认知心理学注意的认知理论课件

1、第三讲 注意理论一、过滤器模型和衰减模型二、反应选择模型三、聚光灯模型和变焦透镜模型四、特征整合理论五、负启动六、瓶颈理论与中枢能量理论 二战期间，人们已经清楚地认识到，当需要对来自不同通道的多个信号作反应时，人的能力存在严重局限。 如：飞行员不得不注意舱内的许多视觉显示、飞机外的视觉环境以及来自无线电接受装置的听觉信息。 地面人员也面临同样困难，雷达操作员更需要维持高度警惕。 这些问题的出现，促使研究者努力去发现人类在执行任务方面所存在的更多的局限。 Welford（1952）通过实验证明，当相继快速呈现两个信号，而且被试必须对两个信号都作快速反应时，被试对第二个刺激的反应时间，依赖于从第一

2、个刺激开始呈现到第二个刺激开始呈现之间的时间差.刺激呈现时间不同步，简称SOA。 同长SOA相比，当SOA非常短时，被试对第二个刺激的反应要慢。Welford将这种短SOA条件下，被试对第二个刺激反应的延迟，称作心理不应期。 Welford的研究表明，人类信息加工系统同时完成多项任务的能力有限。 由于人类信息加工系统的能力是有限的，人不可能对所有进入感官的刺激都进行完善加工，所以，人们总是选择重要的信息而忽略其他的信息。 因此，注意的核心问题也就是对信息的选择分析。一、注意的过滤器模型（filter model）1、过滤器模型 过滤器模型是英国心理学家Broadbent（1958）在双耳同时分

3、听实验的基础上提出的一个较早的注意模型。 Broadbent认为，来自外界的信息是大量的，而人的神经系统高级中枢的加工能力是有限的，于是就出现了瓶颈。为了避免系统超载，就需要某种过滤器对之加以调节，选择其中较少的信息，使其进入高级分析阶段，这类信息将受到进一步加工而被识别和存储，其他信息则不能通过。 这种过滤器就体现了注意的选择功能。因此这种理论被称为“注意的过滤器模型”。 由于此模型的核心思想是它到达高级分析水平的通道只有一条，因而，Welford（1959）称之为“单通道模型”。2、过滤器模型及双耳同时分听实验的依据What does attention select?Auditory s

4、elective attention- Channel-based selection (Dichotic presentation)3,9,21,4,7 向被试右耳呈现3个数字，同时向左耳呈现另外3个数字，如：右耳：4，9，1；左耳：7，2，6 呈现的速度为每秒2个数字。然后，要求被试再现。实验发现被试可用两种方式再现： 以耳朵为单位，分别再现左右耳所接收的信息。 以双耳同时接收到的信息为单位，按顺序成对地再现。结果：Broadbent原估计能达到95%的准确再现率，但实 际上，以第一种方式再现的准确率为65%，以第 二种方式再现的准确率为20%。解释：Broadbent认为，每只耳朵相当于

5、刺激输入的一个 通道，而过滤器只允许每个通道的信息单独通过。3、另外的支持证据 Cherry（1953）使用双耳同时分听并注意追随耳程序的实验，其实验结果支持过滤器模型。 实验结果表明：被试能很好地再现追随耳的信息，而对非追随耳的刺激，除了一些物理特征变化（如语言由男声变为女声）能觉察之外，其他的任何东西都不能报告，甚至当非追随耳的刺激由法语改为德语、英语或拉丁语等的变化都觉察不到。 Von Wright、Anderson和 Stenman(1975)以听觉形式呈现两个词表，要求被试追随一个词表而忽略另一个词表。当没有被注意词表中的某个单词此前与电击曾发生过联系时（形成了条件反射），被试对此词

6、会产生一个生理反应（皮肤电反应）。在发音或意义上与此词接近的单词也会产生同样的效果。这表明，出现在非追随耳中的非注意词不仅通达了语义，而且能在语义上概括化。 此实验结果不支持单通道过滤器模型。 二、注意的衰减器模型（attenuation model） Treisman（1960）：双耳同时分听的追随耳程序实验。 左耳（追随耳）：There is a house understand the word. 右耳（非追随耳）：Knowledge of on a hill. 结果，被试都报告为：There is a house on a hill.并声称是从一只耳朵听到的。 结果表明：当有意义的材料

