基于空間方位信息的構(gòu)型對(duì)視覺工作記憶績(jī)效的影響

黃羽商 曹立人

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基于空間方位信息的構(gòu)型對(duì)視覺工作記憶績(jī)效的影響

黃羽商 曹立人

(浙江大學(xué)心理與行為科學(xué)系, 杭州 310028)

通過考察構(gòu)成視覺客體構(gòu)型的兩種因素在視覺工作記憶任務(wù)中的影響, 探討了構(gòu)型對(duì)視覺工作記憶績(jī)效的作用機(jī)制。采用變化覺察實(shí)驗(yàn)范式, 在構(gòu)型朝向不變和旋轉(zhuǎn)兩種條件下, 系統(tǒng)地控制構(gòu)型中的客體相對(duì)方位和整體幾何形態(tài)兩種因素的變化, 考察其對(duì)視覺工作記憶績(jī)效的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 無論構(gòu)型朝向不變還是旋轉(zhuǎn), 只要客體相對(duì)方位保持一致, 工作記憶績(jī)效就可以維持較高水平, 而幾何形態(tài)沒有表現(xiàn)出顯著作用。上述發(fā)現(xiàn)提示構(gòu)型客體相對(duì)方位是構(gòu)型影響視覺工作記憶績(jī)效的主要因素。

視覺工作記憶; 客體; 構(gòu)型

1 引言

視覺工作記憶(visual working memory)是用于信息短暫存儲(chǔ)(storage)與操縱(manipulation)的認(rèn)知加工子系統(tǒng)(Baddeley, 2012; Luck & Vogel, 2013), 是認(rèn)知科學(xué)的熱門研究領(lǐng)域之一。該系統(tǒng)不僅在底層的認(rèn)知加工過程中起重要作用(e.g., Hollingworth, Richard, & Luck, 2008 ), 而且與各種高級(jí)認(rèn)知加工過程緊密相關(guān)(e.g., Wickelgren, 1997), 在認(rèn)知系統(tǒng)占據(jù)核心地位。正是由于視覺工作記憶的重要性, 近十多年來研究者借助各種技術(shù)手段, 如行為、腦成像及計(jì)算機(jī)建模等, 對(duì)視覺工作記憶機(jī)制進(jìn)行了卓有成效的探討：如容量(Alvarez & Cavanagh, 2004; Luck & Vogel, 1997; Ma, Husain, & Bays, 2014; 綜述見Cowan, 2015; Oberauer, Farrell, Jarrold, & Lewandowsky, 2016; 單西嬌, 李壽欣, 2010)、表征精度(Zhang & Luck, 2008; Bays & Husain, 2008; 劉志英, 庫逸軒, 2017)、存儲(chǔ)方式(Vogel, Woodman, & Luck, 2001; Wheeler & Treisman, 2002; 黎翠紅, 何旭, 郭春彥, 2015; 綜述見Christophel, Klink, Spitzer, Roelfsema, & Haynes, 2017)及工作記憶與其它系統(tǒng)的交互作用機(jī)制(Gao, Gao, Li, Sun, & Shen, 2011; Oberauer, Awh, & Sutterer, 2017)等。

諸多研究表明容量有限性是視覺工作記憶最為核心的特征, 其中僅能存儲(chǔ)3~4個(gè)簡(jiǎn)單客體(Luck & Vogel, 1997)。對(duì)于獨(dú)立的客體在視覺工作記憶中的加工, 前述的眾多研究對(duì)其加工機(jī)制已經(jīng)進(jìn)行了深入探索?，F(xiàn)實(shí)世界中客體間往往并非獨(dú)立存在, 而是存在各種各樣的聯(lián)系。構(gòu)型便是客體間建立聯(lián)系的重要信息。構(gòu)型是指多個(gè)客體在空間中的整體分布, 反映了多個(gè)客體在空間中的組織形態(tài)。構(gòu)型信息在一定程度上不受其絕對(duì)位置和大小的影響, 如幾何學(xué)上的相似三角形就可以認(rèn)為是相同的構(gòu)型。

構(gòu)型對(duì)工作記憶績(jī)效的影響已得到諸多研究的支持。如Chun和Jiang (1998)的研究中設(shè)置了重復(fù)出現(xiàn)的構(gòu)型和重新隨機(jī)生成的構(gòu)型作為視覺場(chǎng)景, 要求被試在其中對(duì)目標(biāo)刺激進(jìn)行搜索, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)重復(fù)出現(xiàn)的構(gòu)型條件下的記憶績(jī)效更高。進(jìn)一步的研究表明, 觀察者可以根據(jù)記憶項(xiàng)目的空間構(gòu)型來存儲(chǔ)項(xiàng)目間的關(guān)系信息(Gmeindl, Nelson, Wiggin, & Reuter-Lorenz, 2011; Jiang, Chun, & Olson, 2004; Jiang, Olson, & Chun, 2000; Olson & Marshuetz, 2005; Woodman, Vecera, & Luck, 2003)。在這些研究中, 研究者要求被試完成一系列變化覺察任務(wù), 首先呈現(xiàn)具有空間構(gòu)型信息的多個(gè)客體, 要求被試記憶客體的某個(gè)維度信息(如顏色), 隨后的檢測(cè)階段讓其報(bào)告其發(fā)生變化與否。當(dāng)空間構(gòu)型信息發(fā)生變化時(shí), 即使構(gòu)型與記憶任務(wù)無關(guān)(如僅要求被試記憶客體的顏色或者形狀; 見Jiang et al., 2000), 被試的記憶績(jī)效也顯著下降。值得注意的是, 即使明確提示被試忽略記憶項(xiàng)目間的構(gòu)型信息時(shí), 構(gòu)型對(duì)記憶績(jī)效的影響依然存在, 這說明視覺系統(tǒng)對(duì)構(gòu)型信息的加工可能具有強(qiáng)制性和自動(dòng)化的特性(Jiang et al., 2000, Jiang et al., 2004)。來自發(fā)展領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn), 盡管已有研究發(fā)現(xiàn)老年人的工作記憶能力下降, 然而當(dāng)構(gòu)型信息存在時(shí), 老年人的工作記憶績(jī)效相比年輕人并不存在顯著差異(Olson, Zhang, Mitchell, Johnson, Bloise, & Higgins, 2004)。這表明構(gòu)型信息可以一定程度上彌補(bǔ)老齡化帶來的工作記憶能力損傷。此外, 構(gòu)型信息提升工作記憶績(jī)效已得到了來自腦成像的證據(jù)支持, Xu和Chun (2007)發(fā)現(xiàn)即使構(gòu)型信息與記憶任務(wù)無關(guān), 被試亦可借助構(gòu)型信息將記憶信息加以組織來提升工作記憶績(jī)效, 具體表現(xiàn)為構(gòu)型條件(3個(gè)客體可根據(jù)構(gòu)型組織成為更高層級(jí)的客體)與非構(gòu)型條件相比(3個(gè)獨(dú)立客體)引發(fā)更低的頂內(nèi)溝活動(dòng)(inferior intraparietal sulcus, IPS)。

