工作記憶表征引導視覺注意選擇的眼動研究*

2013-01-31 01:20:04

心理學報 2013年2期

(1廣州大學教育學院/心理與腦科學研究中心, 廣州 510006) (2華南師范大學心理學院, 廣州 510631)

1 前言

工作記憶在視覺選擇注意中所扮演的角色是研究者們一直關注的重點問題。大多數注意理論認為：視覺搜索過程中, 工作記憶會儲存靶子刺激的模板, 并提供靶子模板與外界刺激進行匹配的場所(如Desimone & Duncan, 1995; Duncan & Humphreys,1989)。近年來研究發現, 工作記憶中不僅與任務相關的靶子模板能自上而下地引導注意偏向到視覺情境中相之相同或相似的刺激(Chelazzi, Miller,Duncan, & Desimone, 1993; 2001), 而且與任務無關的工作記憶表征亦能引導注意偏向到與之具有共同特征的視覺刺激(Downing, 2000; Olivers,Meijer, & Theeuwes, 2006; Soto, Heinke, Humphreys,& Blanco, 2005; Soto & Humphreys, 2008, 2009;Soto, Humphreys, & Heinke, 2006; 白學軍等, 2011;潘毅, 許百華, 金紅軍, 劉偉, 2010; 張豹, 金志成,陳彩琦, 2008)。

無關工作記憶表征對視覺注意選擇的引導效應得到了Soto等人(2005, 2006, 2009)一系列研究的證實。在Soto等人的雙任務范式實驗中, 通常讓被試先記住一個圖形, 然后在圖形保持階段完成一個視覺搜索任務。結果發現當先前記住的圖形在視覺搜索任務中再次呈現時, 該圖形會捕獲視覺注意,即使它在視覺搜索任務中總作為干擾刺激。更為重要的是, Soto等認為該引導效應是較為自動化的過程(Soto, Hodsoll, Rotshtein, & Humphreys, 2008),廣泛地存在于視覺注意的早期階段(Soto等, 2005),Pop-out視覺搜索(Soto等, 2006), 較大的注意負荷(Soto & Humphreys, 2008)等多種情境中。

但上述基于工作記憶表征的注意引導效應是否存在尚有爭議。例如 Downing和 Dodds (2004)采用與Soto等人(2005)相同的實驗范式, 但在記憶階段要求被試同時保持靶子刺激與另一個非靶子刺激, 結果當非靶子刺激在視覺搜索任務中再次出現時, 并沒有發現其對注意的引導效應。這一結果還得到了眼動研究(Houtkamp & Roelfsema, 2006)及ERP研究(Peters, Goebel, & Roelfsema, 2009)結果的支持, 因而他們推斷無關工作記憶表征不能引導注意選擇(Peters et al., 2009)。

對于上述爭議, Olivers (2009)通過系列實驗分析并驗證了多種可能因素后, 實驗5發現視覺搜索類型(或由視覺搜索類型引發的工作記憶表征狀態,見綜述 Olivers, Peters, Houtkamp, & Roelfsema,2011)是導致爭議結果的主要因素。在觀察到引導效應的實驗中(如Soto et al., 2005, 2006), 視覺搜索靶子預先設定并在整個實驗中保持恒定。此類視覺搜索任務的靶子模板不需要存儲在工作記憶中, 不參與工作記憶資源的競爭(Carlisle, Arita, Pardo, &Woodman, 2011; Woodman, Luck, & Schall, 2007),因此貯存在工作記憶中刺激有足夠的資源來構建一個強健而充分激活的記憶表征(Olivers, 2009)。一旦視覺搜索中出現與該記憶表征匹配的刺激時, 該刺激就很容易捕獲注意。而在沒有觀察到引導效應的實驗中(如Downing & Dodds, 2004; Houtkamp &Roelfsema, 2006; Peters et al., 2009), 視覺搜索靶子不斷隨機變化。此類視覺搜索任務的靶子模板必需保持在工作記憶中(Carlisle et al., 2011; Woodman& Arita, 2011; Woodman et al., 2007), 且處于優先狀態, 從而會阻斷其他無關工作記憶表征對注意的引導(Peters et al., 2009)。

