作 是物体蝴u ( o b j e c tr e c o g n i t i o n ) 2 4 1 。 1 3 3 1 认知神经的研究 对一些在视觉皮层顶部和腹侧受损的病人的研究发现了两种视觉失认症一 一统觉视觉失认症( a p p e r c e p t i v ea g n o s i a ) 和联想视觉失认症( a s s o c i a t i v ea g n o s i a ) 。 统觉视觉失认症者无法形成知觉。联想视觉失认症能够形成知觉，但是无法将知 觉的对象与其名字，功能，大小等等知识相联系。这两种失认症在视觉初级加工 上大都没有问题，即都可正常对原始光信号进行提取和编码。所以失认症的问题 出在视觉的高级加工阶段，即对分立的视觉表征进行整合和识别的阶段【2 5 】。 1 3 3 2 物体识别 物体识别或模式识别是大脑对外界事物进行识别的能力。这个过程通过接收 初级加工所得到的大量视觉原始信息，并结合大脑中原有的知识以及自上而下的 认知搜索来完成。尽管这一过程的复杂性，但人仍能够快速且准确地完成【2 6 1 。 但是，对于这一加工阶段的了解是远远不够的。因为不像初级加工阶段可以明确 地将视网膜上不同细胞与对不同光波长的接收相联系，或者将视觉皮层上的某个 神经元的冲动与确定的线条刺激相对应，模式识别没有明确的神经映射关系。对 于人如何识别和确认外界事物，有不同的理谢1 2 】。 模板匹配理论认为模式识别是刺激信息与脑中某个或某些模板产生最佳匹 配的过程。但由于这种理论要求事物的每一个细节在与头脑中的模板都精确匹配 后才能识别，所以有较大缺陷。原型匹配理论认为，在人的长时记忆中存储的不 是与外部事物一一对应的模板，而是事物的某种原型，这样就允许了识别在同一 类别中存在差异的物体。特征匹配理论认为模式在记忆中的编码是该模式的基本 6 特征和属性的存储，模式匹配是刺激特征与记忆中模式特征的匹配。这几种理论 都有共同的缺陷，即只关心自下而上的加工部分，却忽略了基于背景信息和主观 期待的自上而下的加工过程【2 7 1 。 1 3 4 知觉的自下而上和自上而下加工 如上所述，大多数的模式识别理论都关注于自下而上的加工，但在认知过程 中自上而下的加工也无时无刻不在起作用。比如对于一个出现在合适环境下的事 物，如厨房中的餐具，办公室中的电脑，人的识别能够易化，而对于出现在不合 适环境中的事物，如厨房中的电脑，人的识别较慢。这种效应叫做“环境效应 ， 说明了人的主观期待的作用【2 8 1 。 自上而下的理论与模型较少。b a r ( 2 0 0 3 ) 提出一个假设，他认为视觉初级加 工阶段的信息经过视觉皮层的初步加工后被快速地传送到前额皮层，在前额皮层 形成一个对知觉物体的初步猜测，这个猜测被返送到颞叶皮层，和自下而上的分 析结果相结合后形成最终的模式识别。形成初步猜测的作用是可以使判断过程易 化，使需要比较的特征表征减少【2 9 1 。这个假设得到了证据的支持：前额皮层受 损的病人在模式识别的时间上变慢，这可能是因为缺少了自上而下的易化作用， 而只有自下而上的过程。 1 4 视知觉的相关研究 1 ) 男女差异：许多研究都发现了男生在视空间知觉上优于女生。比如在心理旋 转任务上，男生的表现都比女生要好【3 0 】【3 1 1 。并且这种差异从儿童时就已经体现 【3 2 1 ，并且一直到老年都保持稳定【3 3 j 。从动物研究和病理临床上都发现了，雄性 激素影响视空间知觉的表现【3 4 】【3 副。 2 ) 对整体的知觉和对局部细节的知觉：n a v o n ( 1 9 7 7 ) 发现对整体的知觉优先于对 局部的知觉。局部细节特征不影响整体的识别，而整体特征却影响对局部特征的 识别。相比于对细节特征的知觉，人更容易形成对整体的知觉【3 6 】。 3 ) 视觉的眼动实验：研究发现，飞机驾驶员观察关键仪表如高度表的注视时间 较长【3 7 1 ，且注视更加频繁【3 8 1 ，并且老驾驶员比新驾驶员的注视时间短，注视次 数多【3 9 1 。另外，对于较难辨认或者包含较密集信息的物体的注视时间较长【4 0 1 。 在正常阅读中，阅读不太熟悉的词和比较困难的文章需要较长的停留时问【4 1 1 。 7 第二章实验方案 2 1 实验目的与假设 视知觉不同的加工层次对应了不同的加工阶段，很多实验和理论都定性或分 立地分析了不同阶段的功能和相互之间的关系，但对于这个过程本身的复杂性和 系统性缺乏较为定量的研究。本研究通过在图形任务中采用各种不同的因素，希 望影响视知觉加工的不同阶段，并通过对行为指标和眼动指标的收集，来对各加 工阶段进行系统的量化分析。