注意在座舱空间符号特征捆绑过程中的作用*

傅亚强

注意在座舱空间符号特征捆绑过程中的作用*

傅亚强

(杭州师范大学教育学院心理系，杭州 311121)

将位置与方向两特征捆绑于一个空间符号，探讨该符号的编码与保持过程与注意的关系。方法：采用系列呈现方式，分别在学习阶段与保持阶段施加中央执行抑制分心任务，考察空间符号的材料类型、分心任务负荷、系列位置对位置、方向及其捆绑关系再认效率的影响。结果表明：(1)与学习阶段同步的分心任务对位置特征符号、方向特征符号和位置—方向捆绑符号产生了相近的削弱作用；(2)与学习阶段同步的分心任务对中间呈现的符号再认影响较大，对最先和最后呈现的符号再认影响较小；(3)与保持阶段同步的分心任务对各个系列位置上的捆绑特征符号再认影响较大。结果说明：(1)捆绑特征符号的编码所需注意资源不多于单一特征客体，对捆绑特征符号的编码是自动化的；(2)捆绑特征符号的暂时保持(8秒)需要较多的注意资源。

空间符号；捆绑；注意；编码；保持

1 引言

现代航空飞行器的座舱显示界面越来越多地采用综合显示方式，用一个符号表征多个飞行参数，以期提高飞行员获取信息的效率，降低认知负荷。但是，综合显示是否能有效降低认知负荷尚存争议(Peebles，2008；Hoekstra，2007；Eriksson，2010)。因此，特别需要从注意与工作记忆的角度，考察综合显示符号的工作记忆过程是否需要额外增加注意资源，为综合显示设计提供理论依据。

1.1 特征捆绑

座舱界面常用一个图形的空间特征(位置、方向)表示飞机空中交通态势，构成空间符号。为了完成人机交互任务，操作者必须识别并记忆每一客体的各个特征及其组合关系。多个特征整合成为一个客体表征，并使各个客体之间有着明确区分的过程，称之为特征捆绑(Johnson，Hollingworth，& Luck，2008)。

为了解释多特征捆绑的工作记忆机制，Baddeley(2000)对原有的工作记忆成分模型作了调整，新增了“情景缓冲区”成分。情景缓冲区可以接收来自语音环、视空间模板以及长时记忆的信息，将多种形式的特征捆绑成为整体表征。Baddeley最初假设只有通过中央执行系统，语音环和视空间模板才能向情景缓冲器中存储信息，即多特征捆绑的编码或保持过程依赖中央执行单元提供的注意资源。围绕这一假设已经开展了一系列研究。

1.2 注意在捆绑特征客体编码过程中的作用

研究者采用同时性双任务范式，使中央执行抑制任务(分心任务)作用于学习阶段，在有、无分心任务两种条件下，比较多特征客体与单一特征客体记忆效率的下降幅度，借以判断多特征客体的编码过程与注意的关系。一种观点认为多特征客体的编码需要占用更多的注意资源。Postma和Dehaan(1996)、Brown和Brockmole(2010)发现连续减数运算对形状—颜色捆绑客体的加工过程产生了较大影响，而对单一特征客体(如颜色客体、形状客体)的编码影响较小。研究者认为多特征捆绑加工需要占用较多的注意资源。

另一种观点认为，多特征客体得到了自动化的编码(Vogel，Woodman，& Luck，2001；Yeh，2005)。Allen(2006)的研究中，倒减数任务导致颜色客体、形状客体、颜色-形状捆绑客体的记忆效率出现了相同程度的下降。Allen认为捆绑客体编码与单一特征客体编码所需注意资源是相近的，多特征捆绑加工并不需要额外的注意资源。

上述两类研究存在两方面不足，其一，这些研究同时呈现3～4个项目，要求被试记忆，这样不能精确控制被试对每个项目的学习时间；其二，虽然占用注意资源的分心任务施加于学习阶段，但是，由于在学习阶段，编码过程与保持过程交替进行，因此不能简单推论分心任务仅干扰了多特征捆绑的编码过程。

