工作记忆表征引导视觉注意选择的眼动研究*

2013-01-31

心理学报 2013年2期

(1广州大学教育学院/心理与脑科学研究中心, 广州 510006) (2华南师范大学心理学院, 广州 510631)

1 前言

工作记忆在视觉选择注意中所扮演的角色是研究者们一直关注的重点问题。大多数注意理论认为：视觉搜索过程中, 工作记忆会储存靶子刺激的模板, 并提供靶子模板与外界刺激进行匹配的场所(如Desimone & Duncan, 1995; Duncan & Humphreys,1989)。近年来研究发现, 工作记忆中不仅与任务相关的靶子模板能自上而下地引导注意偏向到视觉情境中相之相同或相似的刺激(Chelazzi, Miller,Duncan, & Desimone, 1993; 2001), 而且与任务无关的工作记忆表征亦能引导注意偏向到与之具有共同特征的视觉刺激(Downing, 2000; Olivers,Meijer, & Theeuwes, 2006; Soto, Heinke, Humphreys,& Blanco, 2005; Soto & Humphreys, 2008, 2009;Soto, Humphreys, & Heinke, 2006; 白学军等, 2011;潘毅, 许百华, 金红军, 刘伟, 2010; 张豹, 金志成,陈彩琦, 2008)。

无关工作记忆表征对视觉注意选择的引导效应得到了Soto等人(2005, 2006, 2009)一系列研究的证实。在Soto等人的双任务范式实验中, 通常让被试先记住一个图形, 然后在图形保持阶段完成一个视觉搜索任务。结果发现当先前记住的图形在视觉搜索任务中再次呈现时, 该图形会捕获视觉注意,即使它在视觉搜索任务中总作为干扰刺激。更为重要的是, Soto等认为该引导效应是较为自动化的过程(Soto, Hodsoll, Rotshtein, & Humphreys, 2008),广泛地存在于视觉注意的早期阶段(Soto等, 2005),Pop-out视觉搜索(Soto等, 2006), 较大的注意负荷(Soto & Humphreys, 2008)等多种情境中。

但上述基于工作记忆表征的注意引导效应是否存在尚有争议。例如 Downing和 Dodds (2004)采用与Soto等人(2005)相同的实验范式, 但在记忆阶段要求被试同时保持靶子刺激与另一个非靶子刺激, 结果当非靶子刺激在视觉搜索任务中再次出现时, 并没有发现其对注意的引导效应。这一结果还得到了眼动研究(Houtkamp & Roelfsema, 2006)及ERP研究(Peters, Goebel, & Roelfsema, 2009)结果的支持, 因而他们推断无关工作记忆表征不能引导注意选择(Peters et al., 2009)。

对于上述争议, Olivers (2009)通过系列实验分析并验证了多种可能因素后, 实验5发现视觉搜索类型(或由视觉搜索类型引发的工作记忆表征状态,见综述 Olivers, Peters, Houtkamp, & Roelfsema,2011)是导致争议结果的主要因素。在观察到引导效应的实验中(如Soto et al., 2005, 2006), 视觉搜索靶子预先设定并在整个实验中保持恒定。此类视觉搜索任务的靶子模板不需要存储在工作记忆中, 不参与工作记忆资源的竞争(Carlisle, Arita, Pardo, &Woodman, 2011; Woodman, Luck, & Schall, 2007),因此贮存在工作记忆中刺激有足够的资源来构建一个强健而充分激活的记忆表征(Olivers, 2009)。一旦视觉搜索中出现与该记忆表征匹配的刺激时, 该刺激就很容易捕获注意。而在没有观察到引导效应的实验中(如Downing & Dodds, 2004; Houtkamp &Roelfsema, 2006; Peters et al., 2009), 视觉搜索靶子不断随机变化。此类视觉搜索任务的靶子模板必需保持在工作记忆中(Carlisle et al., 2011; Woodman& Arita, 2011; Woodman et al., 2007), 且处于优先状态, 从而会阻断其他无关工作记忆表征对注意的引导(Peters et al., 2009)。

但经分析后发现, 在 Olivers (2009)关键性的实验 5中可能有以下几个因素会对实验结果产生影响：

(1)知觉难度对引导效应的影响(Han & Kim,2009)。实验中所采用的两种视觉搜索任务的知觉难度不同, 即固定靶子搜索类型下搜索特定开口方向的圆环可能比变化靶子搜索类型下搜索特定颜色的圆环难度要大。

(2)工作记忆负载对引导效应的影响(Zhang, B.,Zhang, J.X., Huang, Kong, & Wang, 2011)。实验中两种视觉搜索类型的测试中工作记忆负载不同, 即在变化靶子的测试中需要记住两个项目, 负载为2,而固定靶子的测试中工作记忆只需保持一个项目,负载为 1。同样, 在观察到引导效应的实验中工作记忆负载通常为1(如Soto et al., 2005, 2006), 而在没有观察到引导效应的实验中工作记忆负载通常为2(如Downing & Dodds, 2004; Houtkamp &Roelfsema, 2006; Peters et al., 2009)。

