（发展与教育心理学专业论文）成年人视觉搜索能力发展的眼动研究.pdf

摘要 f j!iipfrrl f i l li ii pjflr1 1 11 1 f 1 y 19 11 9 5 5 本研究采用了眼动追踪记录法，以年龄分布在2 4 周岁至7 8 周 岁的6 4 名视力正常的成年人为正式实验对象，进行了三种搜索模式 下的视觉搜索任务测验，并且考察了他们完成任务时的眼动过程。 本研究探讨的是成年人的视觉搜索能力在年龄组和性别、以及 搜索模式上有无显著差异，以及这些发展性特征在眼动指标上的表 现。正式实验采用眼动的方式记录三种搜索模式下被试完成视觉搜 索任务的反应时和眼动过程。平行搜索模式，被试同时把目标刺激 与所有干扰刺激进行比较；系列搜索模式下，被试观察目标刺激后， 对干扰刺激进行有序搜索，需要意识控制。题型三需要结合平行搜 索和系列搜索两种方式。 综合以上的研究结果，以反应时为指标，我们看到了不同年龄 层的被试，其视觉搜索能力随年龄层的升高呈现明显降低的趋势。 单一搜索模式成年人的注视有效性随年龄下降明显，但在结合任务 中由于搜索策略的正确使用能弥补部分差距。从对兴趣区的分析看， 老年人对目标刺激的加工效率也有明显的下降。成年各阶段被试的 视觉搜索表现总体上未体现出明显的性别差异。感觉加工速度减慢 和工作记忆能力下降是成年人视觉搜索能力衰退的主要原因。 关键词：视觉搜索能力，成年人，视觉搜索模式，眼动 a b s t r a c t t h ee y em o v e m e n t so f 6 4a d u l t s ，w h o s ea g er a n g e df r o m2 4t o7 8 ， w e r er e c o r d e dd u r i n gt h e yw e r ed o i n gv i s u a ls e a r c ht a s k ss e p a r a t e l y u n d e rt h r e es e a r c h i n gp a t t e r n t h i ss t u d yi n c l u d e dap r e e x p e r i m e n ta n daf o r m a le x p e r i m e n t , w h i c hi n v e s t i g a t e dw h e t h e rt h e r ew a sa n ys i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nt h e a g i n g a d u l t s v i s u a ls e a r c ha b i l i t i e sb e t w e e nd i f f e r e n ta g eg r o u p s ， g e n d e r sa n ds e a r c h i n gp a t t e r n o nt h e b a s i so fp r e - e x p e r i m e n t ，t h e f o r m a le x p e r i m e n tu s e de y et r a c k i n gt e c h n i q u e st or e c o r dt h er e a c t i o n t i m ea n do t h e re y et r a c k i n gd a t au n d e rt h r e ed i f f e r e n ts e a r c h i n gp a t t e r n s t h ef i r s tt y p eo fi t e mc o r r e s p o n d e dt op a r a l l e ls e a r c hp a t t e r n t h e s u b j e c t sn e e dn o tt o s e a r c ht h ei t e mo n eb yo n e ，b u tt oc o n t r a s tt h e t a r g e tt o 矾lt h ed i s t r a c t i o n si nt h es e a r c h i n ga r e a t h es e c o n dt y p eo f i t e mc o r r e s p o n d e dt os e r i a ls e a r c h i n gp a t t e r n ；s u b j e c t sw e r ea s k e dt o s e a r c ht h es t i m u l io r d e r l ya f t e ro b s e r v i n gt h et a r g e ts t i m u l ia b o v e t h e t h i r dt y p eo fi t e mc o r r e s p o n d st oas e a r c hp a t t e r nt h a ti n v o l v e dt h e f o r m e rt w op a t t e r n