视觉客体连续性表征的研究范式述评

蒋怀滨

(福建师范大学 福清分校人文系，福建 福州 350300)

与静态客体相比，运动客体的知觉过程具有一定特殊性。在运动过程中，客体的大小、形状或颜色等表面特征可能会不断变化，有时也会暂时被其它事物遮挡。但某些高级动物和人类仍能毫不费力地始终将其表征为同一连续的对象(Flombaum＆Scholl，2006;Aust＆Huber)。这一现象说明，视觉认知系统能够对时间信息和空间信息同时进行整合加工。在这一过程中，人们如何将变化着的客体知觉为原客体的变化或新客体的出现，称为维持客体的连续性表征[1-2]。目前，对这一问题的研究已成为哲学、认知科学和人类工效学等领域的热点。在理论上，探讨这一问题有助于加深对有关视觉客体工作记忆和注意等认知过程机制的认识;在实践中，对这个认知加工过程规律的研究成果可用于图像识别的计算机模拟与特殊人员(如飞行员、航天员等)选拔与培训。

一、视觉客体连续性表征的研究范式

(一)多客体追踪范式

1988年，Pylyshyn与Storm提出了多客体追踪范式(Multiple Object Tracking，MOT)来精确地探索时空表征连续性机制[3]。在MOT任务中，首先是识别目标过程，多个静止的圆盘会在屏幕中呈现，追踪任务中的目标为其中闪烁的圆盘而其余的圆盘为干扰子。接下来是追踪目标过程，各方面特征相同的所有圆盘都开始无规则地在屏幕内运动，当它们接近屏幕边缘时会弹回，当圆盘接触时也会互相弹开。最后是探测目标过程，所有圆盘停止运动之后要求被试用完全报告法或部分报告法对追踪绩效进行测试。在前一测试方式中让被试指出之前所要求追踪的所有目标圆盘;而在后一测试方式中，一个随机选择的圆盘被标记出来，被试报告它是否为之前所要求追踪的目标。这一操作流程可参考http∶∥www.yale.edu/perception/Brian/demos/MOT.html。结果得出，被试只能追踪约4个左右随机运动的圆盘，一旦追踪目标的数量超过这一限度，被试的作业成绩会受到很大的影响。之后，许多研究者运用这一范式，从不同角度提出了对动态情景下多个目标追踪的一系列认知模型来解释追踪机制，促进了关于人类在动态情景下知觉、注意和工作记忆等信息加工过程的认识。

在传统MOT基础上，考虑到人们在现实中对动态目标的维持(如运动员对球)追踪，Oksama等人设计了一项多身份追踪(Multiple Identity Tracking，MIT)任务[4]。与以往MOT任务不同的是，每个刺激项目(无论目标还是干扰子)都可以在视觉上通过独有的特征与其它刺激项目互相区分，这就要求被试连续地捆绑所追踪目标的身份信息和时空信息。实验中，在探测阶段采用部分报告法即只报告某一个指定项目所对应的身份名称，追踪任务中的2-6个目标或从6个代表现实中真实客体的黑白线条图中选取，或从另6个不代表任何现实中真实客体的黑白线条图中选取，其余的黑白线条图作为干扰子。基于这一任务Oksama发现，被试可以对大约4个图片项目进行成功的追踪[5]。这说明被试在追踪中可以利用维持性注意连续地捆绑目标的身份名称信息和运动轨迹信息。此外，一方面，相同数量目标追踪绩效的优劣在相当大的程度上会受到追踪阶段持续时间是否延长的影响;另一方面，MIT绩效还受制于被试工作记忆和注意能力。这些结果说明，追踪需要注意资源的投入。因此，MIT这一新范式对考察连续性表征中注意的作用有重要意义。

(二)客体回溯范式

在探索连续性表征加工机制中，特别是对客体信息的编码、保持和操作过程，Kahneman和Tresiman采用客体回溯范式(Object Reviewing)，设计了一项字母识别任务[6]。在这一任务中，首先呈现两个三角形框，每个框内各闪现一字母，之后字母消失而框开始移动，移动停止后，其中某个三角形框呈现一个探测字母，被试以读出这一字母来作出反应。实验程序可参考http∶∥www.duke.edu/web/perception/demo_object.html。按照客体档案的假设，当探测字母出现在其先前出现过的框里(同客体条件)，反应最快，因为此时不需重建客体档案，先前客体档案中的历史信息会加速被试的再认反应，而探测字母出现在其他框中(异客体条件)则需重建客体档案以完成字母识别。同客体条件和异客体条件下的反应时之差被称为客体预览利化效应 (Objiect Specific Preview Benefit，简称OSPB)，这一效应反映了客体表征的连续性，探测字母成为同一客体的一部分，被试可以基于先前建构的预览信息对字母进行命名;而在探测字母成为不同客体的一部分时，必须重新建立对新刺激的暂时表征，从而致使反应时的延长。

