視聽編碼對多目標追蹤選擇性抑制的影響

朱敬熹 蒲璐萌 蘆雪 許意佳 朱慧妍 林睿 張禹

摘 要：前人研究發(fā)現在視覺編碼下的多目標追蹤任務中存在對非目標的抑制機制（Selective Inhibition），即非目標上的點探測成績遠遠小于其它區(qū)域，且這種抑制機制具有選擇性，卻沒有考察過聽覺標記方式對多目標追蹤任務的選擇性抑制的影響。本實驗采用多目標追蹤（MOT）與點探測刺激覺察任務相結合的實驗范式，采用2（標記方式：視覺序列標記、聽覺平行標記）×3（探測出現的位置：目標區(qū)域、非目標區(qū)域、空白區(qū)域）的被試內設計，利用MOT任務與點探測任務相結合的實驗范式以探究視聽編碼對多目標追蹤任務中選擇性抑制的影響。研究結果表明：（1）視覺平行標記下的追蹤正確率與聽覺序列標記下的追蹤正確率不存在差異。（2）聽覺編碼下多目標追蹤選擇性抑制程度比視覺高。

關鍵詞：多目標追蹤；視聽編碼；選擇性抑制

中圖分類號：B842 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0201-06

1 前言

1.1 多目標追蹤范式

多目標追蹤（Multiple Object Tracking，MOT）（Pysyshyn，1989；Pylyshyn & Storm，1988）是研究動態(tài)視覺信息的加工機制的常用范式之一。經典MOT實驗范式包括線索、追蹤以及反應三個階段。其中，線索階段是從多個表面特征相同的對象中標記目標；追蹤階段線索消失，所有對象開始做隨機、獨立的運動，要求被試追蹤目標；在反應階段，運動停止，要求被試報告哪些對象是目標。研究者發(fā)現，大多數被試能夠同時追蹤4～5個目標，且追蹤正確率不低于85%（Pylyshyn & Storm， 1988）。

1.2 多目標追蹤任務中的抑制機制

Pylyshyn采用MOT任務與點探測任務相結合的實驗范式發(fā)現多目標追蹤任務中存在對非目標的抑制機制（Selective Inhibition），即非目標上的點探測成績遠遠小于其它區(qū)域。進一步研究發(fā)現，這種抑制機制具有選擇性：容易與目標混淆的非目標對追蹤任務干擾較大，才會受到抑制，而其他容易與目標區(qū)分開來的非目標則不受抑制（Pylyshyn， Haladjian，King & Reilly，2008）。

研究發(fā)現，這種選擇性抑制機制包括返回抑制中基于客體的抑制（Kunar，Humphreys，Smith & Watson，2003； Waston & Humphreys，1997，2000）和視覺標記中基于特征的抑制（Jiang，Chun，&Mark，2002；Olivers & Humphreys， 2003；Waston & Humphreys，2002；郝芳，傅小蘭，2006）?；诳腕w的抑制指MOT任務中抑制始終與被標記的非目標相綁定，即抑制發(fā)生在視覺客體上；基于特征的抑制指抑制以一種全局的方式指向非目標，即抑制發(fā)生在具有某種共同特征（形狀、顏色等）的對象上。以往研究表明，對非目標的抑制是基于客體的（Flombaum，Scholl&Pylyshyn），但對于與目標容易混淆的非目標會增加基于特征的抑制（張學民，劉冰，魯學明，2009）。還有研究發(fā)現，MOT任務中對非目標的選擇性抑制機制受到追蹤難度和目標標記方式的影響（魏柳青，張學民，2013；張學民，魯學明，魏柳青，2011）。

1.3 視聽編碼

在以往研究中，多目標追蹤任務中的線索階段基本是由單一的視覺方式——視覺平行標記呈現的。多目標追蹤范式在線索階段基本都采用目標閃爍數次的方式對目標進行標記（Pylyshyn &Storm，1988；張學民，劉冰，魯學明，2009）。人類獲取的外界信息80%來自視覺，而真實化的情境中，視覺與聽覺信息通常是同時呈現的。已有研究表明，在追蹤難度較大的情況（目標數量≥5）下，聽覺通道對視覺通道的信息加工進行了有效補償和強化，促進了目標的編碼，使目標標記更有效，由此提高了追蹤成績，并且在目標呈現時間足夠充分時，視覺平行標記的追蹤正確率與視覺序列標記無顯著差異（魏柳青，張學民，2013）。但并沒有研究考慮到視聽跨通道的編碼方式對追蹤抑制情況的影響。本研究擬探討線索階段目標的視覺平行標記方式和視聽跨通道標記方式對多目標追蹤選擇性抑制情況的影響。

