視覺工作記憶負載類型對注意選擇的影響*

李壽欣 車曉瑋 李彥佼 王 麗 陳愷盛

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視覺工作記憶負載類型對注意選擇的影響

李壽欣車曉瑋李彥佼王 麗陳愷盛

(山東師范大學心理學院, 濟南 250358) (濟南大學城實驗高級中學, 濟南 250358) (濟南大學商學院, 濟南 250022)

通過操縱Flanker任務相對于視覺工作記憶任務的呈現(xiàn)位置, 探討在視覺工作記憶編碼和保持階段, 精度負載和容量負載對注意選擇的影響。行為結果發(fā)現(xiàn), Flanker任務呈現(xiàn)位置和視覺工作記憶負載類型影響注意選擇; ERP結果發(fā)現(xiàn), 在保持階段, 當搜索目標和干擾項不一致時, 負載類型影響N2成分。研究表明, 在編碼階段, 視覺工作記憶負載主要通過占用更多知覺資源降低干擾效應, 支持知覺負載理論; 而在保持階段, 當Flanker任務位于記憶項內部時, 兩類負載在工作記憶表征過程中不同的神經(jīng)活動導致投入到注意選擇的認知控制資源不同, 可能是兩類負載影響保持階段注意選擇的機制。

視覺工作記憶; 注意選擇; 精度負載; 容量負載; N2

1 前言

人類的知覺系統(tǒng)每時每刻都在接受大量的信息, 這些信息既包括有效信息也包括無效信息。選擇性注意幫助人們將注意力集中在與任務相關的信息上, 忽視或抑制無關信息。然而, 注意選擇并不總是能夠有效進行, 無關信息的存在會干擾任務相關信息的加工。知覺負載理論認為, 當前任務知覺負載的高低決定了選擇性注意過程中的資源分配, 如果當前任務的知覺負載增加, 會使得加工無關信息的知覺資源減少, 無關信息的干擾效應降低, 有利于注意選擇; 但是, 如果當前任務的認知控制負載增加, 抑制無關信息加工的資源會減少, 無關信息的干擾效應反而會提高, 不利于完成注意選擇(de Fockert, Rees, Frith, & Lavie, 2001; Lavie, 1995, 2005; Lavie & de Fockert, 2005; Lavie & Tsal, 1994)。

作為存儲緩沖器的視覺工作記憶是工作記憶的一個重要的組成部分, 可以暫時保持和操縱有關視覺信息(Luck & Vogel, 2013), 既有存儲功能也有認知控制功能, 在視知覺和認知過程中發(fā)揮著十分重要的作用(Baddeley, 2012; Ma, Husain, & Bays, 2014; Repov? & Baddeley, 2006; Suchow, Fougnie, Brady, & Alvarez, 2014)。近來, 視覺工作記憶負載對注意選擇的影響成為研究者關注的熱點。一些研究者在視覺工作記憶任務中插入Flanker任務發(fā)現(xiàn), 視覺工作記憶負載增加, 無關信息的干擾效應降低。Roper和Vecera (2014)在視覺工作記憶保持階段呈現(xiàn)Flanker任務, 研究發(fā)現(xiàn), 高視覺工作記憶負載下的干擾效應小于低視覺工作記憶負載。Konstantinou, Beal, King和Lavie (2014)在視覺工作記憶編碼階段和保持階段分別呈現(xiàn)Flanker任務, 研究發(fā)現(xiàn), 不管視覺工作記憶的記憶項和注意選擇任務同時呈現(xiàn)還是相繼呈現(xiàn), 高視覺工作記憶負載下的干擾效應均小于低視覺工作記憶負載, 說明在視覺工作記憶保持階段和編碼階段, 高視覺工作記憶負載均會減少干擾效應。在完成Flanker任務時, 對注意目標的視覺信息進行判斷, 消耗視覺資源, 這可能與完成視覺工作記憶任務消耗的視覺資源重疊。因此, 增加視覺工作記憶負載會消耗較多視覺資源, 用于加工干擾項的資源減少, 干擾效應降低。然而, 另一些研究者在視覺工作記憶任務中插入Stroop任務發(fā)現(xiàn), 視覺工作記憶負載增加, 無關信息的干擾效應也增加。Stins, Vosse, Boomsma和de Geus (2004)要求被試先完成視覺工作記憶任務, 再完成判斷詞義而忽略詞的書寫顏色的Stroop任務, 研究發(fā)現(xiàn), 視覺工作記憶負載增加, Stroop任務的干擾效應增大。Gil-Gómez de Lia?o, Stablum和Umiltà (2016)要求被試先進行視覺工作記憶任務, 再完成判斷詞義方向而忽略箭頭指向的Stroop任務, 研究發(fā)現(xiàn), 相比于不進行視覺工作記憶任務, 進行視覺工作記憶任務時Stroop任務的干擾效應更大。在完成Stroop任務時, 需要被試將視覺加工轉換為言語加工, 這一轉換需要消耗認知控制資源, 與視覺工作記憶消耗的認知控制資源重疊。因此, 增加視覺工作記憶負載, 用于完成Stroop任務的認知控制資源減少, 干擾效應增加。上述研究表明, 視覺工作記憶任務與注意選擇任務消耗資源的重疊性, 可能是視覺工作記憶負載對注意選擇產(chǎn)生不同影響的原因。

最近, 有研究者(Zhang & Luck, 2015)將視覺工作記憶負載劃分為視覺工作記憶容量負載和精度負載, 容量負載是指記憶項的數(shù)量多少, 精度負載是指記憶項和探測項之間變化的程度, 探討兩類負載對注意選擇的影響。結果發(fā)現(xiàn), 高容量負載下Flanker任務的干擾效應大于低容量負載, 而高精度負載下Flanker任務的干擾效應小于低精度負載。視覺工作記憶高容量負載可能拓寬了注意范圍, 因而增加干擾效應; 而在視覺工作記憶高精度負載條件下, 需要被試對記憶項進行更細致的知覺加工以檢測記憶項和探測項之間的細微變化, 將注意集中于更小的注意范圍, 最終可能窄化了注意范圍, 從而降低干擾效應。這與以往采用Flanker任務進行的研究(Konstantinou et al., 2014; Roper & Vecera, 2014)結果不一致, 原因可能在于：注意選擇任務呈現(xiàn)位置的不同, 導致視覺工作記憶任務與注意選擇任務消耗資源的重疊性不同。在Konstantinou等人(2014)、Roper和Vecera (2014)的研究中, Flanker任務的干擾項均位于視覺工作記憶的記憶項外周, 可能處于注意焦點以外。因干擾項和視覺工作記憶任務的加工均需要消耗知覺資源, 干擾項可能得不到足夠的加工資源, 干擾效應降低。而在Zhang和Luck (2015)的研究中, Flanker任務的干擾項位于記憶項的內部, 容易落入注意焦點范圍內, 可能自動進入知覺加工(Gronau, Cohen, & Ben-shakhar, 2003)。Flanker任務的完成需要消耗認知控制資源抑制干擾項的加工, 與視覺工作記憶任務消耗的認知控制資源重疊, 干擾項因得不到足夠的抑制資源, 干擾效應增加。

