（教育学原理专业论文）视觉工作记忆中图形特征的存储与捆绑问题研究.pdf

中 文 摘要 视觉工作记忆的容量单位是什么?是特征、客体还是空间位置? 它们之间的关系又如何? 这是自1 9 9 7 年l u c k 和v o g e l 先驱性研究以 来，视觉工作记忆研究中的焦点问题，也是认知科学研究的热点问题。 它不仅是对视觉工作记忆容量研究的 扩展和深化，也是把握视觉工作 记忆实质的关键。本文在前人研究的基础上，对图形的质地、形状与 颜色特征在视觉工作记忆中的存储与捆绑状况进行系统的探讨，目的 是通过引进图形另一基本特征质地来增加图形的构成维度，提高 图形的信息含量，并利用质地的局部特征 ( 质地基元)的可重复性来 控制同一维度两个特征值的空间位置差异，从而对视觉工作记忆存储 单位及其机制的五种假说的真伪及其适应条件进行系统验证，以 求对 视觉工作记忆的存储和表征有个更清楚的认识。 本研究的 第一章通过文献研究， 对视觉特征捆绑的相关研究进行 了回顾，并对视觉特征捆绑机理的不同解释进行了分析。 第二章对视觉工作记忆研究的历史与现状进行了回顾和分析，并 对视觉工作记忆存储单位及其机制的理论假说进行了分类，总结出五 种理论假说，它们分别是:( 1 ) 基于特征的存储机制;( 2 ) 特征 客体双存储说; ( 3 ) 特征捆绑同一存储说; ( 4 ) 强捆绑存储说; ( 5 ) 特征客体分离说。 第三章是在前两章文献研究的基础上，对已 有相关研究的局限性 和不足进行了分析，并提出了相应的解决设想，最后通过五个具体实 验对其进行了验证。 实验一与实验二分别对质地与颜色和质地与形状在视觉工作记忆 中的存储与捆绑机理进行研究，以确定质地能否与颜色、形状一样在 视觉工作记忆中得到独立存储，以及质地与颜色或形状的捆绑关系能 否在视觉工作记忆中得以存储;实验三对由质地、颜色和形状三个维 度视觉特征所构成客体的存储状况进行研究，以 探讨信息含量的增加 是否影响特征的 存储以 及特征的捆绑;实验四通过控制各种图形的构 成维度，检验特征捆绑成客体是否需要占 用额外的工作记忆容量，即 图形的信息含量是否对其在视觉工作记忆中的存储形成影响;实验五 以两种颜色小圆所构成的质地为材料，检测被试在工作记忆中能否将 这两种颜色小圆捆绑成一个统一的质地客体，即进一步验证视觉工作 记忆强客体存储说能否成立。 第四章对五个实验结果进行分析和讨论以后，得出如下结论: ( 1 ) 质地与颜色、 形状一样在视觉工作记忆中都是分开独立存储 的; ( 2 )由质地与颜色、质地与形状以及由其三者所构成的图形是以 客体为单位进行存储的，虽然在两个维度的图形中，这种捆绑存储不 占 用或很少占 用记忆资源，表现出的捆绑是自 动实现的，在一定程度 上支持了 特征 客体双存储说， 但在三维度特征的图形中， 这种 捆 绑的 存储却要占 用额外记忆资源，否定了 特征 客体双存储说， 支 持特征客体同一存储说; 3 )由两种不同颜色构成的质地在视觉工作记忆中是不能将这两 种颜色捆绑起来形成一个记忆单位而存储的，否定了强客体存储说; ( 4 )图形及其构成特征的视觉工作记忆容量是有限制的。 关键词:记忆表征，视觉工作记忆，记忆容量单位，特征捆绑 r e s e a r c h o n t h e s t o ri n g a n d b i n d i n g o f f e a t u r e s o f p i c t u r e i n v i s u a l w o r k i n g m e m o r y ab s t r a c t wh a t i s t h e u n i t o f v i s u a l w o r k i n g m e m o ry ( f e a t u re, o b j e c t o r l o c a t i o n ) ? h o w a r e t h e s e i t e m s o r g a n i z e d a n d r e l a t e d t o o n e a n o t h e r ? e v e r s i n c e t h e p i o n e e r i n g w o r k b y l u c k a n d v o g e l ( 1 9 9 7 ) , t h e u n i t q u e s t i o n h a s b e e n a c e n t r a l i s s u e i n t h e s t u d y o f v i s u a l w o r k i n g m e m o ry , a n d a l s o b e e n a h o t t o p i c i n c o g n i t i v e s c i e n c e . t h i s i s s u e n o t o n l y e x t e n d s a n d d e e p e n s t h e s t u d y o n t h e v i s u a l w o r k i n g m e m o ry c a p a c i t y , b u t a l s o p l a y s a n i m