視線線索和箭頭線索引起不同的線索效應*

錢 謙 王潘潘

視線線索和箭頭線索引起不同的線索效應*

錢 謙 王潘潘

(昆明理工大學云南省計算機技術應用重點實驗室，昆明 650504)

他人的視線或者箭頭等線索能夠自動地轉移觀察者注意到線索所指向的位置或物體上。很多研究試圖比較視線線索和箭頭線索在轉移注意時的不同，但最終的結論仍然存在爭議。當前研究采用混合呈現不同線索類型的方式進行實驗，發現視線線索引起了比箭頭線索更強的線索效應。并且這一現象只在相對較長的SOA情況下出現。這一發現說明視線線索和箭頭線索在注意轉移系統的自上而下高層認知處理階段被區別對待，視線線索是比箭頭線索更有效的線索。

線索效應；注意轉移；視線線索；箭頭線索

1 引言

只要人的眼睛處于睜開狀態，大腦就會源源不斷的從外界獲得視覺信息，但是并不是所有這些信息都和當前的行為和目的相關。因此，大腦認知系統的一項重要功能就是對外界信息進行選擇，只對那些與當前任務相關的或者重要的信息進行處理。人的眼睛所形成的視線信息是一種重要的交流工具，能夠吸引觀察者的注意(Birmingham，Bischof，& Kingstone，2008)或者轉移其注意到視線所關注的位置(Friesen & Kingstone，1998)。為了研究這一視線跟隨現象，或者說視線引起的注意轉移現象，研究者們廣泛地應用了視線線索提示范式。在采用這一范式的典型實驗中，被測試者集中注意于屏幕中心的注視點，而一個在注視中心呈現的人臉刺激將提供一個看向左邊或者右邊的視線線索，在一定的呈現時間間隔(SOA)之后，一個目標刺激呈現在屏幕的左邊或者右邊，一旦被試感知到目標的出現就按下相應的應答按鈕。雖然被試已經被告知人臉刺激的視線方向與目標刺激出現位置沒有相關性，其反應時還是會出現這樣的一種趨勢，那就是對目標刺激在視線線索指向位置出現時的應答要比其在視線線索指向位置相反位置出現時的應答要快。這一反應時的加快被稱為視線線索效應(gaze cueing effect)，并被認為反應了自動的注意定向和轉移機制(Frischen，Bayliss，& Tipper，2007)。

和傳統空間提示范式中突發的周邊事件所引起的線索效應類似，視線線索提示被認為是一種反射式和自動的處理過程，原因如下。首先，視線線索效應在較短的SOA情況下就能夠快速的顯現出來(Friesen & Kingstone，1998)。其次，在較短SOA情況下，即使被試已經被告知目標物體有更大的幾率在視線線索指示方向的相反位置出現，視線線索效應仍然能夠產生(Friesen，Ristic，& Kingstone，2004)。這意味著視線引起的注意轉移具有強制性，不被主觀意識控制所抑制。最后，視線線索效應在較長SOA情況下逐漸消失，并在更長的SOA(例如2400ms)情況下表現為抑制效應，即對出現在視線指示方向的目標的反應時比出現在相反方向的目標的反應時要長(Frischen & Tipper，2004；Frischen，Smilek，Eastwood，& Tipper，2007)。

自動的注意轉移能夠被在注視中心呈現的不提供有效信息的視線線索所觸發，這一事實使得一些研究者認為眼睛和視線由于其在生物學上所具有的顯著性和重要性，是一種特殊的注意線索(Friesen & Kingstone，1998，2003)。但是，與視線線索特殊性的說法相矛盾的是，越來越多的行為研究發現具有方向指示性的箭頭線索同樣能夠引起顯著的線索效應(Hommel，Pratt，Colzato，& Godijn，2001；Tipples，2002；Qian，Shinomori，& Song，2012)。這些發現預示了另外一種可能性的存在，那就是視線線索提示并不是一個獨特和特殊的處理過程，因此，很多研究者試圖通過尋找視線線索提示和箭頭線索提示之間的不同點來證明視線線索的特殊性。

