（发展与教育心理学专业论文）客体相似性表征的认知和发展机制研究.pdf

f j 、 ，；， 、 目录 目录 中文摘要i a b s t r a c t 、r 第1 章文献综述1 1 1 客体相似性及表征1 1 1 1 客体相似性的内涵1 1 1 2 客体相似性的认知功能2 1 1 3 客体相似性的表征4 1 1 4 客体相似性的计算模型6 1 2 客体相似性表征与工作记忆7 1 2 1 视觉工作记忆中客体表征的存储容量8 1 2 2 视觉工作记忆中客体表征的存储形式1 0 1 2 3 视觉工作记忆在客体表征中所起的作用1 1 1 3 基于m o r p a 渐变的相似性表征研究1 3 1 3 1m o r p h 变形的原理1 3 1 3 2 基于m o r p h 的行为研究1 4 1 4 相似性表征的认知神经机制1 5 1 4 1 前额叶皮层1 5 1 4 2 颞下皮层1 7 1 4 3 其他区域1 8 第2 章问题提出与研究方案1 9 2 1 需进一步解决的问题1 9 2 2 研究框架和实验安排2 0 2 3 本研究的创新之处2 2 第3 章客体相似性表征加工的研究初探2 3 3 1 实验1 ：刺激图片的初步筛选2 3 3 1 1 实验目的2 3 3 1 2 实验方法2 4 3 1 3 结果与分析2 4 3 2 实验2 ：客体相似性表征的研究初探2 4 3 2 1 实验目的2 4 3 2 2 实验方法2 5 3 2 3 数据分析与统计结果2 6 3 2 4 讨论与结论2 9 西南大学博十学位论文 第4 章成人客体相似性表征的e p , p 研究3 1 4 1 实验3 ：成人客体相似性表征加工的e r p 初步研究3 3 4 1 1 实验目的3 3 4 1 2 实验方法3 3 4 1 3 结果3 5 4 1 4 讨论和结论4 1 4 2 实验4 ：成人客体相似性表征加工的e r p 进一步研究4 4 4 2 1 实验目的4 4 4 2 ，2 实验方法4 4 4 2 3 结果4 6 4 2 4 讨论和结论5 1 第5 章4 - 5 岁儿童客体相似性表征加工的研究5 3 5 1 实验5 ：4 5 岁儿童客体相似性表征加工的初步研究5 4 5 1 1 实验目的5 4 5 1 2 实验方法5 4 5 1 3 结果与分析5 4 5 1 4 讨论与结论5 9 5 2 实验6 ：“5 岁儿童客体相似性表征的精细加工研究6 1 5 2 1 实验目的6 l 5 2 2 实验方法6 1 5 2 3 结果与分析6 l 5 2 4 讨论与结论6 5 第6 章总的讨论与结论6 7 6 1 相似性在客体表征中的作用6 7 6 2 成人客体相似性表征的认知机制6 7 6 3 成人客体相似性表征的认知神经机制6 8 6 44 5 岁儿童的客体相似性表征的认知机制以及和成人的差异对比7 0 6 5 未来研究展望7 2 6 6 结论7 4 参考文献7 5 附录8 7 后记9 3 ， 一 、砑 r f 舳 l 驴， i _ 一 中文摘要 客体相似性表征的认知和发展机制研究 发展与教育心理学专业博士研究生顾本柏 指导老师李红教授 中文摘要 人类在与环境发生作用时，总是遵循着简约、经济韵原则，通过一定的方式 把许多客体划为一类。通过分类( c a t e g o r i z a t i o n ) 可以将数量庞杂的信息统一编码， 有序存储，利于快捷提取，极大地提高了人类的认知效率。基于相似性的分类是 人类最基本最常用的分类方式之一，也是其它分类方式( 比如概念) 产生和发展 的基础。相似性是指人在感官上对事物内在联系的一致性的认识，是知觉目标与 内在源类别表征之间包含相同的特征或结构。尽管不少归纳和分类方面的研究涉 及到相似性表征，但是并没有具体探讨人类相似性表征的认知机制。即使一些研 究专门探讨了视知觉相似性表征，但这些研究都是考察灵长目动物的相似性表征 的脑机制。由于相似性表征在人类归纳和推理等高级认知中起着基础性作用，因 此很有必要对人类的相似性表征的认知和发展机制进行深入系统地探讨。 基于以前的研究，本研究通过6 个实验比较系统地探讨了人类客体相似性表征 的心理物理特征、电生理机制以及随年龄的发展变化特点。 在实验1 中，从互联网上图片库中选取4 3 0 幅不同动物图片，进行黑白处理。 根据形状相似、关键性特征部位在图片上的构图位置相似等原则对这些图片进行 配对，最后确定6 0 对图片作为候选图片。让4 0 名( 2 0 男2 0 女) 在校大学生从熟悉 度、清晰度、轮廓相似度以及关键特征在构图中位置的相似度共4 个维度对这些配 对图片的相似度进行评判打分，最终2 3 对符合选择要求，最后从这2 3 对图片中按 照分数从高到低选取1 0 对作为本研究后续实验的标准原型图片。 在实验2 中，对实验l 中选定的1 0 对配对图片进行m o r p h 处理，每对配对图片生 成与其相似度( 依次为9 0 、8 0 、7 0 、6 0 ) 不同的对称图片8 张。来自某高校的 5 0 名在校大学生( 2 5 男2 5 女) 参与了本实验研究。在每个t r i a l 中，被试的任务是快 速准确地判断刺激图片和这2 张标准原型图片中的哪一张最像，同时电脑自动记录 i 西南大学博十学位论文 被试的反应时和按键反应。整个实验包括1 0 个b l o c k ，每个b l o c k 只有一对标准原型 图片，刺激图片为2 张原型图片及其m o r p h 产生的8 张图片。结果统计和分析表明， 被试的反应时随着刺激图片与原型图片相似度的增高而降低，反应概率随着刺激 图片与原型图片相似度的增高而增高。曲线回归分析表明，对客体相似性的主观 反应与客体相似度之间大致呈二次函数曲线关系。 