多特征刺激在視覺(jué)工作記憶中的存儲(chǔ)模式*

黎翠紅 何 旭 郭春彥

(首都師范大學(xué)心理系, 北京市“學(xué)習(xí)與認(rèn)知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”, 北京 100037)

1 引言

視覺(jué)工作記憶(visual working memory, VWM)是對(duì)視覺(jué)信息進(jìn)行暫時(shí)性存儲(chǔ)和操作的系統(tǒng)(Baddeley, 1992; Cowan, 2001; Luck & Vogel, 1997),大量研究表明視覺(jué)工作記憶對(duì)個(gè)體行為產(chǎn)生了重要的影響, 由視覺(jué)工作記憶容量導(dǎo)致的個(gè)體差異與注意控制、流體智力和學(xué)業(yè)成績(jī)等緊密相關(guān)(Cowan,2004; Vogel, McCollough, & Machizawa, 2005)。研究者們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中采用變化覺(jué)察范式(change detection paradigm)對(duì)這種容量的有限性進(jìn)行研究。該范式的基本流程是先快速呈現(xiàn)一系列項(xiàng)目組成的記憶陣列(彩色方塊, 隨機(jī)多邊形, 中文字符等),在延遲大約1 s之后呈現(xiàn)測(cè)驗(yàn)陣列, 被試需要判斷測(cè)驗(yàn)陣列中的探測(cè)刺激和記憶陣列是否相同。當(dāng)記憶陣列大小上升至3～4個(gè)項(xiàng)目時(shí), 被試的變化覺(jué)察正確率都較高; 但是當(dāng)陣列大小繼續(xù)增加時(shí), 正確率將逐漸下降, 變化覺(jué)察的正確率被認(rèn)為反映了個(gè)體的在保持階段的視覺(jué)工作記憶容量。使用這種范式, 研究者們測(cè)得人們的視覺(jué)工作記憶容量一般為3～4個(gè)項(xiàng)目(Luck & Vogel, 1997; Sperling, 1960;Vogel, Woodman, & Luck, 2001)。

除了行為指標(biāo)上的正確率, 在測(cè)量視覺(jué)工作記憶容量時(shí), 對(duì)側(cè)延遲活動(dòng)(contralateral delay activity,CDA)常用來(lái)考察保持階段的神經(jīng)活動(dòng)。借助事件相關(guān)電位的高時(shí)間分辨率的特性可以將工作記憶的存儲(chǔ)過(guò)程與其他階段相分離, 有效的排除了編碼、測(cè)驗(yàn)階段對(duì)記憶資源分配上行為觀測(cè)的影響。CDA是指在記憶項(xiàng)目的保持階段, 目標(biāo)視野的對(duì)側(cè)腦區(qū)會(huì)比同側(cè)腦區(qū)出現(xiàn)更大的負(fù)波, 其振幅隨著保持在視覺(jué)工作記憶中的項(xiàng)目數(shù)的增加而上升, 并在每個(gè)被試的記憶容量臨界值處達(dá)到極值。利用CDA作為工作記憶容量的指標(biāo), 可以實(shí)現(xiàn)將正確率和容量值相分離, 在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到純凈的存儲(chǔ)容量(Luria, Sessa, Gotler, Jolicoeur, & Dell'Acqua, 2010;McCollough, Machizawa, & Vogel, 2007; 高在峰等,2012)。

Luck和Vogel (1997)首先使用變化覺(jué)察范式對(duì)視覺(jué)工作記憶資源分配問(wèn)題進(jìn)行了探討。在他們的研究中, 無(wú)論是不同維度還是相同維度的特征數(shù)量的增加都不會(huì)改變存儲(chǔ)容量的大小。因此他們認(rèn)為,視覺(jué)工作記憶的容量并不受到特征數(shù)量的影響, 而僅受儲(chǔ)存在視覺(jué)工作記憶中的客體數(shù)量決定的。Luria和Vogel (2011)也發(fā)現(xiàn), 如果項(xiàng)目?jī)?nèi)多個(gè)特征分屬于不同的維度, 其CDA振幅與單特征項(xiàng)目沒(méi)有差異; 當(dāng)多個(gè)特征屬于同一維度時(shí), 其CDA振幅將在延遲階段前期顯著大于單特征圖形, 差異在后期逐漸消失。因此, 他們認(rèn)為多特征刺激是按客體存儲(chǔ)的。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了記憶資源分配的插槽模型(slots models), 即視覺(jué)工作記憶資源存在一個(gè)明顯的上限, 每個(gè)存儲(chǔ)項(xiàng)目所獲得的存儲(chǔ)資源是固定的、等量的, 不受項(xiàng)目所包含特征數(shù)量的影響(Luck & Vogel, 1997; Zhang & Luck, 2008; Anderson,Vogel, & Awh, 2011)。然而, 一些研究結(jié)果與此并不完全一致。盡管部分研究者再次證明不同維度的特征數(shù)量的增加并不會(huì)使容量降低(Fougnie, Asplund,& Marois, 2010; Luria & Vogel,2011), 但是, 對(duì)同一維度包含多個(gè)特征項(xiàng)目的研究, 研究者們得到的結(jié)果卻與Luck等人有所差異。例如, 雖然同樣是使用雙色嵌套方塊和單色塊作為刺激材料, Wheeler和Treisman (2002)的實(shí)驗(yàn)中記憶雙色嵌套方塊的正確率要顯著低于單色方塊, 即同一維度內(nèi)特征數(shù)量的增多會(huì)導(dǎo)致所能存儲(chǔ)的項(xiàng)目數(shù)量的減少。這一結(jié)果與靈活資源模型(flexible resource models)的觀點(diǎn)相一致。該模型則認(rèn)為, 記憶資源沒(méi)有一個(gè)明確的上限, 各個(gè)項(xiàng)目獲得的資源會(huì)依據(jù)該項(xiàng)目的復(fù)雜程度、重要性等而靈活變化(Bays & Husain, 2008)。可見(jiàn), 視覺(jué)工作記憶資源的分配到底是否受到特征數(shù)量的影響還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

由于復(fù)雜刺激比簡(jiǎn)單刺激包含了更多的特征(Luria et al., 2010), 因此, 在探討多特征刺激的視覺(jué)工作記憶資源的分配時(shí), 復(fù)雜刺激也常被當(dāng)作典型的刺激材料。在復(fù)雜刺激的研究結(jié)果中同樣發(fā)現(xiàn)包含更多特征的復(fù)雜刺激消耗了更多的視覺(jué)工作記憶資源(Gao et al., 2009; Luria et al., 2010)。然而,Awh, Barton和Vogel (2007)對(duì)復(fù)雜刺激研究的結(jié)論提出了質(zhì)疑, 他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)雖然復(fù)雜刺激類(lèi)別內(nèi)變化測(cè)得的正確率顯著低于簡(jiǎn)單刺激, 但是跨類(lèi)別間變化測(cè)得的正確率卻與簡(jiǎn)單刺激并沒(méi)有差異。也就是說(shuō), 比較階段難度的增加更有可能才是造成正確率降低的原因, 而事實(shí)上復(fù)雜刺激的存儲(chǔ)容量并未減少。而復(fù)雜度本身是一個(gè)比較模糊的概念,復(fù)雜刺激中既包含了同一維度內(nèi)特征數(shù)量的增加,也包含了對(duì)記憶表征精度需求的增加。本實(shí)驗(yàn)就將這兩個(gè)概念從復(fù)雜刺激中分離出來(lái), 分別進(jìn)行考察。

