“找茬”任務中的視野偏好與參照策略

烏仁其木格 趙傲雪 汪鈺涵 莊想靈 馬國杰

(陜西省行為與認知心理學重點實驗室暨陜西師范大學心理學院，西安 710062)

1 引言

“找茬”游戲對于公眾來說并不陌生，該游戲體現的任務被稱為比較視覺搜索，因其存在與視覺搜索相似的特征（Galpin & Underwood, 2005;Hardiess & Mallot, 2015; Pomplun, Reingold, & Shen,2001; Pomplun et al., 2001）。在日常生活中，人們經常面臨類似的比較任務，需要搜索、比較和檢測變化，即當前注視的信息與記憶中的信息是否存在差異。研究者對于視覺搜索和變化檢測研究較多，而對于比較視覺搜索研究較少。本研究探討此類行為的認知機制之一，即人們傾向于以哪一側作為參照點，以此推進對此類行為的認識。

比較視覺搜索任務與變化檢測任務（change detection）有極高的相似性，尤其是閃爍范式下的變化檢測（Rensink, 2002）。在閃爍范式下，原圖與修改后的圖片交替呈現，中間出現空屏，被試需要快速按鍵判斷兩幅圖片是否存在差異。在該范式中，被試需要記住當前注視位置的信息，并與接下來注視位置呈現的信息進行比較。在視覺比較中，同樣如此。變化檢測中包含比較視覺搜索（趙傲雪, 莊想靈, 馬國杰, 2020），研究比較視覺搜索任務將為揭示視覺搜索和變化檢測的機制提供新的切入點。

已有研究揭示了視覺比較往往基于可變的組塊大小以及最小工作記憶策略，個體傾向于采用頻繁的眼跳策略來補償視覺比較中記憶的不足（蘇娟, 白學軍, 王超, 陰國恩, 2017; Gajewski &Henderson, 2005）。盡管研究者對比較視覺搜索任務中的記憶策略有了一定的了解，但對于視野偏好的策略依然知之甚少。當個體比較左右并排呈現的兩張圖片時，是否像詞匯加工一樣存在一側視野的偏好（Mishkin & Forgays, 1952）？在一項相關研究中，Hardiess 和Mallot（2015）發現，如果比較對象被交替掩蔽，即一次只能看到左側或右側中的刺激，被試注視左側的時間顯著大于右側的時間。因此，被試可能采用了以左側為參照點的比較策略，將左側圖片作為記憶編碼的參照圖片，將右側圖片作為比較判斷的對象。本研究將該策略稱之為左側參照策略，而對應的以右側為參照點的稱為右側參照策略。然而，左側參照策略并沒有在常規比較視覺搜索范式中得到驗證，因此需要對該問題進一步探討。此外，視野不僅分左右，也分上下視野。由于神經節細胞分布的差異，下視野在大腦皮層中具有一定的優勢，被試在執行空間認知相關的指向運動時，目標刺激出現在下視野的表現要好于上視野（Danckert &Goodale, 2001）。那么，是否比較視覺搜索中存在上下視野的不對稱性呢？對該問題的回答也是本研究的目的之一。

本研究將通過四個實驗探討比較視覺搜索中的視野偏好和參照策略。研究范式模擬了現實生活中的兩類“找茬”測試。每一類實驗都分別包括左右比較和上下比較。前兩個實驗是紙筆測試，后兩個實驗在電腦屏幕上進行。被試需要找出兩個6×6 的由不同顏色和形狀組成的矩陣圖片中有差異的位置，并用圓珠筆標記（實驗1A 和1B）或用鼠標點擊有差異的位置（實驗2A 和2B）。實驗1 在課堂中進行，實驗2 在實驗室用眼動追蹤設備記錄被試在執行“找茬”任務中的眼動行為。后者加入眼動追蹤設備，能夠客觀地記錄被試在執行比較視覺搜索中的注意分配，對實驗1 形成了有益的補充。

當前研究有一定的理論和應用價值。理論上，比較視覺搜索與變化檢測存在重要相似性，以往對于變化檢測的研究側重探討比較前的注意和記憶規律，對比較判斷的過程研究較少。然而，視覺比較過程的失敗也是變化檢測失敗的重要原因之一（Hyun et al., 2009）。當前的研究能為變化檢測中的視覺比較機制提供一定的借鑒。應用上，現實中人們經常面臨視覺比較的任務，如何更好地設計此類應用產品，需要針對比較視覺搜索的機理進行適應性的改變（如，改變比較刺激呈現的距離和方向，或改變比較刺激的組塊大小以及切分方式等），才能更好地提高產品的可用性。