也有研究者在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中研究了構(gòu)型信息對(duì)視覺工作記憶的影響作用。例如Hollingworth和Rasmussen (2010)的研究表明, 即使客體身份對(duì)應(yīng)關(guān)系在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生了交換, 只要測(cè)驗(yàn)時(shí)的構(gòu)型與預(yù)覽階段一致, 被試的記憶績(jī)效就可以保持較高水平, 尺寸的縮放和位置的平移并不會(huì)影響這種效應(yīng)。此外有一些研究在構(gòu)型的動(dòng)態(tài)變化中探索其作用機(jī)制, 如Sun等人(2015)發(fā)現(xiàn)如果若干客體在運(yùn)動(dòng)過程中保持射影性質(zhì)的一致, 其構(gòu)型信息就可以有效發(fā)揮作用。Zhao等人(2014)發(fā)現(xiàn)多客體追蹤中人們同樣傾向于將被追蹤的客體按照構(gòu)型進(jìn)行整合以實(shí)現(xiàn)更高效的加工。

在以上這些研究中, 雖然任務(wù)類型有所不同, 但構(gòu)型信息的存儲(chǔ)和利用都能夠提升視覺工作記憶的績(jī)效。信息論的觀點(diǎn)認(rèn)為, 若需要編碼的信息存在冗余性, 那么容量有限的認(rèn)知系統(tǒng)必然存在壓縮機(jī)制使得盡可能多的信息進(jìn)入其中(Cover & Thomas, 1991)。從該理論出發(fā), 筆者認(rèn)為構(gòu)型提升工作記憶績(jī)效的本質(zhì)在于能夠有效地壓縮所需編碼的信息表征, 使得容量有限的工作記憶系統(tǒng)能夠有效加工更多的信息。然而構(gòu)型通過何種方式提高信息處理效率, 或者說構(gòu)型提升記憶績(jī)效的具體作用機(jī)制目前還沒有清晰的理論解釋。之前的研究中使用的動(dòng)態(tài)構(gòu)型的客體處在連續(xù)不斷的運(yùn)動(dòng)中(Sun et al., 2015; Zhao et al., 2014), 這對(duì)于研究構(gòu)型屬性中與動(dòng)態(tài)變化密切相關(guān)的部分非常有意義, 而對(duì)靜態(tài)構(gòu)型的研究可以針對(duì)不同構(gòu)型形態(tài)設(shè)置更加精細(xì)的控制條件, 以揭示構(gòu)型較為穩(wěn)定的特性。之前的關(guān)于靜態(tài)構(gòu)型的研究主要控制了其他屬性(絕對(duì)位置、尺寸大小等)的變化, 結(jié)果顯示這些因素對(duì)于構(gòu)型的作用都并非必須, 起到?jīng)Q定作用的是構(gòu)型本身的組成方式, 而這種組成方式由構(gòu)成構(gòu)型的客體之間的空間關(guān)系決定(例如Hollingworth & Rasmussen, 2010)。

筆者認(rèn)為構(gòu)型包含的空間關(guān)系可以進(jìn)一步細(xì)分為兩方面(如圖1所示)：(1)構(gòu)型客體空間相對(duì)方位(相對(duì)方位), 即組成構(gòu)型的每個(gè)客體相對(duì)于其他客體的位置, 如左上位、右下位。相對(duì)方位在客體發(fā)生局部位移時(shí)可以保持不變, 而在構(gòu)型旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生變化, 比如一個(gè)客體本來位于其他客體的左上方, 那么在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后將位于左下方; (2)構(gòu)型整體幾何形態(tài)(幾何形態(tài)), 即客體的位置組成的空間形狀, 在客體發(fā)生位移后幾何形態(tài)必然變化形成新形態(tài), 然而構(gòu)型旋轉(zhuǎn)時(shí)幾何形態(tài)卻不會(huì)發(fā)生改變。上述兩方面確定時(shí), 就可以確定無疑地得到一個(gè)構(gòu)型的具體形態(tài), 如果能了解構(gòu)型對(duì)工作記憶的影響中, 這兩方面因素各自的作用情況如何, 就能夠推斷構(gòu)型影響作用的方式和基礎(chǔ)。

為了了解構(gòu)型影響作用中不同因素的作用情況, 筆者在本研究中將構(gòu)型中的相對(duì)方位與幾何形狀因素分離開來并加以操縱, 使得兩者只有其中一種發(fā)生變化或者同時(shí)發(fā)生變化, 考察此時(shí)的工作記憶績(jī)效。如果相對(duì)方位是構(gòu)型的主要決定因素, 那么只要相對(duì)方位與預(yù)覽時(shí)保持一致的話, 預(yù)覽時(shí)存儲(chǔ)的信息就可以得到有效利用, 記憶績(jī)效就會(huì)更高; 如果幾何形狀起到主要作用, 那么在幾何形狀不變的情況下, 構(gòu)型的信息就能夠提升工作記憶的加工績(jī)效。筆者通過以下3個(gè)實(shí)驗(yàn)來探討上述問題。

圖1 構(gòu)型的客體空間相對(duì)方位與整體幾何形態(tài)

注：a.原始構(gòu)型; b.變化的構(gòu)型, 上方為構(gòu)型客體空間相對(duì)方位不變的情況, 下方為構(gòu)型整體幾何形態(tài)不變的情況; 圖中字母為顏色標(biāo)識(shí), 實(shí)驗(yàn)中未實(shí)際呈現(xiàn), 下同。彩圖見電子版。

2 實(shí)驗(yàn)1：構(gòu)型客體相對(duì)空間方位對(duì)視覺工作記憶的影響

實(shí)驗(yàn)1的目的在于考察方位信息在提升視覺工作記憶績(jī)效中的作用。實(shí)驗(yàn)1采用變化覺察范式,要求被試報(bào)告測(cè)驗(yàn)階段呈現(xiàn)的客體顏色與預(yù)覽階段相比是否發(fā)生變化。自變量有兩個(gè)：(1)顏色客體的呈現(xiàn)方位變化與否; (2)客體構(gòu)型的幾何形態(tài)是否發(fā)生變化。

實(shí)驗(yàn)中一半的試次為顏色不變條件, 在測(cè)驗(yàn)階段沒有新顏色出現(xiàn), 而另一半為新顏色條件, 測(cè)驗(yàn)階段會(huì)出現(xiàn)一種未預(yù)覽過的新顏色。由于新顏色在預(yù)覽階段沒有出現(xiàn), 與預(yù)覽構(gòu)型之間沒有對(duì)應(yīng)關(guān)系, 因而新顏色條件的數(shù)據(jù)對(duì)于揭示構(gòu)型的作用機(jī)制并不適用, 因此筆者以顏色不變條件下的數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象, 以辨別力(d’)和反應(yīng)時(shí)作為因變量, 該分析方法與前人相關(guān)研究一致(Hollingworth & Rasmussen, 2010; Mitroff, Scholl, & Wynn, 2004)。

