视觉搜索能力的年龄效应及形成机制

任延涛

（中国刑事警察学院 公基部，辽宁 沈阳 110035）

视觉搜索能力的年龄效应及形成机制

任延涛＊

（中国刑事警察学院 公基部，辽宁 沈阳 110035）

视觉搜索能力是一种基本的认知能力，个体视觉搜索能力的发展遵循终生发展理论的U型模式：6～28岁左右是视觉搜索能力的提高过程，大约28岁以后出现较缓慢的衰退过程。这与其它认知能力的发展相似，但视觉搜索能力的发展具有独特的形成机制。认知速度与注意抑制及工作记忆是制约视觉搜索能力发展的主要因素。

视觉搜索能力；年龄效应；形成机制

视觉搜索能力是人的一种基本认知能力，指个体从许多视觉刺激中捕捉目标刺激的能力，也是个体获取外界信息从而进行加工的一种重要方式。一般地，它分为两种类型，即特征搜索（feature search）与联合搜索（conjunction search）。当目标项具有单一的、不被任何干扰项共享的物理特征时，称为特征搜索；如果干扰项多于两类且目标项与每类干扰项都至少共享一个特征时，称为联合搜索。典型的视觉搜索任务要求被试在由干扰项和目标项组成的复合刺激中搜索目标项。搜索效率一般用反应时（RT）×组量（SET SIZE）的搜索斜率函数表示，称之为搜索坡度（search slope）。当反应时不依赖于组量变化时，称之为有效搜索（efficient of search），即平行搜索。当反应时随组量的变化而协变时，称之为低效搜索（least efficient of search），即系列搜索。一般地，我们将搜索时间随组量（SET SIZE）增多而明显增加这一现象称为显示容量效应。平行搜索中几乎不存在显示容量效应，而在系列搜索中，则普遍存在。

视觉搜索能力，存在着显著的个体差异。对视觉搜索能力年龄差异的研究最早始于Rabbitt的纸牌分类实验。Rabbitt研究发现视觉搜索能力存在显著的年龄差异，并称之为年龄效应（age effect）。此后，研究者们对这种年龄效应进行了大量的研究，并对视觉搜索年龄效应的形成机制进行了探讨。

1．视觉搜索能力的年龄效应

视觉搜索能力的发展基本上符合终生发展理论的“U型模式”。

1．视觉搜索能力的提高阶段

研究者普遍以6－28岁被试为研究对象，用实验证明了这一时期是视觉搜索能力的提高阶段及影响视觉搜索能力的因素。

Ruskin与Kaye对三组低年龄被试（平均年龄分别为6岁、8岁、12岁）的特征搜索、联合搜索成绩进行了对比。结果表明，从总体上看，无论在特征搜索还是联合搜索中，视觉搜索反应时随着年龄增加而普遍缩短。而且，所有被试在特征搜索中比在联合搜索中表现出较好的搜索成绩，也表现出显示容量效应。无论是在特征搜索还是在联合搜索中，显示容量对视觉搜索成绩都有显著的影响。不过，这种影响随着年龄的升高而越来越小。

与Ruskin等的实验相类似，Lobaugh等也选择三组少年被试（平均年龄分别为8岁、10岁、12岁）和一组成人（平均年龄为26岁），同样让所有被试完成特征搜索和联合搜索两种任务。结果发现，无论在特征搜索还是联合搜索中，搜索坡度（search slope）都随着年龄升高而降低。视觉搜索能力在生命早期随着年龄升高而提升这一现象，得到了后来诸多研究的支持。

从总体上看，这一时期，视觉搜索能力都是显著提高的，但提高速度是先快后慢的。并且，搜索能力受到显示容量，刺激特征维度等因素的影响，存在显著的年龄效应。

2．视觉搜索能力的下降阶段

研究者以28～80岁被试为研究对象，考察其早期（28～50岁左右）与晚期（50～80岁左右）在完成特定的特征搜索与联合搜索任务时的搜索成绩，来探讨认知老化等因素对视觉搜索能力的影响等问题。

