（基础心理学专业论文）视觉工作记忆中几何图形的表征形式.pdf

浙江大学硕士论文摘要 视觉工作记忆中几何图形的表征形式 摘要 视觉工作记忆是当前认知心理学的研究热点之一 目前视觉工作记忆的研究 主要集中在存储容量和存储方式上 鲜有研究涉及视觉工作记忆的客体表征形式 这一基本问题 在认知科学领域 客体的表征主要有位图式和矢量式两种形式 位图式表征直接存储图像每个点的信息 图像越大所占存储空间越大 矢量式表 征存储描述图像属性的抽象指令 其存储空间对图像的大小并不敏感 探明客体 以何种形式表征的问题 不仅有助于加深对视觉工作记忆的内部机制的理解 而 且对智能机器人感知系统的设计具有指导意义 本研究通过考察几何图形的大小是否影响工作记忆的存储精度 以探讨视觉 工作记忆的客体表征形式究竟属位图式抑或是矢量式的问题 本研究包括以下四 个实验 实验一采用主观调节范式 通过操作大小不同的圆形刺激 比较其在视 觉工作记忆中的记忆精度 检验其表征形式是位图式抑或是矢量式 实验二以反 映视觉工作记忆存储过程的c d a 为指标 比较了圆形的大小是否影响其在工作 记忆中的存储绩效 实验三选用不规则四边形作为刺激材料 以排除由刺激的特 殊性所造成的干扰 对实验一的结果进行进一步检验 实验四要求被试同时记忆 不规则四边形的大小和形状 提高任务难度 以检验实验一的结果是否具有跨实 验任务难度的一致性 本研究得到以下主要结果 1 简单图形和复杂图形的大小对记忆绩效均无影响 2 图形的大小对c d a 的幅值无影响 3 随着记忆项目数的增加 记忆绩效的下降不因图形大小而有差异 基于上述结果 可以认为 几何图形在视觉工作记忆的表征形式属矢量式表 征 关键词 视觉工作记忆图形大小表征矢量式位图式 浙江大学硕士论文 a b s t l d c t t h e r e p r e s e n t a t i o no fg e o m e t r i cf i g u r e s i nv i s u a lw o r k i n g m e m o r y a b s t r a c t v i s u a lw o r k i n gm e m o 巧 v w m i sap o p u l a rr e s e a r c hq u e s t i o ni nc o g n i t i v e p s y c h o l o g y m o s to ft h ec u r r e n tw o r kc o n c e r n i n gv w m f o c u s e so ni t sc a p a c i t ya n d t h ea p p r o a c h e so fs t o r a g e h o w e v e r f e ws t u d i e sh a v ea t t e n d e dt ot h ef o r mo fo b j e c t r e p r e s e n t a t i o n si nv w m w h i c hi saf u n d a m e n t a lq u e s t i o ni nt h ef i e l d i nc o g n i t i v e s c i e n c e t h e r ea r et w om a i nf o r m so fo b j e c tr 印r e s e n t a t i o l l s r a s t e rr e p r e s e n t a t i o na n d v e c t o r r e p r e s e n t a t i o n t h er a s t e rr e p r e s e n t a t i o n s a l eb u i l tu pf r o mp i x e l l i k e i n f o r m a t i o no fo b j e c t s b yw h i c hab i g g e ro b j e c to c c u p i e sm o r es t o r a g er e s o u r c e s c o m p a r e dt os m a l l e ro n e i nc o n t r a s t t h ev e c t o rr e p r e s e n t a t i o n sa r ec o m p o s e do f a b s t r a c tp r i m i t i v e sd e s c r i b i n go b j e c tp r o p e r t i e s a n dt h ec o n s u m i n gs t o r a g er e s o u r c e s a r ei n s e n s i t i v et ot h es i z eo fo b j e c t s t oc l a r i f yt h ew a yh o w o b j e c t sa r er e p r e s e n t e di n v w mc a nn o to n l yh e l pt oe n h a n c et h eu n d e r s t a n d i n go ft h ei n h e r e n tm e c h