體感游戲訓練對生物運動工作記憶容量的影響*

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體感游戲訓練對生物運動工作記憶容量的影響*

王 慈**姜正丹**孫麟惠**楊 揚*邱芳芳 廖華宇***高在峰

(浙江大學心理與行為科學系，杭州 310028)

傳遞生物體運動信息的生物運動在工作記憶中有著獨立于一般視覺客體的存儲空間。盡管研究發現電子游戲訓練可提高工作記憶(如一般視覺客體)容量，但尚未有研究探討游戲訓練對生物運動工作記憶容量的影響。本研究采用Kinect體感游戲訓練，首次對該問題進行探討。實驗中控制組被試與實驗組被試均先后做兩次生物運動記憶實驗，但實驗組在第一次實驗后進行為期14天的體感游戲訓練。結果發現，盡管生物運動工作記憶績效在后測時較前測有顯著上升，但是游戲訓練并未顯著提高實驗組的記憶績效，說明生物運動工作記憶并不受體感交互游戲訓練影響。

體感游戲 生物運動 工作記憶訓練

1 引 言

工作記憶(working memory)用于實時存儲和操作有限的信息(Baddeley & Hitch,1974;Eriksson,Vogel,Lansner,Bergstrom,& Nyberg,2015)。盡管工作記憶僅能存儲3～4個組塊的信息，但它同我們的學習能力、智商、視覺搜索、任務解決等諸多高級認知加工過程密切相關(e.g.,Alloway,Gathercole,& Elliott,2010;Alloway,Gathercole,Willis,& Adams,2004;Gathercole & Pickering,2000;Logie,2011)，是當前認知心理學的研究焦點之一(for reviews see Eriksson et al.,2015;Wolfe,2014)。由于工作記憶如此重要，研究者就提高工作記憶容量的可能途徑進行了大量探討(see Oei & Patterson,2014 for a review)。由于眾多研究發現電子游戲可提高我們的認知加工能力，如提升個體的注意控制與執行功能水平(e.g.,Cohen,Green,& Bavelier,2007;Green & Bavelier,2003,2006b,2007;Oei & Patterson,2013;Wu & Spence,2013;see Oei & Patterson,2014 for a review)，近年來研究者開始嘗試采用電子游戲訓練方式以提高個體工作記憶的容量。結果發現，動作類電子游戲玩家較非玩家在工作記憶任務上更具優勢(Blacker,Curby,Klobusicky,& Chein,2014;Boot,Kramer,Simons,Fabiani,& Gratton,2008)；電子游戲訓練顯著提高被試的工作記憶容量，且不受被試動機、期望等因素的影響(Blacker et al.,2014;Oei & Patterson,2013;but see Boot et al.,2008)。以往工作記憶的游戲訓練研究主要采用色塊等簡單靜態物理刺激為實驗材料，反映了游戲訓練對一般視覺客體工作記憶的影響。目前，尚未有研究探討游戲訓練對生物運動(biological motion)工作記憶容量的影響。

最近研究者揭示，傳遞生物體運動信息的生物運動在工作記憶中有不同于一般視覺客體的存儲機制。如生物運動在工作記憶中有著獨立于一般視覺客體的存儲空間(生物運動工作記憶;Gao,Ye,Shen,& Perry,2015;Shen,Gao,Ding,Zhou,& Huang,2014;Wood,2007)，其在工作記憶中的復述需鏡像神經元(mirror neuron)參與(Gao,Bentin,& Shen,2014;Lu et al.,2016)，且工作記憶加工生物運動相關的綁定亦有別于一般視覺客體(Ding et al.,2015)。因此，以往有關游戲訓練對一般視覺客體工作記憶影響的結論并不能直接推論至生物運動工作記憶。

此外，筆者認為探討游戲訓練對生物運動工作記憶的影響較一般客體工作記憶具有更為重要的意義。生物運動工作記憶對我們形成連貫的外部生物體運動表征具有重要作用(e.g.Gao et al.,2015)，而研究揭示個體對生物運動加工的能力是衡量其社會認知水平的關鍵指標(Pavlova,2012)。筆者最近的研究亦揭示，只有生物運動工作記憶的容量可預測個體共情(empathy)水平，而一般視覺客體工作記憶與共情水平間無相關(Gao et al.,2015)。因此，若游戲訓練可顯著提升個體生物運動工作記憶的容量，這對社會認知能力受損的病人而言將極具應用價值。基于此，本研究擬探討游戲訓練對生物運動工作記憶的影響，以填補研究空白。

