相對到達時間任務中飛行員對客體特征與運動特征的分離*

(陜西師范大學心理學院暨陜西省行為與認知神經科學重點實驗室,西安,710062)

1 引言

1.1 飛行員的空間能力及動態空間能力

在航空心理學研究領域,視覺空間能力對飛行技能的高預測效度一直受到關注,飛行員良好的空間認知技能和其成功率密切相關。良好的視覺空間能力不但是飛行員飛行、巡航或者作戰需要,也使飛行員節省了心理能量而用于其他作業,降低了心理工作負荷和失誤的危險性。多年來,研究者尋求發現對飛行職業非常重要的空間能力因子,用于飛行員選拔測驗和飛行訓練(Dore,Kosslyn,&Waag,1993;游旭群,晏碧華,2004)。

空間能力的傳統研究領域證明了3個空間因素的存在：定向(orientation)、視覺化(visualization)和空間關系(spatial relations)。定向是對視覺刺激模式的元素排列的理解,以及在呈現的空間構形中能夠在方向改變時保持正確判斷的能力。定向能力是飛行技能中最核心的因素之一(游旭群等,1994)。視覺化是指表象性地控制、折疊、反轉二維或三維圖畫的能力,主要表現為一種表象性控制能力。空間關系能力是指想象一個物體經過空間轉換后如何顯現的能力。以往研究均發現了飛行員在這些復雜的視覺空間任務上的加工優勢(另見綜述,晏碧華,游旭群,楊仕云,2012)。不過,這些傳統的有關視覺空間認知和空間操作能力的測試大都通過紙筆測試來進行,或者通過計算機呈現刺激,但是刺激或者客體是靜止的,這是靜態空間能力(static spatial ability)(Hunt,Pellegrino,Frick,Farr,&Alderton,1988)。

動態空間能力(dynamic spatial ability,DSA)是指個體判斷運動的客體要到哪里去以及何時到達目的地的能力,也就是客體以某種速度按照固定路徑運動,個體估計時間或速度以及不同運動路徑的交叉(Hunt et al.,1988)。Hunt等指出動態空間能力和靜態空間能力完全不同。動態空間能力著重考察個體對運動元素的反應和處理(Pellegrino &Hunt,1989)。D’Oliverira(2004)對九種傳統的紙筆測驗和一個運動客體測驗的結果進行因素分析,結果支持了動態空間能力作為視覺空間能力的獨立因素地位。動態空間能力測試比靜止空間能力測試更接近真實運動場景,更注重個體在變換情境中的實時處理能力,其研究集中于動態空間能力任務開發、個體差異研究、動態空間任務解決策略研究等領域(晏碧華等,2012)。其中在動態空間能力任務開發上取得了較為豐富的成果,例如相對到達時間任務(Relative Arrival Time Tasks,RAT)、攔截判斷任務(Intercept Judgment Tasks,IJT)(Pellegrino &Hunt,1991)、空間定向動態測試(Spatial Orientation Dynamic Test,SODT)和空間視覺化動態測試(Spatial Visualization Dynamic Test,SVDT)等(Contreras,Santacreu,&Shih,1998;Santacreu,1999)。

運動客體判斷是多個職業所需求的,如空中交通管制員、航線飛行員等。飛行員在動態空間能力上的加工特性研究很少,國內研究分別發現飛行員在動態距離判斷、簡單運動客體的相對到達時間判斷上的優勢(楊仕云,晏碧華,游旭群,2009),以及飛行員采用整體策略形成運動整體表征時具有優勢(戴琨,晏碧華,楊仕云,游旭群,2010)。可見,有必要深入探討飛行員在各類動態空間能力任務上的加工特性和加工機制。