不同類型視覺工作記憶負載對注意選擇產(chǎn)生影響的機制是什么？Flanker任務的干擾項呈現(xiàn)位置不同時, 視覺工作記憶負載是否對注意選擇產(chǎn)生不同影響？本研究擬通過變化注意選擇任務相對于視覺工作記憶任務的呈現(xiàn)位置, 變化視覺工作記憶負載類型, 對此加以探討, 共設計4個實驗。實驗1探討記憶項和Flanker任務同時呈現(xiàn)時, 不同類型視覺工作記憶負載對注意選擇的影響。當記憶項和Flanker任務同時出現(xiàn), 在同一視野中, 容量負載和精度負載均增加知覺負載增加, 消耗更多視覺資源, 加工干擾項的知覺資源可能減少, 干擾效應降低。因此, 假設1是, 無論Flanker任務處于記憶項內部還是外周, 視覺工作記憶精度負載和容量負載均會降低干擾效應。實驗2探討記憶項和Flanker任務繼時呈現(xiàn)時, 不同類型負載對注意選擇的影響。當Flanker任務位于記憶項外周時, 干擾項處于注意焦點以外, 干擾項的加工需要消耗知覺資源。當工作記憶精度負載和容量負載增加時, 均能消耗更多的知覺資源, 干擾項因得不到足夠的加工資源, 干擾效應降低。當Flanker任務位于記憶項內部時, 干擾項會進入注意焦點, 并自動進入知覺加工。視覺工作記憶容量負載拓寬注意范圍(Ahmed & de Fockert, 2012), 完成Flanker任務需要消耗認知控制資源以抑制干擾項的加工, 與完成高容量負載的工作記憶任務消耗的認知控制資源重疊, 干擾效應增大。但視覺工作記憶精度負載可能窄化注意范圍(Zhang & Luck, 2015), 使得完成Flanker任務時有足夠的資源抑制干擾項的加工, 干擾效應降低。因此, 假設2是, 當Flanker任務位于記憶項外周時, 無論視覺工作記憶高精度負載還是容量負載條件下, 干擾效應均降低; 當Flanker任務位于記憶項內部時, 高容量負載條件下, 干擾效應增大, 高精度負載條件下, 干擾效應降低。為進一步驗證這一假設, 設計實驗3, 在記憶項和注意選擇任務相繼呈現(xiàn)時, 采用Navon任務操縱注意變化范圍(Navon, 1977), 探討保持階段是否由于不同負載下注意范圍發(fā)生了變化, 從而造成視覺工作記憶負載對注意選擇產(chǎn)生不同的影響。假設3是, 高精度負載條件下, 注意局部時干擾效應小于注意整體; 高容量負載條件下, 注意局部時干擾效應大于注意整體。在前面行為研究的基礎上, 實驗4采用事件相關電位(ERP)技術, 以反映認知控制資源投入的N2成分為指標(Heil, Osman, Wiegelmann, Rolke, & Hennighausen, 2000; Kopp, Rist, & Mattler, 1996), 探討不同視覺工作記憶負載下, 完成Flanker任務消耗的認知控制資源情況。假設4是, 由于視覺工作記憶容量負載消耗了更多認知控制資源, 完成Flanker任務時, 可用的認知控制資源減少, N2波幅小于基線條件; 而由于視覺工作記憶精度負載窄化注意范圍, 完成Flanker任務時, 可用的認知控制資源較多, N2波幅大于基線條件。

2 實驗1：記憶項和注意選擇任務同時呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶負載類型和注意選擇任務呈現(xiàn)位置對注意選擇的影響

在以往研究(Zhang & Luck, 2015)的基礎上, 將記憶項和Flanker任務同時呈現(xiàn), 變化注意選擇任務相對于記憶項的呈現(xiàn)位置, 探討視覺工作記憶的容量負載和精度負載對注意選擇的影響。

2.1 方法

2.1.1 被試

選取某大學36名在校大學生, 其中16名男生, 年齡20.80 ± 1.50歲。所有被試視力或矯正視力正常, 無色盲或色弱情況, 無精神疾病史, 均未參加過類似的實驗, 實驗后給予報酬。根據(jù)Zhang和Luck (2015)研究中不同視覺工作記憶負載之間干擾效應差異的效果量(η= 0.22), 采用G*Power 3.1軟件, 設置Power為95%, α水平為0.05, 計算每組被試樣本量為14。在該實驗中, 被試被分為兩組, 每組18人。

2.1.2 儀器和材料

采用E-prime 1.1進行編制實驗程序, 在計算機上進行實驗, 屏幕分辨率為1024×768, 刷新率為60 Hz。

視覺工作記憶任務的材料為彩色方塊。彩色方塊的顏色從知覺同質的CIELAB顏色空間(Zhang & Luck, 2008)中隨機選取, 在該顏色空間中有一個由180個平均分布的色調所組成的顏色環(huán)(見圖1)。記憶項由2個或4個2°×2°的彩色方塊組成, 一個記憶項序列的任意兩個方塊顏色在顏色空間上的 差異至少為48°, 呈現(xiàn)在距屏幕中央注視點 ± 6°的位置。

Flanker任務的材料分為兩種：一種呈現(xiàn)在記憶項外周, 目標字母(X或N, 1.4°×0.8°)隨機呈現(xiàn)在由黑點組成的半徑為8°的大圓環(huán)上, 干擾字母(N或X, 1.8°×0.8°)呈現(xiàn)在注視點左邊或右邊10°的位置上; 另一種呈現(xiàn)在記憶項內部, 目標字母(X或N, 1.4°×0.8°)隨機呈現(xiàn)在由黑點組成的半徑為2°的小圓環(huán)上, 干擾字母(N或X, 1.8°×0.8°)呈現(xiàn)在注視點左邊或右邊3°的位置上。

圖1 CIELAB顏色空間(Zhang & Luck, 2008)

2.1.3 實驗設計

實驗采用視覺工作記憶負載類型3(基線、高精度負載、高容量負載) × 注意選擇任務呈現(xiàn)位置2(記憶項的外周、記憶項的內部)二因素混合實驗設計, 其中, 注意選擇任務呈現(xiàn)位置為被試間因素, 分為兩種條件：Flanker任務呈現(xiàn)在視覺工作記憶記憶項的外周或內部。視覺工作記憶負載類型為被試內因素, 分為三種條件：在基線條件下, 記憶項為2個彩色方塊, 檢測項相對于記憶項的顏色變化幅度大(顏色空間上有96°的差異); 在視覺工作記憶高精度負載條件下, 記憶項為2個彩色方塊, 檢測項相對于記憶項的顏色變化幅度小(顏色空間上有24°的差異); 在視覺工作記憶高容量負載條件下, 記憶項為4個彩色方塊, 檢測項相對于記憶項的顏色變化幅度大(顏色空間上有96°的差異)。記錄完成Flanker任務的反應時和視覺工作記憶任務的正確率。

2.1.4 實驗程序

被試坐在距離計算機屏幕約57 cm的位置。實驗程序如圖2所示, 屏幕上先呈現(xiàn)注視點“+” 1000 ms, 提醒被試實驗開始, 然后同時呈現(xiàn)視覺工作記憶記憶項和Flanker任務200 ms, Flanker任務位于記憶項的外周或內部, 要求被試記住呈現(xiàn)的色塊的顏色, 并從由黑點組成的圓環(huán)上搜索目標字母。然后呈現(xiàn)“?”2000 ms, 要求被試判斷位于圓環(huán)上的目標字母, 若為“X”則按“0”鍵, 若為“N”則按“2”鍵; 隨后呈現(xiàn)注視點“+”1850 ms, 最后呈現(xiàn)視覺工作記憶的檢測項。檢測項為1個彩色方塊, 隨機呈現(xiàn)在記憶項的任一位置。50%的試次中檢測項顏色不發(fā)生變化, 另外50%的檢測項顏色發(fā)生變化。若檢測項與記憶項顏色和位置相同, 則按“A”鍵, 反之則按“S”鍵。實驗分為3個Block, 分別是基線條件、高精度負載條件和高容量負載條件, 各Block間的順序進行拉丁方平衡, 每個Block包括12個練習試次和72個正式實驗試次。每完成一個Block休息5分鐘, 完成整個實驗約需60分鐘。