關(guān)于記憶資源的分配是否會(huì)受表征精度的影響,一些使用單特征刺激為實(shí)驗(yàn)材料的研究中發(fā)現(xiàn)了高表征精度會(huì)消耗更多的記憶資源。例如, Machizawa,Goh和Driver (2012)發(fā)現(xiàn)當(dāng)只需要保存兩個(gè)項(xiàng)目時(shí),被試可以提高表征精度, 并且會(huì)導(dǎo)致CDA振幅的增強(qiáng), 但是當(dāng)項(xiàng)目數(shù)增加到四個(gè)時(shí)則無(wú)法提高精度。但是, Zhang和Luck (2008)通過(guò)對(duì)表征精度的單獨(dú)測(cè)量發(fā)現(xiàn)精度需求影響的只是變化覺(jué)察的正確率, 并不會(huì)改變記憶資源的分配。Luria等人(2010)發(fā)現(xiàn)即使學(xué)習(xí)和測(cè)驗(yàn)階段的刺激色塊的相似性增加, SPCN (sustained posterior contralateral negativity)也不會(huì)受到影響。Ye, Zhang, Liu, Li和Liu (2014)以及He, Zhang, Li和Guo (2015)同樣是考察了表征精度對(duì)單色塊顏色的影響, 結(jié)果表明高低精度之間的CDA振幅并無(wú)顯著差異。因此, 從當(dāng)前的研究來(lái)看, 表征精度是否影響工作記憶資源的分配還沒(méi)有一致的結(jié)論。

在很多關(guān)于工作記憶的研究中都表明, 前額葉皮層(prefrontal cortex, PFC)的活動(dòng)對(duì)項(xiàng)目在視覺(jué)工作記憶存儲(chǔ)中有自上而下的調(diào)控作用(McNab &Klingberg, 2008; Roggeman, Klingberg, Feenstra,Compte, & Almeida, 2014; Voytek & Knight, 2010)。早在1971年, Fuster和Alexander (1971)就發(fā)現(xiàn)在工作記憶任務(wù)中, 前額葉皮質(zhì)細(xì)胞在需要保持刺激表征的延遲存儲(chǔ)階段產(chǎn)生了持續(xù)的激活。而近期的研究結(jié)果表明, 前額葉和基底核的激活預(yù)測(cè)了工作記憶過(guò)程中對(duì)無(wú)關(guān)信息的過(guò)濾, 容量的個(gè)體差異也是由前額葉自上而下的控制強(qiáng)度決定的(McNab &Klingberg, 2008; Edin et al., 2009)。這些研究結(jié)果均表明前額葉在工作記憶起到了注意控制的作用。而在本研究中, 項(xiàng)目的表征精度上的要求也反映了工作記憶過(guò)程中的自上而下的控制強(qiáng)度大小, 精度需求越高則需要被試投入的控制資源也就越多。已有少部分ERP研究發(fā)現(xiàn)發(fā)生在位于前額葉皮層周邊的晚期正成分LPC (the late positive component)與工作記憶保持相關(guān), 可能反映了前額區(qū)對(duì)后部腦區(qū)的自上而下的控制(Gao et al., 2011; Kusak, Grune,Hagendorf, & Metz, 2000; Li, Li, & Luo, 2006)。Gao等人(2011)的研究中使用LPC作為觀測(cè)指標(biāo)發(fā)現(xiàn),在PFC周邊電極記錄到的LPC振幅會(huì)隨存儲(chǔ)數(shù)量的增加而增強(qiáng)。然而, LPC振幅大小是否與表征精度大小相關(guān)呢？LPC所指示的腦活動(dòng)與CDA是否有所不同呢？LPC是否能夠反映出在CDA中無(wú)法觀測(cè)到的信息呢？真正直接考察了PFC周邊的LPC與純粹的視覺(jué)工作記憶的保持過(guò)程及記憶資源分配的關(guān)系的研究卻很少, 這些問(wèn)題都有待于進(jìn)一步的研究。

本研究采用變化覺(jué)察范式, 通過(guò)對(duì)雙色塊和單色塊的比較來(lái)考察特征數(shù)量對(duì)記憶資源分配的影響, 同時(shí)通過(guò)改變雙色方塊的變化幅度來(lái)操控精度需求, 以考察其對(duì)記憶資源分配的影響。在低精度條件的變化試次中, 測(cè)驗(yàn)階段雙色塊的兩個(gè)顏色都會(huì)變化(整體變化), 此時(shí)被試只需要形成粗略的印象就可以做出正確的反應(yīng); 而在高精度條件中, 雙色塊只有一個(gè)顏色會(huì)發(fā)生變化(部分變化), 此時(shí)記憶項(xiàng)和檢測(cè)項(xiàng)之間發(fā)生的變化較小, 兩者相似性較高, 被試需要對(duì)雙色塊的兩個(gè)顏色都形成更清晰精確的表征, 才能做出正確的變化覺(jué)察判斷。我們推測(cè), (1) 如果在記憶雙色塊與單色塊時(shí)誘發(fā)的CDA振幅無(wú)顯著差異, 說(shuō)明視覺(jué)工作記憶容量資源的分配不受項(xiàng)目特征數(shù)量的影響, 支持插槽模型; 反之,如果記憶雙色塊誘發(fā)的CDA振幅與單色塊有顯著差異, 則說(shuō)明視覺(jué)工作記憶容量受到特征數(shù)量的影響, 支持靈活資源模型。(2)如果在同樣的特征數(shù)量下高低精度條件間的CDA振幅無(wú)顯著差異, 則說(shuō)明精度需求不影響視覺(jué)工作記憶容量資源的分配,支持插槽模型; 反之, 如果在同樣的特征數(shù)量下的高低精度間的CDA振幅有顯著差異, 則說(shuō)明視覺(jué)工作記憶容量受到表征精度的影響, 支持靈活資源模型。(3)如果雙色塊比單色塊誘發(fā)了更強(qiáng)的前額區(qū)LPC, 則說(shuō)明被試在雙色塊條件下投入了更多的控制資源; 同樣, 如果雙色塊高精度條件比雙色塊低精度條件誘發(fā)了更強(qiáng)的前額區(qū)LPC, 則說(shuō)明雙色塊高精度條件下誘發(fā)了更多的自下而上的控制。

圖1 腦電實(shí)驗(yàn)流程圖及刺激樣例

2 實(shí)驗(yàn)1

2.1 方法

2.1.1 被試

22名大學(xué)生(9男, 13女)參與了本次實(shí)驗(yàn), 年齡19～25歲(平均年齡22.3歲), 之前均無(wú)參加此類(lèi)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷。所有被試均為右利手, 視力或者矯正視力正常, 均通過(guò)石原氏色盲測(cè)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前與被試簽訂知情同意書(shū), 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后給予一定報(bào)酬。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)刺激分為兩類(lèi)(見(jiàn)圖1B), 一類(lèi)是單色方塊(0.65°×0.65°的小方塊和1.3°×1.3°的外部嵌套方塊的隨機(jī)等比例混合), 一類(lèi)是雙色嵌套方塊(1.3°×1.3°, 小方塊和外部嵌套方塊的組合)。方塊的顏色隨機(jī)選取自具有較高分辨度的6個(gè)顏色, 紅、黃、藍(lán)、綠、黑、白。

所有的刺激材料呈現(xiàn)在左右兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的矩形區(qū)域中(3.9°×7.8°), 其中心與注視點(diǎn)距離為3°。學(xué)習(xí)階段每個(gè)區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)2個(gè)方塊, 方塊位置隨機(jī),并且兩兩距離間隔大于2° (中心點(diǎn)距離)。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)程序

刺激材料呈現(xiàn)在灰色背景(8.31 cd/m)的15英寸CRT顯示器上。被試坐在燈光柔和的隔音電磁屏蔽室內(nèi), 視距為70 cm。實(shí)驗(yàn)期間要求被試注視屏幕中央的十字。

