變化盲視：基于言語編碼還是視覺編碼的短時記憶？

曾嘉鴻　陸愛桃　連松洲　洪秀秀

（華南師范大學心理應用研究中心暨心理學院，心理健康與認知科學廣東重點實驗室，廣東省突發(fā)事件心理援助應急技術研究中心，廣州 510631）

變化盲視：基于言語編碼還是視覺編碼的短時記憶？

曾嘉鴻陸愛桃連松洲洪秀秀

（華南師范大學心理應用研究中心暨心理學院，心理健康與認知科學廣東重點實驗室，廣東省突發(fā)事件心理援助應急技術研究中心，廣州 510631）

為了考察變化盲視是基于言語編碼還是視覺編碼的短時記憶機制，本研究使用了無意義客體圖形以避免個人對圖形進行言語編碼，從而驗證在無意義圖形中是否可獲得Mondy和Coltheart的研究結果：“消失”條件下的變化檢測與變化識別正確率成績高于“出現(xiàn)”條件，而“出現(xiàn)”條件下的正確率高于“位置改變”條件。本研究的結果顯示：在變化檢測任務中，“出現(xiàn)”與“消失”條件下的正確率均高于“位置改變”，反應時也顯著短于“位置改變”，而兩者之間無論在正確率還是反應時上均無顯著差異；在變化識別任務中，“出現(xiàn)”和“消失”條件的正確率高于“位置改變”條件。本研究的結果不支持Mondy和Coltheart所提出的變化盲視中的言語編碼機制，而認為視覺編碼形成了短時記憶才是變化盲視的主要機制。

變化盲視；變化檢測；變化識別；無意義圖形

1　問題提出

變化盲（Change Blindness，CB）即人們無法覺察到事物變化的現(xiàn)象。有別于感覺閾限，變化盲指的是對于明顯變化的不知覺，而不是對無法感覺到的刺激的遲鈍反應。根據(jù)發(fā)生的通道不同，變化盲可分為變化盲視［1］、變化盲觸［2］、變化盲聽［3］，以及發(fā)生在多通道交叉模式下的變化探測失敗現(xiàn)象。

變化盲視是生活中最為常見的現(xiàn)象，即觀察者不能檢測到視覺情境中的明顯變化［4］。最廣為人知的是 Simons和Levin在美國康奈爾大學做的一個實驗：一個陌生人向觀察者問路，當觀察者正要指路時，一群人從觀察者與這個陌生人中間穿過，等這群人走開時，這個問路的陌生人已替代為另一個人。在參加實驗的15位觀察者中只有8位正確報告了這一顯而易見的變化。Simons和Levin認為，人們對某個視覺刺激的選擇性注意會使得他/她對其它未注意刺激產(chǎn)生功能性盲視。也就是說，當注意沒有指向可見的視覺刺激時經(jīng)常覺察不到刺激［5］。

對于變化盲視出現(xiàn)的原因，不同的研究者提出了不同的產(chǎn)生機制［6］。目前最為熟知的是以下五種模型：覆蓋模型（Overwriting model），第一印象模型（First impression model），無存儲模型（“Nothing is stored”model），無比較模型（“Nothing is compared”model）和特征整合模型（Feature combination model）。覆蓋模型認為，前一個視覺印象會被新的視覺印象所替代。我們對所有視覺刺激的感受只受最近的視覺刺激狀態(tài)的影響，而與之前的刺激狀態(tài)無關。也就是說，如果沒有對先前的視覺印象作深入的加工與記憶，那么先前的視覺印象就會自然消退，對視覺的印象僅停留在當前的感覺基礎上。覆蓋模型可以解釋很多視知覺掩蔽的研究結果。根據(jù)覆蓋模型，變化檢測的過程實際是考驗記憶的過程，如果記憶力足夠強，則不會發(fā)生變化盲視。

