物体知觉中动作信息激活的双重通路*

张恩涛,高 彬

(1.河南大学教育科学学院,河南开封 475001;2.三亚学院心理系,海南三亚 572022)

物体知觉中动作信息激活的双重通路*

张恩涛1,高 彬2

(1.河南大学教育科学学院,河南开封 475001;2.三亚学院心理系,海南三亚 572022)

Gibson(1979)的动允性(affordances)理论认为,观察物体能自动激活其隐含的动作信息.其关键的支持证据来自动允性效应,即当物体隐含的动作信息与被试的反应类型一致时,促进被试反应.最初研究发现,在缺少动作意图时,动作信息仍能自动激活.最近研究显示,注意、主体的能力和目的同样调节着动作信息的激活,即物体动作信息的激活存在自下而上和自上而下两种通路.

物体知觉;双重通路;动允性效应;认知机制

0 引言

个体对知觉到的物体做出适宜的行为反应,是人类有效地与环境相互作用所必需的一种重要能力.从传统认知心理学的观点看,人们需要先察觉到物体的属性、识别该物体,然后才能产生操作该物体的动作,即知觉、认知、动作的加工是以连续而又相对独立的方式进行[1].与之相反,Gibson认为在现实生活中,由于人体与环境经常相互作用,环境中的物体便具有了自动激发个体对物体做出动作反应的内在属性,个体不必为了产生操作物体的动作而将物体归类和标签化,即知觉和动作之间存在直接通路.如司机看到道路向左弯曲,就会激发向左转弯的动作,而不必经过运动计划和语义中介[2].Gibson(1979)将这种物体具有的自动激发个体与之潜在相互作用的特征称为动允性(affordance).动允性概念不仅显示了主体与环境潜在相互作用的生态心理学立场,而且也隐含了心智具身性思想[3～5].

早期的研究强调物体动作信息的自动激活.如最早Tucker和Ellis呈现给被试带有手柄的物体(如水壶和茶杯),要求被试判断物体是正立的或倒立的,结果发现尽管物体的手柄指向与当前反应任务无关,但当物体指向(如手柄)和反应手方向一致时促进被试反应,不一致时干扰被试反应[6].Tucker和Ellis (1998)将之称为动允性效应(affordance effects).研究认为,物体动作信息的激活不依赖物体语义通达和观察者的动作意图,是一个纯粹视觉—运动启动的过程.但随着研究的深入,人们发现诸如注意、情境和动作目的等都对动作信息的激活起着自上而下的调节作用.本文综述了动允性效应的早期研究,介绍了影响动作信息激活的自上而下的影响因素及其证据,并对当前物体动允性效应研究有待澄清的关键性问题进行了思考,提出了未来研究的主要方向.

1 知觉到动作的自动激活通路

Tucker和Ellis采用刺激反应范式证明动允性效应,引发了许多研究者对视觉—运动启动效应的探讨[7～11].早期的研究认为,动作信息的激活是一个视觉—运动直接启动的过程.如Craighero等(1998)[9]在研究中呈现给被试长方形框(向左或向右旋转45度)的启动刺激,当电脑屏幕的注视点变为红色时,要求被试用右手抓握眼前两个物体中的其中一个.实验发现,当启动物体的方位和反应手的方位一致时(长方形框的旋转方向和被抓握物体的方向一致),能够促进被试对物体的抓握,这说明个体仅依靠观察物体便能自动激活其动作信息.随后的研究也表明,物体动作信息的激活可以独立于物体的语义通路.如Yoon和Humphreys(2007)[12]通过改变可抓握物体的视角探索视觉信息对动作和语义通达的影响.结果发现,当可抓握部分(手柄方位)背离观察者时,视角的变化影响了动作判断(物体是否使用旋转动作),而不影响其语义判断(物体是否为厨房用具),这说明动作对视觉的依赖性;而在语义启动任务中发现,语义相关的启动物体影响了目标物体的语义归类和命名,而不影响其动作判断,这说明动作判断并不依赖语义的通达,动作通达的视觉和语义通路是独立的,物体动作的通达可以启动视觉通路产生.

脑成像的研究也表明,呈现给被试可抓握的物体或工具能够诱发大脑与运动活动相关的皮层激活[13～14].如与识别动物信息比较,被试仅仅观察工具,便能引起腹侧前运动区和后侧颞中回的激活,颞中回对视觉运动信息敏感,前运动区负责动作加工.该结果表明,视觉物体可以直接诱发大脑运动负责动作操作区域的激活.此外,与可抓握图形相比,工具物体引发了更多的大脑运动区域的激活.这也表明工具物体和动作之间能够形成比较强的联系.