早期的很多研究发现，当以成人为被试时，联合搜索比特征搜索存在更为显著的年龄效应。

但最近的很多研究都发现以前关于特征搜索与联合搜索这一两分法存在许多问题。视觉搜索能力的年龄差异也并非表现在这两种搜索上，目标项与干扰项的相似度对视觉搜索年龄效应的影响更大。Scialfa等通过实验进行了验证。使用青年、老年两组成人被试进行特征搜索和联合搜索。实验结果表明，当操纵目标项与干扰项相似度这一变量时，青年组被试与老年组被试的搜索坡度都产生同样的变化。但老年组被试在联合搜索中搜索高相似度的目标物时有较大的难度。反应时分析发现，在同一条件下，两组的反应时有较大的差异。所以他们认为这种目标项与干扰项的相似度才是关键的制约因素。Kramer等发现，在联合搜索中，当把运动定义为一种刺激物特征时，青年与老年被试都能同样高效的完成搜索任务，因为当把运动作为一种特征时，这种目标项与干扰项的差异度就变大了。Humphrey与Kramer也发现，在联合搜索中，当具有较大区别的不同特征时，青年与老年被试都可以进行平行搜索。

这一时期个体，视觉搜索能力的发展是一个不断下降的过程，在目标缺失及目标项与干扰项有较大相似度的条件下，老年与青年的搜索能力表现出更大的差异性。可以认为，这一时期个体视觉搜索能力的年龄效应受到许多因素的制约，特征搜索与联合搜索并不是分界线。

3．终生（Life Span）发展研究

大多研究者将研究视线集中于生理成熟期与衰老期的视觉搜索年龄效应。也有研究者将这两个过程连接起来，进行终生发展研究，从而对比两过程，进行更为深入的探讨。

关于视觉搜索发展比较流行的观点认为，搜索效率从孩童时期到青春期，一直是处于提高阶段，其最高点在青年期，然后下降直到老年期。这种模式符合人认知终生发展的普遍观点。

Trick和Enns将6～72岁的被试分为五个离散的年龄组来探测视觉搜索能力的年龄差异。结果发现，与Treisman与Gelade的特征整合理论相吻合，特征捆绑能力在早期随着年龄升高而增强，并保持到生命终结。被试在联合搜索中的搜索能力从8岁到老年表现出较强的年龄变化趋势。与Trick和Enns的实验类似，Bernhard Hommel与Karen Z．H．Li从更大范围内选取被试，同样完成特征搜索和联合搜索任务，再次验证了视觉搜索反应时U型曲线。但同时发现，从曲线上看，孩童发展与成人老化的趋势是截然不对称的。

尽管成熟期与衰老在认知加工许多方面存在诸多类似，但是仍然也会存在某些机制上的特殊性。进一步的说，尽管成熟过程与衰老过程在外显行为上存在某种程度上的相似性，但可能基于不同的机理。

二、视觉搜索能力年龄效应的形成机制

终生发展研究的U型模式理论认为，人的基本信息加工能力发展是伴随成熟与老化的先升后降的过程。视觉搜索能力作为一种基本信息加工能力，其发展趋势同样遵循U型模式，但其发展曲线又不重叠于其它基本信息加工能力的发展曲线。很多形成机制的研究都着眼于制约基本信息加工能力发展的共同的普遍因素，也有研究发现并验证了制约视觉搜索能力发展的特殊因素。

1．认知速度（Cognitive Speed）

认知速度是受成熟与老化影响的显著变量，很早就有研究者将认知速度作为制约视觉搜索能力发展的主要因素。

许多研究都以特殊的实验任务，来探讨不同方面认知速度对视觉搜索能力发展的影响。Cepeda等发现测量不同年龄被试的知觉速度时也存在明显的年龄效应，所以当以知觉速度为变量时，仍然可以发现视觉搜索能力发展的这种年龄效应。同样，许多研究用与Cepeda实验相似的设计，证明了空间定位速度、知觉加工速度、眼跳潜伏期［1］、目标检测速度等因素都是制约视觉搜索能力发展的重要因素。

2．注意控制与抑制（Attentional Control and Inhibition）

人的所有活动都必不可少地需要注意的参与，视觉搜索也同样受到注意的调控。但在视觉搜索中，注意的作用手段更主要的是抑制机制，对无关信息或者干扰信息进行有效抑制，才能高效完成搜索任务。

Treisman较早的研究了这种注意抑制，认为在联合搜索中抑制干扰项比在特征搜索中相对重要或者说相对较难，并且干扰项的增加带来抑制难度的增加，所以从抑制能力的发展变化就可以解释视觉搜索能力在年龄上的发展变化。有研究者作了进一步的补充，认为早期的搜索效率提高应该归因于抑制机制的加强，相反，后期的搜索效率下降也应该相应的归因于抑制机制的减弱。对此，Williams等从终生发展的角度进行了验证。研究了6～81岁被试在停止信号（stop－signal）任务中的抑制反应的成绩，结果显示，被试作反应刺激（go trials）的反应时，可以表示成随年龄变化的U型曲线。然而，对于不作反应刺激（no－go trials），也就是抑制能力，青年被试的成绩相对老年被试的成绩表现出更为突出的年龄效应。Nicholas等采用注意捕获范式，测试青年与老年两被试在特殊搜索中对一个或多个无关突现刺激的注意控制能力及眼球捕获能力。实验中，要求被试尽快的将视线定位于突然出现的刺激项目上，并鉴别位于刺激项内的英文字母。结果发现，老年被试的眼跳潜伏期与反应时受到突现刺激影响，并且显著长于青年被试的眼跳潜伏期与反应时。这也同样证明，青年被试的注意控制力以及无关刺激的抑制力都优于老年被试。