但經分析后發現, 在 Olivers (2009)關鍵性的實驗 5中可能有以下幾個因素會對實驗結果產生影響：

(1)知覺難度對引導效應的影響(Han & Kim,2009)。實驗中所采用的兩種視覺搜索任務的知覺難度不同, 即固定靶子搜索類型下搜索特定開口方向的圓環可能比變化靶子搜索類型下搜索特定顏色的圓環難度要大。

(2)工作記憶負載對引導效應的影響(Zhang, B.,Zhang, J.X., Huang, Kong, & Wang, 2011)。實驗中兩種視覺搜索類型的測試中工作記憶負載不同, 即在變化靶子的測試中需要記住兩個項目, 負載為2,而固定靶子的測試中工作記憶只需保持一個項目,負載為 1。同樣, 在觀察到引導效應的實驗中工作記憶負載通常為1(如Soto et al., 2005, 2006), 而在沒有觀察到引導效應的實驗中工作記憶負載通常為2(如Downing & Dodds, 2004; Houtkamp &Roelfsema, 2006; Peters et al., 2009)。

(3)策略或認知控制因素對引導效應的影響(Carlisle & Woodman, 2011; Han & Kim, 2009)?；诠ぷ饔洃洷碚鞯淖⒁庖龑前l生在視覺搜索的早期階段較為自動化的過程(Soto et al., 2005, 2006,2008), 而目前大部分實驗結果主要依據視覺搜索的行為反應時指標。視覺搜索時間反映了個體從視覺刺激的知覺、序列掃描、匹配、決策到反應執行一系列過程, 期間容易受到諸如策略(Carlisle &Woodman, 2011)或認知控制(Han & Kim, 2009)等因素的影響。

因此, Olivers (2009)的研究結果并不能強有力地證明視覺搜索類型解釋或工作記憶表征狀態解釋是決定以往實驗中能否觀察到引導效應的真正原因。

眼動技術是認知研究中的一項重要技術, 過去幾十年大量的研究證實了注意與眼跳之間的緊密聯系, 例如研究發現每一次眼跳之前, 眼睛將要著陸的位置上的知覺加工會被顯著增強(Deubel &Schneider, 1996; Hoffman & Subramaniam, 1995;Kowler, Anderson, Dosher, & Blaser, 1995)。通過眼動儀所記錄的眼動模式能即時地獲得視覺搜索過程注意選擇的時間信息與空間信息, 因此亦被用來研究工作記憶表征對注意的引導效應 (Soto et al.,2005, 2006; Olivers et al., 2006; Houtkamp &Roelfsema, 2006)。眼動指標能實時地反映視覺搜索過程中外顯注意的動態轉移軌跡, 相對于反應時或正確率等行為指標來說, 它能反映更為精細的視覺加工信息, 甚至不同于反應時或正確率指標的信息(Geyer, Von Mühlenen, & Müller, 2007)。例如首次注視點所提供的空間信息能更客觀、純凈地反映視覺搜索早期階段較為自動化的注意引導效應(Soto et al., 2005, 2006), 從而減少視覺搜索后期來自策略(Carlisle & Woodman, 2011)或認知控制(Han & Kim,2009)等因素的影響。

綜上所述, 為了深入了解工作記憶表征引導視覺注意選擇的產生機制及其制約因素, 有必要采用更為嚴格的實驗設計, 更為客觀的因變量指標, 來重新探究導致以往研究中沒有觀察到注意引導效應的實質原因。因此, 在Olivers (2009)實驗5的基礎上, 平衡各實驗條件下視覺搜索任務的知覺難度(實驗 1)與工作記憶負載(實驗 2), 采用眼動記錄技術實時記錄被試在視覺搜索過程中的注意空間配置, 同時以反應時和首次注視點百分率為指標, 重新考察與評估不同視覺搜索類型下工作記憶表征能否引導視覺注意選擇。

2 實驗1 控制視覺搜索的知覺難度后的注意引導效應

實驗1在Olivers (2009)實驗5的基礎上, 平衡視覺搜索任務的知覺難度, 重新評估與驗證視覺搜索類型對基于工作記憶表征的注意引導效應的影響。因此在本實驗的所有測試中, 視覺搜索任務皆為搜索特定的彩色幾何圖形。