1.3 注意在捆绑特征客体保持过程中的作用

个体记忆客体时，编码过程与保持过程交替进行，只有实现编码与保持的分离，才能构建多特征客体的捆绑机制。Elsley和Parmentier(2009)观察到单词—位置捆绑材料的保持受到纯音音高记忆任务的显著影响，即认为多特征客体表征的保持需要占用注意资源。

与此观点相反，Langerock(2014)考察了字母—位置捆绑过程，以音高判断为分心任务，使之作用于客体保持阶段，并以工作记忆广度为指标，发现分心任务负荷与客体包含的特征数量之间没有交互作用，于是认为保持多特征客体所需要的注意资源不多于保持单一特征客体所需的注意资源。但是，该实验以工作记忆广度为指标，多特征客体与单一特征客体的记忆广度分别为2～3个和4～5个项目。这样，同时保持的项目数量，即记忆广度，可能混淆了客体的特征数量与注意资源的关系。

Johnson，Hollingworth和Luck(2008)、Morey(2013)的研究同样认为多特征客体的保持无需更多的注意资源。但是，两项研究中设置的900毫秒、4100毫秒的保持时间显然是相当短的，无需较多的注意资源就可以保持表征激活水平。与此不同的是，Fongnie(2009)将保持时间延长至6800毫秒，于是发现相对于单一特征客体的保持，多特征客体的保持过程需要更多的注意资源。

1.4 研究构思

捆绑特征客体的编码与保持是否存在难度是人机界面符号设计的理论基础。捆绑特征客体的编码阶段和保持阶段对中央执行单元的注意资源是否存在不同需求，是否比单一特征的编码与保持需要更多的注意资源？二个实验考察了同时性中央执行抑制(即分心任务)对系列呈现的空间符号的记忆过程的影响。4组空间符号系列呈现过程中，每个符号依次得到编码，然后同时保持于工作记忆。系列中先呈现的3组符号编码与保持过程都受到分心任务的影响，但是最后呈现的项目在工作记忆中处于优势地位，它的保持过程没有受到分心任务的干扰。考察4个系列位置上的符号记忆效率是否受到分心任务的不同程度影响，就可以分离分心任务对编码过程和对保持过程的独立影响。

实验一于符号的学习阶段同时执行分心任务，若位置—方向捆绑特征符号的记忆过程不需要更多的注意资源，则分心任务导致单一特征符号与捆绑特征符号的记忆效率出现相同程度的下降，且系列中最后呈现的记忆项再认效率亦不受分心任务的影响。实验二在符号的保持阶段执行分心任务，若捆绑特征符号的保持需要占用更多的注意资源，则分心任务对捆绑特征符号记忆效率的影响明显大于对单一特征符号的影响，且系列中最后呈现的记忆项再认效率亦受到分心任务的影响。

2 实验一

2.1 方法

2.1.1 被试

22名大学生参加了实验，其中8名男性、13名女性，视力或矫正视力为1.0以上。实验前，他们接受了空中冲突判断任务训练(傅亚强，2012)，掌握了实验用符号相关任务知识。

2.1.2 实验材料

图1 实验一材料与步骤

本实验包含了记忆任务与中央执行抑制任务。记忆任务的记忆项是三种空间符号(图1)：第一种表示飞机的相对位置，谓之位置特征符号；第二种表示飞机的飞行方向，谓之方向特征符号；第三种表示飞机的相对位置和飞行方向，谓之捆绑特征符号。

选用算式判断作为分心任务，每2秒向被试呈现一个个位正整数加法算式。50%的算式得数错误，这些算式的错误得数与正确得数的绝对差值小于4。要求被试判断算式是否正确，若不正确则立即按下空格键，若正确则无需做出反应。

2.1.3 实验步骤

每次试验分为两个阶段(图1)。学习阶段采用顺序呈现方式，一个学习系列包含4个项目，每个项目包含2个位置特征符号、方向特征符号或捆绑特征符号，呈现时间为2秒，4个项目依次呈现。控制条件下，无需执行分心任务；实验条件下，要求被试记忆符号的同时，执行分心任务。符号消失后，呈现掩蔽刺激，时间为2秒。在测验阶段，呈现包含2个符号的探测项，要求被试判断探测项是否与某个学习项完全一致，是反应与否反应各占50%，其顺序随机安排。要求被试既准确、又快速地做出反应。记录被试的按键和反应时间。

