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浙江，= 学硕士学位论文 客体位置判断的视触关联研究 摘要 视觉和触动觉对我们的日常生活都是非常重要的，本文从个体对客体位置信 息的加工池发，对触动觉位置加工以及视触位置信息整合的特点进行了探讨。研 究结果表明，在触动觉通道内，当个体伸手对客体位置进行判断时，对对侧空问 客体位置的变化感知更加敏感和准确，同时对距离呈现中心较远的客体的位置判 断成绩较好，而客体呈现时所在的半空间对左右手的客体位置判断成绩并没有产 生一致的影响；在视触空间位置信息整合时，在比较简单的任务中，个体通过手， 胳膊的关节以及本体感觉所获得的对空间位置信息的衰征可能更加明显和准确， 因此在信息整合时被给予了较大的权重发挥了更大的作用，而随着空间信息加 工任务难度增大，触动觉获得的空间位置信息表征的准确度可能会下降，因此在 视触整合时被给予的权重会变小，而视觉对触动觉的引导作用开始显现出来并变 得比较重要。 关键词：触动觉；视触整合；客体位置判断 浙江大学硕士学位论文 t h ei n t e r a c t i o no f v i s u a la n dh a p t i cj u d g e m e n te f o b j e c tl o c a t i o n a b s t a c t v i s i o na n dh a p t i ca l eb o t hi m p o r t a n tf o rl a s i nt h ep r e s e n ts t u d y , b a s e do i lt h e p r o c e s s i n go fs p a t i a ll o c a t i o ni n f o r m a t i o n ，t h eh a p t i cl o c a t i o np r o c e s s i n ga n d t h e i n t e g r a t i o no f l o c a t i o ni n f o r m a t i o nb e t w e m av i s i o na n dh a p t i cw e f ed i s c u s s e dt h e r e s u l t so f t h r e ee x p e r i m e n t ss h o wt h a t ，w i t h i nt h et m p t i cm o d a l i t y , w h e np e o p l er e a c h e d o u ta n dm a d ei u d g e m e n to nt h eo b j e c tl o c a t i o n ，t h ep e r f o r m a n c eo nt h eo b j e c tl o c a t i o n i nt h ec o n t r a l a t e r a ls p a c ew a sb e 扛e lo b j o c tp o s i t i o n e di nt h ep e r i n h c r yo f t h e p r e s e n t a t i o nb o a r dw e l er e a c t e dt om o r ea c c u r a t e l yt h a nt h o s ep o s i t i o n e dm o r e c e n t r a l l y t h eh e m i s p a c ew h e r et h es t i m u l u sw a sp e r c e i v e dd i dn o ti n f l u e n c et h e p e r f o r m a n c e o f l e f t h a n d a n d f i g h t h a n d e o n s i s t e m l y ；d u r i n g t h e i n t e g r a t i o no f v i s i o n a n dh a p f i c ，i nt h es i m p l et a s k s ，t h er e p r e s e n t a t i o no f s p a t i a ll o c a t i o ni n f o r m a t i o ng m n e d b yt 1 1 ei o i n to f h a n da n da r n la n dp r o p r i o e a p t i v es e n s a t i o nm a yb em o r eo b v i o u sa n d a c c u r a t ea n dw a sg i v e ng r e a t e rw e i 曲t s b u ta st h et a s k sb e c o m i n gm o r e e o m p l e x e d t h ea c c u r a c yo f 也er e p r e s e n t a t i o no f s p a t i a li o