7、分开呈现在追随耳和非追随耳时，被试会不顾主试的事先规定（即复述追随耳所听到的项目）而去追随意义。 这种现象只有在过滤器允许两只耳朵的信息都通过的前提下才能出现，即人可同时注意两个通道的刺激。 Treisman（1960，1964）根据以上实验结果对过滤器模型加以改进，提出了衰减器模型。 Treisman认为，高级分析水平的容量有限，必须由过滤器加以调节，不过，这种过滤器不是只允许一个通道（追随耳）的信息通过，而是既允许追随耳的信息通过，也允许非追随耳的信息通过，只是非追随耳的信号受到衰减，但其中一些信息仍可得到高级加工。 这样就把过滤器的单通道模型改为双通道模型，注意则是在信息通道之间进行分配

8、。注意的衰减模型 反应频率强度等物理特征分析选择性过滤意义分析追随耳非追随 解释：追随耳和非追随耳的信息都先通过初级的物理特 征分析，然后经过过滤器。只是非追随耳的信息经 过过滤器时受到衰减，以虚线表示；而追随耳的信 息未衰减，以实线表示。 为了解释受到衰减的非追随耳的信息如何得到高级 分析而被识别，Treisman将阈限概念引入高级分析水平。 她认为，已储存的信息（如字词）在高级分析水平（即意义分析）有不同的兴奋阈限。追随耳的信息，通过过滤器时其强度没有衰减，可顺利地激活有关的字词，从而得到识别；而非追随耳的信息，由于受到衰减而其强度减弱，常常不能激活相应的字词，因而难于识别。 但是，特别有

9、意义的项目如自己的名字，因为阈值较低，故可受到激活而被识别。衰减器模型和过滤器模型的基本共同点两者都认为高级分析水平的容量有限，必须由过滤器加以调节两者都认为过滤器的位置应处在初级分析和高级意义分析之间注意选择都具有知觉性质在当前的认知心理学中，倾向于将这两个模型合并，称之为Broadbent-Treisman 过滤器-衰减器模型，也称为注意的知觉选择模型。三、反应选择模型（response selection model） 依据非追随耳的信息也可得到高级分析加工的实验证据，Deutsch和Deutsch（1963）提出了反应选择模型，随后，Norman（1968，1976）支持这个模型并加以

10、修订。 基本假定：由感觉通道输入的所有信息都可进入高级分析水平，得到知觉加工，并加以识别。而注意选择位于知觉和工作记忆之间，即过滤器不在于选择知觉刺激，而在于选择对刺激的反应。其选择标准是刺激对于人的重要性。对于重要的刺激，才会做出反应。 Deutsch-Norman的模型主张，注意是对反应的选择，所以又称为反应选择模型。支持实验Hardwick（1969）：双耳同时分听的追随靶子词实验。在实验中，向被试的双耳同时呈现一些刺激，其中包括一些靶子词。这些靶子词呈现在右耳或左耳的数量相同，但呈现的顺序是随机的。要求被试不管右耳还是左耳听到靶子词，都要作出分别的反应。实验结果：右耳和左耳对靶子词的反

11、应率达到59%68%。双耳的反应率很接近。四、知觉选择模型和反应选择模型的比较 两类注意模型的主要不同点，在于对注意选择机制（即过滤器）在信息加工系统中所处的位置不同。 Treisman和Geffen（1967）为了验证以上两种模型，设计了一个双耳同时分听实验。 在此实验中既设置了追随耳程序（即让被试复述追随耳中所听到的项目），又设置了追随靶子词的程序（即在同时呈现给两耳的刺激中，分别随机地安排一些特定的靶子词，并要求被试无论是追随耳还是非追随耳听到靶子词时，都要做出反应，分别记录两耳对靶子词的反应次数）。可以做出如下预测：若追随耳能听到靶子词并做出反应，而非追随耳听不到并不能做出反应，则支持