采用變化覺(jué)察范式, 被試需要對(duì)箭頭指示的單側(cè)視野內(nèi)的刺激進(jìn)行變化覺(jué)察任務(wù)。每個(gè)試次都分為學(xué)習(xí)階段、延遲階段和測(cè)驗(yàn)階段。實(shí)驗(yàn)流程如圖1A,在每個(gè)試次開(kāi)始之前都會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)黑色的注視十字,呈現(xiàn)時(shí)間為400 ms。然后出現(xiàn)指示箭頭200 ms, 要求被試記住箭頭指示的方向。接下來(lái)是300～400 ms的隨機(jī)間隔, 之后呈現(xiàn)學(xué)習(xí)陣列400 ms, 被試只需記憶箭頭所指一側(cè)的方塊的顏色。900 ms的延遲后,測(cè)驗(yàn)陣列出現(xiàn)。為了減少比較階段多次決策而產(chǎn)生的干擾, 測(cè)驗(yàn)陣列僅包含一個(gè)探測(cè)項(xiàng)目, 被試需判斷探測(cè)刺激同記憶陣列中出現(xiàn)在同樣位置的項(xiàng)目的顏色是否相同并按目標(biāo)鍵反應(yīng), 按鍵后測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目消失。在50%的試次中探測(cè)項(xiàng)目的顏色會(huì)發(fā)生改變,變化后的顏色將是在要求記憶的一側(cè)中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的顏色。反應(yīng)鍵在被試間平衡。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置3種條件：(1)單色塊條件：記憶陣列由單色方塊構(gòu)成, 在變化試次中單色塊的顏色會(huì)發(fā)生變化; (2)雙色塊部分變化條件：記憶陣列由雙色嵌套方塊組成, 在變化試次中只變化內(nèi)側(cè)或外側(cè)任意一個(gè)色塊; (3)雙色塊整體變化條件：記憶陣列同樣由雙色嵌套方塊組成, 但是在變化試次中內(nèi)外側(cè)色塊均發(fā)生變化。

實(shí)驗(yàn)共包含12個(gè)實(shí)驗(yàn)組(Block), 一個(gè)實(shí)驗(yàn)組只包含一種實(shí)驗(yàn)條件, 被試每組開(kāi)始前被告知該組的類(lèi)型。每個(gè)條件有4個(gè)實(shí)驗(yàn)組, 每組包含48個(gè)試次。實(shí)驗(yàn)組的順序在被試間和被試內(nèi)進(jìn)行平衡。在正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前, 被試對(duì)每個(gè)條件進(jìn)行了12個(gè)試次的練習(xí), 以便充分了解實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求被試在保證正確率的前提下盡快的做出反應(yīng)。

2.1.4 EEG記錄及數(shù)據(jù)處理

采用Neuroscan公司生產(chǎn)的ESI-64導(dǎo)腦電記錄和分析系統(tǒng)。按照國(guó)際10-20擴(kuò)展電極系統(tǒng)記錄EEG。兩眼外側(cè)1 cm處和左眼眶上下分別記錄水平眼電(HEOG)和垂直眼電(VEOG)。在數(shù)據(jù)記錄時(shí),所有電極以左側(cè)乳突作為參考, 以右側(cè)乳突處電極為記錄電極, 離線分析時(shí)以雙側(cè)乳突的平均作為參考。頭皮與每個(gè)電阻之間的接觸電阻均小于5 k?,接地點(diǎn)在Fpz和Fz的中點(diǎn), 濾波帶通為0.05～100 Hz, A/D采樣率為500 Hz。實(shí)驗(yàn)截取記憶陣列出現(xiàn)前200 ms到呈現(xiàn)后1400 ms的腦電數(shù)據(jù), 以刺激出現(xiàn)前200 ms的平均振幅對(duì)基線進(jìn)行校正, 疊加前去眼電偽跡, 眨眼偽跡使用回歸程序進(jìn)行校正(Semlitsch, Anderer, Schuster, & Presslich, 1986)?；€校正后, 振幅在±75 μV之外的試次被剔除, 4個(gè)被試(2男2女)由于拒斥率大于25%在隨后的數(shù)據(jù)分析中被排除。

根據(jù)相關(guān)研究(McCollough et al., 2007; Vogel&Machizawa, 2004), 在分析腦電成分CDA時(shí)選取了后頂葉, 枕葉和顳葉區(qū)域的6對(duì)代表性電極(TP7/8, CP3/4, P7/8, P5/6, PO7/8, O1/2)。圖2A、B所示為記憶左側(cè)視野與右側(cè)視野兩條件下的ERPs原始波形(以單色塊條件下PO7/8和O1/2電極對(duì)為例, 其余條件類(lèi)似)。如圖2C所示, 在記憶目標(biāo)對(duì)側(cè)半球的后部腦區(qū)觀測(cè)到了一個(gè)比同側(cè)腦區(qū)更大的負(fù)走向波。CDA差異波的構(gòu)建是通過(guò)用來(lái)自記憶半野對(duì)側(cè)半球的電極的平均電壓值減去同側(cè)半球電極的平均電壓值。對(duì)LPC的分析選取了前額區(qū)周邊的3對(duì)電極(FPZ, FP1, FP2)。

2.2 結(jié)果

2.2.1 行為結(jié)果

各條件下的變化覺(jué)察正確率如圖3所示。對(duì)3種條件下(單色塊, 雙色塊部分變化, 雙色塊整體變化)的正確率進(jìn)行單因素重復(fù)測(cè)量方差分析, 發(fā)現(xiàn)條件的主效應(yīng)顯著,

F

(2,42) = 74.98,

p

< 0.001,

η

=0.78。為了考察項(xiàng)目所包含同一維度的特征數(shù)量對(duì)行為反應(yīng)的影響, 對(duì)雙色塊條件(雙色塊整體變化和雙色塊部分變化的平均值)和單色塊條件的正確率進(jìn)行配對(duì)樣本的

t

檢驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)單色塊條件的正確率顯著大于雙色塊,

t

(21) = 9.18,

p

< 0.001。進(jìn)一步的比較表明, 單色塊條件的正確率顯著大于雙色塊整體變化(

t

(21 ) = 4.38,

p

< 0.001)和雙色塊部分變化(

t

(21) = 11.98,

p

< 0.001), 而雙色塊整體變化的正確率顯著大于雙色塊部分變化,

t

(21) = 7.98,

p

<0.001。以上結(jié)果表明, 在正確率指標(biāo)上特征數(shù)量和精度的效應(yīng)都是顯著的。

2.2.2 ERP結(jié)果

CDA結(jié)果

. 從波形上來(lái)看, 在刺激呈現(xiàn)后200 ms,雙色塊和單色塊條件下的CDA成分開(kāi)始出現(xiàn)了分離(見(jiàn)圖4A)。選取記憶陣列呈現(xiàn)后600～1200 ms作為分析時(shí)段, 圖4B為各條件下的平均CDA振幅的比較。對(duì)三種條件下的平均振幅進(jìn)行的單因素重復(fù)測(cè)量方差分析表明, 實(shí)驗(yàn)條件的主效應(yīng)顯著,

F

(2,34) = 3.31,

p

< 0.05, η= 0.16。為考察項(xiàng)目所包含同一維度的特征數(shù)量對(duì)視覺(jué)工作記憶容量分配的影響, 對(duì)雙色塊條件(雙色塊部分變化和雙色塊整體變化的平均值)和單色塊的CDA振幅進(jìn)行的

t

檢驗(yàn)比較表明, 雙色塊條件下的CDA振幅顯著大于單色塊條件,

t

(17) = 2.30,

p

< 0.05。對(duì)雙色塊兩種變化條件和單色塊條件分別進(jìn)行的

t

檢驗(yàn)比較也得到了相同的結(jié)果, 雙色塊整體變化條件下的CDA振幅邊緣顯著大于單色塊條件,

t

(17) = 2.01,

p

< 0.06,雙色塊部分變化條件下的CDA振幅顯著大于單色塊條件,

t

(17) = 2.19,

p

< 0.05。為了考察精度需求(項(xiàng)目的變化幅度)對(duì)容量分配的影響, 對(duì)雙色塊整體變化和雙色塊部分變化條件下的CDA振幅進(jìn)行

t

檢驗(yàn)比較。結(jié)果表明, 兩種變化幅度間無(wú)顯著差異,

t

(17) = 0.11,

p

> 0.05。由于傳統(tǒng)的假設(shè)檢驗(yàn)只能推翻而不能證實(shí)零假設(shè), 本研究使用貝葉斯因素分析來(lái)對(duì)雙色塊整體變化和雙色塊部分變化的CDA振幅無(wú)差異這一虛無(wú)假設(shè)的可信度進(jìn)行驗(yàn)證(Rouder,Morey, Speckman, & Province, 2012; Rouder,Speckman, Sun, Morey, & Iverson, 2009)。結(jié)果表明,虛無(wú)假設(shè)(雙色塊整體變化和雙色塊部分變化條件的CDA振幅沒(méi)有差異)為真的可能性是備擇假設(shè)(雙色塊整體變化和雙色塊部分變化條件的CDA振幅有差異)為真的3.09倍。這一結(jié)果表明, 雙色塊整體變化和雙色塊部分變化間的不顯著的差異似乎并非由隨機(jī)因素導(dǎo)致, 支持了辨別精度不影響視覺(jué)工作記憶資源分配的假設(shè)。

