视听编码对多目标追踪选择性抑制的影响

朱敬熹 蒲璐萌 芦雪 许意佳 朱慧妍 林睿 张禹

摘 要：前人研究发现在视觉编码下的多目标追踪任务中存在对非目标的抑制机制（Selective Inhibition），即非目标上的点探测成绩远远小于其它区域，且这种抑制机制具有选择性，却没有考察过听觉标记方式对多目标追踪任务的选择性抑制的影响。本实验采用多目标追踪（MOT）与点探测刺激觉察任务相结合的实验范式，采用2（标记方式：视觉序列标记、听觉平行标记）×3（探测出现的位置：目标区域、非目标区域、空白区域）的被试内设计，利用MOT任务与点探测任务相结合的实验范式以探究视听编码对多目标追踪任务中选择性抑制的影响。研究结果表明：（1）视觉平行标记下的追踪正确率与听觉序列标记下的追踪正确率不存在差异。（2）听觉编码下多目标追踪选择性抑制程度比视觉高。

关鍵词：多目标追踪；视听编码；选择性抑制

中图分类号：B842 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0201-06

1 前言

1.1 多目标追踪范式

多目标追踪（Multiple Object Tracking，MOT）（Pysyshyn，1989；Pylyshyn & Storm，1988）是研究动态视觉信息的加工机制的常用范式之一。经典MOT实验范式包括线索、追踪以及反应三个阶段。其中，线索阶段是从多个表面特征相同的对象中标记目标；追踪阶段线索消失，所有对象开始做随机、独立的运动，要求被试追踪目标；在反应阶段，运动停止，要求被试报告哪些对象是目标。研究者发现，大多数被试能够同时追踪4～5个目标，且追踪正确率不低于85%（Pylyshyn & Storm， 1988）。

1.2 多目标追踪任务中的抑制机制

Pylyshyn采用MOT任务与点探测任务相结合的实验范式发现多目标追踪任务中存在对非目标的抑制机制（Selective Inhibition），即非目标上的点探测成绩远远小于其它区域。进一步研究发现，这种抑制机制具有选择性：容易与目标混淆的非目标对追踪任务干扰较大，才会受到抑制，而其他容易与目标区分开来的非目标则不受抑制（Pylyshyn， Haladjian，King & Reilly，2008）。

研究发现，这种选择性抑制机制包括返回抑制中基于客体的抑制（Kunar，Humphreys，Smith & Watson，2003； Waston & Humphreys，1997，2000）和视觉标记中基于特征的抑制（Jiang，Chun，&Mark，2002；Olivers & Humphreys， 2003；Waston & Humphreys，2002；郝芳，傅小兰，2006）。基于客体的抑制指MOT任务中抑制始终与被标记的非目标相绑定，即抑制发生在视觉客体上；基于特征的抑制指抑制以一种全局的方式指向非目标，即抑制发生在具有某种共同特征（形状、颜色等）的对象上。以往研究表明，对非目标的抑制是基于客体的（Flombaum，Scholl&Pylyshyn），但对于与目标容易混淆的非目标会增加基于特征的抑制（张学民，刘冰，鲁学明，2009）。还有研究发现，MOT任务中对非目标的选择性抑制机制受到追踪难度和目标标记方式的影响（魏柳青，张学民，2013；张学民，鲁学明，魏柳青，2011）。

1.3 视听编码

在以往研究中，多目标追踪任务中的线索阶段基本是由单一的视觉方式——视觉平行标记呈现的。多目标追踪范式在线索阶段基本都采用目标闪烁数次的方式对目标进行标记（Pylyshyn &Storm，1988；张学民，刘冰，鲁学明，2009）。人类获取的外界信息80%来自视觉，而真实化的情境中，视觉与听觉信息通常是同时呈现的。已有研究表明，在追踪难度较大的情况（目标数量≥5）下，听觉通道对视觉通道的信息加工进行了有效补偿和强化，促进了目标的编码，使目标标记更有效，由此提高了追踪成绩，并且在目标呈现时间足够充分时，视觉平行标记的追踪正确率与视觉序列标记无显著差异（魏柳青，张学民，2013）。但并没有研究考虑到视听跨通道的编码方式对追踪抑制情况的影响。本研究拟探讨线索阶段目标的视觉平行标记方式和视听跨通道标记方式对多目标追踪选择性抑制情况的影响。

