表面特征變化方式對客體連續(xù)性表征的影響

蔣懷濱,李　強,鐘財秀,鮮小竹

(福建師范大學(xué) 福清分校應(yīng)用心理學(xué)研究所,福建 福州　350300)

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表面特征變化方式對客體連續(xù)性表征的影響

蔣懷濱,李強,鐘財秀,鮮小竹

(福建師范大學(xué) 福清分校應(yīng)用心理學(xué)研究所,福建 福州350300)

摘要：基于客體回溯范式，探究表面特征變化方式對客體連續(xù)性表征的作用。實驗1和實驗2均采用3(變化方式：不變、漸進(jìn)變化、隨機變化)×2(客體條件：同客體、異客體)混合實驗設(shè)計，分別考察形狀與面積維度的變化方式(不變、漸進(jìn)變化、隨機變化)對客體預(yù)覽利化效應(yīng)的影響。結(jié)果顯示：實驗1和實驗2，在特征不變條件下客體預(yù)覽利化效應(yīng)均顯著，而在特征變化條件下(漸進(jìn)變化或隨機變化)，該效應(yīng)被顯著削弱甚至消失。該結(jié)果說明表面特征變化方式對客體連續(xù)性表征的維持有重要影響。

關(guān)鍵詞：客體檔案; 特征變化; 客體連續(xù)性表征

0引言

相較于靜態(tài)客體，動態(tài)客體的知覺表征過程具有一定的獨特性。在現(xiàn)實視覺環(huán)境中，客體和觀察者都可能會運動?？腕w的形狀、大小、顏色與亮度等表面特征可能會在運動中發(fā)生變化，甚至?xí)粫簳r遮擋，與此同時觀察者在觀察過程中還會發(fā)生眨眼或眼跳，但人的視覺系統(tǒng)卻能夠輕松地處理復(fù)雜多變的客體時空信息和表面特征信息以適應(yīng)動態(tài)視覺環(huán)境，維持客體表征的對應(yīng)性，這一過程被稱為客體連續(xù)性表征(Persisting Object Representation)[1]。目前此方向的研究已成為認(rèn)知心理學(xué)和人工智能領(lǐng)域的研究熱點。

Kahneman等人提出了客體檔案理論(object files)來揭示人類視覺系統(tǒng)對運動客體的連續(xù)性表征加工機制。客體檔案整合客體在運動變化時的各種情景信息以形成相應(yīng)一致而連續(xù)的知覺過程[2,3]。他們設(shè)計了客體回溯范式(object reviewing paradigm)證實這一理論。該范式的一般模式如下：首先呈現(xiàn)兩個鏈接框，每個鏈接框內(nèi)閃現(xiàn)一個預(yù)覽字符。隨后鏈接框開始運動，運動停止時，目標(biāo)字符出現(xiàn)在某一框中，這時要求被試迅速判斷目標(biāo)字符是否為之前出現(xiàn)過的預(yù)覽字符并作出反應(yīng)。按照客體檔案理論的假設(shè)，當(dāng)目標(biāo)字符出現(xiàn)在其過去出現(xiàn)過的鏈接框內(nèi)時為同客體條件(same object)，此條件下被試的反應(yīng)時最短，因為之前客體檔案內(nèi)的歷史信息使被試節(jié)約了重建客體檔案的時間。而目標(biāo)字符出現(xiàn)在其他鏈接框內(nèi)時為異客體條件(different object)，被試此時要組建新客體檔案來實現(xiàn)字符再認(rèn)，因此花費時間較長。同客體條件的反應(yīng)時快于異客體條件的反應(yīng)時的現(xiàn)象被稱為客體預(yù)覽利化效應(yīng)(object-specific preview benefit , OSPB)，兩種條件下的反應(yīng)時之差為該效應(yīng)的效應(yīng)量(effect size)。根據(jù)客體檔案理論，客體連續(xù)性表征包含“對應(yīng)”、“回溯”與“填充”3個加工過程?！皩?yīng)”(correspondence)操作指視覺認(rèn)知系統(tǒng)以時空條件上連續(xù)與否作為線索來區(qū)分當(dāng)前客體是否為之前的舊客體；“回溯”(reviewing)操作為視覺系統(tǒng)對先前客體的特征信息進(jìn)行提??；“填充”(impletion)操作即視覺系統(tǒng)綜合當(dāng)前視覺信息和歷史線索，形成相關(guān)客體是否連續(xù)運動的知覺表征。Kahneman等人的研究認(rèn)為，對應(yīng)操作是客體檔案的關(guān)鍵加工過程，同時此操作僅取決于時空線索而不受客體表面特征的影響。他們也發(fā)現(xiàn)，僅操縱顏色特征進(jìn)行實驗無法產(chǎn)生OSPB。Mitroff和Alvarez在之后的實驗中系統(tǒng)考察了各類客體表面特征以及他們的組合(顏色、形狀、面積、亮度和拓?fù)涮卣?是否對客體連續(xù)性表征形成起作用[4]。結(jié)果得出，連接預(yù)覽階段和目標(biāo)階段的運動狀態(tài)是產(chǎn)生客體預(yù)覽利化效應(yīng)的關(guān)鍵因素，而單獨的表面特征因素?zé)o法產(chǎn)生客體預(yù)覽利化效應(yīng)。其他研究者也持有時空連續(xù)性對客體連續(xù)性表征起主導(dǎo)作用的觀點[5,6]。