2 研究方法

2.1 實驗1：紙筆“找茬”實驗

2.1.1 被試

實驗1A 招募45 名（女性32 名）年齡18～22歲的陜西師范大學本科生，所有被試不知道實驗目的，無色盲。其中2 名被試是左利手，其他都是右利手。實驗1B 中45 名被試（女性36 名）與實驗1A 來自同一個被試群體，但都沒有參加過實驗1A。參加實驗1 的被試均沒有參加實驗2，兩次測試分開是為了避免練習效應。

2.1.2 實驗材料與設計

實驗1A 使用了20 對Matlab 生成的幾何圖片刺激序列（見圖1，兩側圖形第一列第三行形狀存在差異）。每一張圖片包含17～18 個不同顏色（紅、綠、藍）的幾何圖形（正方形、三角形、圓形），這些幾何圖形分布在6×6 的網格中。原圖片和修改后的圖片只有一處存在差異，這些差異存在5 種實驗條件：增加（右側多一個幾何形狀），刪除（右側少一個幾何形狀），顏色（右側的幾何形狀顏色發生變化），形狀（右側的某個幾何形狀發生變化），聯合差異（右側的某個幾何形狀顏色和形狀同時改變）。每個條件出現的概率相同。每張圖片大小為7.7 厘米×7.7 厘米，彩色打印在A4 紙張上，這些圖片在實驗1A 中左右排列。實驗1B 的圖片材料和設計與實驗1A 相同，區別是實驗1B 的圖片材料上下排列。

圖 1 實驗1A 材料示例

2.1.3 實驗程序

實驗1A 在教室中進行。被試收到紙質材料后，統一開始執行比較視覺搜索任務。測試前，研究者首先描述實驗的注意事項，介紹實驗任務，要求被試盡快檢測出每對圖片的差異，并用圓珠筆標記差異（如，用圓珠筆畫圈），只標記其中一側，左側或者右側。標記后，被試需要在下方用清晰的語言寫出具體有差異的位置和差異的類型，研究者不限定被試使用的語言，因此結果呈現出多樣性。在分析的過程中，主要分析能夠清晰地反映參照策略的詞匯，譬如“右側多了一個圖形”“左側圖形變換了顏色”等等。所有被試都能在限定的10 分鐘內完成比較任務。實驗1B與實驗1A 程序相同。

2.1.4 數據分析

排除沒有正確理解指導語的被試，實驗1A 最終分析包含38 名被試，正確率約99%。實驗1B 最終分析包含42 名被試，整體結果與實驗1A 相似，正確率約99%。本研究主要分析選擇概率，即選擇哪一側作為標記的位置。數據分析采用重復測量方差分析。

2.2 實驗2：屏幕“找茬”實驗

2.2.1 被試

實驗2A 招募30 名（女性24 名）年齡18～22歲的陜西師范大學本科生，所有被試均是右利手，視力或矯正視力正常，無色盲，均沒有參與實驗1A 和1B。實驗2B 中30 名（女性26 名）被試與實驗2A 來自同一個被試群體，且均沒有參與上述1A、1B 和2A 實驗。

2.2.2 實驗材料與設計

實驗2A 的材料和設計與實驗1A 相同，實驗2B的材料與實驗1B 相同。

2.2.3 實驗儀器

實驗2A 中，實驗刺激左右并排呈現在24 寸的LCD 顯示器上（ASUS VG248QE），該顯示器分辨率為1920×1080 像素，刷新率144 Hz。被試的眼睛距離屏幕62 cm。在此距離上，每張圖片占據的角度約為7.7°。圖片之間的距離與圖片所占的角度相同。眼動追蹤設備是Eyelink 1000 plus 眼動儀（SR Research Ltd., Ontario, Canada），采樣率為1000 Hz。