在实验3 和实验4 中，采用e r p 技术探讨了成人的客体相似性表征的时间进程和 电生理机制。实验3 采用实验l 筛选出来的1 0 对图片作为标准原型图片进行9 级 m o r p h 处理。刺激图片为2 张原型图片以及对其m o r p h 处理产生的9 张相似度依次 为：9 0 、8 0 、7 0 、6 0 、5 0 的左右对称图片共1 1 张。来自某高校的1 7 名在 读大学生( 7 男1 0 女) 参与了本实验。整个实验流程和任务与实验2 一致，同时同步 记录被试的脑电活动。实验结果表明，在行为指标上，随着刺激图片相似度水平 的增高，被试进行客体识别判断的反应速度和正确概率都逐渐提高，表现出和实 验2 较为一致的结果；在e r p 指标上，发现脑电成分n 2 和p 3 0 0 对客体相似敏感，相 似度为5 0 、6 0 、7 0 条件下比8 0 、9 0 、1 0 0 条件下诱发的n 2 波幅明显大； 更有意思的是，相似度为6 0 的刺激图片不但比5 0 的刺激图片诱发的p 3 0 0 波幅明 显小，而且比相似度为7 0 、8 0 、9 0 、1 0 0 的刺激图片诱发的p 3 0 0 波幅也明显 小。这似乎表明客体相似度为6 0 左右很可能为客体相似性识别的一个转折点。偶 极子溯源定位分析结果表明，后扣带回和海马旁回很可能涉及到相似性表征加工。 在实验3 的基础上，实验4 选取相似度变化跨度为2 且与6 0 接近的5 5 、5 7 、 5 9 、6 1 、6 3 、6 5 作为实验中相似度的6 种水平。整个实验流程和任务与实验 2 、3 一致，同时同步记录被试的脑电活动。行为结果表明，在反应时上，随着刺 激图片与原型图片相似度的增高，反应时也随着显著变小；在反应概率上，对相 似度为5 5 、5 7 、5 9 的刺激图片的反应概率之间没有差异，但是它们显著小于 对相似度为6 1 、6 3 、6 5 的刺激图片的反应概率，而相似度为6 1 与6 3 的刺 激图片的反应概率之间差异不显著，6 3 与6 5 差异不显著，但6 1 与6 5 之间差 异显著。更重要的是，在e r p 结果上发现了与行为数据同样的结果。在n 2 成分上 相似度为5 5 、5 7 、5 9 的刺激图片诱发的n 2 波幅显著小于6 1 的刺激图片诱 发的n 2 波幅，同时6 1 与6 3 的刺激图片诱发的n 2 波幅没有显著性差异，但是都 大于6 5 的刺激图片诱发的n 2 波幅；在p 3 0 0 成分上，与标准原型图片的相似度为 一 r 中文摘要 5 5 、5 7 、5 9 的刺激图片诱发的p 3 0 0 波幅显著大于6 1 的刺激图片诱发的波幅， 同时6 5 的刺激图片诱发的p 3 0 0 波幅也显著大于6 1 的刺激图片诱发的波幅，但 是6 1 与6 3 的刺激图片诱发的p 3 0 0 波幅没有显著性差异。实验4 的这些行为和脑 电结果一致表明相似度大约6 l 嗡3 很可能为客体相似性识别过程中的过渡范 围，刺激图片相似度低于6 1 ，由于缺乏足够的信息，无法把这张图片识别为相对 应的原型图片；相似度高于6 5 ，所包含的相似性信息能足以对刺激图片进行正确 表征识别。 实验5 和实验6 探讨了4 5 岁儿童的客体相似性表征的心理物理特征和认知机 制。在实验5 中，实验材料、程序和任务和实验3 完全相同。4 2 名和5 岁的儿童( 2 2 男2 0 女) 参与本次实验。结果表明，和实验2 、3 一样，儿童的反应时随着刺激图片 与原型图片相似度的增高而降低，反应概率随着刺激图片与原型图片相似度的增 高而增高；对客体相似度与儿童的主观相似度判断反应概率进行曲线回归分析发 现，儿童对客体相似性的主观感觉与客体相似度之间也大致呈二次函数曲线关系。 为了考察儿童与成人的客体相似度表征加工机制是否完全相同，对实验3 中成人的 行为数据和实验5 中儿童的行为数据做了统计对比。结果表明，儿童的反应时在任 意相似度水平条件下都比成人的显著大，这可能与儿童的按键反应速度较慢有关。 更重要的是，儿童的反应概率仅在相似度为6 0 时比成人的显著高，而在其它相似 度水平上二者之间没有差异。这说明客体相似性识别时相似度为5 0 时，无论儿童 还是成人从客体中都未获取足够信息进行知觉辨别加工；当相似度为6 0 时，儿童 从客体中获取的相似性信息比成人要多，因此正确反应的概率比成人要明显高； 当相似度超过7 0 以后，成人和儿童在客体获取的相似性信息足够能进行客体识别 加工，故二者之间的反应概率没有差异( 反应概率都达到9 0 以上) 。这个结论也 说明儿童的客体相似性加工能力比成人要强，尤其是在客体之间包含的相似性信 息有限时。这也从另一个侧面印证了儿童和成人在分类加工中采用的加工策略不 同：儿童更多采用知觉相似性进行分类加工，而成人可能更多采用抽象概念进行 分类加工，这和前人的研究一致。 在实验5 的基础上，实验6 采用与实验4 完全相同的实验材料、程序和任务，进 一步探讨儿童的客体相似性表征的认知机制。4 2 名岁的儿童( 1 6 男2 6 女) 参与本 次实验。结果表明，儿童反应概率和实验4 中成人的不同，儿童的反应时随着相似 m 一 愕卜 西南大学博十学位论文 度的增加而显著减小，其中在相似度为5 7 至1 j 5 9 之间反应时的减小值最大，在 5 9 与6 1 之间反应时的减小值最小。同时，除了相似度为6 3 和6 5 之间反应概 率不显著外，相似度的其余条件之间差异都显著，而且从5 5 到5 7 增加量最大， 随后每相邻两个水平条件的增加量没有差异。最后，也对实验4 中成人的行为数据 和实验6 中儿童的行为数据做了统计对比。