圖2 A、B為ERPs原始波形結(jié)果(以單色塊條件下為例), C為記憶保持階段出現(xiàn)的對(duì)側(cè)比同側(cè)更強(qiáng)的負(fù)走向波(此處以單色塊條件下PO7/8、O1/2電極對(duì)為例)。注：灰色陰影部分為記憶陣列或測(cè)驗(yàn)陣列的呈現(xiàn)階段

圖3 三種條件下正確率比較

LPC結(jié)果.

圖4C所示為對(duì)三種條件下前額區(qū)LPC波形的比較, 從圖中可見(jiàn)雙色塊整體變化和部分變化條件在記憶陣列出現(xiàn)后約800 ms出開(kāi)始分離。圖4D為對(duì)三種條件下850～1200 ms的LPC平均振幅的比較。對(duì)3對(duì)電極的850～1200 ms的LPC平均振幅進(jìn)行單因素重復(fù)測(cè)量方差分析, 結(jié)果表明條件的主效應(yīng)顯著,

F

(2,34) = 3.96,

p

< 0.05, η=0.19。為了考察特征數(shù)量對(duì)LPC振幅的影響, 分別對(duì)雙色塊部分變化和雙色塊整體變化的LPC振幅和單色塊條件的LPC振幅進(jìn)行的

t

檢驗(yàn)比較。結(jié)果表明雙色塊整體變化和單色塊條件差異不顯著,

t

(17) = 0.89,

p

> 0.05; 但雙色塊部分變化條件和單色塊條件間差異是顯著的,

t

(17) = 2.27,

p

< 0.05。為了進(jìn)一步考察雙色塊變化幅度在LPC振幅上的效應(yīng),對(duì)雙色塊整體變化和部分變化條件下的LPC振幅進(jìn)行

t

檢驗(yàn), 結(jié)果表明雙色塊部分變化條件的LPC振幅顯著大于雙色塊整體變化,

t

(17) = 2.27,

p

< 0.05。

水平眼動(dòng)與ERPs數(shù)據(jù)的關(guān)系.

為了排除水平眼動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響, 考慮到大部分被試水平眼動(dòng)較多, 選取了眼動(dòng)較少的6名被試進(jìn)行了進(jìn)一步的分析(水平眼電 < 30 μV, 拒斥率 < 25%)。

(1) CDA結(jié)果：選取600～1200 ms為分析時(shí)段,對(duì)三種條件下的CDA振幅進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析,結(jié)果顯示主效應(yīng)不顯著,

F

(2,10) = 0.02,

p

> 0.05。但是三種條件下的平均值差異趨勢(shì)與上述結(jié)果一致(雙色塊部分變化：

M

= ?0.65,

SE

= 0.26; 雙色塊整體變化：

M

= ?0.69,

SE

= 0.25; 單色塊：

M

= ?0.51,

SE

= 0.19)。

除此之外, 對(duì)三種條件下的水平眼電振幅值同樣進(jìn)行了方差分析, 結(jié)果表明條件的主效應(yīng)顯著,

F

(2,34) = 7.38,

p

< 0.05。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 雙色塊部分變化和整體變化條件下的水平眼電均要顯著大于單色塊條件(

p

s < 0.05), 但是兩者之間差異不顯著(

p

> 0.05)。研究結(jié)果表明, 水平眼動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致記錄到的CDA幅值降低(高在峰等, 2012)。雖然雙色塊的水平眼動(dòng)都要大于單色塊, 但是即使考慮到水平眼動(dòng)的影響, 雙色塊和單色塊之間的差異應(yīng)該更加明顯, 也就是說(shuō)上文的數(shù)據(jù)模式不會(huì)因此改變。

(2) LPC結(jié)果：選取850～1200 ms為分析時(shí)段,對(duì)三種條件下的LPC振幅進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析,結(jié)果顯示主效應(yīng)不顯著,

F

(2,10) = 3.10,

p

= 0.13。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 結(jié)果的模式和上文也是保持基本一致的(雙色塊部分變化：

M

= 2.80,

SE

= 0.75; 雙色塊整體變化：

M

= 2.43,

SE

= 0.75; 單色塊：

M

= 2.26,

SE

= 0.70)。雙色塊整體變化和部分變化條件的差異顯著,

t

(5) = ?2.61,

p

< 0.05。雙色塊部分變化和單色塊差異可能由于被試數(shù)量顯著未達(dá)到顯著性水平,但已接近顯著,

t

(5) = 1.85,

p

= 0.12。因此, 可以排除LPC的結(jié)果是由水平眼動(dòng)偽跡造成的。

圖4 A、C為CDA和LPC的ERPs波形圖; B、D為CDA和LPC在三種條件下的振幅值比較。

2.3 小結(jié)

行為結(jié)果顯示, 雙色塊條件的正確率均要顯著低于單色塊條件, 這暗示在保持階段, 雙色塊圖形有可能要比單色塊圖形消耗更多的視覺(jué)工作記憶資源。這也就表明, 單個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)的特征數(shù)量可能會(huì)影響視覺(jué)工作記憶資源的分配。這一結(jié)果與前人研究中所發(fā)現(xiàn)的變化覺(jué)察正確率隨著項(xiàng)目特征數(shù)量增多而降低的結(jié)果是一致的(Wheeler & Treisman,2002; Luria & Vogel, 2011)。此外, 將雙色塊下兩種變化條件相比較, 雙色塊整體變化的正確率也要顯著高于部分變化的正確率, 同樣也說(shuō)明部分變化條件下的單個(gè)項(xiàng)目消耗的記憶資源有可能要多于整體變化條件, 表征精度的不同可能是造成了兩種雙色塊條件下的正確率的差異的原因。

從CDA的分析結(jié)果可以看出, 在后部腦區(qū)的CDA振幅上項(xiàng)目的特征數(shù)量的效應(yīng)是顯著的, 即多特征項(xiàng)目的CDA振幅顯著高于單特征項(xiàng)目。當(dāng)特征數(shù)量相同時(shí), 消耗的記憶資源是相同的; 而當(dāng)客體內(nèi)特征數(shù)量增加時(shí), 消耗的記憶資源也隨之增加, 因此視覺(jué)工作記憶資源的分配受到特征數(shù)量的影響。此外, 項(xiàng)目變化幅度的效應(yīng)是不顯著的。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)雙色塊在測(cè)驗(yàn)階段變化的色塊數(shù)量來(lái)控制被試對(duì)記憶項(xiàng)目的表征精度, 但是部分變化和整體變化條件之間振幅差異不顯著, 說(shuō)明精度需求并不能影響記憶資源的分配。

對(duì)LPC的分析發(fā)現(xiàn), 雙色塊的兩種變化條件的振幅差異顯著, 部分變化條件下的LPC振幅值要比整體變化條件下的振幅值大, 說(shuō)明對(duì)客體的變化覺(jué)察的精度需求的不同會(huì)對(duì)前額區(qū)的LPC振幅造成影響。由于LPC的振幅被認(rèn)為與對(duì)工作記憶的自上而下的控制有關(guān)(Gao et al., 2011; Li et al.,2006), 這一結(jié)果說(shuō)明對(duì)記憶表征精度需求的提高會(huì)誘發(fā)更強(qiáng)的自上而下的控制。