1.2 相對運動任務

本研究擬采用相對到達時間判斷任務(RAT)的變式來考察飛行員對運動客體的加工和處理。

對運動時間估計研究較多的是對碰觸時間(time to collision,TTC)的估計,分別有客體中心和自我中心的碰撞時間估計(DeLucia,2004,2013),并有研究者(Baurès,Oberfeld,&Hecht,2010)對兩個客體的TTC加工進行了研究。在這些TTC任務判斷中,其基本任務是對一個客體或兩個客體中的每個客體進行碰觸時間估計。這是相對簡單的運動任務。從運動復雜性看,有不同種類的運動模式,近年研究中最具創意的是運動的多階分類(Burr &Thompson,2011)。一階運動(first-order motion)通常是指客體的絕對運動,關注客體刺激本身的特性如顏色、形狀、大小、紋理對運動的影響。二階運動是指運動背景改變、對比度改變引起的運動,也包括客體之間的相對運動,總體上是指一種相對運動。一階運動和二階運動是按照運動空間的物理學特征進行分類的,而三階運動是依據人的心理特征來進行定義的,即人類視覺系統會注意“突出的”、“會引起注意的”運動刺激,比如構成突出運動軌跡的運動。

顯然,從運動復雜性看,TTC屬于一階運動,而本文擬采用的 RAT任務是二階運動模式。RAT是判斷兩個運動的客體哪個先到達指定目標,這不是一個單純的到達時間任務,而是對經過一段時間變換后由相對距離改變合并相對速度對相對運動時間做出判斷。Hunt等(1988)認為,單個運動客體的時間與速度判斷是個體自動感知的運動判斷任務,而兩個客體的相對運動注重相對時間差,任務復雜,要求精確,空間是“動態”變換的,并需要中央系統加工功能利用有限的資源進行比較與判斷。

對 RAT的研究集中在任務解決策略上,其策略運用分為直接策略和認知協商策略。直接策略是運用視網膜距離的變化作為區分兩個客體的直接線索(Tresilian,1995)。但是,個體對運動物體的判斷并不是簡單憑借生理感光機制,對運動客體的運動三要素(速度、距離、時間)都有自己的主觀估計和處理策略,因此認知協商策略更具有說服力。認知協商策略中最具有代表性的是距離-速度權衡策略。Law等(1993)對RAT任務中相對速度和相對距離的水平進行了區分設計并發現,相對距離和相對速度的判斷績效能預測相對到達時間的判斷績效,被試在判斷中會整合相對速度和相對距離信息,并且這種整合能力存在個體差異。這被稱之為距離速度權衡策略(d/v權衡策略)。他們還發現被試在判斷時會過度依賴相關距離信息,稱之為距離偏見(distance bias)。距離偏見來源于同時加工相對速度和距離信息的資源限制,距離判斷更為直接、方便,這是一種捷徑策略,尤其是低空間能力的個體有距離加工優先傾向,即更多依賴距離信息而不是速度。

RAT任務研究還較少,有關客體特征與其運動特性的相互關系還沒有展開。雖然有研究得到飛行員相對到達時間判斷比飛行學員、普通被試整體上要好(楊仕云等,2009),但是并沒有深入探討這種優勢的具體表現。客體特征包括客體大小、形狀、顏色和紋理特征等,而客體運動特征有速度、方向、距離和位置變化等。那么這些客體特征和運動特征的變化是如何影響相對到達時間的判斷呢？這正是本研究要關注的。