盡管客體檔案的理論及其實驗證據(jù)都傾向于強調(diào)時空線索而非表面特征在客體連續(xù)性表征中的作用，但先前研究者之所以未發(fā)現(xiàn)客體連續(xù)性表征受表面特征影響的相關(guān)結(jié)果，究其原因很可能在于他們忽視了靜態(tài)特征和動態(tài)特征變化的差異。一方面，Mitroff等人的研究為客體連續(xù)性表征不受表面特征影響這一觀點提供了直接證據(jù)。但在其研究中用于確定不同客體的各類表面特征組合都是靜態(tài)表面特征，同時該研究的兩種實驗條件不匹配。在其實驗的時空條件中，是時空線索與表面特征都是連續(xù)的，但在特征條件下，表面特征仍然連續(xù)而時空線索卻不連續(xù)，因此兩個實驗條件是不可比的。這說明時空線索連續(xù)時，表面特征信息或許可以作為形成并維持連續(xù)性表征的線索。另一方面，在真實的生態(tài)情景中，物體特征常常和位置一樣會發(fā)生動態(tài)變化。比如，物體在視網(wǎng)膜上投射的形狀或面積會隨著觀察距離變化或者物體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生動態(tài)變化。因此，對在這些表面特征維度上的變化方式信息是否影響客體連續(xù)性表征的問題有必要進(jìn)行深入探究?？腕w的特征從運動起始狀態(tài)到結(jié)束狀態(tài)的變化方式有3種可能情況：特征不變、特征漸進(jìn)動態(tài)變化和特征隨機動態(tài)變化。綜合以上分析，本研究推測表面特征維度上的變化方式或許會影響客體連續(xù)性表征。

1實驗1形狀變化方式對客體連續(xù)性表征的影響

1.1方法

1.1.1被試

32名大學(xué)生參加了本實驗，平均年齡20.7歲，其中有男性11人。所有被試視力或矯正視力正常。參與3種實驗條件(形狀不變、形狀漸進(jìn)變化和形狀隨機變化)的人數(shù)分別為11名、10名和11名。

1.1.2實驗設(shè)計

本實驗采用3(變化方式：不變、漸進(jìn)變化、隨機變化)×2(客體條件：同客體、異客體)混合實驗設(shè)計，其中變化方式為被試間設(shè)計，客體條件為被試內(nèi)設(shè)計。每個實驗試次記錄被試的反應(yīng)時和反應(yīng)正誤。

1.2設(shè)備、刺激和程序

單次試驗流程如圖1所示。在形狀不變條件下，主試說明指導(dǎo)語后，被試按任意鍵開始。兩個圓框在水平或豎直方向呈現(xiàn)，兩框圓心相距5.56°。500ms后兩個框內(nèi)分別出現(xiàn)1個預(yù)覽字符，預(yù)覽字符呈現(xiàn)500ms后消失，200ms后圓框開始順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)。圓框在600ms后運動到豎直或水平狀態(tài)并靜止，同時某個框內(nèi)出現(xiàn)目標(biāo)字符。要求被試在保證準(zhǔn)確率的前提下盡快判斷目標(biāo)字符是否為之前出現(xiàn)過的兩個預(yù)覽字符之一，如果出現(xiàn)過，按“f”鍵反應(yīng)，否則按“j”鍵反應(yīng)。上述呈現(xiàn)方向、旋轉(zhuǎn)方向、呈現(xiàn)位置均做隨機化處理。