為了確保實(shí)驗(yàn)刺激的一致性, 實(shí)驗(yàn)使用的80種構(gòu)型形態(tài)均按照特定的規(guī)則由計(jì)算機(jī)程序生成。生成規(guī)則如下：構(gòu)型包括4個(gè)客體, 分別位于以屏幕中心為原點(diǎn)的第1、2、3、4象限; 每個(gè)構(gòu)型的4個(gè)客體與原點(diǎn)連線的角度為定位角度, 水平向右為0°, 逆時(shí)針分別取45°、135°、225°、315°為基本角度, 定位角度在基本角度的基礎(chǔ)上±15°以內(nèi)隨機(jī)選取, 這樣可以保證生成構(gòu)型中的4個(gè)客體分別位于4個(gè)象限; 客體中心距離原點(diǎn)的距離在2.5°~3.5°視角的范圍內(nèi)隨機(jī)選取。為了保證不同構(gòu)型之間的可區(qū)分性, 其中任意兩組構(gòu)型中位于各象限的客體的定位角度的平均差異均大于4°, 與原點(diǎn)的距離平均差異大于0.5°視角。構(gòu)型設(shè)置如圖2所示。

圖2 客體構(gòu)型例圖

注：a.橫豎兩條虛線分開的4部分為客體所處的4個(gè)象限, 第1象限的斜45°虛線代表基本角度, 箭頭表示第1象限客體的定位角度及其同原點(diǎn)間的距離; b.實(shí)驗(yàn)所使用的構(gòu)型范例

2.1 被試

18名浙江大學(xué)的在校學(xué)生參加本實(shí)驗(yàn), 男性11人, 女性7人, 年齡在18~24歲之間。所有被試均視力或矯正視力正常。實(shí)驗(yàn)前所有被試均簽署知情同意書, 實(shí)驗(yàn)后獲得學(xué)分或30元人民幣作為報(bào)酬。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)使用大小為0.5°×0.5°視角的圓形作為記憶客體, 記憶顏色共有6種, 按顏色名稱[RGB值]表示分別為紅色[255 0 0]、黃色[255 255 0]、紫色[255 0 255]、綠色[0 255 0]、青色[0 255 255]、藍(lán)色[0 0 255], 呈現(xiàn)時(shí)顏色占據(jù)圓形客體的中央部分, 圓形的邊緣保持黑色。為抑制語音加工, 實(shí)驗(yàn)中的復(fù)述任務(wù)采用大小為1°×1°視角的黑色阿拉伯?dāng)?shù)字(從1到9中隨機(jī)選取)。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)程序使用Matlab結(jié)合PsychToolbox工具包編制(Brainard, 1997), 并在一臺(tái)32位Windows7系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)刺激在一臺(tái)19寸CRT顯示器上呈現(xiàn), 顯示分辨率為1024×768, 刷新率100 Hz。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為安靜的隔音暗室。

2.4 實(shí)驗(yàn)流程與設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示, 每個(gè)試次開始時(shí), 在屏幕中央給被試呈現(xiàn)兩個(gè)隨機(jī)的數(shù)字, 持續(xù)500 ms, 要求被試在當(dāng)前試次中對(duì)兩個(gè)數(shù)字進(jìn)行不斷地默讀復(fù)述, 以抑制被試記憶顏色時(shí)可能采用語音的編碼方式(e.g., Vogel et al., 2001)。數(shù)字消失后屏幕中央呈現(xiàn)注視點(diǎn)1000 ms, 注視點(diǎn)消失的同時(shí)呈現(xiàn)一個(gè)4客體構(gòu)型, 每個(gè)客體中心部分呈現(xiàn)一種顏色500 ms, 隨后空屏1500 ms。

空屏結(jié)束后再次出現(xiàn)4個(gè)客體, 其構(gòu)型根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件可能與預(yù)覽階段一致(原形態(tài)), 或者為不同的構(gòu)型形態(tài)(新形態(tài)), 此時(shí)每個(gè)客體中會(huì)再次出現(xiàn)一種顏色, 顏色的呈現(xiàn)象限可能與預(yù)覽階段一致(方位不變)或者不一致(方位變化), 形成4種條件(如圖4所示)：a. 原形態(tài)–方位不變; b. 新形態(tài)–方位不變; c. 原形態(tài)–方位變化; d. 新形態(tài)–方位變化。方位變化條件下, 每種顏色都不會(huì)呈現(xiàn)在原來的位置上, 目的在于控制刺激物理性質(zhì)的變化幅度。變化方式有如下兩種, 呈現(xiàn)象限按順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°, 即原1、2、3、4象限顏色會(huì)出現(xiàn)在2、3、4、1或者4、1、2、3象限, 或按對(duì)角線交換象限, 即原1、2、3、4象限顏色出現(xiàn)在3、4、1、2象限。預(yù)實(shí)驗(yàn)顯示這兩種變換方式績(jī)效相當(dāng), 并且未導(dǎo)致被試采用策略完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

探測(cè)刺激呈現(xiàn)后, 被試要在2000 ms內(nèi)按鍵報(bào)告是否出現(xiàn)了一種新的顏色, 記錄被試的反應(yīng)正誤和反應(yīng)時(shí)。顏色任務(wù)報(bào)告完成后屏幕中央出現(xiàn)一個(gè)數(shù)字, 要求被試報(bào)告這個(gè)數(shù)字是否為本試次的復(fù)述數(shù)字, 隨后在1000~1500 ms的間隔后進(jìn)入下一個(gè)試次。兩個(gè)任務(wù)均要求被試在正確的前提下盡快做出反應(yīng)。

正式實(shí)驗(yàn)開始前要求被試進(jìn)行練習(xí)以便熟悉實(shí)驗(yàn)流程。正式實(shí)驗(yàn)包含240個(gè)試次, 每種實(shí)驗(yàn)條件各60試次, 順序隨機(jī)安排。實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)約為45分鐘, 每完成40個(gè)試次會(huì)提示被試短暫休息。

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

為了避免反應(yīng)偏向的影響, 筆者首先根據(jù)信號(hào)檢測(cè)論將正確率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為辨別力’。分別對(duì)實(shí)驗(yàn)1的辨別力指數(shù)’和反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了重復(fù)測(cè)量的兩因素(方位因素和幾何形態(tài)因素)方差分析, 統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)1流程

圖4 實(shí)驗(yàn)1條件設(shè)置示意圖

圖5 不同形態(tài)和方位條件下的辨別力(d￠)和反應(yīng)時(shí)

注：*< 0.05; **< 0.01; ***< 0.001

方位因素在辨別力上的主效應(yīng)達(dá)到顯著水平, 方位不變的兩種條件下的辨別力指數(shù)(1.99)顯著高于方位變化條件下的辨別力指數(shù)(1.78),(1, 17) = 14.34,< 0.01, η= 0.46; 幾何形態(tài)因素的主效應(yīng)沒有達(dá)到顯著水平, 原形態(tài)兩種條件下的辨別力指數(shù)(1.91)與新形態(tài)兩種條件下的辨別力指數(shù)(1.87)之間差異未達(dá)到顯著,(1, 17) = 1.16,= 0.30; 方位與幾何形態(tài)的交互作用也沒有達(dá)到顯著水平,(1, 17) = 0.13,= 0.72。