2.2.4 實驗程序

被試首先閱讀實驗指導語，并簡單了解實驗設備。實驗中會根據需要隨時進行眼校準，以減小記錄誤差。每名被試有4 個練習試次以熟悉實驗流程。之后進行20 個隨機呈現的正式試次。實驗設置了校準注視點，只有當被試注視屏幕中心的黑色校準點達到300 ms 時，才在屏幕兩側呈現圖片。鼠標默認的位置在屏幕的中心，被試需要在60 s 內完成比較任務并點擊存在差異的位置，以進入下一個試次。當被試正確點擊屏幕任意一側有差異的位置時，存在差異的位置會出現一個紅色方塊覆蓋原有格子，實驗進入下一個試次（見圖2）。實驗2B 的儀器和程序與實驗2A 相同。

圖 2 實驗2A 流程圖

2.2.5 數據分析

結果顯示正確率達到100%，被試在60 s 內都能找出差異。本研究報告了反應時指標，對于其他指標，主要按照興趣區進行分析。在實驗2A 分別劃分了左右兩個興趣區，而實驗2B 劃分了上下兩個興趣區，興趣區與比較的圖片大小、位置完全一致。研究主要分析了選擇概率以及注視點分布相關的指標，包括平均注視次數（每個試次的平均注視點個數），掃視次數（每個試次從興趣區外進入興趣區的次數），每次掃視的注視點個數=平均注視次數/掃視次數。數據分析采用重復測量方差分析方法。

3 結果

3.1 實驗1A 和1B 結果

3.1.1 左右側比較視覺搜索的選擇概率和參照策略

實驗1A 數據顯示，選擇概率在左側（M=0.39,SD=0.43）和右側視野（M=0.60,SD=0.43）沒有顯著差異，F(1, 37)=2.20，p=0.146。進一步分析發現，選擇概率受到變化類型的調節。在增加條件下，左側對應位置是空白，被試表現出避免標記左側（M=0.30,SD=0.45）空白的位置，而選擇右側（M=0.69,SD=0.45）增加幾何圖形的位置，F(1,在其他變化類型下，都不存在顯著差異。盡管如此，本研究發現89%（34/38×100%）的被試表現出單側選擇的傾向（左側或右側，選擇某一側進行標記的概率大于80%），而且，58%（22/38×100%）的被試只在左側或右側標記差異。

進一步分析發現，在31%的試次中，被試清晰地寫出能夠推測參照策略的語句。這些語句中包含了“左側”“右側”“變化”“增加”“消失”等關鍵詞。進行2（參照策略：左側參照、右側參照）×2（選擇視野：左側、右側）重復測量方差分析發現，參照策略與選擇視野存在顯著的交互作用，簡單效應分析發現，當使用左側參照策略時，標記右側視野（M=0.21,SD=0.26）的概率顯著大于左側視野（M=0.03,SD=0.10）的概率，F(1, 37)=18.03，p＜0.001。該結果表明，視野偏好（即選擇概率）受到了參照策略的調節，當使用左側參照策略時，右側自然成為比較對象，即用圓珠筆標記的一側。結合選擇概率的整體左右無差異，而個體存在顯著的單側偏好，本研究推測，雖然整體無左右參照的差異，但個體存在特定的參照系。

3.1.2 上下側比較視覺搜索的選擇概率和參照策略

實驗1B 結果發現，下方的選擇概率（M=0.82,SD=0.27）顯著大于上方的選擇概率（M=0.18,進一步分析發現，視野偏好受到了變化類型的調節，在增加、顏色、形狀和聯合變化條件，下方的選擇概率都大于上方的選擇概率，Fs＞53.25，ps＜0.001。然而，在刪除條件，上視野（M=0.40,SD=0.47）與下視野（M=0.59,SD=0.47）的選擇概率沒有顯著差異，F(1, 41)=1.77，p=0.191。在刪除條件下，被試可能為了避免標記下方空白的位置，從而抵消了潛在的下側視野偏好。此外，在上下比較中，個體也存在下視野偏好，86%（36/42×100%）的被試在超過80%的試次中選擇下視野作為標記差異的位置。參照策略與選擇視野存在交互作用，簡單效應分析發現，當被試采用上側參照策略時，被試選擇下側（M=0.36,SD=0.35）標記差異的概率顯著大于上側的概率（M=0.04,SD=0.08），F(1, 41)=39.71，p＜0.001。該結果也表明，被試的視野偏好與通過言語報告的參照策略存在一定的關聯。