s i t ss e a r c hs t r a t e g yw a ss e a r c h i n gat y p eo fs t i m u l i t h a th a das a m en a t u r e ，a n dt h e nc o n t r a c t i n ga n de x c l u d i n gt h es t i m u l u s p a r a l l e ls e a r c hp a t t e r na n ds e r i a ls e a r c hp a t t e r nw e r eb o t hn e e d e di nt h e t h i r dp a t t e r nb e c a u s et h es t i m u l u st h a th a dac o m m o nn a t u r e w a s 搿 d i s p l a c e dd i s o r d e r l y t h er e s u l t sf r o mf o r m a le x p e r i m e n ts h o w e dt h a ta d u l t s v i s u a l s e a r c ha b i l i t i e sh a ds h r a n kat r e n dw i t ht h ea g ei n c r e a s e d ，w h i c hh a s b e e nr e p r e s e n t e db yt h ee y et r a c k i n gd a t a a n dt h ed i f f e r e n c eo ft h e s e a r c hp a t t e r n sa d u l t su s e di ns e a r c h i n gw o u l da f f e c tt h ed e v e l o p m e n t a l d i f f e r e n c eb e t w e e ny o u n g e ra n do l d e ra d u l t s t h ee y et r a c k i n gd a t ai ni n t e r e s t e da r e a ，w ec a ns e ea no b v i o u sd e c l i n e o ft h ee f f i c i e n c yi n p r o c e s s i n gt h et a r g e ts t i m u l u s t h ed e c l i n eo f s e n s a t i o na n dp r o c e s s i n g s p e e da n dw o r k i n gm e m o r ya r et w om a i n c a u s e sf o rt h ed e c l i n eo f a g i n gp e o p l e sv i s u a ls e a r c ha b i l i t y k e yw o r d s ：v i s u a ls e a r c ha b i l i t y , a d u l t s ：s e a r c hp a t t e r n s ，e y e m o v e m e n t 移 h i 目录 摘要i a b s t r a c t - - i i 1 研究综述和问题的提出一l 1 1 视觉搜索的眼动研究综述1 1 2 认知老化理论”1 0 1 3 问题的提出”1 2 2 研究方法o 17 2 1 实验被试l7 2 2 实验仪器17 2 3 实验材料18 2 4 实验设计21 2 5 实验程序2 1 2 6 实验结果分析的指标2 3 2 7 实验数据的统计处理方法2 4 3 结果与分析2 6 3 1 正确率- 2 6 3 2 反应时2 9 3 3 整个图片的眼动指标3 0 3 4 兴趣区的眼动指标“3 6 4 讨论4 3 4 6 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 研究综述和问题的提出 1 1 视觉搜索的眼动研究综述 人的认知能力发展一直以来就是认知心理学，特别是认知发展 心理学最为关注、投入精力最多重大课题之一。其中，视觉搜索能 力是人们学习知识、获取经验所依靠的既基本又重要的一项认知能 力。对于在社会中占有主导地位的成年人来说，他们的视觉搜索能 力与他们的工作能力、学习能力以及生活能力息息相关。在研究视 觉搜索能力衰退的领域中，虽然绝大多数研究都得出视觉搜索能力 随年龄下降的结果，但仍有少量实验得出矛盾的结论，并且该发展 趋势的具体表现和眼动过程至今鲜有成果。因此，用追踪眼动的方 法研究成年人视觉搜索能力的发展在理论和实践上都有着很大的价 值。 1 1 1 视觉搜索的概念以及理论 1 1 1 1 视觉搜索及其研究范式 视觉搜索是认知过程的一种，同时也是人获取外界信息的重要 方式。一般地，视觉搜索任务要求被试从某一背景中找出特定刺激。 其中的典型任务是要个体从一个刺激背景中，从目标靶子周围找到 所设置的与目标相同的刺激。