方位因素在反應(yīng)時(shí)上的主效應(yīng)也達(dá)到顯著水平,(1, 17) = 17.91,< 0.01, η= 0.51, 方位不變時(shí)的反應(yīng)時(shí)(816 ms)顯著短于方位變化的條件(882 ms); 幾何形態(tài)因素的主效應(yīng)沒有達(dá)到顯著水平,(1, 17) = 2.00,= 0.18, 原形態(tài)(843 ms)與新形態(tài)(855 ms)條件的反應(yīng)時(shí)差異不顯著; 方位與構(gòu)型形態(tài)的交互作用也沒有達(dá)到顯著水平,(1, 17) = 0.03,= 0.86。

新形態(tài)–方位不變條件下, 構(gòu)型幾何形態(tài)發(fā)生了變化, 但測(cè)驗(yàn)時(shí)顏色呈現(xiàn)在與預(yù)覽階段相同的象限, 因而保持原有方位不變。結(jié)果表明, 該條件下的績(jī)效與原形態(tài)–方位不變條件相當(dāng), 辨別力和反應(yīng)時(shí)都沒有顯著差異, 同時(shí)兩者的績(jī)效都高于方位變化的兩種條件。換言之, 如果客體在構(gòu)型中的方位保持不變, 無論構(gòu)型幾何形態(tài)發(fā)生變化還是保持原樣, 任務(wù)完成的效率可以維持在較高的水平。幾何形態(tài)因素在辨別力和反應(yīng)時(shí)上主效應(yīng)都不顯著, 而形態(tài)因素與方位因素的交互作用在辨別力與反應(yīng)時(shí)上交互作用也都沒有達(dá)到顯著, 這提示形態(tài)變化與否并不是主要的影響因素。

在視覺客體與其屬性的工作記憶加工中, 屬性與客體的關(guān)聯(lián)關(guān)系非常重要。如果從預(yù)覽到測(cè)驗(yàn)的過程中屬性與客體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系能夠有效保持的話, 工作記憶績(jī)效就會(huì)更好, 速度、準(zhǔn)確性都可以更高。例如有關(guān)客體檔案理論的研究顯示, 視覺屬性與客體身份在短時(shí)間的運(yùn)動(dòng)過程中保持不變時(shí), 其績(jī)效就更高(Gordon, 2004; Gordon & Irwin, 1996; Mitroff, Scholl, & Noles, 2007; Mitroff et al., 2004)。而另外一些研究則提示視覺屬性與其呈現(xiàn)時(shí)客體所處的空間位置之間的聯(lián)系對(duì)工作記憶的績(jī)效具有重要影響(Hollingworth & Rasmussen, 2010; Zelinsky & Loschky, 2005)。

從這個(gè)角度來說, 實(shí)驗(yàn)1中客體顏色屬性與其相對(duì)方位之間的聯(lián)系對(duì)任務(wù)績(jī)效的提高起到重要作用。更重要的是, 這種相對(duì)方位并非精確對(duì)應(yīng)的空間位置, 而是以客體所在構(gòu)型為參照的大概位置, 在一定范圍內(nèi)可以有所偏移而方位保持不變。這種不變性是提升視覺工作記憶績(jī)效更加基本的因素。

然而實(shí)驗(yàn)1并未設(shè)置視覺特征與幾何形態(tài)保持一致而與相對(duì)方位不一致的條件, 無法直接比較相對(duì)方位因素與幾何形態(tài)因素的作用, 因而需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來探索。

3 實(shí)驗(yàn)2：構(gòu)型旋轉(zhuǎn)條件下相對(duì)方位與幾何形態(tài)的影響作用

實(shí)驗(yàn)1控制了顏色呈現(xiàn)方位的變化, 結(jié)果顯示客體空間幾何構(gòu)型發(fā)生變化而顏色特征的出現(xiàn)方位與預(yù)覽階段一致時(shí), 記憶績(jī)效仍然保持較高水平, 這提示方位信息是提升視覺工作記憶績(jī)效的有效因素。然而實(shí)驗(yàn)1中的新形態(tài)使用了與預(yù)覽階段不同的構(gòu)型形態(tài), 并沒有設(shè)置幾何形態(tài)不變而方位發(fā)生變化的條件, 因而無法考察僅有幾何形態(tài)保持一致時(shí)的績(jī)效。

考慮到旋轉(zhuǎn)過程中構(gòu)型幾何形態(tài)保持不變, 因此可以通過旋轉(zhuǎn)方式對(duì)構(gòu)型加以操縱, 來考察幾何形態(tài)的作用。根據(jù)這一思路, 實(shí)驗(yàn)2中設(shè)置3種條件：原形態(tài)–方位不變、構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–方位不變和構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致, 因變量的記錄方式與實(shí)驗(yàn)1相同。構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件下, 視覺特征出現(xiàn)的象限也將按照構(gòu)型的旋轉(zhuǎn)方向變化, 換言之視覺特征與幾何形態(tài)保持了一致, 如果這種條件下的績(jī)效仍然較低, 那么就提示幾何形態(tài)的作用并不顯著, 反之如果此時(shí)的績(jī)效能夠保持較高水平, 就表明幾何形態(tài)同樣是構(gòu)型發(fā)揮作用的重要因素。

3.1 被試

18名浙江大學(xué)的在校學(xué)生參加本實(shí)驗(yàn), 男性8人, 女性10人, 年齡在19~23歲之間, 所有被試均視力或矯正視力正常, 且均未參加過實(shí)驗(yàn)1。實(shí)驗(yàn)前所有被試均簽署知情同意書, 實(shí)驗(yàn)后獲得學(xué)分或30元人民幣作為報(bào)酬。

3.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)2的材料和設(shè)備同實(shí)驗(yàn)1。

3.3 實(shí)驗(yàn)流程與設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)2的基本設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)1一致, 設(shè)置3種條件：原形態(tài)–方位不變、構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–方位不變和構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致, 如圖6所示。實(shí)驗(yàn)2中不再設(shè)置實(shí)驗(yàn)1中的原形態(tài)–方位變化條件, 理由如下：原形態(tài)–方位變化條件已在實(shí)驗(yàn)1中考察, 并且此情況不是本研究主要關(guān)心點(diǎn), 在實(shí)驗(yàn)2中保留原形態(tài)–方位不變條件作為基線條件即可, 無需重復(fù)設(shè)置構(gòu)型–方位變化條件。

圖6 實(shí)驗(yàn)2條件設(shè)置

構(gòu)型旋轉(zhuǎn)時(shí), 測(cè)驗(yàn)階段顏色可能按原象限呈現(xiàn), 形成構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–方位不變條件, 也可能與旋轉(zhuǎn)后的幾何形狀保持一致, 形成構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致的條件。構(gòu)型旋轉(zhuǎn)的方式為順時(shí)針90°或者逆時(shí)針90°其中一種(圖6所示為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°), 從而使構(gòu)型旋轉(zhuǎn)后各客體仍分別處于4個(gè)象限, 也保證不同試次中構(gòu)型的變化幅度一致。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