Buccino等(2009)[15]采用透颅磁刺激(TMS,transcranial magnetic stimulation)技术对物体手柄诱发方位动允性效应进行了研究.实验假设当物体的手柄损坏时,物体动允信息的激活也受到抑制.实验呈现给被试带有手柄的物体(物体的手柄分为完整的和破损的两种情况),当物体呈现200 ms时,刺激被试的左侧运动皮层,且实验只要求被试被动的观测物体,而不需要被试做出其它反应.结果发现,只有当物体的手柄完整时,才能观察到运动电位的活动变大,而同样的情况并没有出现在物体手柄损坏时.由此认为,物体手柄引发允性效应并非是受实验任务的影响.

总之,早期的研究认为,物体动作信息的激活是一个纯粹的视觉—运动启动的过程,该过程不依赖物体语义的通达,也不依赖被试的反应意图.但随后的研究表明,物体动作信息的激活不仅是一个自下而上的加工过程,同时也受自上而下因素的调节.下面通过分析注意、主体的能力和动作目的在动作信息激活中产生的作用,阐释动作信息激活的认知机制.

2 调节动作信息激活的自上而下因素

2.1 注意

选择性注意是过滤知觉信息的重要认知能力,在物体动作信息的激活中具有重要作用.Symes,Ellis和Tucker(2005)[16]认为动作信息的激活需要选择注意的参与,而不是一个完全自动化的过程.实验要求被试对呈现的物体进行语义判断时(生物或非生物),出现了方位效应,但当要求被试对物体进行颜色(面表特征)判断时,则不能观察到动允性效应.Tipper,Paul和Hayes(2006)[17]进一步研究发现,只有观察者加工与被试反应相关的物体特征时,才能观察到动允性效应.实验要求被试对刺激(门把手)的形状进行区分时(圆形还是方形),才产生方位效应,而当对刺激的颜色进行区分时(绿色还是蓝色),未产生方位效应.因此,为了获得物体的动作信息,物体的动作相关特征必须得到注意.

Vainio,Tucker和Ellis(2007)[18]对选择性注意在方位效应中的作用水平(手柄特征水平和整个物体水平)进行了研究.实验先呈现一个注视点,然后呈现启动物体,启动物体和注视点位置并不一致,目标刺激为镶嵌在注视点中的颜色,要求被试针对颜色进行左右手反应.结果发现,即使不要求被试注意启动物体,也仍然能产生方位效应.但同时也发现,当注视点与启动刺激一直保持呈现时 (凭此减少对启动刺激的注意加工),方位效应消失.这说明方位效应的产生需要注意资源的参与.随后的实验还证明,动允效应的产生是由于注意发生在物体整体水平(语义)而非特征水平(手柄位置).实验采取空间线索化范式对方位效应进行了研究.结果发现,当线索位置出现在物体顶部比在物体手柄位置时,方位效应更大,这说明阻止注意资源向手柄位置的转移并不是方位效应消失的原因,方位效应的产生发生在物体整体水平.

动允性效应是否和simon效应有着相同的认知机制仍然充满了争议[8,11].Pellicano等(2010)[19]认为simon效应和方位动允性效应存在两点不同:simon效应无关抓握反应;simon效应无关刺激的加工深度,而动允性效应则需要较深的加工.为了区分这两种效应,实验要求被试用手电筒的手柄指向作为方位动允性效应的刺激,而将手电筒的光线指向作为simon效应产生的刺激,根据手电筒的颜色和正反进行左右按键反应.结果发现,在颜色判断中出现了simon效应,而在正反判断中出现了方位动允性效应,说明这两种效应依赖不同的语义加工深度.但另一些研究却发现方位效应的产生并不需要通达语义信息.

来自不同方面的研究表明,动允性效应的产生需要较多注意资源的参与,而simon效应则对注意资源需求较少.但注意资源是作用在物体整体水平(语义)还是物体的方位特征(手柄指向),仍需要进一步的研究;另外方位效应对任务类型的依赖,可能反映了目的状态对动允性产生的影响.这可能反映了神经的习惯方式和目标情境对动允性产生的影响.