a n i s mo f v w m b u ta l s oi si n s t r u c t i v et ot h ed e s i g no fc o g n i t i v es y s t e mo fi n t e l l i g e n tr o b o t s a i m e dt o e x p l o r ew h e t h e rt h er e p r e s e n t a t i o n so fo b j e c t si nv w m i sv e c t o ro r r a s t e r t h i ss t u d yt e s t e dw h e t h e rs i z eo fg e o m e t r i c a lf i g u r e si n f l u e n c e st h es t o r a g eo f v w m f o u re x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e d a d o p t i n gs u b j e c t i v ea d j u s t i n gp a r a d i g m e x p e r i m e n t1c o m p a r e dm e m o r yp r e c i s i o no fc i r c l e s j l i t l ld i f f e r e n ts i z e si no r d e r to e x a m i n ew h e t h e rt h es i z eo fo b j e c tw o u l da f f e c ti t sr e p r e s e n t a t i o n e x p e r i m e n t2 s u r v e y e dw h e t h e rt h es i z eo fc i r c l e sw o u l da f f e c tm e m o 巧p e r f o r m a n c e b yt a k i n g c o n t r a l a t e r a l d e l a ya c t i v i t y c d a a sa ni n d e x t or e f l e c tt h e r e p r e s e n t a t i o n m a i n t e n a n c ei nv w m t h ec h a n g ed e t e c t i o np a r a d i g mw a se m p l o y e d i na d d i t i o n e x p e r i m e n t3a p p l i e di r r e g u l a rp o l y g o n sa ss t i m u l ii n t e n d i n gt or u l eo u tt h ep o s s i b l e i r r e l e v a n te f f e c tc a u s e db yt h ep a r t i c u l a r i t yo fu s i n gc i r c l e sa ss t i m u l i f i n a l l yi n e x p e r i m e n t4 w h e t h e rt h er e s u l t sc o u l db eg e n e r a l i z e dt ov a r i e dt a s kd i f f i c u l t i e sw a s o v e r v i e w e db ya s k i n gt h eo b s e r v e r st om e m o r i z eb o t hc o l o ra n ds i z eo fi r r e g u l a r p o l y g o n si nt h ec h a n g ed e t e c t i o nt a s k t h em a i nf i n d i n g sa r ea sf o l l o w s 1 t h em e m o 巧p e r f o r m a n c e si nv w ma r en o t v 浙江大学硕上论文 a b s t i d c t a f f e c t e db yt h es i z eo fo b j e c t s n om a t t e rs i m p l eo rc o m p l e x 2 n e i t h e rt h e c o r r e s p o n d i n gc d aa m p l i t u d ei si n f l u e n c e db yt h es i z e 3 t h em e m o r yp r e c i s i o n d e c r e a s e sw h e ns e ts i z ei n c r e a s e sa n dt h ed e c l i n ei si n d i f f e r e n tf o rb i g g e ro rs m a l l e r o b j e c t s i nc o n c l u s i