刺激可以是图形、数字或者字母等材 料。搜索任务可以是一个目标( a s h m a n ，1 9 7 8 ) 或者两个目标 硕士学位论文 ( n a g l i e r ija ，1 9 8 7 ) 刺激呈现那一刻起，到第二个目标被找到这段 时间就是完成项目的时间，而测验得分由完成全部项目所花的时间 来表示。项目任务实例的任务情景有很多，可以根据数字和字母搜 索相应的目标靶子，也可以根据物体搜索相应目标，或者让字母和 物体相互嵌入搜索相应靶子。 视觉搜索通常有两类典型的反应时研究范式。一种是目标物和 干扰物先后呈现，要求被试从许多干扰物中找出目标物，按键反应 判断是否含有目标物。另一种是目标物与干扰物同时呈现，要求被 试判断是否存在与干扰物不同的目标物，并按键反应。一般考查反 应时、正确率和反应时与正确率乘积的坡度。除此之外，搜索多目 标物并作计数判断等其它一些范式也被用于相关研究中。除了基于 反应时搜索实验外，还有精确判断的实验方法。先呈现固定时间目 标刺激，然后呈现遮蔽，再呈现干扰物，操作目标物与干扰物之间 的时间间隔，即s o a ，探索视觉搜索成绩。 1 1 1 2 视觉搜索的平行搜索观和系列搜索观 一般来说，按刺激物属性，视觉搜索任务可以分为特征搜索与 结合性搜索，分别对应前注意加工和注意加工两种加工水平。当目 标含有不少于一个不同于干扰项所包含的属性时，且其搜索过程属 于平行加工的视觉搜索称为特征搜索。例如在干扰刺激为白色的左 箭头或红色的右箭头中搜索一个黑色的左箭头。 斯滕伯格认为，当人们在许多背景物体( 如字母) 中寻找一个特 1 定靶子( 如一个字母) ，那么增加背景字母的数量将会使人们寻找靶 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 子的时间增加。斯滕伯格( 1 9 6 9 ) 也是最早提出搜索模式的心理学家， 他从短时记忆信息提取方式的研究中得出信息提取匹配的2 个假 设： ( 1 ) 如果测试项目与记忆集中的全部项目同时进行比较，那么被 试的反应不会随识记项目或记忆集的大小而发生变化，他称这种同 时比较为平行扫描( p a r a l l e ls c a n n i n g ) ，或者称之为平行搜索 ( p a r a ll e ls e a r c h ) 或平行加工( p a r a ll e lp r o c e s s i n g ) 。 ( 2 ) 如果测试项目与记忆集中的项目一个一个地相继比较，那么 被试的反应时将随着识记项目增多或记忆集增大而增加。他称这种 相继比较为系列扫描( s e r i a ls c a n n i n g ) ，现在也称之为系列搜索 ( s e r i a ls e a r c h ) 或系列加工( s e r i a lp r o c e s s i n g ) 。 s c h n e i d e r 和s h i f f r i n ( 1 9 7 7 ) 的视觉搜索研究为斯滕伯格的假 设提供了证据。他的实验将目标项与干扰项分成不同的范畴，比如 目标项与干扰项分别为字母或数字。实验过程中，先呈现目标项， 再呈现干扰项，要求被试决速从干如页中找出先前呈现的目标项。 结果表明，当目标项与干扰项属于同一范畴时，被试寻找的反应时 很长：相反，当二者不属于同一范畴时，则反应时极大缩短。所以， s c h n e i d e r 和s h i f f r i n 认为，在相同范畴条件下，被试应用的是控 制加工，他将每一个识记项目与同一范畴的每一个再认项目顺序地 进行比较，直到匹配为止，在不同范畴条件下，被试从数字( 字母) 中搜索出字母( 数字) ，应用的是以平行方式起作用的自动加工，从 而表现出两种不同的判定速度，自动加工是比控制加工更快发现项 硕士学位论文 目的信息加工方式。j 在视觉搜索中，人们到底采取哪种扫描搜索方式? w o l f e ( 1 9 9 8 ) 认为，与系统扫描相比，平行扫描是相对更为有效的搜索方式。人 ：在进行视觉搜索时，有序的搜索方式可能比无序的搜索方式速度 慢一些，但无序扫描需要花时间做出判断。所以，注意的参与并不 鹊是陟速麴。假定调动注意的方式有两种：一种受意识支配，简称控 确搜索( c o m i m n dd e p l o y m e n t ) ，一种是没有特殊指示的自由调度， 简称：尢j 芋搜索( a n a r c h yd e p l o y m e n t ) 。y a n t i s 对“特征花牌”的研 究发现，当目标项与其它干扰项在某一维度上存在显著差异时，搜 索的五j 训、j 。i 孑正确率都会极大的提高，并且不受显示容量的限制。 这也表明，在视觉搜索中存在某些特殊的刺激维度，能够引起无意 识的馊速l & 跳，这就使得整个视觉搜索的搜索方式表现出无序性， 但这种元序却能高效完成作业。相反，当通过控制注意的方式，进 行有序系统搜索时，反而会因为注意的有意转换而使搜索时间更加 延长。因此“控制 注意措施为达到最大的顺序性，比任何的无序 注意都要慢一些。结果表明，视觉注意可以快速而自动地被刺激的 ，显著性所调动。