位置-价值联结引发的注意捕获及其机制 *

2019-06-15李士一岳俊冰白学军

心理与行为研究 2019年3期

刘丽李士一岳俊冰白学军

(1 天津商业大学法学院心理学系，天津 300134) (2 教育部人文社会科学重点研究基地天津师范大学心理与行为研究院，天津 300074) (3 天津师范大学心理学部，天津 300074) (4 国民心理健康评估与促进协同创新中心，天津 300074) (5 天津师范大学期刊出版中心，天津 300387 )

1 引言

通过选择性的注意特定的刺激，个体能够对环境中的某些信息进行优先加工。选择性注意长期以来被看做是由目标-指向（Folk, Remington, &Johnston, 1992）和突显性-驱动（Theeuwes, 1992; 刘丽, 李运, 李力红, 白学军, 2014）共同引起的。但是，为了增加有机体的生存机会和提高生活的质量，注意系统优先选择与价值相关的刺激具有适应意义（Anderson, 2013; 范玲霞, 齐森青, 郭仁露,黄博, 杨东, 2014）。例如：如果注意能快速定向环境中有价值的危险刺激，个体就更可能有足够的时间对危险刺激做出反应，从而避免受到伤害。近年来，已有大量研究表明与金钱奖励相联结的视觉刺激能够调节注意选择的优先性：与金钱奖励相联结的刺激特征在快速系列视觉呈现任务（Yokoyama, Padmala, & Pessoa, 2015）和视觉搜索任务（Störmer, Eppinger, & Li, 2014）中作为目标特征出现时，能够促进对目标的选择；在启动范式的搜索任务中，高奖励的获得能够强烈的启动注意选择，从而增加试次间的启动效应量，而低奖励的获得会使启动效应翻转或消失（Hickey,Chelazzi, & Theeuwes, 2010）。而且，当一个刺激特征（如, 红色）通过学习与高奖励结果建立联结时，在随后的任务中，即使这个刺激特征作为分心物出现，在物理上不具有突显性，仍然能够无意识的捕获注意，使注意偏向那个刺激特征，从而干扰对目标的反应（Anderson, Laurent, & Yantis,2011; Qi, Zeng, Ding, & Li, 2013）。这种注意自动的指向以前和奖励相联结的刺激特征的现象，叫做价值驱动的注意捕获（Anderson, 2013）。

奖励影响注意选择的已有研究在价值学习阶段大多是将低水平的视觉特征与奖励建立联结。如，在价值学习的训练阶段，将颜色搜索任务和Stroop 命名任务中的颜色与奖励联结（Anderson et al., 2011; Krebs, Boehler, & Woldorff, 2010），将形状搜索任务中的形状与奖励联结（Wang, Yu, & Zhou,2013），或者将方向奇异项搜索任务中目标的水平或垂直方向与奖励联结（Laurent, Hall, Anderson, &Yantis, 2015）。这些研究只是考虑了刺激的视觉特征，而没有考虑刺激所呈现的位置。

Chelazzi 等（2014）采用前测-奖励学习-后测任务，将特定的空间位置与奖励联结，发现注意在随后的任务中会偏向与高奖励联结的空间位置。在奖励学习阶段，搜索集中会出现8 个刺激项目，分布在一个虚拟的大圆上。其中2 个不相邻位置出现的目标在80% 的试次伴随高奖励反馈，20%的试次伴随低奖励反馈；另外2 个不相邻位置出现的目标则相反：80% 的试次伴随低奖励反馈，20%的试次伴随高奖励反馈；其余4 个位置获得高低奖励的概率各为50%。后测任务发现，如果目标出现在训练阶段的两个高奖励位置时，与前测任务的基线成绩比较，被试识别目标的正确率更高，反应时也更快。但是，他们的研究只考察了位置-奖励联结对目标注意选择的促进作用，并没有考察当分心物出现在高奖励位置时能否捕获注意。两类研究所涉及的注意机制不同：当目标出现在高奖励位置时，奖励通过影响自上而下目标驱动的注意机制而起作用；当分心物出现在高奖励位置时, 奖励对目标选择的干扰则是通过自下而上的刺激驱动的注意选择实现的（范玲霞等, 2014）。

