視知覺壓力在基本心理能力老化中的作用*

毛曉飛 彭華茂

1 問題提出

Schaie在著名的西雅圖追蹤研究中, 選取了 5項(xiàng)基本心理能力作為考察成年人認(rèn)知功能變化的指標(biāo)(Schaie, 1994), 分別是歸納推理能力(inductive reasoning)、空間定向能力(spatial orientation)、數(shù)字能力(number skill)、語義能力(verbal ability)和詞匯流暢能力(word fluency)。大量研究發(fā)現(xiàn), 人的認(rèn)知能力隨增齡下降, 到老年期則普遍衰退(Anstey,Horswill, Wood, & Hatherly, 2012; Drag & Bieliauskas, 2010; Gerstorf, Ram, Lindenberger, & Smith,2013; Nilsson, Stern?ng, R?nnlund, & Nyberg, 2009;Raz & Lindenberger, 2011; Salthouse, 2009, 2010;Tun, Williams, Small, & Hafte, 2012)。為了解釋認(rèn)知老化的機(jī)制, 研究者先后提出了4種理論：工作記憶理論(Craik & Byrs, 1982)、加工速度理論(Salthouse, 1985)、抑制理論(Hasher, Stoltzfus, Zacks, &Rypma,1991)和感覺功能理論(Lindenberger &Baltes, 1994)。那么, 究竟何種加工資源在認(rèn)知老化中起基礎(chǔ)作用？探討這一問題, 不僅利于理解認(rèn)知能力老化的機(jī)制, 還能為認(rèn)知功能老化的診斷和干預(yù)提供依據(jù)。

大量橫斷研究發(fā)現(xiàn)感覺功能和認(rèn)知能力高相關(guān), 可預(yù)測(cè)認(rèn)知能力的老化(Lin, Ferrucci, et al.,2011; Lin, 2011; Lin, Metter, et al., 2011; Stewart &Wingfield, 2009; Weatherbee, Gamaldo, & Allaire,2009; Wood et al., 2005)。Lindenberger和 Baltes(1994)測(cè)量了156名老年人的視敏度、聽敏度和智力(加工速度、推理能力、記憶、知識(shí)和流暢性), 通過回歸分析發(fā)現(xiàn)視、聽敏度可以解釋老年人93.1%的智力年齡相關(guān)變異, 即感覺功能可以解釋認(rèn)知功能大部分的年齡相關(guān)變異。申繼亮、王大華、彭華茂和唐丹(2003)發(fā)現(xiàn)除加工抑制難以進(jìn)入模型外,其他 3種加工資源(感覺功能、加工速度和工作記憶)對(duì)基本心理能力的影響呈層級(jí)關(guān)系, 而感覺功能則處于層級(jí)關(guān)系中的最底層, 起著最基礎(chǔ)的作用：感覺功能既在年齡和基本心理能力之間起中介作用, 同時(shí)也是年齡和加工速度、工作記憶之間的中介變量。Clay等人(2009)得到類似結(jié)果, 控制視覺(視敏度、視覺對(duì)比敏感度)的影響后, 842名老年人的年齡和記憶廣度、年齡和流體智力之間的相關(guān)均不再顯著, 視覺功能是老年人記憶廣度、流體智力的中介變量, 證實(shí)視覺功能衰退在認(rèn)知能力老化中起關(guān)鍵作用, 視覺功能好的老年人, 其流體智力保存得更好。此外, Humes, Busey, Craig和Kewley-Port (2012)通過嚴(yán)格的心理物理學(xué)方法測(cè)量245名18～87歲被試的視、聽覺和觸覺, 使用韋氏智力測(cè)驗(yàn)(第三版)中的 15個(gè)分測(cè)驗(yàn)測(cè)查了被試的認(rèn)知能力, 通過主成分因素分析抽取出感覺功能、認(rèn)知能力兩個(gè)因子, 進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)年齡、感覺功能和認(rèn)知能力相互之間存在顯著的中度甚至高相關(guān); 控制感覺功能之后, 年齡和認(rèn)知能力的相關(guān)下降為0,提示感覺功能是年齡和認(rèn)知能力的中介變量。一些縱向研究也支持這一結(jié)論(Elyashiv, Shabtai, &Belkin, 2014; Ghisletta & Lindenberger, 2005; Rott,1995)。Rott (1995)分析Bonn老化研究中156名被試的 12年追蹤數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)視覺受損程度和視覺相關(guān)認(rèn)知任務(wù)之間顯著正相關(guān), 聽覺受損嚴(yán)重者記憶力成績(jī)差。使用結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)柏林老化研究中的516名老年人追蹤4年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)視覺功能(遠(yuǎn)、近距離視敏度)和認(rèn)知能力(知覺速度、詞匯知識(shí))密切相關(guān), 是隨增齡動(dòng)態(tài)相關(guān)的(Ghisletta& Lindenberger, 2005)。Elyashiv 等(2014)對(duì) 2716名 53～102歲的老年人的視敏度和癡呆程度進(jìn)行了10年的追蹤, 發(fā)現(xiàn)視敏度和癡呆程度顯著負(fù)相關(guān);控制年齡、教育水平、性別等因素后結(jié)果不變, 即視敏度越差, 認(rèn)知測(cè)驗(yàn)得分越低。

