分配注意和呈现方式对视觉特征捆绑的影响

安庆云，王静丽

(1.滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000；2.杭州师范大学附属中学，浙江 杭州 310030)

分配注意和呈现方式对视觉特征捆绑的影响

安庆云1，王静丽2

(1.滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000；2.杭州师范大学附属中学，浙江 杭州 310030)

文章采用单探测变化检测范式，考察了在呈现时间和延迟时间都比较短的条件下，特征检测类型、分配注意以及不同呈现方式对视觉特征捆绑的影响。结果表明：(1)当呈现时间和延迟时间都比较短时，分配注意对视觉特征捆绑的影响不显著；(2)当序列呈现刺激项目时，被试的记忆的正确率显著的低于在同时呈现刺激项目时的正确率；(3)当呈现时间和延迟时间都比较短时，工作记忆中视觉特征的捆绑机制可能是相对自动化但又是比较脆弱的。

特征捆绑；分配注意；序列呈现；同时呈现

一、前言

特征捆绑(feature binding)是认知科学和神经科学研究的前沿问题之一，[1]近来已经成为研究者们关于意识问题争论的焦点所在。[2]大量神经解剖学和神经生理学研究表明，不同感知信息是在大脑不同脑区得到处理的，同一客体的表征分布于大脑的不同部位。以视知觉为例，颜色与形状等客体特征在枕叶到颞叶的腹侧通路上得到表征，而运动等空间特征在枕叶到顶叶的背侧通路上得到表征。因此，为把外部世界的客体知觉为一个整体，需把散布于不同皮层区的分散信息合理地组合在一起。即所谓的“捆绑问题”(binding problem)。[3]

有关工作记忆中特征捆绑问题的研究仍处于起步阶段，有关研究大多凭借变化检测范式和单刺激探测范式，探讨了视觉工作记忆中捆绑特征的保持是否需要注意参与，以及分离特征存储和捆绑特征存储的关系等问题。到目前为止，不同学者对捆绑认知机制，尤其是注意在捆绑中作用的看法这一问题上并没有达成一致。有研究者认为注意在视觉特征捆绑中起着非常重要的作用，但也有很多研究者发现特征捆绑的保持并不需要注意的参与。Terisman等人认为，错觉性结合(IC)是被分解的视觉特征在重新组合成整体知觉过程中特征交换的结果，而注意对避免IC的产生有重要作用。[4]Paul等人的研究发现，对物体位置的注意增强了特定维度特征的整合。[5]Stefurak和Boynton研究发现在需要注意的填充任务之后，对先前呈现的颜色或者名字的记忆仍然是保持着完整内容，但是对颜色—名字捆绑在一起的记忆则受到破坏。这与在工作记忆中保持视觉联合体信息需要个体的努力和多余的注意资源的可能性相一致。[6]我国学者刘志华、樊建华、金志成等人采用双任务范式和空间提示范式，考察不同注意分散水平下的错觉性结合(IC)差异以及集中注意和分散注意条件下的IC差异。结果发现，注意在视觉特征捆绑中起重要作用，集中注意能有效地减少IC的出现。同时，注意对特征捆绑的调节作用表现出距离效应，即近距离比远距离的IC错误多，提示注意的作用机制可能与空间距离信息有关。[7]Humphreys GW等人提出存在前注意捆绑的观点，否认注意参与物体特征捆绑。[8]Johnson和Hollingworth[9]采用变化检测范式对注意在特征捆绑中的作用进行了研究，结果发现捆绑特征的保持并不需要集中注意的参与。Richard J.Allen，Alan D.Baddeley等人采用了同时性言语任务来探讨一般性注意过程的重要性，结果发现，同时性言语任务所产生的负荷效应对捆绑特征的记忆的影响并没有显著高于对这些特征本身记忆的影响。[10]

以往的同时性任务和FMRI的研究所采用的刺激呈现和对检测刺激作反应的延迟时间都是比较长的，但是捆绑在多大程度上是自动化实现的或者是需要额外的中央资源可能是客体的复杂性和完整性、呈现时间的长短和保持间隔期等多种因素共同作用的结果。尽管我们都清楚工作记忆系统是以整体的形式暂时存储联结特征客体的，但我们并不清楚在呈现时间比较短、反应延迟间隔期也较短的情况下，简单复合的视觉特征的捆绑和维持是否是一个不需要努力的、主动的过程，或者说对简单联结特征的捆绑和维持是否可以通过一个相对自动化的方式实现，而不需要多余的执行资源。此外，以往的研究都是探讨同时呈现条件下的视觉特征捆绑，并没有探讨序列呈现条件下的视觉特征捆绑。因此，我们试图运用双任务研究范式探讨当刺激呈现时间短(250ms)并且反应的延迟间隔期(900ms)也比较短的情况下，注意是否会影响视觉特征捆绑，以及不同的刺激呈现方式对视觉特征捆绑的影响。