圖2 實驗1單一試次流程圖, 其中, 第一行為Flanker任務呈現(xiàn)于記憶項外周時, 視覺工作記憶負載為基線條件的流程圖; 第二行為Flanker任務呈現(xiàn)于記憶項內部時, 視覺工作記憶負載為高精度條件的流程圖; 第三行為Flanker任務呈現(xiàn)于記憶項內部時, 視覺工作記憶負載為高容量條件的流程圖。

2.2 實驗結果

2.2.1 視覺工作記憶任務的正確率

不同條件下完成視覺工作記憶任務的正確率見表1。對視覺工作記憶任務的正確率進行Flanker任務呈現(xiàn)位置和負載類型二因素重復測量后一因素的方差分析, 結果顯示, 視覺工作記憶負載類型的主效應顯著,(2, 68) = 93.17,< 0.001, η= 0.73 > 0.14 [η是反映實驗中自變量和因變量關聯(lián)程度的指標, η越大, 說明自變量對因變量的影響越大。根據(jù)Cohen (1992)提出的標準進行換算可知, 0.01 < η< 0.06, 效應量較小; 0.06 <η< 0.14, 效應量為中等; η> 0.14, 效應量較大]?；€條件下視覺工作記憶任務正確率(= 0.86, 95%CI [0.83, 0.89])高于高精度條件(= 0.71, 95%CI [0.68, 0.74])和高容量條件(= 0.68, 95%CI [0.65, 0.71]),s < 0.001, 高精度條件下視覺工作記憶任務正確率高于高容量條件,= 0.034。其他效應均不顯著。

2.2.2 Flanker任務的反應時

僅對視覺工作記憶任務和Flanker任務反應正確試次的數(shù)據(jù)進行分析。不同條件下, Flanker任務的反應時見表2, 對Flanker任務反應時進行Flanker任務呈現(xiàn)位置、一致性和視覺工作記憶負載類型三因素重復測量后兩個因素的方差分析, 結果顯示, 一致性和視覺工作記憶負載類型交互作用顯著,(2, 68) = 4.77,= 0.012, η= 0.12, 0.06 < η< 0.14, 其他效應均不顯著。

為進一步分析工作記憶負載類型對注意選擇任務的影響, 主要分析Flanker任務的干擾效應, 用目標字母與干擾字母不一致條件下對目標字母的反應時減去一致條件下目標字母的反應時, 作為干擾效應的指標(Konstantinou et al., 2014; Zhang & Luck, 2015)。不同條件下的干擾效應見表2。事后比較發(fā)現(xiàn), 基線條件的干擾效應(= 191.83, 95%CI [155.44, 228.23]) (單位：ms, 下同) 高于高精度條件(= 144.72, 95%CI [101.65, 187.80])和高容量條件(= 144.89, 95%CI [101.52, 188.26]),= 0.015,= 0.007; 而高精度條件和高容量條件的干擾效應無差異,= 0.99。

表1 實驗1不同條件下視覺工作記憶任務的正確率(M ± 95%CI)

表2 實驗1各條件下Flanker任務的反應時(M ± 95%CI,單位：ms)

2.3 討論

視覺工作記憶正確率的結果顯示, 高精度負載和高容量負載條件下的正確率均低于基線, 這表明我們對視覺工作記憶負載類型的操縱是有效的, 與基線條件相比, 高精度負載和高容量負載均消耗更多認知資源, 不利于視覺工作記憶的保持。

Flanker任務的干擾效應的結果發(fā)現(xiàn), 視覺工作記憶的記憶項和Flanker任務同時呈現(xiàn)時, Flanker任務在視覺工作記憶任務的內部和外周呈現(xiàn), 高精度負載和高容量負載下的干擾效應都小于基線條件, 這與Konstantinou等人(2014)對視覺工作記憶容量負載的研究結果一致。當視覺工作記憶的記憶項和Flanker任務同時呈現(xiàn), 視覺工作記憶和注意選擇任務主要處于編碼加工階段, 不管負載的類型(精度負載/容量負載)和呈現(xiàn)的位置是否變化, 只要增加視覺工作記憶負載, 都會降低干擾效應。這說明, 當記憶項和注意選擇任務同時呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶負載對注意選擇任務的作用不受注意選擇任務位置變化的影響, 高精度負載和高容量負載都增加了知覺負載, 干擾效應減小。那么, 當記憶項和注意選擇任務繼時呈現(xiàn)時, 即將注意選擇任務置于視覺工作記憶的保持階段, 視覺工作記憶負載對注意選擇任務的作用是否受注意選擇任務呈現(xiàn)位置的影響？實驗2對此進行探討。

3 實驗2：記憶項和注意選擇任務相繼呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶負載類型和注意選擇任務呈現(xiàn)位置對注意選擇的影響

在實驗1的基礎上, 將記憶項和Flanker任務改為相繼呈現(xiàn), 變化注意選擇任務相對于記憶項的呈現(xiàn)位置, 探討視覺工作記憶的容量負載和精度負載對注意選擇的影響。

3.1 方法

3.1.1 被試

選取某大學36名在校大學生, 其中18名男生, 年齡19.40 ± 2.10歲。所有被試視力或矯正視力正常, 無色盲或色弱情況, 無精神疾病史, 均未參加過類似的實驗, 實驗后給予報酬。

3.1.2 儀器和材料

儀器和材料同實驗1。

3.1.3 實驗設計

實驗設計同實驗1。

3.1.4 實驗程序

在實驗2中, 記憶項和Flanker任務相繼呈現(xiàn), 即先呈現(xiàn)記憶項200 ms, 再相繼呈現(xiàn)注視點“+”1850 ms, Flanker任務150 ms, 其他實驗程序同實驗1。單一試次流程圖見圖3。

3.2 實驗結果

3.2.1 視覺工作記憶任務的正確率

不同條件下完成視覺工作記憶任務的正確率見表3。對視覺工作記憶任務的正確率進行Flanker任務呈現(xiàn)位置和負載類型二因素重復測量后一因素的方差分析, 結果顯示, 視覺工作記憶負載類型的主效應顯著,(2, 68) = 63.19,< 0.001, η= 0.65 > 0.14。基線條件下視覺工作記憶任務正確率(= 0.87, 95%CI [0.84, 0.90])高于高精度條件(= 0.70, 95%CI [0.68, 0.73])和高容量條件(= 0.70, 95%CI [0.66, 0.74]),s < 0.001, 高精度條件和高容量條件下的視覺工作記憶任務正確率沒有顯著差異,= 0.90。其他效應均不顯著。