p o r t a n t ro l e i n u n d e r s t a n d i n g t h e n a t u r e o f v i s u a l w o r k i n g m e m o ry . b a s e d o n t h e p r e v i o u s r e s e a r c h e s d o n e 勿 o t h e r r e s e a r c h e r s , t h i s a r t i c l e d e e p l y s t u d i e s h o w t h e t e x t u r e , s h a p e a n d c o l o r o f p i c t u r e a re s t o r e d a n d b o u n d i n v i s u a l w o r k i n g m e m o ry . s e l e c t i n g a n o t h e r f u n d a m e n t a l f e a t u re o f p i c t u r e - t e x t u re a s s t i m u l u s , w e m a y i n c r e a s e t h e d i m e n s i o n a n d i n f o r m a t i o n l o a d o f 杯 c t u r e , a n d c o n t r o l t h e d i ff e r e n c e o f l o c a t i o n o f f e a t u re v a l u e s i n t h e s a m e d i m e n s i o n w i t h t h e h e l p o f t h e r e p e a t a b i l i t y o f l o c a l t e x t u re f e a t u r e s ( t e x t o n s ) , s o t h a t w e c a n s y s t e m a t i c a l l y e x a m i n e t h e fi v e h y p o t h e s e s a b o u t t h e u n i t o f w o r k i n g m e m o ry c a p a c i t y a n d i t s m e c h a n i s m , a n d g e t a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g f o r t h e s t o r a g e a n d r e p r e s e n t a t i o n o f v i s u a l w o r k i n g m e m o ry . t h e f i r s t c h a p t e r o f t h i s a r t i c l e i s l i t e r a t u r e s t u d y , i n w h i c h t h e re s e a r c h e s o n t h e f e a t u r e b i n d i n g p r o b l e m o f v i s u a l p e r c e p t i o n h a v e b e e n re v i e w e d , a n d t h e i n t e r p r e t a t i o n s o f t h e m e c h a n i s m o f t h e b i n d i n g p r o b l e m h a v e b e e n c o m p a r e d a n d a n a l y z e d . t h e s e c o n d c h a p t e r r e v i e w e d a n d a n a l y z e d t h e h i s t o ry a n d s t a t u s i n q u o o f t h e r e s e a r c h e s o n v i s u a l w o r k i n g m e m o ry , a n d a s s o r t e d t h e h y p o t h e s e s a b o u t t h e u n i t o f v i s u a l w o r k i n g m e m o ry c a p a c i t y a n d i t s m e c h a n i s m i n t o fi v e c l a s s e s : ( 1 ) f e a t u r e - b a s e d s t o r a g e m e c h a n i s m ; ( 2 ) f e a t u r e - o b j e c t d u a l - s t o r a g e m e c h a n i s m ; ( 3 ) f e a t u r e