那么, 為何感覺功能與認(rèn)知能力會(huì)呈高相關(guān)？Baltes和Lindenberger基于柏林老化研究提出共因說(the common-cause hypothesis)：感覺功能和認(rèn)知能力是共變的關(guān)系, 存在一個(gè)共同的因素影響著它們, 而共同因素反映的是中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能的退化,會(huì)對(duì)整個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛的影響(Lindenberger &Baltes, 1994; Baltes & Lindenberger, 1997)。他們認(rèn)為, 感覺功能作為神經(jīng)生理結(jié)構(gòu)的指標(biāo), 對(duì)認(rèn)知功能而言是基礎(chǔ)性的, 對(duì)所有的認(rèn)知能力老化都有較強(qiáng)的中介作用, 感覺功能與認(rèn)知功能所表現(xiàn)出的密切相關(guān)是由于第三變量(共同因素)導(dǎo)致的。一些橫斷研究通過因子分析或結(jié)構(gòu)方程模型發(fā)現(xiàn), 存在一個(gè)共同因子, 但這個(gè)共同因子不能解釋感覺功能和認(rèn)知功能的所有年齡相關(guān)變異(Salthouse, Hancock,Meinz, & Hambrick, 1996; Anstey, Luszcz, & Sanchez,2001)。而 Anstey, Hofer和 Luszcz (2003a, 2003b)等對(duì)追蹤數(shù)據(jù)的分析則對(duì)感覺功能與認(rèn)知功能的共變關(guān)系產(chǎn)生了質(zhì)疑。因此, 是否存在共因仍然存疑。

仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)共因說沒有對(duì)認(rèn)知老化的原因給出實(shí)質(zhì)性的解釋, 只是把感覺功能和認(rèn)知能力的關(guān)系往神經(jīng)系統(tǒng)層面推進(jìn)了一步。共因說還隱含一個(gè)假設(shè)：感覺功能和認(rèn)知能力相互獨(dú)立, 二者是共變關(guān)系、難以截然分開, 但在實(shí)際操作中卻難以找到任務(wù)可將兩者分離。信息降格說(the information-degradation hypothesis)則從資源分配的角度闡述了感覺功能影響認(rèn)知加工年齡差異的心理機(jī)制,認(rèn)為感覺功能老化一方面使得認(rèn)知加工系統(tǒng)難以獲得良好的刺激信息, 另一方面必須犧牲有限的認(rèn)知資源以獲得良好的信息, 感覺通道和認(rèn)知加工爭(zhēng)奪有限的資源造成了老年人認(rèn)知成績(jī)下降(Schneider& Pichora-Fuller, 2000)。

Schneider, Pichora-Fuller (2000)提出“知覺壓力(perceptual stress)”范式, 在需要被試反應(yīng)的刺激上施加噪音, 通過變化刺激和噪音的信號(hào)強(qiáng)度(信噪比)產(chǎn)生不同知覺壓力, 考察被試的聽覺任務(wù)成績(jī)。和無噪音的自然狀態(tài)相比, 如果認(rèn)知成績(jī)的年齡差異減小、甚至消失, 則推論該差異由感覺功能系統(tǒng)的衰退所致, 可證實(shí)信息降格說。

Schneider等進(jìn)行了系列聽覺實(shí)驗(yàn)室研究, 證實(shí)視覺衰退是導(dǎo)致認(rèn)知功能年齡差異的原因, 支持信息降格說。他們采取不同方法加速言語聽力材料(即快速播放), 考察聽覺功能衰退在老年人言語理解老化中的作用, 當(dāng)使用的加速方法在兩組被試聽力上造成的損傷均最小時(shí), 年輕人和老年人任務(wù)成績(jī)所受影響相同, 而使用其他加速方法時(shí), 老年人的單詞識(shí)別成績(jī)下降顯著多于年輕人, 證明聽覺衰退、而非認(rèn)知老化導(dǎo)致了老年人在加速條件下的快速言語理解成績(jī)出現(xiàn)老化, 支持信息降格假說(Schneider, Daneman, & Murphy, 2005)。

也有研究考查聽覺信息輸入水平(聽知覺壓力水平)與工作記憶廣度的關(guān)系, 通過實(shí)驗(yàn)手段讓老年、年輕被試處于相同聽知覺壓力水平, 考察工作記憶廣度測(cè)驗(yàn)成績(jī)年齡差異的變化, 結(jié)果表明在相同的聽覺壓力水平下測(cè)驗(yàn)成績(jī)的年齡差異不再顯著(Pichora-Fuller, Schneider, & Daneman, 1995); 使用類似的方法發(fā)現(xiàn)當(dāng)聽知覺壓力水平相同時(shí), 對(duì)話記憶(Schneider, Daneman, Murphy, & See, 2000)、聯(lián)想記憶(Murphy, Craik, Li, & Schneider, 2000)等都不再出現(xiàn)年齡差異。分析發(fā)現(xiàn) Schneider等人的研究只設(shè)置一個(gè)聽覺壓力水平, 這能一定程度上證實(shí)聽覺功能衰退在認(rèn)知老化中的作用, 但要嚴(yán)密的證實(shí)信息降格說, 還需更多的研究證據(jù)：是否隨著感覺功能衰退的逐漸惡化, 占用的資源越來越多, 認(rèn)知成績(jī)的年齡差異會(huì)逐漸縮小？若通過設(shè)置不同的知覺壓力水平, 并觀測(cè)到認(rèn)知成績(jī)年齡差異隨知覺壓力水平的提高而縮小, 則可嚴(yán)格的證明信息降格說。

