（基础心理学专业论文）任务转换条件下的非对称性搜索.pdf

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这些研究结果将进一步帮助我们认识人类的视觉搜索机制 同时将为我们探讨注意资源的分配问题提供有力的证据 关键词 非对称性平行加工系列加工视觉搜索 作者 指导老师 尹鸾 冯成志教授 a b s t r a c t a s y m m e t r ys e a r c h u n d e rt h ec o n d i t i o no fc o n v e r s i o n t a s k a s y m m e t r ys e a r c hu n d e rt h ec o n d i ti o no f t a s k s w it c h i n g a b s t r a c t a s y m m e t r ys e a r c hp o i n tt or e s p o n s et h es t i m u l a t i o nb yt h ei n d e x s e a r c hs t i m u l a t i o n bi ns t i m u l a t i o naa n ds e a r c hs t i m u l a t i o na i ns t i m u l a t i o nb s e a r c he f f i c i e n c ya l en o tt h e s a m e a n dh a v es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e i nt h ep a s ta s y m m e t r ys t u d y t h er e s e a r c h e r sa r ea l l i nas i n g l et a s kc o n d i t i o nf o u n dt h ea s y m m e t r yp h e n o m e n o n a n dt h i n ki ti sh u m a nv i s u a l p r o c e s s i n gp h e n o m e n o n b u ti n r e a ll i f ev i s u a ls e a r c ho f t e na r en o ti nas i n g l et a s k i t e x e c u t e sb e t w e e nd i f f e r e n tt a s k s s oi nt a s k s w i t c h i n gc o n d i t i o n s d o e st h i sv i s u a ls e a r c h a s y m m e t r i cp h e n o m e n o ns t i l le x i s t i ti se n h a n c eo ra b a t eo ras t a b l es i t u a t i o nu n d e rt h e c o n d i t i o no fd i f f e r e n tb e f o r et a s k t h i ss t u d yd e s i g n st h r e ee x p e r i m e n t st oe x p l o r et h e a b o v ep r o b l e m s e x p e r i m e n t1 t h ea s y m m e t r ys e a r c ho fg r a p h i c su n d e ras i n g l et a s k c o n d i t i o n i no r d e rt oi n v e s t i g a t e i sv i s u a ls e a r c ha s y m m e t r y s t i l lp r e s e n c ei nt h ec a s e so f d i a m o n da n dp e n t a g o na r ea st a r g e ta n dd i s t r a c t o re a c ho t h e r e x p e r i m e n t2 t h e a s y m m e t r ys e a r c ho fg r a p h i c a lu n d e rt h ep a r a l l e lp r o c e s s i n gc o n d i t i o n i no r d e rt o i n v e s t i g a t ew h e nb e f o r et a s kb e l o n g s t op a r a l l e l p r o c e s s i n gt a s kt y p e s e f f e c tt h e a s