不同工作记忆负荷对形状干扰子注意捕获的影响*①

2013-10-25张斌

山东师范大学学报(社会科学版) 2013年4期

张斌

(湖南中医药大学人文社科学院，湖南长沙，410001)

某些具有显著性特征的刺激(如在形状、明度或颜色等特征维度上不同于其它客体)不受当前任务的制约而自动获得注意的现象叫注意捕获(Attentional capture)②Theeuwes J，Burger R.Attentional control during visual search:the effect of irrelevant singletons.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1998，24(5):1342－1353③Turatto M，Galfano G.Color，form and luminance capture attention in visual search.Vision Research，2000，40(13):1639－1643④Yeshurun Y，Kimchi R，Sha’shoua.Perceptual objects capture attention.Vision research，2009，49(10):1329－1335。注意捕获普遍存在于人们生活之中。例如，当观察一个场景时，那些与任务目标相关的令人感兴趣的区域常能吸引注意。然而，场景中一些与当前任务目标无关的奇异、独特或瞬时变化的刺激也往往可把注意从当前任务目标吸引过来。注意捕获的研究一方面可以揭示刺激显著性对注意加工的影响效应，另一方面也提供了探讨自上而下和自下而上两种注意控制机制交互作用的途径⑤Lien MC，Ruthruff E，Goodin Z，et al.Contingent attentional capture by top－down control settings:converging evidence from event－related potentials.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，2008，34(3):509－530。

Koelewijn，Theeuwes和Yantis等使用额外奇异刺激范式，通过一系列经典实验，提出注意捕获是一个完全自下而上的刺激驱动加工过程的假设⑥Koelewijn T，Bronkhorst A，Theeuwes J.Auditory and visual capture during focused visual attention.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，2009，35(5):1303－1315⑦Theeuwes J.Perceptual selectivity for color and form.Perception and Psychophysics，1992，51(6):599－606⑧Yantis S，Jonides J.Attentional capture by abrupt onsets:new perceptual objects or visual masking?.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1996，22(6):1505－1514。该假设基于以下事实:在某些情景下，即使知道某个特征与当前任务无关，刺激驱动的外源性注意仍会不由自主地将被试转移到该特征上。实际上，这一假设通常是注意捕获的操作定义，即即使刺激与任务目标无关，但它仍然显著影响被试的操作绩效⑧Yantis S，Jonides J.Attentional capture by abrupt onsets:new perceptual objects or visual masking?.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1996，22(6):1505－1514⑨Theeuwes J.Stimulus－driven capture and attentional set:selective search for color and visual abrupt onsets.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1994，20(4):799－806⑩Yantis S，Egeth H E.On the distinction between visual salienceand stimulus－driven attentional capture.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1999，25(3):661－676。Theeuwes让被试从事一项视觉搜索任务，要求搜索某个特征维度上的独特刺激。例如，在刺激画面中搜索一个形状独特刺激(在许多方形中找一个圆)，但在一半试验中可能出现一个与任务无关的颜色特征独子(某个方形是红色，其他均为黄色)。一系列实验结果显示，颜色特征独子出现条件下的目标反应时显著慢于未出现颜色特征独子的条件。作者据此推断，尽管颜色独子与目标任务无关，但被试不能忽略无关的颜色特征独子，也就是说颜色特征独子捕获了注意。Theeuwes①Theeuwes J.Stimulus－driven capture and attentional set:selective search for color and visual abrupt onsets.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1994，20(4):799－806.更换了目标刺激与干扰刺激的性质，要求被试在许多红色的圆形中搜索一个绿色的圆形。具体地说，在一半的实验中出现一个无关形状干扰子(一个方形)，要求被试对绿色圆中的线段是水平还是竖直作出反应。结果表明，在无关形状干扰子出现与不出现时，被试对颜色目标的反应时无显著性差异。据此推断，无关形状干扰子不能捕获注意。Lavie等，Raine等和Miller等根据一系列行为和脑电实验结果提出，工作记忆在选择性注意中起着维持目标刺激和无关刺激之间的差别的作用，即保持目标刺激加工的优先权，用于区分任务中的相关刺激和无关刺激，进而抑制对无关刺激的反应②Lavie N ，Hirst A，Fockert J W.Load theory of selective attention and cognitive control.Journal of Experimental Psychology:General，2004，133(3):339～354;Lavie N.Distracted and confused?:Selective attention under load.Trends in cognitive sciences，2005，9(2):75－82;Rainer G，Asaad WF，Miller E K.Selective representation of relevant information by neurons in the primate prefrontal cortex.Nature，1998，393(11):577 ～578;Miller E K，Wilson M A.All my circuits:Using multiple electrodes to understand functioning neural networks.Cell，2008，60(3):483－488.。Theeuwes③Theeuwes J.Top－down search strategies cannot override attentional capture.Psychonomic Bulletin＆ Review，2004，11(1):65－70.在实验中发现显著性较弱的刺激不能捕获注意，并将其不能捕获注意的现象归因于无关形状干扰子的显著性程度太低，而本研究认为，显著性较弱的刺激不能捕获注意，可能不完全是刺激显著性程度太低之故，还可能是因为被试的工作记忆负荷太低，能较好地保持对目标加工的优先权，即能排除无关干扰子的干扰，使其不能捕获注意。对此，本研究认为有必要在增加工作记忆负荷任务的情景下考察显著性较弱的刺激的注意捕获现象，这对于进一步揭示注意捕获的加工机制以及自上而下的加工和自下而上的加工之间的关系具有一定的意义。本研究预测，在高工作记忆负荷下，以前被认为不能捕获注意的显著性较弱的无关形状干扰子刺激可捕获注意。