然而，注意的有意，控制性变换只是被更慢的执行。 这就觞释了为什么无系统性的平行搜索比有序搜索更快。 1 1 2 视觉搜索领域的一般共识和发展性研究 ， 1 1 2 1 视觉搜索领域的一般共识 第一，平行搜索是前注意的，搜索在整个视野范围内进行，对 l 淬意资源的要求很低；相反，序列搜索需要注意资源，搜索的视野 4 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 范围有限( w i l l i a m s ，d e ，1 9 9 7 ) 。 第二，当目标刺激与干扰刺激的相似度越高，被试越可能采用 系列搜索( 1 9 9 5 ) 。n a g y 和s a n c h e z ( 1 9 9 2 ) 的研究发现，当目标刺激 和干扰刺激的亮度和颜色差异较小时，搜索时间与干扰刺激数量的 增加成正比。 第一点是对注意与搜索模式的关系的研究共识，是本文结果解 释的理论基础之一。本实验中不同搜索模式之间视觉搜索任务的眼 动表现之比较，实质是与注意资源的利用程度和效率密切相关的。 搜索模式不同，对注意资源的要求也不同，在对注意资源的不同要 求下被试的眼动数据会有不同表现，这些差异体现在年龄上。 第二点是呈现刺激材料的相似度与被试搜索方式选取的关系共 识，是本文预备实验挑选材料的理论基础之一。通过减小目标刺激 和干扰刺激亮度和颜色的差异，来控制被试采用的搜索模式，而判 断搜索模式的主要标准就是搜索时间是否与干扰刺激数量的增加成 正比，如果成正比，那么被试采用系列搜索；如果无关，则是平行 搜索。 1 1 2 2 视觉搜索能力的发展性研究 p r a b b i t t 是对成年人视觉搜索能力发展进行研究的早期研究 者，他的研究重点( 1 9 6 4 ，1 9 6 5 ，1 9 6 7 ) 放在了老年人在视觉搜索中忽 视无关信息的能力上的差别。 然而，其他证据表明，视觉搜索能力的年龄差异在于区分有关信 息和无关信息的能力。p l u d e 和h o y e r ( 1 9 8 6 ) 区分了搜索任务和非搜 硕士学位论文 索任务，在非搜索任务中目标位置是预先指定的，这时视觉搜索任 务被消除，而这种非搜索任务最小化了年龄差距。 k l i n e s c h i e b e r ( 1 9 8 5 ) 做的许多研究结果表明视觉搜索策 略效率会随着年龄的增长而降低，而且缺乏系统性和完整性。从3 0 岁最早出现开始，这种改变会一直持续到生命结束。 可是后来有人提出，以前实验所用的视觉搜索任务不但包括了 对字母的感知觉时间，而且也包括了对字母进行确定的时间。因此 s c i a l f a k l i n e ( 1 9 9 6 ) 改进了实验，结果却得出2 0 岁和5 0 岁的 成年人的视觉扫描能力没有显著差异。 在r a b b i t t 在1 9 9 9 年做过的一个实验中，研究者要求被试尽可 能快地从一个字母矩阵中把字母q 找出来。结果发现老年人完成这 个视觉扫描任务的时间要显著长于年轻人。 m a d d e n 等人1 9 8 0 年的研究对比了1 8 2 5 岁和6 1 7 4 岁两个 年龄层被试的视觉搜索能力与短期记忆的自动加工的关系。m a d d e n 认为，虽然老年被试表现出显著慢于年轻被试的搜索速度，但经过 大量的相同刺激练习之后，两个年龄组的成绩趋于相等。m a d d e n 1 9 8 3 年的研究显示，成年人视觉搜索能力的年龄差异更多的由对相 关信息的要求影响，而不是来无关信息的干扰。 h u m p h r e y 等人1 9 9 7 年研究了青年被试和老年被试对单一特征、 两个特征结合、和三个特征结合刺激的视觉搜索能力。研究表明老 年人在搜索多特征结合刺激时速度明显减慢，而当一个额外特征能 够帮助定义特征结合刺激时，青年人和老年人的获益相等。 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 国内对视觉搜索能力的发展性研究还较少。施建农等人( 2 0 0 1 ) 对7 1 2 岁儿童视觉搜索能力的发展进行了研究，以反应时为主要 指标，考察了儿童视觉搜索能力在年龄、性别以及视觉刺激材料上 的差异。研究结果表明，儿童的视觉搜索能力是随年龄增长提升的， 性别差异不显著；在对阿拉伯数字、英文字母和汉字这三种不同形 式的搜索刺激进行任务时，儿童的反应时并未表现出显著差异。 而吴志平、吴振云( 1 9 9 7 ) 等人以反应时为主要指标对成年人视 觉搜索的年龄差异进行了研究。该研究把成年人分为四个年龄组， 刺激分为数字、英文字母和汉字三类，观察其反应时。结果表明四 个年龄组从小到大反应时逐渐变慢的趋势，并且年龄与刺激之间存 在交互作用。 1 1 3 视觉搜索的眼动研究 1 1 3 1 眼动研究在心理学中的应用 眼动研究运用的主要技术是眼动记录仪。眼动仪可以记录并分 析人在进行有视觉参与的心理加工时的一系列眼动指标。考察人在 阅读、搜索、观看时的眼动指标是研究者揭示心理加工过程和规律 的方法之一。j a v a l ( 1 9 8 2 ) 的文章第一次提到一系列快速眼跳和注 视停顿组成了人在阅读过程中的眼动模式。