第一印象模型認為觀察者能對舊視覺刺激的特征進行精確的編碼，但卻無法對變化后情景的細節(jié)進行編碼。因此，當描述前后發(fā)生了變化的事物時，人們會遵循“第一印象”的原則。這個模型得到了一些研究結果的支持。例如，有些無法檢測到中心物體變化的觀察者傾向于報告這個物體的最初形象而不是變化后的形象［5，7］。另外，在一個以表演者為知覺對象的變化盲視實驗中，有70%的觀察者選擇了最初的表演者為他們觀察到的對象［8］。第一印象模型認為，知覺的一個主要目的是理解我們所處環(huán)境中的刺激的意義與重要性。為了盡快地適應新環(huán)境，人們就會選擇性地忽略某些他們認為理所當然不會改變的細節(jié)，轉而加工那些重要的特征［7，9-12］；而且由于人的認知資源有限，為了使有限的認知資源得到最大程度的利用，也必須放棄對一些相對不那么重要的信息進行加工。例如，當我們在看一個動作片時，我們在先前的劇情中已經(jīng)知道了主角的相貌特征，那么在進入武打場面時，我們就不會浪費有限的注意資源去加工他的相貌特征，而會去關注主角的動作走向與周圍環(huán)境的變化。

無儲存模型認為，對于我們所觀測到的現(xiàn)實世界，其本質就是一個記憶庫，當刺激從我們眼前消失時，只有那些已經(jīng)被我們大腦抽象化后的信息才會保留下來。也就是說，保留在我們腦中的印象既不是變化前的場景，也不是變化后的場景本身，而是與我們的加工有關的模糊場景。

無存儲模型認為無論是變化前還是變化后的情景都與我們內在的記憶過程無關。相反的，第四個模型——無比較模型則認為，我們的確看到了兩個不同的圖片，即使這兩個不同的圖片是互相矛盾的，但是認知系統(tǒng)會自動地將其當成是一個連續(xù)的過程。有研究表明，一個人是可以堅定地擁有兩種不同的信念而沒有意識到其實這兩種信念本身是相互矛盾的。當他們被告知這種矛盾時，才會意識到自相矛盾并尋找解決辦法。然而，他們是不會自發(fā)地意識到這種矛盾的，除非注意被強制轉移到這上面。這個模型指出，即使觀察者記住了變化前后的所有細節(jié)，觀察者也有可能無法察覺到這種變化［13］。在現(xiàn)實生活中，我們看到的大部分場景都是連續(xù)的，理性會告訴人們物品不會憑空消失，也不會憑空出現(xiàn)。因此，人們也不會將認知資源投入到這種不可能發(fā)生的事情上。

特征整合模型認為，我們對變化情景形成的整體印象會同時取決于變化前與變化后的情景，即部分特征來自于變化前，部分來自于變化后。但這個模型只適用于前后變化不大的情景。例如，變化前是男性，變化后是女性，則很難對此變化進行整合。由于覆蓋模型認為最近時間觀察到的現(xiàn)象決定了觀察者對整個情景的印象，第一印象模型則認為最開始時印象才起決定性作用?？梢姡卣髡夏Ｐ褪沁@兩個模型的折中版本。

在變化盲視中，觀察者不能檢測到視覺情景中的明顯變化，這些變化可以進一步細分為以下類型：“消失”“出現(xiàn)”“位置改變”“顏色改變”等。早期有許多研究指出，不同類型的變化，變化盲視發(fā)生的程度也有所不同。綜合來說，一個對象的“出現(xiàn)”或“消失”比“位置改變”和“顏色改變”更易被探測。Mondy和Coltheart也發(fā)現(xiàn)，不同變化類型對變化檢測與變化類型識別（change identification）的正確率有影響，即“消失”條件下變化檢測與變化識別（81%，66%）的正確率比“出現(xiàn)”條件下高（66%，51%），“出現(xiàn)”條件下又比“顏色改變”條件下（57%，43%）高，而“位置改變”條件下（53%，31%）最低［14］。

覆蓋模型認為：感覺記憶會被新刺激覆蓋，所以被試要成功檢測前后兩個畫面的變化必須將前一個畫面的感覺記憶轉為短時記憶，以比較前后兩個畫面，而沒能轉為短時記憶的那部分信息就會發(fā)生變化盲視［4，15］。Mondy和Coltheart進一步提出：在“消失”條件下，第二個場景中被刪除的圖片存在于第一個場景中，被試在對第一個畫面進行加工時會對它進行言語編碼并轉為短時記憶。而在“出現(xiàn)”條件下，第二個場景憑空出現(xiàn)的對象并沒有在第一個場景中出現(xiàn)過，而無法轉為短時記憶。因此，“消失”的變化檢測與識別成績均比“出現(xiàn)”高。另外，因為言語編碼只對容易標記的信息起較好的作用，而對 “位置變化”這種變化的作用則較小，所以“位置變化”條件下的變化檢測與識別成績都相對較低。