3.2.2 Flanker任務的反應時

只對視覺工作記憶任務和Flanker任務反應正確試次的數(shù)據(jù)進行分析。不同條件下, Flanker任務的反應時見表4, 對Flanker任務反應時進行Flanker任務呈現(xiàn)位置、一致性和視覺工作記憶負載類型三因素重復測量后兩個因素的方差分析, 結果顯示, 一致性主效應顯著,(1, 34) = 42.82,< 0.001, η= 0.56 > 0.14。目標和干擾項不一致時Flanker任務的反應時(= 894.25, 95%CI [827.23, 961.27])長于目標和干擾項一致下的反應時(= 707.32, 95%CI [653.04, 761.60])。一致性和視覺工作記憶負載類型交互作用顯著,(2, 68) = 4.98,= 0.01, η= 0.13, 0.06 <η< 0.14; Flanker任務呈現(xiàn)位置、一致性和視覺工作記憶負載類型三因素交互作用顯著,(2, 68) = 5.07,= 0.009, η= 0.13, 0.06 <η< 0.14。其他效應均不顯著。

圖3 實驗2單一試次流程圖, 其中, 第一行為Flanker任務呈現(xiàn)于記憶項外周時, 視覺工作記憶負載為基線條件的流程圖; 第二行為Flanker任務呈現(xiàn)于記憶項內部時, 視覺工作記憶負載為高精度條件的流程圖; 第三行為Flanker任務呈現(xiàn)于記憶項外周時, 視覺工作記憶負載為高容量條件的流程圖。

表3 實驗2不同條件下視覺工作記憶任務的正確率(M ± 95%CI)

表4 實驗2各條件下Flanker任務的反應時(M ± 95%CI, 單位：ms)

為進一步分析工作記憶負載類型對注意選擇任務的影響, 計算Flanker任務的干擾效應, 不同條件下的干擾效應見圖4。進一步分析發(fā)現(xiàn), 在記憶項內部呈現(xiàn)Flanker任務條件時, 不同負載類型的干擾效應差異顯著,(2, 68) = 6.78,= 0.002, 基線條件的干擾效應高于高精度條件,= 0.023, 高容量條件的干擾效應高于基線條件(= 0.045)和高精度條件(= 0.002); 在記憶項外周呈現(xiàn)Flanker任務條件下, 不同負載類型的干擾效應差異顯著,(2, 68) = 3.27,= 0.044, 基線條件的干擾效應顯著高于高精度條件和高容量條件,= 0.06,p= 0.046, 高精度條件和高容量條件的干擾效應無差異,= 0.82。

圖4 實驗2各條件下的干擾效應(豎線表示95%置信區(qū)間, *p < 0.05)

3.3 討論

視覺工作記憶正確率的結果顯示, 高精度負載和高容量負載的正確率均低于基線條件, 這與實驗1結果一致。完成Flanker任務干擾效應的結果顯示, 在視覺工作記憶的記憶項之后呈現(xiàn)Flanker任務, 當Flanker任務呈現(xiàn)在視覺工作記憶任務的外周時, 高精度負載和高容量負載條件下的干擾效應都小于基線, 這與Konstantinou等人(2014)操縱容量負載的研究發(fā)現(xiàn)一致。然而, 當Flanker任務呈現(xiàn)在視覺工作記憶任務的內部時, 視覺工作記憶的精度負載和容量負載卻對保持階段的注意選擇任務產(chǎn)生不同的影響, 高精度負載條件下的干擾效應小于基線, 而高容量負載條件下的干擾效應大于基線。為什么注意選擇任務呈現(xiàn)在視覺工作記憶任務的內部時, 視覺工作記憶負載類型會對保持階段的注意選擇產(chǎn)生不同的作用？這可能與保持階段不同類型負載下注意范圍的變化有關, 為此, 我們設計實驗3, 采用Navon任務操縱注意變化范圍, 將注意選擇任務置于視覺工作記憶項內部, 考察視覺工作記憶負載類型和注意范圍的變化對保持階段注意選擇的影響。

4 實驗3：記憶項和注意選擇任務相繼呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶負載類型和注意范圍的變化對注意選擇的影響

在實驗2的基礎上, 將Navon任務呈現(xiàn)于記憶項內部, 探討在注意范圍的變化時視覺工作記憶負載類型對注意選擇的影響。

4.1 方法

4.1.1 被試

選取某大學36名在校大學生, 其中15名男生, 年齡19.70 ± 1.70歲。所有被試視力或矯正視力正常, 無色盲或色弱情況, 無精神疾病史, 均未參加過類似的實驗, 實驗后給予報酬。

4.1.2 儀器和材料

儀器和視覺工作記憶任務材料同實驗1。

Navon任務的材料是由小字母S或H (0.7°× 0.6°)組成的復合大字母S或H (5°×2.5°)。大小字母的組合方式有兩種：大小字母一致, 如大小字母都是S, 或者大小字母都是H; 大小字母不一致, 如大字母是S小字母是H, 或者大字母是H小字母是S。Navon刺激呈現(xiàn)于視覺工作記憶記憶項的內部, 即以注視點為中心、半徑為6°的圓內。

4.1.3 實驗設計

采用視覺工作記憶負載類型3(基線、高精度負載、高容量負載) × Navon任務注意指向2(整體、局部)二因素混合實驗設計, 其中, Navon任務注意指向為被試間因素, 分為兩種條件：注意整體是指對Navon任務的大字母進行識別, 該條件下對大字母反應的試次數(shù)量與對小字母反應的試次數(shù)量之比為4:1; 注意局部是指對Navon任務的小字母進行識別, 該條件下對小字母反應的試次數(shù)量與對大字母反應的試次數(shù)量比為4:1 (Ahmed & de Fockert, 2012)。視覺工作記憶負載類型同實驗1。記錄視覺工作記憶任務的正確率和Navon任務的反應時。

4.1.4 實驗程序

實驗程序如圖5所示, 屏幕上先呈現(xiàn)注視點“+”1000 ms, 然后呈現(xiàn)記憶項200 ms, 然后呈現(xiàn)注視點“+”350 ms, 文字提示(“大字母”或“小字母”) 1500 ms, 提示被試需要注意接下來任務中的字母水平。然后, 呈現(xiàn)注視點“+”350 ms和Navon刺激1850 ms, 要求被試根據(jù)文字提示判斷字母并做相應按鍵, 若字母是“S”則按“S”鍵, 若是“H”則按“H”鍵。最后, 呈現(xiàn)視覺工作記憶的檢測項, 檢測項為1個彩色方塊, 隨機呈現(xiàn)在記憶項的任一位置。50%的試次中檢測項顏色不發(fā)生變化, 另外50%的檢測項顏色發(fā)生變化。若檢測項與記憶項顏色和位置相同, 則按“A”鍵, 反之則按“S”鍵。實驗分為3個Block, 分別是基線條件、高精度負載條件和高容量負載條件, 各Block間的順序進行拉丁方平衡, 每個Block包括12個練習試次和72個正式實驗試次。每完成一個Block休息5分鐘, 完成整個實驗約需60分鐘。

4.2 實驗結果

4.2.1 視覺工作記憶任務的正確率

不同條件下完成視覺工作記憶任務的正確率見表5。對視覺工作記憶任務的正確率進行Navon任務注意指向和視覺工作記憶負載類型二因素重復測量后一因素的方差分析, 結果顯示, 視覺工作記憶負載類型的主效應顯著,(2, 68) = 142.81,< 0.001, η= 0.81 > 0.14?；€條件下視覺工作記憶任務正確率(= 0.87, 95%CI [0.84, 0.88])高于高精度負載(= 0.69, 95%CI [0.66, 0.71])和高容量負載(= 0.66, 95%CI [0.63, 0.69]),s < 0.001, 高精度負載和高容量負載下的視覺工作記憶任務正確率差異邊緣顯著,= 0.08。其他效應均不顯著。