自此以后，更多的研究 与他达成共识：眼球运动能够反映人脑的信息加工过程，其运动模 式也与人脑的信息加工过程有着密切的联系。 自1 9 8 7 年j a v a l 用一面镜子直接观察被试的眼动并首次发现阅 i 读中的快速眼跳以来，西方对眼动的研究已有一百多年的历史了。 硕士学位论文 1 9 2 8 年m i l e s 研究眼动采用了使用窥视孔法( p e e p h o l em e t h o d ) 。 随着科学技术的日益进步和发展，现在根据角膜和瞳孔的反光法原 理生产的眼动仪所记录的眼动数据更加的精确，采样频率高达 5 0 0 h z ，这种光学记录法能够研究的范围也触及到了认知机制。 ， 而上世纪七十年代后，眼动仪在视觉认知研究领域中发挥了巨 大的作用。人在获取信息的时候视线会停留在所加工的刺激上，这 个过程叫做注视：人在转移加工刺激时，视线从一个注视点迅速地 跳动到下一个注视点，称之为眼跳。为了了解人对实时信息的获取 和加工过程，研究者利用眼动追踪方法来记录人眼运动的注视时间、 注视位置以及眼球运动轨迹等指标。 早期的眼动研究主要集中在人的阅读加工及其认知机制上。在 这个领域里已经有了很多研究成果，并且发展出了较为完善的眼动 追踪方法和实验范式。例如，彭聃龄( 1 9 8 3 ) 等人对中文和英文两种 语言的阅读者在阅读两种语言写成的故事时的眼动轨迹进行了比较 研究。结果表明，认知的因素比知觉因素更能决定阅读者的眼动模 式。还有人( s u nf h m o r i t a ，1 9 8 5 ) 研究了中英文阅读的眼动模式 比较。结果表明阅读横排汉字和英文在眼动模式上非常相似。这种 相似不仅表现在外部表现形式，还体现在具体数值上。 随着眼动技术发展的不断成熟，还有研究者对眼动机制认识的 不断深入，眼动技术得到了更广泛的运用。例如，研究驾驶员在驾 驶时的眼动过程时，已经不需要被试端坐在显示器前，而是可以将 便携式的可移动眼动仪安置在车内了。 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 视觉搜索的眼动研究 早在上个世纪7 0 年代，美国心理学家就开始了对视觉搜索眼动 机制的研究。g o u l dj o h nd 在1 9 7 3 年对视觉搜索和记忆搜索过程 中的眼球运动进行了研究。而r a y n e rk e i t h 在1 9 7 8 年考察了包括 视觉搜索在内的一些信息加工过程的眼动机制。 后来有关视觉搜索的眼动研究趋于更加的细化，考虑了视觉搜 索能力的老化，或者视觉搜索过程的内部机制，还有视觉搜索效率 的提高问题。例如，z e l i n s k 等人1 9 9 7 年的研究就是针对平行和系 列视觉搜索两种扫描策略的。 国内用除反应时外的其他眼动指标来考察视觉搜索能力的研究 在近十年内才涌现出来。有的研究( 隋雪，林楠等，2 0 1 0 ) 把视觉搜 索能力与其他认知过程相结合考察，如工作记忆；国内研究者对应 用眼动技术对学困儿童的视觉搜索能力比较感兴趣( 隋雪，韩玉昌 等，2 0 0 5 ) ；还有把视觉搜索能力与实际生活环境相结合，研究驾驶 培训( 田明，2 0 0 7 ) 、网页布局中的视觉搜索眼动机制( 石金富，2 0 0 8 ) 。 1 1 3 3 成年人视觉搜索能力的发展性眼动研究 美国的研究者在成年人视觉搜索能力老化问题上的研究走在世 界的前列，其研究侧重点也各有不同。比如，r s s l e r 等人2 0 0 0 年 研究了阿兹海默症患者、健康老年人和年轻人的视觉搜索能力比较。 研究发现病人组的注视点和注视持续时间都长于其他两组被试。病 人组和老人组在集中立体视觉注意以及形成搜索策略上有困难。 ， b e c i ce n s a r 和b o o tw a l t e r 等人2 0 0 8 年研究了老年人修正其搜索 硕士学位论文 策略的眼动过程。研究发现搜索过程中眼动较少的老年人其搜索速 度比眼动较多的老年人要快。当被试被指导接受一种内隐搜索策略， 其搜索成绩会上升。表明只要有了指导和很少的练习，老年人能够 改善其原本较差的搜索策略。而在国内，研究年龄对成年人视觉搜 索能力老化的影响的发展性眼动研究几乎没有。 1 2 认知老化理论 认知能力随着年龄增长而逐渐衰退是人类不可避免的一种趋势， 而认知老化的机制也是科学界所关心的热点问题。关于认知老化的原 因，相关领域主要有以下五种学说。 1 2 1 加工速度理论 s a l t h o u s e ( 1 9 8 5 ) 提出了加工速度理论( p r o c e s s i n gs p e e d t h e o r y ) ，速度是指感觉速度和中枢加工速度( 李德明等，1 9 9 9 ) 。老 年人的运动速度减慢是感觉功能退化的明显现象，同时对感知觉变迟 钝和对刺激的反应变慢也会同时产生。其主要观点是成年人的认知操 作速度随年龄增长而减慢，是认知功能发生老化的主要原因。 神经生物学和心理学分别对感觉速度和加工速度减慢的原因进 行了解释。从神经生物学观点看来，速度减慢是神经系统老化的的结 果，包括了神经噪音干扰增加、疾病、细胞死亡、功能费用等造成的 功能或基因上的变化( c l a n c y ，1 9 9 4 ) 。