白学军、刘丽、宋娟和郭志英（2016）考察了当分心物出现在高奖励位置时能否捕获注意。他们的实验设计结合了Chelazzi 等（2014）范式中的位置-奖励联结规律和Anderson 等（2011）范式中采用的搜索任务，将空间区域划分为8 个具体位置。在训练阶段，每个位置都会出现一个彩色圆环，红色的圆环为目标。被试需要找到目标圆环，并对里面的线段进行水平或垂直的反应判断，正确反应将会获得高或低的金钱奖励反馈。对其中2 个不相邻位置出现的红色圆环进行判断高概率（80%）获得高奖励反馈，而对另外2 个不相邻位置出现的目标进行判断高概率（80%）获得低奖励反馈，目标不会出现在剩下的4 个位置上，也就是说，这些位置不与奖励建立联结（位置-奖励联结示意图见图1）。测试阶段的搜索任务与Anderson 等（2011）相似，被试在8 个刺激集中搜索形状奇异项，刺激集的分布位置与训练阶段相同。在一半试次中，其中一个非目标的形状颜色为红色，可能出现在高奖励位置、低奖励位置或中性位置；而在另一半试次中，红色不出现。测试阶段的任务不再有奖励反馈。他们的研究结果表明，当红色分心物出现在高奖励位置时能够无意识的捕获注意，表明位置-价值联结引发了注意捕获；同时结果也表明，当红色分心物出现在两个高奖励位置之间的中性位置时也能够引发注意捕获。他们认为基于位置的注意捕获表现出一定的泛化，并对其产生提出两种解释。第一种解释，个体在训练阶段将两个高奖励之间的区域作为一个整体，因而在训练阶段也将高奖励之间的中性位置与高奖励结果建立了联结，从而提高了整个区域的注意优先性；第二种解释，在训练阶段，只有与高奖励联结的具体位置获得了优先注意，从而使呈现在这个位置的刺激的物理突显性增强。测试阶段，被试首先自动的优先注意高奖励位置的刺激，这种基于位置的注意具有空间扩散性，即能够扩散到邻近位置。而呈现在两个高奖励位置中间的位置的刺激能够同时获得相邻两个位置的扩散效应，扩散效应进行了叠加，因而注意捕获效应也达到了显著。

本研究的目的是对白学军等（2016）的实验设计进行修改，考察基于特定位置的价值驱动注意捕获是否会发生，以及进一步考察基于位置的注意捕获效应的泛化是否由扩散效应导致。本研究将空间区域划分为10 个具体位置。在训练阶段，将其中2 个相邻位置和高奖励联结，而另外2 个相邻位置和低奖励建立联结，从而使被试在训练阶段不能进行整体学习。其余的6 个位置不与奖励联结（位置-奖励联结示意图见图2）。测试阶段与白学军等（2016）任务相似，被试在10 个彩色图形集中搜索形状奇异项，目标出现在6 个中性位置上。在一半试次中，其中一个非目标的形状颜色为红色。在白学军等（2016）结果基础上，本研究预测位置-价值联结仍然能够引发注意捕获：测试阶段分心物出现在2 个高奖励位置时，与分心物不出现相比，反应时变慢；重要的是，通过对分心物出现在不同中性位置条件下的反应时的比较，本研究可以进一步探讨注意捕获效应的泛化机制。如果与高奖励位置邻近的中性位置能够捕获注意，而低奖励位置邻近的中性位置不能捕获注意，则支持扩散效应。如果只有高奖励位置能够捕获注意，而所有的中性位置（与低奖励位置邻近的中性位置，与高奖励位置邻近的中性位置、高低奖励位置之间的中间中性位置）下反应时均无差异，并且都不能捕获注意，则不支持扩散效应。

2 方法

2.1 被试

20 名本科生参加实验（女生14 名, 平均年龄为20.75 岁）。所有被试的视力或矫正视力正常，无任何的视觉缺陷。训练阶段所获得的累计金钱奖励反馈作为被试参加实验的报酬。所有被试均先完成训练任务，随后完成测试任务。

2.2 实验仪器

刺激呈现在屏幕分辨率为1024×768 的17 寸联想台式机上，整个屏幕为黑色。采用E-prime1.0 编程软件编程。每个被试单独进行测试，眼睛距离屏幕约55 cm。