一、研究对象与方法

(一)被试

本研究共12人，均为某大学非心理系的本科生和研究生，年龄在18～25岁之间，男、女各半，视力或矫正视力正常。

(二)实验材料和仪器

实验材料分为两类，一类为无干扰子图形，图形的形状均为方形(见图1－A);另一类为形状干扰子图形，有一个图形为小圆，其它图形均为方形(见图1－B)。实验材料具体为:有七个红色方形和一个绿色方形组成的一个图形，它们均匀分布在一个大圆周上，圆心是注视点，方形中有各种朝向的线段。在刺激材料中，绿色方形是目标刺激，小圆为形状干扰刺激。被试要求对目标绿色方形中的线段朝向(水平或竖直)作按键反应。

图1 实验刺激材料示意图

借鉴以往注意捕获研究刺激材料的设置方法④Yeshurun Y，Kimchi R，Sha＇shoua.Perceptual objects capture attention.Vision research，2009，49(10):1329 ～1335;Yantis S，Jonides J.Attentional capture by abrupt onsets:new perceptual objects or visual masking?.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1996，22(6):1505－1514.，在本实验中，大圆周的半径视角为3.4°，小圆的直径视角为1.4°，每个方形的边长视角都为1.4°，每个小圆或方形的中心位置均有一条视角为0.5°的线段。在目标绿色方形中，线段朝向为水平或竖直，在非目标图形中，线段朝向为水平或竖直倾斜22.5°。线段的方向被随机安排在每个图形中，所有线段都是白色的，背景色为黑色，小圆和方形内为灰色。正式实验中，目标绿色方形出现的位置、小圆形状干扰子出现的位置以及线段朝向均做随机化安排。本实验在一个隔音的、无照明的房间里进行。图片通过Dell19英寸显示器呈现，显示器的分辨率为640×480象素。被试的位置固定，与屏幕的距离约57cm。在实验过程中，明确告诉被试忽略周围其他刺激，在实验过程中要始终注视屏幕中央的注视点。实验程序采用DMDX软件编写。