Schneider等還考察了視覺功能對(duì)抑制老化的影響。Ben-David, Schneider (2009a)對(duì)關(guān)于視覺和抑制老化的文獻(xiàn)進(jìn)行元分析發(fā)現(xiàn), 對(duì)顏色的感知覺能力是年齡和 stroop效應(yīng)(常用于反映抑制能力的高低)的中介變量, 顏色的知覺能力老化能解釋stroop效應(yīng)的隨齡改變。為了證明元分析中的結(jié)論,Ben-David, Schneider (2009b)選取88名年輕人, 通過操縱stroop測(cè)驗(yàn)材料的顏色飽和度在年輕人中模擬老年人的顏色視覺老化特征, 要求年輕人在不同的顏色飽和度的條件下完成Stroop測(cè)驗(yàn), 以此考察視覺功能衰退在Stroop效應(yīng)老化中的作用。研究結(jié)果表明, 通過操控顏色飽和度可以在年輕人中模擬出視覺功能老化, 年輕人表現(xiàn)出與老年人相似的成績(jī)：Stroop效應(yīng)增大, 由此他們認(rèn)為顏色知覺的衰退可能導(dǎo)致了stroop效應(yīng)的老化。但是, Ben-David和 Schneider的研究只選取了年輕被試而未設(shè)置老年組, 其結(jié)果只能說明老年人顏色感知能力的下降是其Stroop效應(yīng)更大的原因之一。如果排除了顏色加工這一因素, Stroop效應(yīng)是否還存在年齡差異？只有讓老年人和年輕人在識(shí)別顏色飽和度程度相同的情況下考察stroop效應(yīng)量的年齡差異, 才能證明抑制能力是否真正衰退以及在多大程度上衰退。

綜上可知, Schneider等的研究基本以聽覺為切入點(diǎn), 視覺衰退對(duì)認(rèn)知功能老化的影響還需要更多證據(jù); 是否視覺系統(tǒng)占用的資源越多, 認(rèn)知加工效率越低, 認(rèn)知成績(jī)的年齡差異是否隨著視覺功能的惡化而逐漸變小; Schneider等的視覺衰退對(duì)Stroop測(cè)驗(yàn)成績(jī)老化影響的研究缺少年齡對(duì)照組, 不能說明視覺衰退對(duì)認(rèn)知功能年齡差異的影響, 同時(shí)Stroop測(cè)驗(yàn)測(cè)查的是抑制能力, 它在認(rèn)知老化領(lǐng)域中被認(rèn)為是比較基礎(chǔ)的認(rèn)知資源, 在更為復(fù)雜的計(jì)算、空間定向、推理等能力中, 視覺功能老化是否有同樣重要的作用？基于以上三點(diǎn), 本研究試圖通過設(shè)置不同的視知覺壓力水平, 考察基本心理能力的年齡差異, 以期發(fā)現(xiàn)當(dāng)視知覺壓力相同時(shí), 認(rèn)知成績(jī)的年齡差異不顯著, 且隨著視知覺壓力的不斷變大, 年齡差異逐漸變小的研究結(jié)果, 從而進(jìn)一步驗(yàn)證和補(bǔ)充信息降格說。

本研究沿用知覺壓力的概念, 從操縱視知覺壓力(visual perceptual stress)的角度考察視覺功能衰退在基本心理能力老化中的作用。通過實(shí)驗(yàn)手段控制視知覺輸入, 以個(gè)體在視覺噪音條件下正確識(shí)別信號(hào)刺激的百分率表示視知覺壓力的高低, 正確識(shí)別百分率越高說明視知覺壓力越低(彭華茂, 2005;高悅, 2013)。實(shí)驗(yàn)要求年輕人、老年人在相同視知覺壓力水平和無噪音條件下接受基本心理能力測(cè)驗(yàn), 相比于無噪音的自然狀態(tài)下, 認(rèn)知成績(jī)的年齡差異減小甚至消失才能支持信息降格說, 且隨著視知覺壓力的增大, 成績(jī)的年齡差異逐漸縮小。而相同視知覺壓力是指被試在噪音條件下, 老年人和年輕人識(shí)別出實(shí)驗(yàn)材料的正確率相同, 他們的視覺信息輸入水平、能看清楚的程度一樣。本研究設(shè)置3個(gè)視知覺壓力水平：以 60%、80%和 100%的正確識(shí)別率分別代表高、中、低視知覺壓力水平。