从心理学角度看来，信息超 负荷或任务过于复杂时，注意和记忆能力下降，选择策略墨守成规或 参 过于注重准确性，以及激活水平和动机较低会造成速度变慢。 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 1 2 2 工作记忆理论 工作记忆理论( w o r k i n gm e m o r yt h e o r y ) 强调工作记忆作为加 工资源在认知加工中起到了枢纽作用，老年人工作记忆能力的下降是 认知功能衰退的原因( s w a n s o n ，1 9 9 9 ) 。工作记忆是有别于长时记忆 的独立结构，是完成即时心理操作的心理能量的总和，包括存储和加 工两个部分。老年人由于缺乏这种资源而导致认知功能的衰退。 w i n g f i e l d 等人的研究表明老年人的短时记忆能力与年轻人水平相 仿，但工作记忆能力显著下降。 1 2 3 加工抑制理论 加工抑制理论( p r o c e s s i n gi n h i b i t i o nt h e o r y ) 指个体在完成 当前任务时，有意识地控制无关信息的能力( h a s h e rl ，1 9 8 8 ) ，主要 用负启动试验和s t r o o p 任务进行。h a s h e r 和z a c k e s ( 1 9 8 8 ) 通过大量 负启动试验发现，老年人的负启动效应量明显地低于年轻人。结果表 明，分心物抑制加工的效率随老化而下降。 加工抑制理论认为老年人不能有效地抑制无关信息或及时将无 关信息从工作记忆中删除，从而影响了加工效率，表现为认知能力的 下降。 1 2 4 感觉功能理论 感觉功能( s e n s o r yf u n c t i o n ) 是对大脑功能的一个粗轮廓的反 映，是基础性的认知功能在神经生理结构上的一个指标( l i n d e n b e r g e r b a l t e s ，1 9 9 0 ) ，是所有认知能力老化的一个强有力的中介 硕士学位论文 变量。该理论把老年人各种感觉器官功能的衰退作为认知老化的原 因。 1 2 5 执行衰退假说 执行衰退假说( e x e c u t i v ed e c l i n eh y p o t h e s i s ) 是近年来新兴 的一个理论，该假说认为，执行控制能力更容易随着年龄增长发生衰 退，是认知老化的重要原因。来自神经心理学领域的研究表明，大脑 额叶皮层的损毁会导致执行控制功能的紊乱，而大量脑损伤和神经成 像的研究进一步表明，额叶区是执行控制功能的重要生理基础( 陈天 勇，李德明，2 0 0 3 ；李德明：陈天勇，2 0 0 6 ) 。 1 3 问题的提出 1 3 1 现有研究的问题与不足 从内容上来说，国内同时涉及到年龄老化、视觉搜索和平行搜 索与系列搜索两种搜索模式的发展性实证研究目前还没有。虽然很 多的应用型研究都涉及到搜索策略和搜索模式，但其研究都有着特 定环境的限制，如驾驶时。截至目前为止，我国国内对认知老化的 研究多数集中在记忆等方面，鲜有研究把重点放在视觉搜索能力上。 而大多数对视觉搜索能力的研究要么控制年龄因素，集中研究某个 年龄层的被试的在视觉搜索任务中的眼动机制，要么忽略掉被试的 年龄因素，把重点放在被试的职业身份等背景上。还有少量对视觉 搜索能力发展性的研究，一个是儿童的视觉搜索能力发展( 施建农， 2 0 0 1 ) ，另一个是成年人视觉搜索反应时的年龄差异( 吴志平，1 9 9 7 ) ， 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 而后者只以反应时作为主要的因变量。另外，对于关于平行搜索和 系列搜索两种搜索模式的研究中，绝大多数都是理论分析。有的研 究探讨年龄老化对视觉搜索能力影响，但其被试的年龄组取得较为 极端，一组均为二十多岁的青年人，另一组则是七十岁以上的老年 人，不能看出中间的变化过程。另外，扫描模式应该是研究视觉搜 索能力需要考虑的一个重要因素，已有研究虽然得出结论说搜索模 式以及搜索策略对视觉搜索能力以及视觉搜索能力的发展有影响， 但是并没有对搜索模式之间进行比较。 。 从方法上来说，国内尽管也有个别研究( 吴志平，1 9 9 7 ) 考察 了成年人视觉搜索能力老化的趋势，但没有运用眼动记录方法，所 以其研究能够考察的指标只有正确率和反应时。还有一些应用了眼 动技术的对视觉搜索过程进行研究的实验，其最后分析的数据项目 却很少。眼动记录法不同于以往的研究视觉搜索的方法就在于，它 能够记录视觉搜索即时加工的全过程，而不是一个单纯的最终结果， 因此运用眼动仪来研究视觉搜索的模式和过程是一个有效的方法和 途径。作为一种高技术含量的新型的视觉心理评估方法，眼动记录 法如今已经广泛应用于各个领域，如传统的心理学、医学、认知神 经科学和语言学甚至商业广告领域等。 1 3 2 本研究的问题 本文主要对不同年龄的成年人在进行视觉搜索时的眼动模式进 行考察，以年龄组、性别和搜索模式为自变量，探讨不同年龄层、 l 不同性别的成年人在三种不同的视觉模式下( 分别与三种搜索任务 堡主兰篁堡茎 对应) 的主要眼动指标有无差异。 