1.4 实验假设

（1）视觉平行标记下的追踪正确率与听觉序列标记下的追踪正确率存在差异；

（2）视听编码方式对多目标追踪选择性抑制存在影响。

2 研究方法

2.1 被试

被试为北京体育大学在校学生32名，其中2名被试由于追踪正确率、探测刺激觉察率未达到标准（追踪正确率≥50%，探测刺激觉察率≥50%），5名被试由于未能完成实验被删除。有效被试25名，其中男生11人，女生14人，年龄范围17-21岁（平均年龄M±SD=18.33±1.13岁），所有被试均为右利手，视力或矫正视力正常，颜色知觉正常。

2.2 实验设计

采用2（标记方式：视觉序列标记、听觉序列标记）×3（探测出现的位置：目标、非目标、空白）的被试内设计。因变量为探测刺激觉察率，追踪正确率和抑制量。其中无追踪任务是作为基线水平，排除四个不同位置的物理属性差异对探测刺激觉察率的影响。用无追踪任务下的觉察率减去追踪任务中的觉察率，即为抑制量（Pylyshyn，2006）。在无追踪任务中，所有情况与追踪任务相同，只是在每一试次开始时没有目标闪烁的阶段，结束后不需要被试报告目标。

2.3 实验仪器与材料

实验仪器为Dell笔记本，显示设备为14寸，1920*1080分辨率。屏幕分辨率设定为1024×768pixel，采用C#编程语言对微软GDI+图形接口进行编程。显示屏距被试双眼约50cm，刺激呈现区域为屏幕中央800×600pixel（水平视角85°，垂直视角66°）的白色方框（宽度2pixel，约为0.2°），背景均为黑色。

运动对象为直径40pixel（约37.5°）的圆环，有2pixel的白色轮廓，内部填充色与背景一致的黑色。圆环内部填充数字大小约为19.78pixel（约为1.85°，字高），居于圆环中央。探测刺激是直径为8pixel（约0.8°）的红色实心圆，呈现在对象的中心。对象运动过程中与红色探测点互不遮挡，若碰撞即弹开。在追踪区域的中心始终有一个黄色的十字形注视点。所有运动对象的初始呈现方位随机化，两两之间的圆心距离均大于80pixel，且互不遮挡。所有运动对象的初始位置距离追踪区域边框也不小于80pixel。对象运动过程中与中央黄色十字注视点互不遮挡，若碰撞即弹开。

2.4 实验程序

被试首先进行无追踪任务。每种实验条件各8试次，三种探测刺激出现的位置共24次。其中一半有探测刺激出现，所有试次顺序随机呈现。无追踪任务完成后，被试进行追踪任务。在追踪任务中，探测刺激可能出现的三种位置条件与无追踪任务相同，每种条件15试次，三种实验处理共45次，其中一半有探测刺激出现，所有试次顺序随机呈现。

在视觉序列标记条件下，被试按空格键开始实验，9个静止的圆环呈现在屏幕上，每个圆环内分别填数字0-8，其中四个目标是同时闪烁的，每个圆环闪烁2.4s，频率为3次/s。闪烁停止后，所有圆环静止呈现1s之后，圆环内的数字消失，圆环表面特征变得完全相同。与此同时，9个圆环开始做随机的、独立的运动，要求被试追踪目标。探测刺激（红点）在运动后的2s到4s之间随机呈现在目标/非目标的中央以及空白区域，呈现时间为141ms（6帧），5s后运动停止，要求被试选择目标，选择时间为20s，选择完成后被试回答是否发现探测刺激，若发现按Y键，未发现按N键。接着按空格键开始进行下一试次。