y m m e t r i c e x p e r i m e n t3 t h ea s y m m e t r ys e a r c h o fg r a p h i c a lu n d e rt h es e r i e so f p r o c e s s i n gc o n d i t i o n s i no r d e r t oi n v e s t i g a t ew h e nb e f o r et a s kb e l o n g st os e r i e sp r o c e s s i n g t a s kt y p e se f f e c tt h ea s y m m e t r i c t h ea s y m m e t r ys e a r c hp h e n o m e n o no fe x p e r i m e n t2 e x p e r i m e n t 3b e l o n g t ot a s ku n d e rt h ec o n d i t i o no ft a s k s w i t c h i n g t h er e s u l t so f e x p e r i m e n t sf i n dt h a t a l lo ft h et h r e ee x p e r i m e n t sf i n da s y m m e t r i cp h e n o m e n o n t h e a s y m m e t r i ce f f e c ti sn o ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h ee x p e r i m e n tla n de x p e r i m e n t2 b u tt h e a s y m m e t r i ce f f e c t i s s i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h ee x p e r i m e n t3a n d e x p e r i m e n t1a n db e t w e e nt h ee x p e r i m e n t3a n de x p e r i m e n t2 a n dt h ev i s u a ls e a r c h p h e n o m e n o ni si n f l u e n c e db yb e f o r et a s k t h em o r ec o m p l i c a t e do ft h eb e f o r et a s k t h e a s y m m e t r yp h e n o m e n o nm o r es i g n i f i c a n ti na f t e r a tt h es a m et i m ew ed e s i g nt a s ko fa a s y m m e t r ys e a r c hu n d e rt h ec o n d i t i o no fc o n v e r s i o nt a s k a b s t r a c t s i n g l ec o l o rj u d g m e n ti nb e f o r ee x p e r i m e n t2 w ef o u n dr e a c t i o nt i m eb e c o m es h o r t e rw i t h t h ei n c r e a s eo fs t i m u l u si t e m s w ed e s i g nt a s ko f j o i n to fc o l o ra n ds h a p ej u d g m e n ti n b e f o r ee x p e r i m e n t3 w ef o u n dr e a c t i o nt i m eb e c o m el o n g e rw i t ht h ei n c r e a s eo fs t i m u l u s i t e m s t h er e s u l t sw i l lh e l pu sr e c o g n i z eh u m a nv i s u a ls e a r c hm e c h a n i s ma n da l s op r o v i d e p o w e r f u le v i d e n c e sw h e nw ea r ed i s c u s s i n ga t t e n t i o n k e y w o r d s a s y m m e t r y p a r a l l e lp r o c e s s i n g s e r i e sp r o c e s s i n g v i s u a ls e a