c a f i o ni n f o r m a t i o ng a i n e d b y h a p t i c w i l ld e c l i n e a n d t h eg u i d a n c eo f v i s i o n t oh a p f i cb e g a n t o b e m o r e i m p o r t a n t k e yw o r d s ：h a p t i c ；t h ev i s u a l - h a p t i ci n t e g r a t i o n ；o b j e c tl o c a t i o n j u d g e m e n t 2 浙江大学硕士学位论文 客体位置判断的视触关联研究 1 前言 1 1 研究背景 空间信息加工是储存关于我们环境特点的空间特征的知识并在将来的某个时 刻及时提取它的能力。空间信息加工对我们的日常工作、生活都是非常重要的， 它允许我们记住环境中重要的客体在什么地方，并在需要的时候能够及时准确地 发现他们；另外提供了可以用来导航的一般的空间地图。客体位置记忆是非常重 要的空间信息加工能力。人要正常的生存，不仅要能识别客体的身份，如颜色形 状等，而且要能准确地把握客体的位置。从古代人们的狩猪和采集开始，对客体 身份和位置的加工能力就得到了不断的锻炼。在工业生产中，准确的记忆和判断 各种操作控制按钮或者装置的位置，可以使我们在需要的时候快速从容地进行各 种操作，并减少或避免出现失误。 在日常生活中，视、听、触等多种感觉系统是同时发挥着作用的。对于客体 位置，我们可以用视觉来判断，比如用口睛来判断前面一个物体在什么位置，离 我们有多远：也可以用听觉来定位；同时还可以伸手抓握来判断，在近距离可以 直接伸手抓握束判断客体的位置，在远距离可以通过使用工具来延伸人的触摸觉 进行位置判断：另外有时候我们需要整合多个通道的信息来判断客体的位置，有 时候我们需要各个通道来= ! j n t - 不同的位置信息，比如开车在公路上行驶的司机， 既要通过视觉来判断前面汽车和后面汽车的位置，又要用伸手抓握各个档位以及 时的控制车的行进速度和方向等。 触觉系统通常被分为肤觉亚系统和触动觉亚系统，肤觉亚系统利用的感觉信 息来自于皮肤里面的感受器，触动觉亚系统综合了肤觉和动觉的信息，利用肤觉 信息和来自于肌肉、肌腱和关节里获得的肌肉运动知觉信息来感觉我们的肢体在 空问中的位置和运动，一般是由个体通过手的主动触及动作来获取外界信息的， 并多伴随有手或身体的运动。在某种程度上可以说触动觉的活动就体现在手动 上。触动觉是人们感知外部世界的一扇重要窗户，它对于人们的生活和学习来说 具有重要的生物学意义。 视觉和触动觉是我们非常重要的两种感觉，但视觉一直以来都是感觉研究中 浙扛大学硕士学位论文 1 前言 客体位置判断的视触关联研究 1 1 研究背景 空间信息加工是储存关于我们环境特点的空闻特征的知识并在将来的某个时 刻及时提取它的能力。空问信息加工对我们的日常工作、生活都是非常重要的， 它允许我们| 己住环境中重要的客体在什么地方，并在需要的时候能够及时准确地 发现他们：另外提供丁可以用来导航的一般的空闻地图。客体位置记忆是非常重 要的空问信息加工能力。人要正常的生存，不仅要能识别客体的身份，如颜色形 状等，而且耍能准确地把握客体的位置n 从古代人们的狩猪和采集开始，对客体 身份和位置的加工能力就得到了不断的锻炼。在工业生产中，准确的记忆和判断 各种操作控制按钮或者装置的位置，可以使我们在需要的时候快速从容地进行各 种操作，并减少或避免出现失误。 在日常生活中，视、昕、触等多种感觉系统是简对发挥着作用的。对于客体 位置，我们可以用视觉来判断，比如用眼睛来判断前面一个物体在什么位置，离 我们有多远；也可以用听觉来定位：同时还可以伸手抓握来判断在近距离可以 直接伸手抓搓柬判断客体的位置，在远距离可以通过使用工具来延伸人的触摸觉 进行位置判断；另外有时候我们需要整合多个通道的信息来判断客体的位置，有 时候我们需要各个通道来加工不同的位置信息，比如开车在公路上行驶的司机， 既要通过视觉来判断前面汽车和后面汽车的位置，) 己要用伸手抓握各个档位蛆及 时的控制车的行进速度和方向等。 触觉系统通常被分为肤觉亚系统和触动觉亚系统，肤觉亚系统利用的感觉信 息来自于皮肤里面的感受器，触动觉亚系统综合了肤觉和动觉的信息，利用肤觉 信息和来自于肌肉、肌腱和关节里获得的肌肉运动知觉信息来感觉我们的肢体在 空问中的位置和运动，一般是出个体通过手的主动触及动作来获取外界信息的， 并多伴随有手或身体的运动。在某种程度上可以说触动觉的活动就体现在手动 上。触动觉是人们感知外部世界的一扇重要窗户，它对于人们的生活和学习来说 具有重要的生物学意义。 视觉和触动觉是我们非常重要的两种感觉，但视觉一直以来都是感觉研究中 视觉和触动觉是我们非常重要的两种感觉，但视觉一直以来都是感觉研究中 浙大学硕士学位论文 的热点，相比之下对触动觉的研究较少，而生活中“手眼并用”却是非常平常的 例子，触摸能使我们确信物体存在并使视觉保持物体的持久的感觉。尽管感觉能 力看起来是各自独立的，但是许多研究都发现我们的感觉器官是相互联系的，如 前面所述对于客体的位置，我们可以利用视觉，也可以利用触动觉来判断，或 者实现两个通道信息的整合。