(3)策略或认知控制因素对引导效应的影响(Carlisle & Woodman, 2011; Han & Kim, 2009)。基于工作记忆表征的注意引导是发生在视觉搜索的早期阶段较为自动化的过程(Soto et al., 2005, 2006,2008), 而目前大部分实验结果主要依据视觉搜索的行为反应时指标。视觉搜索时间反映了个体从视觉刺激的知觉、序列扫描、匹配、决策到反应执行一系列过程, 期间容易受到诸如策略(Carlisle &Woodman, 2011)或认知控制(Han & Kim, 2009)等因素的影响。

因此, Olivers (2009)的研究结果并不能强有力地证明视觉搜索类型解释或工作记忆表征状态解释是决定以往实验中能否观察到引导效应的真正原因。

眼动技术是认知研究中的一项重要技术, 过去几十年大量的研究证实了注意与眼跳之间的紧密联系, 例如研究发现每一次眼跳之前, 眼睛将要着陆的位置上的知觉加工会被显著增强(Deubel &Schneider, 1996; Hoffman & Subramaniam, 1995;Kowler, Anderson, Dosher, & Blaser, 1995)。通过眼动仪所记录的眼动模式能即时地获得视觉搜索过程注意选择的时间信息与空间信息, 因此亦被用来研究工作记忆表征对注意的引导效应 (Soto et al.,2005, 2006; Olivers et al., 2006; Houtkamp &Roelfsema, 2006)。眼动指标能实时地反映视觉搜索过程中外显注意的动态转移轨迹, 相对于反应时或正确率等行为指标来说, 它能反映更为精细的视觉加工信息, 甚至不同于反应时或正确率指标的信息(Geyer, Von Mühlenen, & Müller, 2007)。例如首次注视点所提供的空间信息能更客观、纯净地反映视觉搜索早期阶段较为自动化的注意引导效应(Soto et al., 2005, 2006), 从而减少视觉搜索后期来自策略(Carlisle & Woodman, 2011)或认知控制(Han & Kim,2009)等因素的影响。

综上所述, 为了深入了解工作记忆表征引导视觉注意选择的产生机制及其制约因素, 有必要采用更为严格的实验设计, 更为客观的因变量指标, 来重新探究导致以往研究中没有观察到注意引导效应的实质原因。因此, 在Olivers (2009)实验5的基础上, 平衡各实验条件下视觉搜索任务的知觉难度(实验 1)与工作记忆负载(实验 2), 采用眼动记录技术实时记录被试在视觉搜索过程中的注意空间配置, 同时以反应时和首次注视点百分率为指标, 重新考察与评估不同视觉搜索类型下工作记忆表征能否引导视觉注意选择。

2 实验1 控制视觉搜索的知觉难度后的注意引导效应

实验1在Olivers (2009)实验5的基础上, 平衡视觉搜索任务的知觉难度, 重新评估与验证视觉搜索类型对基于工作记忆表征的注意引导效应的影响。因此在本实验的所有测试中, 视觉搜索任务皆为搜索特定的彩色几何图形。

另外为了防止言语工作记忆(Soto &Humphreys, 2007)及言语抑制任务所带来的额外负载(Soto & Humphreys, 2008)对注意引导的影响, 本研究采用 Olivers等(2006)实验中的所用方法来控制被试在记忆阶段对刺激进行言语编码(具体操作方法见程序部分)。

2.1 方法

2.1.1 被试

选取大学生被试12名(男生5人), 年龄在19～24岁之间, 平均年龄21.6岁, 视力或矫正视力正常, 色觉正常。所有被试均未参加过类似实验, 实验后给予报酬。

2.1.2 仪器与材料

实验在微暗的单间隔音实验室里进行, 刺激呈现在17英寸CRT显视器上(分辨率为1024×768, 刷新频率为85 Hz), 屏幕背景为灰色。程序采用E-Prime 1.1编程与运行。记忆刺激是大小为 1.5°×1.5°视角, 线的宽度为 0.2°视角的方框, 边框颜色包括蓝、绿、红、黄、粉、青、橙七种颜色, 每种颜色包括三种不同的饱和度。搜索刺激由向上或向下开口朝向的方框构成, 开口的宽度为0.5°视角, 大小和颜色与记忆刺激相同。