1.3 客體特征與運動特征對 RAT判斷的影響-研究必要性分析

為什么要設置客體特征與運動特性兩類變量來考察它們對RAT判斷的影響？

首先,設計構思來自于客體特征與空間特征的加工分離和兩條視覺神經通路的一般組織原則。在視覺運動和運動空間判斷研究上,在20世紀80年代中期以前就已經積累了相當的研究成果,如“模式”(pattern)與“運動”(motion)兩種視覺功能和兩條視覺神經通路理論(Burr et al.,2011)。不過,大量研究圍繞客體識別(object recognition)與空間認知(spatial cognition)任務進行了探討,均證實了客體屬性和空間屬性的分離性加工(綜述見,Pickering,Gathercole,Hall,&Lloyd,2001)。兩條解剖上不同的神經通路和皮層通路分別對客體本身以及客體的空間屬性進行加工(Mishkin,Ungerleider,&Macko,1983;Goodale &Milner,1992)。但是,兩條通路尤其是頂通路(where通路)的功能并不局限于此。頂通路不僅負責客體定位,對物體在空間中的相對位置關系和視野各成分的向量和發生總體反應,還能產生物體運動知覺。Mishkin等(1983)認為頂通路的許多區域包含具有很強方向選擇性的神經元,對于運動分析和空間知覺起到重要作用。

那么,個體在對運動客體判斷時是如何協調運動客體屬性、運動空間屬性(方向)以及運動線索特征(距離、速度與時間)的？前已述運動空間判斷和靜止空間能力是相對獨立的,那么在運動客體中會不會出現運動特征優先加工的現象？這正是本研究要關注的。雖然行為研究并不能找到兩條通路在加工運動客體時的具體激活特點與分工,但還是可以為兩條通路在加工運動客體時的功能差異研究帶來一定啟示。

其次,研究構思來自于運動客體加工的影響變量。視覺變量和經驗變量都影響著運動判斷,個體會采用直接策略或認知協商策略來進行判斷。在簡單運動判斷如 TTC判斷中,碰觸時間的估計受到兩類信息源的影響(DeLucia,2004)。一類是視覺不變量(optical invariants,such as tau),這決定于感官過程的限制并提供可靠的 TTC信息,一類是經驗的變量如相對大小、背景等,決定于認知過程的限制。大小到達效應(the size-arrival effect,ERS)說明在進行 TTC 判斷時個體傾向于判斷大客體先碰上目標(DeLucia &Warren,1994)。背景依賴性說明TTC的判斷受到運動背景的影響(Calabro,Beardsley,&Vaina,2011)。在復雜運動中也是如此,通常物體的位置變化會在視網膜上留下軌跡,這是探討運動知覺產生的生理感官因素,但視覺系統會利用外部信息進行判斷。例如新近的一項研究表明(Furman&Gur,2012),在眼睛跟隨運動客體時,人類視覺系統會利用外部信息補償眼睛運動,這樣眼睛就可準確捕獲運動畫面和實現運動表象的轉換。

那么,對復雜運動客體個體是如何協調視覺變量和經驗變量的？復雜運動中也有大小到達效應、背景效應嗎？這也是本研究要關注的。

1.4 研究目的與設計

本文的基本假設是：在加工運動客體時,不同動態空間能力的個體在客體特征和運動特征上會有認知加工差異。文章擬通過設置 RAT任務的變式,考察運動客體大小、顏色的變換、空間構型背景的改變對相對到達時間判斷的影響,同時在運動特征上考察不同運動方向、速率大小對判斷的影響。通過設置對照研究將飛行員與普通被試進行對比,尋求發現兩組對客體特征和運動特征及其相互關系的處理差異。由于國內航線飛行員的選拔并沒有引入動態空間能力測試,研究可為飛行員選拔和飛行訓練中引入動態空間能力測試提供參考。

2 實驗1

2.1 目的

考察兩個客體的顏色、運動方向、速率大小對RAT任務判斷的影響,并同時探討民航飛行員在這些影響因素上的加工優勢。

2.2 方法

2.2.1 被試

35名現役民航飛行員,平均年齡為 26.80歲(23～34歲),大學文化程度,平均飛行時間1820小時(360～5500小時)。所有被試均為男性,身體健康并通過民航總局體檢標準。控制組為 31名普通成年男性,身份有職員、醫師、學生等,他們在性別、年齡(平均 25.7,分布在 22～35歲)和文化程度上均與飛行員相匹配。采用MW-U秩和檢驗法對兩組年齡進行均衡性檢驗,兩組無顯著差異,