在以往的游戲訓練研究中，研究者多采用基于鼠標-鍵盤的動作類電子游戲(如榮譽勛章，Green & Bavelier,2003,2006b；虛擬競技場，Cohen et al.,2007;Green & Bavelier,2006a)。隨著技術的進步，以微軟Xbox為代表的體感交互游戲已步入我們的生活，這類游戲基于Kinect等體感交互設備，允許用戶使用自己的肢體動作與游戲角色交互，即個體通過完成某些生物運動與游戲進行交互。筆者認為，由于生物運動工作記憶與體感交互游戲均涉及生物運動信息，若游戲訓練可影響生物運動工作記憶的容量，體感交互游戲的訓練效果應最為有效。鑒于本研究為第一項探討游戲訓練對生物運動工作記憶容量影響的研究，筆者擬采用基于Kinect的體感游戲進行探討。同時，借鑒以往的游戲訓練時間(訓練10～30小時,see Oei & Patterson,2014 for a review)，本研究要求被試進行為期14小時的訓練，每天訓練1小時，共計14天。此外，有研究者指出，以往諸多電子游戲訓練研究由于缺乏控制組，其游戲訓練提高效應可能由實驗任務的練習效應或被試采用策略導致，而與游戲訓練無關(Boot,Blakely,& Simons,2011;Boot & Simons,2012;Green,Strobach,& Schubert,2014)。為揭示體感游戲訓練對生物運動工作記憶的真實影響，筆者在本研究中設置控制組，要求控制組與實驗組被試均先后完成兩次生物運動記憶任務；然而，只有實驗組完成第一次實驗后進行14小時的游戲訓練。若體感交互游戲訓練可顯著提高生物運動工作記憶的容量，則實驗組生物運動工作記憶容量較控制組應有顯著提高。

2 方 法

2.1 被試

實驗組被試為12名浙江大學大三本科生(平均年齡20.3±0.5歲，男生3名)。控制組為11名浙江大學本科生被試(平均年齡20.4±0.5歲，男生4名)。被試視力或矯正視力正常，無色盲，第一次實驗前均無Kinect體感游戲經歷。

2.2 實驗材料

2.2.1 Kinect體感游戲

Kinect體感游戲訓練采用48英寸液晶顯示器和Xbox360系統(Kinect 1.0)。

鑒于舞蹈類與健身類游戲在Kinect體感游戲中占較大比例，筆者選擇以下四款游戲用于訓練：舞力全開4(Just Dance 4)、全明星鄉村舞蹈(Country Dance All Stars)、穿越墻洞(Hole in the Wall)、減肥達人終極版(The Biggest Loser:Ultimate Workout)。這四款游戲有以下共性：(1)游戲時需對虛擬人物或墻洞形狀進行鏡像模仿，需玩家協調身體肢體進行全身動作；(2)游戲中Kinect會檢測玩家關鍵身體部位與關節位置；(3)游戲會就玩家動作給出反饋，被試模仿越精確，反饋信息越正向；(4)四款游戲均為單人單機游戲。

2.2.2 生物運動工作記憶容量測量

生物運動刺激采用筆者前期使用的光點運動動畫(point light display)為實驗材料(e.g.,Shen et al.,2014)。該類刺激由13個光點組成，分別指示了騎車、走路、繪畫、跳躍、揮舞、鏟、劈7個不同類型的生物運動。每個生物運動由30幀構成，每幀連續呈現兩次，3.62°×1.43°視角。生物運動出現在以屏幕中央為中心的4.88°的圓周上，5個位置均勻分布，每次隨機呈現3或5個生物運動。

實驗程序采用Matlab編寫，背景色為黑色(0,0,0；RGB)，呈現于17英寸CRT顯示屏上。顯示屏分辨率為1024×768，刷新率為60Hz。實驗在隔音暗室中進行，被試距離屏幕中央60cm。

