視覺搜索能力的年齡效應(yīng)及形成機(jī)制

任延濤

（中國刑事警察學(xué)院 公基部，遼寧 沈陽 110035）

視覺搜索能力的年齡效應(yīng)及形成機(jī)制

任延濤＊

（中國刑事警察學(xué)院 公基部，遼寧 沈陽 110035）

視覺搜索能力是一種基本的認(rèn)知能力，個體視覺搜索能力的發(fā)展遵循終生發(fā)展理論的U型模式：6～28歲左右是視覺搜索能力的提高過程，大約28歲以后出現(xiàn)較緩慢的衰退過程。這與其它認(rèn)知能力的發(fā)展相似，但視覺搜索能力的發(fā)展具有獨(dú)特的形成機(jī)制。認(rèn)知速度與注意抑制及工作記憶是制約視覺搜索能力發(fā)展的主要因素。

視覺搜索能力；年齡效應(yīng)；形成機(jī)制

視覺搜索能力是人的一種基本認(rèn)知能力，指個體從許多視覺刺激中捕捉目標(biāo)刺激的能力，也是個體獲取外界信息從而進(jìn)行加工的一種重要方式。一般地，它分為兩種類型，即特征搜索（feature search）與聯(lián)合搜索（conjunction search）。當(dāng)目標(biāo)項具有單一的、不被任何干擾項共享的物理特征時，稱為特征搜索；如果干擾項多于兩類且目標(biāo)項與每類干擾項都至少共享一個特征時，稱為聯(lián)合搜索。典型的視覺搜索任務(wù)要求被試在由干擾項和目標(biāo)項組成的復(fù)合刺激中搜索目標(biāo)項。搜索效率一般用反應(yīng)時（RT）×組量（SET SIZE）的搜索斜率函數(shù)表示，稱之為搜索坡度（search slope）。當(dāng)反應(yīng)時不依賴于組量變化時，稱之為有效搜索（efficient of search），即平行搜索。當(dāng)反應(yīng)時隨組量的變化而協(xié)變時，稱之為低效搜索（least efficient of search），即系列搜索。一般地，我們將搜索時間隨組量（SET SIZE）增多而明顯增加這一現(xiàn)象稱為顯示容量效應(yīng)。平行搜索中幾乎不存在顯示容量效應(yīng)，而在系列搜索中，則普遍存在。

視覺搜索能力，存在著顯著的個體差異。對視覺搜索能力年齡差異的研究最早始于Rabbitt的紙牌分類實(shí)驗。Rabbitt研究發(fā)現(xiàn)視覺搜索能力存在顯著的年齡差異，并稱之為年齡效應(yīng)（age effect）。此后，研究者們對這種年齡效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究，并對視覺搜索年齡效應(yīng)的形成機(jī)制進(jìn)行了探討。

1．視覺搜索能力的年齡效應(yīng)

視覺搜索能力的發(fā)展基本上符合終生發(fā)展理論的“U型模式”。

1．視覺搜索能力的提高階段

研究者普遍以6－28歲被試為研究對象，用實(shí)驗證明了這一時期是視覺搜索能力的提高階段及影響視覺搜索能力的因素。

Ruskin與Kaye對三組低年齡被試（平均年齡分別為6歲、8歲、12歲）的特征搜索、聯(lián)合搜索成績進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，從總體上看，無論在特征搜索還是聯(lián)合搜索中，視覺搜索反應(yīng)時隨著年齡增加而普遍縮短。而且，所有被試在特征搜索中比在聯(lián)合搜索中表現(xiàn)出較好的搜索成績，也表現(xiàn)出顯示容量效應(yīng)。無論是在特征搜索還是在聯(lián)合搜索中，顯示容量對視覺搜索成績都有顯著的影響。不過，這種影響隨著年齡的升高而越來越小。

與Ruskin等的實(shí)驗相類似，Lobaugh等也選擇三組少年被試（平均年齡分別為8歲、10歲、12歲）和一組成人（平均年齡為26歲），同樣讓所有被試完成特征搜索和聯(lián)合搜索兩種任務(wù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論在特征搜索還是聯(lián)合搜索中，搜索坡度（search slope）都隨著年齡升高而降低。視覺搜索能力在生命早期隨著年齡升高而提升這一現(xiàn)象，得到了后來諸多研究的支持。