s a n d b i n d i n g w i t h t h e s a m e s t o r a g e m e c h a n i s m ;( 4 ) s t ro n g s e n s e o f b i n d i n g s t o r a g e m e c h a n i s m ; ( 5 ) f e a t u re - o b j e c t d i s s o c i a t i o n s t o r a g e m e c h a n i s m . b a s e d o n l i t e r a t u r e r e v i e w , t h e t h i r d c h a p t e r n o t o n l y a n a l y z e d t h e l i m i t s a n d s h o r t c o m i n g s o f p r e v i o u s r e s e a r c h e s , b u t a l s o p u t f o r w a r d p l a n t o s o l v e t h e m . s u b s e q u e n t l y , m a k i n g fi v e e x p e r i m e n t s t o v a l i d a t e t h e p l a n . i n e x p e r i m e n t 1 a n d e x p e r i m e n t 2 , i n o r d e r t o fi n d o u t t h e y a re s t o re d i n d e p e n d e n t l y o r b o u n d t o g e t h e r , t h e s t o r i n g a n d b i n d i n g o f t e x t u re a n d c o l o r a s w e ll a s t e x t u r e a n d s h a p e h a s b e e n s t u d i e d s e p a r a t e l y . i n e x p e r i m e n t 3 , t h e s t o r i n g o f p i c t u re s w i t h t h r e e d i m e n s i o n s ( t e x t u re , c o l o r a n d s h a p e ) h as b e e n s t u d i e d , w h i c h c a n g i v e s o m e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e re l a t i o n b e t w e e n t h e i n f o r m a t i o n l o a d o f p i c t u re a n d t h e d e t a i l o f i t s s t o r a g e b y c o n t r o l l i n g t h e d i m e n s i o n o f p i c t u r e , e x p e r i m e n t 4 i n v e s t i g a t e d w h e t h e r f e a t u r e b i n d i n g n e e d e x t r a r e s o u r c e s o f w o r k i n g m e m o ry , t h a t i s t o s a y w h e t h e r t h e i n f o r m a t i o n l o a d o f p i c t u r e i n fl u e n c e s i t s s t o r a g e i n v i s u a l w o r k i n g m e m o ry e x p e r i m e n t 5 s e l e c t e d t e x t u re c o n s t i t u t e s t w o c o l o r e d c i r c l e s as s t i m u l i t o s t u d y w h e t h e r o r n o t t h e s e t w o c o l o r e d c i r c l e s c a n b e e n b o u n d as a n o b j e c t i n v i s u a l w o r k i n g m e m o ry , w h i c h c a n d e fi n i t e l y s u p p o rt o r d e n y t h e h y p o th e s i s o f s t ro n g s e n s e o f b i n d i n g s t o r a g e m e c h a n i s m . h a v i n g g e n