認知負荷對乒乓球運動員注意空間的影響*

楊 義, 岳珍珠

(1.廣東實驗中學,廣東 廣州 510375; 2.中山大學心理學系,廣東 廣州 510275)

現實生活中很多時間人們需要注意特定的空間位置，并且要求人能夠在復雜的環境中，從若干位置中選擇性地注意一個目標位置。因此，選擇性注意研究中的一個關鍵問題是注意如何在空間中分布。研究表明，人對于注意中心位置處的視覺刺激[1]的加工比落在非注意焦點內的刺激加工更快，而且更準確。研究者們曾提出若干模型來解釋選擇性注意在空間上的分布。自上個世紀80年代至今，視覺選擇性注意在空間上的分布得到了大量的研究，代表性的模型有注意的“聚光燈”(spotlight)模型和梯度模型(gradient model)等[2][3]。

傳統的“聚光燈”模型認為視覺注意像舞臺上的聚光燈一樣，可以在視覺空間內被隨意移動，并且選擇一個范圍對其中的刺激進行深入加工[4]。注意聚光燈內的區域被同等程度的加工，而位于注意的聚光燈之外的刺激都會被同等程度地忽略。Monder 和 Zatorre[5]的研究提出了另外一種選擇性注意的“梯度模型”，隨后得到了其它實驗證據的支持，既包括視覺選擇性注意的研究[2][6]，也包含聽覺選擇性注意的研究[7][8]。研究支持，注意分布在空間上呈現梯度變化，注意焦點處的刺激得到最強的加工，隨著與注意焦點的空間距離增加選擇性注意逐漸減弱。

注意能力水平對運動員在運動過程中追蹤對手或物體，以及對運動員及時地根據環境情況做出迅速應答非常重要。研究發現，不同體育項目的運動員都需要持續地知覺到并且適應快速的比賽環境變化[9]。例如，李永瑞[10]在研究中發現，高水平乒乓球運動員的注意瞬脫(attentional blink)程度比固定靶射擊運動員和普通大學生顯著更輕，而且出現時間要更早。這說明高水平乒乓球運動員的注意資源在時間上的分配能力更強。乒乓球運動是一種較近空間距離的對抗項目，考察乒乓球運動員的注意如何在空間上的分布也非常重要。隨著乒乓球拍的不斷改進，據統計運動員在擊球時乒乓球與球拍接觸時間最短的僅為千分之一秒，使得乒乓球的運動時速甚至可以快至170km。而且還要同時辨別球本身的旋轉(如弧圈球)等特征。此外，同時注意空間中多個目標刺激對于乒乓球運動員非常重要，當要求注意的目標增多時，運動員的認知負荷顯著增加，這一點在比賽過程中尤其明顯。因此，當前研究選取中學為被試，在不同認知負荷(同時注意多個項目)的情境下，考察不同視角范圍內注意的分布，以期探索乒乓球運動員的注意空間分布特點。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

參與本研究的21名乒乓球運動員(男12名，女9名)主要是來自廣東實驗中學的中學生(其中包含乒乓球一級運動員10名，二級運動員5名)。年齡在13～18歲之間(M=14.86，SD=1.68)，年級為初一至高三，視力或矯正視力正常，除1人為左利手外，其余都為右利手，實驗在運動員訓練期間進行。

1.2 實驗設計

實驗是3×3被試內設計。包括兩個自變量：①視角。目標到注視點的距離，包括視角3°、6°和9°三個水平；②負載，即目標集大小(set size)。可能會同時出現不同數目的小球，有2、4和6三個水平。記錄被試的反應時和正確率。

1.3 實驗材料和儀器

實驗中刺激出現的位置包含隨機出現在三個視角對應的八個位置，如圖1所示。可能同時出現2，4或6個灰色小球集合，每個小球直徑為4.5mm(0.938°視角)。

圖1 刺激可能呈現的位置及刺激集變化(以6°視角為例)

掩蔽刺激包含有多個灰色的錐形和立方體，錐形的半徑為2.25 mm，錐形和立方體的高度均為4.5 mm，立方體的寬為4.5 mm，深度為4.5 mm。所有刺激的背景都為黑色。

實驗程序在華碩筆記本電腦上運行，顯示器分辨率為1920×1080像素，刷新頻率為60Hz。實驗屏幕全高為17.5cm，被試眼睛距離屏幕中央55cm。實驗程序采用Presentation軟件(https://www.neurobs.com/)編制而成，在Windows 10操作系統上運行。

1.4 實驗流程

被試在一個光線微暗的房間里，端坐在屏幕正前方。雙手握著一個游戲操作桿，在理解指導語后，開始進行實驗。在每個試次里，屏幕中央首先呈現一個白色注視點“+”300ms，隨后呈現目標刺激200ms，其中包含隨機出現在三個視角八個位置中符合setsize規定個數的小球。之后目標中任意一個小球會變暗(灰度更高)或變亮(變為白色)300 ms，此時要求被試既快又準地對小球的變化進行判斷，變暗、變亮分別按操作桿上的左側和右側按鈕，反應鍵在被試間平衡。變化的目標會持續呈現300ms，接著呈現時長為500ms的掩蔽刺激，掩蔽刺激結束后會呈現一段時間的黑屏，然后進行下一個試次。

