分配注意和呈現方式對視覺特征捆綁的影響

安慶云，王靜麗

(1.滁州職業技術學院，安徽 滁州 239000；2.杭州師范大學附屬中學，浙江 杭州 310030)

分配注意和呈現方式對視覺特征捆綁的影響

安慶云1，王靜麗2

(1.滁州職業技術學院，安徽 滁州 239000；2.杭州師范大學附屬中學，浙江 杭州 310030)

文章采用單探測變化檢測范式，考察了在呈現時間和延遲時間都比較短的條件下，特征檢測類型、分配注意以及不同呈現方式對視覺特征捆綁的影響。結果表明：(1)當呈現時間和延遲時間都比較短時，分配注意對視覺特征捆綁的影響不顯著；(2)當序列呈現刺激項目時，被試的記憶的正確率顯著的低于在同時呈現刺激項目時的正確率；(3)當呈現時間和延遲時間都比較短時，工作記憶中視覺特征的捆綁機制可能是相對自動化但又是比較脆弱的。

特征捆綁；分配注意；序列呈現；同時呈現

一、前言

特征捆綁(feature binding)是認知科學和神經科學研究的前沿問題之一，[1]近來已經成為研究者們關于意識問題爭論的焦點所在。[2]大量神經解剖學和神經生理學研究表明，不同感知信息是在大腦不同腦區得到處理的，同一客體的表征分布于大腦的不同部位。以視知覺為例，顏色與形狀等客體特征在枕葉到顳葉的腹側通路上得到表征，而運動等空間特征在枕葉到頂葉的背側通路上得到表征。因此，為把外部世界的客體知覺為一個整體，需把散布于不同皮層區的分散信息合理地組合在一起。即所謂的“捆綁問題”(binding problem)。[3]

有關工作記憶中特征捆綁問題的研究仍處于起步階段，有關研究大多憑借變化檢測范式和單刺激探測范式，探討了視覺工作記憶中捆綁特征的保持是否需要注意參與，以及分離特征存儲和捆綁特征存儲的關系等問題。到目前為止，不同學者對捆綁認知機制，尤其是注意在捆綁中作用的看法這一問題上并沒有達成一致。有研究者認為注意在視覺特征捆綁中起著非常重要的作用，但也有很多研究者發現特征捆綁的保持并不需要注意的參與。Terisman等人認為，錯覺性結合(IC)是被分解的視覺特征在重新組合成整體知覺過程中特征交換的結果，而注意對避免IC的產生有重要作用。[4]Paul等人的研究發現，對物體位置的注意增強了特定維度特征的整合。[5]Stefurak和Boynton研究發現在需要注意的填充任務之后，對先前呈現的顏色或者名字的記憶仍然是保持著完整內容，但是對顏色—名字捆綁在一起的記憶則受到破壞。這與在工作記憶中保持視覺聯合體信息需要個體的努力和多余的注意資源的可能性相一致。[6]我國學者劉志華、樊建華、金志成等人采用雙任務范式和空間提示范式，考察不同注意分散水平下的錯覺性結合(IC)差異以及集中注意和分散注意條件下的IC差異。結果發現，注意在視覺特征捆綁中起重要作用，集中注意能有效地減少IC的出現。同時，注意對特征捆綁的調節作用表現出距離效應，即近距離比遠距離的IC錯誤多，提示注意的作用機制可能與空間距離信息有關。[7]Humphreys GW等人提出存在前注意捆綁的觀點，否認注意參與物體特征捆綁。[8]Johnson和Hollingworth[9]采用變化檢測范式對注意在特征捆綁中的作用進行了研究，結果發現捆綁特征的保持并不需要集中注意的參與。Richard J.Allen，Alan D.Baddeley等人采用了同時性言語任務來探討一般性注意過程的重要性，結果發現，同時性言語任務所產生的負荷效應對捆綁特征的記憶的影響并沒有顯著高于對這些特征本身記憶的影響。[10]