圖1　形狀不變條件流程圖Fig.1　Shape invariant condition flow chart

形狀漸進(jìn)變化條件和隨機變化條件的實驗流程與形狀不變條件基本相同，3者僅在圓框運動方式上存在差異。形狀不變條件中，圓框運動時其形狀始終保持初始狀態(tài);而形狀漸進(jìn)變化條件中，圓框在36幀連續(xù)動畫里，其橫向或縱向直徑以每2幀增加0.1°的小步增幅，從1.48°變化到3.28°，另一方向直徑不變，圓框由圓形最終變化為橢圓形;形狀隨機變化條件中，圓框在36幀連續(xù)動畫里，其橫向或縱向直徑每隔4幀變化1次(變化方向)。除第1幀為直徑1.48°的圓，余下的每次變化中橢圓橫向或縱向直徑大小都從 1.48°、1.68°、1.88°、2.08°、2.28°、2.48°、2.68°、2.88°、3.08°、3.28°中隨機抽取，另一方向直徑不變。在隨機變化條件的同1個試次中，每次圓框直徑變化的方向均保持一致。2種實驗條件下直徑的變化方向均做隨機化處理。

1.3結(jié)果與分析

被試的總體正確率較高(M=91.35%,SD=3.76%)，對形狀不變條件(M=90.45%,SD=3.63%)、形狀漸進(jìn)變化條件(M=90.89%,SD=4.16%)和形狀隨機變化條件的正確率(M=92.66%,SD=3.48% )進(jìn)行單因素方差分析，表明3種條件之間不存在顯著差異(F(2, 29)=1.058,p=0.36)。

剔除反應(yīng)錯誤數(shù)據(jù)以及每名被試超出其自身反應(yīng)時分布上下3個標(biāo)準(zhǔn)差的試次數(shù)據(jù)后，其余數(shù)據(jù)用于后續(xù)反應(yīng)時分析(結(jié)果見圖2)。首先對反應(yīng)時數(shù)據(jù)進(jìn)行1個3(變化方式：不變、漸進(jìn)變化、隨機變化)×2(客體條件：同客體、異客體)的混合方差分析(變化方式作為被試間變量，客體條件為被試內(nèi)變量)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，形狀變化方式的主效應(yīng)不顯著(F(2,29)= 0.148,p=0.662)，客體條件的主效應(yīng)顯著(F(2,29)=18.697,p=0.000,η2=0.392)，變化方式和客體條件的交互作用同樣顯著(F(2,29)=4.489,p=0.020,η2=0.236)。這說明不同形狀變化方式下的OSPB效應(yīng)量可能存在差異。對3種形狀變化方式下的OSPB進(jìn)行進(jìn)一步的簡單效應(yīng)分析后得出，在形狀不變實驗條件中，該效應(yīng)(OSPB=69.66ms)顯著(p=0.000)；但是在形狀漸進(jìn)變化實驗條件中，客體預(yù)覽利化效應(yīng)(OSPB=16.18ms)幾近消失(p=0.277)；在形狀隨機變化實驗條件中，該效應(yīng)(OSPB=20.17ms)同樣不顯著(p=0.158)。盡管都存在OSPB效應(yīng)，但是漸進(jìn)變化與隨機變化顯著小于不變條件，可見客體形狀維度上的變化方式對客體連續(xù)性表征有重要影響。

圖2　實驗1各條件反應(yīng)時Fig.2　Experiment 1 when the reaction time

2實驗2面積變化方式對客體連續(xù)性表征的影響

2.1方法

2.1.1被試

42名大學(xué)生參加了本實驗，平均年齡20.6歲，其中有男性10人。所有被試視力或矯正視力正常。參與3種實驗條件(面積不變、面積漸進(jìn)變化和面積隨機變化)的人數(shù)分別為12名、14名和16名。

2.1.2實驗設(shè)計

本實驗采用3(變化方式：不變、漸進(jìn)變化、隨機變化)×2(客體條件：同客體、異客體)混合實驗設(shè)計，其中變化方式為被試間設(shè)計，客體條件為被試內(nèi)設(shè)計。每個實驗試次記錄被試的反應(yīng)時和反應(yīng)正誤。

2.2設(shè)備，刺激和程序

實驗設(shè)備、刺激和程序與實驗1基本相同，兩者僅在圓框的運動狀態(tài)上存在差異。在實驗1，圓框只一個方向上(橫向或縱向)的直徑發(fā)生變化造成形狀維度上的改變，而在實驗2中的圓框運動過程中，其直徑在2個方向上同時變化造成面積維度上的改變。面積不變條件下的圓框運動狀態(tài)與實驗1形狀不變條件相同。面積漸進(jìn)變化條件下，圓框在36幀連續(xù)的動畫里，其直徑以每2幀增加 0.16°的小步增幅，從1.48°變化到4.36°。在面積隨機變化條件下，圓框在36幀連續(xù)的動畫里其直徑每4幀變化1次，每次變化的直徑在0.15°、0.3°、0.45°、0.6°、1.48°、2.96°、3.40°、3.85°、4.36°中隨機抽取。其中每個試次的第1幀為原始大小(1.48°)，最后1幀在2.96°、3.40°、3.85°、4.36°中抽取。

