低氧環(huán)境下的心理旋轉(zhuǎn)效應(yīng)

許文 廣州大學(xué)教育學(xué)院 廣東廣州 510006

心理旋轉(zhuǎn)首先由謝巴德和梅茨勒提出討論.在他們的研究中,要求被試判斷所呈現(xiàn)的兩對三維立方體是否在形狀上一致.結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間隨著兩個(gè)立方體在圖像平面內(nèi)外的角度差異而線性增加.謝巴德和他的同事解釋說,心理旋轉(zhuǎn)是一種心理過程,在這種過程中,人們形成一個(gè)物體的心理表征(模擬物),然后將其旋轉(zhuǎn)到垂直位置或預(yù)先學(xué)習(xí)的方向,以消除判斷物體時(shí)的角度差異(例如,奇偶性判斷,左右手判斷).繼謝巴德和梅茨勒的研究之后,通過應(yīng)用各種刺激的改良任務(wù),行為和神經(jīng)研究都進(jìn)一步探索了心理旋轉(zhuǎn)的機(jī)制.這些刺激可以廣泛地分類為外部對象(例如,字母、數(shù)字)、人類形狀(例如,手部、其他身體部位)和復(fù)雜場景(例如,風(fēng)景、場景).在目前的研究中,主要集中在兩個(gè)字母形式的外部對象心理旋轉(zhuǎn).正常-鏡像字母奇偶性判斷任務(wù)是自庫珀和謝巴德(1973)以來的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)范式,被用來研究心理旋轉(zhuǎn)的認(rèn)知機(jī)制.為了決定字母是否是鏡像或正常,必須將其旋轉(zhuǎn)到其垂直位置,換句話說,心理旋轉(zhuǎn)對于奇偶判斷是必要的.因此,較大的旋轉(zhuǎn)字母需要較長的響應(yīng)時(shí)間.然而,在奇偶性判斷中,這種依賴于響應(yīng)時(shí)間的函數(shù)表現(xiàn)出曲線趨勢,這偏離了謝巴德和梅茨勒發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典線性函數(shù).這種現(xiàn)象可能是由旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)過程的混合引起的.也就是說,從垂直旋轉(zhuǎn)的小刺激相比于比大旋轉(zhuǎn)刺激需要較少比例的心理旋轉(zhuǎn),致使在小角度差異和垂直之間響應(yīng)時(shí)間的無差異.以往的心理旋轉(zhuǎn)研究主要集中在刺激角度的影響上,但很少有人指出正常刺激和鏡像刺激的心理旋轉(zhuǎn)(即刺激版本的影響)之間的不同機(jī)制.在我們的日常生活中,鏡子的物體識別和旋轉(zhuǎn)也是重要的,例如在駕駛和航空的條件下.心理旋轉(zhuǎn)是衡量空間智能的重要標(biāo)尺之一,也是當(dāng)前空間認(rèn)知領(lǐng)域中備受關(guān)注的重要課題.

目前,空間認(rèn)知加工研究日益受到重視, 人們對空間能力的認(rèn)識源于對機(jī)械能力和操作能力的研究. 美國神經(jīng)心理學(xué)家Gordon根據(jù)大腦半球功能側(cè)化理論提出"認(rèn)知特征",指出個(gè)體在言語和視覺空間兩大認(rèn)知功能方面表現(xiàn)出相對優(yōu)勢特征,不同半球的信息加工模式也可能同人類作業(yè)績效的差異有關(guān).腦功能側(cè)化理論也認(rèn)為人的大腦存在兩種不同性質(zhì)的信息加工模式,不同的信息加工模式可以通過言語和空間這兩大認(rèn)知功能加以表征.Gordon等研究發(fā)現(xiàn)視覺空間能力或言語序慣性能力測驗(yàn)成績是某些職業(yè)群體取得卓越成就的一個(gè)重要特征,如空間能力與醫(yī)學(xué)生手術(shù)操作能力、飛行職業(yè)、建筑職業(yè)等密切相關(guān).因此,某種特定的職業(yè)很可能要抽取或保留人們的某種認(rèn)知特征,而這種特定的認(rèn)知特征恰恰是反映出了某個(gè)特定任務(wù)與另外一種任務(wù)在作業(yè)績效方面差異的一個(gè)主要因素.在航空航天領(lǐng)域,航空交通運(yùn)輸管理專業(yè)崗位對于保障飛行安全具有重要的影響,交通管制員必須對視屏中顯示的信息特別是空間視覺信息的加工表現(xiàn)出很高的水平.空間認(rèn)知能力是人類最基本的認(rèn)知能力之一,尤其在一些特殊的職業(yè)中,空間視覺化作為空間認(rèn)知能力的一個(gè)維度,在這些特殊職業(yè)的人員選拔中具有重要作用.心理旋轉(zhuǎn)測試是空間視覺化的經(jīng)典研究范式,可有效預(yù)測和評價(jià)人的空間視覺能力.