以往的同時性任務和FMRI的研究所采用的刺激呈現和對檢測刺激作反應的延遲時間都是比較長的，但是捆綁在多大程度上是自動化實現的或者是需要額外的中央資源可能是客體的復雜性和完整性、呈現時間的長短和保持間隔期等多種因素共同作用的結果。盡管我們都清楚工作記憶系統是以整體的形式暫時存儲聯結特征客體的，但我們并不清楚在呈現時間比較短、反應延遲間隔期也較短的情況下，簡單復合的視覺特征的捆綁和維持是否是一個不需要努力的、主動的過程，或者說對簡單聯結特征的捆綁和維持是否可以通過一個相對自動化的方式實現，而不需要多余的執行資源。此外，以往的研究都是探討同時呈現條件下的視覺特征捆綁，并沒有探討序列呈現條件下的視覺特征捆綁。因此，我們試圖運用雙任務研究范式探討當刺激呈現時間短(250ms)并且反應的延遲間隔期(900ms)也比較短的情況下，注意是否會影響視覺特征捆綁，以及不同的刺激呈現方式對視覺特征捆綁的影響。

二、短時呈現和延遲條件下分配注意對視覺特征捆綁的影響

1.方法

(1)被試：滁州職業技術學院學生20名(年齡在19-23歲，其中男生10名，女生10名)，裸眼視力或矯正視力以及色覺均正常。所有被試均自愿參加實驗。

(2)實驗儀器和材料：實驗程序采用心理實驗專用軟件E-Prime2.0編寫，刺激呈現在15英寸顯示器上，分辨率為1 024×768。所有的刺激和檢測項目都是簡單的圖形。在Windows XP操作系統上運行，被試眼睛離屏幕57cm。實驗中視覺刺激是八種形狀不同圖形(正方形、三角形、圓形、菱形、正五邊形、平行四邊形、心形、五角星)(視角為0.75°×0.75°)，顏色在紅、橙、黃、藍、綠、紫、黑、白八種顏色中隨機選擇。在單一形狀條件下，以白色作為中性顏色，在單一顏色特征實驗條件下，并用中性圖形正方形作為圖形框架。在同一試驗中，顏色和形狀都不重復呈現。

(3)實驗設計：本實驗采用雙任務研究范式，實驗的主任務是判斷檢測刺激中圖形是否在最初呈現樣本刺激中出現過，次任務是減3倒數任務。

實驗采用3×3被試內實驗設計，自變量為特征檢測類型(單一顏色特征、單一形狀特征、顏色—形狀聯結特征)和注意分配狀態(集中注意、編碼階段的分配注意、保存階段的分配注意)，因變量是被試對檢測刺激判斷的準確率。

(4)實驗程序：采用單探測刺激的變化——檢測任務作為實驗的主任務。如果被試不肯定的話，可以進行猜測。實驗中“相同”和“不同”的情形各占一半。實驗包括27次練習(3×3，9個實驗條件，每個實驗條件3次)和162次正式試驗(平均分配在9種實驗條件下)。實驗中，要求被試在反應盡量準確的前提下較快地做出反應。每完成一個注意分配狀態實驗條件的試驗，被試休息3分鐘，實驗中被試共休息3次。每次休息后，被試按“G”鍵，實驗繼續進行。實驗持續50分鐘左右。

實驗中分別有三種注意分配的實驗條件：

實驗條件1：被試完成集中注意條件下的單探測變化檢測任務。

實驗程序如下：首先在屏幕中心呈現紅色注視點“+”1 000毫秒，用黑屏掩蔽500毫秒，接著呈現初始刺激250毫秒。初試刺激是從三種實驗條件刺激中隨機選擇一種。樣本刺激消失，延遲900毫秒，在樣本刺激未出現過的位置上呈現檢測刺激，直到被試做出按鍵反應。被試的任務是判斷檢測刺激項目是否在初始刺激中呈現過，出現過就按Y鍵，沒有出現過的就按N鍵。在練習階段如果被試的反應是錯誤的，電腦會發出刺耳的聲音作為反饋。被試按鍵做出反應后，屏幕中央就會立即出現注視點，進入下一個試驗階段。每組正式實驗前，會讓被試先進行練習，直到被試完全理解實驗要求才開始正式進行實驗。在練習和試驗結束后，會給被試在屏幕上呈現他們在變化檢測階段反應的正確率和錯誤率。