綜上所述, 本研究擬通過操縱個(gè)體的視覺信息輸入水平, 考察視覺功能衰退對(duì)基本心理能力老化的作用。根據(jù)信息降格假說, 我們預(yù)計(jì), 在完成基本心理能力認(rèn)知任務(wù)時(shí), 老年人和青年人在無噪音水平下是存在顯著性的年齡差異的, 而一旦控制了視知覺壓力水平, 年齡差異減少甚至沒有, 且隨著視知覺壓力條件的提高, 成績(jī)年齡差異逐漸縮小。

2 研究方法

2.1 被試

招募被試64名, 其中年輕組 33人(女19), 年齡18～28歲, 平均22.24歲; 老年組31人(女21), 年齡62～87歲, 平均71.10歲。被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后完成人口信息調(diào)查(年齡、受教育年限、自評(píng)健康水平等), 具體信息見表 1。兩組被試的受教育水平(t(62) = 2.82, p < 0.05)和自評(píng)健康水平(t(62) = ?3.33,p = 0.001)差異均顯著, 因此后續(xù)分析將兩個(gè)變量作為協(xié)變量控制。

表1 被試基本信息

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究采用2(年齡：年輕組、老年組) × 4(視知覺壓力：低、中、高壓力、無噪音)的混合設(shè)計(jì)。前者為被試間因素, 后者為被試內(nèi)因素。

2.3 測(cè)量工具

2.3.1 視知覺壓力的生成

在計(jì)算機(jī)(屏幕分辨率為 1024×768)的白色屏幕中央隨機(jī)呈現(xiàn)1個(gè)0～9的黑色數(shù)字, 以高斯噪音(Gaussian noise)覆蓋, 如圖1所示。被試眼睛距屏幕60 cm判斷上面的數(shù)字并按相應(yīng)鍵。被試正確識(shí)別信號(hào)刺激的百分率表示其知覺壓力水平, 百分率越高說明知覺壓力越低。本研究生成知覺壓力的具體方法如下：背景亮度(Lav)恒定, 數(shù)字亮度(Ltar)恒定, 變化噪音亮度, 后二者的亮度對(duì)比即為信號(hào)/噪音強(qiáng)度比(信噪比, SNR)。信噪比值越大, 知覺壓力越小, 數(shù)字越清楚。數(shù)字與背景的對(duì)比度 c =(Lav?Ltar)/Lav %恒定不變; 噪音區(qū)與背景對(duì)比度Cn = {Σ[(Li?Lav) /Lav]2/n}, Li 是噪音區(qū)每一像素的亮度, n為像素點(diǎn)數(shù); 信噪比SNR = log (c/Cn)(Speranza, Daneman, & Schneider, 2000; 彭華茂,2005)。

圖1 覆蓋噪聲和不覆蓋噪聲的刺激材料

各被試在相同知覺壓力水平下所對(duì)應(yīng)的信噪比不同, 在正式實(shí)驗(yàn)前都需要通過恒定刺激法測(cè)量。具體如下：經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)選出5到7個(gè)刺激, 最大強(qiáng)度者被感覺到的可能性應(yīng)≧95%, 最小強(qiáng)度者被感覺到的可能性應(yīng)≦5%; 每種刺激隨機(jī)呈現(xiàn)50到200次, 求出各刺激引起某種反應(yīng)(有、無或大、小)的次數(shù), 再根據(jù)刺激出現(xiàn)次數(shù)來確定被試的視覺識(shí)別閾限(郭秀艷, 2004), 從而得到達(dá)到不同正確識(shí)別率所需的信噪比。

首先, 我們確定閾限測(cè)量中的最小和最大信噪比, 被試在最小信噪比下幾乎每次都不能正確識(shí)別數(shù)字, 在最大信噪比下則幾乎每次都能正確識(shí)別數(shù)字。招募 10名大學(xué)生進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)以確定實(shí)驗(yàn)軟件需要的初步內(nèi)置參數(shù), 要求其評(píng)定覆蓋不同水平噪聲的刺激材料(數(shù)字), 以確定最大與最小信噪比標(biāo)準(zhǔn), 明暗對(duì)比下數(shù)字的信噪比范圍在?8.2～?6.9(實(shí)驗(yàn)軟件內(nèi)置參數(shù))之間。然后, 在此范圍中選擇5個(gè)相等距離(噪音覆蓋面積)信噪比, 共同組成 7組不同信噪比刺激呈現(xiàn)給每名被試, 每組刺激呈現(xiàn) 30次, 共 210次, 隨機(jī)呈現(xiàn), 要求被試辨別并按相應(yīng)數(shù)字鍵。根據(jù)被試在7種信噪比下的數(shù)字識(shí)別正確率,利用 Probit函數(shù)計(jì)算每名被試達(dá)到 60%、80%、100%正確識(shí)別率各自所需的信噪比, 再將信噪比值輸入實(shí)驗(yàn)軟件產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)材料(彭華茂, 2005; 彭華茂, 王大華, 2012)。

信噪比值是產(chǎn)生視知覺壓力的關(guān)鍵, 噪音越大,視知覺壓力也就越大。研究發(fā)現(xiàn), 不論是年輕組還是老年組,在高壓力水平下, 被試的實(shí)驗(yàn)材料上所覆蓋的噪音多于中壓力水平, 而中壓力水平又多于低壓力水平。可知在壓力條件下, 兩組被試的信噪比值都隨著壓力水平的提高而變小, 呈下降趨勢(shì),見圖2。

