空间符号的保持与加工过程的关系

傅亚强

（杭州师范大学教育学院，浙江杭州311121）

工作记忆为当前任务提供了加工信息与保持信息的空间．加工与保持过程的关系是人机交互绩效的重要影响因素，是人机界面设计的重要理论依据．空间符号是人机界面常用的符号，它用多个图形表示各类目标的运动方向和相对位置．人机交互时，空间符号保持于工作记忆，该保持过程是否受到同时进行的加工过程的影响？一类观点将这种影响归因于两个过程在材料方面的相似性，另一类观点则归因于注意资源的竞争．

工作记忆成分理论认为保持功能与加工功能分别属于工作记忆的不同结构，其中视空间模板分成视觉和空间两个独立成分，前者负责存储颜色、形状信息，后者负责存储方向、位置信息；情景缓冲器可以整合来自不同子系统的信息，存储整体表征［1］．基于该理论的研究发现，工作记忆中的加工过程对保持过程的影响依赖于材料性质的相似性，据此，研究者认为，加工过程对保持过程产生了基于材料性质的特异性抑制（domain－specific effect）［2－3］．

上述研究存在两个问题，一是加工任务比较简单，没有对注意资源提出过多要求，二是没有系统操纵加工任务的难度，因此无法说明保持过程和加工过程是否共同利用注意资源．

资源共享理论认为工作记忆的保持过程与加工过程之间并非相互独立，而是共享注意资源［4］．当注意分配给加工任务，那么保持过程获得的注意资源相对减少，导致保持效率下降，反之亦然．二者的关系与材料性质无关．因此，加工过程对保持过程产生了独立于材料性质的一般性抑制（domain－general effect）．资源共享理论得到了一些研究的支持，无论加工材料和保持材料在性质上是否一致，加工过程都会对保持过程产生负面影响［5－7］．这些研究证明工作记忆的保持效率取决于加工效率，保持过程与加工过程之间的关系可以用一元一次方程来表示：保持量＝a－b×加工负荷［8］．

然而，资源共享理论忽视了一个重要现象，在保持和加工的材料性质一致与不一致两种条件下的保持量对加工负荷回归线的截距和斜率是不同的，由此现象可以推测特异性抑制与一般性抑制并不是非此即彼的对立关系．

本研究要求被试保持空间符号，假设该过程需要占用注意资源，以避免消退和无关信息的干扰．在保持符号的同时，执行视觉加工、空间加工或联合特征加工任务，借此考察工作记忆的加工过程对空间符号保持过程的影响，判断加工对保持的影响是由于信息性质不同造成的，还是由于加工负荷造成的．如果空间符号保持过程中产生的遗忘是由于注意资源被加工过程占用引起的，无论被加工的材料性质如何，保持效率都随着加工负荷的提高而下降，那么加工对保持存在一般性抑制；如果只有当被加工材料与被保持材料的性质相同时，加工负荷才会影响空间符号的保持效率，那么加工过程对保持过程存在特异性抑制．

1 方 法

1．1 被试

选取20名在校大学生为被试，其中男生9名，女生11名．所有被试的视力或矫正视力为1．0以上．他们接受了空中相撞判断任务训练［9］，掌握了实验用空间符号的任务知识．

1．2 实验材料

本实验中记忆任务的记忆项是空间符号（图1a）．空间符号表征了4架飞机的飞行方向和相对位置，被试记忆空间符号需要记住方向、位置和编号信息，假设其保持过程利用了情景缓冲区．在记忆任务中，于计算机显示屏上以图形方式动态呈现4架飞机的空间符号，呈现时间为15s．要求被试记忆4架飞机的航向与相对位置．

实验包含3种加工任务．第一种为视觉加工，其中的加工项是红、蓝两种原色混合成的颜色方块，要求被试判断加工项中红原色与蓝原色哪个多一些．第二种为空间加工，其中的加工项是复杂的几何图形（图1b，c），在6×6的格子矩阵中，部分格子填为黑色，要求被试判断黑格子组成的图形是否沿中间纵轴左右对称．第三种是联合特征加工任务，在6×6的格子矩阵中（图1d），部分格子填为黑色、红色或蓝色，要求被试判断上述格子组成的图形是否沿中间纵轴左右对称，位置与颜色均一致方为对称．视觉加工占用视空间模板的视觉成分，空间加工占用视空间模板的空间成分，联合特征加工占用情景缓冲区，并且三者都是占用注意资源的控制性过程．