o n t h ef i n d i n g sa y es u p p o r t i n gt h ep e r s p e c t i v eo fv e c t o rr e p r e s e n t a t i o n o fg e o m e t r i cf i g u r e s k e y w o r d s v i s u a lw o r k i n gm e m o r y o b j e c ts i z e r e p r e s e n t a t i o n v e c t o r r a s t e r v i 浙江大学硕士论文 浙江大学研究生学位论文独创性声明 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 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 也不包含为获得逝鎏太堂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 1 吞离 签字日期 力胗年亏月r 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝江太堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权浙江太堂 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和传播 可以采用影 印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 甲尔幂刁 导师签名 签字日期 f9 年弓月r 日签字日期 矽7 年弓月厂日 浙江大学硕士论文致谢 致谢 转眼在这个美丽的城市生活了已经近七年 三年前本科毕业时 保送本校硕 士 使本科时代一帆风顺的我并没有太多感触 今天 面临即将来临的硕士毕业 和未知的未来 饱尝酸甜苦辣的我百感交集 我的成长不只是来自时间的积累 更是在众多关心帮助我的可爱人们的关注下的历练 感谢我的导师沈模卫老师 过去的四年多来 您不仅从学术研究上给予我耐 心的指导 在生活上嘘寒问暖 而且提点我领悟人生的道理 可谓全方位导师 感谢您一直以来对我的鞭策 感谢您在我申请的时候愿意帮我推荐 感谢陈硕老师 在应用研究上对我的悉心指导 在我申请的时候十分耐心地 帮我大力推荐 您豁达的人生态度十分值得我学习 感谢本科班主任水仁德老师 感谢您对我们班级每个人的负责态度 同样感 谢您不辞辛劳地帮我推荐 在这样一个充满活力的实验室里 首先要感谢高涛师兄 是你把我带进这个 实验室 与众多优秀的成员一起学习 感谢周吉帆师兄 从本科开始 不厌其烦 的在学术上给予我指导 给了我很多很多帮助 感谢尹军师弟 李杰师兄 梁君 英师姐和张萌师姐 在我写硕士论文期间给予我大力的支持和非常有效的帮助 感谢高在峰 沈勇 董一胜 李鹏 乔歆欣 虞曼泓 李新宇等各位师兄过 去在学术上对我的指导和提点 感谢周艳艳 娄鸣 何洁 邵娜 金鸣轩等师姐 陈雯 张云帆 郑晓洁 陈辉 陶冶 王丽丹等同届战友 及卢剑刚 朱晨 黄 翔 孙忠强 叶绿绿 王慈 张海琦 郁雯瑶 邹慧颖 王炬 徐晓甜 黄玉 晶 丁晓伟 王淑珍等师弟师妹 与你们一起生活和学习的日子带给我无限欢乐 感谢我的所有主试和被试 感谢推拉杆 感谢浙江大学 见证我五彩的青春 感谢挚友赵黎明 惠萍萍 刘彤冉 郭颖等 室友周娜 杜晓晓和袁旦 感 谢你们对我所有的支持和爱护 和你们相处的日子会成为我宝贵的回忆 感谢飞友刘杰 董杰 张伟 骆昆 李娟 严志程等 难忘一起并肩奋战的 日子 祝愿大家都能拿到理想的o f f e r s 飞跃成功 最后 也是最重要的 感谢我的父母和家人 你们永远对我的无条件支持是 我前进的最大动力和意义所在 我爱你们 未来一切未知 但我有你们 世界变得如此美好 陈晶2 0 1 0 3 3 于浙江大学心理系5 0 6 浙江大学硕士论文 引言 1 引言 视觉工作记忆是视觉信息加工过程中的重要环节 自b a d d e l e y 提出工作记忆 模型 b a d d e l e y 19 9 2 b a d d e l e y 19 9 3 r e p o v s b a d d e l e y 2 0 0 6 大量研究者开始 考察工作记忆的特点以及形成表征后的工作记忆存储机制 结果表明工作记忆容 量有限 记忆精度受客体的复杂度和数目的影响 a w h b a r t o n v o g e l 2 0 0 7 c o w a n n a v e h b e n j a m i n k i l b s a u l t s 2 0 0 6 然而 鲜有研究涉及视觉工作记 忆的客体表征以何种形式存在这一基本问题 目前在认知科学领域 有关客体表 征形式的研究主要存在表象表征与命题表征两种不同观点 其争论的实质可归结 为位图式和矢量式两种表征形式之争 1 1 表象表征与命题表征 客观实体在大脑中的表征形式是什么 自上个世纪七十年代心理学家就对 该问题展开了激烈的争论 提出了诸多理论 如双重编码理论 p a i v i o y u i l l e m a d i g a n 1 9 6 8 概念 命题理论 a n d e r s o n 1 9 7 8 v y