在前人对视觉客体位置记忆研究的基础上，本文试 对触动觉客体位置记忆以及视触客体位置信息间的整合的特点进行研究，以进一 步加深对空间信息加工的认识。 1 2 相关的研究基础 1 2 1 视觉和触动觉空间信息加工的相关研究 1 2 1 1 视觉空间信息加工所用的两类信息 k o s s l y n ( 1 9 8 7 ) 的研究表明：视觉系统用两类空间信息来完成它的功能。并 列的空间关系表征了两个客体间或客体的两部分之间的精确距离，保持了精确的 位置信息；归类的空间关系把一些位置当作相等的类来表征，以更加粗糙和抽象 的方式来决定物体之间和物体的各个部分之间的相对的空间关系，比如上下、左 右等，归类的空间信息被假定为不精确的、命题式的。同蹦表明左半球加工归类 的空间信息有优势，而右半球加工并列的空问信息有优势。r y b a s h 和h o y e rf 1 9 9 2 ) 认为女性加工归类的空间关系有优势，而男性加工并列的空间关系有优势，因为 归类的空间关系依赖的表征需要有比较强的言语成分，而后者所依赖的表征基本 上是与苦语无关的。 1 2 1 2 空间位置记忆的三种加工成分及与言语生成抑制的关系 人类的空间信息加工能力，比如记住物体的位置，需要多种独立的加工。个 体需要对客体所占的精确的位置进行编码、然后分配各个客体给相应的位置和实 现这两种空间信息的整合。p o s t m a ( 2 0 0 0 ) 等人证明客体位置记忆不是一个单一的 系统，至少由两个独立的机制组成。在对脑损失病人的研究中发现四个病人表 现出了选择性的空间记忆损伤两个在精确位置加工阶段损伤，另外两个在客体 到位置分配和整合过程损伤。同时表明空间记忆问题更加容易出现在右半球或者 顶叶损伤的病人中，这与前人的研究右半球和后顶叶皮层包含在空间加工中是一 致的。p o s t m a 和d e h a a n ( 1 9 9 6 ) 的研究表明在客体位置记忆中，位置编码本身主要 浙江大学硕士学位论文 利用并列的空蒯关系，使客体保持绝对的位置，而客体到位置分配主要利用归类 的空间关系，因此位置编码本身可能会出现男性优势，而女性在客体到位置分配 上可能会做的好些。p o s t m a ( 1 9 9 8 ) 曾研究性别差异是否在客体位置记忆的这些成 分中存在，并结合言语干扰任务进行了研究。作者在计算机上给被试呈现一个正 方形f 里面有1 0 个不同的物体) 3 0 秒然后消失，被试按照三种条件重放物体，结果 表明，女性在客体到位置分配和结合条件下跟男性无差异，在位罱重放条件下不 如男性，表明男性在空间记忆中的优势并不是一个一般的优势，而只使用于特定 的具体的加工。编码时利用的双重任务( 同时的言语生成抑制) 没有与性别产生交 互作用，表明女性的比较弱的位置编码不是由于没有使用有效的言语策略造成 的。p o s t m a ( 2 0 0 2 ) 也检验了言语生成抑制对客体位置记忆三个独立成分的影响。 结果表明客体到位置分配和整合加工( 这两个更加依赖于言语信息) 受到了同时 的言语生成抑制的影响，而位置编码( 更依赖于空间信息) 则受影响较小，结果支 持空间工作记忆的某些形式并不仅仅受视空间画板的限制，而同样依赖于语音回 路。 1 2 1 3 视觉和触动觉空间信息加工的半空间效应和距离效应 1 2 1 3 1 大脑两半球加工的一侧优势 正常情况下，大脑两半球是协同活动的，进入大脑任何一侧的信息会通过胼 胝体传达到另一侧。以便于大脑做出统一的反应。尽管脑的两个半球非常相似， 但是两半球在结构和功能上都有明显的差异。近年来，由于割裂脑的研究，人们 有可能单独的研究两个半球的功能。g a z z a n i g a ( 1 9 6 7 ) 研究表明，两个半球可能具 有不同的功能。语言功能主要定位于左半球而知觉物体的空间关系等主要定位 于右半球。但是两个半球的功能的一侧化并不是绝对的，近年来许多研究发现， 右半球在言语理解中同样起作用，在加工复杂程度不同的句子时，右半球上与左 半球经典的语言区对应的部位也得到激活，只是激活的强度低于左半球( j u s t 等， 1 9 9 6 ) ；s p e n c e r ( 2 0 0 0 ) 等人对半空间忽略病人的研究表明大脑半球具有很强的引 导注意到对侧空间的倾向，而且左半球比右半球具有更强的对侧注意偏向。 1 2 1 3 2 视觉空间位置信息加工的半空闯效应和距离效应 在前人对视觉客体位置记忆的研究中，有些研究者发现了半空间效应和距离 锅旺大学壤土学位论文 效应。半空问是指身体中线左边或右边的外部空间。许多实验表明编码阶段刺激 呈现的空日位置对个体的作业成绩有显著的影响。b r u g g e r ( 2 0 0 0 ) 发现对编码时在 左半空间记忆的图形位置的反应要快于在右半空间记忆的图形位置。目前对半空 间效应有以下几种解释：h e i l m a n ( 1 9 8 1 7 ) 的研究表明每个大脑半球会调整对侧半 空间的注意和目的：l e m p e r t 和k i n s b o u m e ( 1 9 8 5 ) 根据半球不对称模型解释半空间 效应，认为具体的认知操作会激活左半球或者右半球，这种不对称的皮层激活会 引起对侧眼的运动，眼朝向左或右的运动会易化对侧半球的激活。