采用 Eyelink1000 (SR Research, Ontario,Canada)眼动仪采集眼动数据, 采样频率为500 Hz。

2.1.3 程序

被试坐在离屏幕约57 cm的位置。如图1所示, 每个测试包括3个阶段。首先为记忆阶段, 首先在屏幕中央呈现一个“+”作为注视点, 随后注视点上下 2°视角处各呈现一个颜色彼此不同的方框2000 ms, 其中上方的图形为随后视觉搜索任务的靶子, 下方图形要求被试记住直到记忆探测刺激出现(下称记忆刺激)。间隔1000 ms后进入视觉搜索阶段。视觉搜索刺激由两个开口向上和两个开口向下的方框组成。方框颜色各不相同, 分布在一个半径为6°视角的假想表盘上, 四个位置分别对应1、4、7、10点钟或2、5、8、11点钟。被试任务是在3000 ms内快速找出其中的靶子颜色, 并准确判断其开口朝向(向上按“S”键, 向下按“F”键)。检测到反应或超过 3000 ms后搜索刺激即刻消失,消失后1000ms进入记忆探测阶段。记忆探测阶段屏幕上出现同种颜色不同饱和度的三个记忆探测刺激, 要求被试准确判断哪一个刺激与之前要求记住的刺激相同, 并按“J”、“K”、“L”进行相应的选择。这样操作可用来有效防止被试对方框颜色进行言语编码(Olivers et al., 2006)。被试自主按键进入下一轮测试。

根据记忆项目与搜索刺激的关系, 实验包括两种匹配类型：50%的测试为干扰刺激匹配条件, 即记忆项目与随后视觉搜索中的一个干扰刺激相同;50%的测试为控制条件, 即记忆项目不出现在随后视觉搜索中。实验分为两个区组：一个区组的测试采用变化靶子类型的视觉搜索, 即在记忆阶段注视点上方的方框颜色(视觉搜索靶子)不断随机变化;另一个区组的测试采用固定靶子的视觉搜索, 即在记忆阶段注视点上方的图形恒定为某一刺激(例如蓝色方框), 并在区组开始前告之被试。每个区组包括40次练习测试和160次正式测试。在被试间对区组的顺序进行平衡。

采用眼动仪同步记录被试右眼的眼动轨迹。每个区组之前, 或被试休息之后都采用9点矩阵进行调节和校正。在每次测试开始的注视点出现时进行漂移校正, 并要求被试在启动视觉搜索任务之前将眼睛保持在注视点位置(注视点为中心 1.5度视角的范围内皆可授受)。

实验设计为2 (视觉搜索类型：固定靶子vs.变化靶子) × 2 (匹配类型：干扰刺激匹配条件vs.控制条件)被试内设计。

图1 实验1测试流程图示

2.2 结果与讨论

所有数据用SPSS 11.5进行分析, 固定靶子和变化靶子条件下视觉搜索任务的正确率分别为99.33%、97.75% (由于视觉搜索任务的正确率比较高, 故不对搜索正确率进行分析); 记忆任务的正确率分别为 82.23%、78.00%, 与 Olivers等(2006)采用相同的操作时的正确率相近。由于本研究只关注工作记忆内容对视觉注意选择的导向作用, 故本研究所有实验只对视觉搜索任务正确的测试的搜索反应时及首次注视点百分率进行进一步分析, 反应时数据剔除标准为3个标准差以外的极端数据。

2.2.1 反应时数据分析

反应时数据纳入 2×2重复测量方差分析, 结果表明(如图 2左所示)：视觉搜索类型的主效应显著,

(1, 11)=87.58,

< 0.001,固定靶子条件下的反应时要显著长于变化靶子条件; 匹配类型的主效应显著,

(1, 11)=10.50,

<0.01, 两者交互作用亦显著,

(1, 11)=7.39,

<0.05。进一步简单效应检验表明：当视觉搜索为固定靶子类型时, 干扰刺激匹配条件下的平均反应时显著长于控制条件(1304 ms vs.1200 ms), 出现了显著的引导效应(104ms); 而当视觉搜索为变化靶子类型时, 两者差异不显著(914 ms vs.902 ms), 没有发现引导效应(12 ms)。

2.2.2 首次注视点百分率分析

对视觉搜索过程中眼动数据进行分析。由于本研究主要关注视觉搜索早期的注意捕获, 故只分析首次注视点落在兴趣刺激上的百分率。兴趣刺激分为两种：一种是在干扰刺激匹配条件下与记忆项目相同的干扰刺激(与Olivers et al., 2006相同); 另一种是控制条件下特定的干扰刺激, 这一刺激为程序中事先指定, 与其他干扰刺激无异, 但其出现的位置和频率与干扰刺激匹配条件下兴趣刺激相匹配, 用于后期数据分析的基线。兴趣刺激的兴趣区被定义为以兴趣刺激为中心, 边长为 1.2°视角的正方形区域内。将落在兴趣刺激的兴趣区内的首次注视点百分率纳入2×2重复测量方差分析, 结果发现(如图1右所示)：视觉搜索类型的主效应显著,

(1, 11)=71.77,

< 0.05; 匹配类型的主效应显著,

(1, 11)=60.99,

< 0.05, 而且两者交互作用亦显著,

(1, 11)=12.57,

< 0.05。进一步简单效应检验发现, 不管视觉搜索类型为固定靶子还是变化靶子, 干扰刺激匹配条件下的兴趣刺激都比控制条件下的兴趣刺激要捕获更多的首次注视点(固定靶子：38.02% vs.16.56%; 变化靶子：10.31% vs.4.48%), 即都出现了显著的引导效应; 但固定靶子视觉搜索类型下的引导效应要显著大于变化靶子视觉搜索类型下的引导效应(21.46% vs.5.83%),