另外為了防止言語工作記憶(Soto &Humphreys, 2007)及言語抑制任務所帶來的額外負載(Soto & Humphreys, 2008)對注意引導的影響, 本研究采用 Olivers等(2006)實驗中的所用方法來控制被試在記憶階段對刺激進行言語編碼(具體操作方法見程序部分)。

2.1 方法

2.1.1 被試

選取大學生被試12名(男生5人), 年齡在19～24歲之間, 平均年齡21.6歲, 視力或矯正視力正常, 色覺正常。所有被試均未參加過類似實驗, 實驗后給予報酬。

2.1.2 儀器與材料

實驗在微暗的單間隔音實驗室里進行, 刺激呈現在17英寸CRT顯視器上(分辨率為1024×768, 刷新頻率為85 Hz), 屏幕背景為灰色。程序采用E-Prime 1.1編程與運行。記憶刺激是大小為 1.5°×1.5°視角, 線的寬度為 0.2°視角的方框, 邊框顏色包括藍、綠、紅、黃、粉、青、橙七種顏色, 每種顏色包括三種不同的飽和度。搜索刺激由向上或向下開口朝向的方框構成, 開口的寬度為0.5°視角, 大小和顏色與記憶刺激相同。

采用 Eyelink1000 (SR Research, Ontario,Canada)眼動儀采集眼動數據, 采樣頻率為500 Hz。

2.1.3 程序

被試坐在離屏幕約57 cm的位置。如圖1所示, 每個測試包括3個階段。首先為記憶階段, 首先在屏幕中央呈現一個“+”作為注視點, 隨后注視點上下 2°視角處各呈現一個顏色彼此不同的方框2000 ms, 其中上方的圖形為隨后視覺搜索任務的靶子, 下方圖形要求被試記住直到記憶探測刺激出現(下稱記憶刺激)。間隔1000 ms后進入視覺搜索階段。視覺搜索刺激由兩個開口向上和兩個開口向下的方框組成。方框顏色各不相同, 分布在一個半徑為6°視角的假想表盤上, 四個位置分別對應1、4、7、10點鐘或2、5、8、11點鐘。被試任務是在3000 ms內快速找出其中的靶子顏色, 并準確判斷其開口朝向(向上按“S”鍵, 向下按“F”鍵)。檢測到反應或超過 3000 ms后搜索刺激即刻消失,消失后1000ms進入記憶探測階段。記憶探測階段屏幕上出現同種顏色不同飽和度的三個記憶探測刺激, 要求被試準確判斷哪一個刺激與之前要求記住的刺激相同, 并按“J”、“K”、“L”進行相應的選擇。這樣操作可用來有效防止被試對方框顏色進行言語編碼(Olivers et al., 2006)。被試自主按鍵進入下一輪測試。

根據記憶項目與搜索刺激的關系, 實驗包括兩種匹配類型：50%的測試為干擾刺激匹配條件, 即記憶項目與隨后視覺搜索中的一個干擾刺激相同;50%的測試為控制條件, 即記憶項目不出現在隨后視覺搜索中。實驗分為兩個區組：一個區組的測試采用變化靶子類型的視覺搜索, 即在記憶階段注視點上方的方框顏色(視覺搜索靶子)不斷隨機變化;另一個區組的測試采用固定靶子的視覺搜索, 即在記憶階段注視點上方的圖形恒定為某一刺激(例如藍色方框), 并在區組開始前告之被試。每個區組包括40次練習測試和160次正式測試。在被試間對區組的順序進行平衡。

采用眼動儀同步記錄被試右眼的眼動軌跡。每個區組之前, 或被試休息之后都采用9點矩陣進行調節和校正。在每次測試開始的注視點出現時進行漂移校正, 并要求被試在啟動視覺搜索任務之前將眼睛保持在注視點位置(注視點為中心 1.5度視角的范圍內皆可授受)。