1.4 實驗假設

（1）視覺平行標記下的追蹤正確率與聽覺序列標記下的追蹤正確率存在差異；

（2）視聽編碼方式對多目標追蹤選擇性抑制存在影響。

2 研究方法

2.1 被試

被試為北京體育大學在校學生32名，其中2名被試由于追蹤正確率、探測刺激覺察率未達到標準（追蹤正確率≥50%，探測刺激覺察率≥50%），5名被試由于未能完成實驗被刪除。有效被試25名，其中男生11人，女生14人，年齡范圍17-21歲（平均年齡M±SD=18.33±1.13歲），所有被試均為右利手，視力或矯正視力正常，顏色知覺正常。

2.2 實驗設計

采用2（標記方式：視覺序列標記、聽覺序列標記）×3（探測出現的位置：目標、非目標、空白）的被試內設計。因變量為探測刺激覺察率，追蹤正確率和抑制量。其中無追蹤任務是作為基線水平，排除四個不同位置的物理屬性差異對探測刺激覺察率的影響。用無追蹤任務下的覺察率減去追蹤任務中的覺察率，即為抑制量（Pylyshyn，2006）。在無追蹤任務中，所有情況與追蹤任務相同，只是在每一試次開始時沒有目標閃爍的階段，結束后不需要被試報告目標。

2.3 實驗儀器與材料

實驗儀器為Dell筆記本，顯示設備為14寸，1920*1080分辨率。屏幕分辨率設定為1024×768pixel，采用C#編程語言對微軟GDI+圖形接口進行編程。顯示屏距被試雙眼約50cm，刺激呈現區(qū)域為屏幕中央800×600pixel（水平視角85°，垂直視角66°）的白色方框（寬度2pixel，約為0.2°），背景均為黑色。

運動對象為直徑40pixel（約37.5°）的圓環(huán)，有2pixel的白色輪廓，內部填充色與背景一致的黑色。圓環(huán)內部填充數字大小約為19.78pixel（約為1.85°，字高），居于圓環(huán)中央。探測刺激是直徑為8pixel（約0.8°）的紅色實心圓，呈現在對象的中心。對象運動過程中與紅色探測點互不遮擋，若碰撞即彈開。在追蹤區(qū)域的中心始終有一個黃色的十字形注視點。所有運動對象的初始呈現方位隨機化，兩兩之間的圓心距離均大于80pixel，且互不遮擋。所有運動對象的初始位置距離追蹤區(qū)域邊框也不小于80pixel。對象運動過程中與中央黃色十字注視點互不遮擋，若碰撞即彈開。

2.4 實驗程序

被試首先進行無追蹤任務。每種實驗條件各8試次，三種探測刺激出現的位置共24次。其中一半有探測刺激出現，所有試次順序隨機呈現。無追蹤任務完成后，被試進行追蹤任務。在追蹤任務中，探測刺激可能出現的三種位置條件與無追蹤任務相同，每種條件15試次，三種實驗處理共45次，其中一半有探測刺激出現，所有試次順序隨機呈現。

在視覺序列標記條件下，被試按空格鍵開始實驗，9個靜止的圓環(huán)呈現在屏幕上，每個圓環(huán)內分別填數字0-8，其中四個目標是同時閃爍的，每個圓環(huán)閃爍2.4s，頻率為3次/s。閃爍停止后，所有圓環(huán)靜止呈現1s之后，圓環(huán)內的數字消失，圓環(huán)表面特征變得完全相同。與此同時，9個圓環(huán)開始做隨機的、獨立的運動，要求被試追蹤目標。探測刺激（紅點）在運動后的2s到4s之間隨機呈現在目標/非目標的中央以及空白區(qū)域，呈現時間為141ms（6幀），5s后運動停止，要求被試選擇目標，選擇時間為20s，選擇完成后被試回答是否發(fā)現探測刺激，若發(fā)現按Y鍵，未發(fā)現按N鍵。接著按空格鍵開始進行下一試次。