圖2 信噪比和視知覺壓力水平的關(guān)系

由于語義能力和詞匯流暢能力的測(cè)量依靠口頭呈現(xiàn)、報(bào)告, 難以施加視覺噪音, 故本研究只考察視知覺壓力水平對(duì)空間定向能力、數(shù)字能力和歸納推理能力三項(xiàng)基本心理能力老化的影響, 具體試探任務(wù)參照前人研究(申繼亮等, 2003; 高悅, 彭華茂, 文靜, 王大華, 2011)。

2.3.2 空間定向能力

使用心理旋轉(zhuǎn)測(cè)驗(yàn)測(cè)量空間定向能力。

以數(shù)字 4及其鏡像分別在 8個(gè)角度(分別為正0°、正 60°、正 120°、正 180°、負(fù) 0°、負(fù) 60°、負(fù)120°和負(fù) 180°)旋轉(zhuǎn)后得到的圖像作為刺激材料(共16種材料)。每一材料呈現(xiàn)4次, 共64次。計(jì)算機(jī)隨機(jī)呈現(xiàn)刺激, 被試需既快又準(zhǔn)地判斷刺激是正寫4還是反寫4并做相應(yīng)按鍵反應(yīng)。正式測(cè)驗(yàn)前有5次練習(xí); 記錄被試反應(yīng)的正確率及反應(yīng)時(shí), 平均正確反應(yīng)時(shí)越短, 表明空間定向能力越好。

2.3.3 數(shù)字能力

使用加減運(yùn)算測(cè)驗(yàn)測(cè)量數(shù)字能力。

測(cè)試題由連加、連減或加減混合運(yùn)算組成, 涉及0～9中的一位數(shù), 最終答案也是一位數(shù)。正式測(cè)驗(yàn)前有3次練習(xí)任務(wù), 練習(xí)題目不出現(xiàn)在正式測(cè)試中。記錄被試1分鐘內(nèi)的正確題目數(shù), 對(duì)1題記1分, 得分越高表明數(shù)字能力越強(qiáng)。

2.3.4 歸納推理能力

使用圖形推理測(cè)驗(yàn)測(cè)量歸納推理能力。

要求被試找出已知成對(duì)圖形的規(guī)律, 并從5個(gè)備選圖形中選出與目標(biāo)圖形構(gòu)成符合規(guī)律的圖形。被試先練習(xí)3次, 待明白任務(wù)規(guī)則之后開始正式測(cè)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)隨機(jī)呈現(xiàn)圖形推理的題目, 被試確定答案后按鍵反應(yīng)。記錄2 min內(nèi)被試完成的正確題目數(shù)。對(duì)1題記1分, 得分越高表明歸納推理能力越好。

2.4 實(shí)驗(yàn)程序

被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后填寫基本信息, 并自評(píng)健康狀況。正式實(shí)驗(yàn)時(shí), 被試先完成視知覺壓力測(cè)查,然后完成無噪音和有噪音的 3項(xiàng)基本心理能力測(cè)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)按空間定向能力、數(shù)字能力、歸納推理能力順序進(jìn)行; 每項(xiàng)測(cè)驗(yàn)中, 被試均接受 3種噪音條件和無噪音條件, 4種條件隨機(jī)呈現(xiàn)。

3 研究結(jié)果

3.1 空間定向能力

兩組被試分別在不同視知覺壓力水平下接受心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試, 結(jié)果見表2、圖3。

表2 不同噪音條件下心理旋轉(zhuǎn)能力成績(jī)(ms)

圖 3 年輕組和老年組在不同知覺壓力水平下的心理旋轉(zhuǎn)測(cè)驗(yàn)成績(jī)(ms)

獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(df = 62)表明, 在高壓力水平下老年人正確率只有0.54, 顯著小于年輕人(p < 0.01)。由于高壓力水平下兩組被試正確率存在顯著差異,其反應(yīng)時(shí)可能不能進(jìn)行比較, 為此我們進(jìn)行了兩次方差分析。

第一次方差分析納入高壓力水平下的成績(jī), 以受教育、自評(píng)健康水平為協(xié)變量做2×4的兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析, 受教育水平[F(1,60) = 0.30, p >0.05, 偏η= 0.005]、自評(píng)健康水平[F(1,60) = 0.71,p > 0.05, 偏η= 0.012]對(duì)結(jié)果影響均不顯著; 年齡主效應(yīng)不顯著, F(1,60) = 1.41, p > 0.05, 偏 η=0.023; 視知覺壓力水平主效應(yīng)顯著; F(3,180) =4.89, p < 0.01, 偏η= 0.075; 年齡與視知覺壓力兩因素交互作用顯著, F(3,180) = 4.76, p < 0.01, 偏η=0.073。對(duì)兩組被試成績(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn), 高壓力水平年輕人的平均正確反應(yīng)時(shí)顯著比老年組長(zhǎng), F(1,60) = 5.02, p < 0.05, 偏 η= 0.077; 其他壓力水平下的年齡差異不顯著[中壓力水平：F(1,60) =0.01, p > 0.05, 偏η= 0.0002; 低壓力水平：F(1,60) =0.41, p > 0.05, 偏η= 0.007; 無噪音：F(1,60) =0.25, p > 0.05, 偏 η= 0.004]。