最近，Murphy和Andalis考察了掩蔽啟動下不同變化類型（即“出現(xiàn)”“消失”和“位置變化”）對變化探測與變化識別成績的影響。結果發(fā)現(xiàn)被試對“位置變化”的變化探測成績高于“出現(xiàn)”條件，而其他變化類型間的比較結果與Mondy等的研究結果一致［14，16］。Murphy和Andalis的實驗結果顯示，被試在對第一個圖片的信息進行加工與記憶時，可能采用了視覺短時記憶的編碼，而不是言語編碼。在“位置變化”條件下，整個視覺場景的變化相對更大，既包括了原客體在原先位置的消失，也包括它在其它位置的出現(xiàn)。同時，Murphy和Andalis指出，由于他們所設定的客體位置變化幅度大于Mondy的研究，因此與Mondy和Coltheart研究結果之間的差異也可能只是由材料的差異造成的［16］。

在Mondy和Coltheart與Murphy和Andalis的研究中，都采用了現(xiàn)實生活中容易命名的圖片作為實驗材料［14，16］。因此，在進行記憶的過程中存在言語編碼是可能的。為了探測在變化盲視過程中是否存在言語編碼，本研究將以無意義圖片為材料。若Mondy和Coltheart關于言語編碼的假設成立，由于無意義客體無法采用言語編碼的方式進行標記，因此，無意義客體的變化不應存在“消失”的變化檢測比其他變化類型高的趨勢。另外，本研究將綜合分析不同變化條件下變化檢測的正確率以及變化檢測反應時的差異，以探討Mondy和Coltheart所發(fā)現(xiàn)的不同變化類型下變化檢測成績的趨勢是否僅出現(xiàn)在易進行言語編碼的現(xiàn)實圖片中，還是在變化檢測任務中均普遍存在。

2　實驗

2．1被試30名，男性和女性各為15名，年齡為14～23歲（M=20.73，SD=1.70）。所有被試視力正?；虺C正后正常。

2.2材料

2.2.1圖片處理共包括45對存在前后唯一變化的圖片對（15個“出現(xiàn)”條件的圖片對，15個“消失”條件的圖片對以及15個“位置改變”條件的圖片對）與20對前后沒有發(fā)生變化的圖片對，另外還有4對用于練習的圖片對（“消失”變化圖片對，“出現(xiàn)”變化圖片對，“位置變化”圖片對，前后沒有變化的圖片對各一對）。每對圖片均包含一個標準圖片畫面與一個待檢測變化的圖片畫面，兩個畫面之間為黑色空屏。為提高第一個畫面刺激呈現(xiàn)的隨機性，第一個畫面中可能同時出現(xiàn)7個、8個或9個不同的無意義圖形（各占33%），而第二個畫面則為基于原畫面不同變化類型下的處理。所有畫面均為800×600像素的32bit的BMP圖片，呈現(xiàn)在15吋、60Hz的顯示器上。

第一個面畫背景為白色，其上分布有若干無意義圖形的圖片。實驗時無意義圖形視角大小約為3° ×3°。其在水平方向上和在垂直方向上可能出現(xiàn)的位置為20%、35%、50%、65%、80%處，且所有圖形均未發(fā)生重疊。另外，畫面的左半部分與畫面的右半部分的無意義圖形均不少于2個，且畫面的上半部分與畫面的下半部分的圖形也均不少于2個。

在第一個畫面的基礎上，對圖片作了以下處理：增加一個圖形（出現(xiàn)），減少一個圖形（消失），改變一個圖形的位置（位置變化）。其中，“位置改變”條件下無意義圖形的位置改變幅度為2.7°～3.5°。