具体地说，本研究有一个预备实验和一个芷式实验。预备实验 的目的在于验证视觉搜索模式的假设并从难度跨度较大的测验项目 中挑选出符合搜索模式的实验假设的图片材料，用于正式实验。正 式实验是一个三因素的混合设计，年龄组与性别是被试问变量，三 水平的搜索模式是被试内因素。被试根据年龄分为老年组( 6 0 周岁 以上) 、中年组( 4 0 周岁 - - 5 9 周岁) 和青年组( 2 0 周岁 - - 3 9 周岁) ， 性别也是要考察的一个两水平因素。正式实验有三种题型，分别对 应单一平行搜索模式、单一系列搜索模式和平行一系列结合搜索模 式。所有被试均要求完成所有的题目。在题型一中，被试在平行搜 索模式下进行快速搜索，完成对干扰刺激中是否包含有目标刺激的 判断：在题型二中，被试在系列搜索模式下逐一比较干扰刺激，直 到找到目标刺激所在位置，并报告行数：在题型三中，被试需要先 。 寻找至少有一项相同属性的刺激，如所有红色的刺激，再逐一排除 有其他属性不致的刺激，如红色的圆和红色的三角不是一对，直 到找到所有特征属性都一致的一对图形，如红色的心形和另一个红 色的心形，在这个过程中被试既需要用平行搜索找同类，又需要系 列搜索来逐一对比排除。题型一中目标刺激在下方出现与不出现的 概率持平，顺序随机，无法预测下一张图片答案是有还是无；题型 二中目标刺激出现的行数顺序是随机排列的，被试无法预测下一个 目标刺激出现在第几行；题型三中的干扰刺激有三个属性，随机分 散排列，经预备实验测试，绝大多数被试只能通过有意控制的搜索 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 策略搜索目标刺激。实验完毕后，通过对正确率、反应时、平均眼 跳幅度、回视次数以及其他眼动数据进行采取和分析对比，可以揭 示出三种加工模式下反应时随年龄增加的状况以及其他视觉搜索时 的眼动过程。 1 3 3 本研究的意义 1 3 3 1 理论意义 本研究对于三种搜索模式下的视觉搜索机制的研究具有重要的 理论意义。搜索模式作为一个被试内的处理，它的不同水平其实是 意识控制的程度的区别。平行搜索是一种自由的、无序的搜索，没 有意识控制其眼跳方向或眼跳距离；系列搜索是有意的、按照一定 的搜索路径( 如从左至右，从上至下) 进行的信息扫描；而平行一 系列搜索结合的搜索模式则是既有意识参与，但意识又不是完全控 制眼动轨迹的一种扫描，它需要意识来贯彻执行一定的搜索策略， 但并不是预先完全定好搜索的轨迹。 本研究采用先进的眼动追踪技术采集数据，使得对于成年人视 觉搜索这种认知能力的老化过程有了更为深入和细致的认识。探讨 的问题不再停留于反应时减慢，或者慢多少上，而是涉及到了视觉 搜索的整个过程之中，尝试回答哪里慢，为什么慢的问题。 1 3 3 2 现实意义 本研究对于进一步研究和改善成年人视觉搜索能力老化的进程 和内在机制具有重要的现实意义。由于影响成年人视觉搜索效率的 i 因素有很多，要提高成年人视觉搜索能力，或者改善老年人视觉搜 硕士学位论文 索能力衰退的状况，就应该先了解视觉搜索这个过程是如何慢下来 的。考察视觉搜索能力衰退的眼动机制，就等于为今后想办法改善 老年夕、的 知老化搭起了一座桥梁。另外，本研究的结果对于改进 或设讣一些老年人使用的产品和服务，有积极的参考作用，如网页 。 的设置和老年产品广告的设计等。一 。， 1 3 。4 本研究的目的 正式实验的题目有三种题型，分别是判断题、选择题和配对题， 实际， 二是对应视觉搜索过程中三种不同的搜索方式，平行搜索、系 列搜索和平行一系列结合搜索。本研究主要探讨的问题有： ； ，( ij 不同年龄组的成年人的视觉搜索效率是否有显著差异? 这 种差黯是否体现在其他眼动指标上? 。 ，：、 ( 。2 ) 成年人的视觉搜索效率是否有性别上的差异? 。 ( 3j 随着年龄的增大，成年人视觉搜索能力的变化的趋势在不 旧的搜索模式下是否有不同的体现? ： 。一t - ii 4 ) 什么原因造成了老年人视觉搜索能力的衰退? 。 1 。3 5 本研究的假设 一 、 t ( 1 ) 成年人视觉搜索效率随年龄降低，这种差异不仅体现在正确 率上，还体现在搜索的眼动模式中。 。 ， - ( 2 ) 在不同搜索模式下，成年人视觉搜索的眼动过程会呈现出有 差异的发展趋势。 。：“ 一 ( 3 ) 成年人在视觉搜索任务中对目标刺激区域的加工效率随年 龄的增长而降低。 。 、 1 6 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 2 1 实验被试 2 研究方法 正式实验被试总共6 4 名，分为三个年龄层，2 4 - - - 3 9 周岁青年 组有2 1 名被试( 平均年龄2 8 1 周岁) ，其中男性1 0 名，女性1 1 名，从湖南师范大学研究生和湖南省某单位文职公务员中随机抽取； 4 0 ，- - 5 9 周岁中年组有2 3 名被试( 平均年龄5 1 1 周岁) ，其中男性 1 0 名，女性1 3 名，从湖南省某单位文职公务员和湖南师范大学教 师中随机抽取；6 0 周岁以上的老年组有2 0 名被试( 平均年龄6 7 1 周岁) ，其中男性1 0 名，女性1 0 名，从湖南师范大学和湖南省某单 位的离退休人员组成。