变化盲视：基于言语编码还是视觉编码的短时记忆？

曾嘉鸿　陆爱桃　连松洲　洪秀秀

（华南师范大学心理应用研究中心暨心理学院，心理健康与认知科学广东重点实验室，广东省突发事件心理援助应急技术研究中心，广州 510631）

变化盲视：基于言语编码还是视觉编码的短时记忆？

曾嘉鸿陆爱桃连松洲洪秀秀

（华南师范大学心理应用研究中心暨心理学院，心理健康与认知科学广东重点实验室，广东省突发事件心理援助应急技术研究中心，广州 510631）

为了考察变化盲视是基于言语编码还是视觉编码的短时记忆机制，本研究使用了无意义客体图形以避免个人对图形进行言语编码，从而验证在无意义图形中是否可获得Mondy和Coltheart的研究结果：“消失”条件下的变化检测与变化识别正确率成绩高于“出现”条件，而“出现”条件下的正确率高于“位置改变”条件。本研究的结果显示：在变化检测任务中，“出现”与“消失”条件下的正确率均高于“位置改变”，反应时也显著短于“位置改变”，而两者之间无论在正确率还是反应时上均无显著差异；在变化识别任务中，“出现”和“消失”条件的正确率高于“位置改变”条件。本研究的结果不支持Mondy和Coltheart所提出的变化盲视中的言语编码机制，而认为视觉编码形成了短时记忆才是变化盲视的主要机制。

变化盲视；变化检测；变化识别；无意义图形

1　问题提出

变化盲（Change Blindness，CB）即人们无法觉察到事物变化的现象。有别于感觉阈限，变化盲指的是对于明显变化的不知觉，而不是对无法感觉到的刺激的迟钝反应。根据发生的通道不同，变化盲可分为变化盲视［1］、变化盲触［2］、变化盲听［3］，以及发生在多通道交叉模式下的变化探测失败现象。

变化盲视是生活中最为常见的现象，即观察者不能检测到视觉情境中的明显变化［4］。最广为人知的是 Simons和Levin在美国康奈尔大学做的一个实验：一个陌生人向观察者问路，当观察者正要指路时，一群人从观察者与这个陌生人中间穿过，等这群人走开时，这个问路的陌生人已替代为另一个人。在参加实验的15位观察者中只有8位正确报告了这一显而易见的变化。Simons和Levin认为，人们对某个视觉刺激的选择性注意会使得他/她对其它未注意刺激产生功能性盲视。也就是说，当注意没有指向可见的视觉刺激时经常觉察不到刺激［5］。

对于变化盲视出现的原因，不同的研究者提出了不同的产生机制［6］。目前最为熟知的是以下五种模型：覆盖模型（Overwriting model），第一印象模型（First impression model），无存储模型（“Nothing is stored”model），无比较模型（“Nothing is compared”model）和特征整合模型（Feature combination model）。覆盖模型认为，前一个视觉印象会被新的视觉印象所替代。我们对所有视觉刺激的感受只受最近的视觉刺激状态的影响，而与之前的刺激状态无关。也就是说，如果没有对先前的视觉印象作深入的加工与记忆，那么先前的视觉印象就会自然消退，对视觉的印象仅停留在当前的感觉基础上。覆盖模型可以解释很多视知觉掩蔽的研究结果。根据覆盖模型，变化检测的过程实际是考验记忆的过程，如果记忆力足够强，则不会发生变化盲视。

第一印象模型认为观察者能对旧视觉刺激的特征进行精确的编码，但却无法对变化后情景的细节进行编码。因此，当描述前后发生了变化的事物时，人们会遵循“第一印象”的原则。这个模型得到了一些研究结果的支持。例如，有些无法检测到中心物体变化的观察者倾向于报告这个物体的最初形象而不是变化后的形象［5，7］。另外，在一个以表演者为知觉对象的变化盲视实验中，有70%的观察者选择了最初的表演者为他们观察到的对象［8］。第一印象模型认为，知觉的一个主要目的是理解我们所处环境中的刺激的意义与重要性。为了尽快地适应新环境，人们就会选择性地忽略某些他们认为理所当然不会改变的细节，转而加工那些重要的特征［7，9-12］；而且由于人的认知资源有限，为了使有限的认知资源得到最大程度的利用，也必须放弃对一些相对不那么重要的信息进行加工。例如，当我们在看一个动作片时，我们在先前的剧情中已经知道了主角的相貌特征，那么在进入武打场面时，我们就不会浪费有限的注意资源去加工他的相貌特征，而会去关注主角的动作走向与周围环境的变化。