l y s h y n 1 9 7 3 1 9 8 1 功能等价 理论 s h e p a r d m e t i e r 1 9 7 1 k o s s l y n 1 9 8 1 k o s s l y n g a n i s t h o m p s o n 2 0 0 1 等 其争论的焦点是视觉表征形式究竟是表象表征还是命题表征 即视觉信息以 图画 p i c t u r e 的形式还是抽象 陈述 s t a t e m e n t 的形式存储于视觉工作记 忆中 以k o s s l y n 等人为代表的研究者持表象表征的观点 他们认为 视觉表征以心 理图画的形式存在 具有与知觉等价的地位 k o s s l y n 1 9 8 1 k o s s l y n g a n i s t h o m p s o n 2 0 0 1 他们强调表象与知觉的机能等价 并发展了功能等价理论 该理论获得了大量实验证据 在s h e p a r d 等人的心理旋转实验 s h e p a r d m e t z l e r 1 9 7 1 中 要求被试判断先后呈现的两个客体是否相同 结果发现 判断反应时 与客体旋转角度呈线型关系 从而推论心理上的操作也具有与实际操作相同的反 应模式 旋转角度越大所需加工时间越长 s h e p a r d 等人据此认为 表象与外部 客体存在同构关系 表象与知觉机能具有等价 s h e p a r d m e t z l e r 1 9 7 1 s h e p a r d m e t z l e r 1 9 8 8 支持表象表征观点的另一经典研究为k o s s l y n 的心理扫描实验 实验中要求被 试想象一只兔子站在一只苍蝇旁边或在一只大象旁边 绝大多数被试在形成这样 1 浙江大学硕士论文引言 的想象表征后 都报告在大象旁边的兔子要比在苍蝇旁边的兔子小 当被试判断 兔子的一些细节特征 如是否有耳朵 时 对苍蝇边上的兔子的判断反应时平均 快2 1 l m s k o s s l y n 1 9 7 3 1 9 7 5 在k o s s l y n t 均另一个研究中 让被试先识记一个小 岛的地图 地图上包含树 池塘 石头等图标 而后要求被试在不看地图的情况 下想象出整个地图 并把注意集中于地图上的某一个图标 在听到第二个图标的 名称时尽快判断该图标是否存在于地图中 结果表明被试判断的反应时随着两个 图标距离的增加而延长 与看着地图时对图画进行扫描的反应模式一致 k o s s l y n b a l l r e i s e r 1 9 7 8 k o s s l y n d j 以上两个研究结果推断客体表征与真实事物一样 具有大小 距离等空间属性 p a i v i o 的实验也支持表象表征的观点 他利用带有 图画或字词的卡片作为实验刺激 要求被试对卡片上用图对或字对描述的两个客 体的实际大小 而非卡片上的大小 做判断 同时操作图对和字对的大小 结果 发现被试对图画的判断比字词更快 且图画中客体的相对大小与实际不一致时被 试的反应时更长 p a i v i o 据此认为 客体的大小主要是以表象的形式来表征 p a i v i o 1 9 7 5 此外 k o s s l y n 等从神经学研究中也获得了证据 想象过程会激活早期的 视觉皮层 知觉相关的布鲁卡1 7 区受损也影响想象任务的绩效 k o s s l y ne ta 1 1 9 9 9 p y l y s h y n 等人则反对表象表征系统独立存在的观点 认为心理表象只是意识 体验的结果 是心理加工过程的副现象 就好比我们在阅读时 电灯除了照亮书 本也会散发热量 而热量对阅读是没有任何帮助的 p y l y s h y n 1 9 7 3 他们持命题 表征观点 认为图像和语词等所有的信息都是以抽象的 意义化的命题来表征的 p y l y s h y n 1 9 7 3 1 9 7 9 p y l y s h y n 等人指出 k o s s l y n 等人的研究 都要求被试进 行某种心理操作 如心理旋转 心理扫描等 实验结果反映的只是被试对知觉过 程的模拟想象 而并不涉及表征的本质 即要求被试想象某事件 或事物 时 被试会想该事件 或事物 在真实世界中的发生过程 或状态 从而在脑中模 拟此事件 或事物 p y l y s h y n 2 0 0 3 心理扫描等实验的结果更可能是由于被试 对实验任务的理解所致 反映的是对知觉过程重新体验的内省报告 因此 这些 实验无法对表征形式的问题做出回答 此外 支持表象表征观点的实验结果极易受任务的影响 并不能反映认知加 工过程的本质 p y l y s h y n 重新验证了k o s s l y n 距离效应实验 k o s s l y n b a l l 浙江大学硕士论文 引言 r e i s e r 1 9 7 8 在经典的距离扫描实验地图的基础上 各个图标处分别增加一盏 灯 由一个开关控制 地图中同一时刻只点亮一盏灯 每开启一次开关 亮灯的 位置发生一次转移 识记地图后 要求被试想象实际中的操作 结果表明 在两 个图标之间注意转移所需的时间不受图标间距离的影响 p y l y s h y n 据此认为 k o s s l y n 的 6 理扫描实验结果是由特定的实验任务所致 k o s s l y n 的实验任务需要 