二、短时呈现和延迟条件下分配注意对视觉特征捆绑的影响

1.方法

(1)被试：滁州职业技术学院学生20名(年龄在19-23岁，其中男生10名，女生10名)，裸眼视力或矫正视力以及色觉均正常。所有被试均自愿参加实验。

(2)实验仪器和材料：实验程序采用心理实验专用软件E-Prime2.0编写，刺激呈现在15英寸显示器上，分辨率为1 024×768。所有的刺激和检测项目都是简单的图形。在Windows XP操作系统上运行，被试眼睛离屏幕57cm。实验中视觉刺激是八种形状不同图形(正方形、三角形、圆形、菱形、正五边形、平行四边形、心形、五角星)(视角为0.75°×0.75°)，颜色在红、橙、黄、蓝、绿、紫、黑、白八种颜色中随机选择。在单一形状条件下，以白色作为中性颜色，在单一颜色特征实验条件下，并用中性图形正方形作为图形框架。在同一试验中，颜色和形状都不重复呈现。

(3)实验设计：本实验采用双任务研究范式，实验的主任务是判断检测刺激中图形是否在最初呈现样本刺激中出现过，次任务是减3倒数任务。

实验采用3×3被试内实验设计，自变量为特征检测类型(单一颜色特征、单一形状特征、颜色—形状联结特征)和注意分配状态(集中注意、编码阶段的分配注意、保存阶段的分配注意)，因变量是被试对检测刺激判断的准确率。

(4)实验程序：采用单探测刺激的变化——检测任务作为实验的主任务。如果被试不肯定的话，可以进行猜测。实验中“相同”和“不同”的情形各占一半。实验包括27次练习(3×3，9个实验条件，每个实验条件3次)和162次正式试验(平均分配在9种实验条件下)。实验中，要求被试在反应尽量准确的前提下较快地做出反应。每完成一个注意分配状态实验条件的试验，被试休息3分钟，实验中被试共休息3次。每次休息后，被试按“G”键，实验继续进行。实验持续50分钟左右。

实验中分别有三种注意分配的实验条件：

实验条件1：被试完成集中注意条件下的单探测变化检测任务。

实验程序如下：首先在屏幕中心呈现红色注视点“+”1 000毫秒，用黑屏掩蔽500毫秒，接着呈现初始刺激250毫秒。初试刺激是从三种实验条件刺激中随机选择一种。样本刺激消失，延迟900毫秒，在样本刺激未出现过的位置上呈现检测刺激，直到被试做出按键反应。被试的任务是判断检测刺激项目是否在初始刺激中呈现过，出现过就按Y键，没有出现过的就按N键。在练习阶段如果被试的反应是错误的，电脑会发出刺耳的声音作为反馈。被试按键做出反应后，屏幕中央就会立即出现注视点，进入下一个试验阶段。每组正式实验前，会让被试先进行练习，直到被试完全理解实验要求才开始正式进行实验。在练习和试验结束后，会给被试在屏幕上呈现他们在变化检测阶段反应的正确率和错误率。

实验条件2：编码阶段的分配注意。在完成主任务的同时，被试还要完成倒数减3的任务。

实验材料呈现顺序如下：试验之初，屏幕上呈现随机选择的一个三位数，呈现时间为2秒钟。接着在屏幕中央呈现一个红色注视点“+”1 000ms作为警告刺激，预示视觉记忆任务的开始。要求被试大声念出最初呈现的那个三位数，并尽可能快的进行减3倒数任务，接着出现黑屏掩蔽500ms，一直到初始刺激呈现时被试才停止减3倒数任务。最后在屏幕中央出现一个探测图形。被试按键反应后，探测图形消失。主试记录被试每次减3倒数时候的结果。

实验条件3：保持阶段的分配注意。

该实验条件与实验2条件相似，唯一不同的是当被试一看到初始刺激时马上开始倒数减3，一直到探测图形出现为止。被试按键反应后，探测图形消失。主试记录被试每次减3倒数时的结果。

2.结果分析

所有数据都在SPSS13.0中进行，各实验条件下被试反应正确率的描述统计结果见表1。

表1 各个实验条件下被试反应平均正确率及标准差(M±SD)