圖2 刺激呈現流程示意圖(注：圖中掩蔽刺激為灰色)

整個實驗過程中被試者需要一直注視中央注視點“+”。正式實驗共有450個試次，變亮、變暗判斷的概率各占50%。每個被試者在正式實驗開始前先練習，共有54次練習，每次都提供正確、不正確或漏掉了的反饋，正式實驗時不提供反饋。實驗期間約每2min休息一次，每次休息時間由被試自己控制，實驗完成大約需要30min。

2 研究結果

2.1 反應時

本研究采用SPSS軟件對數據進行分析，只分析正確反應的反應時。在正式分析前，先剔除小于100ms或大于2000ms，且在平均反應時正負三個標準差之外的反應時數據。

對反應時進行兩因素的重復測量方差分析，見圖3。結果顯示，視角主效應顯著，F(2,40)=33.45，p<.001；負載的主效應不顯著，F(2,40)=1.73，p= .19；視角與負載的交互作用顯著，F(4,80)=2.66，p<.05。隨后進行簡單效應檢驗，在2個小球條件下，視角的主效應顯著，F(2,40)= 17.78，p<.001，視角為3°(MD=24.39，p<.001)和視角為6°(MD=20.54，p<.001)時的反應時都比視角為9°時的辨別反應時顯著更快。在4個小球條件下，視角的主效應也顯著，F(2,40)= 13.96，p<.001，視角為3°時的反應時均快于視角為6°(MD=14.09，p<.05)和9°時的辨別反應時(MD=27.13，p<.001)，而視角為6°時又比視角為9°時的辨別反應時要快(MD=13.03，p<.01)。在6個小球條件下，視角簡單效應也顯著，F(2,40)= 19.51，p<.001，視角為3°時的反應時均快于視角為6°(MD=16.57，p<.001)和9°時的反應時(MD=20.34，p<.001)。

圖3 不同視角和認知負載條件下的辨別反應時

2.2 正確率

對正確率進行兩因素重復測量方差分析，見圖4。結果顯示，視角主效應顯著，F(2,40)=3.56，p<.05；但是對三種視角條件下的正確率之間進行兩兩比較時，未發現顯著差異；小球個數主效應顯著，F(2,40)=5.96，p<.01；小球個數為2時的正確率(M= .87,SD= .003 )比小球個數為4時的正確率(M= .89,SD= .017)要低。視角和小球個數交互作用不顯著，F(4,80)=0.84，p= .50。

圖4 不同視角和認知負載的條件下的正確率

3 討論

在比賽過程中，運動員通常要同時注意不只一個物體或事件。例如，乒乓球運動員不僅要注意運動中的球，而且要注意對面的對手，以及行進中球的旋轉等狀態特征，所以不同項目的運動員在比賽過程中通常有較大的認知負荷[11]。本研究考察了在不同的認知負荷的情況下，乒乓球運動員的空間注意分布。結果支持隨著負載增加，乒乓球運動員的注意隨著離中央注視點的距離增加而下降，呈梯度變化。

我們的結果支持視覺注意窗口的大小會受到其它因素的影響[12]，同時也支持注意的梯度模型[2]，并且體現了在較小區分度的情況下，注意隨著任務負載的增加的精細梯度變化。表現為當任務負荷不大的條件下(目標刺激僅為2個小球)，離中心注視點為3°～6°視角距離的刺激加工顯著地強于9°視角條件下。說明青少年乒乓球運動員的視敏度具有很高的空間分辨率。但是這一能力隨著任務負荷的增加而有顯著降低，表現為當任務負荷增加為4個小球時，被試的注意更多的集中于中央注視點位置，即，此時的注意范圍顯著縮小，表現為視角為3°時的反應時顯著快于視角為6°時的反應時，而視角為6°時又比視角為9°時的辨別反應時要快，表現為注意范圍的顯著縮小，隨著離中央注視點距離越遠，并且呈梯度下降。當任務負載增加至6個小球條件下，注意范圍進一步顯著縮小，表現為視角距離為3°時的反應時均快于視角距離為6°和視角距離9°時的反應時。

當前研究中視角距離的選取比之前研究的距離控制更為精細。之前的成人研究通常采用6°視角作為間隔[8]或4°視角為間隔[11]。我們的研究證明對于青少年運動員，離注意焦點的距離增加，注意會發生顯著下降，而且注意的梯度變化更為陡峭。我們的研究結果有助于探索青少年運動員空間注意的變化發展趨勢，并且提示可以通過不同認知負荷條件下乒乓運動員的注意空間分布能力來選拔運動員。在高認知負荷下，高水平的運動員會表現出更廣的注意焦點范圍。也可以在此基礎上通過開發相應的計算機訓練程序，訓練高水平運動員的空間注意廣度(Huettermann & Memmert, 2018)[13]。到認知負荷的調節。當認知負荷增加時，乒乓球運動員的空間注意焦點范圍顯著縮小。而且，運動員的注意空間分布以注意焦點為中心，呈現陡峭的梯度變化。

4 結論

4.1 青少年乒乓球運動員的注意空間分布受

4.2 我們的研究結果對于運動員的選拔具有啟示作用，可以通過測量運動員在高負荷條件下注意焦點的范圍來進行選拔。