2.3 實驗流程

實驗采用2(游戲訓練：實驗組vs.控制組)×2(測驗時間：前測vs.后測)×2(記憶負荷：3vs.5個生物運動)的混合設計，游戲訓練為被試間變量，測驗時間、記憶負荷為被試內變量。其中，由于生物運動的工作記憶容量為3～4個，故要求被試記憶3或5個生物運動可有效估計其工作記憶容量。

被試首先進行前測，完成后的第二天實驗組開始游戲訓練。每天訓練2個游戲，每個游戲各30分鐘，中間休息10分鐘。4天為一輪訓練，每一輪內游戲訓練順序在被試間平衡。為提高訓練的趣味性與效果，訓練前4天采用相對簡單的固定游戲內容，剩余10天由被試自由選擇合適的游戲難度。主試會記錄被試每次的訓練得分并在訓練前告知被試，以確保被試認真對待訓練。訓練全部結束后的第二天，被試進行后測。控制組被試則僅進行前、后測，兩次測試相隔14天。

生物運動工作記憶任務的實驗流程見圖1。首先在屏幕中央呈現兩個白色數字500ms，要求被試大聲復述數字，以避免被試在記憶生物運動時使用言語編碼策略(cf.Gao et al.,2015;Shen et al.,2014;Wood,2007)。隨后，一紅色注視點在屏幕中央出現300ms，間隔150～350ms的空屏后呈現記憶項。被試需記憶3(呈現3s)或5個(呈現5s)白色生物運動。記憶項消失后空屏900ms，最后隨機呈現1個紅色檢測項1000ms，當呈現紅色問號時要求被試在3000ms內判斷檢測項是否在記憶項中呈現過。最后，空屏100ms，并在2000ms內完成對復述數字(紅色)的判斷。若生物運動或數字出現過按“J”鍵，未出現過按“F”鍵。

圖1 工作記憶任務實驗流程

正式實驗共60個試次，分兩部分完成。兩部分間被試休息3～10分鐘。在正式實驗開始前，被試要先進行10個試次的練習。整個實驗持續約15分鐘。

為估計個體的生物運動工作記憶容量，筆者采用Cowan,Blume和Saults(2013)公式：K=N×(H-F)/H。其中，N為記憶項數目，H為擊中率，F為虛驚率。計算被試在不同記憶負荷下的K，并將其中的最大值作為工作記憶的容量估計值(cf.Gao et al.,2015;Shen et al.,2014)。最后，以測驗時間為被試內變量，游戲訓練為被試間變量，對個體的生物運動工作記憶容量進行混合方差分析。

3 實驗結果

實驗組被試認真地完成了Kinect游戲訓練。由于訓練后10天被試自由選擇任務難度，故游戲得分不可進行簡單平均報告。因此，以某典型被試為例，報告其隨時間推移的游戲表現(圖2)。

實驗組和控制組的正確率、擊中率和虛驚率見表1。對個體的生物運動工作記憶容量(圖3)進行混合方差分析發現，訓練時間的主效應顯著，F(1,21)=6.37，p=0.02，η2=0.23，表明工作記憶容量后測較前測有顯著提高。游戲訓練主效應不顯著，F(1,21)=0.36，p=0.56，η2=0.02，提示實驗組(K=4.05)和控制組(K=4.20)間無顯著差異。盡管實驗組的績效提升稍高于控制組，但是訓練時間與游戲訓練間交互作用不顯著，F(1,21)=0.37，p=0.55，η2=0.02，提示游戲訓練并未選擇性地提升生物運動工作記憶的績效。

圖2 某典型被試在舞力全開游戲中的得分與訓練時間的關系

表1 生物運動任務正確率、擊中率和虛驚率(M±SD)

圖3 實驗組與控制組的生物運動工作記憶容量受訓練的影響(誤差線為標準誤SE)

4 討 論

本研究采用Kinect設備，首次探討了體感游戲訓練對生物運動工作記憶容量的影響。實驗組較控制組在兩次測試間進行了14小時的體感游戲訓練，結果發現，盡管生物運動工作記憶績效在后測時較前測有顯著上升，但是游戲訓練并未顯著提高實驗組的記憶績效。該結果說明，生物運動工作記憶可能并不受體感交互游戲訓練的影響。因此，盡管體感交互游戲可通過娛樂的方式較好地訓練個體的生理機能，但似乎并不能特異性地提高個體的生物運動工作記憶加工能力。