同时将认知任务分为不同类型消极观察、整体 任务和局部细节任务，来分析不同类型视知觉任务下的视觉信息加工方式。即通 过对视知觉过程的整体控制，试图对视知觉不同加工阶段的相互关系和功能，以 及注意在视知觉中的作用进行综合分析。其结果可以给予理论以实证支持，并且 建立新的认识。 本实验的假设为： ( 1 ) 视知觉加工过程有不同阶段，加工阶段间有独立性，也有联动性。在 眼动中能够体现不同加工阶段的不同效应。 ( 2 ) 注意作为视知觉任务中的一种心理状态，其效应能够在反应时和眼动 上体现。 ( 3 ) 男女在视知觉方式上有差异，其差异在不同的视知觉任务和不同的注 意资源要求下能在反应时和眼动中体现。 ( 4 ) 不同的视知觉任务，如消极观察，整体任务和局部细节任务在视知觉 方式上有差异，并能够在反应时和眼动上体现。 ( 5 ) 整体知觉影响局部特征的知觉，而局部特征的知觉不影响整体知觉。 2 2 实验环境和参数设定 2 2 1 实验室环境 实验在眼动实验室进行，避光，隔音，温度湿度适宜。 2 2 2 实验仪器 实验使用加拿大s rr e s e a r c h 公司生产的e y e l i n ki i 眼动仪。e y e l i n ki i 需要被试戴上头盔，头盔上配有三个摄像头，分别为两个拍摄眼球运动状念的目 镜，和一个拍摄头盔相对于观视屏幕的位置的头镜。 2 2 3 仪器参数设置 e y e l i n k 的眼动跟踪有瞳孔( p u p i lo n l y ) 和瞳孔加角膜反射( p u p 订一c o r n e a l r e f l e c t i o n ) 两种模式可供选择。瞳孔模式平均延迟7 m s ，噪音小于0 0 1 。，但 容易受头带滑动和振动的影响；瞳孔一角膜反射模式平均延迟1 4 m s ，噪音小于 0 0 2 2 。，不易受头带滑动和振动的影响【4 2 】。在实验中设置e y e l i n k 眼动跟踪模 式为瞳孔一角膜反射，采样频率设为2 5 0 h z 。 2 2 4 外周装置 实验用来呈现刺激的显示器为最佳分辨率达1 2 8 0 1 0 2 4 像素的1 7 寸显示 器。显示器的亮度与对比度均调节到阈上较为舒适的水平，色温5 8 0 0 。k 。 显示器前8 5 c m 处放置舒适稳固的高背皮椅，被试观视距离为7 0 l o c m 。被 试通过一个沿显示屏轮廓包围的自制导向罩观察屏幕，导向罩内壁为黑色，低反 射，以屏蔽外界干扰，利于被试观视。被试手持一自制反应装置，记录反应时。 2 2 5 程序实现 实验程序用e p r i m e 编程，利用s rr e s e a r c h 的r u n t i m ea p i 向e y e l i n k 传 递参数，控制其记录眼动数据。同时，在实验二和实验三中，e p r i m e 记录反应 时数据。反应时和眼动在同一台电脑主机的数据卡上收集数据。刺激图形的制作 全部使用a d o b e 公司的a d o b ei l l u s t r a t o rc s 3 软件。 2 3 实验设计 2 3 1 被试 华东师范大学学生共3 3 人，均为汉族，其中男生1 8 人，女生1 5 人，年龄 最小1 9 岁，最大2 9 岁，专业方向有教育技术学、心理学、地理，学前教育、教 育信息、艺术等。所有被试双眼裸眼视力正常，均不佩戴眼镜。被试通过广告招 募的方式随机抽样，全为自愿参加实验，并在完成实验后获得适当现金报酬。 2 3 2 实验材料： s h e p a r d ( 1 9 6 1 ) 1 4 3 1 等人在研究分类学习和记忆时采用了一套实验材料。他们将 立方体的8 个顶点分为两类，一共有7 0 种方法，这7 0 种分布方式可归结为六类。 在每一类中的分布都可以通过旋转或镜像得到。图2 1 为每一种类型下的一种分 9 布。他们发现在对不同的点分类方式进行学习后，测试阶段对分类的记忆准确性 与点的分布类型有关系。从类型- n 类型六，对分布的记忆和判断由易到难。 本实验在任务类型上分为整体任务和局部任务。整体任务要求被试对立方体 的立体朝向进行判断，局部任务要求被试判断立方体上点的位置分布有无变化。 实验刺激材料都为立方体图形。在局部任务上采用s h e p a r d 研究中使用的点分布 类型，共有6 种类型的分布，每一个分布都为在不同位置上的4 个实心点和4 个空心点。实验中，每一种类型下选取两种分布，分为两组，每组各六个类型。 在每一组内，选取特定的6 种分布，使得立方体每个顶点上实点出现过的次数相 同。