图1 实验材料Fig．1 Examples of the items used in experiment

1．3 实验步骤

每次试验的步骤如下：第一步，执行记忆任务，同时呈现表征4架飞机空中交通的空间符号，将其作为记忆项，要求被试记忆．根据无加工负荷任务下的预实验结果，确定符号的呈现时间为15s．第二步，执行2次、4次或6次视觉加工任务、空间加工任务或联合特征加工任务．无论加工次数如何，加工任务的总时间均为8s．要求被试又准又快地完成加工任务．第三步，回忆阶段，以书面报告方式回忆空间符号．回忆分数的记分规则是：1架飞机的相对位置或方向各记1分，总分为8分，报告方向与实际方向相对差异不超过10%即得1分，每架飞机与另3架飞机相对位置全部正确即得1分．

1．4 实验设计

本实验采用3×3重复测量设计，自变量为加工类型和加工负荷．加工类型是指加工任务的类型，分为视觉加工、空间加工与联合特征加工．加工负荷是指在一次试验中加工任务重复的次数，即在一次试验中连续执行2次、4次或6次加工任务．实验包含9种实验处理，一种实验处理条件下，被试需要重复进行12次试验，实验处理的顺序在被试间作了平衡．测量指标包括记忆任务的回忆分数和回忆时间、加工任务的反应时间与反应准确率．若被试加工任务准确率低于95%，则该被试的数据无效．

2 结 果

3×3重复测量的方差分析结果显示，加工类型与加工负荷不影响空间符号的回忆时间．

方差分析结果（图2）表明：加工类型对空间符号回忆分数有显著影响，F（2，38）＝13．79，p＜0．01，η2＝0．42，空间加工条件下的回忆分数显著低于视觉加工条件（p＜0．05），联合特征加工条件下的回忆分数显著低于空间加工条件（p＜0．01）和视觉加工条件（p＜0．01）；加工负荷对回忆分数存在显著影响，F（2，38）＝18．97，p＜0．01，η2＝0．50，6次加工条件下的回忆分数显著低于4次和2次条件（p＜0．01）；加工类型与加工负荷的交互作用显著，F（4，76）＝9．74，p＜0．01，η2＝0．34．进一步的简单效应检验表明：视觉加工条件下，加工负荷对回忆分数没有影响，F（2，38）＝0．77，p＞0．05；空间加工条件下，加工负荷对回忆分数亦没有显著影响，F（2，38）＝2．04，p＞0．05；联合特征加工条件下，加工负荷显著影响回忆分数，F（2，38）＝35．49，p＜0．01，η2＝0．65．

以任务次数作为加工负荷的指标显然过于粗略，因为被试有可能在加工次数增多的条件下，通过加快反应速度，改善注意分配状况．为了更精确地反映加工任务的认知负荷，计算每位被试在每种实验处理条件下一次加工的平均加工反应时（t），再按照下列公式计算一种处理条件下一次试验的平均加工空余时间：8（s）－t（s）×m，其中m为一次试验中，执行加工任务的次数（2、4或6次）．加工空余时间越短，加工负荷越大．

以视觉加工任务的空余时间为自变量，以空间符号回忆分数为因变量，建立一元线性回归模型，结果显示，视觉加工空余时间不影响回忆分数，F（1，58）＝1．41，p＞0．05．以空间加工任务的空余时间为自变量，以空间符号回忆分数为因变量，建立一元线性回归模型，结果显示，空间加工的空余时间对回忆分数有显著的影响，β＝0．26，A．R2＝0．05，F（1，58）＝4．12，p＜0．05．以联合特征加工任务的空余时间为自变量，以空间符号回忆分数为因变量，建立一元线性回归模型，结果显示，联合特征加工的空余时间对回忆分数有显著的影响，β＝0．69，A．R2＝0．46，F（1，58）＝51．31，p＜0．01．如图3所示．