實驗設計為2 (視覺搜索類型：固定靶子vs.變化靶子) × 2 (匹配類型：干擾刺激匹配條件vs.控制條件)被試內設計。

圖1 實驗1測試流程圖示

2.2 結果與討論

所有數據用SPSS 11.5進行分析, 固定靶子和變化靶子條件下視覺搜索任務的正確率分別為99.33%、97.75% (由于視覺搜索任務的正確率比較高, 故不對搜索正確率進行分析); 記憶任務的正確率分別為 82.23%、78.00%, 與 Olivers等(2006)采用相同的操作時的正確率相近。由于本研究只關注工作記憶內容對視覺注意選擇的導向作用, 故本研究所有實驗只對視覺搜索任務正確的測試的搜索反應時及首次注視點百分率進行進一步分析, 反應時數據剔除標準為3個標準差以外的極端數據。

2.2.1 反應時數據分析

反應時數據納入 2×2重復測量方差分析, 結果表明(如圖 2左所示)：視覺搜索類型的主效應顯著,

(1, 11)=87.58,

< 0.001,固定靶子條件下的反應時要顯著長于變化靶子條件; 匹配類型的主效應顯著,

(1, 11)=10.50,

<0.01, 兩者交互作用亦顯著,

(1, 11)=7.39,

<0.05。進一步簡單效應檢驗表明：當視覺搜索為固定靶子類型時, 干擾刺激匹配條件下的平均反應時顯著長于控制條件(1304 ms vs.1200 ms), 出現了顯著的引導效應(104ms); 而當視覺搜索為變化靶子類型時, 兩者差異不顯著(914 ms vs.902 ms), 沒有發現引導效應(12 ms)。

2.2.2 首次注視點百分率分析

對視覺搜索過程中眼動數據進行分析。由于本研究主要關注視覺搜索早期的注意捕獲, 故只分析首次注視點落在興趣刺激上的百分率。興趣刺激分為兩種：一種是在干擾刺激匹配條件下與記憶項目相同的干擾刺激(與Olivers et al., 2006相同); 另一種是控制條件下特定的干擾刺激, 這一刺激為程序中事先指定, 與其他干擾刺激無異, 但其出現的位置和頻率與干擾刺激匹配條件下興趣刺激相匹配, 用于后期數據分析的基線。興趣刺激的興趣區被定義為以興趣刺激為中心, 邊長為 1.2°視角的正方形區域內。將落在興趣刺激的興趣區內的首次注視點百分率納入2×2重復測量方差分析, 結果發現(如圖1右所示)：視覺搜索類型的主效應顯著,

(1, 11)=71.77,

< 0.05; 匹配類型的主效應顯著,

(1, 11)=60.99,

< 0.05, 而且兩者交互作用亦顯著,

(1, 11)=12.57,

< 0.05。進一步簡單效應檢驗發現, 不管視覺搜索類型為固定靶子還是變化靶子, 干擾刺激匹配條件下的興趣刺激都比控制條件下的興趣刺激要捕獲更多的首次注視點(固定靶子：38.02% vs.16.56%; 變化靶子：10.31% vs.4.48%), 即都出現了顯著的引導效應; 但固定靶子視覺搜索類型下的引導效應要顯著大于變化靶子視覺搜索類型下的引導效應(21.46% vs.5.83%),

(11)=3.55,

<0.05。

由以上分析可知, 當平衡各條件下視覺搜索的知覺難度之后, 在反應時指標上再次驗證了Olivers (2009)的實驗結果, 即引導效應只出現在固定靶子類型的視覺搜索任務中, 而沒有出現在變化靶子類型的視覺搜索任務中。但與反應時結果不一致的是, 在對首次注視點百分率進行分析卻發現,不僅在固定靶子類型的視覺搜索任務中發現了顯著的引導效應, 而且在變化靶子類型的視覺搜索任務中亦發現了顯著的引導效應。因為首次注視點指標反映的是視覺搜索的早期階段的注意定向, 故實驗1的結果說明在視覺搜索的早期階段, 變化靶子類型的視覺搜索任務中與工作記憶表征匹配的干擾刺激確實能捕獲更多的注意。但在隨后視覺搜索過程中, 此引導效應被其他一些因素掩蓋, 從而在較晚的反應時指標上顯現不出來。