如对第一组，在类型一中选取实点在2 、3 、6 、7 的分布；在类型二中选取 实点出现在2 、3 、5 、8 的分布；在类型三中选取实点出现在l 、4 、8 、7 的分布； 在类型四中选取实点出现在1 、2 、4 、5 的分布；在类型五中选取实点出现在4 、 5 、6 、7 的分布；在类型六中选取实点出现在1 、3 、6 、8 的分布，每一个位置 上实点都出现了3 次，见图2 1 。对于第二组六个分布，可见附录。 点序号 类型一类型二类型三 画画回 类型四类型五类型六 回回回 图2 - 16 种点分布类型 l o 每一个位置上实点出现三次。如表2 1 ： 表2 1六种类型下实点出现位置平衡 l234567 8 另外，在整体任务中要求被试对立方体的朝向做判断。刺激材料上，立方体 的一些实线变为虚线，使图形产生一定的立体效果。而不同的虚线位置可以产生 两种立体的朝向。具体见下面实验自变量。 2 3 3 实验变量： 2 3 3 1 自变量 把实验研究的因素分为了两个类别。第一个类别为视角和背景明度，因为这 两种因素都对刺激材料本身的提取难度以及编码难度起作用，所以更可能对视觉 初级加工起作用。第二个类别为朝向和点分布类型，这两个因素都是实验中的目 标任务，所以都为知觉判断，因而更可能对视觉的高级加工起作用。另外还有两 个因素为性别和启动类型。 ( 1 ) 视角：图形的大小对应了视角的大小，分为三个水平，1 2 度视角，6 度视 角和3 度视角。 通过视角大小以及屏幕与被试眼睛的距离可计算刺激图形尺度。计算公式如 下： 刺激尺度：2 ( 距离t a n 塑鱼) 2 实验中屏幕与被试眼睛的距离大约为7 0 c m 。算得到3 度、6 度和1 2 度视角 的刺激尺度分别为： 3 度视角：3 7 c m ；6 度视角：7 3 c m ：1 2 度视角：1 4 7 c m 在各个视角水平下，将刺激图形立方体限制在以相应尺度为直径的圆内，所 画出图形的具体尺寸为： 表2 2 不同视角下的刺激尺寸 ( 2 ) 背景明度：背景明度分为三种水平：低、中、高( 分别对应了黑色，灰色 和白色，以下都称为黑色背景，灰色背景和白色背景，绘图软件a d o b ei l l u s t r a t o r 选用c m y k 色彩模型，选用灰度k 分别为1 0 0 ，5 0 和0 ) 。在黑色背景下， 刺激图形为白色，在白色背景下，刺激图形为黑色。在灰色背景下，刺激图形线 条为黑色，点按照分布为四个黑点和四个白点。如图2 2 ： 回国 高明度中明度低明度 图2 2 明度水平 ( 3 ) 朝向：分为三个水平：无朝向，左下和右上。立方体若全为实线，则没有 固定的立体信息，随着注意的动摇则可能有两种朝向的知觉。将立方体上的一些 实线变为虚线，使之具有固定的立体信息。将朝前的那个面在左下方的称为左下， 将朝前的那个面在右上方的称为右上。如图2 3 。 人大多数时候对于左下的朝向更容易辨别，而对于右上的朝向较难辨别，这 可能是因为人在生活中更加习惯于从上往下看事物的关系【删 4 5 】。 回国回 无朝向信息 左下右上 图2 3 朝向水平 1 2 ( 4 ) 点的分布类型：如前所述，将立方体的8 个顶点分为两部分一共可以有六 种类型。在每一种类型中分别选取两个分布，具体运用在下面详述。 ( 5 ) 启动类型。在任务二和任务三中，有四种不同的启动类型，分别为a ：朝 向相同，点的分布类型相同：b ：朝向不同，点的分布类型相同；c ：朝向相同， 点的分布类型不同；d ：朝向不同，点的分布类型不同。 ( 6 ) 性别：男女各半。 2 3 3 2 应变量 ( 1 ) 反应时：在实验二和实验三中有反应任务。被试按下自制反应键做出反应。 ( 2 ) 眼动数据：e y e l i n ki i 眼动仪记录注视次数，注视时间。 2 3 4 实验流程： 2 3 4 1 实验告知和被试信息收集 欢迎被试到来，向其简要介绍实验室情况，帮助其适应实验室环境。签署同 意问卷，确保被试参加实验完全出于自愿，且了解实验的大致情况和安全性，以 及自身的权力和义务。 通过问卷的形式，收集个人信息，包括姓名、性别、年龄、专业、年级和视 力及眼镜佩戴情况等信息。 在被试初步了解了实验并填写了个人信息后签名同意参与实验。 2 3 4 2 实验部分 实验分为三个部分，每一个部分中间都会给予被试休息时间，休息长短视被 试情况而定，被试准备好即可进行下一部分实验。在每一部分实验前都会进行眼 动仪的调试和设置。眼动仪的调试与设置过程如下： ( 1 ) 帮助被试坐入实验椅，告知其放松。 ( 2 ) 为被试佩戴e y e l i n k 头盔，保证观