图2 加工任务的类型与负荷对空间符号回忆分数的影响Fig．2 Effects of domain and cognitive load of processing tasks on recall accuracy of storage of spatial symbols

图3 空间加工、特征联合加工的空余时间对空间符号回忆分数的回归方程Fig．3 Regression analyses of recall accuracy of spatial symbols as a function of spare time of spatial and binding features processing tasks

为了进一步检验图3中两条回归线的差异，以加工类型为自变量、加工空余时间为协变量、空间符号回忆分数为因变量，进行协方差分析，结果表明：两条回归线的截距存在显著差异，F（1，116）＝9．79，p＜0．01，η2＝0．08；二者的斜率亦存在显著差异，F（1，116）＝7．45，p＜0．01，η2＝0．06．因此，联合特征加工负荷对回忆分数的影响较大，并且能解释46%的回忆分数变异；空间加工负荷对回忆分数的影响较小，只能解释回忆分数5%的变异．

3 讨 论

3．1 工作记忆加工对保持的特异性抑制

本研究结果表明，联合特征加工明显削弱了空间符号的保持效率，空间加工条件下的空间符号保持效率亦低于视觉加工条件下的保持效率．联合特征加工过程需要同时进行空间与视觉材料的加工，视觉加工与空间加工均只需加工单一特征．空间符号的保持过程需要同时保持方向与位置两个特征．因此，在材料性质方面，空间符号保持过程与联合特征加工过程的相似性最高，与空间加工和视觉加工过程的相似性较低．可以认为加工过程对保持过程产生了特异性抑制效应，即两个过程在材料性质方面的相似性越高，加工对保持的影响越大．本研究结果与Zimmer等的研究［10－11］是一致的．

本研究中，空间符号包含位置与方向两个特征，4架飞机的相对位置与飞行方向容易在已有经验基础上组合起来，形成一个大的组块，即空中交通整体态势．该组块可能存储于情景缓冲区［11］．联合特征加工需要整合图形的位置和颜色两个特征，该加工过程同样依赖情景缓冲区暂时存储加工材料．空间符号的保持与特征联合加工过程的性质很接近，因此后者对前者产生了明显的特异性影响．

3．2 工作记忆加工对保持的一般性抑制

空间加工材料只包含方块的位置，联合特征加工材料包含方块位置和颜色两种特征，空间符号记忆材料包含位置和方向两种特征．可以看出，空间符号记忆任务和联合特征加工任务的材料性质最为接近，但是与空间加工材料的性质有差异．本研究中，联合特征加工与空间加工的负荷对空间符号的保持效率均有显著影响，该结果可以作为加工过程对保持过程存在一般性抑制的证据．为了避免竞争信息的干扰，多特征表征的保持过程需要占用注意资源［1，12］．因此，空间符号的保持效果随着同时进行的加工过程负荷的提高而下降［13］．

3．3 特异性抑制与一般性抑制的整合

Jarrold的研究中发现，加工过程既对言语保持过程产生了独立于材料性质的一般性抑制，又对言语保持过程产生了依赖材料性质的特异性抑制［7］．同样，本研究也观察到了空间加工与联合特征加工过程对多特征空间保持过程的特异性抑制与一般性抑制．

Baddeley对工作记忆的内部结构进行了修正，改变了原有的平行结构假设，认为视空间模板是一个层次性结构，该结构包含了分属不同层次的特征表征和客体表征［1］．本研究结果符合该假设的预测，可以认为在视空间模板中，包含颜色与形状信息的视觉特征与包含位置与方向的空间特征联系起来，形成复杂客体表征，整合的结果进入只有客体表征的情景缓冲区，正是在情景缓冲区中客体得到保持．在这个层级结构中，若两个过程占用的成分重叠越多，相互之间的干扰就越多，从而产生了加工过程对保持过程的特异性抑制和一般性抑制．

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