三維空間深度位置上基于空間的返回抑制*

2015-02-05 22:18:36王愛君李畢琴張明

心理學報 2015年7期

王愛君李畢琴張明

(1東北師范大學心理學院，長春130024)(2蘇州大學心理學系，蘇州215123)(3江西師范大學心理學院，南昌330027)

1 引言

人類生活在一個三維的真實世界里，每天接觸的物體也是具有不同深度平面的三維客體。雖然這種三維客體被投射到視網膜上的時候為二維的圖像，但大腦卻能夠從二維的視網膜圖像重新建構對真實世界的三維表征(Durand et al.,2007;Georgieva,Peeters,Kolster,Todd,&Orban,2009;Harris&Drga,2005;Hayman,Verriotis,Jovalekic,Fenton,&Jeffery,2011;Janssen,Vogels,&Orban,2000;Sereno,Trinath,Augath,&Logothetis,2002;Yamane,Carlson,Bowman,Wang,&Connor,2008)。因此，視覺系統能夠有效地將注意定位到不同深度位置上的客體(Previc,1998)。然而，目前關于視覺空間注意的理論模型基本都是基于二維平面(Eriksen&Yeh,1985;LaBerge&Brown,1989;Posner,Davidson,&Snyder,1980)，而人類視覺系統最為重要的一個特性就是能夠感知深度線索。所以，注意是如何在大腦重構出的深度位置之間進行定向/重定向則是需要關注的問題。

注意在視覺空間中分布規律的研究主要為基于位置(Location-based)注意的空間分布，其中包括聚光燈模型(Spotlight model)(Posner,1984)、變焦鏡模型(Zoom-lens model)(Eriksen&St James,1986)和空間梯度模型(Spatial gradient model)(Downing&Pinker,1985;LaBerge&Borwn,1989;Mangun&Hillyard,1988)。基于位置的注意理論認為，注意分布是以特定的空間位置或區域為基礎，被試根據任務要求，注意焦點可以像聚光燈一樣移動，注意范圍可以像變焦鏡頭一樣進行縮放以及注意在焦點處集中程度最高，并向四周逐漸擴散。Posner將注意類比為聚光燈的視覺定向理論(Visual orienting theory)系統地闡述了二維平面上不同注意定向方式對視覺加工的影響，并首次在二維平面內采用外源性位置提示的空間啟動范式發現了當線索與目標之間的時間間隔(Stimulus Onset Asynchrony,SOA)小于300 ms時，被試對呈現在線索化位置上的目標反應較快(Posner,Rafal,Choate,&Vaughan,1985)，即早期的易化效應。然而關于三維空間注意定向的研究還存在著爭議。一些研究發現,被試對于出現在與線索化位置具有不同深度平面位置上的目標反應更慢，并且當無效線索引起注意在空間內轉移時，由近處向遠處轉移注意時出現的注意損耗比從遠處向近處轉移的注意損耗大(Andersen&Kramer,1993;Downing&Pinker,1985;Gawryszewski,Riggio,Rizzolatti,&Umiltá,1987;Maringelli,McCarthy,Steed,Slater,&Umiltà,2001)。因此提出了注意在深度位置上的定向是基于觀察者中心的理論模型。該理論認為，刺激距離觀察者越近，加工的就越充分，并以觀察者為中心向遠處逐漸擴散。然而，另一些研究則發現，被試對出現在線索化位置上的目標和與線索化位置不在同一深度的非線索化位置上目標的反應時并無差異。表明了注意并不能有效地在深度位置上進行定向，即出現“深度盲”現象(Ghirardelli&Folk,1996;Iavecchia&Folk,1994)。近期的一個研究將Posner空間預提示范式應用到三維空間，將目標刺激分別置于三維空間的近處空間和遠處空間，考察了三維空間中深度位置上注意定向/重定向的早期易化效應。行為結果發現，對于突然意外地出現在距離我們較近位置上目標刺激的注意重定向要快于遠離我們的目標刺激的重定向。功能性磁共振成像結果發現，除了經典的右側顳頂聯合區(right temporoparietal junction,TPJ)存在激活外，還存在另外兩個大腦網絡涉及了三維空間注意重定向的不同方面：雙側前運動皮層(bilateral premotor cortex)涉及了空間注意在不同深度平面內的重定向(人類的雙側前額葉皮層被認為涉及提取和加工來自視差形成的三維客體的結構)(Georgieva et al.,2009);包括后扣帶皮層(posterior cingular cortex,PCC)、眶前額葉皮層(orbital prefrontal cortex,OPC)以及左側角回(left angular gyrus,AG)的“默認網絡(default-mode network)”促進了對于突然出現的客體進行注意重定向(Chen,Weidner,Vossel,Weiss&Fink,2012)。