實驗條件2：編碼階段的分配注意。在完成主任務的同時，被試還要完成倒數減3的任務。

實驗材料呈現順序如下：試驗之初，屏幕上呈現隨機選擇的一個三位數，呈現時間為2秒鐘。接著在屏幕中央呈現一個紅色注視點“+”1 000ms作為警告刺激，預示視覺記憶任務的開始。要求被試大聲念出最初呈現的那個三位數，并盡可能快的進行減3倒數任務，接著出現黑屏掩蔽500ms，一直到初始刺激呈現時被試才停止減3倒數任務。最后在屏幕中央出現一個探測圖形。被試按鍵反應后，探測圖形消失。主試記錄被試每次減3倒數時候的結果。

實驗條件3：保持階段的分配注意。

該實驗條件與實驗2條件相似，唯一不同的是當被試一看到初始刺激時馬上開始倒數減3，一直到探測圖形出現為止。被試按鍵反應后，探測圖形消失。主試記錄被試每次減3倒數時的結果。

2.結果分析

所有數據都在SPSS13.0中進行，各實驗條件下被試反應正確率的描述統計結果見表1。

表1 各個實驗條件下被試反應平均正確率及標準差(M±SD)

重復測量方差分析表明：特征檢測類型的主效應不顯著F(2，38)=0.338，p>0.05，即特征檢測類型對特征捆綁的影響不顯著。注意分配狀態的主效應顯著，F(2，38)=16.046，p<0.001，即注意分配狀態對特征捆綁存在顯著性影響。特征檢測類型和注意分配狀態之間的交互作用不顯著，F(4，76) =0.796，p>0.05。具體見表2。

表2 不同注意狀態下被試對不同檢測特征條件下圖形檢測反應正確率的影響

注：* 表示p<0.05，** 表示p<0.01，*** 表示p<0.001(下同)

對注意分配狀態的主效應進一步分析發現，即對注意分配狀態的多重比較發現，集中注意時檢測成績最好，然后是編碼階段分配注意，保持階段分配注意條件下成績最差。表明與集中注意相比，編碼階段分配注意和保持階段分配注意均導致回憶成績顯著下降。

實驗1旨在探討注意分配狀態對視覺特征捆綁的影響，結果發現注意分配狀態不顯著影響視覺特征的捆綁，在視覺信息編碼和保持期間，同時性任務的操作對視覺特征記憶和特征聯結記憶都會產生影響。但是，一般注意性資源的破壞對捆綁信息的記憶造成的影響并沒有比其對單個特征的記憶造成影響大。與以往的研究結果比較，本研究與Terisman、金志成等人的研究結果不一樣，可能與實驗中延遲時間長短有關，在Terisman、金志成等人的實驗中，延遲時間為1 200ms。而本實驗延遲時間減短到900ms。而當呈現時間較長和保持間隔期比較短時個體均可以將一般性注意資源有效的運用到特征和特征捆綁的加工過程。另外，刺激的復雜性、長時記憶中知識的可應用程度，以及需要捆綁特征之間的聯結類型等因素也可能會影響任務中捆綁形式的運用。

三、呈現方式對視覺特征捆綁的影響

實驗1中，我們發現在記憶編碼和保持階段，需要資源的同時性任務對特征聯結條件記憶的影響與它對其他條件下產生的影響一樣，這對“基于捆綁過程的記憶會需要更多的中央執行資源的”觀點進行了辯駁。我們對Wheeler和 Treisman所觀察到的關于刺激整列呈現時(即采用變化檢測范式)會降低特征聯結記憶正確率的原因進行分析。一種可能是由于這種不利的影響可能反映了特征捆綁的脆弱性，因為隨后呈現的一組特征聯結刺激會沖擊和破壞原始捆綁的表征，使他們分離成各個部分。這種脆弱性和敏感性對特征捆綁編碼和維持的干擾與一般注意資源對它們的干擾是不一樣的。