在行為研究中，不提供有效信息的視線線索和箭頭線索通常產生相同的注意轉移(Ristic，Friesen，& Kingstone，2002；Tipples，2002)，這就導致研究者們試圖從其它的方面尋找兩種線索的不同。例如，Friesen，Ristic和Kingstone(2004)發現對目標位置具有相反預測作用的視線線索仍然能夠引起注意向其指示方位發生轉移，但箭頭線索不具有這一能力。類似的結果同樣被Downing，Dodds和Bray(2004)所發現。這些發現說明雖然所有能夠指示方向的線索都能夠引起自動的注意轉移，但是只有視線線索能夠抵抗自上而下的主觀傾向的影響。但是，和這些研究的結果相反，Hommel 等人(2001)發現當被試知道目標刺激更可能出現在線索指示相反位置時，箭頭線索同樣能夠引起朝向線索指示方向的反射性的注意轉移。此外，Tipples(2008)重復了Friesen 等人(2004)的實驗條件，發現對目標位置具有相反預測作用的視線線索和箭頭線索都能夠引起注意向其指示方位發生轉移。

Langdon和 Smith(2005)發現視線線索，而不是箭頭線索，能夠引起和周邊線索類似的易化和損失共存的效應。易化指的是相對于中立情況，線索提示有效時反應時的加快；損失指的是相對于中立情況，線索提示無效時反應時的減慢。Langdon和Smith認為視線線索在注意轉移中的這一獨特的屬性反映了其特殊性。但是，Friesen和Kingstone(1998)卻發現視線線索能夠引起易化效應，但是卻沒有引起損失效應，這與Langdon和Smith的發現不一致。此外，在一系列的采用眼跳任務的視線線索提示實驗中(Kuhn & Benson，2007；Koval，Thomas，& Everling，2005)，研究者們發現眼跳的潛伏期在線索有效情況下比線索無效和中立線索情況下快(即易化效應)，但是眼跳的潛伏期在線索無效和中立線索情況下沒有顯著區別(即不存在損失效應)。

為了證明視線線索的特殊性，Ristic和Kingstone(2005)給被試呈現了一個即能夠被看成包含眼睛的人臉又能被看成卡通車的線索刺激，并發現只有在被試被告知線索刺激表示的是眼睛時該線索刺激才能引起無意識的注意轉移。這一結果說明線索刺激必須被感知為包含眼睛才能夠引起注意的轉移，并且一旦這一感知被激活，那么即使要求被試將線索刺激看成卡通車也不能夠抑制注意轉移的發生。但是，在另外一項研究中，當相同的刺激被放大之后，相同的實驗卻并沒有獲得相同的結果(Kingstone，Tipper，Ristic，& Ngan，2004)。在這一研究中，不管被試對線索有什么樣的感知，線索刺激都引起了注意的轉移。

總之，雖然很多研究都試圖證明視線線索具有與其它符號線索(如箭頭)不同的特殊性，但已有的研究結果卻并沒有發現視線線索和箭頭線索在線索提示過程中顯著的不同。這些否定的發現已經使得一些研究者質疑線索提示范式在區分不同的(具有和不具有生物學重要性的)線索時的能力(Birmingham & Kingstone，2009)，甚至提出新的理論認為符號線索由獨立的注意轉移系統所控制，與傳統的內源性(endogenous)和外源性(exogenous)注意轉移具有不同的屬性(Gibson & Kingstone，2006；Ristic & Kingstone，2012)。