(11)=3.55,

<0.05。

由以上分析可知, 当平衡各条件下视觉搜索的知觉难度之后, 在反应时指标上再次验证了Olivers (2009)的实验结果, 即引导效应只出现在固定靶子类型的视觉搜索任务中, 而没有出现在变化靶子类型的视觉搜索任务中。但与反应时结果不一致的是, 在对首次注视点百分率进行分析却发现,不仅在固定靶子类型的视觉搜索任务中发现了显著的引导效应, 而且在变化靶子类型的视觉搜索任务中亦发现了显著的引导效应。因为首次注视点指标反映的是视觉搜索的早期阶段的注意定向, 故实验1的结果说明在视觉搜索的早期阶段, 变化靶子类型的视觉搜索任务中与工作记忆表征匹配的干扰刺激确实能捕获更多的注意。但在随后视觉搜索过程中, 此引导效应被其他一些因素掩盖, 从而在较晚的反应时指标上显现不出来。

图2 实验1各条件下的平均反应时与平均首次注视点百分率

此外, 结果还发现固定靶子条件下视觉搜索时间要显著长于变化靶子条件, 这可能与两种视觉搜索类型下靶子的存储状态有关。根据 Woodman等人(2007)的观点, 当视觉搜索靶子不断变化时, 靶子模板位于工作记忆中, 且处于积极状态, 而当视觉搜索靶子保持固定时, 靶子模板可能处于工作记忆之外的长时记忆中, 因而前者相对于后者而言,靶子模板在视觉搜索过程中具有更强的注意捕获能力, 从而促进被试更快地完成对靶子刺激的检测。为了检验两种类型的视觉搜索靶子对注意的捕获能力的差异, 本研究对视觉搜索靶子捕获首次注视点的百分率进行分析。2×2重复测量方差分析发现, 搜索类型的主效应显著,

(1, 11)=218.63,

<0.001; 匹配类型的主效应显著,

(1, 11)=22.47,

< 0.005, 但两者交互作用不显著。与上述解释一致,此结果表明变化靶子条件下的靶子模板对注意的捕获能力显著强于固定靶子条件下的靶子模板(57.24% vs.15.99%)。

总的来说, 不管是反应时指标, 还是首次注视点百分率指标, 实验1的结果发现固定靶子类型的视觉搜索任务下的引导效应要显著强于变化靶子类型的视觉搜索任务, 似乎说明引导效应受到视觉搜索类型的调节。但正如前言中的分析, 在实验1、Olivers (2009)的实验5及以往有关引导效应不一致结果的实验中(如 Downing & Dodds, 2004;Houtkamp et al., 2006; Soto et al., 2005, 2006), 除了视觉搜索类型不同之外, 记忆阶段的工作记忆负载亦不相同。因此实验2在实验1的基础上, 平衡两种不同视觉搜索类型测试中的工作记忆负载, 以进一步评估视觉搜索类型和工作记忆负载对注意引导效应的影响。

3 实验2 控制工作记忆负载后的注意引导效应

3.1 方法

3.1.1 被试

另选取大学生被试 11名(男生 5人),年龄在20～24岁之间, 平均年龄21.9岁, 视力或矫正视力正常, 色觉正常。所有被试均未参加过类似实验, 实验后给予报酬。

3.1.2 仪器与材料

同实验1

3.1.3 程序

实验程序与实验1相似, 只是固定靶子的视觉搜索任务所在的区组有所不同, 其中变化包括：(1)在该区组开始时, 随机选择一种刺激(例如“蓝色方框”)作为视觉搜索靶子, 并提前告之被试在这一区组中的视觉搜索靶子固定为该刺激; (2)该组测试中, 在记忆阶段注视点上下方的刺激均作为记忆刺激, 要求被试记住(工作记忆负载为 2), 并与实验1一致, 在50%的测试中, 注视点下方的刺激在视觉搜索阶段作为干扰刺激再次出现; (3)记忆探测阶段, 随机选择记忆阶段的其中一个刺激颜色进行探测。

3.2 结果与讨论

实验2固定靶子和变化靶子条件下视觉搜索任务的正确率分别为98.73%、96.27%, 记忆任务的正确率分别为76.73%、77.36%。

3.2.1 反应时数据分析

反应时的方差分析表明(如图2左所示)：搜索类型的主效应不显著,

(1, 10)=2.95,

=0.11, 匹配类型的主效应显著,

(1, 10)=22.34,

< 0.05, 视觉搜索类型和匹配类型的交互作用显著,

(1, 10)=4.97,

< 0.05。进一步简单效应检验表明：当视觉搜索为固定靶子类型时, 干扰刺激匹配条件下的平均反应时显著长于控制条件(1175 ms vs.1123 ms), 出现了显著的引导效应(52 ms); 而当视觉搜索为变化靶子类型时, 两者差异不显著(1053 ms vs.1044 ms), 没有发现引导效应(8 ms)。