e r a l l y d i s c u s s e d th e r e s u l t s o f th e fi v e e x p e r i m e n t s , th e l as t c h a p t e r m a d e a s u m m a r y o f th i s s t u d y a n d c o m e t o c o n c l u s i o n as f o l l o w s : ( i ) j u s t as c o l o r a n d s h a p e , t e x t u re i s s t o r e d i n d e p e n d e n t l y i n v i s u a l w o r k i n g me mo ry . ( 2 ) t h e p i c t u r e s w i th t e x t u m c o l o r , t e x t u r e - s h a p e as w e l l as th e p i c t u r e w i th th e t h r e e d i m e n s i o n s a re s t o r e d as a w h o l e o b j e c t i n v i s u a l w o r k i n g m e m o ry . t h e p i c t u re w i th t w o o r t h r e e d i m e n s i o n f e a t u r e s i s m a i n t a i n e d i n b o u n d u n i t s d u r i n g m e m o ry , a n d th e b i n d i n g o f t w o f e a t u r e s i s a u t o m a ti c , w h i c h a d d s e v i d e n c e t o th e h y p o th e s i s o f f e a t u r e - 喇e c t d u a l - s to r a g e m e c h a n i s m , w h i l e th a 宜 o f th r e e f e a tu re s n e e d s e x t r a r e s o u r c e s o f m e m o ry , w h i c h s u p p o r t s th e a c c o u n t o f f e a t u r e s a n d b i n d i n g w i th th e s a m e s t o r a g e m e c h a n i s m . ( 3 ) t h e t w o c o l o r e d c ir c l e s i n th e s a m e t e x t u r e h a v e n o t b e e n c h u n k e d i n t o o n e m e m o ry u n i t , w h i c h d e n i e s th e m o d e l o f s t ro n g s e n s e o f b i n d i n g s t o r a g e m e c h a n i s m . ( 4 ) t h e c a p a c i ty o f v i s u a l w o r k i n g m e m o ry p i c t u r e a n d i t s f e a t u r e s i s l i m i t s . k e y w o r d s : v i s u al w o r k i n g o f m e m o ry , u n i t o f w o r k i n g m e m o ry c a p a c i ty , b i n d i n g 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 涯 负 日期 :6 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文 的规定，即:东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的 学 位论文在解密 后适 用本授权书 ) 学位论文作者签 日 指导教师签名 期: 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话: 邮编: 前言 记忆是人脑对过去经验的保持和重现的过程，它将人的心理活动 的过去、现在和未来联结成一个整体，是人的心理过程在时间上得以 持续的根本保证，从而使人的心理发展、知识积累和个性形成能够最 终实现。 一个个体， 如果丧失了 个人的 记忆， 那么可以 说他( 或她) 也就 在很大程度上丧失了 他( 或她) 的“ 自 我” :一个社会， 如果丧失了“ 社 会的记忆” ， 社会也就无法进步和发展了。