圖5 實驗3基線條件下實驗流程圖(提示被試注意Navon刺激的大字母, 圖中大字母為H, 小字母為S)

表5 實驗3不同條件下視覺工作記憶任務的正確率(M ± 95%CI)

4.2.2 Navon任務的反應時

只對視覺工作記憶任務和Navon任務反應正確試次的數(shù)據(jù)進行分析, 不同條件下Navon任務的反應時見表6。對Navon任務反應時進行Navon任務注意指向、一致性和視覺工作記憶負載類型三因素重復測量后兩個因素的方差分析, 結果顯示, 一致性主效應顯著,(1, 34) = 52.09,< 0.001, η= 0.61 > 0.14。目標和干擾項不一致時Navon任務的反應時(= 944.47, 95%CI [892.22, 996.73])長于目標和干擾項一致下的反應時(= 871.64, 95%CI [824.40, 918.87])。Navon任務注意指向和視覺工作記憶負載類型交互作用顯著,(2, 68) = 10.36,< 0.001, η= 0.23 > 0.14; Navon任務注意指向、一致性和視覺工作記憶負載類型三因素交互作用顯著,(2, 68) = 19.72,< 0.001, η= 0.37 > 0.14。其他效應均不顯著。

表6 實驗3各條件下Flanker任務的反應時(M ± 95%CI, 單位：ms)

為進一步分析工作記憶負載類型對注意選擇任務的影響, 主要分析Navon任務的干擾效應, 用Navon任務中大字母和小字母不一致條件下對目標字母的反應時減去大字母和小字母一致條件下對目標字母的反應時, 作為Navon任務干擾效應的指標(見圖6), 它反映了干擾字母對目標字母的干擾大小(Ahmed & de Fockert, 2012)。進一步分析發(fā)現(xiàn), 在基線條件下, 注意局部和注意整體條件下Navon任務的干擾效應沒有顯著差異,(1, 34) < 1,= 0.93; 在高精度負載條件下, 注意局部條件下Navon任務的干擾效應小于注意整體,(1, 34) = 10.89,= 0.002; 在高容量負載條件下, 注意局部條件Navon任務的干擾效應大于注意整體,(1, 34) = 9.11,= 0.005。

圖6 實驗3各條件下的干擾效應(豎線表示95%置信區(qū)間, **p < 0.01)

4.3 討論

視覺工作記憶正確率的結果顯示, 高精度負載和高容量負載的正確率均低于基線條件, 這與實驗1、實驗2結果一致。完成Navon任務的干擾效應結果表明, 在視覺工作記憶高精度負載條件下, 注意整體條件下Navon任務的干擾效應大于注意局部; 而在視覺工作記憶高容量負載條件下, 注意局部條件下的Navon任務的干擾效應大于注意整體。這可能是由于視覺工作記憶高精度負載窄化注意范圍, 與注意指向局部的Navon任務加工的注意指向一致, 與注意指向整體的Navon任務加工的注意指向不一致; 而視覺工作記憶高容量負載拓展注意范圍, 與注意指向整體的Navon任務加工的注意指向一致, 與注意指向局部的Navon任務加工的注意指向不一致, 因此, 造成不同類型的視覺工作記憶負載對Navon注意選擇任務產(chǎn)生不同影響。注意范圍變化可能造成了干擾項進入知覺加工的程度不同, 從而使得Flanker任務與視覺工作記憶任務消耗的認知控制資源的重疊性不同。當Flanker任務在記憶項內部呈現(xiàn)時, 完成Flanker任務需要被試調用認知控制資源, 抑制干擾項, 完成目標任務。那么不同視覺工作記憶負載下, 占用認知控制資源的不同是否是造成保持階段不同視覺工作記憶負載對注意選擇產(chǎn)生不同影響的原因？在實驗4中采用ERP技術對此做進一步探討。

5 實驗4：記憶項和注意選擇任務相繼呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶負載類型影響注意選擇的ERP研究

采用ERP技術, 以反映在沖突解決條件下認知控制資源投入情況的N2成分為指標(Heil et al., 2000; Kopp et al., 1996), 將Flanker任務呈現(xiàn)在記憶項內部, 記憶項和Flanker任務相繼呈現(xiàn)時, 探討視覺工作記憶精度負載和容量負載影響注意選擇的機制。

5.1 方法

5.1.1 被試

選取某大學18名在校大學生, 所有被試視力或矯正視力正常, 無色盲或色弱情況, 被試均為右利手, 無腦部損傷和精神疾病史, 均未參加過類似的實驗, 實驗后給予報酬。實驗分析中4名被試因數(shù)據(jù)不完整、眨眼過多等問題被排除, 最終剩余被試14名, 其中男生6名, 年齡20.85 ± 1.80歲。根據(jù)Qi等人(2014)年研究中高容量負載和低容量負載下N2干擾效應的效果量(Cohen’s= 1.11), 采用G*Power 3.1軟件, 設置Power為95%, α水平為0.05, 計算樣本量為11。

5.1.2 儀器和材料

儀器和視覺工作記憶任務材料同實驗2。

5.1.3 實驗設計

采用視覺工作記憶負載類型3 (基線條件、高精度負載、高容量負載)單因素被試內設計, 記錄Flanker任務的反應時、視覺工作記憶任務的正確率和完成兩任務時的腦電。

5.1.4 實驗程序

實驗在隔音、有電磁屏蔽的暗室中進行, 實驗程序如圖7所示, 先呈現(xiàn)注視點“+”500 ms, 提醒被試實驗開始, 注視點消失后空屏600~700 ms。隨后呈現(xiàn)記憶項200 ms, 要求被試記憶呈現(xiàn)方塊的顏色, 再空屏1850 ms, 呈現(xiàn)Flanker任務500 ms, 然后呈現(xiàn)“?”1500 ms, 要求被試判斷位于圓環(huán)上的目標字母, 若為“X”則按“0”鍵, 若為“N”則按“2”鍵。最后, 呈現(xiàn)視覺工作記憶的檢測項, 判斷此位置上的顏色是否與記憶項中該位置的顏色相同, 若相同則按“A”鍵, 不同則按“S”鍵。實驗分為3個Block, 分別是基線條件、高精度負載條件和高容量負載條件, 各Block間的順序進行拉丁方平衡。每個Block包括12個練習試次和144個正式實驗試次。每完成72個試次休息5分鐘, 完成整個實驗約需120分鐘。

5.2 ERP數(shù)據(jù)采集與分析

腦電數(shù)據(jù)采集使用美國NeuroScan公司的CURRY 7系統(tǒng), 按國際10-20系統(tǒng)擴展的64導電極帽記錄EEG。以左眼眶額上、下部的兩電極記錄垂直眼電(VEOG), 以兩眼外側1.5 cm處的兩電極記錄水平眼電(HEOG)。在數(shù)據(jù)記錄時, 所有電極以左側乳突作為參考, 以右側乳突處電極為記錄電極, 離線分析時以雙側乳突的平均作為參考。所有電極與頭皮間的電阻均降于5 kΩ以下。濾波帶低通為100 Hz, 不設置高通值, 采用DC采樣, A/D采樣頻率為500 Hz, 進行連續(xù)采樣。采用CURRY 7腦電數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行離線數(shù)據(jù)分析。對采集的數(shù)據(jù)進行DC校正, 運用偽跡校正正相關法控制眨眼和眼動數(shù)據(jù), 采用低通30 Hz進行濾波。以視覺工作記憶記憶項出現(xiàn)前200 ms的平均波幅作為基線進行校正, 剔除振幅在 ± 75 μV以外的試次。在記憶項呈現(xiàn)后2300~2550 ms (即Flanker任務呈現(xiàn)后250~500 ms)內, 以每個被試在不同負載條件下負向成分峰值出現(xiàn)的前后20 ms作為N2成分分析的時間窗口。參照以往的研究(Forster, Carter, Cohen, & Cho, 2011; Qi et al., 2014), 主要分析前額—額中區(qū)的電極點(Fz、FCz、Cz)。