r c h w r i t t e n b y y i nl u a n s u p e r v i s e db y f e n gc h e n g z h i 目 录 1前言 1 1 1 视觉搜索的非对称性现象研究概述 1 1 2 视觉搜索的研究概述 5 1 3 视觉工作记忆研究概述 7 1 4 注意和视觉工作记忆的交互作用 l o 1 5 任务转换加工概述 1 2 1 6 本研究的问题提出 研究意义 1 3 2 实验一单任务条件下对图形的非对称性搜索 1 6 2 1 实验目的 1 6 2 2 实验设计 1 6 2 3 实验方法 1 6 2 4 结果和分析 1 7 2 5 讨论 2 0 3 实验二平行加工条件下对图形的非对称性搜索 2 4 3 1 实验目的 2 4 3 2 实验设计 2 4 3 3 实验方法 2 4 3 4 结果与分析 2 5 3 5 讨论 3 0 4 实验三系列加工条件下对图形的非对称性搜索 3 3 4 1 实验目的 3 3 4 2 实验设计 3 3 4 3 实验方法 3 3 4 4 结果与分析 3 4 4 5 讨论 z 0 5 总讨论 4 2 5 1 本研究中实验二 实验三前任务实验结果的理论基础 4 2 5 2 工作记忆对单一的颜色特征加工与对颜色和形状联合特征加工的区别 4 4 5 3 注意负载理论解释本研究的实验结果 4 7 6 结论和研究展望 4 9 参考文献 一5 0 附录 5 7 攻读硕士期间发表论文 5 9 致 射 6 0 任务转换条件下的非对称忾搜索 1 前言 1 前言 1 1 视觉搜索的非对称性现象研究概述 1 1 1 视觉搜索的非对称性现象 视觉搜索的非对称性是指在刺激a 中搜索刺激b 与在刺激b 中搜索刺激a 的反 应时有明显差异 即两种情况下的搜索的效率不同 且有显著差异 t r e i s m a n 和 s o u t h e r 1 9 8 5 设计了经典的搜索非对称性实验 她们的实验中以带有交叉线的圆和不 带交叉线的圆互相作为目标和干扰子 发现如果目标的为带有交叉线的圆 干扰子为 不带交叉线的圆 那么对目标的搜索效率高 表现为对目标的平行搜索 如果目标 是不带交叉线的圆 干扰子是为带交叉线的圆 那么对目标的搜索效率低 表现为系 列搜索 即搜索的非对称性现象 研究者用这些范式对不同维度的特征搜索进行了一 系列研究 当用数值表示圆的缺口占整个圆的比例时 若在无缺口的圆中间搜索目 标分别为带有l 8 l 4 l 2 缺口的圆 此时对目标搜索的效率都较高 表现 为平行搜索 但是当目标和干扰子的角色互换时 在带有l 8 l 4 缺口的圆中搜 索目标为完整的圆时 此时搜索效率低 表现为系列搜索 但是在带有l 2 缺口的 圆 干扰子 中搜索完整的圆 目标 的条件下仍然表现出高效的平行搜索 t r e i s m a n 和 s o u t h e r 解释上述实验结果是因为当目标相对于干扰子具有一个独一无二的显著特征 时 对目标搜索的效率高 是平行加工的 t r e i s m a n s o u t h e r 1 9 8 5 以往的研究者研究的焦点是在单任务条件下改变视觉刺激材料的物理属性 社会 属性以及抽象意义这三方面发现并探讨非对称性搜索现象 1 1 1 1 从视觉材料的物理属性上发现的视觉搜索非对称效应的研究 从视觉刺激材料的物理属性角度考察非对称性现象的有 t r e i s m a n 等 1 9 8 8 实验 中被试在直线中搜索弯曲的线比在曲线中搜索直线反应时短 表现出搜索的非对称性 t r e i s m a n g o r m i c a n 1 9 8 8 w o l f e 2 0 0 1 把倾斜方向设置为目标 将垂直方向设置 为干扰子 此时的搜索效率高于当目标和干扰子互换时 这种情况下也表现出了搜索 的非对称性 w o l f e 2 0 0 1 k r i s t j a n s s o n 和t s e 2 0 0 1 用不同的实验材料发现了一系列 的非对称性 用突起的图形和椭圆互为目标和干扰子时 被试对椭圆中搜索突起的图 形搜索效率更高 在弯曲连续的图形中搜索弯曲不连续的图形被试表现出了高效的搜 l 1 前言任务转换条件下的非对称性搜索 索但在弯曲不连续的图形中搜索弯曲连续图形被试出现了低效率的搜索 在短线段中 搜索长线段比在长线段中搜索短线段容易 在浅灰色中搜索深灰色比在深灰色中搜索 浅灰色搜索效率高 但是在红色与绿色互相搜索时搜索效率无显著差异 k r i s t j a n s s o n t s e 2 0 0 1 以上都是在静态条件下进行的搜索任务 r o y d e n 等 2 0 0 1 发现在静止 的干扰子中搜索运动的目标项比在运动的干扰子中搜静止的目标项搜索效率高 r o y d e n w o l f e k l e m e p e n 2 0 0 1 以上都是用二维图形做实验材料的 p r e v i c 和 b l u m e 1 9 9 3 用3 d 图形做视觉刺激材料 发现对图形的不同部位搜索效率也不一样 