注意定向不僅包括早期易化，還涉及晚期抑制。Posner等(1985)的研究發現，提示條件下，注意在空間位置上的定向對相繼目標刺激的檢測具有不同的時序特征。當SOA大于300 ms時，被試對呈現在線索化位置上的目標反應較慢，這種晚期的抑制效應被稱之為返回抑制(Inhibition of return,IOR)(Posner et al.,1985)。基于空間的返回抑制是注意定向對位置加工的抑制效應，有利于提高個體進行空間搜索的效率(Klein,2000)。已有關于返回抑制的研究大多集中在二維平面(Fuentes,Vivas,&Humphreys,1999;Klein,2000;張陽,張明,2006;Zhang,Zhou,&Zhang,2012;也見綜述,張陽,彭春花,孫洋,張明,2013),且現有研究對三維空間深度位置上是否存在基于空間的返回抑制現象仍然有一定的爭議。Theeuwes和Pratt(2003)的研究認為，深度位置上不存在基于空間的返回抑制，即“深度盲”。該研究發現,當注意在同一平面內定向/重定向時才會出現基于空間的返回抑制(比如,近處空間/遠處空間的左側和右側位置間)，而注意在不同的深度位置間轉移并不存在基于空間的返回抑制(比如,近處空間的左側與遠處空間的左側間)，但研究卻發現，同一平面線索化位置產生的抑制效應可以擴散到與其不同深度平面同一位置(比如，線索化近處空間的左側位置，如果該位置得到了抑制，那么遠處空間的左側位置也會產生抑制效應)。Bourke,Partridge和Pollux(2006)的研究對Theeuwes和Pratt(2003)的結論產生了質疑，他們認為未出現基于空間的返回抑制的原因是由于后部平面內的“8”字部分的被前面的“8”字所遮擋，而非Theeuwes和Pratt(2003)所認為返回抑制的“深度盲”現象是與上丘(Superior colliculus)相關(一些研究認為上丘并不負責編碼視覺空間的深度,具有“深度盲”的特性(Klier,Wang,&Crawford,2001))。因此，為了避免產生遮擋，他們增加了呈現在左右視野中不同深度平面兩個“8”字的水平距離。結果發現深度位置上出現了少量基于空間的返回抑制。但是，由于該研究中增大了深度位置上兩個刺激的水平距離(X軸方向)，因此，研究結果中出現的少量返回抑制可能混淆了注意在水平平面(X軸方向)定向/重定向帶來的影響。除此之外，上述關于三維空間中基于空間返回抑制的研究均存在一定的問題，即由于返回抑制研究范式中央線索化(二次線索化)的作用，導致了注意在單純深度位置上的轉移并不是沿著直線方向(如無效線索條件下，線索化近處空間左側位置后，中央注視點二次線索化，而之后的目標刺激則會出現在遠處空間左側位置)。而以往二維平面返回抑制的研究中，注意大多都沿著直線方向轉移。研究表明，相對于直線轉移，注意沿著非直線轉移到“新異”刺激(非線索化下的目標)的距離增大，導致了注意重定向到“新異”刺激的速度變慢，進而返回抑制量減小。Bennett和Pratt(2001)認為相對于直線轉移，注意沿著非直線轉移的過程會削弱返回抑制的量。Pratt,O'donnell和Morgan(2000)認為，返回抑制范式中的二次線索化位置如果是固定的中央注視點位置也會削弱返回抑制的量。此外，注意動量假說認為，實驗中每個試次均存在三種注意運動方式：從中央注視點到線索、從線索返回到中央注視點以及從注視點到目標。當注意第三次運動的路徑和方向與第二次相同時，注意定向/重定向到目標的速度最快(Pratt,Adam,&McAuliffe,1998;Pratt&Abrams,1999)，即當目標出現在與線索化位置正相反直線位置上的非線索化位置上反應最快。因此，三維空間中如果注意沿著直線方式轉移是否會出現基于空間的返回抑制是本研究需要探討的問題。

此外，關于三維空間返回抑制的研究中，沈模衛、高在峰、張光強、水仁德、喬歆新和李偉健等(2007)針對二維平面注意誘導范式下眼跳因素與注意因素未能有效分離，從而降低了空間返回抑制機制研究內部效度的角度出發，以隨機點立體圖構建三維傾斜平面(含傾斜方向和傾斜程度信息的平面)，將多個傾斜平面置于視野同一位置可不必執行眼跳(或者眼跳計劃)以排除眼跳因素干擾。實驗范式為先給予被試2 s的注意引導，然后呈現測試平面，通過將引導傾斜平面與測試傾斜平面的差異作為返回抑制是否出現的指標。結果發現，注意引導平面與測試平面方向一致條件下的反應顯著慢于方向不一致條件下的反應，表明了視差線索構造的三維傾斜平面中存在與注意有關的返回抑制效應。而本研究主要采用虛擬現實技術構建一個三維場景，將Posner經典的二維平面線索化范式應用到三維空間,考察注意在三維場景的近處空間和遠處空間進行定向/重定向而產生的基于空間的返回抑制。之所以采用虛擬現實三維場景是因為，虛擬現實提供了一種仿真實三維環境的途徑，并且能夠精確地記錄和操縱行為反應(Gamberini,Seraglia,&Priftis,2008;Standen&Brown,2005)。研究分為兩個實驗，實驗1采用線索化范式，操縱目標深度和線索有效性兩個因素，被試的注意轉移方式為沿著不同深度位置上的對角線方向(如無效線索條件下，線索化近處空間左側位置后，中央注視點二次線索化，而之后的目標刺激則只會出現在遠處空間右側位置)進行直線轉移。但是這樣的設置可能會存在注意在水平平面(X軸)上轉移帶來的混淆,而不是純深度上(Z軸)的注意轉移。因此,實驗2則通過將注意轉移方式設置為沿著不同深度位置上單純的深度位置(Z軸)間，以進一步明確三維空間深度位置上是否存在基于空間的返回抑制。三維空間的返回抑制可分為近處空間的返回抑制和遠處空間的返回抑制，將不同空間條件下的返回抑制量進行比較可以探討注意在不同深度空間主導下進行定向/重定向的異同。