2.2 主体能力

为了能够与物体有效地相互作用,物体必须处在观察者可通达的范围内,即物体必须能够被够到和抓取.脑成像研究表明,与够取动作相关的是大脑区域顶叶,猴子对处在观察者可够取范围内的物体更加敏感[20～21].Costantini(2010)[22]对空间距离对方位效应的影响进行了研究.实验中呈现一个带有手柄的杯子,杯子手柄指向右侧或左侧,杯子出现在近身距离或离身距离.实验程序为:首先在屏幕中央出现一个注视点,然后出现一个指导刺激,指导刺激为一个做出抓握姿势的左手或右手,接着出现目标刺激,实验前被试将双手的食指放在反应键上,当看到目标刺激时,被试尽快松开反应键并复制指导刺激的动作.结果发现,只有杯子处在近身距离时,才会产生方位效应.

Costantini等(2011)[23]对空间距离对物体操作动作和功能动作产生的影响进行了研究.实验使用3D物体作为启动刺激,以动作动词作为目标刺激,目标刺激分为视觉动作(看)、操作动作(抓)和功能动作(喝).启动刺激分为近身方式(不用移动物体和移动自身就可以对其操作)和远身方式(必须移动自己或物体才能对其操作).结果发现,操作动作只有在近身条件下才产生启动,而在离身情况下其启动效果消失;功能动作虽然也受视觉背景影响,但无论在何种方式下都能产生启动;而视觉动作在两种条件下都无变化.结果表明,操作动作和功能动作的提取对视觉背景的依赖程度不同,操作动作对视觉背景有着较大依赖,而功能动作则较少依赖背景动作.这一结果与功能动作更抽象的观点一致.

之前关于动作和知觉的研究主要关注个体和环境中物体之间的相互作用,很少关注他人、自身和环境之间的关系.Costantini,Committeri和Sinigaglia(2011)[24]对物体的动作方位效应是否受到环境中他人(场景中的物体接近被试或他人)的影响进行了研究.结果发现,无论物体落入被试或他人的观察范围都能产生方位效应,这表明被试能从自己和他人的抓握空间之间产生映射.Yang和Beilock(2011)[25]认为,空间距离对动允性产生的调节实质是个体能力在起作用.实验同样对方位效应进行了研究,实验给被试带上抓握工具,并呈现给被试不同方位旋转的带手柄的杯子,杯子上嵌有注视点,当注视点变为红色或绿色时分别用左手或右手支配人造抓握工具进行反应.当物体出现在50 cm(近身距离)和150 cm时(离身距离),被试的反应工具有两种:一种是较短不足以够取物体;另一种是较长可以够取物体.结果发现,当物体处在离身距离时,只要被试工具能够够取物体就可以产生方位效应,这说明真正调节动允性的是个体与物体相互作用的能力,而这种当前身体活动限制对认知的影响正体现了具身认知的思想.

2.3 动作目的

个体对物体做出的动作,不仅仅是对环境刻板的反应,同时还受到个体目的的支配[26].Alexander和Brown(2011)[27]提出了一个内侧前额叶(mPFC)具有动作效果期待功能的预期反应结果模型(the predicted response-outcome,简称PRO).该模型认为mPFC能够产生一些期待预测功能的神经信号,该神经信号能反映个体动作产生的各种结果的可能性:当预测的结果与实际相符合时,这种信号就得到抑制;当预测失败时,该处神经元的活动值最大.如个体以一定方式拿起牙刷,并且将牙刷移到嘴里进行刷牙.刷牙是目的,具体拿牙刷的动作是手段,动作目的决定动作手段.如拿着牙刷放在耳朵上则违背了动作目的.研究表明,动作目的和动作手段对应不同的神经表征.动作目的由前额叶负责,而动作手段由前顶叶和运动区域负责[28].

来自行为的证据也证明了动作目的的支配性地位.van Elk,van Schie和Bekkering(2009)[29]通过以正确或错误的抓握物体的方式定义动作手段(如拿牙刷的手势是否正确),而以物体最终作用身体的位置定义动作目的(将牙刷放到嘴上或耳朵上),要求被试进行动作判断.结果表明,两种动作违背都能诱发更长的反应时间,但相比动作手段违背,动作目的违背能产生更大的干扰效应.这在一定程度上证明了动作知识存储的等级模型.由于大多数动作分离的实验都是用熟悉物体难以区分熟悉性效应.为此,van Elk等(2009)[29]采用新异物体学习任务,让被试学习新物体的动作操作方式和动作目的,在测验阶段采用启动范式下的物体识别任务,先呈现一个单独的物体,然后再呈现带有动作的物体图片,让被试判断两个图片是否为同一物体.结果发现,相似的动作违背能诱发更长反应的现象,同时也发现了更大的动作目的违背的干扰效应.