3 實(shí)驗(yàn)2

實(shí)驗(yàn)1研究結(jié)果發(fā)現(xiàn), 視覺(jué)工作記憶資源的消耗會(huì)隨著特征數(shù)量的增加而增加, 證明了特征數(shù)量會(huì)影響記憶資源的分配, 但這一結(jié)果并不能說(shuō)明視覺(jué)工作記憶對(duì)多特征刺激的存儲(chǔ)是以分離的特征為單位還是以項(xiàng)目整體為單位的。因此, 為了考察視覺(jué)工作記憶容量的存儲(chǔ)單位問(wèn)題, 實(shí)驗(yàn)2中只使用雙色塊作為刺激, 在測(cè)驗(yàn)階段加入了對(duì)可能發(fā)生改變的色塊的指示箭頭。如果視覺(jué)工作記憶對(duì)多特征(同一維度)刺激的存儲(chǔ)是以分離的特征為單位,在測(cè)驗(yàn)階段就需要分別對(duì)雙色塊的兩個(gè)顏色進(jìn)行判斷, 那么在有提示符的情況下, 被試在測(cè)驗(yàn)階段就只需要進(jìn)行一次判斷, 因此被試應(yīng)該有更好的變化覺(jué)察反應(yīng), 表現(xiàn)為有箭頭條件下的正確率要高于無(wú)箭頭條件。但是, 如果對(duì)多特征刺激的存儲(chǔ)是以整合客體為單位的, 那么有無(wú)提示符則將對(duì)變化覺(jué)察成績(jī)不產(chǎn)生影響。

此外, 通過(guò)在測(cè)驗(yàn)階段加入提示符這一操控也可檢驗(yàn)雙色塊的變化覺(jué)察正確率低于單色塊是否是因?yàn)殡p色塊在測(cè)驗(yàn)階段需要進(jìn)行更多次的判斷(即需要分別判斷雙色塊內(nèi)的兩個(gè)顏色是否發(fā)生改變)。如果雙色塊是由于測(cè)驗(yàn)階段的決策干擾造成正確率的下降, 那么在測(cè)驗(yàn)階段加入提示符之后,被試就從兩次判斷減少為只需進(jìn)行一次判斷, 因此該條件的變化覺(jué)察正確率就會(huì)比無(wú)提示符的條件有顯著提高。

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

3.1.1 被試

12名大學(xué)生(4男8女)參與了本次實(shí)驗(yàn), 年齡20～25歲, 平均年齡22.4歲。視力或矯正視力正常,均通過(guò)石原氏色盲測(cè)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后給予一定報(bào)酬。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)材料

使用和實(shí)驗(yàn)1中相同的雙色嵌套方塊, 其他參數(shù)和實(shí)驗(yàn)1中相同。

3.1.3 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)1的流程相同, 但只出現(xiàn)雙色方塊。實(shí)驗(yàn)2中包含了兩種實(shí)驗(yàn)條件, 有提示條件和無(wú)提示條件。無(wú)提示條件和實(shí)驗(yàn)1中的雙色塊部分變化完全相同, 在50%的試次中雙色塊的顏色不發(fā)生改變, 其余的試次中雙色塊的一個(gè)顏色發(fā)生改變。有提示條件與前者不同的是, 在測(cè)驗(yàn)階段使用指示箭頭對(duì)可能變化了的色塊進(jìn)行提示(如果發(fā)生了變化, 箭頭將指向變化了的色塊; 如果無(wú)變化,箭頭將隨機(jī)指向一個(gè)色塊, 如圖5)。每名被試需完成兩個(gè)有提示實(shí)驗(yàn)組和兩個(gè)無(wú)提示實(shí)驗(yàn)組, 每組包含48個(gè)試次。實(shí)驗(yàn)組的順序在被試間和被試內(nèi)進(jìn)行平衡。反應(yīng)按鍵在被試間進(jìn)行平衡。

圖5 實(shí)驗(yàn)2測(cè)驗(yàn)階段有提示條件下刺激樣例

圖6 實(shí)驗(yàn)2兩種條件下正確率和反應(yīng)時(shí)

3.2 結(jié)果

有無(wú)提示條件下變化覺(jué)察的正確率與反應(yīng)時(shí)結(jié)果見(jiàn)圖6。盡管有提示條件的正確率略高于無(wú)提示條件, 但是對(duì)有無(wú)提示條件下的變化覺(jué)察正確率進(jìn)行的配對(duì)樣本

t

檢驗(yàn)結(jié)果表明, 兩者間不存在顯著的差異,

t

(11) = 1.66,

p

> 0.05。對(duì)兩種條件下的反應(yīng)時(shí)進(jìn)行的

t

檢驗(yàn)比較表明, 有提示條件的反應(yīng)時(shí)顯著長(zhǎng)于無(wú)提示條件,

t

(11) = 2.50,

p

< 0.05。

3.3 小結(jié)

實(shí)驗(yàn)2通過(guò)控制雙色塊部分變化條件下在測(cè)驗(yàn)階段的提取條件, 比較有無(wú)提示線索下的行為反應(yīng)來(lái)進(jìn)一步探討在實(shí)驗(yàn)1中觀察到的結(jié)果是否是因?yàn)殡p色塊在測(cè)驗(yàn)階段需要進(jìn)行兩次判斷, 進(jìn)而考察多特征刺激的存儲(chǔ)單位是客體還是特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn),加入提示線索并不能增加雙色塊部分變化條件的正確率。鑒于已有研究中已觀察到的判斷次數(shù)對(duì)反應(yīng)正確率的影響(Rouder, Morey, Morey, & Cowan,2011), 這一結(jié)果表明對(duì)雙色塊的變化覺(jué)察判斷并非分別對(duì)兩個(gè)顏色分別進(jìn)行判斷, 而是對(duì)項(xiàng)目整體進(jìn)行判斷。而對(duì)反應(yīng)時(shí)的分析則發(fā)現(xiàn), 在有提示的條件下被試的判斷需要更長(zhǎng)的時(shí)間。這可能是因?yàn)榧尤氲奶崾痉蓴_了項(xiàng)目的整體性, 所以不僅無(wú)法起到提示作用, 反而會(huì)對(duì)判斷產(chǎn)生干擾。因此說(shuō)明,視覺(jué)工作記憶中對(duì)多特征刺激的存儲(chǔ)并不是以獨(dú)立特征為單位存儲(chǔ)的, 而是受到客體的作用, 一個(gè)客體內(nèi)部的多種特征可能以?xún)?nèi)在的某種方式產(chǎn)生了聯(lián)接從而形成一個(gè)整體的表征。此外, 我們認(rèn)為測(cè)驗(yàn)階段有無(wú)提示條件下的行為反應(yīng)差異反映的是判斷次數(shù)增多的效應(yīng)。然而, 加入提示線索后變化覺(jué)察正確率并未提高, 這一結(jié)果表明在測(cè)驗(yàn)階段多次的判斷決策并不是造成雙色塊條件的正確率低于單色塊條件的原因。

4 總討論

本研究采用變化覺(jué)察范式, 以正確率和腦電成分CDA及LPC作為評(píng)價(jià)指標(biāo), 旨在探討多特征刺激在視覺(jué)工作記憶中的存儲(chǔ)模式。通過(guò)雙色塊和單色塊的比較考察了特征數(shù)量對(duì)記憶資源分配的影響, 通過(guò)操控雙色塊的變化幅度考察了精度需求對(duì)記憶資源分配的影響。從行為結(jié)果上來(lái)看, 變化覺(jué)察的正確率隨特征數(shù)量和精度需求的增加而顯著降低。在腦電結(jié)果上, 后部腦區(qū)的CDA振幅隨特征數(shù)量的增加而增強(qiáng), 但不受精度需求的影響, 前部腦區(qū)的LPC振幅僅在雙色塊高精度條件下有顯著增強(qiáng), 在雙色塊低精度條件和單色塊條件間則無(wú)顯著差異。