3.2 實驗2A 結果

3.2.1 反應時

平均反應時是5606 ms（SD=1607 ms）。不同變化類型影響檢測效率，刪除條件下，反應時是4336 ms（SD=1199 ms），聯合條件下為5046 ms（SD=1474 ms），增加條件下為5249 ms（SD=1710 ms），形狀條件下為5791 ms（SD=2895 ms），顏色條件下為7605 ms（SD=2980 ms）。從數據可以看出，刪除變化在這幾類變化中最易檢測，即個體對于刺激在視網膜上消失較為敏感。而顏色變化是這幾類變化中最不易覺察的變化。成對比較分析發現，刪除條件下的反應時顯著小于其他幾種條件，ps＜0.01。盡管反應時不是本研究關注的重點，但反應時的數據說明了變化類型對于檢測難易度有著顯著的影響。

3.2.2 選擇概率

本研究主要關注鼠標點擊左右兩側圖片的概率（見圖3），結果顯示，選擇概率在左側（M=0.43,SD=0.47）和右側視野（M=0.57,SD=0.47）沒有顯著差異，F(1, 29)＜1。進一步分析發現，變化類型不影響選擇概率。在五種變化類型中，選擇概率在左右兩側均沒有顯著差異，Fs＜2.35，ps＞0.136。因此，與實驗1A 的紙筆測試一致，用鼠標選擇也不存在左右視野的選擇偏好。然而，當考慮到個體差異時，絕大多數被試存在左右視野的偏好，大約97%（29/30×100%）的被試在超過80% 的試次中選擇了左側或右側作為鼠標點擊的視野，73%（22/30×100%）的被試在100%的試次中選擇了左側或右側，而不是均衡選擇左右兩側。這些結果說明可能存在左右側的個體視野偏好，而這類偏好是否具有穩定性，以及其內在的機制目前尚不清楚。

圖 3 實驗2A 比較視覺搜索中典型的眼跳模式示意圖

3.2.3 注視點分布

實驗2A 在每個試次上的平均注視次數為21.70（SD=6.70），而每個試次的掃視次數約為9.08（SD=1.99），因此觀察到的每次掃視的注視點個數約為2.37（SD=0.39）。進一步分析發現每次掃視的注視點個數的頻率分布如下，17%的單個注視點，45%兩個注視點，26%三個注視點，8%四個注視點。Gajewski 和Henderson（2005）的研究觀察到的每次掃視的注視點個數平均為2.46，這與當前的研究結果接近。由此推斷，被試更傾向于采用最小工作記憶方式，在完成視覺比較后，一次記憶編碼一個新的組塊，作為下一次視覺比較的參照對象。

3.3 實驗2B 結果

3.3.1 反應時

平均反應時是5391 ms（SD=1414 ms）。事后分析發現實驗2A 和2B 的反應時沒有顯著差異，F(1, 29)＜1，盡管這個比較數據來自兩個實驗，但因為實驗群體一致，被試同質性較高，相當于同組被試在兩個實驗水平的表現，因此，本研究進行了對比分析，以初步判斷不同排列方式對視覺比較績效的影響。結果顯示，左右比較和上下比較在該范式所用的材料中沒有績效差異。此外，不同變化類型影響檢測效率，刪除條件的反應時是4016 ms（SD=1252 ms），聯合條件下為4761 ms（SD=1225 ms），增加條件下為5284 ms（SD=1188 ms），形狀條件下為6024 ms（SD=3244 ms），顏色條件下為6871 ms（SD=2901 ms），反應時在不同變化條件下與實驗2A 趨勢相同。刪除變化在這幾類條件中最容易檢測，而顏色變化是這幾類變化中最不易檢測的。刪除條件下的反應時顯著小于其他幾種條件，ps＜0.01。

3.3.2 選擇概率

與實驗1B 紙筆測試一致，上下比較存在選擇視野的偏好（見圖4）。結果顯示選擇概率在下視野（M=0.83,SD=0.29）顯著大于上視野（M=0.17,SD=0.29），F(1, 29)=37.08，p＜0.001，進一步分析發現，在所有變化條件下，下視野選擇的概率都高于上視野，Fs＞13.59，ps＜0.001。而對個體差異的分析發現，83%（25/30×100%）的被試在超過80%的試次中選擇點擊下視野的圖片以指示檢測到的差異。其中，57%（17/30×100%）的被試在100%的試次中點擊了下視野的圖片。這些數據說明，被試在上下比較時，傾向于采用上視野參照策略。