當(dāng)人們在高海拔地區(qū)或其他低氧條件下生活和工作時(shí),缺氧是不可避免的.與海平面相比,高海拔地區(qū)的人經(jīng)常由于缺氧水平而出現(xiàn)一些認(rèn)知缺陷.許多研究已經(jīng)探討了缺氧對人類認(rèn)知功能的影響,如空間注意力和記憶、感知、語言,執(zhí)行功能等.高空低氧是航空事業(yè)遇到的嚴(yán)重醫(yī)學(xué)問題之一,盡管現(xiàn)代航空條件下缺氧的防護(hù)問題已經(jīng)得到很好的解決,但高空缺氧所致航空事故仍時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重威脅飛行安全.研究顯示,缺氧體驗(yàn)訓(xùn)練可提高空勤人員早期識別缺氧和正確處置缺氧危險(xiǎn)情況的能力,故世界各國普遍重視和廣泛開展缺氧體驗(yàn)訓(xùn)練.

先前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些有關(guān)低氧對心理旋轉(zhuǎn)的證據(jù).在一項(xiàng)研究中,Zhang等人發(fā)現(xiàn)在高海拔地區(qū)(2300~4400m)生活兩年比海平面的人需要更長的心理旋轉(zhuǎn)時(shí)間,這一效應(yīng)與額前灰質(zhì)的體積有關(guān).而另一項(xiàng)研究在相當(dāng)4500米模擬缺氧狀態(tài)下(不到一個(gè)小時(shí)內(nèi))并沒有觀察到心理旋轉(zhuǎn)障礙.在上述兩項(xiàng)研究之間的不一致結(jié)果可能是由于暴露于缺氧的持續(xù)時(shí)間.影響缺氧和認(rèn)知損害之間關(guān)系的另一個(gè)因素是任務(wù)難度.例如,Wang等人發(fā)現(xiàn)空間注意加工的低氧效應(yīng)僅發(fā)生在高負(fù)載條件下,導(dǎo)致高原條件下加工能力耗盡,P3振幅較小.Bartholomew等人也發(fā)現(xiàn)缺氧暴露確實(shí)降低了高記憶負(fù)載讀回任務(wù)能力.這些結(jié)果表明,由于缺氧,認(rèn)知資源可能不足以處理困難任務(wù)中的信息.然而,先前關(guān)于心理旋轉(zhuǎn)的研究沒有具體說明心理旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用范式和認(rèn)知過程.因此,對心理旋轉(zhuǎn)的低氧效應(yīng)的具體神經(jīng)機(jī)制尚不清楚.此外,許多研究發(fā)現(xiàn),缺氧損害大腦區(qū)域,包括頂葉,這與心理旋轉(zhuǎn)有關(guān).因此,我們認(rèn)為缺氧可能影響心理旋轉(zhuǎn)過程.

因?yàn)樵诘脱醐h(huán)境中的人可能遭受生命和財(cái)產(chǎn)損失,低氧引起的空間能力障礙如果存在,這個(gè)問題也與航空和駕駛有關(guān).由于空間能力在日常生活中起著重要的作用,因此未來研究有必要探討低氧對這一能力的影響.