4.1 視覺(jué)工作記憶資源分配是否受特征數(shù)量的影響

本研究通過(guò)控制同一項(xiàng)目?jī)?nèi)顏色的數(shù)量來(lái)操縱單個(gè)客體內(nèi)的特征數(shù)量, 從行為結(jié)果上來(lái)看, 得到了與前人一致的研究結(jié)論(Wheeler & Treisman,2002; Fougnie et al., 2010), 即變化覺(jué)察正確率隨著客體同一維度內(nèi)特征數(shù)量的增加而降低。但是, 由于行為結(jié)果的正確率同時(shí)受到來(lái)自編碼、保持和比較階段的影響, 在本實(shí)驗(yàn)中, 相比于單色塊, 雙色塊在提取比較階段要做出更多的決策, 這就說(shuō)明比較階段的差異有可能是造成正確率差異的原因之一。因此, 依據(jù)單純的行為結(jié)果并不能推出不同條件之間的差異是發(fā)生在記憶保持階段還是測(cè)驗(yàn)提取階段, 這就需要進(jìn)一步借助能夠直接測(cè)量到延遲階段大腦神經(jīng)活動(dòng)的ERPs數(shù)據(jù)來(lái)反映出真實(shí)的記憶資源分配情況。

以往研究表明, 在記憶半野對(duì)側(cè)后部腦區(qū)觀測(cè)到的CDA振幅不僅反映了視覺(jué)工作記憶中保持的項(xiàng)目數(shù)量(Vogel & Machizawa, 2004; Ikkai, McCollough,& Vogel, 2010; McCollough et al., 2007), 還會(huì)隨項(xiàng)目復(fù)雜程度的增加而增強(qiáng)(Luria et al., 2010; Gao et al., 2009)。這表明, CDA振幅可能反映了視覺(jué)工作記憶資源的分配。

當(dāng)前研究對(duì)CDA振幅的分析表明, 無(wú)論是部分變化還是整體變化, 雙色塊條件下的CDA振幅均高于單色塊, 即當(dāng)客體數(shù)量相同時(shí), 項(xiàng)目?jī)?nèi)同一維度特征數(shù)量的增加會(huì)引起CDA振幅的增強(qiáng)。這意味著, 特征數(shù)量會(huì)影響記憶資源的分配。在Luria和Vogel (2011)對(duì)多特征客體的研究中, 與當(dāng)前研究一致的是在相同的客體數(shù)量下雙色塊的CDA振幅高于單色塊, 但不同的是, 他們觀察到特征數(shù)量導(dǎo)致的CDA振幅差異隨著時(shí)間進(jìn)程逐漸減弱, 在延遲階段后期消失, 發(fā)生了特征間的捆綁, 而在本研究中雙色塊和單色塊的振幅差異并未出現(xiàn)消退。這可能是由于在他們的實(shí)驗(yàn)中, 刺激呈現(xiàn)時(shí)間較短(200 ms), 而被試為了減少記憶負(fù)擔(dān)就進(jìn)行了組塊記憶。因此似乎組塊的發(fā)生與否跟被試自身的控制有關(guān)。除此之外, 相比于本研究, Luria等人可能使用了更為相似的顏色作為刺激材料, 這也有可能成為組塊更容易發(fā)生的原因。盡管在實(shí)驗(yàn)1中發(fā)現(xiàn)特征數(shù)量的增多會(huì)使容量消耗增加, 但是由于不能說(shuō)明工作記憶資源是否存在資源的上限, 因此, 僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果并不能說(shuō)明工作記憶的存儲(chǔ)單位是特征。

實(shí)驗(yàn)2通過(guò)控制提取階段的提取線索考察了測(cè)驗(yàn)階段決策干擾對(duì)正確率的影響以及視覺(jué)工作記憶存儲(chǔ)單位問(wèn)題。首先, 兩種條件的正確率上無(wú)顯著差異這一結(jié)果表明, 行為結(jié)果上的正確率的差異并不是由測(cè)驗(yàn)階段的多次判斷干擾引起的。同時(shí),提示箭頭并沒(méi)有起到提示作用, 這就說(shuō)明視覺(jué)工作記憶在進(jìn)行項(xiàng)目存儲(chǔ)時(shí)并沒(méi)有把同一客體內(nèi)的兩個(gè)特征視作兩個(gè)獨(dú)立的部分, 而是將兩個(gè)特征連接為一個(gè)整體進(jìn)行存儲(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn), 加入提示條件將增加被試的反應(yīng)時(shí)間, 也就是說(shuō)線索不僅沒(méi)有起到提示作用, 反而破壞了項(xiàng)目的整體表征干擾了決策。這些結(jié)果共同表明了對(duì)多特征刺激的存儲(chǔ)并不是以割裂的特征的形式來(lái)進(jìn)行的, 而是以項(xiàng)目整體的形式來(lái)進(jìn)行的。這與之前大量支持視覺(jué)工作記憶的存儲(chǔ)單位是客體的研究也是一致的(Luck &Vogel, 1997; Luria & Vogel, 2011), 同時(shí)也為插槽模型提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。插槽模型的基本觀點(diǎn)認(rèn)為, 視覺(jué)工作記憶的存儲(chǔ)單位是客體, 客體內(nèi)部包含的特征無(wú)論多少都會(huì)自動(dòng)捆綁成客體進(jìn)行存儲(chǔ)。關(guān)于插槽模型, Zhang和Luck (2003)補(bǔ)充認(rèn)為, 雖然視覺(jué)工作記憶中的插槽數(shù)量是固定的, 但是特征較多、較為復(fù)雜的刺激可以獲得多于一個(gè)的插槽。因此,可以推測(cè)實(shí)驗(yàn)1中相等數(shù)量的雙色塊的CDA振幅值之所以會(huì)高于單色塊很可能是因?yàn)殡p色塊由于其特征數(shù)較多而獲得了多于一個(gè)的插槽。

4.2 視覺(jué)工作記憶資源分配是否受精度的影響

盡管特征數(shù)量的增加似乎會(huì)使記憶資源的消耗增多, 但在同樣的特征數(shù)量下, 精度需求的改變是否會(huì)影響記憶資源的分配呢？實(shí)驗(yàn)1通過(guò)控制測(cè)驗(yàn)階段可能發(fā)生變化的特征數(shù)量, 實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺(jué)工作記憶資源分配是否受精度影響問(wèn)題的探討。來(lái)自行為結(jié)果的數(shù)據(jù)表明, 高精度條件下的正確率要低于低精度條件。但是, 由于行為測(cè)量的局限性, 僅依據(jù)行為結(jié)果同樣不能說(shuō)明正確率的差異僅僅來(lái)自于精度表征對(duì)容量分配的影響。來(lái)自ERPs的數(shù)據(jù)表明, 在保持階段, 雙色塊高低精度條件下的CDA振幅沒(méi)有差異, 也就表明當(dāng)特征數(shù)量保持不變時(shí),精度需求的改變并沒(méi)有影響記憶資源的分配。