结果表明，和实验3 和实验5 对比结果基 本趋向一致，反应时在相似度各个水平上儿童的都比成人的明显大；反应概率在 相似度为5 5 时儿童和成人之间没有差异，在5 7 、5 9 时儿童比成人显著高，在 6 1 、6 3 、6 5 时二者之间差异边缘显著，儿童比成人稍微高。这个结果进一步 证实和推进了实验5 的结论：在相似度为5 5 以下，儿童对客体识别的能力与成人 没有差异，也就是说儿童和成人都无法从刺激图片中获得足够的信息进行识别加 工：而在相似度为5 7 - - 6 1 时儿童对客体识别的能力明显强于成人；在相似度为 6 1 一一6 5 之间二者的识别能力差别逐渐减小，当达到6 5 以上时儿童和成人客体 识别的能力基本没有差异，这也从另一方面说明客体相似性表征时，我们能把正 在识别加工的靶刺激比较恒定地知觉为某一目标刺激时，靶刺激与目标刺激的相 似度至少在6 5 以上。 总之，本研究发现：对客体进行相似性表征时主观反应概率与客体相似度大 致呈二次函数关系；4 5 儿童比成人的客体相似性识别能力要强，尤其是在相似度 约为5 7 5 9 时儿童客体相似性识别明显比成人强；无论成人还是儿童在相似度 低于5 5 以下都未能对客体进行识别，而至少高于6 5 以上两者才能对客体比较正 确地进行识别：脑电成分n 2 和p 3 0 0 对客体相似性表征敏感；偶极子溯源分析表明 扣带后回和海马旁回很可能涉及到客体相似性表征加工。 关键词：相似性表征；m o r p h ：事件相关电位( e r p ) ；n 2 ；p 3 0 0 i v d o c t o rc a n d i d a t e ：g ub e n b a i ，a b s t r a c t w h e ni n t e r a c t i n gw i t ht h ee n v i r o n m e n t ，h u m a nb e i n g sc a t e g o r i z et h e mb ys i m p l e a n de c o n o m i cp r i n c i p l e sb y t h ec a t e g o r i z a t i o np r o c e s sc a l lr e m a r k a b l yi n c r e a s et h e e f f i c i e n c yo fc o g n i t i o n 弱i tl e n d si t s e l ft oo r d e r l ya n dq u i c k l ye n c o d i n g ，s t o r i n ga n d r e t r i e v i n gi m m e n s ea n dc o m p l i c a t e di n f o r m a t i o n ms i m i l a r i t y b a s e dc a t e g o r i z a t i o ni s o n eo ft h em o s tc o m m o nw a y st oc l a s s i f yi n f o r m a t i o na n dl a y st h eb a s i sf o rm a n yo t h e r c a t e g o r i z a t i o n s ，s u c ha sc o n c e p t s s i m i l a r i t yr e f e r st oc o m m o nf e a t u r e s o rs t r u c t u r e s b e t w e e np e r c e i v e do b j e c t sa n dt h er e p r e s e n t a t i o no fi t sp r o t o t y p ec a t e g o r i z a t i o n , b a s e d o nw h i c hh u m a n sc a no b t a i nt h ee s s e n t i a lr e l a t i o n s h i po ft h ew o r l d f e ws t u d i e ss of a r h a v eb e e nd o n et oe x p l o r et h em e c h a n i s mo ft h es i m i l a r i t y - b a s e dr e p r e s e n t a t i o n , e v e n t h o u g hac o u p l eo f r e s e a r c h e sa b o u tc a t e g o r i z a t i o nm e n t i o n e dt h i si s s u e a l s ot h e r ee x i s t s e v e r a lr e s e a r c h e sw h i c hs p e c i a l i z ei n t h es i m i l a r i t y - b a s e dr e p r e s e n t a t i o n , b u tt h e r e s e a r c ho b j e c t sa r et h eb r a i nm e c h a n i s mo np r i m a t e s t h ec o r ea n db a s i cr o l eo ft h e s i m i l a r i t y - b a s e dr e p r e s e n t a t i o ni ni n d u c t i o na n dr e a s o n i n gc o g n i t i o nm o