由 于记忆在人们的日 常生活 中扮演着极为重要的角色，它一直受到人们的关注和重视。早在远古 时代，人类的祖先就懂得 “ 结绳而治” 即用结绳的方法来记忆事 情。 这说明 人类的祖先在没有文字之前就已 经开始了 对记忆的 探索。 在希腊神话中，把九位文艺与科学女神通称为缪斯， 而把缪斯之母一 一莫 尼默 西尼 ( m e m o s y u e ) 尊 崇为 记 忆女神。 在古 希腊人的 心目 中， 没有记忆女神的孕育，就不会有文艺、科学的茁壮成长。在此之后的 历代哲学家那里，也有很多关于记忆的论述，如柏拉图提出了记忆的 “ 蜡丸 模型” ， 洛克、 康德以 及休漠等对小的思想片段的联结做出了各 自 的阐释。 但是，正如 “ 心理学有一个漫长的过去，但是只有一段短 暂的历史”的描述一样，记忆研究所走过的历程也同样是如此。关于 记忆的学术性思考虽然早在几千年前就已经开始，但是科学的记忆研 究却是始于e b b i n g h a u s 1 8 8 0 年的工作。 e b b i n g h a u s 的开创性工作不仅 提出了至今仍得到广泛认同的记忆规律和记忆曲线，也使记忆的研究 踏上了科学的征程，使记忆问题成为其后各个时期心理学家们的重要 研究课题之一，受到了普遍重视，也取得了比 较有价值的研究成果。 回首科学记忆研究所走过的一百多年的历程，可以大体将其划分 为两个阶段。 从1 9 世纪末叶到2 0 世纪5 0 年代， 心理学对记忆的研究， 从总体上来看， 是沿着e b b i n g h a u s 的方向 进行的，虽然有些研究涉及 到记忆活动的不同环节和方面，但大部分的研究都是为了提高记忆活 。 杨治良 等编著 记忆心理学 ，华东师范大学出版社，1 9 9 9 年 动的效率和增加记忆内容的数量，这是从记忆活动的结果来考虑问题 的，而且这一时期的研究把记忆看作是一种单一的整体，所称谓的记 忆也只是指现在心理学所说的长时记忆。第二次世界大战以后，由于 工程技术和计算机技术的发展与进步，特别是随着系统论、信息论和 控制论等学科的兴起，行为主义心理学的理论观点受到广泛的批评和 质疑，关注人脑内部信息加工过程的认知心理学逐渐成为心理学的主 导范式， 对记忆的研究也开始从信息的存储与提取的角度，探讨记忆 的结构、 表征和容量等问题，并且，随着研究的深入，也不再认为记 忆只是一个单一的整体，不只是存在一个长时记忆，还存在着短时记 忆、瞬时记忆以及工作记忆等;记忆活动也不再只是对过去发生和经 历过事情的保持和提取，对尚未发生的预定事件或行为也可形成记忆 ( 前瞻记忆) ;同时记忆活动不再只包括有意识的识记、保持和提取过 程， 无意识的活动也能形成记忆 ( 内隐 记忆) 。 这样， 伴随着认知心理 学的兴起，不仅对记忆的研究得以不断深化与发展，研究方法不断更 新，研究领域不断扩展，而且记忆研究也一直占据着认知心理学研究 的核心地位，即使到了2 1 世纪的今天，记忆研究的三大热点领域:工 作记忆、内隐记忆和前瞻记忆，仍然是认知心理学研究的热点问题。 作为记忆研究重要内 容的 工作记忆， 在心理学中 最初是由b a d d e l e y 和h i t c h 于1 9 7 4 年提出 来的。b a d d e l e y 和h i t c h 提出 工作记忆的 概念 和结构以后，由于它将信息的保持与认知活动融为一体，更为符合人 的日常心理活动，立即成为多学科关注的焦点，并成为三十多年来心 理学、认知神经科学等学科长盛不衰的研究课题。本文将在前人研究 的基础上，把工作记忆的一个子系统视觉工作记忆作为研究的主 题，企盼对其机制的了 解能有所深入。 1本研究 概述 自 工作记忆的 研究兴起以 来，信息的表征问 题就一直是研究者所 关注的核心问题。这个问题在视觉工作记忆中可以进一步分解成两个 相关联的问题。 第一个问 题，也是研究最多的问 题， 就是视觉工作记 忆的容量问题，即人们在视觉工作记忆中究竟能够保持多少视觉信 息?它关注的是视觉工作记忆表征的结果。第二个问题，视觉工作记 忆的表征过程是怎样进行的? 视觉工作记忆的容量单位是什么 ( 特征、 客体还是空间位置)以及这些信息项目 是如何组织的?相互之间如何 相联系?第二方面问题不仅是对视觉工作记忆容量研究的扩展和深 化，也是理解视觉工作记忆实质所必须理清的关键性问题。 从 1 9 9 7 年l u c k 等人通过双色嵌套方块的研究，提出 视觉工作记 忆是以客体为单位进行存储以来，关于视觉工作记忆的表征及存储单 位的研究就成为工作记忆研究的重点问题之一，关于其机制的解释也 提出了多种可能，概括起来可分为两大类，一是基于特征的存储，即 视觉工作记忆中真正的存储单位是视觉特征 ( 如颜色、形状、方向、 位置、 大 小 等等) ， 影响 记 忆 容量 的因 素 是 特征的 数目 ， 每个 客 体 拥有 几个构成特征， 就要占 用几个容量单位。二是基于客体的存储，即视 觉工作记忆不是以构成客体的特征为基本存储单位，而是把各种构成 特征联结成一个整体客体来进行存储的，因而决定视觉工作记忆 容量主要是客体的数目，而不是构成客体特征的数目，这种基于客体 的存储又可细分为四种类型或四种假说:特征客体双存储说、特 征捆绑同一存储说、强客体存储说、特征客体分离说。