為了研究整合客體表征潛在的脆弱性，實驗2對同時呈現刺激和序列呈現刺激條件下被試的反應進行了對比。如果工作記憶中聯結性特征刺激的表征比單個特征刺激的表征更為脆弱，那么被試在序列呈現刺激條件下反應的正確率應比他在同時呈現刺激條件的準確率要低。相比較而言，單個特征刺激的表征應牢固一點，那么在序列呈現刺激的條件下，倒攝干擾的影響會減少，正確率的減少量也較小。進一步分析，在序列刺激系列中，對早期呈現的捆綁刺激的記憶效果會很差，因為那些刺激會面臨更多的隨后呈現的特征聯結刺激的干擾。

1.方法

(1)被試：滁州職業技術學院學生20名(年齡在19-23歲，其中男生10名，女生10名)，裸眼視力或矯正視力以及色覺均正常。所有被試均自愿參加實驗并在實驗后接受報酬。

(2)實驗儀器和材料：實驗儀器與材料與實驗1相同。

(3)實驗設計：實驗采用3×2被試內實驗設計，自變量為特征檢測類型(單一顏色特征、單一形狀特征、顏色—形狀聯結特征)和刺激呈現方式(同時呈現和序列呈現)，因變量是被試對檢測刺激判斷的正確率。

(4)實驗程序：實驗包括24次練習(3×2，6個實驗條件，每個實驗條件4次)和144次正式試驗(平均分配在6種實驗條件下)。實驗中，要求被試在反應盡量準確的前提下較快地作出反應。每完成一個呈現方式實驗條件的試驗，被試休息3分鐘，實驗中被試共休息3次。每次休息后，被試按“G”鍵，實驗繼續進行。實驗持續30分鐘左右。

在同時呈現刺激條件下，我們所用的實驗程序與前面的實驗程序一樣，即先在屏幕中心呈現一個注視點(+)1 000毫秒作為警告刺激，延遲500毫秒，接著呈現刺激系列250毫秒，延遲900毫秒，然后呈現探測刺激。在序列呈現刺激條件下，刺激系列中的四個項目是分開單獨呈現的，在500毫秒的警告刺激之后，呈現其中一個刺激250毫秒，延遲250毫秒，接著再呈現另外一個刺激250毫秒，延遲250毫秒，即每個刺激序列的呈現通過250毫秒的延遲而被分開。當四個刺激呈現完之后，接著延遲900毫秒，然后呈現探測刺激。探測刺激的位置是在原始刺激呈現的四個位置的下面。

在序列呈現刺激的條件下，刺激系列中的每個刺激都單獨呈現250毫秒(與在同時呈現刺激條件下，整個刺激系列四個項目呈現的總時間是250毫秒不同)，有可能會增加口頭復述的機率。為了防止被試的口頭復述，在同時呈現和序列呈現條件下，要求被試在刺激呈現和延遲的時候進行簡單的發音抑制。要求他們從警告刺激呈現到探測刺激呈現這個過程中以2個/秒的速度大聲念出數字a-b-c-d。以往的實驗研究表明，簡單的言語負荷不會破壞視覺任務的操作，在視覺記憶任務中用發音抑制來防止口頭復述是很普遍的。

2.結果分析

數據處理均在SPSS13.0中進行。

表3 不同呈現條件下被試對不同檢測特征反應正確率的平均數和標準差(M±SD)

以特征檢測類型和呈現方式為自變量，被試反應的正確率為因變量進行重復測量方差分析(具體見表4)，結果發現特征檢測類型的主效應顯著F(2，38)=29.581，p<0.001。呈現方式的主效應顯著F(1，19)=10.075，p<0.01。特征檢測類型和呈現方式之間的交互作用顯著，F(2，38)=8.549，p<0.01。

表4 呈現方式和特征檢測類型對被試反應正確率的影響

不同特征檢測類型的多重比較發現，顏色—形狀聯結條件下被試反應的正確率顯著低于其他兩種條件下被試反應的正確率(均是p<0.05)，單一顏色條件下被試反應的正確率高于單一形狀條件下被試反應的正確率，但是沒有達到顯著水平(p>0.05)。可見，視覺客體工作記憶對于單一顏色特征反應的正確率最高，單一形狀條件下被試的反應次之，最差的是顏色—形狀聯結條件下被試反應的正確率最差。