然后被試進行聽覺條件下的實驗，在線索階段以聽覺形式告知被試哪些圓環(huán)是需要追蹤的目標。在該條件下，給被試戴上耳機，實驗開始后，被試戴上耳機，耳機里會有一個聲音依次讀出4個數字，有相應數字的圓環(huán)即為被試需要追蹤的目標，數字讀速均勻，每0.6s均勻只讀出一個數字，4個數字都讀完后，停留1s，隨后之后的過程與視覺序列標記條件下均相同。

每30次要求被試休息2分鐘，兩種任務正式實驗前均有3次練習以保證被試熟悉實驗過程。實驗總次數為221次，整個實驗過程大約需要50分鐘。具體實驗過程見圖1。

2.5 實驗結果

2.5.1 追蹤正確率

追蹤正確率如表1所示。對追蹤正確率進行2（目標標記方式：視覺平行標記和聽覺序列標記）×3（探測刺激出現位置：目標、非目標和空白）重復測量方差分析發(fā)現：目標標記方式主效應不顯著，F（1，24）=1.737，p=0.200；探測刺激出現位置主效應不顯著，F（2，48）=0.293，p=0.747；兩因素交互作用不顯著，F（2，48）=1.785，p=0.179。

2.5.2 探測刺激覺察率

探測刺激覺察率如表2所示。對探測刺激覺察率進行2（目標標記方式：視覺平行標記和聽覺序列標記）×3（探測刺激出現位置：目標、非目標和空白）重復測量方差分析發(fā)現：目標標記方式主效應顯著，F（1，24）=4.699，p=0.040， ηp2=0.164；探測刺激出現位置主效應顯著，F（2，48）=10.391， p<0.001，ηp2=0.493；兩因素交互作用不顯著，F（2，48）= 1.760，p=0.183。視覺平行標記的探測刺激覺察率顯著大于聽覺序列標記（MD=0.036，p=0.040）。對探測刺激出現位置主效應進行事后比較發(fā)現：目標區(qū)的探測刺激覺察率顯著大于非目標區(qū)（MD=0.043，p=0.015）；空白區(qū)的探測刺激覺察率顯著大于非目標區(qū)（MD=0.069，p<0.001）；而目標區(qū)與空白區(qū)的探測刺激覺察率的差異邊緣顯著（MD=-0.027， p=0.096）。

2.5.3 抑制量

抑制量如圖2所示。

對抑制量進行2（目標標記方式：視覺平行標記和聽覺序列標記）×3（探測刺激出現位置：目標、非目標和空白）重復測量方差分析發(fā)現：目標標記方式主效應顯著，F（1，24）=4.917，p=0.036，ηp2=0.170；探測刺激出現位置主效應顯著，F（2，48）=10.874，p<0.001，ηp2=0.312；兩因素交互作用不顯著，F（2，48）=1.634，p=0.206。聽覺序列標記的抑制量顯著大于視覺平行標記（MD=0.037，p=0.036）。事后比較發(fā)現，目標區(qū)的抑制量顯著小于非目標區(qū)（MD=-0.042，p= 0.015）；空白區(qū)的抑制量顯著小于非目標區(qū)（MD=-0.073，p<0.001）；目標區(qū)和非目標區(qū)的抑制量差異邊緣顯著（MD= 0.032，p=0.063）。

3 討論

3.1 視聽編碼對多目標追蹤表現的影響

前人研究表明，在目標呈現時間足夠充分時，視覺平行標記的追蹤正確率與視覺序列標記無顯著差異（魏柳青，張學民，2013）。在本研究中，實驗結果并未表明視聽編碼方式對追蹤表現有顯著影響，原因可能在于追蹤任務的難度較小，即非目標數量較少。在以往有關多目標追蹤的研究中，前人的實驗設計多以12個圓環(huán)，4個目標圓環(huán)，8個非目標為主。而本研究采用9個圓環(huán)，4個目標，5個非目標。因此，無論是視覺編碼方式還是聽覺編碼方式，被試都能較好地完成追蹤任務。本研究在多目標追蹤的線索階段賦予每個對象以獨特的身份特征：在視覺標記條件下，需要追蹤的對象閃爍數次被標記為目標；而在視聽跨通道標記（簡稱聽覺標記）條件下，被試僅接收到聽覺輸入的目標對象身份信息，然后需要對信息進行跨通道地轉換，再用視覺通道對目標進行追蹤，一定程度上占用了注意資源。但在本研究中，即任務難度較小時，注意資源在不同通道、不同對象間的分配不會形成競爭，因此，無論以視覺通道還是聽覺通道對線索進行標記，被試都能較好地完成追蹤任務。并且同樣由于任務難度較小，在視聽跨通道信息轉換的過程中不易出現誤差或加工困難，也不易出現對目標標記不牢固的現象，很大程度上也導致了不同編碼方式下的追蹤表現并沒有顯著差異。