對(duì)實(shí)驗(yàn)2的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量的單因素方差分析, 具體結(jié)果如圖7所示。

辨別力數(shù)據(jù)顯示3種實(shí)驗(yàn)條件的差異達(dá)到顯著水平,(2, 34) = 8.45,< 0.01, η= 0.33, 為確認(rèn)何種條件下績(jī)效與基線相比存在差異, 將構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–方位不變(2.03)、構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致(1.78)兩種條件的辨別力與原形態(tài)–方位不變(2.12, 基線條件)進(jìn)行比較, 前者的差異不顯著,(1, 17) = 0.90,= 0.36, 而后者的差異達(dá)到顯著水平,(1, 17) = 13.05,< 0.01, η= 0.43。

反應(yīng)時(shí)的數(shù)據(jù)與辨別力相似, 3種條件間的主效應(yīng)達(dá)到顯著水平,(2, 34) = 3.81,< 0.05, η= 0.18, 同樣將構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–方位不變(867 ms)、構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致(896 ms)條件的反應(yīng)時(shí)與原形態(tài)–方位不變(856 ms)進(jìn)行比較, 發(fā)現(xiàn)前者未達(dá)到顯著,(1, 17) = 0.45,= 0.51, 而后者的差異達(dá)到顯著水平,(1, 17) = 6.83,< 0.05, η= 0.29。

實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)1類似：方位不變條件下, 無論測(cè)驗(yàn)階段的客體構(gòu)型幾何形態(tài)是否發(fā)生旋轉(zhuǎn), 被試的任務(wù)績(jī)效都保持較高的水平, 構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件下的績(jī)效則較低。構(gòu)型發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí), 如果顏色出現(xiàn)的相對(duì)方位保持與預(yù)覽時(shí)一致, 那么顏色出現(xiàn)位置與幾何形態(tài)的一致性就必然遭到破壞, 而構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件下, 顏色出現(xiàn)位置與幾何形態(tài)的一致性得到了保持, 而相對(duì)方位則由于旋轉(zhuǎn)而發(fā)生了變化。換言之, 這兩種條件分別獨(dú)立保持了相對(duì)方位與幾何形態(tài)的前后一致性, 而相對(duì)方位一致下的績(jī)效與基線保持同一水平, 而顯著優(yōu)于幾何形態(tài)一致的情況, 這提示實(shí)驗(yàn)任務(wù)績(jī)效主要依賴于相對(duì)方位的作用, 而非幾何形態(tài)因素。

實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果顯示了構(gòu)型中相對(duì)方位信息在視覺工作記憶任務(wù)中的重要作用, 而實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果則進(jìn)一步顯示相對(duì)方位在構(gòu)型的作用中是更加主要的因素, 而幾何形態(tài)的作用并不顯著。然而考慮到實(shí)驗(yàn)2使用了旋轉(zhuǎn)后的視覺客體構(gòu)型, 但旋轉(zhuǎn)前后并沒有中間過程, 而經(jīng)典的心理旋轉(zhuǎn)研究顯示, 人們可以對(duì)視覺表象進(jìn)行主觀的旋轉(zhuǎn)操作, 但常常以模擬的方式進(jìn)行, 需要一個(gè)連續(xù)的過程(Cooper & Shepard, 1973; Metzler & Shepard, 1974; Shepard & Hurwitz, 1984; Shepard & Metzler, 1988)。如果為構(gòu)型的旋轉(zhuǎn)提供相應(yīng)的線索, 使其過程具有連續(xù)性, 客體方位與幾何形態(tài)的作用能否顯示出同樣的效應(yīng)就尚未可知, 需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索。

圖7 實(shí)驗(yàn)二3種條件下的辨別力(d￠)和反應(yīng)時(shí)

注：*< 0.05; **< 0.01; ***< 0.001

5 實(shí)驗(yàn)3：提供視覺旋轉(zhuǎn)線索時(shí)客體方位與幾何形態(tài)的作用

在實(shí)驗(yàn)2中構(gòu)型在旋轉(zhuǎn)中幾何形態(tài)保持不變, 然而這種幾何形態(tài)的一致性并沒有像客體方位因素一樣表現(xiàn)出顯著的影響。實(shí)驗(yàn)2中視覺客體構(gòu)型的旋轉(zhuǎn)只提供了旋轉(zhuǎn)前和結(jié)束后的兩個(gè)不連續(xù)的狀態(tài), 然而人們對(duì)視覺表象的旋轉(zhuǎn)操作卻往往是一個(gè)連續(xù)的過程。實(shí)驗(yàn)3提供了旋轉(zhuǎn)的視覺線索(如圖8所示), 提示構(gòu)型旋轉(zhuǎn)變化的過程, 使之具有連續(xù)性。如果幾何形態(tài)的破壞導(dǎo)致了構(gòu)型作用的損害, 就提示幾何形態(tài)因素也對(duì)工作記憶有重要的影響, 之前沒有表現(xiàn)出作用的原因是缺少必要的連續(xù)過程; 反之如果單獨(dú)保持客體相對(duì)方位一致即可實(shí)現(xiàn)之前的構(gòu)型作用, 就說明視覺工作記憶的任務(wù)績(jī)效不會(huì)受到幾何因素的影響。

考慮上述情況, 實(shí)驗(yàn)3設(shè)置了3種條件, 分別是構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致、新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)、新形態(tài)–方位隨機(jī)變化(如圖9所示)。其中新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)條件下, 測(cè)驗(yàn)階段的構(gòu)型從構(gòu)型庫中隨機(jī)抽取, 而客體方位則與旋轉(zhuǎn)線索一致, 新形態(tài)–方位隨機(jī)變化條件下, 測(cè)驗(yàn)構(gòu)型隨機(jī)抽取, 各顏色的方位都與預(yù)覽時(shí)不同, 但排除與旋轉(zhuǎn)線索一致的情況, 這與實(shí)驗(yàn)1的新形態(tài)–方位變化條件有所不同。

從構(gòu)型的客觀特征上講, 新形態(tài)–方位隨機(jī)變化條件下的構(gòu)型形態(tài)和客體方位都發(fā)生了變化, 而構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件下, 構(gòu)型幾何形態(tài)和客體方位同時(shí)與旋轉(zhuǎn)線索一致, 而新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)條件下只有客體方位與旋轉(zhuǎn)線索一致。因此可以把新形態(tài)–方位隨機(jī)變化條件作為基線條件來與其他條件對(duì)比。如果只有構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件與基線相比表現(xiàn)出更高的績(jī)效, 新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)條件沒有表現(xiàn)出績(jī)效優(yōu)勢(shì), 那么就提示幾何形態(tài)對(duì)于旋轉(zhuǎn)條件下構(gòu)型信息的利用是不可缺少的; 如果兩者都表現(xiàn)出績(jī)效優(yōu)勢(shì)且績(jī)效相當(dāng), 就提示僅客體方位因素一致就足以幫助構(gòu)型信息得到利用。