2 實驗1

2.1 方法

2.1.1 被試

被試為東北師范大學25名學生(男生11人，女生14人)，年齡介于18～25歲，所有被試視力正常或者矯正視力正常，之前均未參加過類似實驗，實驗后被試獲得一定的報酬。

2.1.2 實驗儀器與材料

所有的刺激均呈現在由Nvidia GeForce FX 5200顯卡驅動的ASUS 3D 27英寸顯示器上，屏幕的分辨率為1200×1060，刷新率為120 Hz。雙眼視差由Nvidia 3D視覺系統調節實現，與顯示器同步的Nvidia 3D快門式眼鏡將圖像分開地呈現在兩只眼睛中，每只眼鏡呈現的圖像分辨率為800×600，刷新率為60Hz。實驗中所有3D刺激呈現在黑色的背景上由Presentation軟件編程(Neurobehavioral Systems Inc.)實現。實驗在隔音、微暗的房間內單獨進行。被試通過一具有良好時間精度的游戲手柄(萊仕達光影PXN-8633PRO)對實驗任務做出反應。

每個試次中三維虛擬場景的背景為黑色，場景中包括近處空間2個白色方塊占位符，以及遠處空間2個白色方塊占位符，因此在虛擬的三維空間中建構了4個空間位置(如圖1)。被試坐在距離顯示器屏幕150 cm位置的椅子上，頭部固定在下巴托上，使得其眼睛視線與顯示屏最中央的位置保持水平。刺激之間不同的距離是由雙眼視差所產生，相對于中央注視點(0視差)，近處空間和遠處空間的視差為±52.40弧分。被試自我報告當其注視屏幕最中間的注視點時，他們能夠清晰地感知到近處空間的客體凸出在顯示器屏幕外，而遠處空間的客體凹在顯示器屏幕里面。近處空間、遠處空間中左側和右側占位符的水平距離在視角上均匹配(16.85°)(例如,近處空間與遠處空間中兩個占位符空間位置的視網膜距離是相同的)。由于近處空間和遠處空間中刺激的大小相同，就導致了這兩個空間的刺激在視網膜上的大小存在差異：近處空間占位符的視角為1.98°，遠處空間占位符的視角為1.52°。如果不同空間刺激的大小在視網膜上匹配的話，被試在主觀上就會感覺遠處空間的刺激就會異常的大，這不符合我們日常生活中體驗到事物的生態效度(Andersen,1990;Gawryszewski et al.,1987)。為了使得不同空間的刺激之間相互不產生遮擋，每個空間的刺激都稍微地傾斜一定的角度，近處空間與遠處空間刺激的位置與垂直方向傾斜了2.36°。其中一半被試完成近處空間2個占位符的空間位置較低的試次，而另外一半被試完成近處空間2個占位符的空間位置較高的試次。實驗中目標刺激為藍色的小球，外周線索化的提示線索為其中一個占位符快速地消失(set off)，中央線索化的提示線索為中央注視點快速地消失。

圖1 實驗1流程圖

2.1.3 實驗設計與實驗程序

實驗為2×2的被試內設計，自變量1為目標的深度，包括兩個水平，目標出現在近處空間位置和目標出現在遠處空間位置，自變量2為線索有效性，包括兩個水平，線索有效和線索無效。因變量為被試進行探測任務的反應時和準確率。

實驗流程如圖1所示：在每個試次的開始，近處空間或遠處空間的一個占位符消失，此為外周線索化，時間為300 ms；200 ms的時間間隔(ISI)后，中央注視點消失，此為二次線索化(中央線索化)，時間為300 ms；150 ms或者250 ms的時間間隔(ISI)(兩個時間在實驗中隨機出現,目的是防止被試形成暫時的注意定勢)后目標刺激(藍色小球)出現，時間為250 ms;實驗任務為要求被試看到藍色小球出現就既快又準地按鍵進行探測反應。實驗中線索有效性為50%。整個實驗過程中都要求被試盯住最中央注視點(0視差)，因此，不論目標深度還是線索有效性，實驗中4個條件的雙眼視差都是恒定的。

實驗中每個被試需要完成224個試次，每種條件下48個試次，其中還包括32個捕捉試次。正式實驗之前要求被試先完成16個試次的練習，以熟悉實驗任務和適應三維空間立體感。正式實驗分成4組，每組56個試次。每組結束后休息60s，以緩解視覺疲勞。

2.2 結果與分析

實驗為簡單的探測任務,總體的漏報率僅為0.37%，所以結果分析中只分析被試的反應時數據(捕捉試次不進入數據分析)。剔除正負三個標準差之外的數據和漏報的數據,總剔除率為1.6%。各個條件下的平均反應時見圖2。