從總體上看，這一時期，視覺搜索能力都是顯著提高的，但提高速度是先快后慢的。并且，搜索能力受到顯示容量，刺激特征維度等因素的影響，存在顯著的年齡效應(yīng)。

2．視覺搜索能力的下降階段

研究者以28～80歲被試為研究對象，考察其早期（28～50歲左右）與晚期（50～80歲左右）在完成特定的特征搜索與聯(lián)合搜索任務(wù)時的搜索成績，來探討認(rèn)知老化等因素對視覺搜索能力的影響等問題。

早期的很多研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以成人為被試時，聯(lián)合搜索比特征搜索存在更為顯著的年齡效應(yīng)。

但最近的很多研究都發(fā)現(xiàn)以前關(guān)于特征搜索與聯(lián)合搜索這一兩分法存在許多問題。視覺搜索能力的年齡差異也并非表現(xiàn)在這兩種搜索上，目標(biāo)項與干擾項的相似度對視覺搜索年齡效應(yīng)的影響更大。Scialfa等通過實(shí)驗進(jìn)行了驗證。使用青年、老年兩組成人被試進(jìn)行特征搜索和聯(lián)合搜索。實(shí)驗結(jié)果表明，當(dāng)操縱目標(biāo)項與干擾項相似度這一變量時，青年組被試與老年組被試的搜索坡度都產(chǎn)生同樣的變化。但老年組被試在聯(lián)合搜索中搜索高相似度的目標(biāo)物時有較大的難度。反應(yīng)時分析發(fā)現(xiàn)，在同一條件下，兩組的反應(yīng)時有較大的差異。所以他們認(rèn)為這種目標(biāo)項與干擾項的相似度才是關(guān)鍵的制約因素。Kramer等發(fā)現(xiàn)，在聯(lián)合搜索中，當(dāng)把運(yùn)動定義為一種刺激物特征時，青年與老年被試都能同樣高效的完成搜索任務(wù)，因為當(dāng)把運(yùn)動作為一種特征時，這種目標(biāo)項與干擾項的差異度就變大了。Humphrey與Kramer也發(fā)現(xiàn)，在聯(lián)合搜索中，當(dāng)具有較大區(qū)別的不同特征時，青年與老年被試都可以進(jìn)行平行搜索。

這一時期個體，視覺搜索能力的發(fā)展是一個不斷下降的過程，在目標(biāo)缺失及目標(biāo)項與干擾項有較大相似度的條件下，老年與青年的搜索能力表現(xiàn)出更大的差異性?？梢哉J(rèn)為，這一時期個體視覺搜索能力的年齡效應(yīng)受到許多因素的制約，特征搜索與聯(lián)合搜索并不是分界線。

3．終生（Life Span）發(fā)展研究

大多研究者將研究視線集中于生理成熟期與衰老期的視覺搜索年齡效應(yīng)。也有研究者將這兩個過程連接起來，進(jìn)行終生發(fā)展研究，從而對比兩過程，進(jìn)行更為深入的探討。

關(guān)于視覺搜索發(fā)展比較流行的觀點(diǎn)認(rèn)為，搜索效率從孩童時期到青春期，一直是處于提高階段，其最高點(diǎn)在青年期，然后下降直到老年期。這種模式符合人認(rèn)知終生發(fā)展的普遍觀點(diǎn)。

Trick和Enns將6～72歲的被試分為五個離散的年齡組來探測視覺搜索能力的年齡差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與Treisman與Gelade的特征整合理論相吻合，特征捆綁能力在早期隨著年齡升高而增強(qiáng)，并保持到生命終結(jié)。被試在聯(lián)合搜索中的搜索能力從8歲到老年表現(xiàn)出較強(qiáng)的年齡變化趨勢。與Trick和Enns的實(shí)驗類似，Bernhard Hommel與Karen Z．H．Li從更大范圍內(nèi)選取被試，同樣完成特征搜索和聯(lián)合搜索任務(wù)，再次驗證了視覺搜索反應(yīng)時U型曲線。但同時發(fā)現(xiàn)，從曲線上看，孩童發(fā)展與成人老化的趨勢是截然不對稱的。

盡管成熟期與衰老在認(rèn)知加工許多方面存在諸多類似，但是仍然也會存在某些機(jī)制上的特殊性。進(jìn)一步的說，盡管成熟過程與衰老過程在外顯行為上存在某種程度上的相似性，但可能基于不同的機(jī)理。