5.1 被試

18名浙江大學(xué)的在校學(xué)生參加本實(shí)驗(yàn), 男性9人, 女性9人, 年齡在19~25歲之間, 所有被試均視力或矯正視力正常, 未參加過之前的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前所有被試均簽署知情同意書, 實(shí)驗(yàn)后獲得30元人民幣作為報(bào)酬。

5.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)3的材料與設(shè)備和實(shí)驗(yàn)2中使用的一致。

5.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)3的流程與實(shí)驗(yàn)2基本一致, 在其基礎(chǔ)上提供了旋轉(zhuǎn)線索(見圖8)：預(yù)覽階段刺激呈現(xiàn)的同時(shí)在屏幕中央呈現(xiàn)線索方框, 預(yù)覽階段的刺激消失后方框不會(huì)消失, 并且在250 ms之后開始旋轉(zhuǎn), 在1000 ms內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°, 旋轉(zhuǎn)方向與檢測(cè)階段的構(gòu)型方向一致, 隨后靜止并保持250 ms后進(jìn)入檢測(cè)階段, 記憶保持的時(shí)間與實(shí)驗(yàn)2一致, 均為1500 ms。由于方框?yàn)檎叫? 旋轉(zhuǎn)前后的形態(tài)完全一致, 除旋轉(zhuǎn)過程外, 并沒有提供其它視覺線索。

實(shí)驗(yàn)3包括3種條件, (1)構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致、(2)新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)、(3)新形態(tài)–方位隨機(jī)變化, 如圖9所示。構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件與實(shí)驗(yàn)2中相同, 但實(shí)驗(yàn)3不再設(shè)置原形態(tài)–方位不變條件, 并且增加了新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)條件(客體方位與旋轉(zhuǎn)線索一致)和新形態(tài)–方位隨機(jī)變化條件, 兩種新形態(tài)條件下測(cè)驗(yàn)構(gòu)型按重新抽取的新形態(tài)呈現(xiàn), 以新形態(tài)–方位隨機(jī)變化條件作為基線。

5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)3的數(shù)據(jù)分析方法與前面的實(shí)驗(yàn)相同, 結(jié)果如圖10所示。

辨別力()與反應(yīng)時(shí)兩個(gè)指標(biāo)的主效應(yīng)都達(dá)到顯著水平,(2, 34) = 4.85,< 0.05, η= 0.22,(2, 34) = 8.16,< 0.01, η= 0.32。將兩種主要條件的辨別力()與基線條件對(duì)比, 構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致下的成績(jī)更高, 達(dá)到顯著水平,(1, 17) = 4.78,< 0.05, η= 0.22, 新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)的成績(jī)也顯著高于基線,(1, 17) = 13.05,< 0.01, η= 0.43; 反應(yīng)時(shí)的數(shù)據(jù)與辨別力()一致, 構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致和新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)的成績(jī)都優(yōu)于基線條件,(1, 17) = 8.31,< 0.05, η= 0.33,(1, 17) = 10.95,< 0.01, η= 0.39。而構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致和新形態(tài)–方位旋轉(zhuǎn)兩種條件在辨別力()和反應(yīng)時(shí)兩方面都沒有表現(xiàn)出顯著差異。

圖8 實(shí)驗(yàn)3旋轉(zhuǎn)線索示例

圖9 實(shí)驗(yàn)3條件設(shè)置

圖10 實(shí)驗(yàn)3各實(shí)驗(yàn)條件下的辨別力(d￠)和反應(yīng)時(shí)

注：*< 0.05; **< 0.01; ***< 0.001

與基線條件相比, 構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件下, 測(cè)驗(yàn)構(gòu)型是嚴(yán)格按線索提示對(duì)預(yù)覽構(gòu)型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后得到, 因此幾何形狀與客體方位兩方面都與旋轉(zhuǎn)過程保持一致, 此時(shí)績(jī)效優(yōu)勢(shì)十分顯著; 而新形態(tài)方位旋轉(zhuǎn)條件下, 測(cè)驗(yàn)構(gòu)型的幾何形態(tài)系重新抽取, 與預(yù)覽時(shí)沒有關(guān)聯(lián), 只有客體方位與旋轉(zhuǎn)線索的提示一致, 此時(shí)的績(jī)效與構(gòu)型旋轉(zhuǎn)–幾何一致條件相當(dāng), 也表現(xiàn)出相對(duì)于基線條件的優(yōu)勢(shì)。換言之, 要得到高于基線條件的績(jī)效, 不需要幾何形態(tài)與客體方位都與旋轉(zhuǎn)完全一致, 只要測(cè)驗(yàn)時(shí)的客體方位是按旋轉(zhuǎn)線索的提示變換所得, 即使此時(shí)構(gòu)型幾何形態(tài)與預(yù)覽時(shí)不同也不會(huì)影響優(yōu)勢(shì)效應(yīng)的產(chǎn)生。

實(shí)驗(yàn)3的結(jié)果顯示, 即使在對(duì)構(gòu)型進(jìn)行了主觀旋轉(zhuǎn)的操作后, 客體方位的一致性仍然是構(gòu)型對(duì)視覺工資記憶績(jī)效影響作用的關(guān)鍵因素。由于旋轉(zhuǎn)的線索僅提供了旋轉(zhuǎn)的提示, 而沒有直接呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)后的構(gòu)型形態(tài), 那么被試在完成任務(wù)時(shí)主要依賴主觀旋轉(zhuǎn)后的表征。這意味著即使不是直接觀察到的構(gòu)型, 而是主觀操作后形成的構(gòu)型表征中, 對(duì)一個(gè)特定客體的定位也主要依賴于該客體的相對(duì)方位。

6 總討論

諸多研究表明, 構(gòu)型對(duì)于提升視覺工作記憶的績(jī)效有著重要作用。前人研究中, 構(gòu)型信息從預(yù)覽階段到測(cè)驗(yàn)階段可能發(fā)生位移或者縮放, 而未對(duì)幾何形態(tài)的變化加以操縱(eg. Jiang et al., 2000, Hollingworth & Rasmussen, 2010)。該控制方式的確幫助我們更加深入的了解構(gòu)型的諸多加工特性, 比如構(gòu)型信息不受位置、大小的影響(Jiang et al., 2000); 且構(gòu)型信息在客體身份不一致時(shí)依然發(fā)揮作用(Hollingworth & Rasmussen, 2010)。然而筆者認(rèn)為幾何形態(tài)不變的情況下, 便無法對(duì)構(gòu)型的具體作用機(jī)制進(jìn)行深入的探索。