重复测量方差分析表明：特征检测类型的主效应不显著F(2，38)=0.338，p>0.05，即特征检测类型对特征捆绑的影响不显著。注意分配状态的主效应显著，F(2，38)=16.046，p<0.001，即注意分配状态对特征捆绑存在显著性影响。特征检测类型和注意分配状态之间的交互作用不显著，F(4，76) =0.796，p>0.05。具体见表2。

表2 不同注意状态下被试对不同检测特征条件下图形检测反应正确率的影响

注：* 表示p<0.05，** 表示p<0.01，*** 表示p<0.001(下同)

对注意分配状态的主效应进一步分析发现，即对注意分配状态的多重比较发现，集中注意时检测成绩最好，然后是编码阶段分配注意，保持阶段分配注意条件下成绩最差。表明与集中注意相比，编码阶段分配注意和保持阶段分配注意均导致回忆成绩显著下降。

实验1旨在探讨注意分配状态对视觉特征捆绑的影响，结果发现注意分配状态不显著影响视觉特征的捆绑，在视觉信息编码和保持期间，同时性任务的操作对视觉特征记忆和特征联结记忆都会产生影响。但是，一般注意性资源的破坏对捆绑信息的记忆造成的影响并没有比其对单个特征的记忆造成影响大。与以往的研究结果比较，本研究与Terisman、金志成等人的研究结果不一样，可能与实验中延迟时间长短有关，在Terisman、金志成等人的实验中，延迟时间为1 200ms。而本实验延迟时间减短到900ms。而当呈现时间较长和保持间隔期比较短时个体均可以将一般性注意资源有效的运用到特征和特征捆绑的加工过程。另外，刺激的复杂性、长时记忆中知识的可应用程度，以及需要捆绑特征之间的联结类型等因素也可能会影响任务中捆绑形式的运用。

三、呈现方式对视觉特征捆绑的影响

实验1中，我们发现在记忆编码和保持阶段，需要资源的同时性任务对特征联结条件记忆的影响与它对其他条件下产生的影响一样，这对“基于捆绑过程的记忆会需要更多的中央执行资源的”观点进行了辩驳。我们对Wheeler和 Treisman所观察到的关于刺激整列呈现时(即采用变化检测范式)会降低特征联结记忆正确率的原因进行分析。一种可能是由于这种不利的影响可能反映了特征捆绑的脆弱性，因为随后呈现的一组特征联结刺激会冲击和破坏原始捆绑的表征，使他们分离成各个部分。这种脆弱性和敏感性对特征捆绑编码和维持的干扰与一般注意资源对它们的干扰是不一样的。

为了研究整合客体表征潜在的脆弱性，实验2对同时呈现刺激和序列呈现刺激条件下被试的反应进行了对比。如果工作记忆中联结性特征刺激的表征比单个特征刺激的表征更为脆弱，那么被试在序列呈现刺激条件下反应的正确率应比他在同时呈现刺激条件的准确率要低。相比较而言，单个特征刺激的表征应牢固一点，那么在序列呈现刺激的条件下，倒摄干扰的影响会减少，正确率的减少量也较小。进一步分析，在序列刺激系列中，对早期呈现的捆绑刺激的记忆效果会很差，因为那些刺激会面临更多的随后呈现的特征联结刺激的干扰。

1.方法

(1)被试：滁州职业技术学院学生20名(年龄在19-23岁，其中男生10名，女生10名)，裸眼视力或矫正视力以及色觉均正常。所有被试均自愿参加实验并在实验后接受报酬。

(2)实验仪器和材料：实验仪器与材料与实验1相同。

(3)实验设计：实验采用3×2被试内实验设计，自变量为特征检测类型(单一颜色特征、单一形状特征、颜色—形状联结特征)和刺激呈现方式(同时呈现和序列呈现)，因变量是被试对检测刺激判断的正确率。

(4)实验程序：实验包括24次练习(3×2，6个实验条件，每个实验条件4次)和144次正式试验(平均分配在6种实验条件下)。实验中，要求被试在反应尽量准确的前提下较快地作出反应。每完成一个呈现方式实验条件的试验，被试休息3分钟，实验中被试共休息3次。每次休息后，被试按“G”键，实验继续进行。实验持续30分钟左右。