(三)实验程序与设计

本实验采用2×2被试内设计。自变量为工作记忆负荷水平(高负荷vs低负荷)和干扰类型(无关形状干扰子出现vs无关形状干扰子不出现)。因变量为被试对目标绿色方形中的线段朝向判断的反应时间和正确率。正式实验中分四种处理水平，每种处理水平32次试验，总共包含128次试验，实验次序以完全随机化的形式安排。实验分高、低工作负荷两种，在高工作记忆负荷条件下，随即呈现一串记忆数字(随机从1～9阿拉伯数字中选取6个不重复的数字)，在低工作记忆负荷条件，被试在开始条件下只需要记忆2个数字(随机从1～9阿拉伯数字中选取2个不重复的数字)，其它与高工作记忆负荷条件下流程一致。实验的单次试验流程图如图2所示。

图2 实验的单次试验流程图

二、结果与分析

(一)搜索任务的反应时间和错误率分析

对反应时进行分析时，剔除无效数据(遵循三个标准差原则)，数据有效率达到92.9%。高工作记忆负荷水平和低工作记忆负荷水平下的反应时结果如表1。

表1 不同工作记忆负荷和干扰类型下搜索反应时的平均数和标准差(ms)

重复测量方差分析的结果显示:干扰子因素的主效应达到显著性水平，F(1，11)=21.799，p=0.001，有干扰子条件下对目标的反应时大于没有干扰子的条件;工作记忆负荷因素的主效应显著，F(1，11)=5.981，p=0.032，高工作记忆负荷条件对目标的反应时大于低工作记忆负荷条件;两者的交互作用显著 F(1，11)=48.607，p=0.000。

不同工作记忆负荷和干扰类型条件下搜索反应时差值的结果如下。t检验进一步显示，在高工作记忆负荷水平下，有干扰子比没有干扰子慢38.70ms(t0.025(11)=6.015，p=0.000)，反应时差异达到显著水平，说明无关形状干扰子在增加高工作记忆负荷下捕获了注意;在低工作记忆负荷水平下，有干扰子比没有干扰子慢 1.86ms(t0.025(11)=0.579，p=0.574)，反应时差异未达到显著水平，说明在低工作记忆负荷下无关形状干扰子仍不能捕获注意。在有干扰子的条件下，高工作记忆负荷水平下比低工作记忆负荷水平下慢32.47ms(t0.025(11)=4.667，p=0.001)，达到显著性水平;在没有干扰子的条件下，高工作记忆负荷水平比低工作记忆负荷水平快4.37ms(t0.025(11)=0.778，p=0.453)，未达到显著性水平。说明在不同的干扰子类型条件下，高、低工作记忆负荷对搜索反应时间的影响不一致。

(二)搜索任务的错误率分析

搜索任务的错误率较低，平均为1.83%。错误率方差分析的结果显示:干扰子因素的主效应不显著，F(1，11)=4.698，p=0.055;工作记忆负荷因素的主效应不显著，F(1，11)=3.493，p=0.091;两者的交互作用也不显著 F(1，11)=0.007，p=0.937。因此，没有反应时与正确率的互换(trade－off)，反应时结果可靠。

(三)记忆任务的反应时间和错误率分析

在高工作记忆负荷条件下，被试对探测数字的反应时间(平均时间为933.23ms)显著慢于低工作记忆负荷条件(平均时间为685.57ms)，t检验表明，t0.025(11)=9.89，p=0.00，差异达到了显著性水平，说明高、低工作记忆负荷确实不同，记忆任务对工作记忆负荷的控制是有效的。记忆任务的总体错误率较低。在高工作记忆负荷条件下被试对探测数字的反应错误率平均值是1.8%，在低工作记忆负荷条件下被试对探测数字的反应错误率平均值是 1.4%，t检验表明 t0.025(11)=1.64，p=0.083，高、低工作记忆负荷条件下的错误率差异未达到显著性水平。上述分析说明高、低的工作记忆负荷确实存在差异。