对图形的上部的搜索效率比下部的搜索效率高 p r e v i c b l u m e 1 9 9 3 1 1 1 2 从视觉材料的社会属性上发现的视觉搜索非对称效应的研究 视觉刺激材料具有社会属性特征的非对称性研究 l e v i n 等 2 0 0 1 分别用不同种 族的人物面孔作为实验材料 实验中要求被试先在与其相同的种族面孔中搜索与其异 族的面孔比在异族的面孔中搜索相同种族的面孔容易 在随后的实验中通过对原型脸 进行变形以调节种族的特异性 即增加不同种族人脸的相似性 结果还是与前面的发 现一致 即被试在相同种族面孔中搜异族的面孔比反过来更容易 l e v i n a n g e l o n e 2 0 0 1 1 1 1 3 从具有抽象意义的视觉材料上发现的视觉搜索非对称效应的研究 视觉刺激材料具有抽象意义特征时也存在视觉搜索的非对称现象 研究者s h e n 和r e i n g o l d 2 0 0 1 在实验一中首先发现刺激的低水平特征不同 如字母倾斜方向 下也 有非对称性现象 并且被试在u f b p 目标不熟悉 干扰子熟悉 条件下搜索效率比 f 4 3 1 i 0 目标熟悉 干扰子不熟悉 条件下搜索效率高 在实验二中采用被试问的实验 设计 一组汉语为母语的被试 一组英语为母语的被试对汉字及其变形进行搜索 发 现汉语被试在u f 与f u 条件下出现了非对称性现象 并且u f 条件下比f u 条件 下搜索快 但是英语被试组中没有出现非对称现象 在随后的实验中他们利用汉字 古 及其顺时针旋转1 8 0 度后的 早 用汉字 叶 及其逆时针1 8 0 度旋转后的 忸 作为实验材料 仍然用汉语组被试和英语组被试 实验结果发现汉语被试在干扰子熟 悉条件下对目标的搜索效率高于干扰子不熟悉条件下对目标的搜索效率 但是目标的 熟悉性对搜索效率的影响并不显著 所以汉语组被试中干扰子的熟悉性对搜索反应时 的主效应显著 目标的熟悉性对搜索反应时的主效应不显著 但在英语被试中目标和 2 任务转换条件下的1 f 对称性搜索1前亩 干扰子的熟悉性对搜索效率的影响均不显著 他们认为熟悉性是相对于被试而言的 即对于汉语被试来说 正立的汉字相比于旋转之后的汉字更熟悉 但对于英语被试来 说 他们对正立的或旋转之后的汉字的熟悉度并无不同 或者说都不熟悉 s h e n r e i n g o l d 2 0 0 1 1 1 2 视觉搜索的非对称性现象的理论解释 对于非对称性产生的理论解释方面主要存在以下几种争论 1 1 2 1 基于特征整合理论 特征整合理论从刺激基本特征的早期激活把人的视觉搜索分为并行搜索 也叫特 征搜索 和系列搜索 也叫联合搜索 并且认为并行搜索主要在前注意阶段完成 因为 在前注意阶段当出现在人们视野中的目标具有单一的 不被任何干扰子干扰的物理特 征时 如颜色 方向 大小等 人们对其进行无需注意资源参与的加工 当干扰子多于 两种且目标与每种干扰子都至少共有一个特征时 这是人们对其进行加工时需要注意 资源的参与 所以称之为系列搜索 t r e i s m a n s o u t h e r 1 9 8 5 基于特征整合理论认为非对称性搜索现象产生的根源 是基本特征的存在与否 原因是刺激基本特征在被早期激活加工时 当目标与干扰子 相比 目标比干扰子多一个基本特征则加快搜索效率 当目标比干扰子少一个基本特 征时搜索效率降低 t r e i s m a n s o u t h e r 1 9 8 5 1 1 2 2 基于相似性的搜索非对称性 d u n c a n 1 9 8 0 1 9 9 2 的刺激相似性理论指出在进行视觉搜索时目标本身的特征性 质不重要 而是由目标 干扰子之间的相似性以及干扰子与干扰子自身彼此之间的 相似性决定的 鉴于这两种因素所以当目标一干扰子之间的局部对比对目标的突起起 了关键作用 当目标与干扰子之间的相似性越大 则干扰子的干扰作用越强 则搜索 目标的效率越低 当目标与干扰子之间的相似性越小 干扰子与干扰子之间的相似性 越大 则干扰子越容易组群 目标与干扰子之间的局部对比越明显 使目标突出 则 搜索目标的效率提高 尤其当目标和干扰子之间的差异足够大时 在搜索时两者会形 成鲜明的对比 例如用红与绿两种差异很大的颜色进行相互搜索时 非对称性现象就 消失了 d u n c a n 1 9 8 0 1 9 9 2 1 1 2 3 基于熟悉性的搜索非对称性 3 1前言 任务转换条件下的非对称性搜索 基于熟悉性的理论认为非对称性现象的产生与被试的社会生活经验有关 即当视 觉刺激使被试熟悉的时 则该视觉刺激项目激活度小 当视觉刺激使被试曾未接触过 的即被试不熟悉的 则该视觉刺激项目激活度高 c a v a n a g h 等 1 9 9 4 认为被试对目标 与干扰子之间熟悉性的不同就会造成被试对目标与干扰子项目激活度上的区别 正是 这种激活量得不同造成了搜索的非对称性 所以总结c a v a n a g h 等 1 9 9 4 的理论解释 发现是被试目标与干扰子这两者熟悉性影响了非对称性 