这些 假说虽然存在很大的差异，相互争论不休，但也有很多可兼容的地方， 如何消除分歧，寻找出一致的、能够反映视觉工作记忆存储本质的理 论学说，这是众多研究者孜孜不倦的追求目 标，也是本研究的 最大企 望。 本研究引进图形的质地特征，对图形的质地、形状与颜色特征在 视觉工作记忆中的存储与捆绑问题进行较系统的研究，目的之一是通 过更具生态效度的视觉材料，在统一的实验框架下，对关于视觉工作 记忆存储单位的五种理论假说的真伪及其适应条件进行验证。因为在 。 y u h on g h an g ， in g rid r o lsom _ m arv in m 渺o rg an iza tio n o 妙。 吃 禁一份m em o ry 7 o u ma l o t e x p e n m e n t a t r s y c n o l o g y : e a mm g，me m o ry. w w wg n u m u wv v .， 。 。 。 . ， 。 . j ， 6 8 3 - 7 0 2 . 己有研究中，争议最大的一个问题就是两种颜色的嵌套方块能否以客 体的方式得以存储，这种双色嵌套方块无法消除或控制颜色的位置因 素，两种颜色在客体中总是占据着不同的空间位置，同一位置无法形 成两种颜色 ， 这样不同位置上的两种颜色是否是一个真正意义上的客 体就成为一个疑问。而质地的最重要特征是它的空间重复性，通过质 地的空间重复性可以 控制或消除两种颜色在同一质地中空间位置上的 差异;而且，消除了 位置差异的两种颜色又是构成同一质地客体的必 不可少的成分，缺少任何一种颜色，质地的特性就发生了变化。另外， 基于客体存储的四种假说的主要分歧之处在于构成客体的特征数量是 否影响客体的存储容量，即客体的信息含量是否影响对客体的记忆， 本研究引进质地材料可以从纯视觉信息的角度增加图形的特征维度或 信息含量，从而克服以 前研究中将颜色、形状、缺口、方向等视觉特 征和视空间信息混为一体的不足 。同时， 本研究结合图 形的 颜色、形 状两个基本特征，对构成图形的另一基本特征质地在视觉工作记 忆中的存储机理进行探讨，它可以为计算机视觉的研究与发展提供强 有力的心理学支持，这也正是本研究的另一个重要目的。 本研究的实验一与实验二分别对质地与颜色和质地与形状的存储 与捆绑机理进行研究，以 确定质地能否与颜色、形状一样在视觉工作 记忆中得到独立存储，以 及质地与颜色或形状的捆绑关系能否在视觉 工作记忆中得以存储;实验三对由质地、颜色和形状三个维度视觉特 征所构成客体的存储状况进行研究，以探讨信息含量的增加是否影响 特征的 存储以及特征的捆绑;实验四 通过控制各种图形的构成维度， 检验特征捆绑成客体是否需要占 用额外的工作记忆容量，即图形的信 息含量是否对其在视觉工作记忆中的存储形成影响;实验五以两种颜 色小圆所构成的质地为材料，检测被试在工作记忆中能否将这两种颜 色小圆捆绑起来形成一个统一的质地客体，即进一步验证视觉工作记 。y a o d a x u . l im i t a t i o n s o f o b j e c t - b a s e d f e a t u r e e n c o d in g i n v i s u a l s h o rt - t e r m m e m o r y . j o u rn a l o f e x p e r i m e n t a l p s y c h o l o g y : h u m a n p e r c e p t i o n a n d p e r f o r m a n ce 2 0 0 2 , v o l .2 8 , n o .2 , 4 5 8 - 4 6 8 . 。v o g e l , e .k . , w o o d m a n , g f ., l u 大s . l . s t o r a g e o f f e a t u re s , c o n j u n c t io n s , a n d o b j e c t s in v i s u a l w o r k i n g m e m o r y 田. j o u rn a l o f e x p e r i m e n t a l p s y c h o lo g y : h u m a n p e r c e p t i o n a n d p e r f o r m a n c e , 2 0 0 1 , 2 7 ( l ) , 兑- 1 1 4 . 忆强客体存储说能否成立。 2本研究的意义 本研究将目前视觉研究的两个热点问题特征捆绑与工作记忆 结合起来，探讨视觉特征在工作记忆中的存储与捆绑问题，具有一定 的理论与实践意义。 1 . 有助于对工作记忆进行深入研究。在工作记忆的己 有研究中， 言语工作记忆是研究最多的领域，但是人类所获得的信息有相当多是 通过视觉通道来完成的，对视觉信息的搜索、加工、储存和提取则必 然是人类心理活动不可缺少的一个方面，因此对工作记忆中视觉信息 表征的研究不仅对人自 身的生活、学习与工作具有十分重要的意义， 对探讨工作记忆的本质也具有不可替代的作用。 2 ， 有助于揭示捆绑问 题的实质。 