不同場景中的視覺工作記憶

孫妍妍

（山東師范大學 心理學院，濟南 250014）

引言

工作記憶指一種對信息進行暫時性加工和存儲的能量有限的記憶系統。這個模型將工作記憶分為中央執行系統和三個子系統：語音環路、情景緩沖系統以及視覺空間模板三個子系統[1][2]。視覺空間模板也叫做視覺工作記憶，是工作記憶的重要部分，主要處理一些視覺空間信息。視覺工作記憶分為兩個部分：空間型視覺工作記憶和客體型視覺工作記憶?？腕w型視覺工作記憶是指對客體信息如形狀、大小、顏色等進行暫時性的加工和存儲；空間型視覺工作記憶是指對刺激物的空間位置和運動等信息進行暫時的加工和存儲。

靜態場景是指一個相對穩定不變的環境；動態場景是指一個相對不斷變化的環境。以往的研究，大多探討靜態場景中的視覺工作記憶。但是，我們生活在一個不斷變化的環境中，相比較而言，研究動態場景中的視覺工作記憶更有生態效度。

1 靜態場景中的視覺工作記憶

1.1 靜態場景中的視覺工作記憶的研究范式

靜態場景中的客體視覺工作記憶研究普遍采用由Phillips提出的變化覺察范式[3]。該范式分為三個階段：記憶、保持和檢測。為了阻止被試對呈現的信息進行言語編碼，實驗中通常要求被試在記憶的同時進行發音。變化覺察范式有著各種各樣的變式，通常在檢測階段會出現兩種形式：全部檢測項呈現和單一項檢測項呈現。

1.2 靜態場景中的視覺工作記憶的容量

通常我們認為客體視覺工作記憶的容量是有限的，短時間內能夠存儲3～4個客體。Luck等采用變化覺察范式[4][5]，首先在記憶階段呈現具有顏色的方塊，然后是900ms的間隔，隨后在檢測階段呈現2000ms的目標刺激，讓被試判斷檢測階段的刺激是否與記憶階段的刺激一樣。結果表明，在刺激數目為3個范圍時，被試判斷的正確率幾乎是100%，當刺激數目超過4個，被試的正確判斷率也隨之逐漸下降，表明人類的客體視覺工作記憶的容量是有限的。Cowan在研究中提出了工作記憶的容量可以為3～5個組塊。

1.3 靜態場景中的客體視覺工作記憶的存儲方式

1.3.1“強客體說”

該理論強調客體視覺工作記憶的存儲的單位為客體，將客體的各個維度特征整合，以客體的形式存儲在工作記憶中，而并非以特征的形式分開存儲，所以客體視覺工作記憶的容量應該以客體的數量進行計算，并不是通過特征的種類和數量決定的[6]。

Luck等人最早探討了靜態場景中視覺工作記憶的存儲方式。關于單一特征的客體，在記憶階段呈現具有顏色的方塊，結果表明，在刺激數目為3個范圍內時，被試的正確率幾乎是100%，當刺激數目超過4個，被試的正確判斷率也隨之逐漸下降。說明了對于單一特征的客體，視覺工作記憶的存儲單位為客體。關于多特征客體，Luck等人變化了實驗材料，使用單色塊和雙色塊(一個大的有顏色的方框里面包含一個與大方框的顏色不同的小方塊)。結果表明四個含有八個顏色的客體正確率與四個客體含有四個顏色的正確率相似。該結果繼續支持“強客體說”。

1.3.2“弱客體說”

視覺工作記憶容量不僅取決于客體數量，同時也受客體所含特征信息的復雜程度及相互之間的關系影響。此觀點被Olson等人稱為“弱客體說”[6]。

視覺工作記憶不僅受到客體特征信息的影響，還受到空間結構信息的影響。在工作記憶存儲中不僅有客體的獨立信息，還有客體間相互之間的信息，也就是所說的多客體空間構型。多客體空間構型是指視覺工作記憶中不同客體之間的空間位置關系，在一些條件下也可以提高視覺工作記憶的容量。Xu等人發現視覺工作記憶容量與客體之間位置的接近性和連通性有關。當來自于不同維度的基本特征(顏色和方向)都捆綁于同一客體的相同位置(干)時捆綁效果最好；當來自于不同維度的基本特征(顏色和方向)捆綁于同一客體的不同位置(顏色特征出現在圓，方向特征出現在干，圓和干相連接)時捆綁效果其次；當來自于不同維度的基本特征(顏色和方向)屬于不同客體(顏色特征出現在圓，方向特征出現在干，圓和干分離)時很少能夠進行捆綁。Xu還提出當特征間連接強時(代表顏色的圓和代表方向的干緊密連接)，捆綁效果最好。當特征間連接性比較弱時(代表顏色的圓和代表方向的干完全分離)捆綁效果最差。當特征間距離比較遠時(代表顏色的圓在代表方向的干的上面)，捆綁效果比較差。當特征間距離比較近時(代表顏色的圓在代表方向的干的中間)，捆綁效果比較好。