3．工作记忆（Working Memory）

很多理论及相关研究认为视觉搜索中有工作记忆参与其中，认为返回抑制现象就是工作记忆参与视觉搜索的证据。王治国、张侃发现快速变换刺激项位置会干扰该记忆机制，降低搜索效率。返回抑制可能是视觉搜索中记忆的内在机制。大量研究证据表明，工作记忆在视觉搜索中有着重大的作用，但工作记忆在人的终身发展中也存在明显的年龄效应。即从出生到青少年期工作记忆有明显上升，而成年期有较平稳的下降，老年期则有较快的下降。研究者主要集中研究12岁前及60岁后的年龄阶段，探讨视觉搜索与工作记忆的关系，认为老年期视觉搜索能力的明显下降，工作记忆的记忆容量的减少是主要原因之一。

总之，很多研究都证明认知速度与抑制机制及工作记忆都是制约视觉搜索能力发展的重要因素。但并不是说，这三者的作用是排它的，三者共同起作用或者与三者之外的其它因素共同作用，都是完全可能的。但究竟有多少因素，每种因素的作用比率多少，还有待于进一步研究。

三、总结和展望

研究视觉搜索能力的发展，旨在揭示视觉搜索能力的发展特点、形成机制及影响因素等。

研究者从人类的成熟与老化两阶段着手，以各种认知因素为自变量，绘制了视觉搜索能力与年龄之间的二维曲线，并试图探索其内在机制。许多研究相互补充、相互扩展，获得了一系列较有意义的研究成果。

在视觉搜索实验中，不同的实验任务，就可能会导致视觉搜索中不同的认知因素参与其中，进而出现不同的实验结果。这也就是Cepeda所提到的任务特殊效应。以往的研究中因为实验设计、实验任务的不同，常常出现实验结果的诸多不一致，甚至完全相反。所以，科学而有效的选择实验任务，是以后视觉搜索研究中所必须注意的问题。

研究方法与手段比较单一，研究结论也较为单薄。大多研究都采用反应时单一指标，来探测这一复杂的认知加工过程。所以，并不能科学全面的揭示其内在机制。最近，已有研究者开始使用眼动仪与脑电仪及脑功能成像等精密仪器，即时的监测视觉搜索过程，多种研究手段的结合应该是以后研究的必然趋势。

研究内容上，大多数研究者都在对比青年与老年视觉搜索能力，从中探讨这种年龄差异的形成机制，而对孩童时期能力发展的研究相对较少。有研究者认为，孩童成长时期的视觉搜索能力发展差异主要是受到生物因素，或者是认知机制影响。所以，更多从生物及认知神经层面进行细致的研究，并与成人老化过程相比较，势必将使视觉搜索能力的发展研究有较新的突破。

［1］Richard F Murray，Brent R Beutter，Miguel P Eckstein，Leland S Stone．Saccadic and perceptual performance in visual search tasks［J］．Optical Society of America，2003，20（7）：1084－7529．

［2］Cassavaugh N D，Kramer A F，Irwin D E．Influence of task－irrelevant onset distractors on visual search［J］．Aging，Neuropsychology and Cognition，2003（10）：44－60．

On Age Effect and Forming Mechanism of Visual Search Ability

REN Yan－tao
（DepartmentofPublicElementaryCourses，ChinaCriminalPoliceUniversity，Shenyang110035，China）

Visual search ability is a basic kind of cognitive ability，and the development of individual visual search ability follows the U model of life－long development，which means that age 6 to age 28 is the rising period of one’s visual search ability，and after 28 the slow recession appears．This process is similar to other human beings’cognitive abilities，but visual search ability owns its own unique mechanism．Cognition speed and attention depression and working memory are the main factors containing visual search ability development．

visual search ability；age effect；forming mechanism

G44 < class="emphasis_bold">文献标识码：A文章编号：

1008－388X（2012）01－0042－03

2011－07－20

辽宁省高等学校人文社会科学重点研究基地科研项目（J05042）。

任延涛（1975－），男，辽宁庄河人，讲师，硕士。

阅文］