圖2 實驗1各條件下的平均反應時與平均首次注視點百分率

此外, 結果還發現固定靶子條件下視覺搜索時間要顯著長于變化靶子條件, 這可能與兩種視覺搜索類型下靶子的存儲狀態有關。根據 Woodman等人(2007)的觀點, 當視覺搜索靶子不斷變化時, 靶子模板位于工作記憶中, 且處于積極狀態, 而當視覺搜索靶子保持固定時, 靶子模板可能處于工作記憶之外的長時記憶中, 因而前者相對于后者而言,靶子模板在視覺搜索過程中具有更強的注意捕獲能力, 從而促進被試更快地完成對靶子刺激的檢測。為了檢驗兩種類型的視覺搜索靶子對注意的捕獲能力的差異, 本研究對視覺搜索靶子捕獲首次注視點的百分率進行分析。2×2重復測量方差分析發現, 搜索類型的主效應顯著,

(1, 11)=218.63,

<0.001; 匹配類型的主效應顯著,

(1, 11)=22.47,

< 0.005, 但兩者交互作用不顯著。與上述解釋一致,此結果表明變化靶子條件下的靶子模板對注意的捕獲能力顯著強于固定靶子條件下的靶子模板(57.24% vs.15.99%)。

總的來說, 不管是反應時指標, 還是首次注視點百分率指標, 實驗1的結果發現固定靶子類型的視覺搜索任務下的引導效應要顯著強于變化靶子類型的視覺搜索任務, 似乎說明引導效應受到視覺搜索類型的調節。但正如前言中的分析, 在實驗1、Olivers (2009)的實驗5及以往有關引導效應不一致結果的實驗中(如 Downing & Dodds, 2004;Houtkamp et al., 2006; Soto et al., 2005, 2006), 除了視覺搜索類型不同之外, 記憶階段的工作記憶負載亦不相同。因此實驗2在實驗1的基礎上, 平衡兩種不同視覺搜索類型測試中的工作記憶負載, 以進一步評估視覺搜索類型和工作記憶負載對注意引導效應的影響。

3 實驗2 控制工作記憶負載后的注意引導效應

3.1 方法

3.1.1 被試

另選取大學生被試 11名(男生 5人),年齡在20～24歲之間, 平均年齡21.9歲, 視力或矯正視力正常, 色覺正常。所有被試均未參加過類似實驗, 實驗后給予報酬。

3.1.2 儀器與材料

同實驗1

3.1.3 程序

實驗程序與實驗1相似, 只是固定靶子的視覺搜索任務所在的區組有所不同, 其中變化包括：(1)在該區組開始時, 隨機選擇一種刺激(例如“藍色方框”)作為視覺搜索靶子, 并提前告之被試在這一區組中的視覺搜索靶子固定為該刺激; (2)該組測試中, 在記憶階段注視點上下方的刺激均作為記憶刺激, 要求被試記住(工作記憶負載為 2), 并與實驗1一致, 在50%的測試中, 注視點下方的刺激在視覺搜索階段作為干擾刺激再次出現; (3)記憶探測階段, 隨機選擇記憶階段的其中一個刺激顏色進行探測。

3.2 結果與討論

實驗2固定靶子和變化靶子條件下視覺搜索任務的正確率分別為98.73%、96.27%, 記憶任務的正確率分別為76.73%、77.36%。

3.2.1 反應時數據分析

反應時的方差分析表明(如圖2左所示)：搜索類型的主效應不顯著,

(1, 10)=2.95,

=0.11, 匹配類型的主效應顯著,

(1, 10)=22.34,

< 0.05, 視覺搜索類型和匹配類型的交互作用顯著,

(1, 10)=4.97,

< 0.05。進一步簡單效應檢驗表明：當視覺搜索為固定靶子類型時, 干擾刺激匹配條件下的平均反應時顯著長于控制條件(1175 ms vs.1123 ms), 出現了顯著的引導效應(52 ms); 而當視覺搜索為變化靶子類型時, 兩者差異不顯著(1053 ms vs.1044 ms), 沒有發現引導效應(8 ms)。

3.2.2 首次注視點百分率分析

(1)落在干擾刺激上的首次注視點百分率分析：2×2的方差分析發現(如圖2右所示)：視覺搜索類型的主效應顯著,

(1,10)=14.77,

<0.05; 匹配類型的主效應顯著,

(1,10)=13.03,

<0.05, 但兩者交互作用不顯著,

(1,10)=0.02。此結果表明兩種視覺搜索類型下干擾刺激匹配條件下的興趣刺激都比控制條件下的興趣刺激要捕獲更多的首次注視點(固定靶子：18.30%vs.12.73%; 變化靶子：11.70% vs.5.80%), 即都出現了顯著的引導效應, 且引導效應在兩種不同的視覺搜索類型中差異不顯著(5.57% vs.5.91%),