12、过滤器模型；若追随耳和非追随耳都可听到靶子词并做出反应，但追随耳对靶子词的反应次数应多于非追随耳，则支持衰减模型；若追随耳和非追随耳都可听到靶子词并做出反应，并两耳对靶子词的反应次数接近，则支持反应选择模型。实验结果：追随耳对靶子词的反应率是86%，而非追随耳的反应率是8%。这一实验结果有利于衰减模型，支持知觉选择模型。 Deutsch等（1967）对上述实验设计提出批评。他们指出，在Treisman的实验中，两耳实际上处于不平等的地位： * 一耳为追随耳，另一耳不是；* 在追随耳一方，对靶子词既要复述（即追随），又要做出敲键反应，共要做两次反应；而在非追随耳一方仅需对靶子词做出敲键反应，即一

13、次反应。* 这种设计会造成追随耳的信息比非追随耳的信息更重要，因此，追随耳对靶子词的反应次数比非追随耳的要多就不可靠。 Treisman和Riley（1969）听取了Deutsch等人的批评意见，又重新设计了一个实验。在新的实验中，要求被试当从追随耳中听到靶子词后，不要对其进行复述，使两耳在接受靶子词的条件上一致，其他安排与前一实验相同。 结果：追随耳对靶子词的反应率为76%，而非追随耳对靶子词的反应率为33%。 此结果仍然支持知觉选择模型。 这一新的实验设计仍然使两耳处于不等的条件。这不仅因为一耳仍被确定为追随耳，而且就靶子词来看，两耳也没有保持相同条件，即当追随耳的刺激受到逐个复述，而听到

14、靶子词时忽然停止复述，这反而会使靶子词显得突出而变得重要，以致影响最后的反应，使追随耳的反应率高于非追随耳。 目前，对于这两类模型，心理学界还没有充分依据来肯定一个而否定另一个。然而，从研究方法和研究的具体问题而言，这两类模型似乎还不至于那么对立。 主张知觉选择模型的研究者，一般都用追随耳程序的双耳分听的实验方法，这种方法将注意引向一个通道，然后再来分析和比较两个通道的作业情况。可见，他们研究的是集中注意。 支持反应选择模型的研究者，一般都用不附加追随耳程序的靶子词的双耳同时分听的实验方法。这种方法使注意分配到两只耳朵中，研究的是分散注意。 由于这两种实验方法研究的具体问题不同，所以必然会反应

15、在实验结果上，并影响理论分析。思考：如何用信号检测论方法中两个指标：d与来考查两类模型？ 按照注意的过滤器和衰减器模型的观点，具有注意选择功能的过滤器或衰减器位于觉察和辨识之间，这意味着不是所有的刺激信息都能进行高级分析而被辨识。因此这两个模型属于早期选择模型（early selection model)。 按照注意的反应选择模型的观点，注意的选择功能位于辨识和反应之间，它意味着所有输入到感觉通道的信息均可被辨识，但只有一部分被认为是重要的信息才能会引起反应，故称为晚期选择模型(late selection model) 。多阶段选择理论Johnston等人提出了一个灵活的多阶段选择理论，认为

16、选择过程在不同的加工阶段上都有可能发生。这一理论的两个主要假设是：（1）在进行选择之前的加工阶段越多，所得到的认知加工资源就越多；（2）选择发生的阶段依赖于当前的任务要求，注意选择可以在感觉阶段、语义阶段与意识阶段中都可以发生。Johnston & Heinz的实验：在实验中要求被试完成两个任务：第一项任务为标准的分听任务，这可能需要感觉表征，也可能需要语义表征。第二项任务，对随机呈现的灯光按键作出反应，即只要求感觉表征。语义表征比感觉表征需要更多的认知资源。如果在第一项任务中，要求被试进行语义表征，那么第二项任务得到的认知资源就会减少；反之，如果第一项任务只要求进行感觉表征，那么第二项任务就