2.2.2無意義圖形的選取圖片中的無意義圖形取自30個不規(guī)則填充多邊形，顏色均為黑色。因為都是矢量圖形，所以清晰度方面不存在差異。部分圖形見圖1。

圖1　無意義圖形示例

所有的圖形經(jīng)8位不清楚本實驗目的的被試進行以下維度評定：（1）嘗試命名圖片；（2）對命名困難度程度進行Likert 7點量表評定，1代表非常簡單，7代表非常困難；（3）對圖片的熟悉度進行Likert 7點量表評定，1代表非常不熟悉，7代表非常熟悉。單個圖片的刪除標準如下：（1）有超過兩個人命名一致或類似；（2）熟悉度評分均值大于3；（3）命名困難度評分均值小于5。最終刪除5個圖形，剩余25個圖形的熟悉度平均分為2.27（SD=0.29），命名困難度平均分為5.71（SD=0.38）。

2.3實驗流程在實驗的過程中，讓被試與屏幕的距離保持為75 cm。首先，讓被試閱讀指導語，并明了實驗任務，提醒被試進行變化檢測任務時又快又準確地進行反應。當被試示意明白實驗任務后，讓他們完成4個練習試次以進一步熟悉實驗任務，接著進入正式的實驗。練習實驗與正式實驗的流程同。

實驗的流程如下：首先，電腦屏幕呈現(xiàn)500 ms“+”注視點，接著，呈現(xiàn)第一個畫面場景1000 ms，第一個畫面場景消失后有500 ms的黑色空屏 （以防止視覺后像），接著呈現(xiàn)第二個畫面場景。被試的任務是：當?shù)诙€畫面場景出現(xiàn)時，盡快判斷前后兩個畫面圖形是否存在變化，若前后發(fā)生變化，則按“F”，若前后沒有發(fā)生變化，則按“J”（按鍵在被試間進行平衡）。被試做出反應后，第二個畫面場景才會消失，若被試判斷為有變化，則在反應后，程序還會要求被試對變化類型作出判斷，其中，按鍵“1”“2”“3”分別代表三種不同類型的變化（數(shù)字與變化類型之間的搭配在被試間平衡），且在屏幕上會有相應提示。被試作出反應后程序會對被試作出正確與否的反饋。

2.4結果統(tǒng)計各水平下變化檢測正確率，反應時及變化類型判斷的正確率。刪除正確率低于30%的被試（共兩名被試），對余下的28名被試（13名女性與15名男性）的數(shù)據(jù)進行分析。

方差結果顯示，在變化檢測方面，變化類型的主效應顯著，F(xiàn)s（2，54）=10.97，p＜0.001，F(xiàn)i（2，42）= 7.217，p＜0.002。進一步對不同類型進行兩兩比較，結果顯示，“出現(xiàn)”與“消失”條件間無顯著性差異，F(xiàn)s（1，27）=0.06，p=0.81，F(xiàn)i（1，28）=0.09，p=0.77；“消失”條件下的正確率大于 “位置改變”的正確率，F(xiàn)s（1，27）=13.19，p＜0.01，F(xiàn)i（1，28）=8.58，p＜0.01；“出現(xiàn)”條件下的正確率也大于 “位置改變”的正確率，F(xiàn)s（1，27）=14.05，p＜0.001，F(xiàn)i（1，28）=9.30，p＜0.01。

變化檢測的反應時分析顯示，變化類型的主效應顯著，F(xiàn)s（2，54）=7.96，p＜0.01，F(xiàn)i（2，42）=17.36，p＜0.001。兩兩比較結果顯示，“出現(xiàn)”條件下的反應時與“消失”條件下無顯著性差異，F(xiàn)s（1，27）=0.52，p= 0.48，F(xiàn)i（1，28）=1.44，p=0.24；“位置改變”條件下的反應時長于“消失”條件，F(xiàn)s（1，27）=22.15，p＜0.001，F(xiàn)i（1，28）=36.74，p＜0.001；同時，“位置改變”條件下的反應時也長于“出現(xiàn)”條件，F(xiàn)s（1，27）=7.436，p＜0.05，F(xiàn)i（1，28）=15.51，p=0.001。