被试在头脑中模拟一遍扫描过程 而在p y l y s h y n f f 寸实验设置中不需要此过程 因 此出现不同的结果 p y l y s h y n 1 9 8 1 2 0 0 3 可见 支持表象表征的研究实际所考察的是被试的主观体验 而不是表征的 形式和底层机制 在对表象的操作中 我们可以看到一幅图像 某个事件等 然 而这些图像和事件存储的格式到底是什么仍不能得到解答 就如在计算机操作 中 我们可以在屏幕上看到图片 并对图片进行旋转等操作 然而这并不意味着 我们知道这幅图片是采用何种数据格式存储的 以上两种观点实际上可以归纳为两类表征形式的争论 即大脑对外部客体是 以一对一的映射关系具体来表征的 还是以抽象的形式来表征的 在计算科学中 这两种表征被称为位图式和矢量式 这是两类基本的表征 位图格式直接存储图 像每个像素的信息 其图像越大所需存储空间越大 具有与实体一一对应的关系 相对比较具体 而矢量格式则是通过存储画面的点 线等的计算机指令集合从而 保存图像信息 经过了抽象再存储 具有颜色 形状 轮廓 大小等属性 范金 慧 1 9 9 9 以数学方程来描述这些属性 计算机工程师根据要解决的问题来选 择不同的表征形式 以优化计算效率 那么人类视觉系统会选择哪种表征形式存 储外界客体呢 浙江大学硕士论文 引言 1 2 视觉工作记忆存储容量 视觉工作记忆的客体表征形式决定了其所需的存储空间 对于一个圆 若采 用矢量图形式描述 只需圆心坐标 半径 颜色等参数 所需存储空间不受大小 影响 而若采用位图形式描述 则需建立一个三阶矩阵 用来存储每个像素点上 的颜色值 所需存储空间随图形大小不同而显现差异 两种不同的表征形式所消 耗的计算资源也截然不同 因此要探明工作记忆的存储容量 必先对工作记忆中 客体的表征形式加以理解 虽然目前已有大量研究关注工作记忆容量有限性的本 质 a l v a r e z c a v a n a g h 2 0 0 4 l u c k v o g e l 19 9 7 v o g e l w o o d m a n l u c k 2 0 01 z h a n g l u c k 2 0 0 8 但鲜有研究直接探讨其表征形式 l u c k 和v o g e l 等人认为 视觉工作记忆存储的是整合客体 存储的客体数目 有限 且不受客体所含特征的数目和种类的影响 l u c k 和v o g e l 研究中 被试记 忆由四种特征 颜色 朝向 大小和是否缺口 构成的客体 其绩效与记忆单特 征客体 颜色或朝向 无显著差异 表明工作记忆存储的是整合的客体而非独立 的特征 l u c k v o g e l 1 9 9 7 v o g e l 等人的后续研究为此观点提供了来自e r p s 的证据 他们发现 c d a c o n t r a l a t e r a ld e l a ya c t i v i t y 幅值随记忆客体数目增 多而增大 在3 4 个时达到最大值 他们据此认为视觉工作记忆存储容量为4 个客 体 v o g e l m a c h i z a w a 2 0 0 4 此观点与w 撕曲和n o n l l a i l 的研究一致 他们倾向 于将工作记忆看成有限的存储空间 且此空间分为少数几个存储槽 s l o t 一个 存储槽只能存储一个记忆组块 若组块数超过存储槽数目 新的信息不能进入存 储槽 w a u g h n o r m a n 1 9 6 5 z h a n g 等在此基础上提出 s l o t s a v e r a g i n g 模型 认为在工作记忆中存在4 个 容量相等的存储槽 存储槽中所存客体的精度相同 不因客体复杂度或重要性的 不同而变化 r o u d e r e ta 1 2 0 0 8 z h a n g l u c k 2 0 0 8 z h a n g 和l u c k 的研究中要求 被试在一个连续的色环上点击与记忆项中呈现的某一色块一致的颜色 其结果符 合根据 s l o t s a v e r a g i n g 模型预测的记忆精度曲线 发现客体数目小于4 个时 记忆精度随记忆项目数 s e ts i z e 增多而下降 超过4 个客体后记忆精度不再变 化 z h a n g l u c k 2 0 0 8 该模型提示 当记忆项目数少于存储槽时 几个存储槽 可以同时表征一个记忆项 通过对各个存储槽的平均 可获得高精度的表征 如 果全部的存储槽都已被占用 那么将不能再存储其它项目的信息 由此可以推测 4 浙江大学硕士论文引言 当项目数超过存储槽时 只有部分客体项目进入工作记忆 且其精度是固定的 9 s l o t s a v e r a g i n g 模型相反的观点则认为工作记忆包含的是一个可共享的 资源库 ap o o lo f r e s o u r c e s f r i c k 1 9 8 8 这些资源是连续性的 能被灵活分配 可用于存储数量少 但精度高的表征 或数量多 但精度低的表征 复杂度更高 或重要性更显著的客体会分得资源库中更多的资源 即 r e s o u r c e s 模型 a l v a r e z c a v a n a g h 2 0 0 4 b a y s c a t a l a o h u s a i n 2 0 0 9 b a y s h u s a i n 