如前文所述, 構(gòu)型是若干客體的空間分布形態(tài)。如果要了解這種形態(tài)的內(nèi)在加工機(jī)制, 一種有效的方式便是通過控制影響條件, 考察構(gòu)型從完全保持初始形態(tài)到徹底失去原有特征的過程。在這個(gè)過程中, 影響構(gòu)型的不同因素就可以顯現(xiàn)出其作用, 從而揭示構(gòu)型提升工作記憶績(jī)效的具體作用機(jī)制。近來研究者已經(jīng)開始關(guān)注借助動(dòng)態(tài)變化的構(gòu)型來揭示構(gòu)型的某些加工特征(Sun et al., 2015; Zhao et al., 2014), 然而現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中往往需要對(duì)一個(gè)特定的構(gòu)型進(jìn)行處理和利用, 這個(gè)過程中構(gòu)型依賴哪些因素起作用需要通過操縱因素的變化進(jìn)行探索。

基于上述思想, 本研究對(duì)構(gòu)型所包含的相對(duì)方位與幾何形狀兩種信息分別進(jìn)行了操縱, 使其中的一種發(fā)生變化而另一種保持不變, 如果不同的信息具有不同的作用機(jī)制, 那么這種差異就會(huì)在不同的變化方式下顯現(xiàn)出來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 當(dāng)客體相對(duì)方位保持不變時(shí), 記憶績(jī)效較高, 幾何形狀保持不變而相對(duì)方位變化時(shí), 記憶績(jī)效較低; 在對(duì)構(gòu)型進(jìn)行主觀操作形成旋轉(zhuǎn)后的表征時(shí), 相對(duì)方位的一致性仍然起到主要的作用。

6.1 客體、視覺屬性、空間位置的綁定關(guān)系

編碼特異性理論認(rèn)為, 如果提取信息時(shí)的背景條件與存儲(chǔ)時(shí)接近, 提取操作就會(huì)更容易進(jìn)行(Tulving & Thomson, 1973)。從這個(gè)角度來看, 構(gòu)型可以視為是視覺特征的背景, 測(cè)驗(yàn)時(shí)的構(gòu)型編碼與預(yù)覽時(shí)越接近, 就越有利于對(duì)與之相關(guān)聯(lián)的視覺信息的提取。然而在后續(xù)研究中, 一些更加深入和細(xì)致的現(xiàn)象得到了揭示, 預(yù)覽與測(cè)驗(yàn)間視覺特征的相似性并不僅僅存在于表面形態(tài), 如果兩者的內(nèi)在屬性存在特定的關(guān)聯(lián), 那么仍然可以觀察到類似的利化效應(yīng), 例如客體身份的一致性、構(gòu)型形狀的一致性等(Hollingworth & Rasmussen, 2010; Kahneman, Treisman, & Gibbs, 1992)。

這些發(fā)現(xiàn)提示, 在視覺認(rèn)知加工中, 客體與視覺屬性、空間位置存在著緊密而復(fù)雜的綁定關(guān)系。關(guān)于視覺屬性與客體之間的綁定聯(lián)系已有許多研究, 一般認(rèn)為集中于一個(gè)特定的客體之上的不同視覺屬性可以集合形成一個(gè)獨(dú)立的客體表征(Treisman, 1996, 1998; Wheeler et al., 2002)。關(guān)于客體與位置之間的綁定聯(lián)系也有許多令人矚目的發(fā)現(xiàn), 比如客體在視覺工作記憶中主要與相對(duì)位置而非絕對(duì)位置進(jìn)行綁定(Hollingworth, 2007)。

在已有研究的基礎(chǔ)上, 本研究主要的拓展在于發(fā)現(xiàn)了客體與位置的綁定聯(lián)系并不一定依賴于其在視覺上下文中的準(zhǔn)確位置, 只要相對(duì)方位保持一致, 這種綁定聯(lián)系就可以存在并發(fā)揮作用?？腕w與相對(duì)位置的綁定意味著客體與其視覺上下文在位移、縮放中保持精確對(duì)應(yīng)的話, 視覺工作記憶的績(jī)效就可以維持較高水平, 而客體與相對(duì)方位之間的聯(lián)系則可以讓客體在視覺上下文的位置發(fā)生一定的偏移時(shí), 仍然保持較高的記憶績(jī)效。這也體現(xiàn)了人的視覺認(rèn)知系統(tǒng)在處理視覺任務(wù)時(shí)的靈活性, 一定程度上能夠適應(yīng)輸入信息的變化。

不過另一方面, 客體的相對(duì)方位依賴于客體與其他參照物之間的關(guān)系。在構(gòu)型中, 一個(gè)客體的相對(duì)方位參照物就是其他的客體, 如果這些客體偏移幅度較大, 就可能影響對(duì)相對(duì)方位的判斷, 因此位置的偏移必須處在一定的范圍之內(nèi)才能保證相對(duì)方位的不變性。在本研究中為了控制偏移程度, 使用了按規(guī)則生成的4客體構(gòu)型, 從而使不同的構(gòu)型之間的位置差異不會(huì)過大, 目的就在于保持相對(duì)方位判斷參照系的穩(wěn)定, 而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)也是基于此種前提得到。本研究的關(guān)注點(diǎn)在于參照系沒有破壞時(shí), 位置偏移而相對(duì)方位不變時(shí)的工作記憶績(jī)效, 那么一個(gè)值得關(guān)注的問題是, 客體位置的偏移達(dá)到何種程度時(shí)會(huì)影響相對(duì)方位的存在和作用, 這有待于未來的研究對(duì)此進(jìn)行探索。

6.2 客體構(gòu)型在工作記憶中的編碼形式

視覺工作記憶的編碼單元主要是視覺客體, 構(gòu)型作為若干客體的集合在工作記憶中也表現(xiàn)出重要作用, Chun和Jiang的研究(1998)顯示, 構(gòu)型可以在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)保持在記憶中并顯示出作用, 其他一些研究也將其視為工作記憶中對(duì)客體位置的組織方式(Hollingworth, 2007; Olson et al., 2005), 但目前的研究對(duì)于構(gòu)型在視覺工作記憶中如何進(jìn)行編碼的探索仍然十分不足。

如果將構(gòu)型看做客體位置信息的組織方式, 考慮之前的研究中構(gòu)型不受平移、大小變化影響的發(fā)現(xiàn), 那么確定幾何形狀和朝向即可準(zhǔn)確定義一個(gè)構(gòu)型。然而在本研究中, 當(dāng)顏色出現(xiàn)在相同方位的客體上時(shí), 無論構(gòu)型的幾何形態(tài)是否發(fā)生變化, 工作記憶績(jī)效都保持較高的水平; 但方位發(fā)生變化時(shí), 實(shí)驗(yàn)任務(wù)仍可以順利完成, 并不需要幾何形狀的精確符合, 而客體方位因朝向發(fā)生變化時(shí)績(jī)效卻會(huì)顯著降低。據(jù)此可以推測(cè), 觀察者使用的記憶編碼包括兩方面, 一方面是整體性編碼, 其基礎(chǔ)是客體大致的相對(duì)方位而不是幾何形狀, 另一方面是顏色特征本身的編碼。如果整體編碼可以得到利用, 就能實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)速度和辨別力; 反之方位與編碼階段不一致無法進(jìn)行整體加工, 就需要對(duì)存儲(chǔ)的特征編碼進(jìn)行掃描操作, 搜尋是否有新的特征出現(xiàn), 因此反應(yīng)速度和辨別力都較低。