5.3 實驗結果

5.3.1 視覺工作記憶任務的正確率

對完成視覺工作記憶任務的正確率進行重復測量方差分析, 結果顯示, 視覺工作記憶負載類型的主效應顯著,(2, 26) = 96.00,< 0.001, η= 0.88 > 0.14?；€條件下視覺工作記憶任務正確率(= 0.90, 95%CI [0.87, 0.94])高于高精度負載(= 0.70, 95%CI [0.66, 0.74])和高容量負載(= 0.73, 95%CI [0.68, 0.78]),s < 0.001, 高精度和高容量負載條件下的視覺工作記憶任務正確率差異邊緣顯著,= 0.08。

圖7 實驗4單一試次流程圖(在基線條件下, Flanker任務的目標字母為N, 視覺工作記憶任務的檢測項和記憶項不一致)

5.3.2 Flanker任務的反應時

只對視覺工作記憶任務和Flanker任務反應正確試次的數(shù)據(jù)進行分析。不同條件下, Flanker任務的反應時見表7, 對Flanker任務反應時進行Flanker任務一致性和視覺工作記憶負載類型二因素重復測量的方差分析, 結果顯示, 一致性主效應顯著,(1, 13) = 53.37,< 0.001, η= 0.80 > 0.14。目標和干擾項不一致時Flanker任務的反應時(= 712.14, 95%CI [594.17, 830.10])長于目標和干擾項一致下的反應時(= 487.13, 95%CI [410.99, 563.27])。一致性和視覺工作記憶負載類型交互作用顯著,(2, 26) = 14.37,< 0.001, η= 0.53 > 0.14。對Flanker任務干擾效應進行事后檢驗發(fā)現(xiàn), 高容量負載條件的干擾效應顯著高于基線條件,= 0.028; 基線條件的干擾效應顯著高于高精度條件,= 0.014。

表7 實驗4各條件下Flanker任務的反應時(± 95%CI, 單位：ms)

5.3.3 ERP結果

選取Fz、FCz、Cz共3個電極點, 將14名被試的腦電數(shù)據(jù)進行疊加分析。Fz、FCz、Cz點的ERPs平均波形圖見圖8, 各條件下的N2波形的平均波幅值見圖9。對2300~2550 ms時間窗口的平均波幅進行視覺工作記憶負載類型3×Flanker任務一致性2二因素重復測量的方差分析, 發(fā)現(xiàn)視覺工作記憶負載類型主效應顯著,(2, 26) = 7.71,= 0.002, η= 0.37 > 0.14, 容量條件下誘發(fā)的N2波幅(= 1.68, 95%CI [?2.164, 5.2])小于基線條件(= ?0.142, 95%CI [?3.84, 3.55]),= 0.073, 以及精度條件(= ?2.68, 95%CI [?7.08, 1.71]),= 0.008, 基線條件N2波幅小于精度條件,= 0.021。兩因素交互作用顯著,(2, 26) = 3.62,= 0.041, η= 0.22 > 0.14。簡單效應分析發(fā)現(xiàn)：一致條件下, 三種負載類型的N2波幅無差異,(2, 26) = 2.51,= 0.12; 不一致條件下, 三種負載類型的N2波幅差異顯著,(2, 26) = 10.06,= 0.001。精度條件誘發(fā)的N2波幅顯著大于基線條件,= 0.036; 容量條件下誘發(fā)的N2波幅顯著小于基線條件,= 0.039。

圖8 實驗4各條件下Fz、FCz、Cz點的N2成分總平均波形圖

圖9 實驗4各條件下N2波幅值(豎線表示95%置信區(qū)間, *p < 0.05)

5.4 討論

行為結果表明, 視覺工作記憶任務正確率在基線條件下高于高精度負載和高容量負載, 與實驗1、2、3的結果一致; Flanker任務干擾效應在高容量負載條件下顯著高于基線, 而高精度負載條件下顯著小于基線, 與實驗2結果一致。腦電結果表明, 在不一致條件下, 高精度負載條件誘發(fā)的N2波幅顯著大于基線, 高容量負載條件下誘發(fā)的N2波幅顯著小于基線。已有研究表明, N2波幅反映投入沖突覺察和解決的注意資源多少(Kanske & Kotz, 2010), 這說明, 相比于基線條件, 視覺工作記憶高精度負載條件下投入沖突覺察和解決的注意資源較多, 而高容量負載條件下投入沖突覺察和解決的注意資源較少。

6 總討論

本研究主要探討視覺工作記憶負載類型對注意選擇的影響, 共設計4個實驗：實驗1探討記憶項和注意選擇任務同時呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶負載類型和注意選擇任務的呈現(xiàn)位置對注意選擇的影響; 實驗2探討在記憶項和注意選擇任務相繼呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶負載類型和注意選擇任務的呈現(xiàn)位置對注意選擇的影響; 實驗3采用Navon任務操縱注意范圍的變化, 探討視覺工作記憶負載類型對注意選擇的影響; 實驗4采用ERP技術探討視覺工作記憶負載類型對注意選擇影響的機制。結果顯示, 在視覺工作記憶的編碼階段, 不管Flanker任務位于視覺工作記憶任務的內部還是外周, 高精度負載和高容量負載條件下的干擾效應均小于基線條件; 在視覺工作記憶的保持階段, 當Flanker任務位于視覺工作記憶記憶項外周時, 高精度負載和高容量負載條件下的干擾效應均小于基線條件; 而當Flanker任務在視覺工作記憶任務的內部呈現(xiàn)時, 高精度負載條件下的干擾效應小于基線條件, 而高容量負載條件下的干擾效應大于基線條件。當Navon任務位于視覺工作記憶任務的內部時, 在高精度條件下, 注意局部時的干擾效應小于注意整體; 在高容量條件下, 注意局部時的干擾效應大于注意整體。當Flanker任務在視覺工作記憶記憶項內部呈現(xiàn)時, 相比于基線條件, 高精度負載條件下誘發(fā)的N2波幅更大, 高容量負載條件下誘發(fā)的N2波幅更小。