2 動態場景中的視覺工作記憶

2.1 動態場景中的視覺工作記憶的研究范式

研究動態場景中視覺工作記憶，多采用Pylyshyn提出的多客體追蹤的研究范式。[7]該范式包括三個階段：標記、追蹤和檢測。

2.2 動態場景中的視覺工作記憶的容量

Trick和Pylyshyn采用追蹤小圓點的任務，對動態場景中的視覺工作記憶進行研究。研究結果發現，被試只能追蹤4個圓點，如果圓點的數目超過了4個，被試將不能完成準確的追蹤。通過這個實驗就能得出動態場景中工作記憶的容量為4個左右。沈模衛等通過研究客體運動的視覺工作記憶的容量[8]，發現視覺工作記憶能夠存儲2.85+0.44個客體。這同Cowan提出的工作記憶的容量可以為3～5個組塊也相一致。

2.3 動態場景中的視覺工作記憶的存儲方式

多數研究者認為動態場景中視覺工作記憶的存儲單位是客體，將客體的各個維度特征整合，以客體的形式存儲在工作記憶中，而并不會通過空間構型將各個客體整合起來，以整體的形式存儲在視覺工作記憶中，這符合“強客體說”。

大多數研究者認為動態場景中的視覺工作記憶是以客體為單位進行存儲的。VanMarle等人比較了被試對客體與不固定形態的流體刺激的追蹤成績，發現追蹤客體的正確率顯著高于不固定形態。[9]沈模衛等研究客體運動方向的視覺工作記憶，以若干個白色的圓環為實驗材料，結果發現，客體運動方向的信息是以獨立客體的形式存儲在工作記憶中。[8]

3 靜態與動態場景中視覺工作記憶研究的比較

3.1 關于研究范式的比較

盡管動態場景中視覺工作記憶的“多客體追蹤范式”和靜態場景中視覺工作記憶的“變化覺察范式”都可以劃分為三個階段，但是多客體追蹤范式和變化覺察范式在每個階段的任務上有所不同。第一階段：變化覺察范式在第一階段要求記住全部的刺激項目；而多客體追蹤范式并不要求記住全部的刺激項目，只需要記住標記的目標項目就可以了。第二階段：變化覺察范式在第二階段不需要有新的視覺信息錄入，只要維持原來的信息，不需要重新編碼新的信息，不需要有注意資源的參與就可以完成；而多客體追蹤范式在這一階段需要錄入新的信息，不斷用新的信息來取代舊的信息，這個階段就需要有持續的注意資源的參與。第三階段：變化覺察范式和多客體追蹤范式在第三階段都完成記憶檢測任務，盡管兩者在這一階段都有單一檢測和全部檢測的變式，但是仍然有區別。變化覺察范式是檢測刺激是否為記憶的項目，而多客體追蹤范式是檢測刺激是否為第一階段標記的項目。

3.2 關于工作記憶容量的比較

無論在動態場景中還是靜態場景中，基本都認為視覺工作記憶的容量是一個有限的存儲資源，都符合Cowan提出的在一般成年中，工作記憶的容量可以達到3～5個組塊。然而，還有一些研究者對于靜態場景中的視覺工作記憶的容量是有限的觀點，存在一些爭議，相對而說，對于動態場景中視覺工作記憶的容量是有限的觀點，存在較少的爭議。

許多研究者認為靜態場景中視覺工作記憶的容量并不是恒定不變的。如：Song的研究表明工作記憶的容量并不是恒定不變的。[10]采用不同顏色的多邊形作為實驗材料，研究不同任務下的視覺工作記憶的容量。條件一：讓被試只記住客體的一個特征(物體的顏色或形狀)；條件二：讓被試記住客體的兩個特征(物體的顏色和形狀)。結果表明，被試對于不同的客體特征的記憶容量是不同的。因為靜態場景中的視覺工作記憶，不需要不斷地更新加工時間和空間信息，這樣就會有相對較多的注意資源來觀察客體的一些特征信息，所以就會產生很多“弱客體說”。