第二次方差分析不納入高壓力水平下的成績(jī),以受教育水平、自評(píng)健康水平為協(xié)變量做2×3兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析, 受教育水平[F(1,60) = 0.13,p > 0.05, 偏η= 0.002]、自評(píng)健康水平[F(1,60) =2.08, p > 0.05, 偏η= 0.034]對(duì)結(jié)果影響均不顯著;年齡主效應(yīng)不顯著, F(1,60) = 0.27, p > 0.05, 偏η=0.000; 視知覺壓力水平主效應(yīng)不顯著, F(2,120) =0.24, p > 0.05, 偏η= 0.004; 年齡與視知覺壓力兩因素交互作用不顯著, F(2,120) = 0.41, p > 0.05, 偏η= 0.007; 表明中、低壓力水平和無噪音條件下的心理旋轉(zhuǎn)反應(yīng)時(shí)不存在顯著的年齡差異。

3.2 數(shù)字能力

兩組被試分別在不同視知覺壓力水平下接受數(shù)字能力測(cè)試, 結(jié)果見表3、圖4。

以受教育、自評(píng)健康水平為協(xié)變量做2×4兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析, 受教育水平[F(1,55) = 1.91,p > 0.05, 偏η= 0.033]、自評(píng)健康水平[F(1,55) =0.18, p > 0.05, 偏η= 0.003]對(duì)結(jié)果影響均不顯著;年齡主效應(yīng)顯著, F(1,55) = 124.52, p < 0.001, 偏η=0.694; 視知覺壓力水平主效應(yīng)顯著, F(3,165) =3.08, p < 0.05, 偏η= 0.053; 年齡與視知覺壓力兩因素交互作用顯著, F(3,165) = 42.65, p < 0.001, 偏η= 0.437。對(duì)在不同壓力水平下兩組被試的成績(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn), 高壓力水平未出現(xiàn)顯著年齡差異, F(1,55) = 0.99, p > 0.05, 偏η= 0.018; 而中壓力水平[F(1,55) = 20.28, p < 0.001, 偏 η= 0.27]、低壓力水平[F(1,55) = 13.58, p < 0.01, 偏η= 0.20]和無噪音條件[F(1,55) = 210.95, p < 0.001, 偏η=0.79]下, 年輕組的成績(jī)都顯著優(yōu)于老年組。施加噪音后被試的成績(jī)低于無噪音條件, 且在高、中、低壓力水平和無噪音條件下兩組成績(jī)之差分別為0.47、3.73、4.86、14.73, 即數(shù)字能力的年齡差異隨壓力水平增高而減小。

表3 不同條件下加減運(yùn)算測(cè)驗(yàn)得分

圖4 年輕組、老年組數(shù)字能力成績(jī)

3.3 歸納推理能力

兩組被試分別在不同視知覺壓力水平下接受圖形推理測(cè)驗(yàn), 結(jié)果見表4、圖5。

表4 不同條件下圖形推理測(cè)驗(yàn)得分

圖5 年輕組、老年組圖形推理測(cè)驗(yàn)成績(jī)

以受教育、自評(píng)健康水平為協(xié)變量做2×4兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析。受教育水平[F(1,46) = 4.52, p >0.05, 偏η= 0.09]、自評(píng)健康水平[F(1,46) = 0.33, p >0.05, 偏 η= 0.007]對(duì)結(jié)果影響均不顯著; 年齡主效應(yīng)顯著, F(1,46) = 69.44, p < 0.001, 偏η= 0.602;視知覺壓力水平主效應(yīng)不顯著, F(3,138) = 0.58, p >0.05, 偏η= 0.012; 年齡與視知覺壓力兩因素交互作用顯著, F(3,138) = 4.05, p < 0.01, 偏η= 0.081。對(duì)在不同壓力水平下兩組被試的成績(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn), 高壓力水平下差異不顯著, F(1,46) =3.61, p > 0.05, 偏η= 0.073; 其他3個(gè)水平差異都顯著, 年輕人成績(jī)均好于老年人, 結(jié)果分別為中壓力水平：F(1,46) = 36.40, p < 0.001, 偏 η= 0.44, 低壓力水平：F(1,46) = 53.23, p < 0.001, 偏 η= 0.54, 無噪音水平：F(1,46) = 28.05, p < 0.001, 偏η= 0.38。在高、中、低壓力水平和無噪音條件下, 兩組成績(jī)之差為1.67、3.80、4.50、3.69, 即歸納推理測(cè)驗(yàn)成績(jī)的年齡差異隨壓力水平增高大致呈逐漸減小的趨勢(shì)。

4 討論

數(shù)據(jù)結(jié)果表明, 在數(shù)字能力和歸納推理能力測(cè)驗(yàn)中, 年輕組和老年組成績(jī)的年齡差異隨著視知覺壓力的逐漸變大而逐漸縮小, 在高視知覺壓力條件下年齡差異消失。而在空間定向能力中, 高視知覺壓力條件下, 老年人成績(jī)好于年輕人; 在低、中壓力條件和無噪音條件下被試成績(jī)的均不存在顯著的年齡差異。