Z

=–1.656,

p

=0.098。所有被試視力或矯正視力正常,無色盲或色弱現象,且均未參加過類似實驗。

2.2.2 實驗設備和實驗材料

實驗過程在兩臺筆記本電腦上進行,分辨率1366×768,刷新頻率60 Hz。測驗在安靜的環境下被試自行按指導語的提示完成所有任務,所有相關結果均由計算機自動記錄。實驗程序采用VC語言編制。

實驗基本刺激：

兩個圓點在顯示器屏幕上同時出現,一上一下以不同速度但同方向的水平勻速運動,各自向對面的目標線(豎直線)前行,在運動一段時間后消失(未達到目標線),見圖1。基本設置為白色背景上的彩色圓點,圓點直徑為 0.5 cm(0.6°視角),兩個圓點分別為紅、綠兩種顏色。豎直目標線(wall line) 0.2 cm ×3 cm(0.24°×3.6°視角),兩條豎直目標線均為黑色,圓點到目標線的垂直點為目標線中點,兩中點相距7 cm,兩條豎直線連接起來可成為一條直線。兩個圓點從出現到消失經過的時間為3 s。在速度上,圓點勻速運動的速度有3個水平：4.0 cm/s、4.5 cm/s、5.0 cm/s。在運動方向上,兩個圓點有從左到右(西→東)和從右到左(東→西)兩個水平,且與X軸無方向偏差。在消失點與目標線距離上,設置兩個水平：速度快的圓點離目標線遠,先到達;速度快的圓點離目標線遠,后到達,在起始點進行了距離控制,不設置速度快圓點距離目標線近和兩個圓點同時到達的情況,以保證任務的相對難度。這樣,一共有6(速度不重復設置結合：4.0-4.5,4.0-5.0,4.5-4.0,4.5-5.0,5.0-4.0,5.0-4.5)×2(圓點顏色)×2(運動方向)×2(相對快速消失點距離)共 48種不同的刺激形式。就相對速度比率(velocity ratio)來看,一共有3種速率：1.25:1、1.125:1、1.111:1,第一種速度差最大,在刺激形式中有 1/3,余下兩種比率非常接近,歸為一種。在速率水平設計上,以往研究難度通常區分1.5:1和 2:1速率水平且某一客體固定速度(Law et al.,1993),比較而言本實驗難度更大。

圖1 實驗1實驗材料截屏圖

2.2.3 實驗任務

兩個彩色圓點同時在顯示器一側出現,向著“對面”各自的目標線運動,而后消失。被試需要判斷哪一個圓點先到達自己的目標線(假定其消失后以原來的速度繼續前進),若是紅色圓點,則左手指按“D”鍵進行按鍵反應,若是綠色圓點,則用右手指按“K”鍵。記錄下反應時和反應正確性,計時從圓點消失開始,到按鍵結束。要求被試既快又準確地反應。

2.2.4 實驗程序

第一階段為按鍵練習階段,設置6個練習測試,使被試熟練掌握反應方式,6個練習測試可循環使用。第二階段為正式實驗階段。被試通過空格鍵控制每一個測試的出現,對 48個隨機呈現的刺激形式進行判斷,1.25:1速率的每個刺激均判斷2次,這樣保證了大小速率各占一半,因此正式實驗共有64個測試。

2.2.5 實驗設計

實驗目的在于探討客體顏色、運動特征即運動方向與速率大小對實驗結果的影響,同時探討飛行員的認知加工優勢,因此實驗為 2(被試)×2(顏色)×2(運動方向)×2(速率大小)混合設計。其中顏色水平的區分以客體顏色與運動相對速度的結合劃分為兩個水平：紅色–較快速度,綠色–較快速度。