在同时呈现刺激条件下，我们所用的实验程序与前面的实验程序一样，即先在屏幕中心呈现一个注视点(+)1 000毫秒作为警告刺激，延迟500毫秒，接着呈现刺激系列250毫秒，延迟900毫秒，然后呈现探测刺激。在序列呈现刺激条件下，刺激系列中的四个项目是分开单独呈现的，在500毫秒的警告刺激之后，呈现其中一个刺激250毫秒，延迟250毫秒，接着再呈现另外一个刺激250毫秒，延迟250毫秒，即每个刺激序列的呈现通过250毫秒的延迟而被分开。当四个刺激呈现完之后，接着延迟900毫秒，然后呈现探测刺激。探测刺激的位置是在原始刺激呈现的四个位置的下面。

在序列呈现刺激的条件下，刺激系列中的每个刺激都单独呈现250毫秒(与在同时呈现刺激条件下，整个刺激系列四个项目呈现的总时间是250毫秒不同)，有可能会增加口头复述的机率。为了防止被试的口头复述，在同时呈现和序列呈现条件下，要求被试在刺激呈现和延迟的时候进行简单的发音抑制。要求他们从警告刺激呈现到探测刺激呈现这个过程中以2个/秒的速度大声念出数字a-b-c-d。以往的实验研究表明，简单的言语负荷不会破坏视觉任务的操作，在视觉记忆任务中用发音抑制来防止口头复述是很普遍的。

2.结果分析

数据处理均在SPSS13.0中进行。

表3 不同呈现条件下被试对不同检测特征反应正确率的平均数和标准差(M±SD)

以特征检测类型和呈现方式为自变量，被试反应的正确率为因变量进行重复测量方差分析(具体见表4)，结果发现特征检测类型的主效应显著F(2，38)=29.581，p<0.001。呈现方式的主效应显著F(1，19)=10.075，p<0.01。特征检测类型和呈现方式之间的交互作用显著，F(2，38)=8.549，p<0.01。

表4 呈现方式和特征检测类型对被试反应正确率的影响

不同特征检测类型的多重比较发现，颜色—形状联结条件下被试反应的正确率显著低于其他两种条件下被试反应的正确率(均是p<0.05)，单一颜色条件下被试反应的正确率高于单一形状条件下被试反应的正确率，但是没有达到显著水平(p>0.05)。可见，视觉客体工作记忆对于单一颜色特征反应的正确率最高，单一形状条件下被试的反应次之，最差的是颜色—形状联结条件下被试反应的正确率最差。

对呈现方式的主效应进一步进行分析，结果发现，同时呈现时，被试反应的正确率显著高于序列呈现时被试反应的正确率(p<0.01)。

以序列呈现时，刺激呈现的位置和特征检测类型为自变量，以被试反应的正确率为因变量进行多因素方差分析，结果发现：特征检测类型的主效应显著F(2，38)=4.65，P<0.05，序列位置的主效应显著F(3，57)=35.52，P<0.001；刺激条件和序列位置之间的交互作用不显著F(6，114)=0.88，P>0.05。对序列位置的主效应进一步分析发现，当探测刺激是序列刺激中第4个时，被试反应的正确率最高，其次是第3个，然后是第1个，最后是第2个。

可见，当序列呈现刺激项目时，在特征联结条件下，记忆的正确率显著的低于在同时呈现刺激项目时的正确率。此外，我们还可发现刺激条件和呈现方式之间的交互作用显著。而这种结果是在对序列呈现条件下捆绑的记忆下降持续判断下得到的。与单一特征条件相比，在特征联结条件下，序列呈现下降的数量更多。这有可能是因为在没有额外中央执行资源时，特征联结和以及随后的保持时，各特征之间的联结对来自其他项目的干扰是比较敏感和脆弱的，从而很可能被分解。当需要编码和保持的特征联结刺激增加时，视觉工作记忆中先前呈现的那些捆绑会受到后来呈现的刺激的冲击。

四、讨论

对于由颜色和形状两种特征组成的客体，视觉工作记忆的表征过程是复杂的。作为客体的两个基本特征，颜色与形状不仅单独被知觉和表征，它们之间的联结或捆绑关系也可以很容易被知觉和表征。

本研究结果发现，当呈现时间和延迟时间都比较短时，在记忆编码和保持阶段，由于需要资源同时性任务对特征联结条件记忆的影响与它对其他条件下产生的影响是一样的，因此在工作记忆过程中，对将特征组合形成联结客体表征的编码是不需要执行资源的，至少在本文所采用的刺激是不需要的。但是，同时性任务会破坏总体表现，这说明在对视觉特征编码是需要中央执行注意资源的。另一方面，如果这个过程需要足够的资源，那么客体的整合的发生是自动化的过程，不需要额外的执行过程。Vogel[11]认为，特征捆绑机制包括了与客体特征相对应的同步性神经放电，因此形成能够代表每个客体的细胞集合。[11]这种形式的捆绑已经被应用到视觉客体辨别并将他们保存到视觉工作记忆中。这是一种与个别特征加工过程一起自动化发生的动态捆绑。在加工特征时给予充分的资源并不能提升记忆的正确率，这种自动化捆绑机制并不依赖于任何的额外资源。