2 0 0 8 e n g c h e n j i a n g 2 0 0 5 此模型预测 存储精度会随着记忆项目数的增加而下降 并且客 体复杂度也影响记忆的精度 a l v a r e z 9 c a v a n a g h 约研究以六种不同复杂度 根 据搜索绩效定义 的材料作为实验刺激发现 客体复杂度越高 视觉工作记忆所 能存储的客体数目越少 可由4 个降至1 个左右 即可存储的客体个数与客体复 杂度间存在代偿关系 支持 r e s o u r c e s 模型 a l v a r e z c a v a n a g h 2 0 0 4 b a y s 等 人的研究发现 随着记忆项目数的增加 记忆精度单调下降 记忆项目数无上限 b a y s c a t a l a o h u s a i n 2 0 0 9 b a y s h u s a i n 2 0 0 8 b a y s 等人在同时考虑颜色 和位置的记忆误差的条件下 重复z h a n g 等的颜色判断的任务 z h a n g l u c k 2 0 0 8 发现用 r e s o u r c e s 模型可以很好的解释其实验结果 b a y s c a t a l a o h u s a i r t 2 0 0 9 上述两个观点的争论在于有限的工作记忆资源是如何分配的 以及记忆的精 度是否受客体复杂度的影响 然而 在理解工作记忆表征形式之前 工作记忆存 储容量的问题无法真正获得解决 因为表征形式直接决定了其消耗的记忆资源 这就好比询问硬盘里能存储多少张数码照片 在不知道图片格式之前 硬盘工程 师永远不能给出正确答案 尽管他对硬盘的工作原理和性能了如指掌 s 浙江大学硕士论文引言 1 3 问题提出与研究构思 综合前述研究可见 目前视觉工作记忆的研究主要集中在存储容量和存储方 式上 鲜有研究涉及视觉工作记忆的客体表征形式这一基本问题 在认知科学领 域 客体的表征形式主要有位图式和矢量式两种 位图式表征直接存储图像每个 点的信息 图像越大所占存储空间越大 矢量式表征存储描述图像属性的抽象指 令 其存储空间对图像的大小并不敏感 探明客体以何种形式表征的问题 不仅 有助于加深对视觉工作记忆的内部机制的理解 而且对智能机器人感知系统的设 计具有指导意义 本研究通过考察几何图形的大小是否影响工作记忆的存储精度 以探讨视觉 工作记忆的客体表征形式究竟属位图式抑或是矢量式的问题 笔者假设 若图形 在工作记忆中的表征为矢量式表征 则图形的表征所占存储空间并不会因其大小 不同而改变 因此记忆精度不受图形大小的影响 反之 若为位图式表征 则图 形越大 表征所占存储空间越大 因此记忆精度因图形大小不同而表现出差异 针对上述假设 本研究通过以下四个实验进行探讨 实验一采用主观调节范式 通过操作大小不同的圆形刺激 比较其在视觉工 作记忆中的记忆精度 以检验其表征形式是位图式抑或是矢量式 实验二采用脑电技术 以反映视觉工作记忆存储过程的c d a 为指标 比较圆 形的大小是否影响其在工作记忆中的表征精度 进一步检验实验一的结果 实验三选用比圆形复杂的不规则四边形作为刺激材料 以排除由刺激的特殊 性所造成的干扰 对实验一的结果进行进一步检验 实验四要求被试同时记忆不规则四边形的大小和形状 提高任务难度 以检 验实验一的结果是否具有跨实验任务难度的一致性 6 浙江大学硕士论文实验研究 2 实验研究 2 1 实验一 本实验从简单 的几何图形一圆形出发 考察圆的大小是否会影响圆在视觉工 作记忆中的记忆精度 实验采用主观调节范式 该范式在视觉工作记忆常用范式 变化觉察 式 l u c k v o g e l 19 9 7 p h i l l i p s 19 7 4 w h e e l e r t r e i s m a n 2 0 0 2 和主 观辨别范式 p a l m e r 1 9 9 0 的基础上进行改进 要求被试调节检测项的圆 使其与 记忆项中相应位置上的圆大小一致 2 1 1 实验方法 2 1 1 1 被试 1 2 名自愿参与实验的浙江大学在校学生参加实验 年龄1 8 至2 5 岁 视力 或 矫正视力 正常 无色弱色盲 被试参加实验后获得一定报酬 2 1 1 2 实验装置及条件 本研究实验皆由p e n t i u mi v 兼容计算机控制 屏幕分辨率为1 0 2 4 7 6 8 象素 刷新率为1 0 0 赫兹 被试眼位与屏幕中心等高 视距约为5 7 c m 全部实验在暗 室环境下进行 显示器背景为灰色 刺激呈现与反应时记录使用m a t l a b 编写程序 采用s p s s 进行数据统计分 析 2 1 1 3 实验材料 实验刺激为8 个大小不等的圆 分别为红色 绿色 黄色和蓝色 大小与颜 色组合形成不同的客体 其中4 个为大圆 4 个为小圆 圆大小 半径 设置如下 4 4 小圆半径分别为l x o 5 0 1 3 5 x 0 5 0 1 3 5 2 x 0 5 0 1 3 5 3 0 5 0 当实验中只 呈现1 个小圆时 从中随机选取1 个 呈现2 个时 随机选取大小相邻的2 个圆 呈 现4 个小圆时 选取全部4 个同时呈现 最小大圆的半径为最大小圆的半径的1 5 倍 其它大圆生成规则同小圆 每次呈现记忆圆的数目可能为1 个 2 个或4 个 颜色各不相同 调节圆只有1 个 位置随机选取之前呈现记忆圆的位置之一 