2.3 训练阶段

刺激每个试次由注视点、搜索集和奖励反馈屏组成（见图3A）。注视点为呈现在屏幕中心的白色“+”（0.60°× 0.60°），搜索集为白色注视点和周围10 个彩色刺激圆环（半径为1.07°），圆环平均分布在一个半径为5.22°的虚拟大圆上。10 个圆环分别处在中心注视点的垂直线位置（上下各1 个）、垂直线顺时针和逆时针分别旋转36°位置（2 个）、72°位置（2 个）、108°位置（2 个）和144°位置（2 个）（见图2）。红色的圆环（RGB,255,0,0）是被试需要搜索的目标。其它圆环分别为粉色、蓝色、黄色、橘色、淡蓝色、土黄色、蓝绿色、白色和紫色。每个圆环里面均包含一个白色线段（1.30°×0.11°），线段方向为随机的垂直或水平。反馈屏包含屏幕中心出现的白色小写的当前试次反馈的金钱奖励数量（0.15 元或0.01 元）和以往所有试次累计的奖励总量（以“元”为单位）。

实验设计10 个位置中只有4 个位置出现目标。对于其中2 个相邻位置出现的红色目标来说，在80%的试次中进行正确及时反应会获得0.15 分的高奖励反馈，而在20%的试次中获得0.01 分的低奖励反馈；而对呈现在另外2 个相邻位置的红色目标进行反应，与奖励的联结恰恰相反：在20%的试次中进行正确及时反应会获得0.15 分的高奖励反馈，而在80%的试次中获得0.01 分的低奖励反馈（奖励-位置联结见图2）。不告知被试奖励联结规则。为了消除特定位置对目标搜索的影响，位置-奖励联结有4 种方式，分别为：左2 位置-高奖励、右2 位置-低奖励联结；右2 位置-高奖励、左2 位置-低奖励联结；上2 位置-高奖励、下2 位置-低奖励联结；下2 位置-高奖励、上2 位置-低奖励联结。将20 名被试平均分配到4 种条件下。训练阶段的其它6 个位置上不会出现目标，我们将其定义为中性位置，目标如果出现在中性位置，被试将不能预测是否会获得奖励以及获得何种水平的奖励。根据中性位置与高、低奖励位置的不同距离，将中性位置具体细化为2 个高奖励位置邻近中性位置、2 个低奖励位置邻近的中性位置、2 个高低奖励位置之间的中间中性位置。

程序训练阶段包含无奖励反馈的32 次练习和6 个block 共384 个正式试次。每个试次首先呈现400 ms-600 ms 随机变化的注视点；然后接着呈现1500 ms 搜索屏，保持在屏幕上直到被试做出反应或者1500 ms 过后消失。要求被试通过按键对红色圆环里的线段进行判断，垂直按“c”键，水平按“m”键，要求被试在正确的前提下尽可能快的反应；1000 ms 的空屏后呈现1500 ms 的反馈屏；最后1000 ms 的空屏（流程图见图3A）。训练阶段约40 min 完成。

2.4 测试阶段

刺激每个试次由注视点、搜索屏、反馈屏组成。注视点以及刺激所在的位置均与训练阶段相同。搜索屏为10 个彩色图形，图形为1 个圆形（半径长为1.07°）和9 个方形（对角线长为2.62°），或1 个方形和9 个圆形，目标是唯一的方形或圆形。测试阶段图形的颜色包含了训练阶段的所有颜色，此外还增加了绿色。在一半试次中，其中一个非目标形状的颜色为红色；在另一半试次中，红色不出现。

实验设计目标只随机出现在6 个中性位置上，并在指导语中明确告知被试。当目标出现在某一位置时，红色分心物可随机呈现在其它任何一个位置。目标为随机变化的圆形或方形，出现的试次相等。只在50%试次中出现红色分心物。

程序测试阶段包含32 次练习和6 个block共384 次正式试次。练习时搜索屏中不出现红色分心物。每个试次首先呈现400 ms-600 ms 之间随机变化的注视点，然后是1500 ms 的搜索屏，保持在屏幕上直到被试反应或者自动进入到下一步。被试需要对形状奇异项里面的线段进行反应，判断任务和按键方式同训练阶段；反应后不再伴随奖励，而是呈现1000 ms 的空屏（流程图见图3B）。在指导语中明确告知被试，测试阶段任务无奖励反馈，告知被试目标只出现在中性位置，并要求被试忽略颜色。测试阶段约30 min 完成。