无储存模型认为，对于我们所观测到的现实世界，其本质就是一个记忆库，当刺激从我们眼前消失时，只有那些已经被我们大脑抽象化后的信息才会保留下来。也就是说，保留在我们脑中的印象既不是变化前的场景，也不是变化后的场景本身，而是与我们的加工有关的模糊场景。

无存储模型认为无论是变化前还是变化后的情景都与我们内在的记忆过程无关。相反的，第四个模型——无比较模型则认为，我们的确看到了两个不同的图片，即使这两个不同的图片是互相矛盾的，但是认知系统会自动地将其当成是一个连续的过程。有研究表明，一个人是可以坚定地拥有两种不同的信念而没有意识到其实这两种信念本身是相互矛盾的。当他们被告知这种矛盾时，才会意识到自相矛盾并寻找解决办法。然而，他们是不会自发地意识到这种矛盾的，除非注意被强制转移到这上面。这个模型指出，即使观察者记住了变化前后的所有细节，观察者也有可能无法察觉到这种变化［13］。在现实生活中，我们看到的大部分场景都是连续的，理性会告诉人们物品不会凭空消失，也不会凭空出现。因此，人们也不会将认知资源投入到这种不可能发生的事情上。

特征整合模型认为，我们对变化情景形成的整体印象会同时取决于变化前与变化后的情景，即部分特征来自于变化前，部分来自于变化后。但这个模型只适用于前后变化不大的情景。例如，变化前是男性，变化后是女性，则很难对此变化进行整合。由于覆盖模型认为最近时间观察到的现象决定了观察者对整个情景的印象，第一印象模型则认为最开始时印象才起决定性作用。可见，特征整合模型是这两个模型的折中版本。

在变化盲视中，观察者不能检测到视觉情景中的明显变化，这些变化可以进一步细分为以下类型：“消失”“出现”“位置改变”“颜色改变”等。早期有许多研究指出，不同类型的变化，变化盲视发生的程度也有所不同。综合来说，一个对象的“出现”或“消失”比“位置改变”和“颜色改变”更易被探测。Mondy和Coltheart也发现，不同变化类型对变化检测与变化类型识别（change identification）的正确率有影响，即“消失”条件下变化检测与变化识别（81%，66%）的正确率比“出现”条件下高（66%，51%），“出现”条件下又比“颜色改变”条件下（57%，43%）高，而“位置改变”条件下（53%，31%）最低［14］。

覆盖模型认为：感觉记忆会被新刺激覆盖，所以被试要成功检测前后两个画面的变化必须将前一个画面的感觉记忆转为短时记忆，以比较前后两个画面，而没能转为短时记忆的那部分信息就会发生变化盲视［4，15］。Mondy和Coltheart进一步提出：在“消失”条件下，第二个场景中被删除的图片存在于第一个场景中，被试在对第一个画面进行加工时会对它进行言语编码并转为短时记忆。而在“出现”条件下，第二个场景凭空出现的对象并没有在第一个场景中出现过，而无法转为短时记忆。因此，“消失”的变化检测与识别成绩均比“出现”高。另外，因为言语编码只对容易标记的信息起较好的作用，而对 “位置变化”这种变化的作用则较小，所以“位置变化”条件下的变化检测与识别成绩都相对较低。

最近，Murphy和Andalis考察了掩蔽启动下不同变化类型（即“出现”“消失”和“位置变化”）对变化探测与变化识别成绩的影响。结果发现被试对“位置变化”的变化探测成绩高于“出现”条件，而其他变化类型间的比较结果与Mondy等的研究结果一致［14，16］。Murphy和Andalis的实验结果显示，被试在对第一个图片的信息进行加工与记忆时，可能采用了视觉短时记忆的编码，而不是言语编码。在“位置变化”条件下，整个视觉场景的变化相对更大，既包括了原客体在原先位置的消失，也包括它在其它位置的出现。同时，Murphy和Andalis指出，由于他们所设定的客体位置变化幅度大于Mondy的研究，因此与Mondy和Coltheart研究结果之间的差异也可能只是由材料的差异造成的［16］。