4.1 視知覺壓力在基本心理能力老化中的作用

當(dāng)老年、年輕組處于相同的視知覺壓力條件下,數(shù)字能力成績(jī)的年齡差異都低于無噪音條件, 雖然在低、中視知覺壓力水平下測(cè)驗(yàn)成績(jī)的年齡差異均未完全消失, 但高壓力水平時(shí)年齡差異消失了, 且隨著視知覺壓力水平的逐漸增大, 年齡差異逐漸縮小。歸納推理能力的成績(jī)也存在類似結(jié)果。

高視知覺壓力水平下數(shù)字能力和歸納推理能力的結(jié)果符合研究假設(shè), 支持信息降格說。這與前人在聽覺層面的研究結(jié)果類似：讓年輕人和老年人處于相同聽覺條件下, 發(fā)現(xiàn)工作記憶廣度(Pichora-Fuller et al., 1995)、對(duì)話記憶(Schneider et al.,2000)、聯(lián)想記憶(Murphy et al., 2000)等都不再出現(xiàn)年齡差異, 支持信息降格說。

本研究中, 知覺壓力實(shí)際上是通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)材料與噪音的明暗對(duì)比來實(shí)現(xiàn)的,因此被試在噪音條件下識(shí)別實(shí)驗(yàn)材料的能力實(shí)質(zhì)上也體現(xiàn)了被試對(duì)比敏感度的高低。所謂對(duì)比敏感度(contrast sensitivity)是指?jìng)€(gè)體區(qū)分明亮強(qiáng)度差異的能力(彭華茂, 2005)。Wood等人(Wood et al., 2009; Wood et al., 2010)給被試帶上特殊的濾鏡模擬白內(nèi)障造成視覺對(duì)比敏感度的損傷, 發(fā)現(xiàn)無論是對(duì)老年人還是年輕人, 操縱視覺對(duì)比敏感度的下降均導(dǎo)致了認(rèn)知表現(xiàn)(加工速度、執(zhí)行功能和抑制功能)的下降。這也佐證了本研究的結(jié)果。

在這2項(xiàng)測(cè)驗(yàn)中, 低、中視知覺壓力水平下兩組測(cè)驗(yàn)成績(jī)的年齡差異沒有消失, 而是隨著壓力水平的增大年齡差異逐漸變小, 這可以從認(rèn)知資源分配的角度進(jìn)行解釋(Wood et al., 2010; 高悅, 2013)。Wood等認(rèn)為給老年人帶上能使視覺變差的濾鏡,使得視覺通道需要占用更多的認(rèn)知資源以獲得良好的感覺信息, 能用于認(rèn)知加工的資源隨之減少,因而老年人的認(rèn)知表現(xiàn)相比無濾鏡條件下變得更差。高悅(2013)考察了認(rèn)知負(fù)荷如何影響視知覺壓力在抑制老化中的作用, 發(fā)現(xiàn)在無噪音的自然條件下(視知覺壓力不等), 高、低認(rèn)知負(fù)荷下的 Stroop效應(yīng)量的年齡差異均無顯著差異; 而在有噪音條件下(視知覺壓力相等), 低認(rèn)知負(fù)荷時(shí), Stroop效應(yīng)量沒有顯著年齡差異, 高認(rèn)知負(fù)荷時(shí), Stroop效應(yīng)量的年齡差異顯著, 老年人的Stroop效應(yīng)量大于年輕人。為什么在相同的知覺壓力下, 不同的認(rèn)知負(fù)荷會(huì)對(duì) Stroop效應(yīng)的年齡差異有不同的影響？這可能是由于低認(rèn)知負(fù)荷耗費(fèi)的認(rèn)知資源較少, 在感覺信息輸入相等的情況下(相同視知覺壓力條件), 老年人可用于后續(xù)認(rèn)知加工的資源和年輕人相近, 因而Stroop效應(yīng)的年齡差異很小。高認(rèn)知負(fù)荷耗費(fèi)的認(rèn)知資源總量多, 即使感覺信息輸入相等, 老年人剩余能用于認(rèn)知加工的資源不足, 而年輕人尚有余力應(yīng)對(duì), 因此Stroop效應(yīng)的年齡差異顯著。