除了認為視線線索提示具有特殊性之外，很多早期的研究者還認為視線線索提示是完全反射式的處理過程，并不受自上而下處理的影響。但是，這一說法可能只在較短SOA情況下才成立。最近的一些研究結果證實至少在較長SOA情況下，高層認知處理，如精神狀態歸因(mental state attribution)或者對線索的解釋等，能夠顯著地影響視線所引起的注意轉移過程。例如，Nuku和Bekkering(2008)比較了眼睛張開和閉合情況下(實驗1)，以及眼睛部分被太陽鏡遮蔽和被長方形色塊遮蔽情況下(實驗2)，某側臉刺激所引起的視線線索效應強弱。實驗結果表明至少在較長SOA情況下，眼睛張開(或者被太陽鏡遮蔽)時的線索效應比眼睛閉合(或者被色塊遮蔽)時的線索效應更大。這一發現說明被試對視線線索所具有的精神狀態進行了歸類，把視線線索分為能看見和不能看見兩類，這一歸類過程最終影響到線索效應的強弱。在一個較長的400msSOA情況下，Teufel，Alexis，Clayton和Davis(2010)采用不同的線索刺激得到了與Nuku和Bekkering的發現相類似的現象。此外，Kawai(2011)發現當人臉刺激的視線方向被豎直顯示的障礙物隔斷時，視線線索沒有引起注意的轉移現象。值得注意的是，這一注意轉移現象的缺失僅發生在較長的300msSOA情況下，而在較短的105msSOA情況下，線索效應在視線方向被隔斷或者沒有隔斷兩種情況下都達到了顯著。前面所敘述的這些研究成果都表明視線線索所引起的注意轉移現象并不是基于單純的反射式處理過程而產生，自上而下的高層認知處理過程也起到了重要的調節作用，這一研究結論同樣被國內研究者的發現所證實(張智君，趙亞軍，占琪濤，2011)。并且，由于高層處理過程通常具有較長的處理延時，因此只有在較長的SOA情況下高層認知處理才開始起作用。受這一結論啟發，在區分視線線索提示和箭頭線索提示時不能僅從對兩者來說非常類似的反射式成分入手，而是要從不同的自上而下處理部分入手。

對相關文獻進行的查閱表明，幾乎所有的已有研究都采用了在block之間對視線和箭頭線索引起的注意轉移進行比較的實驗設計。雖然從實驗條件來看，不同block之間只存在線索類別的不同，但是這一實驗配置可能導致自上而下的高層處理過程的缺失，從而導致無法從線索效應的強弱來區分兩種線索。確實，當整個block中僅有一種類型的線索時，注意轉移系統將不能對不同線索進行直接的比較，而這一比較過程所導致的對不同線索注意轉移能力的評估可能是視線線索特殊性顯現的關鍵因素。

因此，當前研究的目的是通過在傳統的線索提示范式中采用在block內部混合的實驗設計來探索視線線索和箭頭線索的不同。在block內部混合顯示不同線索刺激類型的實驗設計能夠使得對線索類型進行對比等自上而下處理發生作用。在實驗1中，之前研究中采用在block之間進行對比時無法分辨的實驗結果將被重現。在實驗2中，線索類型在block內部被隨機選取。如果視線線索是一類特殊的線索，那么在當前的block內部混合的實驗設計下，視線線索就應該能夠引起和箭頭線索有明顯區別的線索效應。此外，考慮到自上而下處理通常具有較長的處理延時，具有顯著區別的線索效應可能只在較長的SOA情況下出現。

2 實驗1

2.1 被試

21名大學生參加了本次實驗(平均年齡為26歲，年齡區間為20歲到32歲，其中8人為女性)。所有的被試都具有正常或者已矯正的視力，并且對于實驗的目的完全不知情。

2.2 實驗裝置

實驗刺激被顯示在一臺LCD顯示器上，該顯示器由一臺戴爾電腦主機控制。被測試者坐在離屏幕中心大約60厘米的位置上。

注：A部分：實驗中使用的線索刺激和中心注視刺激，左邊顯示了視線線索，右邊顯示了箭頭線索。B部分：實驗流程的示意圖，圖中顯示的是一次線索有效的測試。圖1 實驗中所使用的刺激和實驗流程示意圖

2.3 實驗刺激 一個所占視角為1度的十字被顯示在屏幕的中心作為中心注視點。目標刺激是寬1度、高1度視角的黑色大寫字母“X”，并被顯示在離中心注視點15度視角遠的屏幕的左邊或者右邊。如圖1(A)所示，中心線索刺激是人臉圖像和箭頭。對于視線線索來說，中心注視刺激是一張直視向觀察者的女性的人臉，約4度視角寬，7度視角高，以8比特灰度圖的形式被顯示。使用Photoshop CS2軟件，人臉圖像的瞳孔和虹膜區域被剪切出來并黏貼到眼睛的左角或者右角，形成看向左邊或者右邊的視線線索。這一操作保證了不同的圖像之間只有眼睛內部區域不同，其它部分完全相同。對于箭頭線索來說，中心注視刺激是一條長3度視角的中心水平線。箭頭形狀的頭和尾添加在水平線的前后形成指向左或者右的箭頭線索。從箭頭的頭到尾的總長度為4度視角。