另外有人认为 半空刮效应或许反映了在保持而不是转移注意到边或另边的依赖于任务的 不对称。更加静态的模型认为半空间效应反映出每一个半空间在对侧半球的优势 性表征或映射。b r u g g e r ( 2 0 0 0 ) 发现半空间效应的神经机制可能是一个动态的、注 意驱动的两个半球的不对称的激活和一个更加静态的每个半空间在对侧半球的 优势性映射的结合。 距离效应：客体的位置距离呈现界面的中心越远，接下来对他们的反应和操 作可能会更快、更准确。b r u g g e r ( 1 9 9 8 ) 在尺子和钟表任务中也发现了类似距离效 应，尽管不是太明显，同时在2 0 0 0 年发现从中央到一个特定图形位置的距离对接 下来对图形位鼍的左右决策反应( 目标呈现在呈现板左边还是右边) 有显著的影 响。作者认为距离效应可能是靠近呈现板中央的图形位置的模糊性增加的结果。 一个图形距离中央越远，相对于左右纬度，它的位置在呈现板上就越清晰。 1 2 1 3 3 视触线条或者木棒二分的半空间效应研究 判断水平呈现的线条或者木棒的中点在视觉和触觉通道内被广泛用来探索 正常被试知觉和注意因素的一侧化问题。许多研究发现，正常被试倾向于判断视 觉呈现的线条或触摸感知的木棒的中点偏向实际中点的左边，该效应在个体均分 两点之距时也出现了。但是，这方面的研究没有形成一致的结果。另外，b o w e r s 和h e i l m a n ( 1 9 8 0 ) 导健康被试用左右手触摸双分木棒( 木棒分别在被试前面、左 半空间或右半空间) 。他们发现被试取手的操作役有差异，但是双分在左半空间 进行时更加准确( 与右边和中间相比) ，出现了半空间效应。尽管有许多研究在听 觉和视觉通道揭示了同样的半空间效应，但是也有一些研究没有发现。虽然前人 关于线条或者木棒二分的半空间效应的研究结果不太一致，但是也形成了一些解 释 6 新江大学硕士学位论文 知觉假设：根据此假设，右半球比左半球有更强的视空间加工能力，特别是 在对精确空间信息的加工中，对侧半空间的刺激( 左边) 与同侧的( 右边) 相比以更 高的阈限被知觉，因此，中点与身体中线对齐的线刺激向左的部分比向右的部分 有更强的知觉明显性。 注意假设( 伪忽略) ：正常被试两半球注意不平衡看起来能解释这些偏好。当 一个半球比另一个半球的参与度更高时，注意将会偏向对侧，既然与精确的信息 加工相关的空间任务主要依赖于右半球，注意将会转向刺激的左边而较少注意右 边。但是，该假定与知觉假定不一致，假定右半球的激活没有增加左半空间刺激 的知觉明显度。 1 2 2 关于伸手运动时手及胳膊姿势的研究 在现实生活中，手作为一个兼具有触觉和运动功能的器官，在触摸活动中扮 演着十分重要的角色。k e l l y ( 2 0 0 0 ) 的研究表明在人类群体中大约9 0 的人为右 利手，喜欢用右手来完成熟悉的和不熟悉的任务，1 0 的人为左利手，也有的是 混合手，喜欢用右手进行某些活动，而用左手进行另一些活动，个体不仅用他们 的优势手来做多数的单手运动任务，也广泛的用在其它任务中，因此可以通过对 个体对双手的利用情况，了解个体在什么样的任务中更倾向于用左手，什么样的 任务中更倾向于用右手。手的用途非常广泛，我们的许多动作都要靠伸手抓握来 完成，我们用它来探索、知觉和识别外表、客体和它们的特点，我们也用手或者 结合工具来实现稳定的抓握、传送和操纵客体。要准确定位个体的手，如发现手 相对于身体的位置，我们必须要用本体感觉信息或视觉信息之一或者两者都用。 目前还不清楚中枢神经系统是如何结合同时获得的本体感觉信息和视觉信息，但 是两者可能随客体方向和位置的变化而获得不同的权重，受到不同的重视，其中 关节的旋转角度可能会对位置感的判断产生影响，r 0 1 1 ( 1 9 9 1 ) 的研究表明来自于 关节角度的本体感觉和肌肉等的动觉信息在向胳膊姿势发出信号和执行运动中 有重要的作用。r o s s e t t i ( 1 9 9 4 ) 的研究表明位置感觉的正确率，基于本体感觉。随 着胳膊姿势的变化而变化。特别是，在胳膊的关节伸展的角度接近能旋转的角度 的一半时最准确，随着角度的变大或变小，准确率将降低。伸手运动，比如对个 体周闱空削的触摸探索或者执行目标引导的运动，需要将感觉信号转换为适当的 动作命令信号。视动转换是动作控制研究中比较重要且仍旧没有定论的一个。最 浙江犬学硕士学位论文 近的电生理和神经心理学研究表明没有单一的、超通道的空间地图用来引导运 动相反，动作受到多个并列系统的计划和控制，每一个依附于身体的一个部分。 最优整合模型认为大脑考虑到最小化知觉到的位置的不确定性给来自每个通道 的信息以不同的权重，该权重是变化的，不仅仅是随着实验条件比如被动还是主 动运动变化，而且在一个给定的条件中也随着方向变化。因此，说一个通道控制 另一个是不恰当的，更好的描述是给予两者的权重是灵活变化的，该权重因为精 确度而最优。目前不清楚大脑如何获得关于方向依赖的精确度的知识，大脑的多 感觉区比如硕叶可能用来实现最优整合计算。 s t e p h e n 和j a c k s o n ( 2 0 0 2 ) r a ；t 究了个体伸手触摸时对外部空间的判断情况。