w a n g c a v a n a g h g r e e n 1 9 9 4 但m a l i n o w s k i 等 2 0 0 1 认为只有干扰子的熟悉性影响非对称性现象 m a l i n o w s k i h t i b n e r 2 0 01 1 1 2 4 基于原型一偏离假说的搜索非对称性 t r e i s m a n 将特征整合理论和基于熟悉性的理论相结合提出了原型偏离假说的观 点来解释搜索的非对称性现象 该理论把原型刺激当作我们熟悉的刺激 当原型刺激 发生偏离或变形时 我们就把其当作新颖的刺激 新颖的刺激比原型刺激具有更大的 激活性 因为知觉系统对不同于准刺激的偏离刺激会有更大的激活 当在高激活性的 原型偏离做干扰子时搜索低激活性的目标原型刺激时搜索效率低 当低激活性的原型 做干扰子时搜索高激活性的目标原型偏离的刺激时则搜索效率高 t r e i s m a n g o r m i c a n 1 9 8 8 1 1 2 5 视知觉领域的信息论观点 信息论理论从定量研究的角度描述视知觉的加工过程 为之前难以定量研究的知 觉情景提供准确可行的技术方法 a t t n e a c e 1 9 5 4 利用信息论概念和技术对视觉加工 外界刺激的机制进行了解释 他认为 个体大多数从外界接受到的视觉信息是冗余的 因为有时候由一部分信息就可以很好的预测到其他部分 此时人对其他部分的不确定 程度小 有时候由一部分信息仍然很难预测其他部分 此时人对其他部分不确定程度 大 信息量与不确定程度正相关 而不确定性与可预测性负相关 所以这三者之间的 关系为可预测性强则不确定程度小 则信息量小 可预测性弱则不确定程度大 则信 息量大 所以当视觉刺激呈现在人们面前是 视觉刺激物的不可预测的变化就是不确 定性 不确定性正是计算信息量的依据 对一个视觉刺激来说 物体的轮廓对其自身 的信息量有很大的影响 特别是轮廓中那些方向突然改变的拐点使得物体会具有更多 的不可预测性 此时其具有的信息量大 a t t n e a c e 1 9 5 4 陈潇 2 0 1 0 根据一系列实验 4 任务转换条件下的非对称性搜索 1前育 现象认为信息量影响搜索效率的原理 是因为知觉系统会自动决定对刺激信息加工的 顺序 这个对刺激信息加工的顺序以图形刺激含的信息量或称不确定性为指标来决 定 信息量大的图形或不确定性大的图形优先进行加工识别 另一方面 知觉系统对 不确定性大的图形或信息量大的图形进行加工时 由于不确定性大的图形或信息量大 的图形存在更多的不可预测的变化 其负荷的信息量多 加工所需的时问和知觉系统 资源就相应地多 因此它们作为目标时 知觉系统就能够很快地察觉到 而作为干扰 时 则会阻碍知觉系统对信息量相对小的目标或不确定性相对小的目标的探测 所以 视觉非对称性现象与刺激的信息量相关 陈潇 2 0 1 0 1 2 视觉搜索的研究概述 1 2 i 视觉搜索的任务类型和结果 视觉搜索任务可分为对单一特征的搜索和对联合特征的搜索 对单一特征的搜索 指目标与干扰子之间只在一个特征维度上有差异条件下从干扰子中搜索目标靶子 联 合特征搜索是指目标与干扰子之间在两个或两个以上特征维度上有差异条件下从干 扰子中搜索目标靶子 视觉搜索范式的基本程序是先告知被试搜索目标是什么 然后 呈现有多个客体组成的刺激情景要求被试判断所呈现的刺激情景中有无目标靶子的 存在 该范式的主要特点是被试事先不知道目标靶子出现的位置条件下 要求被试在 随后的情景中找到目标客体 在视觉搜索任务中通常将靶子的特性和干扰刺激的特征 以及搜索刺激的项目数等设置为自变量 以反应时和正确率作为因变量 视觉搜索的 主要实验结果为 种是对靶子的反应时和正确率与刺激项目数无关 这种结果反映 了平行搜索机制 另一种是对靶子的反应时随刺激项目数增加而增加 同时对靶子反 应的正确率随刺激项目数增加而下降 这种结果反映了系列搜索机制 出现这两种结 果是与靶子和干扰刺激的特性有关 一般对新颖的刺激可平行搜索 而复杂的联合搜 索为系列搜索 在平行搜索和系列搜索时注意所起的作用是不同的 1 2 2 视觉搜索的主要理论 视觉搜索的主要理论有特征整合理论 引导搜索理论 相似性理论和动态控制理 论 特征整合理论认为视觉搜索由平行加工阶段和系列加工阶段两个阶段组成 其中 平行加工为第一阶段 此阶段视觉系统以平行的方式对呈现在视野中的刺激信息的基 5 l 前言任务转换条件下的非对称性搜索 本特征 如颜色 大小 方向等 进行加工 此时刺激信息的各维度特征之间相互独立 视觉系统对每种维度特征的编码也是独立的 此阶段视觉系统对这些特征进行编码的 作用是形成与每个特征对应的特征地图 在系列加工阶段注意把第一阶段独立的特征 进行整合形成一个完整的知觉对象 此时注意会随机的的采用系列方式对特征地图上 的一个一个位置进行扫描 扫描的结果是产生一个暂时的客体表征 以此来实现对客 体的加工和识另1 t r e i s m a n g o r m i c a n 1 9 8 8 引导搜索理论认为视觉搜索也包含了 