和以往的研究相比, 雖然實(shí)驗(yàn)1在精度表征的操控上使用了不同的方法, 但是仍然得到了較為一致的結(jié)果。為了考察單特征刺激的表征精度對(duì)記憶資源分配的影響, Ye等人(2014)操控了單色塊顏色的變化幅度, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)表征精度并不影響資源的分配。Zhang和Luck (2008)同樣使用顏色作為刺激材料, 在他們的研究中使用的實(shí)驗(yàn)方法將測(cè)量到的容量和精度相分離, 結(jié)果表明表征精度只會(huì)影響變化覺(jué)察任務(wù)的正確率而非記憶存儲(chǔ)容量。而為了探討多特征刺激的記憶資源分配是否受到表征精度的影響, 因此實(shí)驗(yàn)1選取了雙色塊, 并通過(guò)學(xué)習(xí)和測(cè)驗(yàn)階段色塊的變化幅度來(lái)操控表征精度, 同樣得到了與單特征刺激一致的結(jié)果。同樣, 在復(fù)雜刺激的研究中, Gao, Ding, Yang, Liang和Shui (2013)通過(guò)刺激的類(lèi)別間和類(lèi)別內(nèi)變化來(lái)控制被試的表征精度, 也證明了記憶資源的分配不受精度的影響。然而, 并沒(méi)有實(shí)驗(yàn)對(duì)多特征刺激的精度需求進(jìn)行直接的研究, 而當(dāng)前本實(shí)驗(yàn)則是給出了最直接的證據(jù)。關(guān)于表征精度不會(huì)影響視覺(jué)工作記憶資源的分配的原因, 插槽模型認(rèn)為, 視覺(jué)工作記憶存在一個(gè)受所能存儲(chǔ)的項(xiàng)目數(shù)量限制的容量上限, 或者說(shuō)是受可利用的插槽的限制。而當(dāng)插槽都被利用了之后,將不再會(huì)有信息進(jìn)入視覺(jué)工作記憶中。因此, CDA應(yīng)該只隨著所利用的插槽的增加而上升, 但不受表征精度的影響。因此, 在實(shí)驗(yàn)1中, 雖然被試在部分變化條件下提高了對(duì)項(xiàng)目的表征精度, 但是反映記憶資源分配的CDA振幅并未隨著表征精度的增加而改變。

實(shí)驗(yàn)1中對(duì)前額區(qū)LPC的分析結(jié)果則表明, 雙色塊部分變化的LPC振幅顯著強(qiáng)于雙色塊整體變化和單色塊條件, 而雙色塊整體變化和單色塊條件間則無(wú)顯著差異。因?yàn)榍邦~區(qū)的LPC被認(rèn)為與對(duì)工作記憶保持階段的自上而下的控制有關(guān)(Gao et al., 2011; Li et al., 2006), 雙色塊兩種精度條件間的差異表明, 在記憶多特征物體時(shí)對(duì)記憶表征的精度需求的提高誘發(fā)了對(duì)視覺(jué)工作記憶存儲(chǔ)的更強(qiáng)的自上而下的控制。具體來(lái)說(shuō), 較高的精度需求會(huì)促使被試去更努力地在記憶中保持住一個(gè)更精確地表征, 而這種“更努力地”狀態(tài)就體現(xiàn)為前額葉對(duì)后部腦區(qū)的更強(qiáng)的控制。同時(shí), 這一結(jié)果也表明了,當(dāng)前研究對(duì)于精度需求的操控是有效的, 排除了被試沒(méi)有意識(shí)到兩種條件間的差異而采取相同的態(tài)度對(duì)待兩種條件的試次從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作無(wú)效的可能性。對(duì)于LPC振幅在雙色塊部分變化和單色塊之間有顯著差異, 而在雙色塊整體變化和單色塊之間則未見(jiàn)差異這一結(jié)果, 我們認(rèn)為是因?yàn)楸M管雙色塊整體變化和單色塊條件間存在一定的難度差異, 但這種難度差異尚不足以誘發(fā)更多控制資源的投入。這在行為結(jié)果上表現(xiàn)為相對(duì)于雙色塊部分變化和單色塊條件間的正確率差異, 雙色塊整體變化和單色塊間的正確率差異相對(duì)較小。而在Gao等人(2011)研究中也已發(fā)現(xiàn), LPC的振幅會(huì)因任務(wù)難度的增加而增強(qiáng)。

4.3 總結(jié)與展望

當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 對(duì)于多特征刺激, 即使是任務(wù)難度較低的低精度條件下, 即只需要保存粗略的表征(整體變化), 但是記憶資源的消耗并不會(huì)因此減少。這與Gao等(2013)的研究中發(fā)現(xiàn)的記憶資源的消耗僅由記憶目標(biāo)的屬性所決定, 而與任務(wù)要求無(wú)關(guān)的結(jié)論是一致的。而低精度要求下在正確率上的提高則只是因?yàn)樵诜床钶^大的變化覺(jué)察任務(wù)的測(cè)驗(yàn)階段更容易做出正確的辨別。這與對(duì)復(fù)雜刺激的研究結(jié)果相吻合, 即對(duì)記憶-測(cè)驗(yàn)變化幅度上的改變并不會(huì)影響對(duì)復(fù)雜刺激的存儲(chǔ)(Awh et al.,2007; Gao et al., 2013)。

復(fù)雜刺激是一種典型的多特征刺激, 本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果與大量復(fù)雜刺激的研究也保持一致(沈模衛(wèi)等, 2009; Gao et al., 2013; Machizawa et al., 2012;Alvarez & Cavanagh, 2004; Wheeler & Treisman,2002)。例如, Gao等人(2013)的研究發(fā)現(xiàn), 對(duì)復(fù)雜刺激的CDA振幅在差異較大的類(lèi)別間變化和差異較小的類(lèi)別內(nèi)變化中同樣都會(huì)在兩項(xiàng)陣列條件下就達(dá)到上限值, 該結(jié)果表明復(fù)雜度會(huì)影響容量而精度需求不會(huì)影響容量。在本實(shí)驗(yàn)研究中使用多特征項(xiàng)目作為刺激材料同樣發(fā)現(xiàn), 特征數(shù)量對(duì)多特征項(xiàng)目的記憶資源分配的影響是與精度需求無(wú)關(guān)的。

基于這一結(jié)果我們可以推論, 復(fù)雜刺激之所以會(huì)誘發(fā)更強(qiáng)的CDA振幅似乎并非是因?yàn)閷?duì)復(fù)雜刺激的變化覺(jué)察需要更高的記憶精度, 而是因?yàn)閺?fù)雜刺激包含了更多的同一維度的特征(沈模衛(wèi)等,2009; Gao et al., 2009; Gao et al., 2013; Luria et al.,2010)。根據(jù)Awh等人(2007)的研究結(jié)果, 即無(wú)論存儲(chǔ)4個(gè)項(xiàng)目還是8個(gè)項(xiàng)目復(fù)雜刺激在類(lèi)別間變化試次中的正確率都與簡(jiǎn)單刺激相仿, 以及一些研究中顯示出來(lái)的在四項(xiàng)陣列中復(fù)雜刺激與簡(jiǎn)單刺激無(wú)顯著差異的CDA振幅的結(jié)果(Gao et al., 2009;Luria et al., 2010), 我們似乎可以猜測(cè)當(dāng)存儲(chǔ)較多個(gè)復(fù)雜刺激時(shí)(兩個(gè)以上)可能僅是存儲(chǔ)了每個(gè)項(xiàng)目的類(lèi)別特征, 即這一種類(lèi)的復(fù)雜刺激的普遍特征。這一存儲(chǔ)足以區(qū)分不同類(lèi)別的復(fù)雜刺激間的差異(比如一個(gè)隨機(jī)多邊形和一個(gè)漢字), 但并不足以區(qū)分同一類(lèi)別內(nèi)的刺激間的差異(比如兩個(gè)隨機(jī)多邊形)。然而, 盡管本實(shí)驗(yàn)證明了特征數(shù)量在存儲(chǔ)過(guò)程中的影響, 但是由于在實(shí)驗(yàn)中所使用的項(xiàng)目數(shù)不能測(cè)得兩類(lèi)不同項(xiàng)目類(lèi)型的容量極值, 因此并不能確定對(duì)多特征物體的容量會(huì)低于單特征物體。后續(xù)研究可利用CDA振幅與容量上限的關(guān)系, 通過(guò)增加陣列大小來(lái)比較不同精度條件下由CDA所反映的容量上限。

5 結(jié)論

本研究考察了多特征刺激在視覺(jué)工作記憶中的存儲(chǔ)模式, 從研究結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

(1)特征數(shù)量的增多則會(huì)導(dǎo)致更多記憶資源的消耗, 但不一定會(huì)導(dǎo)致更多控制資源的投入。

(2)在特征數(shù)量不變的情況下, 多特征物體的精度需求不會(huì)對(duì)容量分配造成影響, 但會(huì)導(dǎo)致更多可能與精度相關(guān)的控制資源的投入。

(3)視覺(jué)工作記憶的存儲(chǔ)單位是客體。

致謝：侯明珠、李兵兵對(duì)英文摘要進(jìn)行了修改, 在此表示感謝！

Alvarez, G. A., & Cavanagh, P. (2004). The capacity of visual short-term memory is set both by visual information load and by number of objects.