17、可以获得更多的认知资源。在获得更多的认知资源的情况下，被试对灯光的反应时会加快。分听任务有两种条件：其一，让被试追随物理特征（感觉表征）追随男声或女声。其二，同一性别的声音（男声或女声），朗读语义范畴不同的词语（如家具类与水果类名称），要求被试进行语义表征。结果（第二任务）：？Johnson和Wilson（1980）实验 在实验中，给被试的两耳同时呈现各一个字词，被试的任务是检测事先规定的某一范畴的字词（即靶子词）。他们所用的靶子词都是双义词，即至少具有两个不同的词义。例如，事先规定的范畴为“衣着”，那么“sock”一词就是双义靶子词，因为它具有”短袜“和”痛击“两个词义。当给一耳呈现靶子词时

18、，给另一耳同时呈现非靶子词。 本实验有两个自变量，自变量一为非靶子词的特点，自变量二为靶子词的呈现方式。自变量一（非靶子词的特点）有三个水平：水平一：偏向双义词的适当意义的词。例如，当靶子范畴是“衣着”时，靶子词“sock”的适当意义为“短袜”。形容词“臭的（smelly）”就可作为偏于“短袜”意义的非靶子词。水平二：偏向双义词的不适当意义的词。例如，当靶子范畴是“衣着”时，靶子词“sock”的不适当意义为“痛击”，“打击（hit）”一词就可作为偏于“痛击”意义的非靶子词。水平三：中性的词。如“周二（Tuesday）”自变量二（靶子词的呈现方式）有两个水平：水平一：靶子词不固定的呈现给哪一只耳

19、朵（注意的分配性）水平二：靶子词只呈现在左耳，让被试追随左耳（注意的集中性）因变量：靶子词的检测率（）。7060408050不适当的中性适当的注意的集中性注意的分配性非靶子词的类型在两种条件下非靶子词的类型对靶子词检测的影响结果及其分析（一）（1）在注意分配性条件下，适当的非靶子词能够促进对靶子词的检测（检测率高：67），而不适当的非靶子词则不利于对靶子词的检测（检测率低，46）；（2）在注意集中性条件下，虽然检测率均高于分配性条件（70以上），但非靶子词的类型对靶子词的检测不起作用。以上结果说明：在分配性条件下，因资源要分配到两耳中，所以其中一耳所得的资源就少一些；而在集中性条件下，被试只追

20、随一耳，这一耳所得资源偏多，因而，集中性条件下对靶子词的检测率高于在分配条件下的检测率。评论 “准确地发现选择过程发生于何处只是注意活动的很少一个部分，而且研究选择发生于哪个阶段并不能帮助理解这一现象为什么会发生，以及究竟是怎样发生的。”（Styles,1997）注意分配双重任务作业任务相似性练习任务难度瓶颈理论六、注意的认知资源理论（一）认知资源的有限性 无论是知觉选择模型还是反应选择模型都是以认知系统的加工能力或资源有限作为出发点的。 Broadbent（1958）最早提出“注意是资源有限的加工系统的工作结果”的想法，他所提出的注意过滤器模型也体现了这种思想。 然而，前面的模型并没有用这种

21、思想来具体说明注意，没有成为注意的机制或解释注意的原则。 因而从70年代开始，一些认知心理学家已经开始避开注意过滤器在信息加工系统中所处的位置，而把注意能量有限当作注意机制来解释注意。（二）注意能量分配模型 Kahneman（1973）在注意与努力（Attention and Effort）一书中提出注意能量分配模型。 Kahneman认为，注意认知资源的利用是由唤醒水平决定的，唤醒水平高，可利用的认知能量就多。唤醒水平是决定可利用的认知能量多少的关键。 当可利用的认知能量确定以后，就会根据各个方面的需求来决定如何分配认知资源。这些方面包括个人的长期倾向（如不随意注意过程中将认知能量分配给突然

22、转动的东西等新异刺激）、当前自己的意愿（如达到的目标以及期望的满足等）、对完成任务所需能量的估计等，在很大程度上影响对注意的分配。 从这个模型可知，只要不超过可得到的认知资源的总量，人就可以同时接受多种刺激信息或进行两种或多种活动。 同时进行两件事时感到困难，并非由于这两件事互相干扰，而是因为完成这两项任务所需的认知资源超过了人可得到的认知资源总量。这时，要同时进行第二件事，必然使第一件事的反应退步。（三）注意的材料限制和资源限制理论 Norman等（1975）把能量或资源有限分成两类过程：资源有限过程（resource-limited process）和材料有限过程（data-limited