3.2.2 首次注视点百分率分析

(1)落在干扰刺激上的首次注视点百分率分析：2×2的方差分析发现(如图2右所示)：视觉搜索类型的主效应显著,

(1,10)=14.77,

<0.05; 匹配类型的主效应显著,

(1,10)=13.03,

<0.05, 但两者交互作用不显著,

(1,10)=0.02。此结果表明两种视觉搜索类型下干扰刺激匹配条件下的兴趣刺激都比控制条件下的兴趣刺激要捕获更多的首次注视点(固定靶子：18.30%vs.12.73%; 变化靶子：11.70% vs.5.80%), 即都出现了显著的引导效应, 且引导效应在两种不同的视觉搜索类型中差异不显著(5.57% vs.5.91%),

(10)=0.15,

>0.8。

图3 实验2各条件下的平均反应时与平均首次注视点百分率

由以上分析可知, 基于反应时指标的结果与实验1一致, 即在固定靶子的视觉搜索任务中出现了显著的引导效应, 而在变化靶子的视觉搜索任务中引导效应消失。而基于首次注视点百分率的结果却发现, 虽然两种视觉搜索类型下也都出现了引导效应, 但没有发现量值上的显著差异, 这表明实验 2中的引导效应并未受到视觉搜索类型的影响。

(2)落在靶子刺激上的首次注视点百分率分析：2×2的方差分析发现, 视觉搜索类型的主效应显著,

(1, 10)=33.11,

<0.001; 匹配类型的主效应显著,

(1, 10)=27.86,

<0.001, 但两者交互作用不显著。实验2的结果再次证明变化靶子条件下的靶子模板比固定靶子条件下的靶子模板具有更强的注意捕获能力(42.39% vs.21.08%)。另外, 通过实验间的比较发现, 相对于实验 1来说, 实验2固定靶子类型的视觉搜索任务中的引导效应显著减弱(首次注视点百分率：21.46% vs.5.57%,

(21)=3.48,

< 0.05, 反应时指标亦有减少的趋势, 104ms vs.52 ms,

(21)=1.74,

=0.096),这表明固定靶子类型的视觉搜索条件下的引导效应受到工作记忆负载的影响, 即随着工作记忆负载的增加, 引导效应显著减少。

4 总讨论

本研究通过2个实验考察了不同视觉搜索类型下基于工作记忆表征的注意引导效应, 以重新验证视觉搜索类型是否是决定注意引导效应出现的决定性因素。实验1在Olivers (2009)实验5的基础上控制视觉搜索的知觉难度这一无关变量之后, 基于反应时的结果发现引导效应只出现在视觉搜索靶子固定的情境下, 重复了Olivers (2009)的实验5的结果。但基于首次注视点百分率的结果却在固定靶子与变化靶子两种视觉搜索任务中都发现了引导效应的存在, 这一结果表明在视觉搜索的早期阶段,即使视觉搜索的靶子不断变化, 存储在工作记忆中的无关记忆表征仍然能捕获更多的注意。为了更深入地评估视觉搜索类型在引导效应中的作用, 实验2进一步平衡两种视觉搜索任务中的工作记忆负载,与实验1的结果一样, 基于反应时的结果依然只在固定靶子类型的视觉搜索任务中发现了引导效应,而基于首次注视点百分率的结果却在两种视觉搜索任务中都发现了引导效应。但与实验1相比, 实验2在固定靶子类型的视觉搜索任务中的引导效应显著减弱, 并与变化靶子类型的视觉搜索任务中的引导效应没有量上的差异。

首先从因变量指标来看, 反应时指标与眼动指标所发现的结果并不一致。差异主要体现在视觉搜索为变化靶子类型时, 实验1与实验2中以首次注视点百分率为指标时发现的引导效应在反应时指标上消失了。这种差异可能源于行为反应时容易受到诸如策略或认知控制等因素的影响所致。如前言所述, 首次注视点百分率反映的是视觉搜索早期阶段注意的自动偏向, 而反应时指标反映的是被试对视觉搜索任务最终行为决策的结果, 行为决策涉及到刺激输入与选择, 注意分配与转移, 刺激辨别与匹配以及反应选择与输出等一系列非常复杂过程,期间容易受到无关因素的影响。在实验1与实验2中, 视觉搜索早期阶段产生的注意引导效应可能在随后受到策略或认知控制的调节, 从而导致在晚期的反应时指标上反映不出来。这种解释得到了一些实验证据的支持。例如Han和Kim (2009)在知觉加工速度较快的视觉搜索过程中发现了注意引导效应, 而在知觉加工速度较慢的视觉搜索中则出现了与注意引导效应相反的注意拒绝效应, 故他们认为注意引导效应是一种发生在早期阶段的自动化过程, 但在视觉搜索的后期阶段, 注意控制等因素可能会掩盖(override)早期的注意引导效应。Carlisle和 Woodman (2011)也发现注意引导效应会受到视觉搜索过程中被试的主观策略的控制。鉴于首次注视点百分率无论是生态效度, 还是指标的精确、灵敏性, 都比行为反应时指标更合适对注意引导效应的探讨, 因此随后讨论都根据首次注视点百分率的统计结果来进行。