圖 4 實驗2B 比較視覺搜索中典型的眼跳模式示意圖

3.3.3 注視點分布

實驗2B 在每個試次上的平均注視次數為20.53（SD=5.19），平均掃描次數為8.40（SD=1.86），因此每次掃視的注視點個數約為2.42（SD=0.29）。每次掃視的注視點個數依然以兩個注視點為主，其頻率分布如下：16%的單個注視點，43%兩個注視點，28%三個注視點，9%四個注視點。從每次掃視的注視點個數分布來看，被試更可能采用的是最小工作記憶策略。在一側視野的掃視中，除了一個注視點用于和記憶中的對應位置信息進行比較之外，另一個注視點甚至兩個注視點用于加工新的組塊信息，以達到眼跳路徑的最優化。

4 討論

本研究主要探討了“找茬”任務中的視野偏好與參照策略，采用了紙筆測試以及眼動實驗，同時對比了左右視野與上下視野。結果發現，大部分被試都存在某一側的參照偏好（左、右側或上側）。然而平均來看，被試沒有左右參照偏好，僅僅表現出上側視野的參照偏好。

在實驗1A 和2A 中，盡管整體左右視野選擇概率沒有出現差異，但是局部分析表明，當存在左右側參照策略時，被試會傾向于以其中一側作為參照點，另一側作為比較對象，有差異的位置會傾向于成為比較對象。在實驗1B 和2B 中，上下比較呈現出明顯的視野選擇偏好，被試傾向于選擇下方圖片標記差異，這說明存在上側視野參照策略。需要注意的是，紙筆測試與眼動實驗中的圖片距離存在一定的差異，圖片距離可能影響被試的視覺比較模式和工作記憶策略。該研究并沒有在眼動實驗中操縱比較距離，因此，該假設有待進一步檢驗。

不同視野的選擇偏好說明了上下對比和左右對比可能存在差異。該實驗沒有發現左右比較視覺搜索時視野上的偏好，可能的原因如下：第一，在這類比較視覺搜索中不牽涉語言加工，以往左右視野偏好大多與語言加工的大腦偏側化相關，而本研究不牽涉語言處理，所以不存在偏側化。第二，人們在長期閱讀中養成了靈活的左右掃視的習慣，左右參照策略對于比較視覺搜索都是有效的策略。因此，被試存在各自的偏好傾向，甚至在每個試次之間切換參照策略，最終導致數據平均后抵消了左右視野參照的差異。從典型的眼跳軌跡圖來看，每一個試次上都可能存在左右參照策略的切換，只有通過左右參照點的切換，被試才能節省眼跳時間，更快地完成比較視覺搜索任務，這一點和最小化工作記憶的假設一致（Gajewski & Henderson, 2005）。然而，人們傾向于更多地選擇下側視野標記差異，很可能與上視野參照具有更高的加工績效有關。以往研究表明，上視野的信息相對于下視野信息更容易被覺察到（Quek & Finkbeiner, 2014），被試可能自動利用了最優的垂直比較策略，從眼跳和工作記憶上都獲得一定的效益。

理論上，比較視覺搜索的研究有助于更好地理解變化檢測任務。變化檢測任務中，牽涉到注意–客體識別–記憶–客體識別–比較等一系列認知過程，而這些認知過程中也牽涉到視覺比較的參照點問題。根據結果，本研究推測變化檢測中也存在相互切換的參照系以達到認知的節省。被試很可能將連續出現的圖片作為一個整體看待，因此，記憶編碼對象和比較判斷對象可以自由切換。應用上，本研究提示在涉及視覺比較的界面設計中，按照組塊化設計方案，使組塊設計符合視覺比較中的記憶規律，并按照視覺比較偏好的參照模式（如上側參照策略）排列比較對象，將更好地提高比較任務的績效。

5 結論

個體存在個體化的左右視野偏好以及整體上的下視野偏好（即上視野參照策略），該現象與個體比較時所采用的工作記憶策略以及最優化搜索行為密切相關。