對呈現方式的主效應進一步進行分析，結果發現，同時呈現時，被試反應的正確率顯著高于序列呈現時被試反應的正確率(p<0.01)。

以序列呈現時，刺激呈現的位置和特征檢測類型為自變量，以被試反應的正確率為因變量進行多因素方差分析，結果發現：特征檢測類型的主效應顯著F(2，38)=4.65，P<0.05，序列位置的主效應顯著F(3，57)=35.52，P<0.001；刺激條件和序列位置之間的交互作用不顯著F(6，114)=0.88，P>0.05。對序列位置的主效應進一步分析發現，當探測刺激是序列刺激中第4個時，被試反應的正確率最高，其次是第3個，然后是第1個，最后是第2個。

可見，當序列呈現刺激項目時，在特征聯結條件下，記憶的正確率顯著的低于在同時呈現刺激項目時的正確率。此外，我們還可發現刺激條件和呈現方式之間的交互作用顯著。而這種結果是在對序列呈現條件下捆綁的記憶下降持續判斷下得到的。與單一特征條件相比，在特征聯結條件下，序列呈現下降的數量更多。這有可能是因為在沒有額外中央執行資源時，特征聯結和以及隨后的保持時，各特征之間的聯結對來自其他項目的干擾是比較敏感和脆弱的，從而很可能被分解。當需要編碼和保持的特征聯結刺激增加時，視覺工作記憶中先前呈現的那些捆綁會受到后來呈現的刺激的沖擊。

四、討論

對于由顏色和形狀兩種特征組成的客體，視覺工作記憶的表征過程是復雜的。作為客體的兩個基本特征，顏色與形狀不僅單獨被知覺和表征，它們之間的聯結或捆綁關系也可以很容易被知覺和表征。

本研究結果發現，當呈現時間和延遲時間都比較短時，在記憶編碼和保持階段，由于需要資源同時性任務對特征聯結條件記憶的影響與它對其他條件下產生的影響是一樣的，因此在工作記憶過程中，對將特征組合形成聯結客體表征的編碼是不需要執行資源的，至少在本文所采用的刺激是不需要的。但是，同時性任務會破壞總體表現，這說明在對視覺特征編碼是需要中央執行注意資源的。另一方面，如果這個過程需要足夠的資源，那么客體的整合的發生是自動化的過程，不需要額外的執行過程。Vogel[11]認為，特征捆綁機制包括了與客體特征相對應的同步性神經放電，因此形成能夠代表每個客體的細胞集合。[11]這種形式的捆綁已經被應用到視覺客體辨別并將他們保存到視覺工作記憶中。這是一種與個別特征加工過程一起自動化發生的動態捆綁。在加工特征時給予充分的資源并不能提升記憶的正確率，這種自動化捆綁機制并不依賴于任何的額外資源。

在實驗2得到的關于序列位置的數據表明，對特征的記憶和對特征聯結的記憶會受到后來呈現的刺激項目的影響。這種呈現方式的影響不可能是時間的消失所引起的，如Vogel在1997和2001年的研究中都沒有發現保持間隔期變化對被試反應正確率的影響，表明基于時間的遺忘并不是信息丟失的主要原因。[11]后來項目加工過程對特征捆綁條件下記憶正確率的影響比它對單一特征條件下記憶正確率的影響要大很多，表明捆綁特征比特征本身更脆弱。因為對后來按次序呈現的刺激的加工需要注意資源，記憶中較早呈現的刺激的表征會被忽視，也許有人會認為注意資源的消失會對特征聯結條件被試反應的正確率有影響。但是，同時性任務的研究結果發現，在短時延遲條件下對捆綁信息的維持是不需要中央執行資源的，這一現象用上述理由來解釋。我們可以認為，特征捆綁的維持依賴于容易被后來加工過程破壞的視覺空間注意。盡管我們的實驗并沒有說明視覺空間記憶的重要性，但Hollingworth和Vogel、Johnson等人在2004年的一項研究中發現，相比較而言，視覺空間填充任務對特征聯結記憶產生的影響并不是很大的。[9]因此，特征捆綁依賴于視覺空間注意進行成功保留是不大可能的。