變化識別方面，變化類型主效應顯著，F(xiàn)s（2，54）=3.18，p=0.05，F(xiàn)i（2，42）=8.15，p＜0.01。兩兩比較結果顯示，“出現(xiàn)”與“消失”條件下的正確率無顯著性差異，F(xiàn)s（1，27）=0.79，p=0.38，F(xiàn)i（1，28）=1.66，p=0.21；“消失”條件下的正確率與“位置改變”條件在項目分析上達到顯著水平，F(xiàn)s（1，27）=2.37，p=0.14，F(xiàn)i（1，28）=6.40，p＜0.05；但“出現(xiàn)”條件下的正確率顯著大于“位置改變”條件，F(xiàn)s（1，27）=5.70，p＜0.05，F(xiàn)i（1，28）=14.67，p＜0.01。

表1　不同變化類型的變化檢測與識別正確率和反應時

在變化檢測與變化識別的正確率方面，總的趨勢是“出現(xiàn)”與“消失”均要高于“位置改變”條件下，這與前人的結果一致。但不同的是“出現(xiàn)”與“消失”之間沒有差異，這樣的結果支持了言語編碼并不是變化盲產(chǎn)生的必要充分條件。具體來說，由于本實驗中使用了無意義圖片，被試無法對圖片進行言語編碼，無論是“出現(xiàn)”還是“消失”在本質上相同，因而沒有出現(xiàn)“消失”條件的正確率高于“出現(xiàn)”條件的結果。有人質疑這樣的結果可能是由于被試采用了數(shù)數(shù)的策略而導致的。由于“出現(xiàn)”和“消失”條件下，前后兩個畫面的無意義物體的數(shù)量均不相同，而“位置變化”條件下，前后兩個畫面的無意義物體的數(shù)量則是相同的，因此對于“消失”和“出現(xiàn)”而言，完全可以按照數(shù)量的變化來做出變化檢測的判斷，同時根據(jù)數(shù)量變化的趨勢來進一步進行變化識別（前后無意義物體的變化是后面的比前面畫面多，為“出現(xiàn)”；而前后無意義物體的變化是后面的比前面畫面少，為“消失”）。對于“位置變化”則可以通過前后畫面的無意義物體數(shù)量相同來判斷。但是，如果被試使用了數(shù)數(shù)的策略，那么，“位置變化”條件下的正確率應該在50%左右（由于在無變化條件與“位置變化”情況下前后畫面的無意義物體數(shù)量均相同，因此，數(shù)數(shù)策略的使用會導致對“位置變化”的判斷處于隨機的水平）。本研究發(fā)現(xiàn)，“位置變化”的變化檢測和變化識別達到80%和74%，由此，排除了被試運用了數(shù)數(shù)的策略。但是，被試對無意義圖形的編碼中可能包括了數(shù)量編碼。

3　討論

本研究發(fā)現(xiàn)，“出現(xiàn)”和“消失”下的正確率顯著高于“位置改變”，反應時也顯著短于“位置改變”。這與Mondy和Coltheart的發(fā)現(xiàn)相一致。在“消失”“出現(xiàn)”和 “位置改變”三種條件下的正確率均高于50%，說明被試在三種條件下均進行了精細的編碼。其中，無意義物體的數(shù)量，空間的相對位置，以及各個圖形物體的形狀表象，可能都是其中的一種編碼表征。而且，對于難以命名的無意義圖形來說，數(shù)量編碼可能起著重要的作用，由此表現(xiàn)為“消失”和“出現(xiàn)”的成績要比“位置改變”好。本研究的結果雖然不能具體為某個特定的模型提供證據(jù)，但是，進一步拓展了Mondy和Coltheart基于可命名圖片的研究結果，而且支持了這一結論，即無論是在初始畫面還是在探測畫面，被試對物體數(shù)量以及空間關系是存在相應的視覺編碼的，并形成了短時記憶。