三、讨论

以往的研究范式只对自下而上的刺激显著性进行调整，并比较目标与干扰子刺激的显著性水平的差异，即单纯地讨论刺激的显著性水平对注意捕获的影响，而对自上而下的认知控制作用没有追加任何的控制。这样，未能对自上而下和自下而上两大注意控制机制在注意捕获中的交互作用展开探讨。众多研究表明，工作记忆在选择性注意中具有认知控制作用①Kane M J，Engle R W.Working－Memory Capacity and the Control of Attention:The Contributions of Goal Negelect，Response Competition，and Task Set to Stroop Interference.Journal of Experimental Psychology:General，2003，132(1):47－70;Lavie N.Perceptional load a necessary condition for selective attention.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1995，21(3):451－468.。例如，Laive等②Lavie N.Distracted and confused?:Selective attention under load.Trends in cognitive sciences，2005，9(2):75－82.发现，工作记忆能维持目标刺激与无关刺激之间的差别，即保持目标刺激加工的优先权，便于区分相关刺激和无关刺激，进而有利于抑制对无关刺激的反应。Theeuwes等③Theeuwes J.Top－down search strategies cannot override attentional capture.Psychonomic Bulletin＆ Review，2004，11(1):65－70.实验显示，由于形状刺激的显著性特征低于颜色刺激，因此在颜色刺激作为目标、无关形状刺激作为干扰子时，无关形状干扰子并不能捕获注意。而本实验增加了被试的工作记忆负荷，结果在高工作记忆负荷条件下，无关形状干扰子捕获了注意，这说明在以前实验中发现的无关形状干扰子不能捕获注意的现象不能完全归因于刺激的显著性程度不够，还与工作记忆的负荷有关。这可能是因为在高工作记忆负荷条件下被试不能较好的保持对目标加工的优先权，容易受无关干扰子的干扰。

本研究利用了刺激显著性较弱的形状干扰子做实验，结果发现，低工作记忆负荷时，无关形状干扰子不能捕获注意，这与Theeuwes等④T heeuwes J.Stimulus－driven capture and attentional set:selective search for color and visual abrupt onsets.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1994，20(4):799－806;Theeuwes J.Top－down search strategies cannot override attentional capture.Psychonomic Bulletin＆ Review，2004，11(1):65－70.的实验结果一致。而在工作记忆负荷较高时，无关形状干扰子却捕获了注意，说明显著性较弱的刺激能否捕获注意主要取决于工作记忆负荷的水平。综合前人的研究结果，我们推测:无关干扰刺激能否捕获注意主要取决于自上而下的认知控制作用和刺激显著性在注意捕获中的相对贡献。具体地说:(1)当无关干扰子显著性程度大于目标刺激时，无关干扰子能否捕获注意主要取决于干扰子的显著性程度。如，Theeuwes⑤T heeuwes J.Stimulus－driven capture and attentional set:selective search for color and visual abrupt onsets.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1994，20(4):799－806;Theeuwes J.Top－down search strategies cannot override attentional capture.Psychonomic Bulletin＆ Review，2004，11(1):65－70和Yantis等⑥Yantis S，Jonides J.Attentional capture by abrupt onsets:new perceptual objects or visual masking?.Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1996，22(6):1505－1514的实验发现无关颜色干扰子具有较高的刺激显著性特征，能捕获被试的注意。(2)当无关干扰子显著性程度小于目标刺激时，无关干扰子能否捕获注意主要取决于工作记忆负荷的水平。如，在本实验中，无关形状干扰子显著性程度低于颜色目标刺激，在低工作记忆负荷时，无关形状干扰子不能捕获注意，而在工作记忆负荷较高时，被试不能较好地保持目标加工的优先权，容易受到无关刺激的干扰，即使显著性较弱的形状干扰子也捕获了注意。