空间视觉化中信息加工的相互干扰作用

杨天奇，毋 琳，崔 怡，郭亚宁，王一飞，徐 宁，武圣君，刘旭峰

(空军军医大学：1军事医学心理学系，2护理系，陕西 西安 710032)

空间认知能力作为军事飞行员的重要胜任特征[1]，在航空心理选拔中一直受到广泛关注。飞行员在飞行活动中，需要同时处理大量空间信息，共用脑区的信息加工过程可能会出现功能互相干扰[2]，容易造成飞行态势误判。空间信息通过连接纹状体、前纹状体和下顶叶区域的视觉背侧通路加工[3-4]，包含运动方向、距离、速度、角度等。空间信息加工的互相干扰已得到广泛证实，如垂直-水平错觉，两条等长的线段，垂直线段比水平线段看上去要长一些[5]；MOSCATELLI等[6]发现运动方向对运动速度感知的影响，相同速度条件下被试认为向下的运动比向上或向右的运动快；晏碧华等[7]发现，飞行员群体相对于普通群体，运动方向对运动时间判断准确性的影响小，说明飞行员能够有效分离运动方向对运动线索感知的影响；HORNER等[8]发现，在运动推断测验中，被试对快速运动的客体到达时间估计的准确性好于慢速运动的客体。

空间能力由空间视觉化、空间定向、空间关系等8个独立因素构成[9]。空间视觉化是对抽象视觉图像的生成、保留和转换[10]，是空间能力的核心组成部分[11]，是飞行心理选拔的重要预测因子[12]。飞行中遇到云层时，飞行员需要根据飞行速度以及机身与云层的相对位置等空间信息来判断何时从云层何处飞入、何时从云层何处飞出[13]，我军飞行员曾经报道在穿云训练科目中出现严重飞行错觉，并最终导致永久停飞的案例[14]。降低在视觉条件较差没有参照物情况下发生飞行错觉的概率，需要重点考察飞行员在空间视觉化中分离加工不同空间信息的能力。

本研究使用简化后的空间视觉化动态测验，考查了运动方向和预定角度对运动时间估计和角度识别准确性的影响，探索在空间视觉化中信息加工的相互干扰，以期丰富空间信息加工理论，并为飞行选拔和训练提供参考。

1 对象与方法

1.1 对象

2022年4月至5月，采用随机抽样的方法，招募空军军医大学31名本科学员参加实验，年龄(19.97±0.93)岁，均为男性，右利手，视力或矫正视力正常，无色盲或色弱现象，无感觉、知觉或运动障碍史，未参加过类似实验。每名被试实验前均阅读了《知情同意书》并签字同意。本研究经空军军医大学西京医院药物临床试验伦理委员会审核批准(许可证号：KY20224106-1)。

1.2 方法

1.2.1 实验材料 实验程序采用Dell P1917S显示器呈现，屏幕为19英寸，刷新率为60 Hz；眼动仪型号为Eyelink 1000 Plus，采样率为1 000 Hz；头托固定，距离显示器70 cm。使用Experiment Builder 2.2.61开发实验程序，在空间视觉化动态测验范式[13]基础上简化。如图1所示，首先指导语提示运动方向(水平向右、水平向左、垂直向下或垂直向上)与预定角度(35°、75°、90°、105°或145°)；之后运动点与目标点出现，二者直径均为0.39 cm，通过设置目标点的不同位置，保证运动点目标点连线与运动方向夹角达到不同预定角度时，运动点运动了相同的距离19.53 cm；随机时间(100～300 ms)后，运动点以提示运动方向匀速运动，速度为1.95 cm/s，运动7.81 cm后运动点完全被灰色遮挡框遮挡，继续以原来的速度和方向运动；要求被试判断运动点目标点连线与运动方向夹角达到预定角度时按空格键。

指导语提示运动方向与预定角度(如145°)；运动点和目标点出现，随机时间后运动点匀速运动，其运动点目标点连线与运动方向夹角随着运动增大；运动点进入灰色遮挡框，运动速度、方向不变；被试判断运动方向与两点连线夹角达到预定角度(如145°)时按空格键。

1.2.2 实验设计 实验采用两因素被试内设计。自变量为运动方向(水平向右、水平向左、垂直向上或垂直向下)和预定角度(35°、75°、90°、105°或145°)。因变量为按键时间与运动点达到预定角度时间偏差的绝对值(absolute deviation of time，ADT)和按键时眼动位置与运动点达到预定角度位置偏差的绝对值(absolute deviation of position，ADP)。ADT=|Te-Ta|，其中Te表示被试按键时间，Ta表示运动点到达预定角度的时间，ADT反映对运动时间估计的准确性，值越小表示准确性越高，在这个过程中，包含对预定角度识别、运动距离判断和运动速度的估计，因此ADT能够反映对角度、距离、速度运动线索识别准确性的综合性评价。ADP=|Pe-Pa|，其中Pe表示按键时眼动位置在运动方向上的坐标值，Pa表示运动点达到预定角度时在运动方向上的坐标值，运动方向为水平方向时，Pe与Pa均为横坐标值，运动方向为垂直方向时，Pe与Pa均为纵坐标值，ADP反映对运动角度识别的准确性，值越小表示准确性越高。

1.2.3 实验流程 第一阶段为测验练习，采用九点校准，每个运动方向、预定角度组合各呈现1个试次，共20个试次。嘱被试指出预定角度判断的方法，待被试理解实验操作后开始正式实验。第二阶段为正式测验，每个运动方向、预定角度组合各呈现5个试次，共100个试次。

