认知负荷对乒乓球运动员注意空间的影响*

杨 义, 岳珍珠

(1.广东实验中学,广东 广州 510375; 2.中山大学心理学系,广东 广州 510275)

现实生活中很多时间人们需要注意特定的空间位置，并且要求人能够在复杂的环境中，从若干位置中选择性地注意一个目标位置。因此，选择性注意研究中的一个关键问题是注意如何在空间中分布。研究表明，人对于注意中心位置处的视觉刺激[1]的加工比落在非注意焦点内的刺激加工更快，而且更准确。研究者们曾提出若干模型来解释选择性注意在空间上的分布。自上个世纪80年代至今，视觉选择性注意在空间上的分布得到了大量的研究，代表性的模型有注意的“聚光灯”(spotlight)模型和梯度模型(gradient model)等[2][3]。

传统的“聚光灯”模型认为视觉注意像舞台上的聚光灯一样，可以在视觉空间内被随意移动，并且选择一个范围对其中的刺激进行深入加工[4]。注意聚光灯内的区域被同等程度的加工，而位于注意的聚光灯之外的刺激都会被同等程度地忽略。Monder 和 Zatorre[5]的研究提出了另外一种选择性注意的“梯度模型”，随后得到了其它实验证据的支持，既包括视觉选择性注意的研究[2][6]，也包含听觉选择性注意的研究[7][8]。研究支持，注意分布在空间上呈现梯度变化，注意焦点处的刺激得到最强的加工，随着与注意焦点的空间距离增加选择性注意逐渐减弱。

注意能力水平对运动员在运动过程中追踪对手或物体，以及对运动员及时地根据环境情况做出迅速应答非常重要。研究发现，不同体育项目的运动员都需要持续地知觉到并且适应快速的比赛环境变化[9]。例如，李永瑞[10]在研究中发现，高水平乒乓球运动员的注意瞬脱(attentional blink)程度比固定靶射击运动员和普通大学生显著更轻，而且出现时间要更早。这说明高水平乒乓球运动员的注意资源在时间上的分配能力更强。乒乓球运动是一种较近空间距离的对抗项目，考察乒乓球运动员的注意如何在空间上的分布也非常重要。随着乒乓球拍的不断改进，据统计运动员在击球时乒乓球与球拍接触时间最短的仅为千分之一秒，使得乒乓球的运动时速甚至可以快至170km。而且还要同时辨别球本身的旋转(如弧圈球)等特征。此外，同时注意空间中多个目标刺激对于乒乓球运动员非常重要，当要求注意的目标增多时，运动员的认知负荷显著增加，这一点在比赛过程中尤其明显。因此，当前研究选取中学为被试，在不同认知负荷(同时注意多个项目)的情境下，考察不同视角范围内注意的分布，以期探索乒乓球运动员的注意空间分布特点。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

参与本研究的21名乒乓球运动员(男12名，女9名)主要是来自广东实验中学的中学生(其中包含乒乓球一级运动员10名，二级运动员5名)。年龄在13～18岁之间(M=14.86，SD=1.68)，年级为初一至高三，视力或矫正视力正常，除1人为左利手外，其余都为右利手，实验在运动员训练期间进行。

1.2 实验设计

实验是3×3被试内设计。包括两个自变量：①视角。目标到注视点的距离，包括视角3°、6°和9°三个水平；②负载，即目标集大小(set size)。可能会同时出现不同数目的小球，有2、4和6三个水平。记录被试的反应时和正确率。

1.3 实验材料和仪器

实验中刺激出现的位置包含随机出现在三个视角对应的八个位置，如图1所示。可能同时出现2，4或6个灰色小球集合，每个小球直径为4.5mm(0.938°视角)。

图1 刺激可能呈现的位置及刺激集变化(以6°视角为例)

掩蔽刺激包含有多个灰色的锥形和立方体，锥形的半径为2.25 mm，锥形和立方体的高度均为4.5 mm，立方体的宽为4.5 mm，深度为4.5 mm。所有刺激的背景都为黑色。

实验程序在华硕笔记本电脑上运行，显示器分辨率为1920×1080像素，刷新频率为60Hz。实验屏幕全高为17.5cm，被试眼睛距离屏幕中央55cm。实验程序采用Presentation软件(https://www.neurobs.com/)编制而成，在Windows 10操作系统上运行。

1.4 实验流程

被试在一个光线微暗的房间里，端坐在屏幕正前方。双手握着一个游戏操作杆，在理解指导语后，开始进行实验。在每个试次里，屏幕中央首先呈现一个白色注视点“+”300ms，随后呈现目标刺激200ms，其中包含随机出现在三个视角八个位置中符合setsize规定个数的小球。之后目标中任意一个小球会变暗(灰度更高)或变亮(变为白色)300 ms，此时要求被试既快又准地对小球的变化进行判断，变暗、变亮分别按操作杆上的左侧和右侧按钮，反应键在被试间平衡。变化的目标会持续呈现300ms，接着呈现时长为500ms的掩蔽刺激，掩蔽刺激结束后会呈现一段时间的黑屏，然后进行下一个试次。