平行加工阶段和系列加工阶段 在平行加工阶段视觉系统对输入的刺激信息的每一个 特征与目标特征之间进行量化比较 此时受到自上而下和自下而上因素的共同作用 量化比较的作用就是在每一个特征维度上产生一个附有激活度值的激活图 激活度值 用来衡量目标处于该位置的可能性大小 对某一知觉的激活度值由该对象与视野中的 其他对象间的对比决定 与该对象相似的知觉对象越少 则激活度越高 与该对象相 似的知觉对象越多则激活度越低 从而完成对输入信息特征差异的察觉 随后注意系 统会按照第一阶段形成的激活度值从大n d 依次进行系列加工 最终引导视觉搜索 所以说系列加工顺序来源于平行加工阶段的结果 w o l f e 认为引导搜索理论的核心是 平行加工引导系列加工 当平行加工对系列加工引导较好时 则注意会高效的对目标 进行反应 表现出平行加工现象 反之当平行加工不能很好的引导系列加工时 例如 干扰刺激信息获得较高的激活度时 就会导致对目标搜索绩效下降 表现出系列加工 现象 w o l f e 1 9 9 0 d u n c a n 等 1 9 9 2 提出的相似性理论认为 呈现在视野中的刺激信 息可分组为目标和干扰两大类 所以视觉搜索的效率受到目标和干扰子之间以及干扰 子和干扰子之间的相似性影响 随着相似性的不同视觉搜索效率在不同作业和不同条 件下表现出搜索效率是变化的 例如 要想提高视觉搜索的效率 我们可以降低目标 与干扰子之间的相似性 增加干扰子彼此之间的相似性 反之则会降低视觉搜索的效 率 该理论认为在完成一个视觉搜索任务时 视觉表征按特征类型将呈现的刺激中具 有相同特征的刺激组群为一个结构单元 知觉会将这些结构单元分成不同的等级 此 时等级高的结构单元将进入视觉短时记忆 以引起相应的行为反应 这里要说明的是 知觉将这些结构单元分等级时要通过结构单元之间的竞争力来决定其等级的高低 d u n c a n 称这种竞争力为权重 选择性注意操作将工作记忆中的模板与输入刺激信息 进行匹配 匹配程度高则权重升高则竞争力增加 反之则降低 在这样的情况下 而 6 任务转换条件下的1 f 对称件搜索 1前言 与之相关的组群权重也会受到影响 称之为权重连带 所以组群与模板的匹配程度和 权重连带这两种因素决定选择的权重 所以当目标与干扰子同时与模板匹配程度高 当干扰子之间的相似性低时会降低对干扰子组群的扩散抑制机会 从而不利于视觉搜 索 所以最终被试所产生的反应是由于注意资源分配给各个结构单元后 这些结构单 元的竞争力发生了变化 竞争力强的结构单元先进入视觉短时记忆从而引起被试的反 应 d u n c a n h u m p h r e y s 1 9 9 2 d i l o l l o 提出的动态控制理论认为某 u 激信息是否 被平行加工或系列加工是由该刺激信息与视觉系统中当前任务设置间的匹配程度决 定的 并非由特征自身的属性决定或生理上的特征分析器加工决定 所以说对刺激信 息到底用何种方式加工是灵活的 当刺激信息与当前任务设置相匹配时 则对该刺激 信息的加工效率提高 表现出平行加工现象 当刺激信息与任务设置不匹配时 则对 该刺激信息的加工效率下降 表现出系列加工现象 d i l o l l o 2 0 0 1 1 3 视觉工作记忆研究概述 1 3 1 视觉工作记忆的定义 工作记忆 的概念于1 9 7 4 年被b a d d e l e y 提出 这个概念用来取代原来的 短 时记忆 我们可以从功能上和构成成分上来理解这个概念 从功能上 短时记忆仅 看作被动的存储容器 工作记忆不仅包含对刺激信息的暂时性存储 还强调对刺激信 息的暂时性加工 从构成成分上 短时记忆仅仅是单一的存储系统 而工作记忆则包 括三个成分 分别为中央执行系统 视觉空间模板 语音回路 其中 中央执行系统 可以通过与注意机制相结合控制和协调视觉空间模板和语音回路两个子系统 视觉空 间模板分管视空间的加工与存储 语音回路分管言语信息的加工与存储 所以研究者 将视觉工作记忆定义为对视知觉信息进行暂时性n t 和存储的 且能量有限的系统 由于注意对知觉和记忆的内容及容量上有某种限定作用 而注意在视觉工作记忆中 起到控制作用 因此视觉工作记忆应当也是一个能量有限的 受注意控制的系统 那么对视觉工作记忆的加工及存储机制的考察也就应当是在具体的注意条件下进行 的 b a d d e l e y h i t c h 19 7 4 1 3 2 视觉工作记忆的存储单位 关于视觉工作记忆的存储单位 一种是认为以特征为基本存储单位 另一种认为 7 1 前言 任务转换条件下的非对称性搜索 以客体作为基本存储单位 以特征为基本存储单位的理论认为记忆成绩与特征数目负 相关 即记忆成绩随特征数目增加而下降 同时客体所具有的形状 颜色 方位等 基本特征存储在相互独立的子系统中 在基于特征为基本存储单位基础上d e v a l o i s 等 1 9 8 2 提出的视觉加工多通道模型 该模型认为记忆中有许多相互独立的记忆元素 通道 每一个通道与客体的某一特征进行一一对应 d e v a l