在Mondy和Coltheart与Murphy和Andalis的研究中，都采用了现实生活中容易命名的图片作为实验材料［14，16］。因此，在进行记忆的过程中存在言语编码是可能的。为了探测在变化盲视过程中是否存在言语编码，本研究将以无意义图片为材料。若Mondy和Coltheart关于言语编码的假设成立，由于无意义客体无法采用言语编码的方式进行标记，因此，无意义客体的变化不应存在“消失”的变化检测比其他变化类型高的趋势。另外，本研究将综合分析不同变化条件下变化检测的正确率以及变化检测反应时的差异，以探讨Mondy和Coltheart所发现的不同变化类型下变化检测成绩的趋势是否仅出现在易进行言语编码的现实图片中，还是在变化检测任务中均普遍存在。

2　实验

2．1被试30名，男性和女性各为15名，年龄为14～23岁（M=20.73，SD=1.70）。所有被试视力正常或矫正后正常。

2.2材料

2.2.1图片处理共包括45对存在前后唯一变化的图片对（15个“出现”条件的图片对，15个“消失”条件的图片对以及15个“位置改变”条件的图片对）与20对前后没有发生变化的图片对，另外还有4对用于练习的图片对（“消失”变化图片对，“出现”变化图片对，“位置变化”图片对，前后没有变化的图片对各一对）。每对图片均包含一个标准图片画面与一个待检测变化的图片画面，两个画面之间为黑色空屏。为提高第一个画面刺激呈现的随机性，第一个画面中可能同时出现7个、8个或9个不同的无意义图形（各占33%），而第二个画面则为基于原画面不同变化类型下的处理。所有画面均为800×600像素的32bit的BMP图片，呈现在15吋、60Hz的显示器上。

第一个面画背景为白色，其上分布有若干无意义图形的图片。实验时无意义图形视角大小约为3° ×3°。其在水平方向上和在垂直方向上可能出现的位置为20%、35%、50%、65%、80%处，且所有图形均未发生重叠。另外，画面的左半部分与画面的右半部分的无意义图形均不少于2个，且画面的上半部分与画面的下半部分的图形也均不少于2个。

在第一个画面的基础上，对图片作了以下处理：增加一个图形（出现），减少一个图形（消失），改变一个图形的位置（位置变化）。其中，“位置改变”条件下无意义图形的位置改变幅度为2.7°～3.5°。

2.2.2无意义图形的选取图片中的无意义图形取自30个不规则填充多边形，颜色均为黑色。因为都是矢量图形，所以清晰度方面不存在差异。部分图形见图1。

图1　无意义图形示例

所有的图形经8位不清楚本实验目的的被试进行以下维度评定：（1）尝试命名图片；（2）对命名困难度程度进行Likert 7点量表评定，1代表非常简单，7代表非常困难；（3）对图片的熟悉度进行Likert 7点量表评定，1代表非常不熟悉，7代表非常熟悉。单个图片的删除标准如下：（1）有超过两个人命名一致或类似；（2）熟悉度评分均值大于3；（3）命名困难度评分均值小于5。最终删除5个图形，剩余25个图形的熟悉度平均分为2.27（SD=0.29），命名困难度平均分为5.71（SD=0.38）。

2.3实验流程在实验的过程中，让被试与屏幕的距离保持为75 cm。首先，让被试阅读指导语，并明了实验任务，提醒被试进行变化检测任务时又快又准确地进行反应。当被试示意明白实验任务后，让他们完成4个练习试次以进一步熟悉实验任务，接着进入正式的实验。练习实验与正式实验的流程同。

实验的流程如下：首先，电脑屏幕呈现500 ms“+”注视点，接着，呈现第一个画面场景1000 ms，第一个画面场景消失后有500 ms的黑色空屏 （以防止视觉后像），接着呈现第二个画面场景。被试的任务是：当第二个画面场景出现时，尽快判断前后两个画面图形是否存在变化，若前后发生变化，则按“F”，若前后没有发生变化，则按“J”（按键在被试间进行平衡）。被试做出反应后，第二个画面场景才会消失，若被试判断为有变化，则在反应后，程序还会要求被试对变化类型作出判断，其中，按键“1”“2”“3”分别代表三种不同类型的变化（数字与变化类型之间的搭配在被试间平衡），且在屏幕上会有相应提示。被试作出反应后程序会对被试作出正确与否的反馈。

2.4结果统计各水平下变化检测正确率，反应时及变化类型判断的正确率。删除正确率低于30%的被试（共两名被试），对余下的28名被试（13名女性与15名男性）的数据进行分析。