3.2 視聽編碼對多目標追蹤選擇性抑制的影響

與前人研究一致的是，目標區(qū)、空白區(qū)的探測刺激覺察率顯著大于非目標區(qū)，表明了被試為了更好的完成追蹤任務，對非目標進行了有效地抑制（Pylyshyn，Haladjian， King&Reilly，2008）。在本研究中，視覺平行編碼下的探測刺激覺察率顯著高于聽覺序列編碼，而且聽覺序列編碼方式下的抑制量顯著大于視覺平行編碼。所以聽覺編碼下的選擇性抑制顯著高于視覺編碼。原因可能是以下三點：第一，聽覺序列編碼方式下，被試需要在對聽覺信息進行加工的基礎上通過視覺搜索確定目標方位，存在一個跨通道信息轉換的過程，該過程不可能發(fā)生在前注意階段，但在視覺平行編碼方式下，不排除目標標記發(fā)生在前注意階段的可能性，所以在追蹤過程中，注意資源更加充足，更容易覺察到探測刺激的出現（魏柳青，張學民，2013）。第二，在聽覺編碼下，被試需要先對聽覺通道輸入的信息進行加工，再通過視覺通道確定目標方位，使得被試對目標進行了更有效、更深層次地加工。第三，短時記憶的編碼方式以聽覺為主，長時記憶以視覺編碼方式為主，本實驗中每一個試次在20s左右，即短時記憶，其中聽覺編碼的加工優(yōu)先于視覺編碼，使得被試在聽覺編碼下對非目標的抑制情況更為顯著。

4 結論

（1）視覺編碼和聽覺編碼下的追蹤正確率并無顯著差異；

（2）聽覺編碼下的選擇性抑制程度顯著大于視覺編碼。

5 不足與展望

在本實驗中，由于分心物的數量較少（本實驗中的分心物為5個，前人實驗中為8個），使得任務難度較簡單，未能得出視覺編碼下的追蹤正確率大于聽覺編碼的結論。在以后的研究中，應注意不同任務難度對追蹤正確率以及抑制情況的影響。

本研究結果表明聽覺編碼下的選擇性抑制程度顯著大于視覺編碼，但缺乏神經生理方面的研究依據，未來可借助眼動儀等儀器來研究不同編碼對于多目標追蹤眼動軌跡以及抑制程度的影響。

6 致謝

感謝項目指導老師張禹老師的督促指導，從課題的選擇到項目的完成，始終盡職盡責，提供專業(yè)的指導意見，督促我完成實驗，沒有老師的悉心指導，實驗就無法順利進行。感謝小組成員的支持，在項目進行過程中遇到了很多困難，你們都沒有放棄，一直給我鼓勵和支持，給了我繼續(xù)完成實驗的信心。感謝馮蘇婷學姐、王靜學姐等人，為我們提供了理論上的指導，你們都無私地提供幫助，有了你們的幫助，實驗才能完成。

7 附錄

調查問卷：

您好！本問卷主要涉及您平時參加運動及玩游戲的情況。您填寫的內容僅供研究使用，研究結果僅以數據呈現，填寫內容將保密，請放心填寫。感謝您的參與！

6.運動頻率：一周次，一次小時。

我們會選取一部分同學參加我們的后續(xù)實驗，實驗結束后會有復習資料以及精美禮品相送，所以來的時候別忘記帶優(yōu)盤哦。下面是之后兩周的時間表，請您根據個人情況在空閑的時間段打勾，盡可能多標記出幾個時間段，這樣方便我們安排時間（表3）。

感謝您的參與！

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