所用計算工具為SPSS 16.0。

2.3 結果與分析

統觀反應時,從經驗上講,由于要對運動著的兩個客體進行對比,因此判斷時間比通常單一客體的知覺反應時間要長。本研究反應時處理標準是：剔除錯誤反應的反應時,以及3個標準差以外的正確反應時。本實驗中,兩組的錯誤反應次數平均為5.48±1.27,反應時在3個標準差外的正確反應次數為 0.57±0.80,剔除上述無效次數后反應時總有效率為 90.54%±2.36。反應時和正確率實驗結果分別見圖2和圖3。

圖2 不同客體運動方向、顏色、速率條件下飛行員與控制組的反應時

圖3 不同客體運動方向、顏色、速率條件下飛行員與控制組的正確率

對被試的所有同類運動模式(同方向同顏色同速率)的平均反應時間和正確率進行相關分析,沒有發現顯著正相關,說明不存在反應速度-準確性權衡現象。

2.4 討論

從主效應可知,顏色特征對 RAT判斷沒有影響,而運動方向和客體的速率大小影響著反應判斷,被試對從左到右運動客體的判斷更快更準,對速度差異較大的大速率運動也是反應更快準確性更高,即使是運動判斷經驗豐富的飛行員,從左到右任務和大速率任務準確性也更高。和控制組比,飛行員反應快正確率高。在反應時中,飛行員的快速加工優勢集中體現在從右到左運動以及小速率的相對運動客體判斷上。在正確率上,飛行員的準確反應全面表現在兩種方向及兩種速率的運動任務上。此外,飛行員在兩個運動方向和兩種相對運動速率上的反應時均無差異,說明飛行員對相對運動的運動特征掌握更為精確。

3 實驗2

3.1 目的

考察客體大小因素與視線方向對 RAT判斷的影響,并同時探討飛行員在這些影響因素上的加工優勢。視線方向變量的含義是運動往返方向是否與通常水平視線一致。

3.2 方法

3.2.1 被試

同實驗1。

圖4 實驗2實驗材料截屏圖

3.2.2 實驗材料

基本刺激同實驗1是相似的,兩個圓點在顯示器屏幕上同時出現,一上一下以不同速度但同方向勻速運動,各自向對面的目標線前行,在運動3s后消失。不同的地方有,基本設置為白色背景上的黑色圓點,兩圓點直徑分別為0.5 cm(0.6°視角)和1 cm(1.2°視角),即小圓點和大圓點。在速度上,圓點勻速運動的速度只有兩個水平：4 cm/s、5 cm/s。在運動視線方向上有：水平運動方向、與水平視線有45°夾角的運動方向,且兩種方向都設置了往返情況,即在水平視線上設置了從左到右(西→東)和從右到左(東→西),在 45°視線上有從西南向東北方向和由東北往西南方向,見圖4。這樣,一共有2(大小圓點與速度不重復設置)×2(大小圓點上下位置)×2(運動往返方向)×2(視線方向)×2(相對快速消失點距離)共32種不同的刺激形式。

3.2.3 實驗任務、程序和設計

每個刺激形式呈現兩次,隨機呈現 64個刺激,被試需要判斷哪一個圓點先到達自己的目標線,分別按“D”鍵和“K”鍵對小、大圓點進行反應。要求被試兩眼視線與顯示器上下邊框平行,尤其在進行45°方向判斷時,不能有偏頭等動作。

設置六個練習測試和64次正式試驗。

本實驗擬探討視線方向和客體大小對判斷的影響,實驗設計為 2(被試間)×2(被試內：客體大小)×2(被試內：視線方向)設計。其中客體大小水平的區分是以客體大小與運動速度的結合劃分為兩個水平：大客體–快速,小客體–快速。

3.3 結果與分析

本實驗中,兩組的錯誤反應次數為 5.66±1.39,反應時在3個標準差外的正確反應次數為0.56±0.88,剔除上述無效次數后反應時總有效率為 90.28%±2.43。反應時和正確率結果分別見圖5和圖6。