t i v a t eu st o e x a m i n ei t sm e c h a n i s md e e p l ya n ds y s t e m a t i c a l l y o nt h eb a s i so fp r i o rs t u d i e s ，s i x e x p e r i m e n t sh a v eb e e nd o n ei nt h ep r e s e n tr e s e a r c ht oe x p l o r et h em e c h a n i s mo ft h e s h n i l a r i t yr e p r e s e n t a t i o no fo b j e c t si nh u m a nb e i n g si nad e v e l o p m e n t a lp e r s p e c t i v e 晰t hu s i n gp s y c h o p h y s i c a l ，e l e c t r o p h y s i o l o g i c a lm e t h o d s i ne x p e r i m e n t1 ，4 3 0a n i m a lp i c t u r e sw e r es e l e c t e df r o mt h ei n t e r a c ta n dw e r e d e c o l o f i z e ds ot h a tt om a k et h e ml o o kb l a c ka n dw h i t e 6 0p a i r so fp i c t u r e sm e tt h e r e q u i r e m e n to fc a n d i d a t ep i c t u r e sb ym a t c h i n gt h es i m i l a r i t yo ft h e i rs h a p e sa n dt h e p o s i t i o no ft h ek e yf e a t u r e s 4 0c o l l e g es t u d e n t sw e r ea s k e dt oe v a l u a t et h es i m i l a r i t yo f t h ec a n d i d a t ep i c t u r e sa c c o r d i n gt ot h ef a m i l i a r i t y , s i m i l a r i t yo ft h es h a p e s ，s i m i l a r i t yo f t h ep r o f i l e sa n dt h ep o s i t i o no ft h ek e yf e a t u r e s 2 3p a i r so fp i c t u r e sm e tt h ef i n a l r e q u i r e m e n t sa n d10p a i r sw h i c hr a n k e dh i g h e rs c o r e sw e r ec h o s e na st h es t a n d a r d v 西南大学博士学位论文 p i c t u r e sf o rt h ef o l l o w i n ge x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s i ne x p e r i m e n t2 ，8s y m m e t r i c a lp i c t u r e sw e r eg e n e r a t e da ss t i m u l u sp i c t u r e sb a s e d o nt h ed i f f e r e n tl e v e l so fs i m i l a r i t y ( 9 0 ，8 0 ，7 0 a n d6 0 ) t ot h es t a n d a r dp i c t u r e s f o re a c ho ft h e10p a i r su s i n gm o r p ht e c h n i q u e 5 0c o l l e g es t u d e n t s ( 2 5m a l e sa n d2 5 f e m a l e s ) p a r t i c i p a t e di nt h ee x p e r i m e n ta n dw e r ea s k e di ne a c ht r i a lt oj u d g ew h i c ho f t h et w os t a n d a r d p i c t u r e sw a sm o r es i m i l a r t oas t i m u l u sp i c t u r ea s q u i c k l ya n d a c c u r a t e l ya sp o s s i b l e r e a c t i o nt i m ea n dr e s p o n s e sw e r er e c o r d e d 2s t a n d a r dp i c t u r e s a n dt h ec o r r e s p o n d i n g8m o r p h e dp i c t u r e sw e r ec o n t a i n e di ne a c ho ft h ew h o l e10 b l o c k s 