让 被试调整目标靶的方向与参照靶一致，共有四个位置，每个位置有四个方向。统 计表明触摸匹配错误的方向和强度随着目标耙在工作空间中的不同的位置会发 生不同的变化，并且与参照靶的方向呈函数关系，触觉错误在最左边的位置而且 是负方向时错误最多，因为左手产生了相对极端的姿势( 手腕向外弯曲，肩提升， 此时伸展角度变大或小) 。最优整台模型认为来自于多个通道的感觉信息根据每 个通道信息的精确性会以依赖于任务的方式被结合，而作者研究发现触觉错误是 动态的并根据相关的感觉信号( 如本例中的本体感觉线索和视觉的可用性) 的精 确度以依赖于任务的方式发生变化，同时发现对个体周围空间的表征是根据任务 需要而动态的、灵活的建构的。 1 2 3 视觉和触动觉间信息整合与相互作用 在只常生活中，人们总是利用视、听、触等多种感觉信息源来感知外部世界 的。h e l l e r ( 1 9 8 2 ) 的实验研究表明，视觉和触动觉同时可利用的情况下被试的任 务绩效要高于任何一种单一通道可用的绩效。h i u ： s ( 2 0 0 2 ) 等人的研究也表明，通 道间信息的结合能改善我们对客体的认识，而且不会失去单一线索的信息。比如 眼睛和手都能提供关于客体形状的信息，眼瞎利用双眼视差、透视等线索来估计 形状；手借助于触摸和本体感受器的线索来提供触觉形状信息。丽且，大量研究 表明( c oj 】，1 9 7 7 ：k l a t z k y , 1 9 9 1 ) 当具有视觉的人只用触动觉去知觉时，除构成触动觉 形象外，触动觉信息还常常转化成比较鲜明的视觉形象，这个现象叫做“视觉化”。 它跟人的视觉表象极其丰富、视觉在人的感觉中所占的重要性是分不开的。这种 视觉化对触动觉知觉是有益的。它使触动觉信息可以同丰富的视觉信息联系起 浙江大学碰上学位论文 来，得到更精细的加工。这在有关视触关联的神经机制上也得到证实，当被试利 用触动觉对物体的形状、大小等“宏观几何”特征进行辨别时，往往会引起视皮 层的激活。徐敏( 2 0 0 1 ) 研究表明，儿童在完成视觉迷宫搜索任务中，手受控制的 程度对任务的完成有重要影响。低年龄儿童表现出对触动觉的依赖最为明显，但 这种依赖会随着年龄的增长而逐渐减弱，最终达到内化隐蔽的程度。前人从客体 大小、形状、方向及质料特征辨别上对触动觉和视觉的相互作用研究的较多，本 文将从个体对客体空问位置的定位时的视触间的关系进行研究。 1 - 3 本研究的构思 回顾感知觉的研究，我们会发现对视觉的研究比较广泛和深入，而且人们所 获得的外部信息大部分都是由视觉提供的；尽管有时我们会认为各种感觉系统是 独立发生作用的，但是近年来许多研究表明个体要对来自于各个感觉通道的信息 进行整台，然后做出反应。对客体位置的加工是非常重要的一项空间加工能力， 人要正常的生存，不仅要能识别客体的身份，如颜色形状等，还要能准确把握客 体的位置，而且对客体身份和位置的加工能力已经随着动物的进化而得到了不断 的锻炼。个体对客体位置的定位不仅依赖于视觉和听觉，而且视觉信息要转换为 动作命令，还需要整合多个通道的信息，特别是在个体的伸手运动中的触动觉信 息。触动觉在近距离可阻通过伸手触摸来感觉客体的位置，远距离可以通过使用 工具来延伸个体的触摸觉来完成对客体的操作。 视觉客体的空间位置定向能力的习得过程是视觉与触动觉等建立联系的过 程，另外，视觉经验的形成一开始受到触动觉经验的影响，最后，触动觉经验以 与视觉经验结合的形式保留下来，并在成人许多视觉经验中起着潜在的作用，正 是机体各个通道的协同作用才构成了人完整的信息加工。对视听等信息的加工总 是伴随着对触动觉信息的潜在的加工。反过来，触动觉加工也离不开视听觉等信 息的加工。所咀，视觉一触动觉关联的研究对揭示人完整的、真实的信息加工过 程是必不可少的。 综合前人的研究发现，对客体位置的加工机制，前人从视觉、听觉研究的较 多和较深入，而且也对空间位置加工所包含的一些成分进行了研究，但从伸手抓 握时的触动觉角度进行研究的较少，触动觉( h a p t i c ) 是人类认识世界的基本通道， 探讨触动觉与视觉的关系有助于揭示触动觉及触动觉经验在认知过程中的作用。 l 哳江人学硕士学位论文 本研究尝试从个体伸手抓搓客体时触动觉对客体位置的感觉的情况进行研究，并 分析了视觉和触动觉空间位置信息整合的中间过程，以及探索视觉客体位置记忆 的一些结果的普遍性问题( 比如一侧化效应和距离效应) ，试图扶理论上使对客体 位置加工机制的研究更加完善；并为多个手动操作任务的界面设计提供人类工效 学数据。在工业操作中，个体往往面对多个任务如何在个体的操作空间中对这 些任务进行设计以便更有利于双手的操作和控制是人机交互中合理化设计的一 个问题，比如多个任务在空间和顺序上的布置等。触动觉通道是基本的人一机交 互通道，通过对个体伸手触摸时列外部空间中客体位置的表征情况进行研究，有 助于为建立更加有利于双手操作的、布局设置合理的高效的人机界面提供理论依 据。 根据以往的研究，我们对实验的结果做了初步的预测： 1 、根据视觉客体位置判断以及视触线条或者木棒二分研究中有关半空间效 应的研究，我们预测编码时客体呈现所在的半空间可能对个体的客体位置 判断成绩产生影响。 