方差结果显示，在变化检测方面，变化类型的主效应显著，Fs（2，54）=10.97，p＜0.001，Fi（2，42）= 7.217，p＜0.002。进一步对不同类型进行两两比较，结果显示，“出现”与“消失”条件间无显著性差异，Fs（1，27）=0.06，p=0.81，Fi（1，28）=0.09，p=0.77；“消失”条件下的正确率大于 “位置改变”的正确率，Fs（1，27）=13.19，p＜0.01，Fi（1，28）=8.58，p＜0.01；“出现”条件下的正确率也大于 “位置改变”的正确率，Fs（1，27）=14.05，p＜0.001，Fi（1，28）=9.30，p＜0.01。

变化检测的反应时分析显示，变化类型的主效应显著，Fs（2，54）=7.96，p＜0.01，Fi（2，42）=17.36，p＜0.001。两两比较结果显示，“出现”条件下的反应时与“消失”条件下无显著性差异，Fs（1，27）=0.52，p= 0.48，Fi（1，28）=1.44，p=0.24；“位置改变”条件下的反应时长于“消失”条件，Fs（1，27）=22.15，p＜0.001，Fi（1，28）=36.74，p＜0.001；同时，“位置改变”条件下的反应时也长于“出现”条件，Fs（1，27）=7.436，p＜0.05，Fi（1，28）=15.51，p=0.001。

变化识别方面，变化类型主效应显著，Fs（2，54）=3.18，p=0.05，Fi（2，42）=8.15，p＜0.01。两两比较结果显示，“出现”与“消失”条件下的正确率无显著性差异，Fs（1，27）=0.79，p=0.38，Fi（1，28）=1.66，p=0.21；“消失”条件下的正确率与“位置改变”条件在项目分析上达到显著水平，Fs（1，27）=2.37，p=0.14，Fi（1，28）=6.40，p＜0.05；但“出现”条件下的正确率显著大于“位置改变”条件，Fs（1，27）=5.70，p＜0.05，Fi（1，28）=14.67，p＜0.01。

表1　不同变化类型的变化检测与识别正确率和反应时

在变化检测与变化识别的正确率方面，总的趋势是“出现”与“消失”均要高于“位置改变”条件下，这与前人的结果一致。但不同的是“出现”与“消失”之间没有差异，这样的结果支持了言语编码并不是变化盲产生的必要充分条件。具体来说，由于本实验中使用了无意义图片，被试无法对图片进行言语编码，无论是“出现”还是“消失”在本质上相同，因而没有出现“消失”条件的正确率高于“出现”条件的结果。有人质疑这样的结果可能是由于被试采用了数数的策略而导致的。由于“出现”和“消失”条件下，前后两个画面的无意义物体的数量均不相同，而“位置变化”条件下，前后两个画面的无意义物体的数量则是相同的，因此对于“消失”和“出现”而言，完全可以按照数量的变化来做出变化检测的判断，同时根据数量变化的趋势来进一步进行变化识别（前后无意义物体的变化是后面的比前面画面多，为“出现”；而前后无意义物体的变化是后面的比前面画面少，为“消失”）。对于“位置变化”则可以通过前后画面的无意义物体数量相同来判断。但是，如果被试使用了数数的策略，那么，“位置变化”条件下的正确率应该在50%左右（由于在无变化条件与“位置变化”情况下前后画面的无意义物体数量均相同，因此，数数策略的使用会导致对“位置变化”的判断处于随机的水平）。本研究发现，“位置变化”的变化检测和变化识别达到80%和74%，由此，排除了被试运用了数数的策略。但是，被试对无意义图形的编码中可能包括了数量编码。

3　讨论

本研究发现，“出现”和“消失”下的正确率显著高于“位置改变”，反应时也显著短于“位置改变”。这与Mondy和Coltheart的发现相一致。在“消失”“出现”和 “位置改变”三种条件下的正确率均高于50%，说明被试在三种条件下均进行了精细的编码。其中，无意义物体的数量，空间的相对位置，以及各个图形物体的形状表象，可能都是其中的一种编码表征。而且，对于难以命名的无意义图形来说，数量编码可能起着重要的作用，由此表现为“消失”和“出现”的成绩要比“位置改变”好。本研究的结果虽然不能具体为某个特定的模型提供证据，但是，进一步拓展了Mondy和Coltheart基于可命名图片的研究结果，而且支持了这一结论，即无论是在初始画面还是在探测画面，被试对物体数量以及空间关系是存在相应的视觉编码的，并形成了短时记忆。