近年来已有许多有关OSPB效应的研究，研究者通常以OSPB效应作为考查客体暂时表征的构建、整合与维持，并据此推测和确定客体表征的连续性是否得以保持。部分研究者发现，根据客体的物理属性(颜色、形状等)与有关抽象概念为预览刺激，也可产生OSPB效应。由此他们推断，以上信息可被整合并保存于由链接刺激建立的客体档案(Object File，OF)中。此外，Mitroff等人对链接刺激在运动过程中分别进行合二为一(聚合)操作或者一分为二(分裂)操作，他们发现OSPB效应减小甚至消失[7-8]。因为聚合和分裂两种操作均破坏了链接刺激在运动发生前后客体档案的一一对应关系，也就是违反了凝聚性原则(the principle of cohesion)，进而导致链接刺激表征连续性的破坏[9]。

(三)隧道效应的检测范式

“隧道效应”(tunnel effect)这一知觉现象可以很恰当地反映客体表征连续性，比如，一个黄色小球从挡板某一侧进入，如果在挡板后黄球保持继续运动，当它即将从挡板另一端出来时被一个绿色小球所代替，这样黄色小球在挡板后停止运动而绿色小球从挡板另外一端出来。在这个过程中，观察者仍然把它知觉是刚才的黄球，只不过其颜色变成绿色[10]。

Scholl等人以成人为被试在隧道效应下对连续性表征维持机制的探索中，他们让被试同时注视三至五个包含三种条件的动态情景[11]，即来回穿梭于挡板前后且在时空上连续运动的客体(tunnel event即隧道效应情景)、出现在挡板前后但在时间上不连续运动即时间分离的客体(temporal gap or delay)和空间上不连续运动即空间分离的客体(spatial gap)。在这一过程中，从挡板出来后的某个客体，其颜色可能会产生变化并以改变后的新颜色继续运动。实验任务要求被试一旦觉察到客体的颜色发生变化时，迅速而准确作出反应，即完成变化检测任务(Change Detection)。演示程序可参考http∶∥www.yale.edu/perception/Brian/demos/tunnel-CD.html。结果得出，无论是出现在挡板间的客体存在空间还是时间上的不连续性及间隔，这两种条件下对颜色变化的检测绩效显著低于出现在挡板前后的客体存在时间与空间同时连续性的条件。根据客体档案理论的假设，只要客体档案与其所指向客体的时空对应性不产生变化，那么对原客体就会形成和保持连续的表征;而一旦这种对应性受到破坏，就要求认知系统丢弃之前的客体档案而对客体重新建立客体档案，因而需要花费较多的时间。因此，进出挡板前后的客体在空间或时间运动不连续条件中，需要丢弃旧的客体档案并重新建立从挡板出来后相应的新客体档案，这就导致当前新形成的客体档案中的颜色信息与原来客体档案中储存的颜色信息表征对比从而造成颜色变化检测时间更长。反之，出现在挡板前后的客体在时间和空间连续运动的条件下，不需重新建立新客体档案，而只要通过更新进入挡板前的客体对应的客体档案中的信息，从而未建立新客体档案而花费时间，导致在此情况下颜色变化探测时间反而更少。

由于Flombaum和Scholl的实验任务是对同一时刻三种条件下在挡板间来回穿梭的小球颜色变化检测，这会增加被试认知负荷和疲劳效应。因此，Kawachi和Gyoba拆分同一时刻的三种实验条件，把反应时作为因变量，设计了进出挡板前后两个客体(正方形框)中靶子标识(十字形或圆形)的异同判断任务，从而更准确地探索隧道效应下客体表征的本质[12]。实验中有四个自变量:客体在挡板间的运动是否存在空间连续性(有，无);客体在挡板前后所操纵的特征类型(颜色，大小);客体在挡板间所操纵的特征类型的一致性(一致，不一致);客体中靶子在挡板前后的一致性(一致，不一致)。实验过程中，当运动的客体(正方形框)进入挡板后，框的颜色或大小会发生变化，而框内有一个十字形的靶子，从挡板出来后可能会变成圆形，任务是当正方形框从挡板出来后，要求被试迅速而准确地判断靶子是否发生变化。结果显示，尽管正方形框在挡板间存在空间连续性，但不管正方形框在挡板间所操纵的特征类型是颜色还是大小，正方形框在挡板间所操纵的空间连续性的情况比不连续情况下对框内靶子判断的反应时要短，且差异达到显著性水平。这说明只要穿过挡板的正方形框在空间和时间上是连续的，并且正方形框和靶子按时空一致性原则组织起来，那么对靶子符号判断的反应时就会小于正方形框运动不连续的情况。故而，通过预览某个客体的信息，对于这个客体存在时空关系的相关信息的识别是有利的。形成和保持客体连续性表征的根据为变化检测过程中的预览利化效应。此效应可视为一种新的方式来检验隧道效应下运动客体表征连续性的存在。