1.2.4 统计学分析 使用Data Viewer 4.2.1软件将眼动时间信息与位置信息打包导出，SPSS 19.0软件用于数据统计分析。进行两因素重复测量方差分析检验运动方向和预定角度在ADT和ADP上的主效应及交互作用，并对运动方向、预定角度不同水平进行事后多重比较。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 军校生中运动方向、预定角度对ADT的影响

在军校生中，运动方向、预定角度对ADT的影响如图2所示。运动方向与预定角度交互作用不显著，由于Mauchly球形度检验P<0.05，使用Greenhouse-Geisser矫正值(F=2.015，P=0.058，η2=0.063)。运动方向的主效应显著，由于Mauchly球形度检验P<0.05，使用Greenhouse-Geisser矫正值(F=8.563，P<0.001，η2=0.222)，事后多重比较结果显示：水平向右的ADT小于水平向左(P<0.001)，且小于垂直向上(P<0.001)；垂直向下的ADT小于垂直向上(P=0.003)。预定角度的主效应显著，由于Mauchly球形度检验P<0.05，使用Greenhouse-Geisser矫正值(F=47.936，P<0.001，η2=0.615)，事后多重比较结果显示：75°与90°，105°与145°之间ADT值没有显著差异；其余两两角度ADT值均有显著差异(P<0.05)。运动方向、预定角度各水平ADT平均值、标准差见表1。

ADT：时间偏差的绝对值。

2.2 军校生中运动方向、预定角度对ADP的影响

在军校生中，运动方向、预定角度对ADP的影响如图3所示。运动方向、预定角度交互作用均不显著(F=1.553，P=0.104，η2=0.049)。运动方向的主效应显著(F=10.928，P<0.001，η2=0.267)，事后多重比较结果显示：垂直向下的ADP大于水平向右(P<0.001)、水平向左(P=0.001)和垂直向上(P=0.001)。预定角度的主效应显著(F=5.504，P<0.001，η2=0.155)，事后多重比较结果显示：35°、75°与145°两两之间ADP值没有显著差异；90°与105°，105°与145°之间ADP值没有显著差异；其余两两预定角度ADP值均有显著差异(P<0.05)。运动方向、预定角度各水平ADP平均值、标准差见表1。

ADP：位置偏差的绝对值。

3 讨论

3.1 军校生中运动方向对空间信息加工准确性的影响

本研究发现，军校生对水平向右运动的时间估计准确性好于水平向左和垂直向上；垂直向下运动时间估计准确性好于垂直向上。对空间左侧信息加工的优势，可能源自于大脑右半球对视觉空间信息加工的偏好[15]。常用阅读方向对知觉判断和视觉空间注意的影响也是可能的解释[16]，水平向右与垂直向下的阅读与浏览视线方向在汉语言环境中更加常见，非常用视线方向会影响对速度的准确性估计，从而影响时间的判断[7]。此外，人脑中的重力模型产生的预期作用会干扰垂直方向运动时间估计的准确性[17]。

对于预定角度识别的准确性，个体在水平向右、水平向左和垂直向上运动方向上好于垂直向下。在对运动时间的估计中，需要识别预定角度，判断运动距离并估计运动速度，尽管在垂直向下运动方向条件下对角度识别准确性最差，其运动时间估计准确性却好于垂直向上，反映出垂直向下运动方向条件下对运动距离的判断或运动速度的估计可能相对更准确。

3.2 军校生中预定角度对空间信息加工准确性的影响

在不同预定角度中，军校生呈现出预定角度为90°时，对角度识别的准确性最佳，随着预定角度增大或减小，角度识别准确性逐渐降低的趋势。根据角度扩张理论[18]，双眼视差引起的沿视线的仿射深度压缩会导致对锐角的高估；而个体在可视情境下也存在对钝角低估的现象[19]。

预定角度对运动时间估计准确性的影响，表现为随着角度增大，时间估计准确性呈现出逐渐降低的趋势。预定角度较小时，尽管对角度识别的准确性较差，但对运动时间估计却较好，因此对运动距离的判断或运动速度的估计，预定角度相对较小时可能好于相对较大时。

综上所述，普通人群不能有效分离空间视觉化中空间信息加工的互相影响。研究表明，人脑中颞区(middle temporal area，MT)在感知速度方面发挥着重要作用[20]，研究发现对MT脑区微刺激也会影响对运动方向的判断[21]。此外，角度识别任务中顶叶皮层的神经活动明显增强[22]。对人类和灵长类动物的研究表明，MT脑区是背侧通路的一部分[23]，而顶叶能够整合来自背侧通路的信息[24]。空间信息加工的功能脑区的重合以及共用相同的皮层通路可能是导致空间信息加工相互干扰的原因。飞行活动中高负荷的空间信息处理对飞行员的空间认知能力品质提出比普通人更高的要求，尤其在空间视觉化条件下，飞行员需要通过表象的方式对信息进行抽象加工。因此在飞行选拔和训练活动中，应当加强对空间视觉化中信息加工互相干扰的关注，从一开始就选拔能够有效分离加工空间信息者，能够提高飞行培养效率；或者注重对此方面的训练以提高其自动化加工水平，以降低飞行失误的发生。

本研究也存在一些不足：首先，被试仅包含普通军校生群体，飞行人员能否在视觉化条件下有效分离加工空间信息仍有待进一步研究；其次，分离加工空间信息的能力是适合飞行选拔还是训练仍存在疑问，需要进一步考查能力的可塑性。