2.1.4 实验设计

采用3×2重复测量设计，自变量为材料类型和分心任务负荷。材料类型分为位置特征符号、方向特征符号与位置—方向捆绑特征符号，分心任务负荷分为无分心任务和有分心任务。实验包含6种实验处理，一种实验处理条件下，被试重复进行20次试验。实验处理的顺序在被试间作了平衡。因变量包括主任务的再认准确率和反应时间、分心任务的反应准确率。若被试分心任务准确率低于95%，则该被试的数据无效。

2.2 结果

在现代企业发展中，无论是大型的国有企业还是中小企业，都离不开预算管理的应用，预算管理在企业的发展中起着主体控制的作用，做好预算管理能够为企业节约一定的成本，避免不必要的浪费，合理利用和使用各项资金，提高企业资金的利用率，它作为一种重要的管理工具，可以帮助企业管理人员确定企业的未来发展方向和短期的目标，更好地协调经营活动。综上所述，足以看出全面预算管理的重要性，但是，企业预算管理并没有真正的发挥作用，反而出现了诸多的问题，阻碍了企业的进步和发展，企业必须要对面临的问题进行及时的解决。

采用重复测量设计方差分析，检验材料类型和分心任务负荷对再认反应时的影响，结果表明材料类型与分心任务负荷的主效应均不显著(F(2，42)=2.29，p>0.05；F(1，21)<1)。

采用重复测量设计方差分析，检验材料类型和分心任务负荷对再认准确率的影响(图2)。结果表明：材料类型的主效应显著，F(2，42)=24.01，p<

0.01，η2=0.53，再经事后检验发现，位置特征的再认准确率显著高于方向特征与捆绑特征的再认准确率(p<0.01)，方向特征与捆绑特征的再认准确率无显著差异(p>0.05)；分心任务负荷的主效应显著，分心任务显著降低了空间符号的再认准确率，F(1，21)=207.97，p<0.01，η2=0.91；材料类型与分心任务负荷的交互作用不显著，F(2，42)<1，p>0.05。分心任务对三种材料记忆效率的削弱作用相近。

图2 系列呈现条件下材料类型与分心任务负荷对空间符号再认准确率的影响

图3 系列位置与分心任务负荷对三种符号再认准确率的影响

为了进一步考察捆绑特征符号的编码受到分心任务的抑制，还是其保持过程受到抑制，采用三因素重复测量方差分析，检验了材料类型、分心任务负荷与系列位置对是反应再认准确率的影响(图3)。结果表明，分心任务负荷与系列位置存在显著的交互作用，F(3，63)=2.89，p<0.05，η2=0.12，但是材料类型与系列位置的交互作用不显著，F(6，126)<1。这些结果说明，分心任务对学习系列中第2个与第3个项目影响较大，而对第4个项目的影响很小。可以认为，中央执行抑制任务干扰了空间符号的保持过程。

从图3中还可以看出，捆绑特征符号学习系列中前3个项目都受到分心任务的影响，而单一特征符号学习系列中只有中间2个项目受到分心任务的抑制。产生该结果可能有两种原因：一是捆绑特征符号的保持需要占用注意资源，但是分心任务占用了一部分注意资源，导致捆绑特征系列的前3个项目的保持过程得不到足够的注意资源，再认效率较低，相反，第4个项目的保持没有受到分心任务的干扰，再认效率依然较高；二是第4个项目与测验阶段的时间间隔是最短的，因此记忆效率最高。为了检验这两种可能性，实验二在学习与测验两个阶段之间插入一个8秒的保持阶段，并在保持阶段执行分心任务。实验一中编码阶段的分心任务并没有降低捆绑特征系列的第4个项目的再认效率。作用于保持阶段的分心任务是否会降低第4个捆绑特征符号的记忆效率？若捆绑特征系列的第4个项目的再认效率因分心任务而下降，那么位置-方向捆绑客体表征的保持过程依赖中央执行单元的控制功能，且与学习—测验时间间隔无关；反之，该过程是自动化过程。