本研究的另一個(gè)發(fā)現(xiàn)是, 當(dāng)提供旋轉(zhuǎn)線索而對(duì)構(gòu)型進(jìn)行了主觀旋轉(zhuǎn)的操作時(shí), 客體方位的變化如果與旋轉(zhuǎn)一致, 任務(wù)績(jī)效也可以達(dá)到較高水平, 這個(gè)過程中同樣不需要幾何形態(tài)保持一致。研究表明, 人們的認(rèn)知系統(tǒng)能夠?qū)σ曈X表征進(jìn)行主觀旋轉(zhuǎn) (Cooper & Shepard, 1973; Metzler & Shepard, 1974; Shepard & Hurwitz, 1984; Shepard & Metzler, 1988), 而構(gòu)型的表征也體現(xiàn)出這種性質(zhì), 具備主觀旋轉(zhuǎn)的能力, 并且在旋轉(zhuǎn)后表現(xiàn)出與通過直接視覺輸入編碼的構(gòu)型表現(xiàn)出類似的性質(zhì)。然而另一方面, 這種能力也受到一定的限制, 應(yīng)對(duì)旋轉(zhuǎn)變化時(shí)需要線索才能對(duì)構(gòu)型進(jìn)行更新, 因此可以說構(gòu)型信息在視覺工作記憶中的作用既有其靈活性與適應(yīng)性的特點(diǎn), 但也受到人的固有認(rèn)知加工方式的制約。

6.3 工作記憶對(duì)構(gòu)型信息的保持

同其他所有工作記憶保存的信息一樣, 構(gòu)型信息在工作記憶中的保持也會(huì)存在某種保持能力的限制。本研究發(fā)現(xiàn), 存在線索時(shí)構(gòu)型可以在工作記憶中進(jìn)行主觀旋轉(zhuǎn), 以旋轉(zhuǎn)后的狀態(tài)發(fā)揮作用, 但旋轉(zhuǎn)前的原始狀態(tài)卻沒有從工作記憶中消除。這提示心理旋轉(zhuǎn)操作并不能使工作記憶中構(gòu)型的存儲(chǔ)完全更新, 即使旋轉(zhuǎn)變化后新的方位信息可以得到利用, 原形態(tài)的方位信息仍然可以影響工作記憶任務(wù)的完成, 或者說, 此時(shí)的工作記憶中能夠同時(shí)保持旋轉(zhuǎn)前后的兩種狀態(tài)。

能夠同時(shí)保存的信息越多, 就會(huì)越有利于記憶任務(wù)的完成效率, 不過許多關(guān)于工作記憶的研究表明, 存儲(chǔ)信息的精度與數(shù)量之間存在權(quán)衡的關(guān)系(Alvarez & Cavanagh, 2004; Wilken & Ma, 2004), 而本研究中對(duì)構(gòu)型初始狀態(tài)和旋轉(zhuǎn)完成狀態(tài)的同時(shí)保持似乎并未導(dǎo)致其作用的降低。這一方面可能是由于同一構(gòu)型的兩種不同朝向并不會(huì)占用兩倍的存儲(chǔ), 而可能有共享的信息編碼, 另一方面可能是由于對(duì)構(gòu)型的存儲(chǔ)尚未超出其能力上限。

關(guān)于工作記憶對(duì)構(gòu)型的保持能力, 以及構(gòu)型發(fā)揮作用的加工階段、可能影響構(gòu)型作用的其他因素(注意資源、記憶負(fù)荷等), 還有待于未來的研究中進(jìn)一步探索。

7 結(jié)論

本研究通過3個(gè)實(shí)驗(yàn)考察構(gòu)型中不同信息因素對(duì)工作記憶績(jī)效的影響作用, 得到如下結(jié)論：(1)構(gòu)型客體的空間相對(duì)方位是構(gòu)型影響視覺工作記憶績(jī)效的主要因素; (2)構(gòu)型整體幾何形態(tài)對(duì)視覺工作記憶的影響不顯著; (3)對(duì)構(gòu)型進(jìn)行主觀旋轉(zhuǎn)后, 影響構(gòu)型作用的主要因素仍然是相對(duì)方位, 與無旋轉(zhuǎn)情況一致。

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Effect of spatial position based configuration on visual working memory performance

HUANG Yushang; CAO Liren

(Department of Psychology and Behavioral Science, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China)

It has been widely acknowledged that visual working memory (VWM) only maintains and manipulates a limited amount of visual information (e.g. 3~4 objects). Studies on how VWM stores and processes objects have been effective and have yielded useful results. Previous studies in this field are focused on the processing mechanisms of individual objects. However, the mechanisms for grouping and organization of visual objects have received an increasing amount of attention recently. Among numerous types of organizations, configuration, i.e. the spatial formation of visual objects, plays a vital role in understanding the flexibility of human VWM. Many studies have shown that configuration had significant influence on VWM performance. However, configuration was usually employed as an approach to explore the effect of other factors on the memory system. Only a few studies have directly addressed the mechanism of the configuration VWM. In this study, we attempt to determine the critical factor of the information contained in a given configuration that influences VWM. We then attempt to outline the underlying mechanism of the processing in memory system for a given configuration.

In experiments 1 and 2, we separately controlled the variation of two aspects for a given configuration: the spatial position (i.e. relative position of an object described in left, right, and up/down, will be changed when configuration rotates), and the geometric shape (i.e., shape of the polygon with the objects as its vertexes, irrelevant to rotation). These two factors might vary independently or simultaneously. If the spatial position is the dominant factor in the influence of configuration on VWM, the performance will improve when the spatial position is kept constant. Consequently, broken or rotated geometric shapes will not affect memory performance. If geometric shape is the critical factor, the effects would be in reverse, wherein the performance would improve if the geometric shape is kept constant. The results from our experiments indicate that spatial position is the dominant factor. There was no significant difference on VWM performance between same-position-different- shape conditions (geometric shape varied while spatial position preserved) and the baseline condition (configuration were completely identical). The memory performance declined significantly against the baseline level when spatial position changed, regardless of the geometric shape.

In experiment 3, we systematically considered the rotation of a given configuration. A rotation clue was provided such that mental rotation can be conducted on the previewed configuration. The paradigms were identical to experiments 1 and 2; however, the controlled factor of experiment 3 was the consistency between the rotation clue and the spatial position/geometric shape in test phase. When spatial position is consistent with the rotation clue, the memory performance was better. Once again, the geometric shape showed no significant effect.

These findings suggest the following: First, when a given configuration boost the efficiency of VWM, the primary factor is the spatial position of the object. Second, the overall geometric shape has no significant influence on VWM performance. Third, the role of these two factors maintains the same under mental rotation of a given configuration.

visual working memory; objects; configuration

2017-05-15

曹立人, E-mail: caoliren2000@163.com

10.3724/SP.J.1041.2018.01222

B842