3 结果

训练阶段和测试阶段的反应时，分别以每个被试为单位，删除大于3 个标准差和小于200 ms的反应数据，删除量为总数据的1.16%。分别分析正确的反应时和错误率。

首先将训练阶段的反应时进行2（奖励位置:低奖励位置、高奖励位置）×2（训练阶段: 阶段1 和阶段2）重复测量的方差分析。结果表明：奖励位置的主效应不显著，F（1, 19）=1.72，p＞0.1，低奖励位置条件下的反应时比高奖励位置条件下慢10 ms；阶段的主效应显著，F（1, 19）=21.40，p＜0.001，，表明存在学习效应，随着实验的进行对目标的搜索会更快；两者的交互作用不显著，F（1, 19）＜1。对错误率数据进行了相同分析，结果表明训练阶段的主效应显著，F（1, 19）=5.53，p＜0.05，。奖励的主效应以及奖励与阶段的交互作用均不显著，Fs（1, 19）＜1（表 1 为训练阶段数据）。本研究结果与采用类似搜索任务的大多数文献研究结果一致（如，Anderson et al., 2011; 白学军等, 2016）。不同奖励水平位置上的目标反应时差异不显著，可能是由两个原因造成的。第一，在训练阶段，任务设置的要求是只有被试反应正确并及时，才能得到奖励，这可能会导致被试反应比较保守，即对高奖励位置和低奖励位置的目标都尽快的反应；第二，训练阶段位置-奖励联结的概率为80%而不是100%，从而使被试的反应时在试次间出现波动，从而造成从总的结果来看，不同奖励位置条件下的反应时差别没有达到显著。

表1 训练阶段各条件下的平均反应时（ms）及错误率（%）

在测试阶段，对红色分心物不出现条件以及红色分心物出现在不同位置条件下（高奖励联结位置、低奖励联结位置、高奖励位置邻近的中性位置、高低奖励位置之间的中间中性位置、低奖励位置邻近的中性位置）的反应时进行单因素重复测量方差分析，结果表明不同位置条件的主效应显著，F（5, 95）=7.11，p＜0.001，。事后比较表明：与分心物不出现的条件相比较，当分心物出现在高奖励联结的位置时引发注意捕获，使反应时变慢，t（19）=4.42，p＜0.001，d=0.57；而与分心物不出现的条件相比较，当分心物出现在其它位置（低奖励联结位置和所有中性位置）条件下，反应时的差异均不显著，ts（19）＜1，ps＞0.1；其它条件下，两两比较表明差异均不显著，ts（19）＜1，ps＞0.1（见图4A）。这说明红色分心物只有出现在训练阶段与高奖励金钱反馈联结的位置时才能捕获注意；而其出现在低奖励联结位置和其它任何中性位置，均不能引发注意捕获效应。对错误率数据进行了相同分析，结果表明不同分心物位置条件的主效应不显著，F（5,95）＜1（见图4B）。

4 讨论

本实验结果表明，通过训练将呈现在某个具体空间位置的特定颜色伴随着高奖励金钱反馈，在随后的测试阶段，即使不再伴随奖励反馈，当分心物出现在先前的高奖励联结位置时仍能引发注意捕获效应；而当分心物呈现在先前的低奖励联结位置时，与无分心物条件下相比反应时差异不显著，表明不能捕获注意。这个实验结果再次验证了白学军等（2016）研究中的实验1 结果，表明存在基于具体位置的价值驱动的注意捕获。本研究结果也与Anderson（2015）采用左右位置与奖励建立联结的研究结果一致。Anderson（2015）将空间位置划分为左右两个部分，将其中一半空间和高奖励建立联结，而将另一半空间和低奖励建立联结。在测试阶段，发现分心物只有出现在先前和高奖励联结的空间部分时才捕获了注意；而出现以前和低奖励建立联结的空间位置时，则不能捕获注意。他的研究说明确实存在基于较广泛空间位置的（左右位置）价值驱动注意捕获效应。本研究结果也进一步拓展了Chelazzi 等（2014）的研究，不仅仅在具有竞争性的快速搜索任务中，目标出现在先前与高奖励联结的位置时，能够促进被试的反应；而且，当分心物出现在此位置，在不需要竞争反应（对2 个同时出现的目标进行反应）的搜索任务中也能够干扰对目标的搜索，产生捕获效应。Della Libera 和Chelazzi（2009）采用启动范式，在n-1 试次中，将不同的刺激特征（颜色）分别和高或低的奖励建立联结，这些刺激特征在n 试次中可能作为目标特征出现，也可能作为非目标特征出现。他们的结果也表明n-1 试次中和高奖励联结的刺激在n 试次中作为目标特征时，对目标的识别更快；而当其作为分心物特征时，对目标的识别更慢。而和低奖励联结的刺激结果模式则相反：在作为目标特征时，对目标识别的更慢，而作为分心物特征时，对目标的识别更快。MacLean 和Giesbrecht（2015a,2015b）的研究也表明，在快速视觉搜索任务中，当先前奖励-联结的颜色和目标共同出现时，相对于颜色不出现时，对目标识别的正确率提高；而当其和分心物共同出现时，相对于不出现时，对目标识别的正确率降低。