2.3結(jié)果與分析

被試的總體正確率較高(M=91.66%，SD=3.77%)，對面積不變條件(M=91.04%，SD=4.02%)、面積漸進(jìn)變化條件(M=92.27%,SD=4.80%)和面積隨機變化條件的正確率(M=91.60%,SD=2.52%)進(jìn)行單因素方差分析，表明3種條件之間不存在顯著差異(F(2, 39)=0.335,p=0.717)。

對反應(yīng)時數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后(方法同實驗1，結(jié)果見圖3)，對反應(yīng)時進(jìn)行1個3(變化方式：不變、漸進(jìn)變化、隨機變化)×2(客體條件：同客體、異客體)的混合方差分析(變化方式作為被試間變量，客體條件為被試內(nèi)變量)。變化方式的主效應(yīng)顯著(F(2, 39)=5.255,p=0.010)?？腕w條件的主效應(yīng)顯著(F(2, 39)=24.038,p=0.000,η2=0.381)。面積變化方式和客體條件之間的交互作用同樣顯著(F(2, 39)=7.141,p=0.002,η2=0.268)。這說明不同面積變化方式下的OSPB效應(yīng)量可能不同。為此，對3種形狀變化方式下的OSPB進(jìn)行進(jìn)一步的簡單效應(yīng)檢驗。在面積不變實驗條件中，該效應(yīng)(OSPB=65.41ms)顯著(p=0.000)；但是在面積漸進(jìn)變化實驗條件中，客體預(yù)覽利化效應(yīng)(OSPB=11.77ms)幾近消失(p=0.282)；在面積隨機變化實驗條件中，該效應(yīng)(OSPB=14.95ms)同樣不顯著(p=0.146)。盡管都存在OSPB效應(yīng)，但是漸進(jìn)變化與隨機變化顯著小于不變條件，可見客體面積維度上的變化方式對客體連續(xù)性表征有重要影響。

圖3　實驗2各條件反應(yīng)時Fig.3　Experiment 2 when the reaction time

3討論

先前研究者對于表面特征線索是否在客體連續(xù)性表征的維持中起作用始終存在爭論。不少學(xué)者認(rèn)為客體連續(xù)性表征是在客體時空特性的基礎(chǔ)上建立起來的，客體連續(xù)性依賴于客體的時空連續(xù)性，表面特征線索幾乎不起作用[2,4,5]，這一看法被稱作強時空假設(shè)。并且以往研究者關(guān)于客體連續(xù)性表征的研究大多只關(guān)注時空信息或表面特征對這一過程的影響，卻忽略了表面特征變化方式所起的作用。然而人類的視網(wǎng)膜圖像經(jīng)常會因遮擋、身體運動、物體運動或者眼睛的自發(fā)眼跳而暫時中斷，當(dāng)視網(wǎng)膜圖像被打斷時，前后圖像既可能發(fā)生位移，也可能發(fā)生形狀、面積等特征變化，因此人的客體連續(xù)性知覺需要考慮時空連續(xù)與表面特征變化方式的共同影響。

基于這一考慮，本研究采用客體回溯范式，在保證刺激于時空屬性上連續(xù)運動的情況下對客體的兩種基本表面特征屬性(形狀和面積)的變化方式(不變、漸進(jìn)變化與隨機變化)進(jìn)行操縱。結(jié)果表明，在特征(形狀或面積)不變條件下均獲得了顯著的OSPB效應(yīng)，但特征(形狀或面積)以漸進(jìn)或隨機方式變化時，OSPB效應(yīng)被顯著削弱甚至消失。說明時空線索并非是維持客體連續(xù)性的唯一線索，表面特征變化方式對客體連續(xù)性的維持具有一定的作用。其他研究者新近的實驗也得到了相似的結(jié)果。Feldman和Tremoulet 基于修訂過的碰撞/連續(xù)范式檢驗了特征變化對于特定客體知覺的作用[7]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在特征不變條件下，觀察者通常知覺到連續(xù)運動，但當(dāng)特征變化的程度較大時，觀察者通常報告其知覺到碰撞。也就是說，當(dāng)特征發(fā)生變化時，觀察者有選擇特征變化最少的運動路徑來形成相應(yīng)的客體連續(xù)性表征的偏好。Moore等人認(rèn)為，即使客體時空線索連續(xù)，觀察者的連續(xù)性表征仍然會因突然改變客體特征(如大小)而被中斷，使觀察者認(rèn)為先、后兩個客體不同[8,9]。Gordon和Volmer的研究結(jié)果表明，當(dāng)客體顏色特征成為辨別客體的重要線索時，改變客體顏色會中斷客體連續(xù)性表征。反之，其變化對該客體的連續(xù)性表征不起作用[10]。這也在一定程度上證明了表面特征變化方式在客體連續(xù)性表征中有一定作用。另外，其他研究者在多客體追蹤范式下發(fā)現(xiàn)碰撞情景中的特征變化也會影響客體連續(xù)性表征[11]。

