空间认知能力与工作记忆关系研究

2014-12-02冉丑龙张富昌

科技传播 2014年21期

冉丑龙，张富昌

1.陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300

2.西北大学公共管理学院应用心理学研究所，陕西西安 710127

1 问题的提出

空间认知能力是人类智能结构的重要组成部分。对空间能力的研究不仅对理解人类空间认知行为具有重要的理论意义。Thurston(1938)将空间认知能力定义为“在空间或视觉表象方面的才能”。Kosslyn(1983)认为用于操作表象的空间介质（Spatial Medium）与工作记忆模型的时空画板之间可能存在重要联系，与时空画板共享某些特征。但研究空间认知能力与工作记忆这种联系的研究相对较少，而且多集中在城镇居民和在校学生，而对于成人群体研究较少，而对环境相对封闭，经济文化水平相对落后的山区成人研究就更为少见。所以本研究以秦巴山区健康成人为研究对象，探讨空间认知能力与工作记忆关系。

2 研究方法与实验过程

2.1 研究对象

随机选取秦巴山区柞水试验区18～40 岁的成人，受教育水平均在小学三年级以上，身体健康，智力正常（通过瑞文测验获得），视力或矫正视力正常。

2.2 研究工具

实验材料由计算机呈现，通过DMDX 编制实验程序，并控制实验的进程。

2.3 研究设计

2.3.1 工作记忆广度实验

采用双任务加工范式，参考刘昌的相关研究设计数字工作记忆广度（Digit Working Memory Span，DWMS）。呈现给出答案的一位正整数简单加减法算式题（答案也为一位正整数），要求被试记住“＋”或“－”号后的数字，同时报告算式正确与否。

实验程序和材料：在电脑屏幕中央依次呈现一位数的加减法等式（如6+2=8，7-3=4），要求被试出声报告等式是否正确（对/错），同时按回车键，并尽可能记住等式中的第二个数（被加或被减的数）。被试按回车键后立刻呈现下一道算术题，被试按回车键并报告答案的最长间隔时间为4 秒，超过此时间则自动呈现下一道。每组呈现完毕，出现？时，被试要按顺序将刚才所记住的每道算术题中的第二个数回忆出来。这样的测试共分7 个等级（广度2-广度8）每个广度分别有3 组测试。在3 组测试都完成后，马上进行下一个难度水平的测试。如果被试在某个广度（难度水平）的3 组中连续错了2 组，则终止实验。在本研究中，数字工作记忆广度成绩的计分标准为：被试所能达到的最高水平，即以被试正确回忆的最大数字量定为其数字工作记忆广度。

如：看到7-3=5，报告：错，立刻按Enter 键，并记住3；

看到2+6=8，报告：对，主试立刻按Enter 键，并记住6；

当看到？时，请被试按顺序报告：3、6

2.3.2 空间认知能力测验——双手旋转实验

参照Zacks 等人的实验范式[55]相同-不同手（SD）任务以及以及陶维东等人[18]的研究设计。每次呈现两只在平面上旋转不同角度的左手或右手正面图片，让被试判断所呈现的图片是是否为同一只手，都是左手或都是右手，还是分别为左右手。

实验材料：是在电脑屏幕上呈现的左右手图片，见图1。左右手分别只呈现正面图像，作平面旋转，旋转的中心是在3Dmax 软件中构建手的模型时中确定的重心，以手的中心Z 轴分别向左或向右平面旋转45°、90°、135°。竖立方向的手大小为14cm×8cm，视角约为10.3°。共有图片12 张，左手图片和右手图片各6 张。

图1 双手旋转实验图片示例

实验设计：实验采用2（匹配情况）×2(比较刺激图形)×2(旋转方向)×3(旋转角度)完全被试内设计。自变量分别是:匹配情况（标准刺激和比较刺激图形：正像关系—相同手；镜像关系—不同手）、比较刺激图形（左手，右手）、旋转方向（比较刺激的图形：向内旋转和向外旋转。对于左手来说，顺时针旋转0°～180°为向内旋转，180°～360°为向外旋转，对于右手来说，顺时针方向0°～180°为向外旋转，180°～360°为向内旋转）、旋转角度（比较刺激的图片旋转：45°、90°、135°）。因变量为反应时和正确率。