在動態場景中的視覺工作記憶，在容量的有限性方面存在很少的爭議。因為我們在完成追蹤任務時，需要有持續不斷的注意資源跟隨目標刺激的運動，而同一時間的注意的范圍是相對有限的，一般只能同時注意到1～4個獨立要素，以致于有很少的文獻認為動態場景中的視覺工作記憶的容量并不是相對有限的。

3.3 關于存儲方式的比較

雖然靜態場景中的視覺工作記憶和動態場景中的視覺工作記憶都有“強客體說”，但是靜態場景中的視覺工作記憶有許多研究提出“弱客體說”，而動態場景中的視覺工作記憶則有相對很少的地方提出“弱客體說”。

靜態場景中的視覺工作記憶的存儲方式，在屬于“強客體說”還是“弱客體說”方面存在較大的爭議。針對這一爭議，Wheeler和Treisman提出了雙重存儲機制：(1)視覺工作記憶系統是由眾多各維度特征的子系統組成，客體的不同維度特征并行地存儲在特定的維度特征的子系統中。(2)特征間通過捆綁，將各個維度特征的子系統連接成一個完整的客體，在這個過程中，雖然需要消耗注意資源，但是并不需要占用各維度特征的子系統的記憶容量。這一理論可以對多數容量方面的問題進行解釋。[11]

動態場景中的視覺工作記憶，會更多地強調“強客體說”。因為動態場景中的視覺工作記憶需要不斷地更新時空信息，來完成追蹤客體的任務，這樣就需要有注意焦點的參與。注意焦點也就是注意的范圍，它是一個容量有限的系統，一般有1～4個注意焦點。追蹤任務時，每個注意焦點可以追隨一個客體的運動。由于注意焦點在對信息進行存儲時，是以客體為單位進行的，所以認為動態場景中的視覺工作記憶也是以客體為單位進行存儲的。還有一種理論認為產生強客體現象的原因是由于客體信息獲得的注意資源較少。因為研究發現完成追蹤任務和客體識別任務時共用一個相同的注意系統，所以當我們在完成追蹤任務使用較多的注意資源時，會有極少的注意資源留下來給客體信息進行編碼。動態場景中的視覺工作記憶，會更多地忽視“弱客體說”。靜態場景中的空間結構信息是穩定相對不變的，所以空間結構信息會從另外一個維度增加工作記憶的容量，所以我們會更多地注意靜態場景中的弱客體說，而動態場景中的視覺工作記憶，由于空間結構信息不斷地更新，使我們在加工和編碼目標客體信息的同時，還要不斷地更新這些空間結構信息，這樣會給我們的認知系統帶來強大的負擔。因此，大腦會選擇以一種相對容易的方式來追蹤客體的運動，僅僅追蹤目標客體的運動，忽視其它的一些信息會使完成任務相對容易一些。

4 結論及展望

(1)以前的一些研究中，過多地涉及靜態場景中的視覺工作記憶，而只有相對較少的文獻，以動態場景中的刺激物為研究對象來研究動態場景中的視覺工作記憶。

(2)以前的一些研究中，研究動態場景中的視覺工作記憶多使用多客體追蹤范式，研究靜態場景中的視覺工作記憶多使用變化覺察范式，我們僅僅使用這兩種范式來研究不同場景中的視覺工作記憶，會造成一些研究的局限性，或許使用其它的研究范式將會產生不一樣的結果。

(3)動態場景下，在視覺工作記憶容量有限性的論證中，將視覺工作記憶的容量與注意焦點理論結合一起的解釋是否合適，仍需要證明。

(4)靜態場景下，在視覺工作記憶容量的雙重存儲中，認為將各個子系統進行捆綁時需要注意資源，但是在這一階段是否真有注意的參與，尚不明確。

(5)靜態場景中的視覺工作記憶容量的“弱客體說”中，認為空間構型會增加視覺工作記憶的容量，但是客體之間是否會存在干擾作用，這種干擾作用是否會對視覺工作記憶的容量產生干擾，這個問題尚不清楚。

(6)關于空間信息和客體信息是否屬于同一注意資源，這個問題尚沒有被很多研究明確地證實。

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