在实验2得到的关于序列位置的数据表明，对特征的记忆和对特征联结的记忆会受到后来呈现的刺激项目的影响。这种呈现方式的影响不可能是时间的消失所引起的，如Vogel在1997和2001年的研究中都没有发现保持间隔期变化对被试反应正确率的影响，表明基于时间的遗忘并不是信息丢失的主要原因。[11]后来项目加工过程对特征捆绑条件下记忆正确率的影响比它对单一特征条件下记忆正确率的影响要大很多，表明捆绑特征比特征本身更脆弱。因为对后来按次序呈现的刺激的加工需要注意资源，记忆中较早呈现的刺激的表征会被忽视，也许有人会认为注意资源的消失会对特征联结条件被试反应的正确率有影响。但是，同时性任务的研究结果发现，在短时延迟条件下对捆绑信息的维持是不需要中央执行资源的，这一现象用上述理由来解释。我们可以认为，特征捆绑的维持依赖于容易被后来加工过程破坏的视觉空间注意。尽管我们的实验并没有说明视觉空间记忆的重要性，但Hollingworth和Vogel、Johnson等人在2004年的一项研究中发现，相比较而言，视觉空间填充任务对特征联结记忆产生的影响并不是很大的。[9]因此，特征捆绑依赖于视觉空间注意进行成功保留是不大可能的。

我们认为，当后来的刺激项目需要在视觉工作记忆中进行编码和存储时，先前通过自动化捆绑的信息是比较脆弱的，更容易被分解。相对于单一特征条件下的记忆而言，后来呈现的刺激的加工过程对特征联结条件的干扰更大，对记忆的详细程度要求也更高。

总之，在没有注意资源支持的前提下，对后来呈现的刺激项目的加工过程对捆绑客体的表征的破坏更多的是直接的，而不是间接的。

五、结论

1.当呈现时间和延迟时间都比较短时，分配注意对视觉特征捆绑的影响不显著。

2.呈现方式对视觉特征捆绑影响显著，当序列呈现刺激项目时，被试记忆的正确率显著低于在同时呈现刺激项目时的正确率。

3.当呈现时间和延迟时间都比较短时，工作记忆中视觉特征的捆绑机制是相对自动化，但又是比较脆弱的。

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[8]Humphreys GW，Cinel C，Wolfe J，et al. Fractionating the binding process：Neuropsychological evidence distinguishing binding of form from binding of surface features[J]. Vision Research，2000,(40).

[9]Johnson J S，Hollingworth A.Luck S J. The Role of Attention in Binding Features in Visual Working Memory.Abstracts of VSS 5th Annual Meeting，Sarasota，Florida，2005,May 6-11.

[10]Richard J. Allen， Alan D.(2006 )Is the Binding of Visual Features in Working Memory Resource-Demanding Journal of Experimental Psychology：General，135.

[11]Vogel，E.K.，Woodman，G.F，&Luck，S.J.(2001).Storage of features，conjunctions，and objects in visual working memory.Journal of Experimental Psychology：Human Perception and Performance，27.

责任编辑：李新红

The Effect of Divided Attention and Presentation Format on the Binding of Visual Features

AN Qing-yun1，WANG Jing-li2

(1.Chuzhou Vocational and Technical College，Chuzhou 239000，China；2.Affiliated Senior Middle School of Hangzhou Normal University，Hangzhou 310030，China)

With the single-probe change detection paradigm and a divided-attention procedure，two experiments are conducted in the study to investigate the effect of divided attention and presentation format on the binding of visual features over shorter exposures and retention intervals. The results show：(1) the effect of divided attention on the binding of visual features is not significant；(2) when items are presented sequentially，memory for combinations of features is significantly worse than with simultaneous presentation of items；(3) over the short exposures and retention intervals，binding mechanism of visual feature in working memory is relatively automatic but fragile.

feature binding；divided attention；sequential presentation，simultaneous presentation

2016-06-27

安庆云(1981-)，女，安徽全椒人，讲师，硕士研究生，主要从事心理健康与心理卫生研究。

1004—5856(2017)04—0139—06

G446

A

10.3969/j.issn.1004-5856.2017.04.033