值得注意的是，由于無意義客體本身沒有實際的意義，因此被試無法對這些無意義圖形進行言語編碼。Mondy和Coltheart發(fā)現(xiàn)的趨勢可能并不是他們所認為的被試對物體圖形進行了言語編碼所導致的，而是基于其他的編碼形式如數(shù)量編碼和空間關系編碼。這些編碼可能正如Logie所認為的，是一種視覺短時記憶的編碼方式［17］。基于言語編碼，由于在“消失”條件下，第二個場景中被刪除的圖片存在于第一個場景中，被試在對第一個畫面進行加工時會對它進行言語編碼并轉為短時記憶。而在“出現(xiàn)”條件下，第二個場景中增加的對象并沒有在第一個場景中出現(xiàn)過，沒有進行過言語編碼而無法轉為短時記憶。因此，基于言語編碼的假設預測“消失”的變化檢測與識別成績均比“出現(xiàn)”高。而視覺短時記憶編碼則預測“消失”與“出現(xiàn)”兩種條件下的變化檢測成績應沒有顯著差異。在視覺短時記憶編碼的基礎上，“消失”是圖畫場景A與圖畫場景B之間的比較，而“出現(xiàn)”則是圖畫場景B與圖畫場景A之間的比較，雖然比較的順序不同，但是比較的實質相同［18］。因此，本研究中發(fā)現(xiàn)“消失”與“出現(xiàn)”的變化探測成績沒有顯著差異，符合了基于視覺短時記憶的假設。

Beck等使用 fMRI（功能性磁共振成像）研究變化探測和變化盲視的神經(jīng)機制，結果表明變化探測時頂葉和右背外側前額葉皮層以及分類選擇區(qū)域的紋狀體外視皮層的活動加強［19］。這個結果證明了在變化盲視中視覺編碼的參與。這在一定程度上為本研究提出的視覺編碼短時記憶在變化盲視探測中起著非常重要的作用的觀點提供了佐證。

本研究發(fā)現(xiàn)，“位置改變”更容易產(chǎn)生變化盲視現(xiàn)象，與Murphy和Andalis認為位置改變在視覺上的改變程度更大，因此“位置改變”不易產(chǎn)生變化盲視的觀點相反。從前后觀察的兩個畫面場景看，“消失”和“出現(xiàn)”在視覺變化上應該是比“位置改變”要大。位置改變是一種相對復雜的視覺改變，由于變化的只是兩個物體之間的位置，這屬于精細加工的范疇，因此信息加工難度較大，保持較為困難，因此，“位置改變”下更容易產(chǎn)生變化盲視。

Mondy和Coltheart提出言語編碼可能會影響變化盲視。基于本研究的結果，言語編碼并不是變化盲視產(chǎn)生的必要充分條件，因為在無意義物體中，并沒有出現(xiàn)Mondy和Coltheart基于言語編碼的預測結果。另外，用于探測變化盲視的材料可能也是影響變化盲視結果的重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，物體表征與變化盲視的關系可能隨著情境的變化而變化［6］。本研究使用無意義圖形作為考察的對象，在一定程度上，排除了其他外界變量的混淆，進一步揭示了變化盲視的影響機制以視覺編碼為基礎。

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Change blindness：Based on S peech C oding or V isual C oding S hort-term M emory？

Zeng Jiahong，Lu Aitao，Lian Songzhou，Hong Xiuxiu
（Center for Studies of Psychological Application&School of Psychology，South China Normal University，Guangdong Key Laboratory of Mental Health and Cognitive Science，Guangdong Center of Mental Assistance and Contingency Technique for Emergency，Guangzhou 510631）

To investigate whether change blindness is based on speech coding or visual coding short-term memory mechanism，this study used meaningless pictures of graphics to avoid speech coding short-term memory.This study aimed to verify the results found by Mondy and Coltheart：The change detection and identification accuracies were the highest for“deletion”condition，followed by“addition”condition and the lowest for“l(fā)ocation change”condition.The results in this study indicated that in change detection task，the accuracies for“addition”and“deletion”conditions were both significantly higher than“l(fā)ocation change”condition and their reaction time were both significantly shorter than“l(fā)ocation change”condition. There was no significant difference between“addition”and“deletion”conditions no matter in accuracy or reaction time.In change identification task，the accuracies for“addition”and“deletion”conditions were significantly higher than“l(fā)ocation change”condition.The results in this study did not support that change blindness was based on speech coding short-term memory mechanism proposed by Mondy and Coltheart but revealed that visual coding short-term memory mechanism was the main reason for change blindness.

change blindness；change detection；change identification；meaningless graphics

陸愛桃，女，副教授。Email：atlupsy@gmail.com