实验程序：在电脑屏幕正中央呈现一个视角约为0.5°的白色“十”字注视点0.2 秒，接着是一个随机时间为0.5-1 秒的空屏，然后在屏幕正中央注视点处出现两只手的图片，等待被试反应，被试的任务是判断呈现的两只手是相同手还是不相同的手。如果是相同手，按“Z”键，如果是不相同的手，按“/”键。在被试做完反应后，呈现0.8 秒的等待时间，然后进入下一轮试验。计算机自动记录被试按键反应正确率和反应时。

2.4 数据整理

通过Excel 对数据进行预处理，得到的有效数据为379 个。通过SPSS17.0 对数据进行统计与分析。

3 研究结果与分析

3.1 空间认知能力与工作记忆广度的相关分析

表1 秦巴山区成人各项认知测验成绩状况

表2 双手旋转任务结果与数字工作记忆广度之间的相关分析

据表2 可知，数字工作记忆广度与双手旋转的正确率之间存在着显著负相关，r=0.189，p＜0.01；与每秒正确数之间存在着显著正相关r=0.154，p＜0.01。

3.2 空间认知能力对工作记忆广度以回归分析

采用回归分析分别考察工作记忆广度对空间认知能力的预测和解释效力。

表3 显示了空间认知能力对工作记忆广度的一元回归分析结果。结果显示：

双手旋转的正确率对工作记忆广度的一元回归，工作记忆广度进入到回归方程，工作记忆广度对双手旋转任务正确率具有正向预测作用。可以单独解释双手旋转正确率变异的3.3%，回归效应显著。

双手旋转的每秒正确数对工作记忆广度的一元回归，工作记忆广度进入到双手旋转的每秒正确数的回归方程，工作记忆广度对双手旋转每秒正确数具有正向预测作用，可以单独解释双手旋转的每秒正确数变异的2.1%，回归效应显著。

4 讨论

工作记忆是一种在进行认知活动的同时保持相关信息的系统或机制，它在复杂的认知活动中扮演着非常重要的角色，被认为是认知的枢纽。因此，工作记忆能力被当作一种更简便有效的认知指标而逐渐受到人们的普遍重视。工作记忆理论自产生以来，已经引起了活跃的跨学科研究。其中工作记忆容量个体差异的研究对于心理学各个领域的影响尤其强烈。

表3 双手旋转任务成绩对工作记忆广度的一元回归分析

本文研究结果表明，工作记忆广度与空间认知能力测验的双手旋转的反应时指标相关程度很低。但是工作记忆广度与双手旋转的正确率指标都显著相关。随后的回归分析也表明，工作记忆广度对双手旋转的正确率指标的回归效应都处于显著水平。由此可知，工作记忆广度与双手旋转的判断的准确性关系较大，与双手旋转的判断速度关系相对较小。也就是说，工作记忆广度与双手旋转这种信息加工操作的辨别判断能力有关。

Baddeley 认为工作记忆是一个负责暂时储存和加工操作信息的系统，其的一个重要原理就是容量有限，工作记忆广度就是用来表示这种容量的。人在执行空间认知的心理旋转任务时的加工是基于类比表征己得到大量研究的验证，而本研究的结果也与此一致。正如Shepard(1971)认为的那样，被试要将所呈现的刺激的表象回旋到正位上来，然后再与长时记忆中的正位的表征进行比较，才能判定图对的匹配关系。研究同时发现随着角度差的增大，被试的错误率升高，辨别能力相对降低Bryden(1990)[63]。这与工作记忆加工容量有限的原理有关。执行双手旋转时，被试从长时记忆系统中提取这些刺激材料的表象表征，在工作记忆系统中对表象进行操作(旋转)，才能判断刺激图对的匹配关系。工作记忆从长时记忆提取匹配表征信息，而它自身的存储容量却会限制提取信息的数量。也可能由于工作记忆自身容量限制之故，即任何时刻只有一定数量的项目刺激可能被激活并处于活动状态，并且当角度差越大，表象旋转操作加工越多，记忆容量被旋转加工所占的比例越大，在这过程中造成用于判断匹配关系必需的信息有所减少，于是辨别能力降低。从而被试的工作记忆广度影响其双手旋转的判断的正确率，也就是说。工作记忆通过其容量的有限影响了被试的双手旋转判断的准确性。