2 、根据视觉客体位置判断中有关距离效应的研究，我们预测个体在伸手抓握 判断客体位置时，对距离客体呈现界面中心较远的客体的位置的判断会更准 确。 3 、在视触跨通道实验中，我们预测在先视后触和先触后视学习条件下，个体 对客体位置的判断可能随着操作手以及操作空间的变化而发生动态的变化。 o 挣 江大学硕士学位论立 2 实验一：触动觉客体位置判断研究 2 1 实验目的 本研究通过对个体伸手抓握时对客体位置的记忆和判断情况进行研究，考察 左右手在伸手抓握时对左右半空间客体位置的判断情况，试图检验在个体伸手抓 握对客体位嚣判断时是否会出现前人研究中所发现的半空间效应和距离位置效 应，并分析了优势手与非优势手在空间位置判断中是否有差异。另外，考虑到个 体伸手抓握对客体位置判断时涉及到手及胳膊关节的运动，因此结合有关胳膊姿 势的研究，通过个体对不同位置的反应情况对胳膊伸展姿势对个体伸手抓握位置 判断的影响进行分析，以探讨个体做伸手运动时对周围空间表征的特点。 2 2 实验设计 本实验采用2 ( 操作空间：左右半空间) 2 ( 操作手：左右手) 的二因素被试内 实验设计，半空间指被试身体中线以左或者以右的外部空间。在左右半空问我们 分别选择了四个位置，每次选择左边或者右边四个位置中的两个位置让被试伸手 抓握学习然后对同侧的四个位置都判断一次，即每伸手抓握学习两次，进行四 次判断左右手在左右半空间分别学习l o 次，然后进行4 0 次判断，共进行1 6 0 次位簧判断反应，加上练习反应1 6 次，共完成1 7 6 次随机排列的刺激反应。 2 3 实验方法 2 3 1 被试 浙江大学2 6 名在校学生为被试，1 3 男、1 3 女参加了实验，所有被试均为右 利手，没有类似的实验经历，所有被试矫正视力正常而且胳膊能自由伸展，无 骨骼肌肉损伤。被试分别单独参加实验，实验后付给一定的报酬。 2 3 2 实验材料 被试抓握客体为边长为2 厘米正方形小术块，木块呈现在实验室的长方形桌 上( 桌子长】4 0 厘米，宽7 0 厘米) ，木块问的距离为3 厘米，另外配备一眼罩用 来遮挡被试的眼睛。 2 3 3 实验程序 实验在安静独立的实验室中进行，每次一人。以多数被试日常读写的桌椅高 浙江大学硕士学位论文 度安排实验桌椅，以使被试能够比较舒服的进行伸手抓握运动，被试开始时正坐 于桌面上的基准小木块的前方两手平铺放于桌上，身体中线对准桌面上的小木 块，其中操作手捏住小术块，小术块垂直距离呈现板的中央2 5 厘米，我们用该 小木块来表明被试抓握的起始点。被试抓握的小术块呈现在长方形桌子的中间， 选择的呈现范围为桌子中心左右各2 5 厘米内，本实验两端的木块在2 0 厘米处 以使被试抓握时的胳膊都比较舒服，避免引起身体较大的运动。我们用双面胶将 小木块固定在桌子上，以防止被试抓握时将小木块碰走而使相应的位置发生变 化。实验开始后，主试选择呈现板的左边或右边的一个位置放好小术块，然后让 被试伸手抓握，抓握完毕后手收回放到起始小木块上，然后主试放第二个，被试 继续抓握，被试抓握的时候，要求用五个手指捏住小木块，而不是仅仅用某个手 指去碰，防止对木块位箭的感觉的不同仅仅是由每次抓握时所碰到的手指或者手 的部位不同而造成的，而不是由于我们所关注的实验因素造成的。两个木块抓握 完毕后，被试开始对重新放置的小木块进行判断，反应依据如下：如果被试认为 现在摸到的小木块的位嚣刚才抓握过就报告“有”，如果被试认为现在摸到的小 木块的位置刚才没有抓握过就报告“无”。我们在左边或者右边各选择4 个位置， 编号分别为左1 ，左2 ，左3 ，左4 ，右1 ，右2 ，右3 ，右4 。每次选择呈现1 3 或者2 4 让被试抓握学习，每次判断时小木块在同侧的四个位置中的每个位置均 出现一次。整个实验需要约一小时，实验过程中让被试休息4 次。 2 3 4 数据处理 实验记录对每个小木块位置反应的正确率作为因变量，以性别为组间变量对 组内变量操作手、操作空间进行了重复测量分析，用s p s s 软件进行数据统计。 2 4 结果与分析 对各因素的重复测量方差分析见雎差二，组间效应方差分析表明组间变量性 别主效压不显著( 瞪耋三! ，因此主要关注与其它因素的交互作用。 2 4 1 操作手和操作空间主效应和交互作用分析 操作空间主效应的检验用被试在左右半空间的抓握正确率作为检测指标， 方差分析结果( 隧壶二2 显示操作空间的主效应( f ( 1 ，2 4 ) = 0 7 6 6 ，p = 0 3 9 0 ) 没 有达到显著，表明被试在左右半空间的触摸位置判断成绩没有显著差异：操作手 的主效应世不显著( f ( 1 ，2 4 ) = 0 6 7 8 ，p ；o 4 1 8 ) ，表明左右手伸手抓握判断客 浙江大学碳士学位论立 体位置的成绩没有出现差异，但是操作手和操作空间的交互作用( f ( 1 ，2 4 ) = 4 3 4 5 ，p = o 0 0 0 ) 是显著的，表明左右手在左右半空间的位置判断成绩是有差异 的，尽管优势手的触摸判断成绩并没有好于非优势手，但是在不同的半空间成绩 出现了差异；由图2 1 表明左手在右半空间的位置判断成绩要好于左半空间的， 而右手在左半空间的位置判断成绩要好于右半空间的，说明个体在进行伸手抓握 运动时，对同侧的客体的空问位置判断较差，而对对侧客体的空间位置判断成绩 较好。 