我們認為，當后來的刺激項目需要在視覺工作記憶中進行編碼和存儲時，先前通過自動化捆綁的信息是比較脆弱的，更容易被分解。相對于單一特征條件下的記憶而言，后來呈現的刺激的加工過程對特征聯結條件的干擾更大，對記憶的詳細程度要求也更高。

總之，在沒有注意資源支持的前提下，對后來呈現的刺激項目的加工過程對捆綁客體的表征的破壞更多的是直接的，而不是間接的。

五、結論

1.當呈現時間和延遲時間都比較短時，分配注意對視覺特征捆綁的影響不顯著。

2.呈現方式對視覺特征捆綁影響顯著，當序列呈現刺激項目時，被試記憶的正確率顯著低于在同時呈現刺激項目時的正確率。

3.當呈現時間和延遲時間都比較短時，工作記憶中視覺特征的捆綁機制是相對自動化，但又是比較脆弱的。

[1]Watanabe W，Nakanishi K，Aihara K. Solving the binding problem of the brain with bi-directional functional connectivity[J].Neural Networks，2001，(14).

[2]Engel A K，Singer W.Temporal binding and the neural Correlates of sensory awareness[J].Trends in Cognitive Sciences，2001,(5).

[3]Chen C Q，Liu Z H，Jin Z C..Theoretical Models on the Mechanisms of Feature Binding[J].Advances in Psychological Science，2003,(13).

[4]Treisman A，Gelade G.A feature integration theory of attention[J].Cognitive Psychology,1980,(12).

[5]Paul L Schyns P G.Attention enhances feature integration[J].Vision Rsearch，2003,(43).

[6]Stefurak，D.L.，Boynton，R. M. Independence of memory for categorically different colors and shapes[J]. Perception & Psychophysics，1986,(39).

[7]Liu Z H，Fan J H，Jin Z C.The Role of Attention in Visual Feature Binding[J].Applied Psychology,2006,(12).

[8]Humphreys GW，Cinel C，Wolfe J，et al. Fractionating the binding process：Neuropsychological evidence distinguishing binding of form from binding of surface features[J]. Vision Research，2000,(40).

[9]Johnson J S，Hollingworth A.Luck S J. The Role of Attention in Binding Features in Visual Working Memory.Abstracts of VSS 5th Annual Meeting，Sarasota，Florida，2005,May 6-11.

[10]Richard J. Allen， Alan D.(2006 )Is the Binding of Visual Features in Working Memory Resource-Demanding Journal of Experimental Psychology：General，135.

[11]Vogel，E.K.，Woodman，G.F，&Luck，S.J.(2001).Storage of features，conjunctions，and objects in visual working memory.Journal of Experimental Psychology：Human Perception and Performance，27.

責任編輯：李新紅

The Effect of Divided Attention and Presentation Format on the Binding of Visual Features

AN Qing-yun1，WANG Jing-li2

(1.Chuzhou Vocational and Technical College，Chuzhou 239000，China；2.Affiliated Senior Middle School of Hangzhou Normal University，Hangzhou 310030，China)

With the single-probe change detection paradigm and a divided-attention procedure，two experiments are conducted in the study to investigate the effect of divided attention and presentation format on the binding of visual features over shorter exposures and retention intervals. The results show：(1) the effect of divided attention on the binding of visual features is not significant；(2) when items are presented sequentially，memory for combinations of features is significantly worse than with simultaneous presentation of items；(3) over the short exposures and retention intervals，binding mechanism of visual feature in working memory is relatively automatic but fragile.

feature binding；divided attention；sequential presentation，simultaneous presentation

2016-06-27

安慶云(1981-)，女，安徽全椒人，講師，碩士研究生，主要從事心理健康與心理衛生研究。

1004—5856(2017)04—0139—06

G446

A

10.3969/j.issn.1004-5856.2017.04.033