然后被试进行听觉条件下的实验，在线索阶段以听觉形式告知被试哪些圆环是需要追踪的目标。在该条件下，给被试戴上耳机，实验开始后，被试戴上耳机，耳机里会有一个声音依次读出4个数字，有相应数字的圆环即为被试需要追踪的目标，数字读速均匀，每0.6s均匀只读出一个数字，4个数字都读完后，停留1s，随后之后的过程与视觉序列标记条件下均相同。

每30次要求被试休息2分钟，两种任务正式实验前均有3次练习以保证被试熟悉实验过程。实验总次数为221次，整个实验过程大约需要50分钟。具体实验过程见图1。

2.5 实验结果

2.5.1 追踪正确率

追踪正确率如表1所示。对追踪正确率进行2（目标标记方式：视觉平行标记和听觉序列标记）×3（探测刺激出现位置：目标、非目标和空白）重复测量方差分析发现：目标标记方式主效应不显著，F（1，24）=1.737，p=0.200；探测刺激出现位置主效应不显著，F（2，48）=0.293，p=0.747；两因素交互作用不显著，F（2，48）=1.785，p=0.179。

2.5.2 探测刺激觉察率

探测刺激觉察率如表2所示。对探测刺激觉察率进行2（目标标记方式：视觉平行标记和听觉序列标记）×3（探测刺激出现位置：目标、非目标和空白）重复测量方差分析发现：目标标记方式主效应显著，F（1，24）=4.699，p=0.040， ηp2=0.164；探测刺激出现位置主效应显著，F（2，48）=10.391， p<0.001，ηp2=0.493；两因素交互作用不显著，F（2，48）= 1.760，p=0.183。视觉平行标记的探测刺激觉察率显著大于听觉序列标记（MD=0.036，p=0.040）。对探测刺激出现位置主效应进行事后比较发现：目标区的探测刺激觉察率显著大于非目标区（MD=0.043，p=0.015）；空白区的探测刺激觉察率显著大于非目标区（MD=0.069，p<0.001）；而目标区与空白区的探测刺激觉察率的差异边缘显著（MD=-0.027， p=0.096）。

2.5.3 抑制量

抑制量如图2所示。

对抑制量进行2（目标标记方式：视觉平行标记和听觉序列标记）×3（探测刺激出现位置：目标、非目标和空白）重复测量方差分析发现：目标标记方式主效应显著，F（1，24）=4.917，p=0.036，ηp2=0.170；探测刺激出现位置主效应显著，F（2，48）=10.874，p<0.001，ηp2=0.312；两因素交互作用不显著，F（2，48）=1.634，p=0.206。听觉序列标记的抑制量显著大于视觉平行标记（MD=0.037，p=0.036）。事后比较发现，目标区的抑制量显著小于非目标区（MD=-0.042，p= 0.015）；空白区的抑制量显著小于非目标区（MD=-0.073，p<0.001）；目标区和非目标区的抑制量差异边缘显著（MD= 0.032，p=0.063）。

3 討论

3.1 视听编码对多目标追踪表现的影响

前人研究表明，在目标呈现时间足够充分时，视觉平行标记的追踪正确率与视觉序列标记无显著差异（魏柳青，张学民，2013）。在本研究中，实验结果并未表明视听编码方式对追踪表现有显著影响，原因可能在于追踪任务的难度较小，即非目标数量较少。在以往有关多目标追踪的研究中，前人的实验设计多以12个圆环，4个目标圆环，8个非目标为主。而本研究采用9个圆环，4个目标，5个非目标。因此，无论是视觉编码方式还是听觉编码方式，被试都能较好地完成追踪任务。本研究在多目标追踪的线索阶段赋予每个对象以独特的身份特征：在视觉标记条件下，需要追踪的对象闪烁数次被标记为目标；而在视听跨通道标记（简称听觉标记）条件下，被试仅接收到听觉输入的目标对象身份信息，然后需要对信息进行跨通道地转换，再用视觉通道对目标进行追踪，一定程度上占用了注意资源。但在本研究中，即任务难度较小时，注意资源在不同通道、不同对象间的分配不会形成竞争，因此，无论以视觉通道还是听觉通道对线索进行标记，被试都能较好地完成追踪任务。并且同样由于任务难度较小，在视听跨通道信息转换的过程中不易出现误差或加工困难，也不易出现对目标标记不牢固的现象，很大程度上也导致了不同编码方式下的追踪表现并没有显著差异。