垂栅 左手右手 操作手 e r l x ) rb a r ss h o wm e a n + - 10s d 图2 1 被试左右手在左右半空间的位置判断正确率 242 被试对各个位置判断的正确率比较 我们分析了被试对各个位置判断的正确率，以检验个体在伸手抓握对客体 位置判断时是否存在距离效应，即客体呈现时的位置距离呈现中心越远，对其位 置的反应是否会越准确。由图g - - 2 表明，不论在左半空间还是右半空间，被试 对两端的客体位置判断正确率都高于中间的，左l 、左4 高于左2 、左3 右1 、 右4 高于右2 、右3 ，八个位置的两两对比结果f 阻塞三) 表明这些差异都是显著 的 而从图2 2 来看，对左1 的伸手抓握判断成绩要好于对左4 的，对右4 的 伸手抓握判断成绩要好于对右1 的，而世盘三的两两对比结果表明右1 跟右4 的差异也是显著的，说明在伸手抓握判断中被试对离身体中线较近但同样处于呈 现空问两端的客体位置判断成绩也较差。从中我们可以得出，在个体进行伸手触 浙江大学硕士学位论立 摸客体位置判断时，不论个体伸手到对侧做抓握运动还是做同侧的伸手抓握运 动，对距离身体中线较近的客体的空间位置判断也不太准确。 猢60- 图2 2 被试对左右空间八个位置的伸手抓握判断准确率 2 5 小结 实验一结果表明在伸手抓握对客体位置进行判断时，个体对对侧空间客体的 位置变化感知更加敏感和准确，右手位置判断的整体成绩没有显著好于左手；同 时还发现个体在做伸手抓握运动时对距离呈现中心较远的客体位置的判断成绩 较好，但是对于同样处于呈现界面两端但距离身体中线比较近的客体的空间位置 判断不太准确。 对于客体的位置，我们既可以伸手抓握物体来定位，也可以用眼睛柬定位， 而多数情况下需要整合两个通道的信息，在实验一的基础上，接下来我们将对视 觉和触动觉位置信息整合所具有的特点进行研究。 正确章 渐江大学硕士学位论文 3 实验二：视触位置信息整合的中间过程 3 1 实验目的 在对视触关系的研究中，前人从客体大小、形状、方向及质料特征的辨别上 对触动觉和视觉的各自的加工特点以及视触间信息的相互作用进行了不少研究， 得出了一定的结果。在前面对伸手抓握客体位置判断研究的基础上，本实验考察 了视觉和触动觉所获得的位置信息在整合时所具有的特点，以增进对个体视触信 息整合特点的认识。 3 2 实验设计 本实验采用2 ( 学习判断方式：先视后触，先触后视) 2 ( 操作手：左手，右手) 的二因素混台实验设计。其中学习判断方式中，先视后触是指被试首先通过视觉 进行位置定位，然后通过伸手抓握进行位置判断；先触后视是指被试首先通过伸 手抓握进行位置定位，然后通过视觉进行位置判断。实验共选择了六个位置，左 右每边各三个，间隔同实验一一样为3 厘米，每次呈现六个位置中的两个，然后 选择与它们相邻的两个位置及其本身让被试做判断，这样共有 5 个组合，每个 组合左右手各学习一次，然后进行四次判断，总共1 2 0 次反应，加上练习反应 1 2 次，被试共进行1 3 2 次反应。 3 3 实验方法 3 3 1 被试 浙江大学2 4 名在校学生为被试，1 2 男、1 2 女参加了实验，所有被试均为右 利手，没有类似的实验经历，所有被试矫正视力正常，而且胳膊能自由伸展，无 骨骼或者肌肉损伤，被试分别单独参加实验，实验结束后付给一定的报酬。 3 3 2 实验材料 被试抓握客体与实验一一样，为边长2 厘米的正方形小木块，木块放在实验 室长方形桌上，木块间的距离为3 厘米，另外配备一眼罩用来遮挡被试的眼睛。 333 实验程序 实验在安静独立的实验室中进行，每次一人。所选择的呈现装置与实验一一 样，被试丌始时身体中线对准桌面上的小木块，两手平铺放于桌上，实验开始后， 主试选择呈现板上的一个位置放好小木块，然后让被试视觉学习或者伸手抓握学 浙江丈学硕士学位论文 习，其中抓握学习完毕后手要收回放到起始小木块上，然后主试放第二个，被试 继续看或者伸手抓握。两个小木块的位置被试学习完毕后，被试开始对重新放置 的小术块的位置进行判断，视觉对位置进行定位的就触摸判断，触摸对位置进行 定位的就视觉判断，反应如下：如果被试认为现在抓握到或者看到的小木块的位 蚩= 刚彳看过或者抓握过就报告“有”，如果被试认为现在抓握到或者看到的小木 块的位置刚才没有看过或者抓握过就报告“无”，我们将六个位置从左到右编号 分别为左1 ，左2 ，左3 ，右1 ，右2 ，右3 ，每次选择呈现其中的两个让被试学 习，判断时小木块在学习的两个位置以及与它们相邻的两个位置各出现一次。实 验共需要4 5 分钟左右，实验过程中让被试休息三次。 3 3 4 数据处理 实验记录对每个小木块位置反应的正确率作为因变量，对组问变量学习判断 方式和组内变量操作手进行了重复测量分析，用s p s s 软件进行数据统计。 3 4 结果与分析 对各因素的重复测量方差分析见雎壹四，由组间效应方差分析f 毗盘五2 可 知，组俐团索学习判断方式的主效应不显著，因此主要关注与组内变量的交互作 用，下面逐一进行分析。 341 操作手与学习判断方式的主效应检验 我们用左右手的位置判断成绩作为操作手的检测指标。