且颜色与相同位置的记忆圆相同 7 新扛 学碰 论文实骓研究 调节圆的韧始大小偏离记忆标准圆 4 0 5 0 以屏幕中心为原点 分成四 个象限 圆呈现于每个象限的对角平分线上 且圊心距屏幕中心的距离做随机处 理 2 1 1 4 实验设计与流程 实验采用2 圊大小 大圊和小圆 3 记忆项目数1 个 2 个和4 个 的被 试者内设计 园变量为被试调节圆的相对调节误差 实验流程见图21 实验过 程中 被试就坐于屏幕前约5 7 c m 处 两眼注视屏幕 右手两手指位于键盘的 卜 和 键上 首先在屏幕中心呈现一个黑色十字注视 自 2 0 0 m s 注视点消失后空 屏3 0 0 4 0 0 m s 然后呈现记忆项5 0 0 m s 空屏9 0 0 r n s 后 在记忆项呈现的几个位置 之一处呈现一个圆 调节圆 要求被试按 变小 和 变大 键调节 圆的大小 使其与之前相同位置上呈现的记忆圆大小相等 被试确定调节完毕后 按空格 空屏15 2 s 之后开始下一次试验 被试每按键一次的调节步长为相对步 长 大圆与小圆一致 每种处理重复2 0 次 整个实验共含1 2 0 次试验 薹昌争哪 犍t 争 啊啊 4 十或 4 住视点2 0 帅5 空屏 帅帅 e 忆疆s o o m j 空屏蛳m蕞试谭节辑l s 2 s 2 1 2 结果与分析 田2 j 赛验一流程图 计算被试相对调节误差1 的方法为 i 调节圃半径一记忆圆半径j 记忆圆半径 1 2 名被试在不同大小圆和不同记忆项目教条件下的调节误差平均值见图22 警 墨鋈 霭i 凳均根据圆的半径计算 若根据面轵计算相对 节谡差t 所得结果模式与此相同 只是 8 浙江大学硕士论文实验研究 o 2 5 0 2 0 洲 咯0 1 5 靼 露 靛0 1 0 霉 o 0 5 0 0 0 24 记忆项目数 图2 2 实验一中不同记忆项目数条件下被试的相对调节误差 两因素重复测量方差分析的结果表明 记忆项目数主效应显著 尺2 1 0 3 1 9 2 4 p 0 0 0 1 即随项目数增多记忆绩效下降 该结果与前人的有关工作记 忆的研究结果一致 说明本实验条件下 以相对调节误差为被试的绩效指标是有 效的 圆大小主效应不显著 f 1 1 1 2 2 0 3 p o 1 6 6 二者交互作用也不显 著 目2 1 0 0 5 9 3 p 0 5 6 1 说明圆的大小对记忆精度无影响 本实验结果发现随着记忆项目数的增多 大圆和小圆的记忆精度变化趋势均 一致 表明二者所耗用的记忆资源相当 该结果支持工作记忆中客体表征属矢量 式的假设 浙江大学硕士论文实验研究 2 2 实验二 本实验采用脑电技术 选取反映视觉工作记忆信息保持过程的c d a 为指标 对实验一结论进行验证 有研究者在采用变化觉察范式的实验中 当要求被试选 择记忆呈现于视野两侧中的一侧刺激时 以对侧脑区出现的负波减去与记忆刺激 在同一侧的脑区的负波 所获得二者的差异波 被称为对侧延迟活动 即 c d a d r e w m c c o l l o u g h v o g e l 2 0 0 6 2 2 1 实验方法 2 211 被试 1 3 名自愿参与实验的浙江大学在校学生参加实验 年龄1 8 至2 5 岁 视力 或 矫正视力 正常 无色弱色盲 被试参加实验后获得一定报酬 2 2 1 2 实验装置及条件 数据采集采用n e u r o s c a n 公司的e s i 6 4 导脑电记录系统 选取6 6 个头皮位置 利用a g a g c l 电极帽记录e e g 以左侧乳突为参考电极 数据处理时转换成左右 乳突平均做参考 由左眼眶额上 下部的两电极记录垂直眼电 v e o g 由两 眼外侧1 5 c m 处的两电极记录水平眼电 h e o g 脑电信号采集增益为5 0 0 滤 波带通为0 0 5 1 0 0 h z a d 采样频率为1 0 0 0 h z 电极与头皮间的电阻小于5 k o 接地电极位于f p z 与f z 央 2 213 实验材料 实验刺激为6 个大小不等的圆 分别为红色 绿色 黄色和蓝色 大小与颜 色组合形成不同的客体 其中3 个为大圆 3 个为小圆 圆大小 半径 设置如下 3 个小圆半径分别为1 3 5 0 5 1 3 5 2 o 5 1 3 5 3 0 5 0 当实验中只呈现1 个 小圆时从中随机选取1 个 呈现3 个时 选取所有3 个同时呈现 最小大圆的半径 为最大小圆的半径的1 5 倍 其它大圆生成规则同小圆 实验中每次在屏幕注视点两侧分别呈现的记忆圆的数目可能为1 个或3 个 检 测项的圆在注视点两侧各有1 个 位置随机选取之前呈现记忆圆的位置之二 且 颜色与同一位置上的记忆圆相同 检测圆的大小相对于记忆圆发生变化的概率为 0 5 0 在变化条件下 检测圆的大小偏离记忆圆士4 0 以屏幕中心为注视点 1 n 浙江太学 土论文 验研究 刺激在两侧对祢呈现 每一侧的圆呈现时圆心可能位于屏幕对角线或水平中心线 的位置上 且圆心距屏幕中心的距离做随机处理 2 2 1 4 实验设计与漉程 实验采用2 圆大小 大固与小圆 2 记忆项目数 1 个与3 个 的被试者 内设计 固变量为被斌判断先后呈现的圆大小是否相等的正确率和反应时 实验 流程见图23 实验过程中 被试就坐于屏幕前约5 7 e r a 处 两眼注视屏幕 左 右手食指分别位于键盘的 f 和 j 键上 首先在屏幕中心呈现一个黑色十字注视 