特征捆绑机制是人类适应复杂多 变环境、提高应对效率的一种重要生理与认知机制。它是当 前认知研 究的一个热点问题，也是知觉和注意研究的一个重要方面，但已有的 研究大多停留在探索客体识别、错觉结合中的特征捆绑问题。本研究 把捆绑作为主题之一，将其从知觉和注意领域延伸至高级认知过程当 中，在记忆活动的过程中来审视捆绑问 题，从而可以 增进对捆绑问题 的理解。 3 .可为人工智能研究提供坚实的心理学基础。人工智能研究的目 的是为了用智能化的机器代替人进行智能性的活动。质地作为图形的 一项重要特征，在物体识别、边界判断和信息传送等方面有着重要的 决定作用，质地分析也因此在机器人视觉、工业监控、场景分析、辅 助医学诊断、 遥感图 像分析、图像数据库和目 标自 动识别( a t r ) 等许多 应用领域中发挥着越来越重要的作用。因此， 研究人对质地的知觉和 记忆，可以为人工智能研究和设计提供重要的心理学支持，也被认为 是一个极富挑战性的课题。 4 .可为教育教学提供心理学依据。工作记忆不仅反映了人的认知 活动的资源有限性，可作为认知能力的预测指标之一，而且由于工作 记忆是与其它认知活动 如学习活动)相伴随而进行的，因此，对工 作记忆的深入研究也可以增强人们对日常教学和学生学习问题的理 解，对提高教师的教学水平和学生的学业成就，以及增强学生的认知 活动能力会有很大的促进作用。 第一章特征捆绑研究的历史与现状 1特征捆绑的含义 一般 来说， 人们对现实 情景中 有意义客体( o b j e c t ) 的 感知 是毫不 费力的，如我们可以轻而易举地将果盘里红色的苹果与黄色的香蕉区 分开来。 但是，这种能力实际上要依赖于复杂的视觉加工。首先视觉 系统要在不同的维度上对情景进行分析，如将苹果分解为颜色、形状、 大小、位置等等特征。来自 心理学的视觉搜索和选择性注意的研究表 明， 人们可以 很容易地根据客体某一特征 ( 如颜色) 将其从其它物体 中搜索出来:来自 解剖学和生理学的证据也都表明，大脑皮层存在多 个视觉区域，不同区域的脑细胞会对外界刺激物的不同特征做出选择 性反 应， 如形状是 在下颜叶 皮 层 ( i n f e r o t e m p o r a l : p i ) 进行分 析加工的， 颜色是在皮层v 4 区域进行的， 而运动等空间特征则在枕叶到顶叶的背 侧 通路上 得到表征的。 。 但是， 人 们在通常 情况 下并没 有意识到自 己已 对客体的特征进行过分析，而总是把外部世界的客体知觉为一个统一 的整体，这意味着大脑需要把散布于不同皮层区域的分散信息合理而 快速地联结在一起，这种现象就是知觉加工过程要完成的一个重要任 务 “ 特征 捆 绑” ( f e a t u r e b i n d i n g ) . o 对特征捆绑问题的思考并不是最近几十年的事情，实际上己有一 百多年的历史。 早在1 8 9 0 年， 美国 著名心理学家wi l l i a n j a m e s 就在其 心理学原理一书中写到: “ 换句 话来说，几种实 体 ( 随便你怎么称呼它们，无论是力、物 质颗粒， 还是心理元素) 几乎不可能自 己结 合在一起。 在最终的结合 物中，它 们总是以 原来的状态存在着，所谓最终结合物的存在也只不 过是旁观者碰巧忽视了 其构成成分，才看到结合物的结果。 ”。 。z e k i , s . a v i s i o n o f t h e b r a i n . o x f o r d : b l a c k w e l l , 1 9 9 3 . t r e i s m a n a . f e a t u r e b i n d i n g ，a tt e n t i o n a n d o b j e ct p e r c e p t i o n . p h i l o s o p h ic a l t r e a n s a n c t io n s o f th e r o y a l s o c i e ty. s e r i e s b . . 1 9 9 8 3 5 3 : 1 2 9 5 - 1 3 0 6 . 困 转 引自 d a n k o g e o r g i e v . s o l v in g th e b i n d i n g p r o b l e m . c o g p r in t s p u b li c a ti o n : 2 m a y 2 0 0 3 . wi l l i a n j a m e s 虽然较早对捆绑问 题进行了 探讨， 但由 于他认为捆绑 是一种注意的忽视现象，从而否认了捆绑的实际存在，致使捆绑问题 在较长的时间 里没有受到人们应有的 重视， 正如v o n d e r m a l s b u r g 所言， 以往有关认知过程的神经模型的主要缺陷就在于没有适当对待捆绑问 题 。 最早提出 特征捆绑的概念并对其进行系统研究的是t r e i s m a n a . m. 及其同事，他们在特征整合和知觉区分的研究中发现捆绑现象，并提 出 了“ 捆绑问 题” ( b i n d i n g p r o b l e m ) 这 一概 念 。 