值得注意的是，由于无意义客体本身没有实际的意义，因此被试无法对这些无意义图形进行言语编码。Mondy和Coltheart发现的趋势可能并不是他们所认为的被试对物体图形进行了言语编码所导致的，而是基于其他的编码形式如数量编码和空间关系编码。这些编码可能正如Logie所认为的，是一种视觉短时记忆的编码方式［17］。基于言语编码，由于在“消失”条件下，第二个场景中被删除的图片存在于第一个场景中，被试在对第一个画面进行加工时会对它进行言语编码并转为短时记忆。而在“出现”条件下，第二个场景中增加的对象并没有在第一个场景中出现过，没有进行过言语编码而无法转为短时记忆。因此，基于言语编码的假设预测“消失”的变化检测与识别成绩均比“出现”高。而视觉短时记忆编码则预测“消失”与“出现”两种条件下的变化检测成绩应没有显著差异。在视觉短时记忆编码的基础上，“消失”是图画场景A与图画场景B之间的比较，而“出现”则是图画场景B与图画场景A之间的比较，虽然比较的顺序不同，但是比较的实质相同［18］。因此，本研究中发现“消失”与“出现”的变化探测成绩没有显著差异，符合了基于视觉短时记忆的假设。

Beck等使用 fMRI（功能性磁共振成像）研究变化探测和变化盲视的神经机制，结果表明变化探测时顶叶和右背外侧前额叶皮层以及分类选择区域的纹状体外视皮层的活动加强［19］。这个结果证明了在变化盲视中视觉编码的参与。这在一定程度上为本研究提出的视觉编码短时记忆在变化盲视探测中起着非常重要的作用的观点提供了佐证。

本研究发现，“位置改变”更容易产生变化盲视现象，与Murphy和Andalis认为位置改变在视觉上的改变程度更大，因此“位置改变”不易产生变化盲视的观点相反。从前后观察的两个画面场景看，“消失”和“出现”在视觉变化上应该是比“位置改变”要大。位置改变是一种相对复杂的视觉改变，由于变化的只是两个物体之间的位置，这属于精细加工的范畴，因此信息加工难度较大，保持较为困难，因此，“位置改变”下更容易产生变化盲视。

Mondy和Coltheart提出言语编码可能会影响变化盲视。基于本研究的结果，言语编码并不是变化盲视产生的必要充分条件，因为在无意义物体中，并没有出现Mondy和Coltheart基于言语编码的预测结果。另外，用于探测变化盲视的材料可能也是影响变化盲视结果的重要因素。有研究发现，物体表征与变化盲视的关系可能随着情境的变化而变化［6］。本研究使用无意义图形作为考察的对象，在一定程度上，排除了其他外界变量的混淆，进一步揭示了变化盲视的影响机制以视觉编码为基础。

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19Beck D M，Rees G，Frith C D，et al.Neural correlates of change detection and change blindness.Nature N euroscience，2001，4（6）：645-650.

Change blindness：Based on S peech C oding or V isual C oding S hort-term M emory？

Zeng Jiahong，Lu Aitao，Lian Songzhou，Hong Xiuxiu
（Center for Studies of Psychological Application&School of Psychology，South China Normal University，Guangdong Key Laboratory of Mental Health and Cognitive Science，Guangdong Center of Mental Assistance and Contingency Technique for Emergency，Guangzhou 510631）

To investigate whether change blindness is based on speech coding or visual coding short-term memory mechanism，this study used meaningless pictures of graphics to avoid speech coding short-term memory.This study aimed to verify the results found by Mondy and Coltheart：The change detection and identification accuracies were the highest for“deletion”condition，followed by“addition”condition and the lowest for“location change”condition.The results in this study indicated that in change detection task，the accuracies for“addition”and“deletion”conditions were both significantly higher than“location change”condition and their reaction time were both significantly shorter than“location change”condition. There was no significant difference between“addition”and“deletion”conditions no matter in accuracy or reaction time.In change identification task，the accuracies for“addition”and“deletion”conditions were significantly higher than“location change”condition.The results in this study did not support that change blindness was based on speech coding short-term memory mechanism proposed by Mondy and Coltheart but revealed that visual coding short-term memory mechanism was the main reason for change blindness.

change blindness；change detection；change identification；meaningless graphics

陆爱桃，女，副教授。Email：atlupsy@gmail.com