(10)=0.15,

>0.8。

圖3 實驗2各條件下的平均反應時與平均首次注視點百分率

由以上分析可知, 基于反應時指標的結果與實驗1一致, 即在固定靶子的視覺搜索任務中出現了顯著的引導效應, 而在變化靶子的視覺搜索任務中引導效應消失。而基于首次注視點百分率的結果卻發現, 雖然兩種視覺搜索類型下也都出現了引導效應, 但沒有發現量值上的顯著差異, 這表明實驗 2中的引導效應并未受到視覺搜索類型的影響。

(2)落在靶子刺激上的首次注視點百分率分析：2×2的方差分析發現, 視覺搜索類型的主效應顯著,

(1, 10)=33.11,

<0.001; 匹配類型的主效應顯著,

(1, 10)=27.86,

<0.001, 但兩者交互作用不顯著。實驗2的結果再次證明變化靶子條件下的靶子模板比固定靶子條件下的靶子模板具有更強的注意捕獲能力(42.39% vs.21.08%)。另外, 通過實驗間的比較發現, 相對于實驗 1來說, 實驗2固定靶子類型的視覺搜索任務中的引導效應顯著減弱(首次注視點百分率：21.46% vs.5.57%,

(21)=3.48,

< 0.05, 反應時指標亦有減少的趨勢, 104ms vs.52 ms,

(21)=1.74,

=0.096),這表明固定靶子類型的視覺搜索條件下的引導效應受到工作記憶負載的影響, 即隨著工作記憶負載的增加, 引導效應顯著減少。

4 總討論

本研究通過2個實驗考察了不同視覺搜索類型下基于工作記憶表征的注意引導效應, 以重新驗證視覺搜索類型是否是決定注意引導效應出現的決定性因素。實驗1在Olivers (2009)實驗5的基礎上控制視覺搜索的知覺難度這一無關變量之后, 基于反應時的結果發現引導效應只出現在視覺搜索靶子固定的情境下, 重復了Olivers (2009)的實驗5的結果。但基于首次注視點百分率的結果卻在固定靶子與變化靶子兩種視覺搜索任務中都發現了引導效應的存在, 這一結果表明在視覺搜索的早期階段,即使視覺搜索的靶子不斷變化, 存儲在工作記憶中的無關記憶表征仍然能捕獲更多的注意。為了更深入地評估視覺搜索類型在引導效應中的作用, 實驗2進一步平衡兩種視覺搜索任務中的工作記憶負載,與實驗1的結果一樣, 基于反應時的結果依然只在固定靶子類型的視覺搜索任務中發現了引導效應,而基于首次注視點百分率的結果卻在兩種視覺搜索任務中都發現了引導效應。但與實驗1相比, 實驗2在固定靶子類型的視覺搜索任務中的引導效應顯著減弱, 并與變化靶子類型的視覺搜索任務中的引導效應沒有量上的差異。

首先從因變量指標來看, 反應時指標與眼動指標所發現的結果并不一致。差異主要體現在視覺搜索為變化靶子類型時, 實驗1與實驗2中以首次注視點百分率為指標時發現的引導效應在反應時指標上消失了。這種差異可能源于行為反應時容易受到諸如策略或認知控制等因素的影響所致。如前言所述, 首次注視點百分率反映的是視覺搜索早期階段注意的自動偏向, 而反應時指標反映的是被試對視覺搜索任務最終行為決策的結果, 行為決策涉及到刺激輸入與選擇, 注意分配與轉移, 刺激辨別與匹配以及反應選擇與輸出等一系列非常復雜過程,期間容易受到無關因素的影響。在實驗1與實驗2中, 視覺搜索早期階段產生的注意引導效應可能在隨后受到策略或認知控制的調節, 從而導致在晚期的反應時指標上反映不出來。這種解釋得到了一些實驗證據的支持。例如Han和Kim (2009)在知覺加工速度較快的視覺搜索過程中發現了注意引導效應, 而在知覺加工速度較慢的視覺搜索中則出現了與注意引導效應相反的注意拒絕效應, 故他們認為注意引導效應是一種發生在早期階段的自動化過程, 但在視覺搜索的后期階段, 注意控制等因素可能會掩蓋(override)早期的注意引導效應。Carlisle和 Woodman (2011)也發現注意引導效應會受到視覺搜索過程中被試的主觀策略的控制。鑒于首次注視點百分率無論是生態效度, 還是指標的精確、靈敏性, 都比行為反應時指標更合適對注意引導效應的探討, 因此隨后討論都根據首次注視點百分率的統計結果來進行。