6.1 視覺工作記憶任務和注意選擇任務同時呈現(xiàn)時, 視覺工作記憶的精度負載和容量負載如何影響注意選擇任務

當視覺工作記憶任務和Flanker任務同時呈現(xiàn)時, 為什么高精度負載和高容量負載條件下被試完成Flanker任務時的干擾效應均小于基線條件？視覺工作記憶任務和Flanker任務同時呈現(xiàn)時, 兩任務的加工主要處在編碼階段, 視覺工作記憶任務的完成伴隨著視知覺皮層的激活(Ester, Serences, & Awh, 2009; Harrison & Tong, 2009; Munneke, Heslenfeld, & Theeuwes, 2010; Pasternak & Greenlee, 2005; Serences, Ester, Vogel, & Awh, 2009); 視覺工作記憶的容量負載和精度負載均能增加知覺負載(Lavie, Hirst, De Fockert, & Viding, 2004), 高精度負載通過增加記憶項目的分辨難度來增加知覺負載, 而高容量負載則是通過增加記憶項目數(shù)量來增加知覺負載。知覺負載理論認為(Lavie, 1995; Lavie & Tsal, 1994), 知覺資源是有限的, 在未超過知覺容量的情況下, 任務相關刺激和任務無關刺激都會得到加工。但是, 當任務相關刺激負載足夠高時, 任務相關刺激的加工會消耗有限的知覺資源, 導致剩余的用于加工干擾項的知覺資源不足, 致使干擾效應降低。在實驗1中, 當視覺工作記憶的記憶項與注意選擇的Flanker任務同時呈現(xiàn)時, 被試在對記憶項進行編碼加工的同時, 需要忽略Flanker任務中的干擾字母并對目標字母進行知覺加工。這時, 視覺工作記憶任務和Flanker任務的加工共享知覺加工資源, 當視覺工作記憶負載(精度負載/容量負載)增大時, 視覺工作記憶任務需要消耗較多的知覺加工資源, 完成Flanker任務可用的資源相應減少, 剩余的用于加工干擾項的知覺資源亦會減少, 導致干擾效應降低, 這一結果與Konstantinou等人(2014)在視覺工作記憶編碼階段呈現(xiàn)Flanker任務的研究結果一致, 支持知覺負載理論。實驗1結果還顯示, 當視覺工作記憶任務記憶項和Flanker任務同時呈現(xiàn)時, 與基線條件相比, Flanker任務呈現(xiàn)位置的變化并未改變視覺工作記憶的精度負載和容量負載對注意選擇任務的影響。然而, 當視覺工作記憶任務和Flanker任務相繼呈現(xiàn)時, 為什么Flanker任務呈現(xiàn)位置的變化改變了視覺工作記憶的精度負載和容量負載對注意選擇的影響?

6.2 當視覺工作記憶任務和注意選擇任務相繼呈現(xiàn)時, 注意范圍和視覺工作記憶的負載類型對注意選擇的影響

當視覺工作記憶的記憶項與注意選擇任務相繼呈現(xiàn)時, 作為注意選擇任務的Flanker任務處于視覺工作記憶的保持階段。當呈現(xiàn)視覺工作記憶的記憶項時, 被試會在特定的注視空間內進行注意, 并對落入這一注視空間內的記憶項進行加工和表征; 視覺工作記憶的記憶項消失后進入視覺工作記憶的保持階段, 由于Flanker任務位于記憶項的外周, 被試需要將注意轉換到記憶項范圍以外的空間上, 并對落入該注視空間的Flanker任務進行表征。完成上述兩階段任務需要被試相繼選擇不同的注視空間進行注意, 需要基于空間的注意的參與, 并需要注意在注視空間上進行轉換, 這會消耗注意資源(Baddeley, 1996; Norman & Shallice, 1986)。所以, 不管是視覺工作記憶容量負載還是精度負載增加時, 與基線條件相比, 記憶項負載的增加、注意在空間上的轉換以及對注意選擇目標的加工均會消耗注意資源, 沒有足夠資源用于加工干擾項, 從而干擾效應降低。這一結果與Roper和Vecera (2014)、Konstantinou等人(2014)在視覺工作記憶保持階段記憶項外周呈現(xiàn)干擾項的研究結果一致, 結果支持知覺負載理論。然而, 當Flanker任務在視覺工作記憶的保持階段呈現(xiàn)于記憶項內部時, 干擾項容易落入注意焦點范圍內, 自動進入知覺加工。從視覺工作記憶的編碼階段到保持階段, 精度負載和容量負載可能對分布于注視空間的注意資源進行再分配, 影響干擾項的加工, 從而對干擾效應產(chǎn)生不同的影響。有研究表明, 注意的空間分布影響注意的選擇, 相比于焦點注意(focused attention), 當注意選擇對分散注意(diffuse attention)需求較高時, 個體在完成注意選擇任務的過程中更容易受到干擾項的影響(Belopolsky & Theeuwes, 2010; Belopolsky, Zwaan, Theeuwes, & Kramer, 2007)。與基線相比, 高精度負載條件下, 需要被試對記憶項的細節(jié)進行精細加工, 從而將注意聚焦于更精細的空間, 對注意范圍起到了窄化的作用。窄化的注意資源使保持階段的注意更為聚焦, 有利于Flanker任務沖突的解決, 干擾效應降低; 而高容量負載條件下, 需要被試記憶更多的項目, 拓寬了注意范圍, 可能使注意分散于較粗糙、廣闊的空間, 拓寬的注意資源較為分散, 難以有效的解決處于保持階段記憶項內部的Flanker任務沖突, 因此, 干擾效應增大。我們的研究發(fā)現(xiàn)較好地解釋了Konstantinou等人(2014)與Zhang和Luck (2015)研究結果的不一致。Konstantinou等人(2014)的研究中, Flanker任務的干擾項位于記憶項外周, 因得不到足夠的知覺資源, 干擾效應降低; 而在Zhang和Luck (2015)的研究中, Flanker任務的干擾項位于記憶項內部, 當視覺工作記憶容量負載增加時, 因消耗較多的認知控制資源, 對干擾項的抑制降低, 干擾效應增加。

實驗3采用Navon任務操縱注意范圍的變化(Navon, 1977), 在視覺工作記憶項呈現(xiàn)后, 再于記憶項的內部呈現(xiàn)Navon任務, 進一步探討兩類負載對注意選擇任務產(chǎn)生不同影響的原因。結果顯示, 在高精度負載條件下, 注意局部時的干擾效應小于注意整體; 在高容量負載條件下, 注意局部時的干擾效應大于注意整體。在視覺工作記憶高精度負載條件下會窄化注意范圍, 注意指向Navon任務整體時會擴大注意范圍, 兩者的注意指向產(chǎn)生沖突, 不利于完成注意選擇任務, 干擾效應增大; 而注意指向Navon任務局部時會縮小注意范圍, 兩者的注意指向一致, 有利于完成注意選擇任務, 干擾效應減小。在視覺工作記憶高容量負載條件下會擴大注意范圍, 注意指向Navon任務整體時也會擴大注意范圍, 兩者的注意指向一致, 有利于完成注意選擇任務; 而注意指向Navon任務局部時會縮小注意范圍, 兩者的注意指向產(chǎn)生沖突, 不利于完成注意選擇任務。這表明, 當注意選擇任務處于視覺工作記憶保持階段的內部時, 視覺工作記憶和注意選擇任務在注意空間上變化的一致性可能是造成視覺工作記憶的精度負載和容量負載對注意選擇產(chǎn)生不同作用的原因。