本研究另一个有意义的结果是：当分心物出现在高奖励位置邻近的中性位置时，和其它中性位置均不能捕获注意。这一结果说明，高奖励联结位置所获得的注意优先性没有扩散到邻近空间位置。这表明白学军等（2016）研究中，发现的2 个高奖励位置之间的中性位置所引发的注意捕获效应可能是由整体效应导致的。在本研究中，实验任务的设计使被试不能形成整体学习，个体无法将高奖励邻近的中性位置纳入到2 个高奖励位置中形成一个整体，因此，高奖励位置邻近的中性位置在训练阶段也不能获得优先注意。这一结果与Chelazzi 等（2014）的研究结果也具有一致性。Chelazzi 等（2014）的研究中，目标在训练阶段呈现在所有的位置而不是像本研究只呈现在部分（10 个位置中的4 个）位置，他们对中性位置的界定是当目标呈现在这些位置时，获得高、低奖励的几率各为50%。由此可见，他们对中性位置的定义与本研究不同。在这种实验设计下，被试在训练阶段能够将中性位置和中等程度的奖励（而不是无法预测奖励结果）建立联结，所以也无法将2 个高奖励位置之间的区域形成一个整体。他们在测试阶段发现，目标即使出现在2 个高奖励位置之间的中性位置，对目标的搜索的正确率也不会提高，反应时也不会变快。综上所述，我们认为白学军等（2016）研究中发现的位置-奖励联结引发的注意捕获的泛化不是由于扩散效应导致的，而是由于学习阶段的整体效应导致的，当实验设计不能使被试形成整体学习时，这种泛化结果就会消失。

需要强调的是，在本研究中，虽然颜色本身不与奖励建立联结，但是颜色特征对于价值驱动注意捕获的发生仍然是至关重要的。在训练阶段，颜色是能够定义目标的特征，即要求被试搜索颜色。所以，在训练阶段，被试在对奖励-位置联结规律进行学习时，也将红色颜色特征纳入到了位置-奖励联结的学习体系中。早在Treisman（1992）特征搜索研究中就表明，当能够定义目标的特征和目标所在的位置信息都重复呈现时，被试对具有单一视觉特征的目标的反应变快，即表现出启动效应。这说明位置所引发的启动效应可能需要依赖于所定义目标的特征的重复。在本研究中，我们所发现的位置-价值联结引发的注意捕获只局限于在训练阶段能够定义目标的红色颜色特征。这与Treisman（1992）的观点一致。但本结果似乎和Chelazzi 等（2014）报告的注意偏向能够预测奖励位置的结果相矛盾，可以从两个方面来解释两者结果的不同：第一，在Chelazzi 等（2014）的实验设计中，所有的目标都是白色的，也就是说，只将位置与奖励建立联结。他们发现，即使不存在颜色特征，也会出现基于位置的注意选择效应：测试阶段对高奖励-联结位置呈现的白色目标有更加正确、更快的反应。但在他们研究中，训练阶段的任务目标是搜索在方向上具有唯一性的图形，而颜色不是目标定义的特征。在本研究中，训练阶段要求被试根据颜色搜索目标，并且目标在整个实验中都是不变的，这就使被试将红色特征和不同的位置进行了捆绑，一起去预测不同水平的奖励，这与Chelazzi 等（2014）只将位置-奖励联结能够起到相同的效果。第二，在Chelazzi 等（2014）研究中，测试阶段要求被试搜索的是字母或数字，目标不具有很强的物理突显性。而在本研究中，测试阶段要求被试搜索唯一的形状奇异项，目标在物理上具有突显性，这种搜索奇异项任务需要被试在整个刺激系列中广泛的分配注意，因而更容易观察到捕获效应。