綜上所述, 本研究可以對(duì)信息降格假說進(jìn)行一些補(bǔ)充。視覺功能的老化是通過認(rèn)知資源總量對(duì)認(rèn)知老化起作用的。首先, 個(gè)體的認(rèn)知資源可分為兩部分：一部分用于感覺加工(外界信息的輸入), 一部分用于認(rèn)知加工, 二者是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。感覺加工占用較多資源時(shí), 認(rèn)知加工可用資源減少。反之亦然。第二, 老化使年輕人認(rèn)知資源總量高于老年人。第三, 年輕人較好的視覺功能可使其感覺加工消耗較少的資源。基于以上三點(diǎn), 在低、中視知覺壓力條件下, 兩組被試能看清實(shí)驗(yàn)材料, 視覺層面耗費(fèi)的資源較少, 雖然年輕人和老年人處于相同視知覺壓力條件, 但由于認(rèn)知資源總量多, 年輕人可用于認(rèn)知加工的資源仍然大于老年人(認(rèn)知資源的年齡差異已不及無噪音條件時(shí)大), 因此在低、中視知覺壓力條件下, 兩組被試的數(shù)字能力、歸納推理能力測(cè)驗(yàn)成績(jī)的年齡差異相比于無噪音條件減小, 但并未消失。而高視知覺壓力條件消耗了老年人、年輕人較多的資源, 這時(shí)年輕人和老年人可用于認(rèn)知任務(wù)加工的資源均出現(xiàn)不足, 兩組被試的成績(jī)都較差, 從而出現(xiàn)年齡差異消失的現(xiàn)象。故而會(huì)出現(xiàn)數(shù)字能力和歸納推理能力的成績(jī)出現(xiàn)隨視知覺壓力的增大, 年齡差異逐漸縮小的趨勢(shì)。

雖然如此, 高視知覺壓力條件下數(shù)字能力、歸納推理能力成績(jī)的年齡差異不顯著可能存在另外一種原因。在高視知覺壓力條件下, 由于噪音過大,年輕人和老年人可能出現(xiàn)“地板效應(yīng)”, 故沒有表現(xiàn)出顯著的年齡差異。此外, 高視知覺壓力條件下歸納推理能力年齡差異檢驗(yàn)結(jié)果表明, 雖然兩組被試成績(jī)的年齡差異不顯著, 但效應(yīng)值比較大, 因此很有可能在增加被試量和條目數(shù)的情況下, 高壓力水平下就有年齡差異了, 而這還有待進(jìn)一步的探尋。

綜上, 數(shù)字能力和歸納推理能力的結(jié)果在一定程度上支持信息降格說。故可以推測(cè), 視覺功能的衰退對(duì)基本心理能力的老化有重要作用, 但這種作用受到認(rèn)知資源總量的調(diào)節(jié)。

4.2 對(duì)空間定向能力結(jié)果的分析

在空間定向能力上, 兩組被試在高視知覺壓力條件下, 老年人成績(jī)好于年輕人, 出現(xiàn)逆轉(zhuǎn); 而在無噪音條件下, 兩組被試卻無顯著差異, 不支持研究假設(shè)。

由于空間定向能力的指標(biāo)為平均正確反應(yīng)時(shí),即正確作答題項(xiàng)的平均反應(yīng)時(shí)。對(duì)兩組被試在高視知覺壓力條件下的正確率進(jìn)行了獨(dú)立樣本 t檢驗(yàn),老年人正確率只有 0.54, 接近隨機(jī)猜測(cè)水平, 顯著低于年輕組。老年被試可能在高壓力水平下難以辨別實(shí)驗(yàn)材料, 在認(rèn)知資源有限和時(shí)間有限的情況下采取了隨機(jī)猜測(cè)策略, 故而其猜對(duì)的題項(xiàng)反應(yīng)時(shí)特別快, 導(dǎo)致其平均正確反應(yīng)時(shí)顯著短于年輕組。

無噪音條件下兩組被試成績(jī)無差異, 可能是由于老年人可能更擅長(zhǎng)用策略補(bǔ)償某些能力的喪失(Freund & Baltes, 1998; Bajor & Baltes, 2003), 而年輕人在面臨新任務(wù)時(shí)可能相對(duì)較少使用策略補(bǔ)償,從而影響到認(rèn)知成績(jī), 故而在無噪音的自然條件下無顯著的年齡差異。因而在覆蓋噪音后(中、低視知覺壓力條件下)年齡差異不顯著。但總體而言, 無噪音條件下兩組被試空間定向能力的年齡差異不顯著的原因仍有待進(jìn)一步探尋。

4.3 研究局限和展望

本研究通過實(shí)驗(yàn)手段操控被試的視覺信息輸入水平, 考察了視知覺壓力在基本心理能力老化中的作用, 但存在以下局限：本研究只探討了視覺功能衰退對(duì)基本心理能力老化的作用, 但老年人在日常生活中還面臨著諸如聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等多方面的感覺功能衰退, 我們尚不能確定感覺功能的衰退是否會(huì)對(duì)基本心理能力的老化發(fā)生作用。此外, 噪音條件下的歸納推理測(cè)驗(yàn)材料是根據(jù)被試正確識(shí)別數(shù)字信號(hào)所需要的信噪比值確定的, 與歸納推理測(cè)驗(yàn)的圖形材料并不完全對(duì)應(yīng), 因此在對(duì)歸納推理測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行推論時(shí)還需謹(jǐn)慎。建議今后的研究在更嚴(yán)格匹配知覺壓力的前提下, 進(jìn)一步研究感知覺功能在認(rèn)知衰退中的作用。

5 結(jié)論

隨著視知覺壓力的增加, 基本心理能力(數(shù)字能力、歸納推理能力)的年齡差異逐漸縮小, 甚至消失, 研究結(jié)果支持信息降格說。視覺功能的衰退可以影響基本心理能力的年齡差異, 提示我們視覺功能的衰退可能是影響基本心理能力老化的一個(gè)重要因素, 視覺功能的作用受加工資源的調(diào)節(jié)。

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