23、 process）。1、资源有限过程 若某作业因受到所分配的资源的限制，而不能有效地完成。但一旦能得到较多的资源，这种作业就能顺利地进行，则称之为资源有限过程。2、材料有限过程 若某作业因受到其质量低劣或记忆信息不适当的限制，当时即使分配到较多的资源，也不能改善该作业操作水平，则称之为材料有限过程。 例如，在强噪音的背景下，检测一个特定的声音，若该声音强度过弱，则此时即使分配到过多的注意资源，也难以检测到。3、双作业操作的互补原则（principle of complementarily） 在进行双作业操作过程中，其中一个作业的操作所需的资源增加多少，就会使另一作业操作可得到的资源相应地减少多

24、少。（二）支持实验 Posner和Boies（1971）的实验：被试要同时做两个实验任务。主要任务（即被试必须集中注意的）是字母配对项目。视觉警告信号出现后，被试先看到一个字母（如T）约持续50ms，第二个字母于1s后出现，被试决定是否与第一个字母相同，以按键表示。如果字母相同，被试以右手食指按键，如果字母不同，被试以右手中指按键。第二个实验任务是听觉探测任务，以耳机呈现声音刺激几次，被试若听到声音，则以左手食指尽快按键表示。第1点为出现警告信号之前，探测出声音的平均反应时，这点是作为比较的基础。若声音出现在字母前，合理的假设是认为被试能把注意力集中在声音上；反之，声音出现在字母后，很可能会把

25、认知资源分配在主要的实验任务（判断字母）上，从而使对声音的探测时间增加。当警告信号出现时及稍后，探测声音的反应时减少。警告信号的功能是增加了被试的警觉性，增加可利用用的注意资源。在第4点的反应时最短，这是当被试已辨认出第一个字母，声音立刻呈现的情形。 此结果支持Kahneman的假设：当整个情境要求不超过可用容量时，被试能处理互相竞争的刺激。警告信号的警觉效果并不持久，在第二个字母尚未出现时，被试可能从感觉记忆中引出第一个字母的代码，并在工作记忆中产生较持久的认知代号，这是第6点反应时增加的理由。 但反应时增加最多的是第7点和第8点，在这两点以上，第二个字母已经出现，被试忙着分类、辨认并判断。

26、这些活动占用了被试大多数的可用资源，剩下少之又少的资源来处理声音。因此这个发现也支持Kahneman的预测：当所需资源超过容量时，听觉探测任务的成绩必然退步。控制加工与自动加工在实验中，先让被试识记14个项目，然后再视觉呈现再认项目14个。要求被试判定再认项目中是否有以前识记过的项目。自变量一：识记项目和再认项目的设置条件。自变量水平一：不同范畴条件。例如：识记项目（4、2、3、1），再认项目（K、M、D、2）自变量水平二：相同范畴条件。例如：识记项目（4、2、3、1），再认项目（7、5、9、2）自变量二：识记项目和再认项目的个数。因变量：达到指定准确率，再认项目需要的呈现时间。结果及其分析相

27、同范畴不同范畴识记项目与再认项目的数量1414正确反应率8070%80%以上80%以上呈现时间120ms800ms80ms80msSchneider和Shiffrin认为，在相同范畴条件下，被试所进行的是控制性加工；而在不同范畴条件下，他们进行的是自动加工。视觉集中注意聚光灯模型变焦透镜模型Reaction time to expected, unexpected and neutral signals that occur 7 degree to left or right of fixation80% stimulus on expected location, 20% on unexpe

28、cted location. Posner, Nissen & Ogden,1978.Position of probeResult from LaBerge(1983): Reaction time to a probe when attention is focused on the third letter of letter string. RT=500+? 双侧任务范式 要求被试注意呈现在画面中央的字母，忽略呈现在两侧的字母。中央为T时左手反应，中央为H时右手反应。HTH实验结果：当两侧字母与中央字母一致时，被试反应快；不一致时，反应慢。两侧字母距离越远，干扰作用越小。TTTErik