砀er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e a c t i o nt i m ew h i l ed e c r e a s e da n dt h ea c c u r a c yr a t e i n c r e a s e da st h es i m i l a r i t yb e t w e e nt h es t i m u l u sp i c t u r e sa n dt h es t a n d a r dp i c t u r e s i n c r e a s e d c u r v i l i n e a rr e g r e s s i o na n a l y z i n gi n d i c a t e dt h a tq u a d r a t i cf u n c t i o nc a ne x p l a i n t h er e l a t i o nb e t w e e nt h ep e r c e p t u a ls i m i l a r i t yo fo b j e c t sa n dt h ep h y s i c a ls i m i l a r i t yo f o b j e c t s i ne x p e r i m e n t 3 ，e r pt e c h n i q u e sw e r ee m p l o y e dt oe x p l o r et h et i m ec o u i a n dt h e e l e c t r o p h y s i o l o g i c a lm e c h a n i s mo ft h es i m i l a r i t yr e p r e s e n t a t i o no fo b j e c t si na d u l t s 2 s t a n d a r dp i c t u r e sa n d9s y m m e t r i c a lp i c t u r e sw h i c hw e r eg e n e r a t e db a s e do nt h e 5 l e v e l so fs i m i l a r i t y ( 9 0 ，8 0 ，7 0 ，6 0 a n d5 0 ) t ot h es t a n d a r dp i c t u r e sw e r e c o n t a i n e di nt h ee x p e r i m e n tm a t e r i a l s 17c o l l e g es t u d e n t s ( 7m a l e sa n d10f e m a l e s ) p a r t i c i p a t e di nt h ee x p e r i m e n t ，n l ep r o c e d u r ea n dt h e t a s kw e r es a m ea st h o s ei n e x p e 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r i o rc i n g u t a t ea n dp a r a h i p p o e a m p a lg y m sm i g h ti n v o l v ei nt h ep r o c e s s i n go f s i m i l a r i t yr e p r e s e n t a t i o n b a s e do ne x p e r i m e n t3 ，6l e v e l so fs i m i l a r i t yw h i c hw e r ea l lc l o s e dt o t h el e v e lo f 6 0 a n dd i f f e r e df r o me a c ho t h e ri nt h ea m o u n to f2 w e r ee m p l o y e da s6c o n d i t i o n s i ne x p e r i m e n t4 n ee x p e r i m e n tp r o c e d u r ea n dt h et a s kw e r ea ss a m ea st h o s ei n e x p e r i m e n t2a n d3 b e h a v i o r a ld a t as h o w e dt h a tr e a c t i o nt i m ed e e r o a s e ds i g n i f i c a n t l y v i i a b s t r a c t 皇曼曼曼量曼量鼍量皇量皇曼曼皇曼曼量曼曼曼曼曼皇笪曼量曼吕曼曼曼曼曼舅曼量鼍曼曼曼曼皇曼舅曼曼曼皇量曼量量曼量量皇曼曼曼曼曼曼曼量舅曼曼曼i 皇曼量量量舅曼曼量曼曼 a st h es i m i l a r i t yl e v e li n c r e a s e d i nt e r m so ft h ea c c u r a c yr a t e ，n od i f f e r e n c ew e r ef o u n d a m o n gt h el e v e l so f5 5 ，5 7 ，5 9 ，b u tt h e yw e r ea l ll o w e rt h a nt h el e v e l so f6 1 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