o i s y u n d h e l p e r 1 9 8 2 t u l v i n g 1 9 8 7 也认为人的记忆系统是由许多相互独立而又平行存在的记忆存储区构 成的 每个存储区可以对客体的某一特定的特征进行识别和记忆 t u l v i n g 1 9 8 7 这 一观点得到了其他实验研究的支持 v i c a v i 1 9 9 0 沈模卫 2 0 0 0 狄胜德 2 0 0 6 陈彩 琦等 2 0 0 3 研究了不同维度特征组成的客体的工作记忆表征情况 发现由同一维度不 同特征组成的客体只能以单一特征为单位进行表征 不能以整合的客体形式表征为视 觉工作记忆是以特征为储存基本单元提供了证据 以客体为基本存储单位的理论认为 记忆成绩与客体数目负相关 即记忆成绩随客体数目增加而下降 与客体含有多少个 基本特征无关 因为这些基本特征可以自动的捆绑成一个客体而被存储 陈彩琦 付桂 芳 金志成 2 0 0 3 w h e e l e r 和x u 等人 2 0 0 2 的研究支持了基于客体为基本存储单位 的观点 伴随着以特征为基本存储单位和以客体为基本存储单位这两种观点的争议 有研究者提出了双重存储机制理论 认为视觉工作记忆的存储单位随着任务类型的不 同而灵活的变化 例如 当一个客体中同一维度由多种特征组成 如一个客体颜色有 两种颜色组成 则这时多种特征无法捆绑 此时就以特征为基本存储单位 但当一 个客体由不同的维度构成 例如一个客体由颜色和形状组成 则这些不同维度的特征 可以自动捆绑成一个客体 此时就以客体为基本存储单位 w h e e l e r t r e i s m a n 2 0 0 2 x u 2 0 0 2 基于此理论 t r e i s m a n 提出了视觉工作记忆的双重存储模型 该模型认为 工作记忆中有许多特定的缓存用来对应每种维度的特征 每个缓存内含有有限的资 源 所以相同维度的特征在每个缓存中会相互竞争资源 不同维度的缓存相互独立 并行存在 所以根据该模型 由单一特征组成的客体直接进入自身对应的缓存 由多 个特征组成的客体在存储时一方面将客体的各个特征存入各自的缓存 另一方面这些 特征要整合成一个特定的客体形成一个完整的客体作为独立的存储单元 金志成等 2 0 0 3 运用单探测的变化检测范式 考察了工作记忆的表征方式在由单一特征组成的 客体和由联合特征组成的客体时的差异 以及注意水平对这些表征的影响 结果发现 8 任务转换条件下的1 r 对称性搜索l前言 由同 维度特征组成的客体在工作记忆中以特征为基本存储单位 记忆成绩与特征数 负相关 由联合特征组成的客体在工作记忆中以整合的客体为基本存储单位 记忆成 绩与整合客体的数目负相关 同时该研究结果显示 注意水平会影响不同形式的工作 记忆表征方式 以特征为单位的表征不受注意水平的影响 可能是一个自动化的过程 而以整合的客体为单位的表征受到注意水平的影响 随着客体数目增多所占用的注意 资源增大 陈彩琦 付桂芳 金志成 2 0 0 3 1 3 3 视觉工作记忆的存储容量 早期研究者以 块 来作为短时工作记忆容量的单位 认为个体利用已有的经验和 知识将视觉刺激信息整合成 块 再进行记忆 并且大量研究显示视觉工作记忆的容量 大约在3 4 个项目 l u c k 2 0 0 8 研究发现视觉工作记忆成绩贮存槽数量和资源总量两 因素有关 并且贮存槽数量与资源总量是有限的 l u c k 提出了贮存槽一资源模型和 贮存槽一平均模型两种不同的资源分配模型 这两个模型的共同之处是认为视觉工作 记忆中存在有数量有限的贮存槽 每个贮存槽对应一个客体的表征 所以贮存槽的数 量决定视觉工作记忆的容量 这两个模型的差异是在资源如何在贮存槽之间分配 前 者认为资源可以在贮存槽之间灵活分配 后者认为资源不能在贮存槽之间灵活分配 而是平均分配到每一个贮存槽中的 z h a n g l u c k 2 0 0 8 b a y s 2 0 0 9 提出视觉工作记忆 资源共享模型认为 资源的动态分配受到眼动和注意力的内部转移的影响 并且视觉 工作记忆中可能并不存在数量固定的贮存槽 视觉刺激的所有项目可以共享这些有限 的资源 同时这些资源的分配具有高度的灵活性 当对一个项目分配的资源多时 则 对该项目的反应精准性提高 对接下来的项目分配的资源就减少 所以造成对接下来 的项目反应的精准性降低 b a y s 2 0 0 9 同时需要指出的是工作记忆容量存在个体差异 l o v e t t 2 0 0 6 的源激活模型把工 作记忆资源看成一种注意激活 叫做 源激活 源激活是产生式系统 源激活从当前 的注意焦点辐射到与当前任务相关的记忆节点 根据产生式规则的激活进行信息加 工 目标信息量越大则对其的激活水平越高 信息加工效率越高 个体工作记忆容量 的差异是由 源激活 总量的差异引起的 l o v e t t 2 0 0 6 1 3 4 视觉工作记忆的生理机制 t o d d 等人 2 0 0 4 研究发现 视觉工作记忆广度的脑区是后部顶皮层 被试在视觉 9 1 前言 