如前言所述, 以往研究关于注意引导效应是否存在尚有争议。对于能否观察到注意引导效应,Peters等(2009)和 Olivers (2009), Olivers等(2011)都认为这取决于实验中所采用的视觉搜索类型, 或由视觉搜索类型所引发的工作记忆表征的状态。根据这种解释, 如果采用的视觉搜索任务的靶子在实验过程中保持固定(如Soto et al., 2005, 2006), 那么储存在工作记忆中的记忆表征就处于积极激活状态,从而能观察到其对注意的引导效应; 相反, 如果采用的视觉搜索任务的靶子不断变化(例如 Downing& Dodds, 2004; Houtkamp & Roelfsema, 2006;Olivers, 2009; Peters et al., 2009), 靶子模板就需要保持在工作记忆中, 从而会阻断同处于工作记忆中的其他项目对注意的引导效应。与上述解释不一致的是, 本研究在Olivers (2009)实验5的基础上, 控制影响结果的无关因素后发现, 虽然反应时结果重复了Olivers (2009)的实验结果, 但首次注视点百分率的结果却发现不管视觉搜索的靶子是否变化, 都出现了显著的注意引导效应。更重要的是, 实验 1发现采用固定靶子的视觉搜索任务时的注意引导效应要强于采用变化靶子的视觉搜索任务下的引导效应, 但在实验2中进一步平衡了工作记忆负载因素之后, 发现固定靶子类型的视觉搜索任务下的引导效应显著减少, 并与变化靶子类型的视觉搜索条件下的引导效应无差异。

首先, 本研究结果提示, 即使在变化靶子的视觉搜索任务中, 与任务无关的工作记忆表征在视觉搜索的早期阶段依然能引导注意, 这与 Zhang等(2010)的研究结果一致。但为何在之前采用变化靶子的视觉搜索的研究中(例如 Downing & Dodds,2004; Houtkamp & Roelfsema, 2006; Olivers, 2009;Peters et al., 2009), 却没有观察到注意引导效应呢？究其原因, 可能有以下几种解释：(1)反应时指标的敏感性不足。之前研究者采用的大多为行为反应时技术(如 Downing & Dodds, 2004; Olivers,2009), 如前所述, 行为反应时更容易受到诸如策略和认知控制等因素的影响, 有可能由于这些因素的影响导致视觉搜索早期阶段所出现的引导效应在晚期的行为反应时指标上并不能显现出来。(2)工作记忆负载的不同。正如前言中的分析, 在以往研究中, 没有观察到引导效应的实验通常工作记忆负载为 2, 而在观察到引导效应的研究中工作记忆负载为 1。在本研究的实验 2中, 增加工作记忆负载后虽然引导效应显著减少, 但依然存在。这一结果提示工作记忆负载是影响注意引导效应的重要因素, 但不是导致之前研究中没有观察到引导效应的实质原因。(3)实验材料的刺激属性的差异。在之前没有观察到引导效应的实验中, 实验材料一般采用比较复杂的图形(Downing & Dodds, 2004;Houtkamp & Roelfsema, 2006; Peters et al., 2009),而这类刺激相对于Soto等(2005, 2006)以及本研究所采用的彩色几何图形来说, 缺少可有效引导注意的刺激属性, 如颜色(Wolfe & Horowitz, 2004)。这一解释得到了 Zhang 等(2010)研究的证实。Zhang等(2010)在其研究中采用 Soto等(2005, 2006)实验范式, 但采用 Peters等(2009)所用的复杂图形, 结果没有观察到注意的引导效应, 相反, 当采用Peters等(2009)的实验范式, 而采用 Soto等(2005,2006)所用的彩色几何图形, 结果却观察到了注意引导效应, 从而证实了实验材料的刺激属性对注意引导效应的决定性影响, 同时否定了视觉搜索类型对决定注意引导效应是否出现的决定性作用。