那么, 注意范圍的變化與不同視覺工作記憶負載影響注意選擇任務的機制是什么？在實驗4中, 我們采用ERP技術, 對此加以探討。結果發(fā)現(xiàn), 在目標字母和干擾字母不一致的條件下, 相比于基線條件, 在高精度負載條件下, 完成Flanker任務誘發(fā)的N2波幅更大, 干擾效應減小; 在高容量負載條件下, 完成Flanker任務誘發(fā)的N2波幅更小, 干擾效應增大。N2成分與認知加工中對沖突的監(jiān)控和注意控制有關, 反映的是解決沖突時投入的認知控制資源多少, N2波幅越大, 說明投入沖突解決的控制資源越多(Heil et al., 2000; Kanske & Kotz, 2010; Kopp et al., 1996; van Veen & Carter, 2002)。高精度工作記憶負載會導致注意范圍窄化, 同時, 完成在記憶項內部呈現(xiàn)的Flanker任務也需要縮小注意范圍, 兩者的注意指向一致, 有充足的資源用于對干擾項進行抑制, 因此, N2波幅大于基線; 而高容量工作記憶負載則使得注意范圍拓寬, 處于記憶項內部呈現(xiàn)的Flanker任務則需要縮小注意范圍, 兩者的注意指向不一致, 使得用于抑制干擾項的認知控制資源不足, 因此, N2波幅小于基線。

另有研究發(fā)現(xiàn), 不同類型視覺工作記憶負載加工的神經(jīng)機制不同, 視覺工作記憶容量信息的存儲與下頂內溝的激活有關, 而視覺工作記憶精度信息的存儲與上頂內溝和外側枕區(qū)的激活有關(Bettencourt & Xu, 2016; Weber, Peters, Hahn, Bledowski, & Fiebach, 2016; Xu & Chun, 2006)。與視覺工作記憶容量信息不同, 在保持階段, 視覺工作記憶精度信息的存儲仍占用視覺通道, 激活初級視覺皮層(Ester, Anderson, Serences, & Awh, 2013), 并且, 精度信息的存儲與頂枕區(qū)的功能聯(lián)系有關(Weber, Hahn, Hilger, & Fiebach, 2017), 這些腦區(qū)的激活和神經(jīng)聯(lián)系反映了工作記憶過程的知覺或注意需求(Mitchell & Cusack, 2008), 說明視覺工作記憶精度信息的加工更多的占用知覺資源并延續(xù)到保持階段。在高精度負載條件下, 由于在視覺工作記憶保持階段, 精度信息的存儲仍占用視覺通道, 初級視覺皮層仍處于激活狀態(tài)(Ester et al., 2013), 當Flanker任務出現(xiàn)時有利于個體繼續(xù)投入更多注意資源用于沖突的覺察和解決, 促進了沖突的解決;而在高容量負載條件下, 由于在視覺工作記憶保持階段, 容量信息的存儲已完成, 初級視覺皮層不再處于激活狀態(tài), 當Flanker任務出現(xiàn)時個體需要重新激活初級視覺皮層, 并投入資源用于沖突的覺察和解決, 導致投入的認知控制資源減少, 不利于沖突的解決。這表明, 視覺工作記憶容量負載和精度負載在保持階段不同的神經(jīng)活動過程, 導致對注意選擇任務投入的認知控制資源不同, 造成保持階段的注意選擇任務的完成效率不同。

7 結論

在視覺工作記憶的編碼階段呈現(xiàn)Flanker任務, 視覺工作記憶容量負載和精度負載均降低Flanker任務的干擾效應; 在視覺工作記憶的保持階段呈現(xiàn)Flanker任務, 若Flanker任務呈現(xiàn)在工作記憶項的外周時, 兩類負載均降低Flanker任務的干擾效應, 支持知覺負載理論; 但是, 若Flanker任務呈現(xiàn)在工作記憶項的內部時, 兩類負載對Flanker任務產(chǎn)生相反的效應, 即容量負載增加干擾效應, 精度負載降低干擾效應, 潛在的機制是, 在工作記憶表征過程中, 兩類負載不同的神經(jīng)活動, 導致保持階段投入到注意選擇任務的認知控制資源不同所致。

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The effects of capacity load and resolution load on visual selective attention during visual working memory

LI Shouxin; CHE Xiaowei; LI Yanjiao; WANG Li; CHEN Kaisheng

(School of Psychology, Shandong Normal University, Jinan 250358, China) (Jinan University Town Experimental Senior High School, Jinan 250358, China) (Business School, University of Jinan, Jinan 250022, China)

Selective attention plays an important role in processing relevant information and ignoring irrelevant distractors. The relationship between visual working memory (VWM) and visual selective attention has been extensively studied. VWM is a complex system consisting of not only visual maintenance functions, but also executive control functions. High load on visual maintenance functions drains the capacity for perception and prevents distractors from being perceived, while high load on executive control functions drains the capacity available for active control and results in increased processing of irrelevant distractors. There are two types of load in VWM: capacity load referring to the number of items to be stored, and resolution load emphasizing the precision of the stored representations. It has been found that these two types of load exert opposite effects on selective attention. However the mechanism underlying the effects of different types of VWM load on selective attention is still unclear. In the present study, four experiments were designed to investigate how different types of VWM load affect selective attention.

Thirty-six participants were enrolled in Experiment 1, 2 and 3, respectively, and 14 participants were enrolled in Experiment 4. Participants were asked to perform both a VWM task and a visual search task. In the VWM task, participants had to retain colors in VWM to perform a change detection task. There were three levels of VWM load: baseline load, high-capacity load and high-resolution load. In the baseline load condition, participants were required to retain two colors and the change between the memory colors and the probe colors was large. In the high-capacity load condition, participants had to retain four colors and the change between the memory colors and the probe colors was also large. In the high-resolution load condition, participants had to retain two colors and the change between the memory colors and the probe colors was small. In Experiment 1 and 2, the visual search task was a Flanker task that was presented either in the periphery or in the center of the memory array. The Flanker task was presented with the memory array simultaneously in Experiment 1 and sequentially in Experiment 2. In Experiment 3, the visual search task was a Navon task. It was presented after the memory array and only in the center of the memory array. In Experiment 4, a Flanker task was presented after the memory array and only in the center of the memory array. EEG data during the memory interval were recorded by a 64-channel amplifier using a standard 10-20 system.

The results showed that high-capacity load and high-resolution load reduced Flanker interference, compared with baseline load, when the VWM task and the Flanker task were presented simultaneously, regardless of whether the Flanker task was presented in the periphery or in the center of the memory array. High-capacity load and high-resolution load also reduced Flanker interference, compared with baseline load, when the VWM task and the Flanker task were presented sequentially and the Flanker task was presented in the periphery of the memory array. Compared with baseline load, high-capacity load increased Flanker interference and high-resolution load reduced Flanker interference when the VWM task and the Flanker task were presented sequentially and the Flanker task was presented in the center of the memory array. Under the high-capacity load condition, the Navon interference for attending to global level was larger than that for attending to local level; under the high-resolution load condition, the Navon interference for attending to global level was smaller than that for attending to local level. ERP results showed that relative to the baseline load condition, the high- capacity load condition elicited smaller N2, whereas the high-resolution load condition elicited larger N2.

In conclusion, when the Flanker task is presented during encoding stage of VWM, high-capacity load and high-resolution load reduce interference. When the Flanker task is presented in the periphery of the memory array during maintaining stage of VWM, high-capacity load and high-resolution load reduce interference. These findings support the load theory of selective attention. However, when the Flanker task is presented in the center of the memory array during the maintenance stage, high-capacity load and high-resolution load lead to opposite effects. High-resolution load reduce interference, while high-capacity load increase interference. The underlying mechanism is that the different patterns of neural activity associated with the two types of VWM load may result in different distribution of cognitive control resources to selective attention.

visual working memory; selective attention; capacity load; resolution load; N2

10.3724/SP.J.1041.2019.00527

2018-09-14

* 國家自然科學基金(31871100, 31470973)資助。

李壽欣, E-mail: shouxinli@sdnu.edu.cn

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