圖2 實驗1各個條件下對目標刺激的平均反應時間和標準誤(ms)

對被試的反應時數據進行2(目標深度：近處空間vs.遠處空間)×2(線索有效性：有效vs.無效)的重復測量方差分析。結果顯示，目標深度的主效應不顯著，

(1,24)=0.13，

>0.05;線索有效性的主效應顯著，

(1,24)=66.75，

<0.001，η=0.74，有效線索條件下的反應(330ms)顯著慢于無效線索條件下的反應(307ms)，表明了被試在非線索化條件下的反應均快于線索化條件下的反應,即出現了典型的返回抑制。此外，目標深度和線索有效性的交互作用顯著，

(1,24)=15.59，

=0.001，η=0.35。進一步將目標出現在遠處空間和近處空間時線索有效和線索無效條件下的反應時分別進行配對樣本

檢驗。結果顯示，當目標出現在遠處空間時，線索有效與線索無效之間的反應時差異顯著，線索有效條件下的反應(326ms)顯著慢于線索無效條件下的反應(311ms)，

(24)=5.68，

<0.001，

=1.64，即出現了典型的返回抑制效應(效應量=15ms)。當目標出現在近處空間時，線索有效與線索無效之間的反應時同樣差異顯著，線索有效條件下的反應(334 ms)顯著慢于線索無效條件下的反應(304ms)，

(24)=7.89，

<0.001，

=2.27，即同樣出現了典型的返回抑制效應(效應量=30ms)。從圖2中可以看出在線索有效條件下，目標出現在近處空間的反應(334ms)慢于目標出現在遠處空間的反應(326ms)，

(24)=2.29，

<0.05，

=0.66。而在線索無效條件下，目標出現在近處空間的反應(304ms)快于目標出現在遠處空間的反應(311ms)，

(24)=3.76，

=0.001，

=1.08。上述結果說明了，三維空間深度位置上的注意定向與重新定向中存在返回抑制效應，但目標出現在近處空間時的返回抑制大于目標出現在遠處空間。注意從近處空間離開再重新定向到近處空間時的反應最慢，而注意從遠處空間突然重新定向到近處空間時的反應最快。

由于本實驗中注意在三維空間深度位置上進行定向/重新定向的過程中，存在水平平面(X軸)注意定向/重新定向的混淆，即當被試在深度位置上進行注意定向/重新定向時既跨了水平平面(X軸)也跨了深度平面(Z軸)。因此不能將實驗結果籠統地歸結于注意是沿著單純的深度位置上進行定向/重新定向而產生基于空間的返回抑制。為了更清楚地確定注意在三維空間深度位置上進行定向/重新定向的過程中是否能夠產生基于空間的返回抑制，本研究進行了實驗2。實驗2保留實驗1中的4個空間位置，除此之外，在中間平面(注視點所在平面，雙眼視差為0)注視點的兩側各增加一個空間位置(二次線索化的位置)。因此，當被試在此虛擬三維空間的空間位置上進行注意定向/重新定向時，僅僅是在單純的深度位置之間進行。

3 實驗2

3.1 方法

3.1.1 被試

被試為東北師范大學26名學生(男生12人，女生14人)，年齡介于18～25歲，所有被試視力正常或者矯正視力正常，之前均未參加過類似實驗，實驗后被試獲得一定的報酬。

3.1.2 實驗儀器與材料

實驗儀器、實驗材料的設置與實驗1相同。不同的是本實驗在虛擬三維空間中間平面(雙眼視差為0)的注視點兩側(與近處空間的占位符具有相同的水平位置)增加了兩個白色的占位符。因此構成了三維空間中的6個空間位置(圖3)。

圖3 實驗2流程圖

3.1.3 實驗設計與實驗程序

實驗范式和實驗設計與實驗1相同。

實驗流程：每個試次的開始，近處空間或遠處空間的一個占位符消失，此為外周線索化，時間為300 ms；200 ms的時間間隔(ISI)后，中間平面相應于提示線索一側的占位符消失,此為二次線索化(中央線索化)，時間為300 ms；150 ms或者250 ms的時間間隔(ISI)(兩個時間在實驗中隨機出現，目的是防止被試形成暫時的注意定勢)后目標刺激(藍色小球)出現，時間為250 ms；實驗任務為要求被試看到藍色小球出現就既快又準地按鍵進行探測反應。實驗中線索有效性為50%。整個實驗過程中都要求被試盯住最中央注視點(0視差)，因此，不論目標深度還是線索有效性，實驗中4個條件的雙眼視差都是恒定的(如圖3)。

同樣地,實驗中每個被試需要完成224個試次，每種實驗條件48個試次。其中包括32個捕捉試次。正式實驗之前要求被試先完成16個試次的練習，以熟悉實驗任務和適應三維空間立體感。正式實驗分成4組，每組56個試次。每組結束后休息60 s，以緩解視覺疲勞。

3.2 結果與分析

實驗為簡單的探測任務，總體的漏報率僅為0.5%，所以結果分析中只分析被試的反應時數據。剔除正負三個標準差之外的數據和漏報的數據，總剔除率為1.5%。各個條件下的平均反應時見圖4。