Richard[12]等人提出的弱時空假設(shè)(weak spatiotemporal hypothesis)可以解釋這一系列結(jié)果。根據(jù)該假設(shè)，時空線索在客體連續(xù)性表征中占主導(dǎo)優(yōu)勢，視覺系統(tǒng)優(yōu)先以時空線索來實現(xiàn)客體連續(xù)性表征。但是，在時空信息不明確甚至難以獲取時，視覺系統(tǒng)無法僅靠這一線索建立客體對應(yīng)關(guān)系，表面特征信息可以作為補充線索用于形成和維持客體連續(xù)性表征。許百華等人[13]采用環(huán)形隧道范式實驗發(fā)現(xiàn)，時空信息不明確時，顏色特征信息可以成為實現(xiàn)客體連續(xù)性表征的線索；時空信息明確時，時空信息是客體連續(xù)性表征的主要線索，同時這一過程也受顏色特征信息的部分影響。另有一些近期的研究也支持這一假設(shè)[14-19]。該研究結(jié)果在一定程度上可以驗證弱時空假設(shè)。

通過研究客體回溯再認(rèn)任務(wù)，可以推測客體檔案表征中，對客體連續(xù)性知覺所依賴的線索是多變靈活而非機械的。在本研究的客體回溯任務(wù)中，盡管客體在物理層面上保持時空連續(xù)性，但由于客體表面特征的變化(如漸進(jìn)變化、隨機變化)，被試心理層面上的客體連續(xù)性知覺會被中斷。也就是說，特征連續(xù)變化相較于時空連續(xù)變化，更容易被視覺認(rèn)知系統(tǒng)所捕獲，從而成為連續(xù)性表征加工的主導(dǎo)線索。這一結(jié)果意味著，在任務(wù)要求不同或環(huán)境變化條件下，視覺系統(tǒng)很可能會選擇最有利于形成和維持表征連續(xù)性的有關(guān)線索進(jìn)行加工。正是客體連續(xù)性表征的這種靈活性，人們才得以較好地不斷適應(yīng)多變的環(huán)境。

4結(jié)論

本研究采用客體回溯范式，探索了客體表面特征的變化方式對于客體連續(xù)表征維持的影響。兩個實驗獲得了一致的結(jié)論，即在客體特征不變的條件下，客體連續(xù)性表征得以維持，但是當(dāng)客體特征發(fā)生連續(xù)變化時，即使時空條件上是連續(xù)的，被試的連續(xù)性知覺也會被打斷。該結(jié)果說明表面特征變化方式對客體連續(xù)性表征具有一定的影響。

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文章編號：1004—5570(2016)01-0109-06

收稿日期：2015-09-01

基金項目：教育部人文社科一般項目(14YJC190010)

作者簡介：蔣懷濱(1982-),男,碩士,副教授,研究方向:應(yīng)用心理學(xué),E-mail:jianghuaibin@126.com.

中圖分類號：B841.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

The effect of surface feature change way in persisting object representation

JIANG Huaibin,LI Qiang,ZHONG Caixiu,XIAN Xiaozhu

(Institute of Applied Psychology in School of Education, Fuqing Branch of Fujian Normal University,Fuzhou,Fujian 350300,China)

Abstract:Based on object reviewing paradigm, the effect of surface feature change way in persisting object representation was studied. The 3(change way: no-change, gradual-change, random-change) × 2(object condition: same object, different object) mixed experimental design was used in Experment 1 and Experment 2, respectively observe the effects of the changing way of shape and area dimensions(no change, gradual change, random change) on Object-Specific Preview Benefit(OSPB).Results:In Experiment 1 and Experiment 2,significant OSPB was found in the no-change condition,but OSPB in the gradual-change condition and the random-change condition was significantly reduced or even disappeared.The results show that the change of surface features is important to the persisting object representation.

Key words:object files; feature change; persisting object representation