所有被试裸眼或矫正视力正常。 表2 1 正式实验被试情况表 2 2 实验仪器 本实验的仪器是加拿大s rr e s e a r c h 公司生产的高速眼动仪 ( e y e l i n ki i ) 。该仪器具有高采样频率( 每2 毫秒记录一次眼动数 据) 、高空间分辨率、高精确度、数据反馈迅速、易操作等特点。同 i 时，s rr e s e a r c h 为用户提供了一个比较齐全的数据分析软件包， 硕士学位论文 不仅可以分析被试的眼动情况，如注视位置、注视时间、注视次数、 眼跳幅度、眼跳方向等：还可以根据研究者的需要设定不同的兴趣 区，并计算不同兴趣区的眼动数据。 e y e l i n ki i 眼动仪主要由主试用计算机( h o s tp c ) 、被试用计算 机( d i s p l a yp c ) 、高速图像采集处理卡、红外标定器、头盔 ( h e a d b a n d ) ，反应盒及相应的软件等构成。头盔装有三个微型摄象 机，其中两个瞳孔摄象机用于记录被试的眼动情况，一个场景摄象 ， 机用于记录被试看到的实际场景。e y e l i n k 利用屏幕四角固定的红 外线发射器作为坐标来保证视线和屏幕中央垂直。实验时，被试戴 着头盔坐在d is p l a yp c 屏幕前，主试通过h o s tp c 对整个实验过程 进行及时监控，同时e y e l i n k 所记录的眼动情况以数据形式保存在 d i s p l a yp c 内，并自动生成一个e d f 数据包。e y e l i n ki i 眼动仪系 统设置如下。 图2 - ie y e l i n ki i 眼动仪示意 2 3 实验材料 为了保证正式实验中搜索任务难度符合要求，并使被试按照研 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 究者的预定搜索模式完成任务，预备实验采用了难度分布较广，形 式多样的实验材料，由研究者根据相关研究描述自编。预备实验有 3 0 名年龄分布均匀的成年人作为被试，通过对他们实验的眼动过程 和答题结果进行记录和分析，挑选出最符合研究者要求的2 2 幅图片 作为正式实验材料。 湖南师大校园内招募实验志愿者3 0 名，年龄范围在2 2 - 7 0 周岁 之间，年龄分布均匀，其中男性1 2 人，女性1 8 人，所有被试裸视 或矫正视力正常。 预备实验采用自编的几何图形搜索图片，所有图片按照题型分 为三类。所有目标刺激和干扰刺激都是由不同颜色和形状的几何图 形构成，如红色的圆，黑色的向左箭头，蓝色的心形等。 第一类题型为判断题，图片上方为一个目标刺激，下方是杂乱 分布的若干个干扰刺激，其中可能包含一个目标刺激。比如，图片 上方为一个黑色的向左箭头，下方是杂乱分布的多个黑色向右箭头， 以及一个黑色向左箭头( 每幅图下方的目标刺激位置不同，被试无 法预测) 。判断题预实验材料有2 0 张，从易到难呈现，难度通过干 扰刺激的个数、增加目标刺激与干扰刺激的相似性来控制。 第二类题型为选择题，图片上方为一个目标刺激，下方是整齐 排列的三行干扰刺激，其中某一行一定包含一个目标刺激。比如， 图片上方为一个实心的向左箭头，下面三行干扰刺激由若干个黑色 向右箭头、若干个空心向左箭头、若干个空心向右箭头以及一个实 心的向左箭头( 目标刺激) 组成，排列整齐，但顺序打乱，被试无 硕士学位论文 法猜测目标刺激会出现在第几行。第二类题型的难度主要通过增加 干扰刺激与目标刺激之间、以及干扰刺激与干扰刺激之间的相似程 度来控制。总共有1 5 张图片，从易到难呈现。 第三类题型为配对题，图片中含有许多个不完全相同的干扰刺 激，其中有且只有两个刺激是在各个属性上都完全一致的。比如， 图片中包含2 0 个图形，从颜色上看有红、黄、黑、蓝四色，从形状 上看有圆形、三角形、心形、箭头、长方形、从方向上看箭头有上、 下、左、右四个方向，三角形也有正立和倒立两种，但是，2 0 个刺 激中有切仅有一对，无论在颜色、形状还是方向都完全一致，其他 的图形至少有一个属性是不同的。这类题材料有5 张，难度通过改 变干扰刺激数目、刺激的特征属性个数以及干扰刺激之间的相似度 来实现，同样由易到难呈现。 预备实验数据分析指标有：( 1 ) 每道题的得分率：排除掉得分 率过低的题，以保证正式实验的顺利进行和眼动数据的有效性。( 2 ) 每道题的反应时：排除掉反应时间过长的难题，以避免疲劳效应。 ( 3 ) 每幅图的眼动轨迹：题型一对应自由搜索模式，其眼跳方向应 该是杂乱的；题型二对应系列搜索，其眼跳应该是在意识控制下的 有序活动，题型三是两种搜索模式的结合，不完全有序。排除掉不 符合该题型所对应搜索模式的项目。 成年人视觉搜索能力发展的眼动研究 2 4 实验设计 本实验采用3 2 3 的混合设计。年龄作为主要考虑的因素， 有三个水平，老年、中年和青年；性别作为次要考虑的因素有两个 水平，男性和女性；搜索模式( 题型) 作为主要考虑的自变量有三 个水平，平行搜索( 判断题题型一) 、系列搜索( 选择题题型二) 和结合搜索( 配对题题型三) 。所有被试均要求完成全部的三种题 型。 2