任务转换条件下的非对称性搜索 短时记忆上的个体差异可以通过后部项皮层的激活强度来解释 t o d d m a r o i s 2 0 0 4 l i n d e n 等 2 0 0 3 通过f m r i 研究发现额叶眼动区 项内沟和上额叶的激活模型呈 倒u 型 当刺激客体数目为2 或3 个时激活程度最大 当刺激数目超过3 个时 则激活程 度降低 d e n b i t t n e r m u c k l l i l 2 0 0 3 x u 等 2 0 0 6 同样以f m r i 作为研究手段发现 简单特征客体和复杂特征客体在大脑激活模式上存在差异 顶内沟下侧的激活与不同 空间位置上客体数量相关 而与客体特征的复杂性无关 但是顶内沟上侧和外侧枕复 合区得激活受客体复杂性的影响而不受客体数目的限制 具体表现为当客体数目小于 4 时 顶内沟下侧的激活程度随客体数目增加而增加 当客体数目大于4 时 其激活 水平无显著变化 x u 解释这种现象为在视觉工作记忆的编码和保持阶段可能存在存 在一种空间引导机制 使得空间注意保持在固定数量的不同空间位置的客体上 对客 体的具体细节的表征进行加工发生在项内沟上侧和外侧枕复合区 x u c h u n 2 0 0 6 v o g e l 等 2 0 0 5 利用e r p 技术研究认为头皮后部的对侧半球e r p 成分与同侧半球的 e r p 成分的差异波波幅是一种有效的反映保持在视觉工作记忆中不同客体表征数目 下神经生理指标 因为在视觉工作记忆的编码和延迟阶段 头皮后部对侧半球e r p 成分比同侧半球的e r p 成分波幅更大 二者的差异波波幅对保持在视觉工作记忆中 的客体数目很敏感 当客体数目小于4 时 差异波波幅随客体数目增加而增大 当客 体数目大于4 时差异波波幅不随客体数目增加而增大 所以二者的差异波波幅可以用 来作为神经生理指标 v o g e l m e m o l l o u g h 2 0 0 5 1 4 注意和视觉工作记忆的交互作用 不仅注意可以影响视觉工作记忆的绩效 视觉工作记忆的内容也会影响注意的分 配 选择性注意指的是个体有针对性的选择对某些刺激进行加工而忽视其余无关信息 的心理状态 它体现了中央执行系统的基本功能之一 也是一种视觉工作记忆正确识 别物体相关信息所必需的认知调节过程 所以 e n g l e 等 2 0 0 1 认为工作记忆就是短 时记忆与注意控制相结合的 注意的控制性主要表现在三方面 1 注意的控制性提 取使得长时记忆痕迹激活 2 对分心物的抑制来减小其干扰效应 3 维持这种激活 从而引起反应 工作记忆容量的个体差异反映了个体注意控制加工过程能力的不同 e n g l e s i n g e r 2 0 0 1 v o g e l 等x 2 0 0 5 研究中发现高工作记忆广度的个体对目标刺激 1 0 任务转换条件下的1 对称性搜索1 前言 项目反应的成绩更好 因为他们可以高效的对无关刺激进行过滤 将注意资源集中分 配给目标刺激项目 因此注意过滤影响视觉工作记忆的成绩 然而注意的过滤是由选 择性注意控制的 必须有选择性注意的参与才能实现对无关信息的抑制或排除 实现 对目标的聚焦 在实现这一个完成的过程中注意的参与和控制程度会影响目标项目被 加工的水平 v o g e l m e m o l l o u g h 2 0 0 5 d e s i m o r e 等 1 9 9 5 提出的注意偏向竞争模型认为人的注意资源是有限的 呈现在 视网膜上的许多信息由于受到自下而上或自上而下等因素的影响 只有一部分能得到 加工 所以这些信息要相互竞争 获得加工的机会 d e s i r m o r e d u n c a n 1 9 9 5 单细胞 记录发现视皮层细胞的发放速率和选择会受到视觉记忆机制的影响 客体竞争注意资 源时受到自上而下加工机制和自下而上加工机制都会导致竞争的不公平 此时与前目 标任务相关的信息在竞争中占有优势 视觉搜索加工不仅受到选择性注意的影响还受到工作记忆的影响 因为视觉搜索 加工和视觉工作记忆共享一个资源有限的系统 当其中一个任务占用资源越多时 另 一个任务所获得的资源必然会较少 从而影响其作业绩效 视觉工作记忆主要通过三 种方式参加视觉搜索 第一种 视觉工作记忆中储存着搜索目标的模板 第二 当某 个项目被注意时 该项目就会自动的转移到视觉工作记忆中 第三 视觉工作记忆对 外在行为进行控制 张明 张阳心 2 0 0 7 d u n c a n 和h u m p h r e y 1 9 9 5 认为 在每一个 独立的时间内注意将客体平行的转移到视觉工作记忆中 但是不同的时间段的加工是 系列进行的 所以他们认为视觉搜索既有平行加工又有系列加工 在视觉搜索的各个 独立时间段内视觉工作记忆是起作用的 d u n c a n h u m p h r e y 1 9 9 5 d o w n i n g 2 0 0 6 采用双任务变化检测范式发现工作记忆中存储的记忆刺激比新异的刺激得到更多的 注意资源 在他们的实验中通