3 实验二

3.1 方法

实验二在学习阶段与测验阶段之间插入时长为8秒的保持阶段。这个保持时间比已有同类研究设定的保持时间略长，以便突显保持机制的作用，同时契合复杂人机交互过程的大信息量、长时间保持的特点。实验条件下，只有保持阶段要求被试执行算式判断分心任务；控制条件下，所有阶段都无须执行分心任务。其它实验方法与被试同实验一。

采用重复测量设计方差分析，检验材料类型和分心任务负荷对再认反应时的影响，结果表明材料类型与分心任务负荷的主效应不显著，F(2，42)=1.37，p>0.05；F(1，21)=1.50，p>0.05。

采用重复测量设计方差分析，检验材料类型和分心任务负荷对再认准确率的影响(图4)，结果表明：材料类型的主效应显著，F(2，42)=23.02，p<0.01，η2=0.52，事后检验发现，位置特征的再认准确率显著高于方向特征与捆绑特征的再认准确率(p<0.01)，方向特征与捆绑特征的再认准确率无显著差异(p>0.05)；分心任务负荷的主效应显著，分心任务显著降低了空间符号的再认准确率；材料类型与分心任务负荷的交互作用显著，F(2，42)=8.18，p<0.01，η2=0.28，简单效应检验表明，材料类型为位置、方向特征两种条件下，分心任务负荷对再认准确率的影响相对较小，F(1，21)=73.10，p<0.01，η2=0.77，F(1，21)=35.60，p<0.01，η2=0.63；而在捆绑特征条件下，分心任务负荷的影响最大，F(1，21)=160.72，p<0.01，η2=0.88。再次说明，捆绑特征符号的保持需要更多的注意资源。

进一步检验材料类型、分心任务负荷与系列位置对是反应再认准确率的影响(图5)。结果表明，分心任务负荷与系列位置存在显著的交互作用，F(3，63)=7.30，p<0.01，η2=0.26，材料类型与系列位置存在显著的交互作用，F(6，126)=3.05，p<0.01，η2=0.13。无分心任务时，出现了较明显的首因效应和近因效应，而在有分心任务条件下，系列位置效应不明显。单一特征材料出现了明显的系列位置效应，而捆绑特征材料的系列位置效应不明显，特别是受到分心任务抑制时，4个位置上的捆绑特征项目的记忆效率都下降至很低的水平。

图4 材料类型与保持阶段分心任务负荷对再认准确率的影响

图5 系列位置与保持阶段分心任务负荷对再认准确率的影响

4 讨论

4.1 捆绑特征符号的编码过程

用一个客体符号表示多个系统的特征是人机界面设计的普遍作法，但是这种多特征符号是否会增加注意负荷尚存有争议。实验结果表明，无论分心任务负荷如何变化，位置符号的再认效率最高，而方向符号与位置—方向捆绑符号的再认效率较低，且二者相近。学习阶段的中央执行抑制任务造成了三种符号记忆效率相同程度的下降，说明中央执行单元参与了方向特征、位置特征的加工过程(Morey & Cowan，2004)。但是，同一符号两个特征的捆绑编码可以自动化地进行，无需增加对注意资源的需求，该结果与Allen(2006)、 Delvenne(2010)、Johnson(2008)、Yeh(2005)的研究结论相一致。

较早研究发现动物、日用品等常见事物的捆绑加工是自动化进行的(Rousseletetal，2002)。若多特征客体可以与长时记忆中已有的模式相匹配，就可以得到自动化编码(VanRullen，2009)。相反，若客体诸特征的组合模式难以得到经验的支持，其编码过程自然就要困难得多，势必需要占用更多的注意资源(Olson，2002；Wheeler & Treisman，2002)。实验采用的空间符号是有意义的多特征客体，小圆代表了飞机的空中位置，短线代表了飞行方向，是空中冲突判断的依据；其次，空间符号有着良好的兼容性，与空中一架飞机的知觉表象相一致；最后，空间符号容易理解，其意义广泛存在于现实生活当中，如行走、驾车、球类比赛。因此，系列呈现的4至8个位置—方向捆绑符号，特征间联系都可以得到自动化的编码。