其次, 从本研究的结果来看, 能否观察到注意引导效应与采用的视觉搜索靶子是否变化无关, 但可能受到工作记忆负载的调节。理由如下：实验2在实验1的基础上增加固定靶子类型的视觉搜索任务中的工作记忆负载, 结果发现该条件下的注意引导效应显著减少(21.46% vs.5.57%), 这一结果表明工作记忆负载在工作记忆表征对视觉注意引导中起重要作用。而且实验2中两种视觉搜索任务中的工作记忆负载保持相等之后, 原来在实验1中所表现出的注意引导效应在搜索任务间的差异亦随之消失, 这提示视觉搜索类型对注意引导效应并没有产生影响, 实验1中搜索任务间注意引导效应的差异主要来自于工作记忆负载。此结论与 Olivers(2009)的实验结果明显不一致。但如前言中所述,Olivers (2009)发现视觉搜索类型对注意引导效应具有决定影响的实验5中, 知觉难度因素及工作记忆负载因素可能对研究结果产生了影响, 本研究的结果也证实了工作记忆负载对注意引导效应的影响的存在。因此, 本研究结果相对于Olivers (2009)的研究结果来说更为可靠。另外, 本研究中所操纵的工作记忆负载变化范围较小(1或2), 故当工作记忆负载由1增加到2时, 注意引导效应只是显著减少, 但并未消失。但在同样的工作记忆负载条件下,Downing和 Dodds (2004)、Houtkamp和Roelfsema(2006)、Peters等(2009)及 Olivers (2009)都没有观察到注意的引导效应, 这表明工作记忆负载只是导致这些研究没有观察到注意引导效应的可能因素之一, 其他因素还有待进一步探究。

综上所述, 本研究的结果否定了视觉搜索类型对注意引导效应的影响, 同时也间接地证实了工作记忆负载可能会对注意引导效应产生影响。但工作记忆负载通过何种方式影响注意引导效应, 目前尚未可知。根据Desimone (1998), Desimone和Duncan(1995)提出的注意的偏向竞争假说, 注意引导效应是由于工作记忆表征在前额叶中的激活通过自上而下的通道增强初级视觉皮层中与此表征相同或相似刺激, 使该刺激获得竞争优势, 从而引导注意偏向该刺激所造成的。工作记忆负载影响注意引导效应的方式可能有以下二种：第一种方式可能是当工作记忆负载增加时, 同时保持在工作记忆中的项目之间会相互干扰(Warden & Miller, 2007), 因此各项目的表征质量可能会受到损害, 从而导致工作记忆表征的激活水平下降, 进而降低其对注意自上而下的引导效力。另一种方式可能是当工作记忆负载增加时, 用于保持工作记忆表征的资源也随之增加, 可能会侵占用于工作记忆表征自上而下的回馈机制所需的注意资源, 从而导致注意引导效应减少。

需要指出的是, 首次注视点百分率只能反映视觉搜索早期阶段工作记忆表征对外显注意的偏向,而无法反映不伴随明显眼动的内隐注意定向, 因此具有一定的局限性。但基于眼动指标与基于反应时指标在本研究实验结果上的差异, 提示采用眼动技术研究工作记忆表征对视觉注意自上而下的引导作用, 尤其是对早期阶段的注意偏向, 能提供更为有效的信息。

5 总结

研究采用眼动技术, 考察了不同视觉搜索类型下工作记忆表征对视觉注意自上而下的引导效应,得到的结论如下：(1)导致以往研究中没有观察到注意引导效应的主要因素并非视觉搜索类型, 从而否定了Olivers (2009), Olivers等(2011)的视觉搜索类型解释或工作记忆表征状态解释; (2)工作记忆负载可能在工作记忆表征对注意的引导过程中起重要作用。

Bai, X.J., Yin, S.S., Yang, H.B., Lv, Y., Hu, W., & Luo, Y.J.(2011).The influence of visual working memory contents on top-down attentional control: An ERP study.

Acta Psychologica Sinica, 43

(10), 1103–1113.(白学军, 尹莎莎, 杨海波, 吕勇, 胡伟, 罗跃嘉.(2011).视觉工作记忆内容对自上而下注意控制的影响: 一项 ERP研究.

心理学报, 43

(10), 1103–1113.)Carlisle, N.B., Arita, J.T., Pardo, D., & Woodman, G.F.(2011).Attentional templates in visual working memory.

Journal of Neuroscience, 31

(25), 9315–9322.Carlisle, N.B., & Woodman, G.F.(2011).Automatic and strategic effects in the guidance of attention by working memory representations.

Acta Psychologica, 137

(2),217–225.Chelazzi, L., Miller, E.K., Duncan, J., & Desimone, R.(1993).A neural basis for visual search in inferior temporal cortex.

Nature, 363

(6427), 345–347.Chelazzi, L., Miller, E.K., Duncan, J., & Desimone, R.(2001).Responses of neurons in macaque area V4 during memory-guided visual search.

Cerebral Cortex, 11

(8),761–772.Desimone, R.(1998).Visual attention mediated by biased competition in extrastriate visual cortex.

Philosophical Transactions of the Royal Society of London.Series B,Biological sciences, 353

(1373), 1245–1255.Desimone, R., & Duncan, J.(1995).Neural mechanisms of selective visual attention.

Annual Review of Neuroscience,18

, 193–222.Deubel, H., & Schneider, W.X.(1996).Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism.