(四)习惯化——注视时间范式

自上世纪末，在认知发展领域大量的研究聚焦在婴幼儿对客体表征这一方向。儿童客体概念发展的研究发现，4个月大的婴儿就能以连续性(continuity，即客体是永久表征的，并在一条连续的空间和时间路径上移动)作为构建客体的线索[9]。由此客体的一个重要特征是客体在空间上运动的连续性与时间上存在连续性，因而Spelke等人建立了时空连续性理论来解释这一加工过程。他们给婴儿呈现一个玩具通过两个障碍物的情景，在一种条件下(连续移动情况)，玩具在移动过程中被两个障碍物掩蔽时会在恰当的时候在两个障碍物之间的间隔处出现;另一种条件(不连续移动情况)，通过两个障碍物的玩具在其间隔处并不出现，反而在第二个障碍物旁边出现。结果得出，婴儿认为在连续运动条件下只知觉到同一个物体，而在不连续运动的条件中知觉到两个物体先后出现[13]。以上发现说明，维持客体表征连续性的关键线索是客体运动的时空连续性。

为降低婴儿对客体的陌生可能对以往研究结果产生影响，Kellman和Spelke在实验初始阶段加入了婴儿对客体的习惯化和学习过程，一种条件下，在习惯化阶段，让4个月大的婴儿看两根不相连接的木棒在某个静止的挡板后同时来回运动，而在测试阶段，把挡板拿掉。结果当呈现两根分割的木棒时被试所需的注视时间显著长于呈现一根木棒的情况，这说明4个月大的婴儿就可以利用时空信息判断究竟是几个客观物体存在。另一种情况下，在习惯化阶段，让4个月大的婴儿看不相连接且在特征上也完全不同的物体在某个静止的挡板后同样同时来回运动。在测试阶段，把挡板拿掉，结果仍然是当呈现分割的两个物体所需的注视时间显著长于呈现相连接成一个物体的情况。这说明4个月大的婴儿没有利用特征信息如颜色和形状信息或忽略表面特征信息而只利用时空信息即连续性地共同运动这条线索来判断是一个还是两个客观存在的物体，尽管这两个客体在颜色和形状上有很大的不同。在以上研究中，Kellman和 Spelke提出的习惯化——注视时间范式(Habitation-Looking Time)为研究儿童的客体连续性表征机制奠定了方法学的重要基础[14]。

另外，许多研究表明当客体从婴儿的视线中消失时，婴儿预测客体仍然继续存在。Xu和Carey的研究表明，如果婴儿看到一个物体前被一个幕布遮挡，当再把幕布拿掉时，出现一个物体也没有的情景，婴儿注视时间(Looking Time)要比有一个物体的情景要长[15]。Chiang和Wynn以及Leslie等人认为婴儿的客体表征与成人的客体追踪机制有关[16-17]。Van de Walle和Spelke专门研究了5个月大的婴儿在隧道效应下客体知觉能力[18]。在习惯化阶段，给他们注视露在挡板一半的某个方块，接着它进入挡板并从挡板出来直到露出另一半;或者给他们注视露在挡板外且只有上述挡板三分之一大小的长方形块，之后它进入挡板并从挡板出来直到整个长方形露出但与挡板仍然接触。在测试阶段，或给他们呈现一个正方形块左右移动的情景，或呈现只有上述正方形块三分之一大小的两个长方形块一起左右移动的情景。结果显示，不管在习惯化阶段采取哪种方式，在测试阶段对前一种情景的注视时间显著小于后一种情景。为排除运动因素加强婴儿对物体的注意力而忽略了物体的结构信息以及可见的表面结构排列信息，Spelke进一步改变习惯化阶段物体的结构从而检验其对婴儿客体连续性知觉的影响。习惯化阶段的物体包括正方形块、中间上下端凹陷的呈H型的块和中间上下端突起的呈+型的块，运动方式与前一实验相同。在测试阶段，给他们呈现上述三种物体中的一个并来回移动。结果发现，婴儿对后两种刺激材料的注视时间更长。以上的结果证明，5个月大的婴儿可以整合运动物体的时空而非结构信息从而形成稳定而连续的知觉过程。