点2 0 0 m s 十字上方同时呈现一个箭头 指示被试应该记忆的一侧 箭头消失单 独呈现注视点3 0 0 4 0 0 m s 然后在屏幕上呈现记忆项5 0 0 m s 注视点左右两侧对 称呈现数目相等的圊 单独呈现注视点9 0 0 m s 后 呈现检测项 在记忆项呈现的 几个位置之一处呈现一个圆 要求被试判断检测圆与之前同一位置上呈现的记忆 圆大小是否相等 若判断为 相等 按 j 键反应 若判断为 不相等 按 f 犍 反应 反应窗为4 s 若被试反应错误或超出4 s 未反应 屏幕上呈现 反应错误 的 反馈 空屏1 5 2 s 之后开始下一次试验 每种处理重复8 0 次 整个实验共合3 2 0 次试验 姗 4 咖6 记忆项5 0 嘶s e w s o a m s 接键反应 空屏l5 2 s 4 s 反应窗 图2 3 实验二流程圉 2 2 2 结果与分析 数据采用n e u r o s e a n 43 分析 在叠加前剔除波幅在 7 5 v 区间之外的试验 蛳m 根据v o g e l 等人的相关研究 笔者选取p 1 p 2 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 p 0 3 p 0 4 p 0 5 p 0 6 p 0 7 p 0 8 c b l c b 2 和0 i 0 2 九对电极 并把分布较近的电极 p 1 p 2 和p 3 p 4 p 5 p 6 和p 7 p 8 p 0 3 p 0 4 p 0 5 p 0 6 和p 0 7 p 0 8 c b l c b 2 和0 1 0 2 平均得到四个电极区 c d a 的波形通过以下步骤获得 i g p 3 p 4 电极对为例 首先 叠加记忆项在注视点左侧时p 4 上的脑电和在注视点右侧时p 3 上的脑电 新 大学颈 论立 盛验研究 获得对侧脑电波形 然后 叠加记忆项在注视点左侧时p 3 上的脑电和在注视点右 侧时p 4 上的脑电 获得同侧脑电波形 最后 用对侧脑电波形减去同侧脑电波形 彻j c d a 波形 以往研究 b o d m a n v o g e l 2 0 0 8 m c c o l l o u g h m a c h i z a w a v o g e l 2 0 0 7 表明 人脑的对恻延迟活动在记忆项呈现2 0 0 m s 后就开始与其同侧活 动发生分离 且该现象在任务保持阶段一直存在 为此 本宴验选取记忆项开始 呈现后的5 0 0 一1 0 0 0 m s 作为分析时程 以记忆项刺激呈现前2 0 0 m s 的脑电为基线进 行分析 行为实验结果见图24 和图25 两因素重复剥量方差分析的结果表明 记忆 项目数在反应时 9 正确率上主效应均显著 反应时 h 1 1 2 2 7 35 7 8 p 00 0 1 正确率 f 1 1 2 7 3 98 9 6 p o 0 0 1 即记忆一个圆的缋效显著高于记忆三个 圆的绩效 圆大小在反应时与正确率上的主效应均不显著 反应时 月1 1 2 15 8 5 p 0 2 3 2 正确率 f 1 1 2 1 3 2 1 p 0 2 7 3 二者交互作用在反应时 与正确率上也均不显著 反应时 只1 1 2 0 5 5 2 p 0 4 7 2 正确率 f 1 1 2 0 1 0 7 p o7 4 9 印记忆大圃的绩效和记忆小圆的绩效无显著差异 且大脑和 小圆随着记忆项目鼓的增加 记忆绩效下降趋势一致 目2 4 实验二中环同记忆项目数条件下教试的变化觉察正确幸 i m i 帅 阳 蚰 拍 坩 一薹 露 群飙草制 浙 大学顿 论文实验研究 l i l l 1o 记忆埔目程 图2 5 实验二中不同记忆项目数条件下被试的变化觉察反应时 大 小圆在记忆项目数为1 和3 时的c d a 结果见图26 以p 3 p 4 电极对为例 咀圊大小 记忆项目数和电极区为自变量 三因素重复测量方差分析表明 圆大 小的主效应不显著 1 1 2 1 8 4 8 p 0 1 9 9 记忆项目数主效应显著 只1 1 2 7 3 0 9 p 0 0 5 电极区主效应不显著 只3 1 0 1 7 6 6 p 仉1 7 1 圆大小与 记忆项目数交互效应不显著 f l 1 2 o0 2 2 p 0 8 8 5 圆大小与电极区交互 效应不显著 只3 1 0 26 8 3 矿0 1 2 7 记忆项目数与电极区交互效应不显著 h 3 1 0 03 7 5 p o7 7 2 三者之间交互效应不显著 f 3 1 0 1 o2 9 5 p 08 3 6 可见c d a 幅值随着记忆项目数增加而增大 但不受圆大小的影响 榴 礤 o 3 j 热胁噍一a 婉 1 j 哦一 蠹 l 等 彤二i 7 盗p 兰 1 2 30 圈2 6 实验二t p e r p s 结果圉 p 3 伊4 电极对 黜 印 柏 加 一lv藉嗡群飙草姒 浙江大学硕士论文 实验研究 2 3 实验三 实验一和实验二的结果表明圆大小对不同记忆项目数条件下的记忆绩效的 影响是一致的 从而支持矢量式表征观点 然而这两个实验采用的刺激材料是圆 形 圆本身是一种非常简单且特殊的形状 对其大小的参数表征相当简单 故当 前的结论可能仅限于圆这一种图形 在本实验中增加记忆客体复杂度 采用不规 则四边形作为实验刺激 以排除由刺激的特殊性所造成的干扰 2 3 1 实验方法 2 3 1 1