Vision Research, 36

(12),1827–1837.Downing, P.E.(2000).Interactions between visual working memory and selective attention.

Psychological Science,11

(6), 467–473.Downing, P.E., & Dodds, C.M.(2004).Competition in visual working memory for control of search.

Visual Cognition,11

(6), 689–703.Duncan, J., & Humphreys, G.W.(1989).Visual search and stimulus similarity

.Psychological Review, 96

(3), 433–458.Geyer, T., Von Mühlenen, A., & Müller, H.J.(2007).What do eye movements reveal about the role of memory in visual search?

Quarterly journal of Experimental Psychology,60

(7), 924–935.Han, S.W., & Kim, M.S.(2009).Do the contents of working memory capture attention? Yes, but cognitive control matters.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 35

(5), 1292–1302.Hoffman, J.E., & Subramaniam, B.(1995).The role of visual attention in saccadic eye movements.

Attention, Perception,& Psychophysics, 57

(6), 787–795.Houtkamp, R., & Roelfsema, P.R.(2006).The effect of items in working memory on the deployment of attention and the eyes during visual search.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 32

(2),423–442.Kowler, E., Anderson, E., Dosher, B., & Blaser, E.(1995).The role of attention in the programming of saccades.

Vision Research, 35

(13), 1897–1916.Olivers, C.N.L.(2009).What drives memory-driven attentional capture? The effects of memory type, display type, and search type.

Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance, 35

(5), 1275–1291.Olivers, C.N.L., Meijer, F., & Theeuwes, J.(2006).Feature-based memory-driven attentional capture: Visual working memory content affects visual attention.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 32

(5), 1243–1265.Olivers, C.N.L., Peters, J., Houtkamp, R., & Roelfsema, P.R.(2011).Different states in visual working memory: When it guides attention and when it does not.

Trends in Cognitive Sciences, 15

(7), 327–334.Pan, Y., Xu, B.H., Jin, H.J., & Liu, W.(2010).The automatic guidance of attentional selection from visual working memory.

Psychological Science, 33

(1), 31–35.[潘毅, 许百华, 金红军, 刘伟.(2010).视觉工作记忆对注意选择的自动导向作用.

心理科学, 33

(1), 31–35.]Peters, J.C., Goebel, R., & Roelfsema, P.R.(2009).Remembered but unused: The accessory items in working memory that do not guide attention.

Journal of Cognitive Neuroscience, 21

(6), 1081–1091.Soto, D., Heinke, D., Humphreys, G.W., & Blanco, M.J.(2005).Early, involuntary top-down guidance of attention from working memory.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 31

(2),248–261.Soto, D., Hodsoll, J., Rotshtein, P., & Humphreys, G.W.(2008).Automatic guidance of attention from working memory.

Trends in Cognitive Sciences, 12

(9), 342–348.Soto, D., & Humphreys, G.W.(2007).Automatic guidance of visual attention from verbal working memory.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 33

(3), 730–737.Soto, D., & Humphreys, G.W.(2008).Stressing the mind: The effect of cognitive load and articulatory suppression on attentional guidance from working memory.

Perception &Psychophysics, 70

(5), 924–934.Soto, D., & Humphreys, G.W.(2009).Automatic selection of irrelevant object features through working memory.

Experimental Psychology, 56

(3), 165–172.Soto, D., Humphreys, G.W., & Heinke, D.(2006).Working memory can guide pop-out search.

Vision Research, 46

(6-7),1010–1018.Warden, M.R., & Miller, E.K.(2007).The representation of multiple objects in prefrontal neuronal delay activity.

Cerebral Cortex, 17

(Suppl 1), i41–i50.Wolfe, J.M., & Horowitz, T.S.(2004).What attributes guide the deployment of visual attention and how do they do it?

Nature Reviews Neuroscience, 5

(6), 495–501.Woodman, G.F., & Arita, J.T.(2011).Direct electrophysiological measurement of attentional templates in visual working memory.

Psychological Science, 22

(2), 212–215.Woodman, G.F., Luck, S.J., & Schall, J.D.(2007).The role of working memory representations in the control of attention.

Cerebral Cortex, 17

(Suppl 1), i118–i124.Zhang, B., Jin, Z.C, & Chen, C.Q.(2008).Visual working memory modulates attentional orienting at preattention stage.

Acta Psychologica Sinica, 40

(5), 552–561.[张豹, 金志成, 陈彩琦.(2008).视觉工作记忆对前注意阶段注意定向的调节.

心理学报, 40

(5), 552–561.]Zhang, B., Zhang, J.X., Huang, S., Kong, L.Y., & Wang, S.P.(2011).Effects of load on the guidance of visual attention from working memory.

Vision Research, 51

(23-24),2356–2361.Zhang, B., Zhang, J.X., Kong, L.Y., Huang, S., Yue, Z.Z., &Wang, S.P.(2010).Guidance of visual attention from working memory contents depends on stimulus attributes.

Neuroscience Letters, 486

(3), 202–206.