(五)手工搜索范式

Flombaum和Kundey等人从比较心理学的角度，运用手工搜索物体(Manual Search Task)范式，开创性地研究了高级灵长类动物——恒河猴在隧道效应下建构动态客体表征的机制[19]。在实验中，当某个柠檬果沿着与水平面成一定角度的斜面滚动并且在挡板1后面停住，接着另一种果实——猕猴桃从挡板1中出来并继续沿着斜面滚动直到进入斜坡底端的挡板2。结果发现，当从挡板1出来的猕猴果正好在柠檬果按原来运动方式继续运动并从挡板出来的这个时刻而出现且继续滚动时，被试在绝大多数情况下都只在挡板2中寻找自己的食物。这表明由于进入挡板的柠檬果和从挡板出来的猕猴桃在时间和空间上形成了连续的对应性，因此即便通过挡板被遮蔽，被试也知觉到柠檬变成了猕猴桃，从而自发地去挡板2寻找食物。与此相反，当柠檬果进入挡板1并停留了3秒钟形成了时间上的迟滞导致从挡板1中出现的猕猴桃与之前进入挡板1的柠檬果在时间上不存在连续性或对应性，在此情况下，被试没有知觉到柠檬果变成猕猴桃，而是知觉到柠檬果停在挡板1后面。这一行为实验可参考http∶∥www.yale.edu/perception/Brian/demos/tunnel-Rhesus.html。类似的结果也发生在进入挡板1的是柠檬果但却是在停留3秒钟后从挡板1出现并滚入挡板2也是柠檬果的情况。总之，基于时空连续性，某个客体特征上的改变依旧能形成对这个客体的连续性心理表征。恒河猴利用这个规律引导自己的搜索食物行为。

二、总结与展望

回顾视觉客体连续性表征的主要范式，可以看出多客体追踪范式、客体回溯范式和隧道效应下变化检测范式的绩效判断是基于准确率或反应时指标，主要应用于成人被试;习惯化——注视时间范式以期待时间作为反应指标，适合于婴幼儿对象;手工搜索范式来源于比较心理学的行为研究，主要适合于高级动物群体，它与动物对其食物的搜索方向为绩效判断依据。另一方面，对视觉客体连续性表征的研究范式主要聚焦在多客体追踪、客体回溯和变化检测任务中。其中，多客体追踪范式能够同时反映注意的三个重要特征，即容量的限制性、保持性与维持性，因此，它成为探索视觉连续性表征的重要范式之一。基于这一任务，研究者发现了视觉追踪的主要加工规律，如追踪容量大约为四个目标，制约追踪绩效的变量包括追踪对象个数、物体移动速度、物体间的拥挤度等。但是，研究者也意识到，真实的日常生活情景中的被追踪物体都具备一定的自身特性，而多客体追踪任务下无论目标还是干扰子其基本特征都相同。从这一角度来看MIT的实验结果体现了更高的生态学效度，在客体回溯范式中，大多数研究者已接受了根据OSPB效应值来度量表征连续性是否存在的研究逻辑。在基于客体选择性注意研究中，通常以空间上的同客体优势效应(same object privilege effect)为判定依据，只是这一加工过程所选择的对象是相对静止的客体。隧道效应下变化检测范式中对客体的暂时表征存在类似的却是动态情景下跨越时间和空间同一客体的优势效应，它使得与这一客体相关的历史信息能够被认知系统迅速而又有选择性地再次激活，有研究者把这一过程称之为时间上的同客体优势效应 (temporal same-object advantage effect)。

尽管对客体连续性表征问题的研究范式已比较成熟，但对以上范式的应用领域和有效性还需进一步扩展和检验。首先，多客体追踪范式(包括MOT和MIT)，应与变化盲视中的遮挡、泥溅或特殊的时空条件相结合[20]。另外，虽然MIT范式与真实的视觉情景相似，可是刺激材料的身份特征比较复杂，被试在追踪目标的同时还要兼顾其身份信息，这一记忆加工会对目标的追踪产生影响，因此，MIT范式的内部效度还需进一步探讨。其次，以OSPB为指标判断视觉客体连续性表征是否存在的有效性还需进一步证明，如被试主观报告与相应客体运动方向不一致可能会造成OSPB效应量不能完全真实反应连续性表征这一认知过程。再次，习惯化——注视时间范式可以与婴儿对客体的数量表征这一认知能力相结合，这有利于更深入探讨婴儿对物体的追踪和计算过程机制及不同年龄段的发展规律。最后，手工搜索范式是否还可应用于除恒河猴以外的其它灵长类动物，有待进一步考证。此外，本文所介绍的五种范式主要应用于视觉认知领域，还应探究适合于听觉和嗅觉通道连续性表征的范式，这对于更深入了解知觉等认知加工过程的连续性具有重要意义[21]。并且，可利用脑电和脑成像技术以及眼动记录方法，结合以上几种范式对于研究客体连续性表征的认知规律及相应脑机制可以开辟一条新的途径。

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