29、son(1978)觉察实验，根据中央的字母反应出现S或C时，按上键反应；出现H或K时，按上键反应。刺激呈现形式：S S SC C C H H H K K KS C S C S C H K H K H K靶子与干扰项属于同一反应S H S C K C S K C C H SH S H K C K K S H H C K 靶子与干扰项属于不同反应靶子与干扰项的距离有远有近基于空间的注意与基于客体的注意以上视觉集中注意的研究属于基于空间的注意。Duncan(1984)开始了基于客体注意的研究。要求被试对矩形长宽和开口作判断（属于同一客体）或者对矩形长宽和线段的性质进行判断（分属不同客体）特征整合模型

30、特征整合模型（Treisman,1977,1980） 它的核心内容是将知觉分为两个阶段：早期的前注意阶段和特征整合阶段。 早期的前注意阶段以自动并行的方式对一些基本特征等进行加工，迅速而无需注意。 集中注意提供胶水（glue）,把先前独立编码的一些特征结合为客体。Treisman & Gelade,1980特征整合模型实验证据：错觉性结合实验 1 字母错觉性结合实验 2 图形错觉性结合实验 3 字词错觉性结合实验非对称性搜索错觉性结合实验采用双任务作业，导致注意分散6 T S N 2被试报告的结果中出现了“结合错误”，即被试报告的字母或颜色确为刺激卡所有，但不在正确的位置上。 这个实验存在着几

31、个问题：（1）记忆因素，由于实验是让被试自由报告，被试的报告离不开记忆信息的提取，所以错觉性结合也可能发生在回忆阶段。（2）言语编码，由于这个实验要求被试口头报告，所以错觉性结合也许是言语码而不是知觉码的交换。X O HO SX O HS SX O HO X字母同时匹配实验25.4% 21.4% 40.0%dab damsay haykay daxtay dar靶子词 “day”set penten sewrwen lenseg sev靶子非词 “sen”(a) (b) (c) (d) 非对称性搜索表征“特征有”非对称性搜索表征“特征多”表征“偏离特征”对结合性靶子的快速搜索理论修正：特征抑制

32、假设注意负启动实验正、负启动的实验范式CDBIgnored repetitionprimesAHcontrolprobeDKDattendedrepetitionStroop效应 对视觉选择性注意，研究者进行过大量研究。 Stroop效应是一种广泛使用的视觉任务，是指当词的印刷颜色与词义相冲突而被试的任务是命名印刷颜色时，被试的反应速度要慢。 Stroop（1935）最早发现了这种效应。他发现，人们命名100个冲突词的墨水颜色，平均要花110秒的时间。相比之下，命名100个实心彩色正方形的墨水颜色，平均只需63秒，二者之间47秒的差异代表Stroop干扰量或Stroop效应量。 Stroop

33、Effect Test:GREENBLUEControl:GREENBLUEOne explanation: reading is now an automatic process, not readily subject to conscious control; Competition between the activation of color names and words leads to the Stroop EffectStroop Effect An alternative account: the color word activates a cortical pathwa

34、y for saying the word while the color name activates a pathway for naming the the color; but the former pathway interferes with the latter. 目前，研究者把Stroop效应作为一种工具，来探讨其它认知过程。同年轻人相比，老年人有较大的Stroop干扰效应。与同年龄匹配的健康的老年人相比，AD（老年痴呆）病人有较大的 Stroop 干扰效应。 Stroop干扰量已经被用作估计抑制系统效能的一种指标，干扰量越大，抑制效能越低。 举例一：注意正启动实验启动显示：钟（视觉呈现）探测显示：表（左耳） 树（右耳）左耳听到的汉字与视觉呈现的汉字有关联，是同义词，也可以是反义词和同类词。右耳听到的词与视觉呈现的汉字无关。金志成等人（1992），跨感觉通道的启动实验。实例二：注意负启动实验来源：金志成，张雅旭（1995）归类任务中负启动效应与分心物特性