操作手的主效应投有 显著( f ( 1 ，2 2 ) = 3 8 5 2 ，p - - o 0 6 2 ) ，说明左右手的位置判断成绩没有差异，优 势手的成绩并没有显著的好于非优势手( 雎蠢四2 ；先视后触与先触后视两种学习 判断方式的主效应也没有达到显著( f ( 1 ，2 2 ) = 1 5 5 7 ，p = o 2 2 5 ) ，表明先视觉 定位后触摸判断与先触摸定位后视觉判断两种学习判断方式在当前的位置判断 任务中的成绩没有形成显著差异i 隧塞五2 。 3 4 2 操作手与学习方式的交互作用检验 操作手和学习判断方式的交互作用显著( f ( i ，2 2 ) = 88 9 3 ，p - - 00 0 7 ) ( 附表 里垃，图3 一l 表明先触摸定位后视觉判断时，右手的成绩要好于左手的，而先视 觉定位后触摸判断时，左右手的差异则不大。 浙匹大学硕士学位论文 正 确 室 左手右手 操作手 e r r o rb a r ss h o wm e a n + ，- 1 gs d 图3 1 ：左右手在两种学习判断方式下的反应正确率 3 4 3 两种学习判断方式对各个位置的整合成绩分析 从图3 2 可以看出，两种学习判断方式在各个位置的判断成绩出现了动态的 变化，并投有形成一致的反应，这与前面两种学习方式的主效应不显著也是致 的，说明随着客体在外部空间中位置的变化，视触位置信息的整台成绩发生了动 态的变化。 猢 左1 左2 左3 右1 右2 右3 位置 学习判断方式i o5 b 视后触 先触后视 e r r o rb a bs h o wm e a n + ，1 0s d 图3 2 ：两种学习判断方式在六个位置的位置判断正确率 3 5 小结 实验二结果表明在视触信息整合的过程中，左右手的伸手抓握位置定位成绩 正确率 浙江大学硕士学位论文 没有差异，右手在两种学习判断方式下的位置判断成绩并没有显著好于左手；先 视后触与先触后视两种学习判断方式也没有显著差异，但是左右手与学习判断方 式的交互作用是显著的，虽然先视觉学习后触摸判断时，左右手的差异则不大r 但是在先触摸定位后视觉判断时，右手的成绩要好于左手，我们认为在本实验中， 被试在先伸手抓握定位后视觉判断时，优势手通过关节咀及本体感觉所获得的触 动觉空间位置信息更加准确，而且在视触位置信息整合中可能发挥了更大的作 用，因此优势手的触动觉位置信息向视觉位置信息转化以及视触位置信息进行整 合时取得了更好的成绩；两种学习判断方式在各个位置的判断成绩出现了动态的 变化，并没有形成一致的反应，这与两种学习判断方式的主效应不显著也是一致 的，表明随着客体在外部空间中位置的变化，视触感觉通道间在完成任务时并没 有完全相同的表现。 浙江大学硕士学位论文 4 实验三：复杂任务下视触位置判断及视触信息整合的比较研究 4 1 实验目的 前面实验被试任务只是进行位置有无变化判断，虽然实验结果也反应了被试 对外部空问中客体位置的表征，但是被试在反应时只需要知道术块位置是否发生 了变化，而对位置变化的方向却不需要明确。因此尽管被试能表明木块是否在原 来的位置，但是实验中被试对空间的表征可能是比较模糊的，比如被试的正确反 应可能是将现在摸到的位置与其间隔较远的位置的进行对比得出的结果，这样的 对比相对比较简单，因此，本实验要求被试不仅要知道前后放置的小木块的位置 是否发生了变化，而且要明确说出位置变化的方向，而且考虑到我们选用的木块 间距可能会使被试判断起来比较简单，因此本实验对木块间的距离也稍微做了调 整，从而进一步对个体视触位置信息整合时对外部空间的表征特点进行研究，并 与相同条件下的触动觉以及视觉通道对空间位置的判断进行了对比。 4 2 实验设计 本实验采用4 ( 学习判断方式：先视觉定位后触摸判断，先触摸定位后视觉判 断，学习和判断都为触摸实现学习和判断都为视觉实现) 3 ( 左中右空间) 的二 因素混合实验设计，我们从左中右空间中分别选择了五个位置，以使对个体对外 部空i 司表征的考察更加全面，五个小木块之间的间距都是2 厘米。实验时被试必 须明确表明前后放置的木块间的位置关系，每次学习左中右空间中的两个位置， 然后做一次判断，每个被试在左中右空间都学习2 0 次，做2 0 次判断，加上1 0 次练习，总共7 0 次反应。 4 3 实验方法 4 3 1 被试 浙江大学4 0 名在校学生为被试，2 0 男、2 0 女参加了实验，所有被试均为右 利手，没有类似的实验经历，所有被试矫正视力正常，而且胳膊能自由伸展无 骨骼肌肉损伤。被试分别单独参加实验，实验后付给一定的报酬。 4 3 2 实验材料 被试学习和判断的客体仍旧为2 厘米正方形小木块，木块放在实验室长方形 桌上，另外配备一眼罩用来遮挡被试的眼睛。 一 ! ! 竖盔堂盟土兰些笙兰 一 433 实验程序 实验在安静独立的实验室中进行，每次入。实验的设备同前面两个实验一 样，所不同的是根据实验一和实验二的结果我们调整了木块恻的距离和反应方 式，以使任务的难度有所增加，我们分别选择左中右空间的五个位置放置小木块， 间距均为2 厘米。有四种种学习判断方式，先视觉学习后触摸判断，先触摸学习 后视觉判断，学习和判断都为触摸实现，学习和判断都为视觉实现。我们每次呈 现五个位置的第2 和第4 个位置让被试学习并记住它们的位置，即相对于被试来 说，左边一个在什么位置，右边一个在什么位置。然后呈现这五个位置中的一个 让被试判断，被试