圖4 實驗2各個條件下對目標刺激的平均反應時間和標準誤(ms)

對被試的反應時數據進行2(目標深度：近處空間vs.遠處空間)×2(線索有效性：有效vs.無效)的重復測量方差分析。結果顯示，目標深度的主效應不顯著，

(1,25)=0.28，

>0.05；線索有效性的主效應顯著，

(1,25)=58.12，

<0.001，η=0.70，有效線索條件下的反應(392ms)顯著慢于無效線索條件下的反應(371ms)，表明了被試在非線索化條件下的反應均快于線索化條件，即出現了典型的返回抑制。此外，目標深度和線索有效性的交互作用顯著，

(1,25)=9.33，

=0.005，η=0.27。進一步將目標出現在遠處空間和近處空間時線索有效和線索無效條件下的反應時分別進行配對樣本

檢驗。結果顯示,當目標出現在遠處空間時,線索有效與線索無效之間的反應時差異顯著，線索有效條件下的反應(391 ms)顯著慢于線索無效條件下的反應(375 ms)，

(25)=4.36，

<0.001，

=1.23，即出現了典型的返回抑制效應(效應量=16 ms)。當目標出現在近處空間時，線索有效與線索無效之間的反應時同樣差異顯著，線索有效條件下的反應(394 ms)顯著慢于線索無效條件下的反應(367ms)，

(25)=8.27，

<0.001，

=2.34，即同樣出現了典型的返回抑制效應(效應量=27ms)。

從圖4中可以看出線索有效條件下，目標出現在近處空間的反應(394ms)慢于目標出現在遠處空間的反應(391ms)，雖然差異不顯著，但是存在差異的趨勢。而在線索無效條件下，目標出現在近處空間的反應(367ms)快于目標出現在遠處空間的反應(375ms)，同樣地，兩者雖然差異不顯著，但是存在差異趨勢。本實驗的結果同實驗1的結果一致，說明了在三維空間深度位置上的注意定向與重新定向中存在返回抑制效應，但目標出現在近處空間時的返回抑制大于目標出現在遠處空間。注意從近處空間離開再重新定向到近處空間時的反應最慢,而注意從遠處空間突然重新定向到近處空間時的反應最快。

由于本實驗中的二次線索化的位置也涉及到了線索化左側視野和右側視野。為了驗證左側視野和右側視野是否對返回抑制產生不同的影響，我們將被試的反應時數據進行了2(目標深度：近處空間vs.遠處空間)×2(線索有效性：有效vs.無效)×2(視野：左側vs.右側)的重復測量方差分析。結果顯示，視野的主效應不顯著，左側視野和右側視野間的反應時不存在顯著差異，同時，目標深度和視野的交互作用不顯著，線索有效性和視野的交互作用不顯著，并且目標深度、線索有效性和視野的交互作用也不顯著。所有上述檢驗的

值均小于1。因此可以認為，左側視野和右側視野對于返回抑制效應并不存在顯著影響。將實驗1的返回抑制量與實驗2的返回抑制量結合起來進行分析，可以考察注意沿著兩種不同的直線方式進行轉移時產生的返回抑制差異。如果兩者之間存在顯著差異，則說明了實驗1結果中三維空間深度位置間出現的返回抑制混淆了注意沿著同一平面(X軸方向)定向/重定向帶來的影響；如果兩者之間不存在顯著差異，則一方面可以說明實驗1的結果并不涉及注意沿著同一平面(X軸方向)定向/重定向帶來的影響，另一方面也可進一步證實三維空間中深度位置上確實存在基于空間的返回抑制，即返回抑制并不是“深度盲”。通過文中腳注2的算法分別得到了實驗1和實驗2目標出現在遠處空間和近處空間返回抑制的量。將實驗1目標出現在遠處空間的返回抑制量和實驗2目標出現在遠處空間的返回抑制量進行獨立樣本

檢驗，結果發現兩者的返回抑制量并不存在顯著差異，

<1。同樣地，將實驗1目標出現在近處空間的返回抑制量和實驗2目標出現在近處空間的返回抑制量進行獨立樣本

檢驗,結果發現兩者的返回抑制量也不存在顯著差異，

<1。因此可以認為實驗1得到的結果并不涉及注意沿著同一平面(X軸方向)定向帶來的影響，也可進一步證實三維空間中深度位置上確實存在基于空間的返回抑制，即返回抑制并不是“深度盲”。

4 總討論

本研究采用虛擬現實技術構建了一個虛擬的三維空間場景，將Posner經典的二維平面的注意定向范式應用到了三維空間中近處空間和遠處空間，目的是要探究三維空間深度位置上是否存在基于空間的返回抑制效應。實驗1和實驗2均通過操縱目標深度和線索有效性，考察了在深度位置間注意沿不同方向進行直線轉移時而產生的基于空間的返回抑制。實驗結果發現,無論注意沿著何種直線轉移方式(實驗1和實驗2)進行定向/重定向均能產生基于空間的返回抑制，即被試對出現在線索化空間位置的目標反應慢于出現在非線索化空間位置的目標。研究表明，與二維平面類似，注意能夠有效地在三維空間深度空間位置上進行定向/重定向而產生基于空間的返回抑制，而非“深度盲”。