二、視覺搜索能力年齡效應(yīng)的形成機(jī)制

終生發(fā)展研究的U型模式理論認(rèn)為，人的基本信息加工能力發(fā)展是伴隨成熟與老化的先升后降的過程。視覺搜索能力作為一種基本信息加工能力，其發(fā)展趨勢同樣遵循U型模式，但其發(fā)展曲線又不重疊于其它基本信息加工能力的發(fā)展曲線。很多形成機(jī)制的研究都著眼于制約基本信息加工能力發(fā)展的共同的普遍因素，也有研究發(fā)現(xiàn)并驗證了制約視覺搜索能力發(fā)展的特殊因素。

1．認(rèn)知速度（Cognitive Speed）

認(rèn)知速度是受成熟與老化影響的顯著變量，很早就有研究者將認(rèn)知速度作為制約視覺搜索能力發(fā)展的主要因素。

許多研究都以特殊的實(shí)驗任務(wù)，來探討不同方面認(rèn)知速度對視覺搜索能力發(fā)展的影響。Cepeda等發(fā)現(xiàn)測量不同年齡被試的知覺速度時也存在明顯的年齡效應(yīng)，所以當(dāng)以知覺速度為變量時，仍然可以發(fā)現(xiàn)視覺搜索能力發(fā)展的這種年齡效應(yīng)。同樣，許多研究用與Cepeda實(shí)驗相似的設(shè)計，證明了空間定位速度、知覺加工速度、眼跳潛伏期［1］、目標(biāo)檢測速度等因素都是制約視覺搜索能力發(fā)展的重要因素。

2．注意控制與抑制（Attentional Control and Inhibition）

人的所有活動都必不可少地需要注意的參與，視覺搜索也同樣受到注意的調(diào)控。但在視覺搜索中，注意的作用手段更主要的是抑制機(jī)制，對無關(guān)信息或者干擾信息進(jìn)行有效抑制，才能高效完成搜索任務(wù)。

Treisman較早的研究了這種注意抑制，認(rèn)為在聯(lián)合搜索中抑制干擾項比在特征搜索中相對重要或者說相對較難，并且干擾項的增加帶來抑制難度的增加，所以從抑制能力的發(fā)展變化就可以解釋視覺搜索能力在年齡上的發(fā)展變化。有研究者作了進(jìn)一步的補(bǔ)充，認(rèn)為早期的搜索效率提高應(yīng)該歸因于抑制機(jī)制的加強(qiáng)，相反，后期的搜索效率下降也應(yīng)該相應(yīng)的歸因于抑制機(jī)制的減弱。對此，Williams等從終生發(fā)展的角度進(jìn)行了驗證。研究了6～81歲被試在停止信號（stop－signal）任務(wù)中的抑制反應(yīng)的成績，結(jié)果顯示，被試作反應(yīng)刺激（go trials）的反應(yīng)時，可以表示成隨年齡變化的U型曲線。然而，對于不作反應(yīng)刺激（no－go trials），也就是抑制能力，青年被試的成績相對老年被試的成績表現(xiàn)出更為突出的年齡效應(yīng)。Nicholas等采用注意捕獲范式，測試青年與老年兩被試在特殊搜索中對一個或多個無關(guān)突現(xiàn)刺激的注意控制能力及眼球捕獲能力。實(shí)驗中，要求被試盡快的將視線定位于突然出現(xiàn)的刺激項目上，并鑒別位于刺激項內(nèi)的英文字母。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老年被試的眼跳潛伏期與反應(yīng)時受到突現(xiàn)刺激影響，并且顯著長于青年被試的眼跳潛伏期與反應(yīng)時。這也同樣證明，青年被試的注意控制力以及無關(guān)刺激的抑制力都優(yōu)于老年被試。

3．工作記憶（Working Memory）

很多理論及相關(guān)研究認(rèn)為視覺搜索中有工作記憶參與其中，認(rèn)為返回抑制現(xiàn)象就是工作記憶參與視覺搜索的證據(jù)。王治國、張侃發(fā)現(xiàn)快速變換刺激項位置會干擾該記憶機(jī)制，降低搜索效率。返回抑制可能是視覺搜索中記憶的內(nèi)在機(jī)制。大量研究證據(jù)表明，工作記憶在視覺搜索中有著重大的作用，但工作記憶在人的終身發(fā)展中也存在明顯的年齡效應(yīng)。即從出生到青少年期工作記憶有明顯上升，而成年期有較平穩(wěn)的下降，老年期則有較快的下降。研究者主要集中研究12歲前及60歲后的年齡階段，探討視覺搜索與工作記憶的關(guān)系，認(rèn)為老年期視覺搜索能力的明顯下降，工作記憶的記憶容量的減少是主要原因之一。