4.2 捆绑特征符号的保持过程

实验一系列呈现4组空间符号，无分心任务条件下，4个系列位置上项目的再认效率都较高。当分心任务作用于学习阶段，因为只有第4个项目的保持没有受到分心任务的影响，前3个项目的保持都伴随着分心任务，所以捆绑特征符号的前3个项目的再认效率受到较大影响，而最后一个项目的再认效率几乎没有受到分心任务影响。出现该结果，可能是因为捆绑特征符号的保持过程得不到足够的注意资源，则记忆效率会显著下降；也可能是因为第4个项目是最新学习的，激活程度较高，保证了再认效率。

为了证明实验一的推论，实验二仅将分心任务作用于保持阶段，相对于单一特征符号的记忆效率，捆绑特征符号的记忆效率出现了特别明显的下降，而且4个系列位置上的项目都表现出很低的记忆效率。系列位置效应说明三种客体的记忆效率受到系列位置的影响，捆绑客体更容易受到其它客体的干扰，而单一特征客体的相互干扰要小一些。这种结果不可能是由于暂时性遗忘造成的(Vogel，2001)，而是由先后呈现的客体表征间的相互干扰造成的。当个体需要学习系列中后面呈现的捆绑符号，那么已经在工作记忆中的捆绑符号表征的激活程度易受到抑制。为了避免捆绑符号表征受到新客体加工的干扰或重写，需要借助刷新等保持机制维持捆绑符号表征的激活程度(Engle，2002)。

因此，捆绑特征符号的保持过程需要额外占用注意资源。相关研究已经发现位置与方向捆绑客体的保持依赖于情景缓冲器(傅亚强，2013)，而不是在特定表征模式的视空间模板中完成(Zimmer，2003)。在情景缓冲器中的保持过程是非自动化的注意受控过程(Baddeley，2011)。捆绑特征符号需通过排除干扰和实施控制性提取等控制性注意过程保证捆绑的顺利保持。具体而言：第一，空间符号难以变更为言语编码，个体无法用复述保持客体表征的激活水平，这与以往研究中采用形状与颜色特征的材料不同；第二，注意不仅用于保持符号的每个特征，还用于保持两特征之间的联系(Wheeler & Treisman，2002)；第三，符号表征的保持只能采用注意刷新机制，逐一使每个表征重新成为注意焦点，从而达到保持表征激活水平的目的，将记忆表征处于注意焦点正是中央执行控制功能(Gilchrist & Cowan，2011)；第四，在延迟再认条件下，先呈现的符号会受到倒摄抑制的影响，特别是符号包含多个特征的条件下，倒摄抑制更为明显，因此必须依靠注意克服其它符号表征造成的干扰(Makovski，2008)。

5 结论

位置—方向捆绑特征空间符号的编码所需注意资源不多于单一特征客体，对位置与方向的捆绑编码是自动化的。相对于单一特征空间符号，位置—方向捆绑特征符号的暂时保持(8秒)需要较多的注意资源。

Allen，R.J.，Baddeley，A.D.，& Hitch，G.J.(2006).Is the binding of visual features in working memory resource-demanding?JournalofExperimentalPsychology：General，135(2)，298-313.

Baddeley，A.D.，Allen，R.J.，& Hitch，G.J.(2011).Binding in visual working memory：The role of the episodic buffer.Neuropsychologia，49(6)，1393-1400.

Brown，L.A.，& Brockmole，J.R.(2010).The role of attention in binding visual features in working memory：Evidence from cognitive ageing.TheQuarterlyJournalofExperimentalPsychology，63(10)，2067-2079.

Delvenne，J.F.，Cleeremans，A.，& Laloyaux，C.(2010).Feature bindings are maintained in visual short-term memory without sustained focused attention.ExperimentalPsychology，57(2)，108-116.

Elsley，J.V.，& Parmentier，F.B.R.(2009).Is verbal-spatial binding in working memory impaired by a concurrent memory load?QuarterlyJournalofExperimentalPsychology，62(9)，1696-1705.

Engle，R.W.(2002).Working memory capacity as executive attention.CurrentDirectionsinPsychologicalScience，11(1)，19-23.