图2 刺激呈现流程示意图(注：图中掩蔽刺激为灰色)

整个实验过程中被试者需要一直注视中央注视点“+”。正式实验共有450个试次，变亮、变暗判断的概率各占50%。每个被试者在正式实验开始前先练习，共有54次练习，每次都提供正确、不正确或漏掉了的反馈，正式实验时不提供反馈。实验期间约每2min休息一次，每次休息时间由被试自己控制，实验完成大约需要30min。

2 研究结果

2.1 反应时

本研究采用SPSS软件对数据进行分析，只分析正确反应的反应时。在正式分析前，先剔除小于100ms或大于2000ms，且在平均反应时正负三个标准差之外的反应时数据。

对反应时进行两因素的重复测量方差分析，见图3。结果显示，视角主效应显著，F(2,40)=33.45，p<.001；负载的主效应不显著，F(2,40)=1.73，p= .19；视角与负载的交互作用显著，F(4,80)=2.66，p<.05。随后进行简单效应检验，在2个小球条件下，视角的主效应显著，F(2,40)= 17.78，p<.001，视角为3°(MD=24.39，p<.001)和视角为6°(MD=20.54，p<.001)时的反应时都比视角为9°时的辨别反应时显著更快。在4个小球条件下，视角的主效应也显著，F(2,40)= 13.96，p<.001，视角为3°时的反应时均快于视角为6°(MD=14.09，p<.05)和9°时的辨别反应时(MD=27.13，p<.001)，而视角为6°时又比视角为9°时的辨别反应时要快(MD=13.03，p<.01)。在6个小球条件下，视角简单效应也显著，F(2,40)= 19.51，p<.001，视角为3°时的反应时均快于视角为6°(MD=16.57，p<.001)和9°时的反应时(MD=20.34，p<.001)。

图3 不同视角和认知负载条件下的辨别反应时

2.2 正确率

对正确率进行两因素重复测量方差分析，见图4。结果显示，视角主效应显著，F(2,40)=3.56，p<.05；但是对三种视角条件下的正确率之间进行两两比较时，未发现显著差异；小球个数主效应显著，F(2,40)=5.96，p<.01；小球个数为2时的正确率(M= .87,SD= .003 )比小球个数为4时的正确率(M= .89,SD= .017)要低。视角和小球个数交互作用不显著，F(4,80)=0.84，p= .50。

图4 不同视角和认知负载的条件下的正确率

3 讨论

在比赛过程中，运动员通常要同时注意不只一个物体或事件。例如，乒乓球运动员不仅要注意运动中的球，而且要注意对面的对手，以及行进中球的旋转等状态特征，所以不同项目的运动员在比赛过程中通常有较大的认知负荷[11]。本研究考察了在不同的认知负荷的情况下，乒乓球运动员的空间注意分布。结果支持随着负载增加，乒乓球运动员的注意随着离中央注视点的距离增加而下降，呈梯度变化。

我们的结果支持视觉注意窗口的大小会受到其它因素的影响[12]，同时也支持注意的梯度模型[2]，并且体现了在较小区分度的情况下，注意随着任务负载的增加的精细梯度变化。表现为当任务负荷不大的条件下(目标刺激仅为2个小球)，离中心注视点为3°～6°视角距离的刺激加工显著地强于9°视角条件下。说明青少年乒乓球运动员的视敏度具有很高的空间分辨率。但是这一能力随着任务负荷的增加而有显著降低，表现为当任务负荷增加为4个小球时，被试的注意更多的集中于中央注视点位置，即，此时的注意范围显著缩小，表现为视角为3°时的反应时显著快于视角为6°时的反应时，而视角为6°时又比视角为9°时的辨别反应时要快，表现为注意范围的显著缩小，随着离中央注视点距离越远，并且呈梯度下降。当任务负载增加至6个小球条件下，注意范围进一步显著缩小，表现为视角距离为3°时的反应时均快于视角距离为6°和视角距离9°时的反应时。

当前研究中视角距离的选取比之前研究的距离控制更为精细。之前的成人研究通常采用6°视角作为间隔[8]或4°视角为间隔[11]。我们的研究证明对于青少年运动员，离注意焦点的距离增加，注意会发生显著下降，而且注意的梯度变化更为陡峭。我们的研究结果有助于探索青少年运动员空间注意的变化发展趋势，并且提示可以通过不同认知负荷条件下乒乓运动员的注意空间分布能力来选拔运动员。在高认知负荷下，高水平的运动员会表现出更广的注意焦点范围。也可以在此基础上通过开发相应的计算机训练程序，训练高水平运动员的空间注意广度(Huettermann & Memmert, 2018)[13]。到认知负荷的调节。当认知负荷增加时，乒乓球运动员的空间注意焦点范围显著缩小。而且，运动员的注意空间分布以注意焦点为中心，呈现陡峭的梯度变化。

4 结论

4.1 青少年乒乓球运动员的注意空间分布受

4.2 我们的研究结果对于运动员的选拔具有启示作用，可以通过测量运动员在高负荷条件下注意焦点的范围来进行选拔。