如前言所述, 以往研究關于注意引導效應是否存在尚有爭議。對于能否觀察到注意引導效應,Peters等(2009)和 Olivers (2009), Olivers等(2011)都認為這取決于實驗中所采用的視覺搜索類型, 或由視覺搜索類型所引發的工作記憶表征的狀態。根據這種解釋, 如果采用的視覺搜索任務的靶子在實驗過程中保持固定(如Soto et al., 2005, 2006), 那么儲存在工作記憶中的記憶表征就處于積極激活狀態,從而能觀察到其對注意的引導效應; 相反, 如果采用的視覺搜索任務的靶子不斷變化(例如 Downing& Dodds, 2004; Houtkamp & Roelfsema, 2006;Olivers, 2009; Peters et al., 2009), 靶子模板就需要保持在工作記憶中, 從而會阻斷同處于工作記憶中的其他項目對注意的引導效應。與上述解釋不一致的是, 本研究在Olivers (2009)實驗5的基礎上, 控制影響結果的無關因素后發現, 雖然反應時結果重復了Olivers (2009)的實驗結果, 但首次注視點百分率的結果卻發現不管視覺搜索的靶子是否變化, 都出現了顯著的注意引導效應。更重要的是, 實驗 1發現采用固定靶子的視覺搜索任務時的注意引導效應要強于采用變化靶子的視覺搜索任務下的引導效應, 但在實驗2中進一步平衡了工作記憶負載因素之后, 發現固定靶子類型的視覺搜索任務下的引導效應顯著減少, 并與變化靶子類型的視覺搜索條件下的引導效應無差異。

首先, 本研究結果提示, 即使在變化靶子的視覺搜索任務中, 與任務無關的工作記憶表征在視覺搜索的早期階段依然能引導注意, 這與 Zhang等(2010)的研究結果一致。但為何在之前采用變化靶子的視覺搜索的研究中(例如 Downing & Dodds,2004; Houtkamp & Roelfsema, 2006; Olivers, 2009;Peters et al., 2009), 卻沒有觀察到注意引導效應呢？究其原因, 可能有以下幾種解釋：(1)反應時指標的敏感性不足。之前研究者采用的大多為行為反應時技術(如 Downing & Dodds, 2004; Olivers,2009), 如前所述, 行為反應時更容易受到諸如策略和認知控制等因素的影響, 有可能由于這些因素的影響導致視覺搜索早期階段所出現的引導效應在晚期的行為反應時指標上并不能顯現出來。(2)工作記憶負載的不同。正如前言中的分析, 在以往研究中, 沒有觀察到引導效應的實驗通常工作記憶負載為 2, 而在觀察到引導效應的研究中工作記憶負載為 1。在本研究的實驗 2中, 增加工作記憶負載后雖然引導效應顯著減少, 但依然存在。這一結果提示工作記憶負載是影響注意引導效應的重要因素, 但不是導致之前研究中沒有觀察到引導效應的實質原因。(3)實驗材料的刺激屬性的差異。在之前沒有觀察到引導效應的實驗中, 實驗材料一般采用比較復雜的圖形(Downing & Dodds, 2004;Houtkamp & Roelfsema, 2006; Peters et al., 2009),而這類刺激相對于Soto等(2005, 2006)以及本研究所采用的彩色幾何圖形來說, 缺少可有效引導注意的刺激屬性, 如顏色(Wolfe & Horowitz, 2004)。這一解釋得到了 Zhang 等(2010)研究的證實。Zhang等(2010)在其研究中采用 Soto等(2005, 2006)實驗范式, 但采用 Peters等(2009)所用的復雜圖形, 結果沒有觀察到注意的引導效應, 相反, 當采用Peters等(2009)的實驗范式, 而采用 Soto等(2005,2006)所用的彩色幾何圖形, 結果卻觀察到了注意引導效應, 從而證實了實驗材料的刺激屬性對注意引導效應的決定性影響, 同時否定了視覺搜索類型對決定注意引導效應是否出現的決定性作用。