Eriksson，L.(2010).Toward a visual flow integrated display format to combat pilot spatial disorientation.TheInternationalJournalofAviationPsychology，20(1)，1-24.

Gilchrist，A.L.，& Cowan，N.(2011).Can the focus of attention accommodate multiple，separate items?JournalofExperimentalPsychology：Learning，Memory，andCognition，37(6)，1484-1502.

Johnson，J.S.，Hollingworth，A.，& Luck，S.(2008).The role of attentin in the maintenance of feature bindings in visual short-term memory.JournalofExperimentalPsychology：HumanPerceptionandPerformance，34(1)，41-55.

Langerock，N.，Vergauwe，E.，& Barrouillet，P.(2014).The maintenance of cross-domain associations in the episodic buffer.JournalofExperimentalPsychology，40(4)，1096-1109.

Makovski，T.，Sussman，R.，& Jiang，Y.V.(2008).Orienting attention in visual working memory reduces interference from memory probes.JournalofExperimentalPsychology：Learning，Memory，andCognition，34(2)，369-380.

Olson，I.R.，& Jiang，Y.H.(2002).Is visual short-term memory object based? Rejection of the “strong-object” hypothesis.Perception&Psychophysics，64(7)，1055-1067.

Peebles，D.(2008).The effect of emergent features on judgments of quantity in configural and separable displays.JournalofExperimentalPsychology：Applied，14(2)，85-100.

Postma，A.，& De Haan，E.H.F.(1996).What was where? Memory for object locations.QuarterlyJournalofExperimentalPsychology：HumanExperimentalPsychology，49(1)，178-199.

Rousselet，G.A.，Fabre-Thorpe，M.，& Thorpe，S.J.(2002).Parallel processing in high-level categorization of natural images.NatureNeuroscience，5(7)，629-630.

Ruigrok，C.J.，& Hoekstra，J.M.(2007).Human factors evaluations of Free Flight issues solved and issues remaining.AppliedErgonomics，38(4)，437-455.

VanRullen，R.(2009).Bingding hardwired versus on-demand feature conjunctions.VisualCognition，17(1/2)，103-109.

Vogel，E.K.，Woodman，G.F.，& Luck，S.J.(2001).Storage of features，conjunctions，and objects in visual working memory.JournalofExperimentalPsychology：HumanPerceptionandPerformance，27(1)，92-114.

Wheeler，M.E.，& Treisman，A.M.(2002).Binding in short-term visual memory.JournalofExperimentalPsychology：General，131(1)，48 -64.

Yeh，Y.Y.，Yang，C.T.，& Chiu，Y.C.(2005).Binding or prioritization：The role of selective attention in visual short-term memory.VisualCognition，12(5)，759-799.

The Role of Attention in Coding and Maintenance Process of Spatial Symbol with Binding Features

Fu Yaqiang

(College of Education，Hangzhou Normal University，Hangzhou 311121)

Through two experiments，this research studied the effects of simultaneous central executive suppression on memory process of spatial symbols with location feature，direction feature，or location-direction binding features.Twenty-two undergraduates took part in the study.The first experiment adopted sequential presentation mode in order to study the effect of sub-task on memory efficiency of location symbols，direction symbols and location-direction binding symbols.The second experiment also adopted sequential presentation mode and executed sub-task during symbols maintenance session simultaneously.The results showed that：(1)Sub-taskthat was simultaneous with training session exerted similar substantial detrimental effect on memory efficiency of location symbol，direction symbol and location-direction binding symbol.(2)Sub-task that was simultaneous with training session exerted a greater detrimental effect on memory efficiency of symbols presented in the middle serial positions，and exerted a smaller detrimental effect on memory efficiency of symbols presented at the first and at last.(3)Sub-task that was simultaneous with maintenance session exerted a great detrimental effect on memory efficiency of binding feature symbols at all 4 serial positions.

spatial symbol；binding；attention；coding；maintaining

浙江省教育厅2012年度科研计划项目(Y201223713)，2013年度教育部人文社科研究青年基金项目(13YJC190005)。

傅亚强，E-mail：fuyaqiang126@126.com。

B842.5

A

1003-5184(2016)02-0141-06