Psychological Science, 15

,106–111.

Anderson, D. E., Vogel, E. K., & Awh, E. (2011). Precision in visual working memory reaches a stable plateau when individual item limits are exceeded.

The Journal of Neuroscience, 31

(3), 1128–1138.

Awh, E., Barton, B., & Vogel, E. K. (2007). Visual working memory represents a fixed number of items regardless of complexity.

Psychological Science, 18

, 622–628.

Baddeley, A. (1992). Working memory.

Science, 255

(5044),556–559.

Bays, P. M., & Husain, M. (2008). Dynamic shifts of limited working memory resources in human vision.

Science,321

(5890), 851–854.

Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity.

Behavioral and Brain Sciences, 24

(1), 87–114.

Cowan, N. (2004).

Working memory capacity

. New York:Psychology Press.

Edin, F., Klingberg, T., Johansson, P., McNab, F., Tegnér, J., &Compte, A. (2009). Mechanism for top-down control of working memory capacity.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,106

(16), 6802–6807.

Fougnie, D., Asplund, C. L., & Marois, R. (2010). What are the units of storage in visual working memory?

Journal of Vision, 10

(12), 27.

Fuster, J. M., & Alexander, G. E. (1971). Neuron activity related to short-term memory.

Science, 173

(3997), 652–654.

Gao, Z. F., Ding, X. W., Yang, T., Liang, J. Y., & Shui, R. D.(2013). Coarse-to-Fine construction for High-Resolution representation in visual working memory.

PloS One, 8

,e57913.

Gao, Z. F., Li, J., Liang, J. Y., Chen, H., Yin, J., & Shen, M.(2009). Storing fine detailed information in visual working memory—Evidence from event-related potentials.

Journal of Vision, 9

(7), 17.

Gao, Z. F., Xu, X. T., Chen, Z. B., Yin, J., Shen, M. W., & Shui,R. D. (2011). Contralateral delay activity tracks object identity information in visual short term memory.

Brain Research, 1406

, 30–42.

Gao, Z. F., Yu, W. J., Xu, X. T.,Yin, J., Shui, R. D., & Shen, M.W. (2012). Contralateral delay activity: An ERP index measuring information stored in visual working memory.

Chinese Science Bulletin, 57

, 2806–2814, doi:10.1360/972012–728.

[高在峰, 郁雯珺, 徐曉甜, 尹軍, 水仁德, 沈模衛(wèi). (2012).對(duì)側(cè)延遲活動(dòng): 視覺(jué)工作記憶信息存儲(chǔ)的ERP指標(biāo).

科學(xué)通報(bào), 57

(30), 2806–2814.]

He, X., Zhang, W., Li, C., & Guo, C. (2015). Precision requirements do not affect the allocation of visual working memory capacity.

Brain Research, 1602

, 136–143.

Ikkai, A., McCollough, A. W., & Vogel, E. K. (2010).Contralateral delay activity provides a neural measure of the number of representations in visual working memory.

Journal of Neurophysiology, 103

, 1963–1968.

Kusak, G., Grune, K., Hagendorf, H., & Metz, A. M. (2000).Updating of working memory in a running memory task:An event-related potential study.

International Journal of Psychophysiology, 39

, 51–65.

Li, X., Li, X., & Luo, Y. J. (2006). Differential influences of negative emotion on spatial and verbal working memory:Evidence from event-related potential and source current density analysis.

NeuroReport, 17

, 1555–1559.

Luck, S. J., & Vogel, E. K. (1997). The capacity of visual working memory for features and conjunctions.

Nature,390

(6657), 279–281.

Luria, R., Sessa, P., Gotler, A., Jolicoeur, P., & Dell'Acqua, R.(2010). Visual short-term memory capacity for simple and complex objects.

Journal of Cognitive Neuroscience, 22

,496–512.

Luria, R., & Vogel, E. K. (2011). Shape and color conjunction stimuli are represented as bound objects in visual working memory.

Neuropsychologia, 49

, 1632–1639.

Machizawa, M. G., Goh, C. C. W., & Driver, J. (2012). Human visual Short-term memory precision can be varied at will when the number of retained items is low.

Psychological Science, 23

, 554–559.

McCollough, A. W., Machizawa, M. G., & Vogel, E. K. (2007).Electrophysiologicalmeasures of maintaining representations in visual workingmemory.

Cortex, 43

, 77–94.

McNab, F., & Klingberg, T. (2008). Prefrontal cortex and basal ganglia control access to working memory.

Nature Neuroscience, 11

, 103–107.

Roggeman, C., Klingberg, T., Feenstra, H. E., Compte, A., &Almeida, R. (2014). Trade-off between capacity and precision in visuospatial working memory.

Journal of Cognitive Neuroscience, 26

(2), 211–222.

Rouder, J. N., Morey, R. D., Morey, C. C., & Cowan, N.(2011). How to measure working memory capacity in the change detection paradigm.

Psychonomic Bulletin & Review,18

, 324–330.

Rouder, J. N., Morey, R. D., Speckman, P. L., & Province, J.M. (2012). Default Bayes factors for ANOVA designs.

Journal of Mathematical Psychology, 56

, 356–374.

Rouder, J. N., Speckman, P. L., Sun, D., Morey, R. D., & Iverson,G. (2009). Bayesian t tests for accepting and rejecting the null hypothesis.

Psychonomic Bulletin & Review, 16

, 225–237.

Semlitsch, H. V., Anderer, P., Schuster, P., & Presslich, O.(1986). A solution for reliable and valid reduction of ocular artifacts, applied to the P300 ERP.

Psychophysiology, 23

,695–703.

Shen, M. W., Xu, Q., Gao, Z. F., Yu, Y., Yin, J., Sun, Z. Q., &Shui, R. D. (2009). Object complexity influences the number of objects stored in visual working memory.

Chinese Journal of Applied Psychology, 15

, 3–9.

[沈模衛(wèi), 徐青, 高在峰, 余喻, 尹軍, 孫忠強(qiáng), 水仁德.(2009). 客體復(fù)雜度影響工作記憶可存儲(chǔ)的客體數(shù)目.

應(yīng)用心理學(xué),15

, 3–9.]

Sperling, G. (1960). The information available in brief visual presentations.

Psychological Monographs: General and Applied, 74

(11), 1–29.

Vogel, E. K., & Machizawa, M. G. (2004). Neural activity predicts individual differences in visual working memory capacity.

Nature, 428

, 748–751.

Vogel, E. K., McCollough, A. W., & Machizawa, M. G.(2005). Neural measures reveal individual differences in controlling access to working memory.

Nature, 438

(7067),500–503.

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

, 92–114.

Voytek, B., & Knight, R. T. (2010). Prefrontal cortex and basal ganglia contributions to visual working memory.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,107

, 18167–18172.

Wheeler, M. E., & Treisman, A. M. (2002). Binding in short-term visual memory.

Journal of Experimental Psychology:General,131

, 48–64.

Ye, C., Zhang, L., Liu, T., Li, H., & Liu, Q. (2014). Visual working memory capacity for color is independent of representation resolution.

PLoS ONE, 9

(3), e91681. doi:10.1371/journal.pone.0091681

Zhang, W. W., & Luck, S. J. (2003). Slot-like versus continuous representations in visual working memory.

Journal of Vision, 3

, 681. doi: 10.1167/3.9.681

Zhang, W., & Luck, S. J. (2008). Discrete fixed-resolution representations in visual working memory.

Nature, 453

,233–235.