從圖2和圖4中可以看出，實驗1和實驗2均產生了基于空間的返回抑制。一方面，這可以歸結為三維空間提供了較高生態效度的視覺場景，利于在水平平面(X軸)和深度平面(Z軸)誘發返回抑制。與此觀點一致的是，一些研究認為返回抑制能夠優化視覺搜索的效率(Klein,2000;Klein&MacInnes,1999)，并且是一種以空間環境(Environmental coordinate)和視網膜(Retinotopic coordinate)雙重坐標定義的運作機制(Math?t&Theeuwes,2010)。因此,本研究發現的三維空間深度位置上基于空間的返回抑制也同樣對優化視覺搜索效率有著重要意義。另一方面，注意在二維平面內的定向/重定向存在著雙向的模式，即早期的易化和晚期的抑制(Maruff,Yucel,Danckert,Stuart,Currie,1999;McAuliffe&Pratt,2005;Pratt,Hillis,&Gold,2001)，即使這種易化或抑制機制可能受到多種因素的制約，如線索和目標的時空關聯(McAuliffe&Pratt,2005)、線索與目標的時間間隔(Maylor,1985;Maylor&Hockey,1987;Posner et al.,1985)、線索的凸顯性(Mele,Savazzi,Marzi,&Berlucchi,2008)和線索的物理特征(Pratt et al.,2001)等。同樣地，注意在三維空間定向/重定向而產生易化的研究也受到多種條件的制約。由于這些條件的制約導致了一些研究認為注意在深度位置上的定向存在“深度盲”現象(Ghirardelli&Folk,1996;Iavecchia&Folk,1994)，而另一些研究則認為注意可以在深度位置上有效的定向/重定向(Downing&Pinker,1985;Gawryszewski et al.,1987;Maringelli et al.,2001)。因此我們認為，在排除一些影響因素的制約下，三維空間注意定向/重定向的過程中也會產生返回抑制。此外，從實驗1與實驗2的結果來看，兩個實驗條件下返回抑制的量不存在顯著差異，說明了無論注意沿著何種方向的直線轉移均能產生基于空間的返回抑制，也表明了空間返回抑制效應敏感于深度線索，而非以往研究得出的三維空間深度位置上不存在基于空間的返回抑制(Theeuwes&Pratt,2003)，也非三維空間深度位置上存在少量基于空間返回抑制(Bourke et al.,2006)。

從實驗1和實驗2的結果可以發現，目標出現在近處空間和目標出現在遠處空間的返回抑制量存在差異。當目標出現在近處空間時產生的返回抑制量大于目標出現在遠處空間時產生的返回抑制量(圖2和圖4)。進一步分析發現，造成這樣結果的原因是，在線索無效條件下，目標出現在近處空間的反應快于目標出現在遠處空間，

(50)=2.88，

<0.01,

=0.83。這與以往的研究發現較為一致，即盡管由近及遠和由遠到近的路徑完全一致，但當目標突然地出現在近處空間時的反應要快于目標突然地出現在遠處空間(Chen et al.,2012)。這一結果也符合視覺空間注意的梯度理論和觀察中心的空間表征理論，注意梯度理論認為，注意的強度是以注意焦點為中心向四周擴散(Gawryszewski et al.,1987)。加之，Andersen和Kramer(1993)提出了注意的空間分布具有基于觀察者為中心的空間表征，該理論認為，注意的分布是基于觀察者中心(viewer-centered)的，在深度上體現為，注意資源的分布從距離觀察者較近的位置向遠處位置逐漸遞減，在反應時間上表現為從近處到遠處成遞增趨勢。更重要的是，在我們的日常生活中，所處的環境都是三維空間的，所接觸的物體都是具有深度的三維客體。那么，一個重要的生態學觀點認為，人類為了更好的生存，當一個具有潛在威脅性的刺激突然逼近我們時，我們能夠迅速地將注意定位到這些具有潛在威脅的刺激上。因此，對其的反應較快。相反，距離我們較遠的刺激盡管對于日常生活也重要，但是這些刺激不具有緊急性和直接性，從而獲得的注意資源也較少，相對應的反應也較慢(Gawryszewski et al.,1987;Graziano&Cooke,2006)。綜上所述，目標突然出現在近處空間時可以加大返回抑制的量，而目標出現在遠處空間時則減小了返回抑制的量。

結合圖2和圖4總體上來看，實驗2的反應時長于實驗1的反應時。根據我們的預實驗結果發現，當注意沿著單純的深度位置進行注意定向/重定向時，由于這兩個深度位置的客體投射到我們視網膜上的位置距離較近，因此，被試不能有效地在近處空間和遠處空間的兩個位置上進行注意的定向/重定向，進而導致了相對于實驗1的注意轉移方式來說，被試在此條件下進行定向/重定向時的任務更難，所以反應較慢。此外，兩個實驗中都要求被試在整個實驗過程中盯住中央注視點做內隱性的注意定向。因此，被試的注意焦點更多時間還是集中在了中央注視點的位置，而中央注視點的位置正好為實驗1中注意轉移方式下的二次線索化位置。所以，相對于實驗2而言，被試沿著單純深度位置間路徑進行直線轉移的任務而言，在實驗1中被試沿著深度位置的對角線方向進行直線轉移的任務會較為容易。

5 結論

注意能夠有效地在三維空間深度位置上定向/重定向而產生基于空間的返回抑制；返回抑制現象并不是“深度盲”。

致謝

：感謝華南師范大學心理學院的李悠和美國達特茅斯學院心理與腦科學研究所的程優對本論文提供的建議和幫助。Andersen,G.J.(1990).Focused attention in three-dimensional space.