本研究為游戲訓練效應可能同練習效應有關的觀點提供了新的實驗證據(Boot et al.,2011;Boot & Simons,2012;Green et al.,2014)。Boot等(2011)指出，以往諸多游戲訓練的研究由于缺乏控制組導致獲得了虛假的訓練遷移效應，即認知能力的提高由遷移任務的練習效應或被試采用策略導致。然而，Oei和Patterson(2013)、Blacker等(2014)則指出電子游戲訓練可提高被試存儲的工作記憶容量，且被試的動機水平、參與度等并未對實驗結果產生影響。本研究發現盡管實驗組的工作記憶績效在前后測發生了顯著提高，但是控制組亦發生了類似的提高。因此，本研究從新的角度為Boot等(2011)觀點提供了支持，提示游戲訓練研究有必要設置控制組。

然而，筆者需指出，本研究發現的工作記憶任務練習效應，可能同生物運動刺激本身的特殊性有一定關系。由于本研究采用的生物運動刺激均來自日常生活，被試均可對其進行命名，故在前測中隨著實驗的時間推移，被試極可能形成了有關生物運動刺激的長時記憶，這將有助于被試提高記憶績效。更為重要的是，本研究結果表明間隔14天后該種長時記憶的影響仍穩定存在，提示有關生物運動長時記憶的信息保持較為穩定，這同Urgolites和Wood(2013)所揭示的長時記憶可高質量保持生物運動信息的結果相一致。此外，這亦可能同生物運動腦機制加工的特殊性有關。生物運動的加工需要后部上顳葉溝(posterior superior temporal sulcus)、鏡像神經元系統的參與(e.g.,Ding et al.,2015;Lu et al.,2016;Pavlova,2012)，眾多腦區的參與形成信息的冗余備份，從而有效阻止生物運動信息的消退。

最后，本研究的發現可能與訓練強度有關。游戲訓練的強度(如訓練時間)直接決定了游戲訓練的效果。目前，研究者尚未明確建議游戲訓練的最佳時長。大部分電子游戲的訓練時間在10～30小時之間(e.g.,Cohen et al.,2007;Green & Bavelier,2003,2006b;Oei & Patterson,2013)，較長的研究則采用了50小時(Strobach,Frensch,& Schubert,2012)。本研究將訓練時間設定為14個小時，訓練強度屬于中下水平。此外，由于體感游戲中的體感交互在某種程度上屬于個體相對熟悉的自然交互行為；而在僅需手參與的鍵盤-鼠標類動作游戲中，熟練、自動化的人-機交互需大量訓練方能形成，且隨著游戲訓練的推進，個體的控制能力會提高(Oei & Patterson,2014)。故體感游戲的訓練效果顯現可能要較一般的電子游戲需更長的時間。故今后有必要采用更高強度的訓練來探討體感游戲對生物運動工作記憶容量的影響。

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The Influence of Motion Sensing Game Training on the Working Memory Capacity of Biological Motion

WANG Ci JIANG Zheng-dan SUN Lin-hui YANG Yang QIU Fang-fang LIAO Hua-yu GAO Zai-feng

(Department of Psychology,Zhejiang University,Hangzhou 310007,China)

Biological motion has an independent storage buffer in working memory (WM) from common visual objects (e.g.,color,location).While it has been revealed that video games can considerably increase the WM capacity of common visual objects,no study has explored whether video games improve the WM capacity of biological motion.Here we closed this gap by requiring two groups (control vs.training group) of participants to finish a task measuring the WM capacity of biological motion twice with a gap of 14-days.Critically,during the 14 days the training group had to perform Kinect-based motion sensing games 1 hour/day.It is found that WM performance significantly increased in the second measurement relative to the first one,and it was not modulated by the training experience.These results suggest that motion sensing game training does not selectively improve the WM capacity of biological motion.

motion sensing game,biological motion,working memory training

國家自然基金(31271089)；浙江大學本科生探究性實驗教學改革項目。

B84

A

1006-6020(2016)-03-0211-07

**共同第一作者

***通信作者：廖華宇，男，浙江大學心理系研究生，e-mail:huayuliao@zju.edu.cn或高在峰，男，浙江大學心理系教授。