捆 绑概 念 一 经 提出 ， 立即成为心理学、神经科学、计算机建模、甚至哲学等多学科研究者 所关注的焦点问题，现在捆绑研究已 被引入客体知觉、注意、工作记 忆、情境记忆、 运动控制、语言加工、逻辑推理以 及意识唤醒的产生 与维持等研究领域。毫不夸张地说，捆绑问题己成为当前认知科学和 神经科学的中心问题之一，它对心理过程的认知神经机制研究起到了 重要的推动作用。 虽然捆绑问题已 得到广泛而深入的研究，但是研究者们大都是从 不同的研究视角对 “ 特征捆绑”给出一个描述性定义，对其内涵和外 延没有明确地进行界定。为了避免概念上的混乱和争论不休，对问题 实 质有较为 清晰的 认识， v o n d e r m a l s b u r g ( 1 9 9 5 ) 提出了 六 个判断是 否 属于 捆绑问 题的 标准 : 标准 1 : 捆绑形成的动态性。每一特定的感知情境都要求有其自 身的组织方式。因为即使单一的客体也可以形成无限种特征组合。因 此，捆绑应该能从被激活的神经元所能形成的所有组合的大背景中挑 出相关信息，选出适当的组合，并把这些组合作为功能实体加以执行; 标准 2 :新建立的捆绑结构应能 够储存以备将来使用; 标准 3 :已 储存的捆绑结构应该能够提取; 标准 4 : 捆绑结构应该能对神经活动实行控制， 如对错觉性结合 。 v o n d e r m a l s b u r g c . b in d in g in m o d e l s o f p e r c e p t io n a n d b r a i n f u n c t io n . c u r r e n t o p in i o n i n n e u ro b i o l o g y , 1 9 9 5 , 5 ( 4 ) : 5 2 0 - 5 2 6 . 。t r e i s m a n a m, g e l a d e g . a f e a t u r e - i n t e g r a t io n t h e o ry o f a t te n t i o n . c o g n it iv e p s y c h o l o g y , 1 9 8 0 , 1 2 ( 1 ) : 9 7 - 1 3 6 - 。陈彩琦， 刘志华， 金志成 . 特征捆绑机制的 理论模型. 心理科学进展， 2 0 0 3 , 1 1 ( 6 ) : 6 1 6 - 6 2 2 . ( i l l u s o r y c o n j u n c t i o n , i c ) 作出 反应; 标准 5 :捆绑结构之间应能进行特定的相互作用; 标准6 :通过对仅发生于捆绑模式中 的 长时 突 触可 塑性( l o n g - t e r m s y n a p t i c p l a s t i c i ty ) 的 适当限 制可加速学习 过程。 e n g e l 和s i n g e r ( 2 0 0 1 ) 结合捆绑问 题研究的新发展， 也对各领域 研究者在捆绑问题上的界定进行了新的概括 ， 大体可归结为以下四 点: ( 1 ) 信息加工分布于不同的脑区或亚系统的 许多神经元上。 因 此， 正 在参与同 一认知过 程的 神经元应该做上“ 标记” ( t a g g e d ) 。 这样又 需 要一种机制来传达各神经信号之间的特定关系。 ( 2 )复杂环境中的感知和行为通常需要对不同客体或事件的信息 进行平行加工。而这些信息又必须能相互区分开，以实现正确的知觉 或完成目 标指向的行为。因此，与特定客体相关的神经活动应该与无 关信息区分开来，以避免混淆或错误结合。 ( 3 ) 为了保证句法结构的生成和解释认知过程的系统性和创造性， 分布式激活模型中的捆绑应该是特殊而又灵活的。 ( 4 ) 大多数认知功能都要求从丰富的备选信息中实现对相关信息 的选择。 适当的捆绑是突显一部分信息、并将这些信息与特定的相关 内容结合起来的前提条件。 。 v o n ti e r m a ls b u r g c . b in d i n g i n m o d e l s o f p e r c e p ti o n a n d b r a in f u n c ti o n . c u r r e n t o p in i o n in n e u r o b i o l o g y , 1 9 9 5 5 ( 4 ) : 5 2 0 - 5 2 6 . 2知觉特征捆绑的 理论模型 如前所述，知觉特征捆绑的研究自2 0 世纪 s o年代初以来一直是 多学科关注的焦点问题，各学科从各自 的视角出发对捆绑的产生及其 机理做出了自己的解释，从而形成各种不同的捆绑理论和模型。审视 这些理论，可以大体划分为两大主线，一是认知心理学的研究，如特 征整合理论和位置不确定理论;二是神经生理学的模型，如多阶段整 和理论、时间同步性理论和神经网络模型。这五种理论模型虽然只是 众多捆绑理论模型中的一部分，但它们影响较大，其它理论模型也大 都是在此基础上发展而来的。 2 . 1特征整合理论 特征整合理论是t r e i s m a n a . m. 及其同事g e l a d e 于1 9 8 0 年在其联 结搜索( c o n j u n c t i o n s e a r c h ) 任务的 研究