Perception&Psychophysics,47

(2),112–120.Andersen,G.J.,&Kramer,A.F.(1993).Limits of focused attention in three-dimensional space.

Perception&Psychophysics,53

(6),658–667.Bennett,P.J.,&Pratt,J.(2001).The spatial distribution of inhibition of return.

Psychological Science,12

(1),76–80.Bourke,P.A.,Partridge,H.,&Pollux,P.M.J.(2006).Additive effects of inhibiting attention to objects and locations in three-dimensional displays.

Visual Cognition,13

(5),643–654.Chen,Q.,Weidner,R.,Vossel,S.,Weiss,P.H.,&Fink,G.R.(2012).Neural mechanisms of attentional reorienting in three-dimensional space.

The Journal of Neuroscience,32

(39),13352–13362.de Gonzaga Gawryszewski,L.,Riggio,L.,Rizzolatti,G.,&Umiltá,C.(1987).Movements of attention in the three spatial dimensions and the meaning of“neutral”cues.

Neuropsychologia,25

(1A),19–29.Downing,C.,&Pinker,S.(1985).The spatial structure of visual attention.In:M.I.Posner&O.S.Marin(Eds.),

Attention and performance XI

(pp.171–187).Hillsdale,NJ:Erlbaum.Durand,J.B.,Nelissen,K.,Joly,O.,Wardak,C.,Todd,J.T.,Norman,J.F.,...Orban,G.A.(2007).Anterior regions of monkey parietal cortex process visual 3D shape.

Neuron,55

(3),493–505.Eriksen,C.W.,&St James,J.D.(1986).Visual attention within and around the field of focal attention:a zoom lens model.

Perception&Psychophysics,40

(4),225–240.Eriksen,C.W.,&Yeh,H.H.(1985).Allocation of attention in the visual field.

Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance,11

(5),583–597.Fuentes,L.J.,Vivas,A.B.,&Humphreys,G.W.(1999).Inhibitory tagging of stimulus properties in inhibition of return:Effects on semantic priming and flanker interference.

The Quarterly Journal of Experimental Psychology Section A:Human Experimental Psychology,52

(1),149–164.Gamberini,L.,Seraglia,B.,&Priftis,K.(2008).Processing of peripersonal and extrapersonal space using tools:Evidence from visual line bisection in real and virtual environments.

Neuropsychologia,46

(5),1298–1304.Georgieva,S.,Peeters,R.,Kolster,H.,Todd,J.T.,&Orban,G.A.(2009).The processing of three-dimensional shape from disparity in the human brain.

The Journal of Neuroscience,29

(3),727–742.Ghirardelli,T.G.,&Folk,C.L.(1996).Spatial cuing in a stereoscopic display:Evidence for a“depth-blind”attentional spotlight.

Psychonomic Bulletin&Review,3

(1),81–86.Graziano,M.S.,&Cooke,D.F.(2006).Parieto-frontal interactions,personal space, and defensive behavior.

Neuropsychologia,44

(13),2621–2635.Harris,J.M.,&Drga,V.F.(2005).Using visual direction in three-dimensional motion perception.

Nature Neuroscience,8

(2),229–233.Hayman,R.,Verriotis,M.A.,Jovalekic,A.,Fenton,A.A.,&Jeffery,K.J.(2011).Anisotropic encoding of three-dimensional space by place cells and grid cells.

Nature Neuroscience,14

(9),1182–1188.Iavecchia,H.P.,&Folk,C.L.(1994).Shifting visual attention in stereographic displays:A time course analysis.

Human Factor,36

(4),606–618.Janssen,P.,Vogels,R.,&Orban,G.A.(2000).Selectivity for 3D shape that reveals distinct areas within macaque inferior temporal cortex.

Science,288

(5473),2054–2056.Klein,R.M.(2000).Inhibition of return.

Trends in Cognitive Sciences,4

(4),138–147.Klein,R.M.,&MacInnes,W.J.(1999).Inhibition of return is a foraging facilitator in visual search.

Psychological Science,10

(4),346–352.Klier,E.M.,Wang,H.Y.,&Crawford,J.D.(2001).The superior colliculus encodes gaze commands in retinal coordinates.

Nature Neuroscience,4

,627–632.LaBerge,D.,&Brown,V.(1989).Theory of attentional operations in shape identification.

Psychological Review,96

(1),101–124.Mangun,G.R.,&Hillyard,S.A.(1988).Spatial gradients of visual attention:Behavioral and electrophysiological evidence.

Electroencephalography and Clinical Neurophysiology,70

(5),417–428.Maringelli,F.,McCarthy,J.,Steed,A.,Slater,M.,&Umiltà,C.(2001).Shifting visuo-spatial attention in a virtual three-dimensional space.