2.4 實驗設計

線索刺激和目標刺激的顯示時間間隔SOA為100ms和500ms。在每次測試中，線索指示方向、目標位置、以及SOA都采取隨機選擇的方式。實驗分為兩個Session，分別對視線線索和箭頭線索進行測試。Session的測試順序在所有被試中進行了平衡抵消。每個Session包含400次測試，并被分為四個block。在每個block中，20次測試是錯誤捕捉測試，即目標刺激不被顯示的測試。包括每個Session開始之前的20次練習測試，每個被試共完成840次測試。

2.5 實驗流程

在每次測試中，被試集中注意于屏幕中心。圖1(B)顯示了在一次測試中出現的事件順序。首先，中心注視點顯示在屏幕中心并保持1000ms，之后，中心注視刺激被顯示在屏幕中心并保持1000ms，然后，線索刺激(視線或箭頭)被顯示并指向左邊或者右邊。在100ms，或者500msSOA時間間隔之后，目標字母“X”呈現在屏幕左邊或者右邊直到被試按下應答按鈕或者呈現時間超過1500ms。被試的任務是一旦檢測到目標刺激的出現就快速按下鍵盤上的“SPACE”按鈕。被試已被告知中心線索刺激并不能預測目標刺激出現的具體位置，線索指示方位、目標出現的位置都是隨機選擇的。

2.6 實驗結果和討論

被試錯過了約0.5%的目標刺激并在1.0%的錯誤捕捉測試中按下了應答按鈕。此外，低于100ms或者高于1000ms的反應時被作為錯誤數據不進行分析。然后，在各種實驗情況下，超過被試平均反應時兩倍標準差的反應時也被移除。最終導致5.5%和5.1%的測試結果分別從視線線索和箭頭線索情況下被移除。測試結果的錯誤率不存在有規律的變化趨勢，說明實驗中不存在反應速度與準確率之間的折衷現象。

表1 實驗1和實驗2中各種情況下的平均反應時和標準差

注：誤差線表示線索效應平均值的標準誤(standard errors)。圖2 實驗1中各種情況下的平均線索效應大小的示意圖

注：精度顯示到個位，余下部分未顯示。

表1顯示了不同情況下被試的平均響應時間和標準差，圖2顯示了不同情況下線索提示效應的大小。2(線索類型)×2(SOA)×2(線索有效性)的重復測量方差分析(ANOVA)顯示，SOA的主效應顯著，F(1，20)=58.053，p<0.0001，ηp2=0.744，表明當SOA變長時反應時變短。線索類型和SOA的交互作用顯著，F(1，20)=9.151，p<0.007，ηp2=0.314。線索有效性的主效應顯著，F(1，20)=16.128，p<0.001，ηp2=0.446，說明產生了顯著的線索效應，既線索有效狀態下的反應時比線索無效狀態下快。但是，線索類型的主效應以及線索類型與線索有效性的交互作用都未達到顯著(ps>0.52)，表明反應時的長短和線索效應的大小在視線線索和箭頭線索兩種情況下沒有顯著區別。線索效應(線索無效時的反應時減去線索有效時的反應時)的平均大小分別為7.5ms(視線線索)和6.2ms(箭頭線索)。

3 實驗2

3.1 被試

15名大學生參加了本次實驗(平均年齡為21歲，年齡區間為19歲到22歲，其中6人為女性)。所有的被試都具有正常或者已矯正的視力，并且對于實驗的目的完全不知情。

3.2 實驗裝置，實驗刺激，實驗設計和實驗流程

實驗裝置和實驗刺激與實驗1相同。

線索刺激和目標刺激的顯示時間間隔SOA為100ms和500ms。在每次測試中，線索指示方向、SOA、和目標位置都采取隨機選擇的方式。實驗包括6個block，每個block包含80次測試。在每個block中，16次測試為錯誤捕捉測試，即目標刺激不被顯示的測試。包括Session開始之前的20次練習測試，每個被試共完成420次測試。