有些研究则表明动作目的制约动允性效应的产生.如Bub和Masson(2010)[30]对方位效应的产生条件进行了深入研究,实验呈现给被试带把手的水壶和带手柄的锅,要求被试对物体的颜色进行反应,反应方式为按键和抓握(抓握方式为水平和垂直两种).结果表明,左右按键反应并不能诱发方位效应,而抓握反应则导致了方位效应的出现,这说明反应的目的状态影响方位效应的出现.Masson,Bub和Breuer (2011)[31]进一步探索了物体功能语义对其动允性效应的影响.实验发现,当水壶(手柄垂直并指向右侧)正常逆时针90度呈现时(手柄向上适合水平抓握),出现了水平抓握一致性效应;当水壶镜像逆时针旋转90度时,未出现水平一致性效应.由此认为,水壶逆向旋转后产生的水平抓握不影响正常使用水壶,但镜像旋转后即使观察者可以水平抓握水壶,但并不能正常使用水壶.因此,个体使用物体的目的制约了动允性的通达.

尽管大量研究表明观察物体可以直接诱发其潜在动作,但文献分析表明物体视知觉自动激活的动作大多是抓握等简单的运动成分.这些简单运动的自动激活很可能反映了被试神经系统在与物体相互作用中形成的习惯反应方式[32].所以当个体知觉物体时可能不需要内生目的支配,而产生习惯的运动反应.但个体的认知系统并非是环境的刻板反应系统,个体能够根据自身的目的和现实情境来调节当前的动作.从这个意义上讲,动作的产生仍然是自下而上和自上而下的双重作用的结果.

3 总结与展望

综合分析物体动作信息产生的机制发现,物体动作信息产生的特点有:动作信息的产生并不完全是自动化的和必然的,需要选择性注意的参与和较深的加工水平;动作信息的通达并非只是视觉通路加工的结果,主体的能力和动作目的同样调节着动作信息的激活,并且这种调节作用在复杂动作产生中更为重要.

总之,物体动作的通达并非是通过单一的视知觉启动,其中注意、动作目的等自上而下因素同样调节着物体动作知识的激活.两种通路以灵活的、交互方式协同作用通达物体的动作本身,体现了人类认知的灵活性[33～34].未来研究应关注以下问题:

(1)前额叶具有对认知活动具有自上而下调节作用,这种自上而下的调节如何影响动作的产生是一个必须回答的问题.具体而言,被试先前的行动目的和当前情境激发的动作目的存在是如何作用的,需要进一步的研究.

(2)尽管神经科学的证据表明,观察物体和词汇都发现了大脑运动区域的活动,但相应的行为证据却发现了词汇在通达动作信息方面的限制[35].因此探索物体和词汇认知中动作信息通达的差异对于词汇具身性研究非常重要,而且对于支持具身认知的观点也非常关键.

(3)词汇识别中动作信息的激活是否会受到语言符号本身差异的影响也是未来研究的方向.因为不同语言采用不同的符号系统.中文不同于拼音文字,由汉字组成.汉字是表意文字,大部分汉语动作动词在词形上具有明显的义符标志,义符标记着该动作靠什么器官或工具完成.因此,语言符号本身能否影响词汇中动允信息的激活也是未来开展本土化研究的方向.

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Dual Routes of Action Activation in Perceiving Object

ZHANG Entao1,GAO Bin2
(1.School of Education Science,Henan University,Kaifeng 475001,China;
2.Department of Psychology,Sanya University,Sanya 572022,China)

The theory of affordance by Gibson(1979)holds that observing an object can automatically activate the implied action information and the crucial evidence supporting this view is the affordance compatibility effect.This effect refers to a decrease of reaction times when the subject executes a motor act which is compatible with that afforded by an observed object.In the domain of affordance effect, most researchers think that the perception of object can automatically evoke those possible actions afforded by the object,in the absence of observer’s action intention and conceptual knowledge.However,recent studies have showed that not only the features of an object evokes action motor information,but also both the goal and abilities of observer influence the action motor information processes associated with the object’s affordance,that is,there are down-top and top-down routes to action implied by objects.

perception of objects;dual routes;affordance effect;cognition mechanism

B842

A

1009-1734(2014)10-0087-06

[责任编辑 高俊娥]

2014-09-10

浙江省教育厅2012年度科研项目(Y201225371).

张恩涛,讲师,博士,研究方向:认知心理学.Email:zhanget2011@126.com