其次, 從本研究的結果來看, 能否觀察到注意引導效應與采用的視覺搜索靶子是否變化無關, 但可能受到工作記憶負載的調節。理由如下：實驗2在實驗1的基礎上增加固定靶子類型的視覺搜索任務中的工作記憶負載, 結果發現該條件下的注意引導效應顯著減少(21.46% vs.5.57%), 這一結果表明工作記憶負載在工作記憶表征對視覺注意引導中起重要作用。而且實驗2中兩種視覺搜索任務中的工作記憶負載保持相等之后, 原來在實驗1中所表現出的注意引導效應在搜索任務間的差異亦隨之消失, 這提示視覺搜索類型對注意引導效應并沒有產生影響, 實驗1中搜索任務間注意引導效應的差異主要來自于工作記憶負載。此結論與 Olivers(2009)的實驗結果明顯不一致。但如前言中所述,Olivers (2009)發現視覺搜索類型對注意引導效應具有決定影響的實驗5中, 知覺難度因素及工作記憶負載因素可能對研究結果產生了影響, 本研究的結果也證實了工作記憶負載對注意引導效應的影響的存在。因此, 本研究結果相對于Olivers (2009)的研究結果來說更為可靠。另外, 本研究中所操縱的工作記憶負載變化范圍較小(1或2), 故當工作記憶負載由1增加到2時, 注意引導效應只是顯著減少, 但并未消失。但在同樣的工作記憶負載條件下,Downing和 Dodds (2004)、Houtkamp和Roelfsema(2006)、Peters等(2009)及 Olivers (2009)都沒有觀察到注意的引導效應, 這表明工作記憶負載只是導致這些研究沒有觀察到注意引導效應的可能因素之一, 其他因素還有待進一步探究。

綜上所述, 本研究的結果否定了視覺搜索類型對注意引導效應的影響, 同時也間接地證實了工作記憶負載可能會對注意引導效應產生影響。但工作記憶負載通過何種方式影響注意引導效應, 目前尚未可知。根據Desimone (1998), Desimone和Duncan(1995)提出的注意的偏向競爭假說, 注意引導效應是由于工作記憶表征在前額葉中的激活通過自上而下的通道增強初級視覺皮層中與此表征相同或相似刺激, 使該刺激獲得競爭優勢, 從而引導注意偏向該刺激所造成的。工作記憶負載影響注意引導效應的方式可能有以下二種：第一種方式可能是當工作記憶負載增加時, 同時保持在工作記憶中的項目之間會相互干擾(Warden & Miller, 2007), 因此各項目的表征質量可能會受到損害, 從而導致工作記憶表征的激活水平下降, 進而降低其對注意自上而下的引導效力。另一種方式可能是當工作記憶負載增加時, 用于保持工作記憶表征的資源也隨之增加, 可能會侵占用于工作記憶表征自上而下的回饋機制所需的注意資源, 從而導致注意引導效應減少。

需要指出的是, 首次注視點百分率只能反映視覺搜索早期階段工作記憶表征對外顯注意的偏向,而無法反映不伴隨明顯眼動的內隱注意定向, 因此具有一定的局限性。但基于眼動指標與基于反應時指標在本研究實驗結果上的差異, 提示采用眼動技術研究工作記憶表征對視覺注意自上而下的引導作用, 尤其是對早期階段的注意偏向, 能提供更為有效的信息。

5 總結

研究采用眼動技術, 考察了不同視覺搜索類型下工作記憶表征對視覺注意自上而下的引導效應,得到的結論如下：(1)導致以往研究中沒有觀察到注意引導效應的主要因素并非視覺搜索類型, 從而否定了Olivers (2009), Olivers等(2011)的視覺搜索類型解釋或工作記憶表征狀態解釋; (2)工作記憶負載可能在工作記憶表征對注意的引導過程中起重要作用。

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