實驗流程與實驗1相同。

3.3 實驗結果和討論

被試錯過了約0.4%的目標刺激并在約1.2%的錯誤捕捉測試中按下了應答按鈕。錯誤數據的處理與實驗1相同。最終約5.3%和4.7%的測試結果分別從視線線索和箭頭線索情況下被移除。測試結果的錯誤率不存在有規律的變化趨勢，說明實驗中不存在反應速度與準確率之間的折衷現象。

注：星號代表統計上的顯著差異(顯著等級為0.05)。誤差線表示線索效應平均值的標準誤(standard errors)。圖3 實驗2中各種情況下的平均線索效應大小的示意圖

表1顯示了不同情況下被試的平均響應時間和標準差，圖3顯示了不同情況下線索提示效應的大小。2(線索類型)×2(SOA)×2(線索有效性)的重復測量方差分析(ANOVA)顯示，SOA的主效應顯著，F(1，14)=43.62，p<0.0001，ηp2=0.757，以及SOA和線索類型的交互作用顯著，F(1，14)=7.515，p<0.016，ηp2=0.349。線索有效性的主效應顯著，F(1，14)=15.971，p<0.001，ηp2=0.533，說明產生了顯著的線索效應。重要的是，線索類型與線索有效性的交互作用達到了顯著，F(1，14)=8.256，p<0.012，ηp2=0.371，表明視線線索產生了比箭頭線索更大的線索效應。此外，線索類型、線索有效性、和SOA三者之間的交互作用接近顯著，F(1，14)=3.727，p=0.074，ηp2=0.210，說明兩種線索類型之間線索效應的差異主要出現在500msSOA情況下。線索效應的平均大小分別為14.5ms(視線線索)和6.5ms(箭頭線索)。

4 綜合討論

當前研究調查了視線和箭頭線索在線索提示范式中引起的注意轉移。研究結果發現在block之間進行比較時，兩種線索產生了無法分辨的線索效應。但是，當線索類型在block內部混合顯示時，視線線索引起了比箭頭線索更大的線索效應。這一結果說明視線線索能夠觸發比其它符號線索(如箭頭)更強的注意轉移。

很多研究都試圖通過對比視線線索提示和箭頭線索提示來對注意在社會認知中的作用進行評估。盡管相關研究很多，但是研究的結果通常都是兩種線索類型產生相同或者具有很小的差異的線索效應。例如，視線線索和箭頭線索產生無法區分的反應時并且都能夠抵抗主觀意識控制的影響(Tipples，2008)。當前研究指出了未能發現兩種線索提示顯著差異的一個可能的原因，那就是采用了在block之間進行比較的方式。這樣的實驗設計很可能使得在注意轉移系統中的某些自上而下處理(例如對不同線索類型的對比處理)無法發揮作用，最終導致相同的注意轉移結果。確實，最近的一些研究表明至少在較長SOA情況下，高層認知處理能夠對視線所引起的注意轉移產生顯著影響(Nuku & Bekkering，2008；Teufel et al.，2010；Kawai，2011)。當線索類型混合顯示時，對視線線索和箭頭線索的對比有可能導致被試對不同的線索具有不同的評價，最終使得線索之間不同的注意轉移能力顯現出來。這一可能性能夠對已有研究中所獲得的消極結果做出解釋。當前研究中的實驗2采用了不同線索類型在block內部進行混合的實驗方法，實驗結果發現視線線索提示和箭頭線索提示的注意轉移能力具有顯著的區別。