Cognitive Brain Research,10

(3),317–322.Maruff,P.,Yucel,M.,Danckert,J.,Stuart,G.,&Currie,J.(1999).Facilitation and inhibition arising from the exogenous orienting of covert attention depends on the temporal properties of spatial cues and targets.

Neuropsychologia,37

(6),731–744.Math?t,S.,&Theeuwes,J.(2010).Gradual remapping results in early retinotopic and late spatiotopic inhibition of return.

Psychological Science,21

(12),1793–1798.Maylor,E.A.,(1985).Facilitatory and Inhibitory components of orienting in visual space.In:M.I.Posner&O.S.Marin(Eds.),

Attention and Performance XI

(pp.189–204).Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates.Maylor,E.A.,&Hockey,R.(1987).Effects of repetition on the facilitatory and inhibitory components of orienting in visual space.

Neuropsychologia,25

(1A),41–54.McAuliffe,J.,&Pratt,J.(2005).The role of temporal and spatial factors in the covert orienting of visual attention tasks.

Psychological Research,69

(4),285–291.McDonald,J.J,Hickey,C.,Green,J.J,&Whitman,J.C.(2009).Inhibition of return in the covert deployment of attention:Evidence from human electrophysiology.

Journal of Cognitive Neuroscience,21

(4),725–733.Mele,S.,Savazzi,S.,Marzi,C.A.,&Berlucchi,G.(2008).Reaction time inhibition from subliminal cues:Is it related to inhibition of return?.

Neuropsychologia,46

(3),810–819.Posner,M.I.(1984).Current research in the study of selective attention.In E.Donchin(Ed.),

Cognitive psychology:Event-related potentials and the study of cognition

(Vol.2,pp.37–50).Hillsdale,N.J.:Lawrence Erlbaum.Posner,M.I.,Davidson,B.J.&Snyder,C.R.R.(1980).Attention and the detection of signals.

Journal of Experimental Psychology:General,109

(2),160–174.Posner,M.I.,Rafal,R.D.,Choate,L.&Vaughan,J.(1985).Inhibition of return:Neural basis and function.

Cognitive Neuropsychology,2

(3),211–228.Pratt,J.,Adam,J.,&McAuliffe,J.(1998).The spatial relationship between cues and targets mediates inhibition of return.

Canadian Journal of Experimental Psychology,52

(4),213–216.Pratt,J.,&Abrams,R.A.(1999).Inhibition of return in discrimination tasks.

Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance,25

(1),229–242.Pratt,J.,Hillis,J.,&Gold,J.M.(2001).The effect of the physical characteristics of cues and targets on facilitation and inhibition.

Psychonomic Bulletin&Review,8

(3),489–495.Pratt,J.,O'donnell,C.,&Morgan,A.(2000).The role of the fixation location in inhibition of return.

Canadian Journal of Experimental Psychology,54

(3),186–195.Previc,F.H.(1998).The neuropsychology of 3-D space.

Psychological Bulletin,124

(2),123–164.Sereno,M.E.,Trinath,T.,Augath,M.,&Logothetis,N.K.(2002).Three-dimensional shape representation in monkey cortex.

Neuron,33

(4),635–652.Shen,M.W.,Gao,Z.F.,Zhang,G.Q.,Shui,R.D.,Qiao,X.X.,&Li,W.J.(2007).Inhibition of return on three-dimensional slant plane.

Acta Psychologica Sinica,39

(6),951–958.[沈模衛,高在峰,張光強,水仁德,喬歆新,李偉健.(2007).三維傾斜平面的返回抑制.

心理學報,39

(6),951–958.]Standen,P.J.,&Brown,D.J.(2005).Virtual reality in the rehabilitation of people with intellectual disabilities:review.

Cyberpsychology&Behavior,8

(3),272–282.Theeuwes,J.,&Pratt,J.(2003).Inhibition of return spreads across 3-D space.

Psychonomic Bulletin&Review,10

(3),616–620.Yamane,Y.,Carlson,E.T.,Bowman,K.C.,Wang,Z.H.,&Connor,C.E.(2008).A neural code for three-dimensional object shape in macaque inferotemporal cortex.

Nature Neuroscience,11

(10),1352–1360.Zhang,M.,&Zhang,Y.(2006).Object based-inhibition of return in dynamic displays:Object inhibition or updating of spatial inhibition?.

Acta Psychologica Sinica,38

(6),798–804.[張明,張陽.(2006).動態范式中基于客體的返回抑制－是客體抑制還是空間抑制的動態更新?.

心理學報,38

(6),Zhang,Y.,Peng,C.H.,Sun,Y.,&Zhang,M.(2013).Cognitive mechanism of visual inhibition of return.

Advances in Psychological Science,21

(11),1913–1926.[張陽,彭春花,孫洋,張明.(2013).視覺返回抑制的認知機制.

心理科學進展,21

(11),1913–1926.]

798–804.]

Zhang,Y.,Zhou,X.L.,&Zhang,M.(2012).Temporary inhibitory tagging at previously attended locations:Evidence from event-related potentials.

Psychophysiology,49

(9),1191–1199.