3.2 视听编码对多目标追踪选择性抑制的影响

与前人研究一致的是，目标区、空白区的探测刺激觉察率显著大于非目标区，表明了被试为了更好的完成追踪任务，对非目标进行了有效地抑制（Pylyshyn，Haladjian， King&Reilly，2008）。在本研究中，视觉平行编码下的探测刺激觉察率显著高于听觉序列编码，而且听觉序列编码方式下的抑制量显著大于视觉平行编码。所以听觉编码下的选择性抑制显著高于视觉编码。原因可能是以下三点：第一，听觉序列编码方式下，被试需要在对听觉信息进行加工的基础上通过视觉搜索确定目标方位，存在一个跨通道信息转换的过程，该过程不可能发生在前注意阶段，但在视觉平行编码方式下，不排除目标标记发生在前注意阶段的可能性，所以在追踪过程中，注意资源更加充足，更容易觉察到探测刺激的出现（魏柳青，张学民，2013）。第二，在听觉编码下，被试需要先对听觉通道输入的信息进行加工，再通过视觉通道确定目标方位，使得被试对目标进行了更有效、更深层次地加工。第三，短时记忆的编码方式以听觉为主，长时记忆以视觉编码方式为主，本实验中每一个试次在20s左右，即短时记忆，其中听觉编码的加工优先于视觉编码，使得被试在听觉编码下对非目标的抑制情况更为显著。

4 结论

（1）视觉编码和听觉编码下的追踪正确率并无显著差异；

（2）听觉编码下的选择性抑制程度显著大于视觉编码。

5 不足与展望

在本实验中，由于分心物的数量较少（本实验中的分心物为5个，前人实验中为8个），使得任务难度较简单，未能得出视觉编码下的追踪正确率大于听觉编码的结论。在以后的研究中，应注意不同任务难度对追踪正确率以及抑制情况的影响。

本研究结果表明听觉编码下的选择性抑制程度显著大于视觉编码，但缺乏神经生理方面的研究依据，未来可借助眼动仪等仪器来研究不同编码对于多目标追踪眼动轨迹以及抑制程度的影响。

6 致谢

感谢项目指导老师张禹老师的督促指导，从课题的选择到项目的完成，始终尽职尽责，提供专业的指导意见，督促我完成实验，没有老师的悉心指导，实验就无法顺利进行。感谢小组成员的支持，在项目进行过程中遇到了很多困难，你们都没有放弃，一直给我鼓励和支持，给了我继续完成实验的信心。感谢冯苏婷学姐、王静学姐等人，为我们提供了理论上的指导，你们都无私地提供帮助，有了你们的帮助，实验才能完成。

7 附录

调查问卷：

您好！本问卷主要涉及您平时参加运动及玩游戏的情况。您填写的内容仅供研究使用，研究结果仅以数据呈现，填写内容将保密，请放心填写。感谢您的参与！

6.运动频率：一周次，一次小时。

我们会选取一部分同学参加我们的后续实验，实验结束后会有复习资料以及精美礼品相送，所以来的时候别忘记带优盘哦。下面是之后两周的时间表，请您根据个人情况在空闲的时间段打勾，尽可能多标记出几个时间段，这样方便我们安排时间（表3）。

感谢您的参与！

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