當前研究的發現進一步證實了線索提示是反射式處理與自上而下處理相結合的處理過程。此外，線索與目標刺激之間的顯示時間間隔在這一過程中起到重要的作用。正如已經被前人的研究結果(如Friesen，Ristic，& Kingstone，2004)所證實的那樣，在較短SOA情況下，反射式處理占有優勢。在當前研究中的100msSOA情況下，視線和箭頭線索在不同的實驗配置下都引起了無法區分的線索效應。但是，在較長SOA情況下(500ms)，僅僅對線索刺激的呈現方式進行了改變就導致兩種線索類型下線索效應強弱發生了顯著改變。這一現象只能歸因于被試在不同實驗條件下自上而下處理的不同。很有可能線索類型在block內部的改變激活了注意轉移系統中對不同線索類型的對比處理過程，這一過程把視線歸類為較強的線索而把箭頭歸類為較弱的線索。結果，視線線索提示被強化而箭頭線索提示被弱化。

當然，當前研究的結果也可以有其它的一些解釋。例如，當同一線索類型在整個block中被多次呈現時，注意轉移系統的激活程度由于疲勞效應不斷降低，導致不同線索類型引起的線索效應較弱而無法被區分。然而，當線索類型在前后測試中發生改變時，注意轉移系統能夠被完全激活，使得線索效應的不同顯現出來。這一疲勞假說能夠解釋線索類型混合顯示時視線線索提示的強化作用，但是卻不能解釋相同情況下箭頭線索提示的弱化作用。

通過對傳統的線索提示范式進行改進，一些近期的研究也發現了視線線索提示和箭頭線索提示的不同。例如，Ristic，Wright和Kingstone(2007)在一個采用了顏色意外事件的實驗中對比了視線和箭頭線索。實驗結果表明箭頭引起的反射性注意轉移只發生在目標刺激顏色和線索刺激顏色相同的情況下，而無論目標刺激顏色和線索刺激顏色相同或者不同，視線引起的反射性注意轉移都能夠被檢測到。這一結果說明視線引起的注意轉移比箭頭引起的注意轉移具有更強的反射性和自動性。

綜上所述，當前研究采用了將不同線索類型在block內部混合的實驗方法，找到了對比視線線索提示和箭頭線索提示的新途徑。當前研究的發現和其它相關研究的發現都支持這樣的假說，即視線和箭頭線索所引起的注意轉移具有重要的差別，視線線索能夠產生比其它類型線索更強的注意轉移效應。

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Gaze Cues Induce Stronger Cueing Effects than Arrow Cues

Qian Qian Wang Panpan

(Yunnan Key Laboratory of Computer Technology Applications，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650504)

A centrally-presented，uninformative gaze cue can induce automatic shifts of attention.This phenomenon has led some researchers to suggest that eye gaze is a special attentional cue，probably because of its biological significance.However，against the special notion for gaze cueing，more and more behavior studies observed significant cueing effects when arrows instead of gazes are used as cues.These findings raise the possibility that gaze cueing is not a unique or special process，so plenty of researches have tried to find the difference between gaze cueing and arrow cueing.However，though many behavioral studies have tried to prove the specialty of gaze cues from other symbolic cues like arrows，indistinguishable results are generally observed and no robust differences are found.Different from previous studies that used between-block design，the present study compared the attention orienting between gaze and arrow cues in a within-block design.A within-block design is expected to eliminate the potential influences that occur across the two cue conditions when cue type is blocked and allow top-down processes，such as direct comparison between cue types，to occur.In experiment 1，previous undistinguishable results were replicated under a between-block design.In experiment 2，the central cues were chosen randomly within one block.The results showed that gaze-induced cueing effects are stronger than arrow-induced cueing effects，at least at relatively long SOAs.The present findings suggest that the attentional mechanisms induced by gaze and arrow cues differ in higher cognitive processes，and eye-gaze triggers attention orienting more effectively than arrow cues.In all，by adopting a within-block mixing design in the traditional cueing paradigm，the present study finds a way to compare the attention shifting abilities of gaze cues with that of arrow cues，and helps to resolve the discrepancy in the previous literatures dealing with the special notion of gaze cues on attention systems.

cueing effect；attention orienting；gaze cue；arrow cue

國家自然科學基金項目(31300938，61462053)。

B842.5

A

1003-5184(2016)02-0134-07