總之，很多研究都證明認(rèn)知速度與抑制機(jī)制及工作記憶都是制約視覺搜索能力發(fā)展的重要因素。但并不是說，這三者的作用是排它的，三者共同起作用或者與三者之外的其它因素共同作用，都是完全可能的。但究竟有多少因素，每種因素的作用比率多少，還有待于進(jìn)一步研究。

三、總結(jié)和展望

研究視覺搜索能力的發(fā)展，旨在揭示視覺搜索能力的發(fā)展特點(diǎn)、形成機(jī)制及影響因素等。

研究者從人類的成熟與老化兩階段著手，以各種認(rèn)知因素為自變量，繪制了視覺搜索能力與年齡之間的二維曲線，并試圖探索其內(nèi)在機(jī)制。許多研究相互補(bǔ)充、相互擴(kuò)展，獲得了一系列較有意義的研究成果。

在視覺搜索實(shí)驗中，不同的實(shí)驗任務(wù)，就可能會導(dǎo)致視覺搜索中不同的認(rèn)知因素參與其中，進(jìn)而出現(xiàn)不同的實(shí)驗結(jié)果。這也就是Cepeda所提到的任務(wù)特殊效應(yīng)。以往的研究中因為實(shí)驗設(shè)計、實(shí)驗任務(wù)的不同，常常出現(xiàn)實(shí)驗結(jié)果的諸多不一致，甚至完全相反。所以，科學(xué)而有效的選擇實(shí)驗任務(wù)，是以后視覺搜索研究中所必須注意的問題。

研究方法與手段比較單一，研究結(jié)論也較為單薄。大多研究都采用反應(yīng)時單一指標(biāo)，來探測這一復(fù)雜的認(rèn)知加工過程。所以，并不能科學(xué)全面的揭示其內(nèi)在機(jī)制。最近，已有研究者開始使用眼動儀與腦電儀及腦功能成像等精密儀器，即時的監(jiān)測視覺搜索過程，多種研究手段的結(jié)合應(yīng)該是以后研究的必然趨勢。

研究內(nèi)容上，大多數(shù)研究者都在對比青年與老年視覺搜索能力，從中探討這種年齡差異的形成機(jī)制，而對孩童時期能力發(fā)展的研究相對較少。有研究者認(rèn)為，孩童成長時期的視覺搜索能力發(fā)展差異主要是受到生物因素，或者是認(rèn)知機(jī)制影響。所以，更多從生物及認(rèn)知神經(jīng)層面進(jìn)行細(xì)致的研究，并與成人老化過程相比較，勢必將使視覺搜索能力的發(fā)展研究有較新的突破。

［1］Richard F Murray，Brent R Beutter，Miguel P Eckstein，Leland S Stone．Saccadic and perceptual performance in visual search tasks［J］．Optical Society of America，2003，20（7）：1084－7529．

［2］Cassavaugh N D，Kramer A F，Irwin D E．Influence of task－irrelevant onset distractors on visual search［J］．Aging，Neuropsychology and Cognition，2003（10）：44－60．

On Age Effect and Forming Mechanism of Visual Search Ability

REN Yan－tao
（DepartmentofPublicElementaryCourses，ChinaCriminalPoliceUniversity，Shenyang110035，China）

Visual search ability is a basic kind of cognitive ability，and the development of individual visual search ability follows the U model of life－long development，which means that age 6 to age 28 is the rising period of one’s visual search ability，and after 28 the slow recession appears．This process is similar to other human beings’cognitive abilities，but visual search ability owns its own unique mechanism．Cognition speed and attention depression and working memory are the main factors containing visual search ability development．

visual search ability；age effect；forming mechanism

G44 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

1008－388X（2012）01－0042－03

2011－07－20

遼寧省高等學(xué)校人文社會科學(xué)重點(diǎn)研究基地科研項目（J05042）。

任延濤（1975－），男，遼寧莊河人，講師，碩士。

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