圖5 飛行員與控制組完成大小客體不同視線方向任務的反應時

圖6 飛行員與控制組完成大小客體不同視線方向任務的正確率

對被試的所有同類運動模式的平均反應時和正確率進行相關分析,沒有發現二者正相關顯著,說明不存在反應速度-準確性權衡現象。

3.4 討論

本實驗發現客體大小影響普通被試的相對到達時間判斷,出現了 RAT任務的“大小到達效應”,即大客體快速行駛而小客體低速行駛時他們的相對到達時間更易區分,而當小客體快速行駛且與之對比的是低速的大客體時,小客體的優勢表現不明顯。此外,實驗證明了與兩眼視線方向不一致的運動方向會使相對運動時間判斷更難。與控制組比較,客體相對大小和客體運動方向對飛行員的相對運動時間判斷的影響大為降低,反應時和反應準確性均顯示飛行員對兩個運動客體相對到達時間的判斷已經能夠脫離客體大小的影響,沒有表現出“大小到達效應”。且飛行員能準確把控運動方向,這種優勢尤表現在與兩眼視線方向不一致的運動客體的反應正確性上。

4 實驗3

4.1 目的

探討有可能影響運動距離表征和運動客體空間構型的背景因素對相對到達時間判斷任務的影響,并同時探討飛行員的加工優勢。背景因素是一種非運動特征。

4.2 方法

4.2.1 被試

同實驗1。

4.2.2 實驗材料

基本刺激同實驗1是一致的。不同的是,兩條目標線與水平運動軌跡形成了135°夾角,且兩條目標線一條長3 cm,一條長5 cm,如圖7。運動方向只有從左到右(西→東)。這樣,一共有 6(速度不重復設置結合)×2(圓點顏色)×2(目標線長短)×2(相對快速消失點遠近距離)共48種不同的刺激形式。

相對于實驗1圓點到直線的垂直距離,本實驗中不同長度的傾斜目標線設置雖然并沒有真正改變圓點到目標線中點的位置,但對圓點與目標線之間的距離知覺造成了干擾。

4.2.3 實驗任務、程序和設計

正式試驗開始后,被試需要判斷哪一個圓點首先到達自己的目標線中點,同樣分別操作“D”鍵和“K”鍵對紅、綠圓點進行反應。

圖7 實驗3實驗材料截屏圖

同樣設置6個練習測試和大速率任務加倍后64個正式測試。

本實驗將引入實驗1同方向的32個測試進行比較,關注兩組被試差異和不同目標線的影響作用,實驗為2(被試間)×2(被試內：目標線特征)設計。

4.3 結果與分析

本實驗中,兩組的錯誤反應次數平均為6.89±2.59,反應時在3個標準差外的正確反應次數為 0.68±0.84,剔除上述無效次數后反應時總有效率為 88.24%±4.47。反應時和正確率實驗結果分別見圖8和圖9。為了考察目標線特征對判斷的影響,本實驗將實驗1中的相對到達時間判斷同方向結果作為“基準實驗”引入本實驗中進行方差分析。

圖8 飛行員與控制組在兩種目標線條件下的反應時

圖9 飛行員與控制組在兩種目標線條件下的正確率

4.4 討論

在通常情況下,人們對客體的形狀識別及其運動狀態的觀察是在各種視覺噪音下完成的,有背景變化和視覺噪音的運動更接近于現實環境中的物體運動。目標線特征改變使運動背景發生改變,這種改變非一般性干擾(如可視條件的改變),它在一定程度上已經改變了客體與目標之間的關系,影響到了被試對客體之間的位置關系和距離關系的知覺。本實驗發現飛行員對相對運動客體的判斷并沒有受到目標線特征改變的影響,與控制組比較,飛行員易于從視覺干擾條件下提取目標客體的運動信息,較少受到背景信息干擾。

5 總討論

5.1 RAT任務中客體特征與運動特性反應特點

人們對運動時間的判斷存在于每天的思維和決策中。相對到達時間的判斷不僅依賴于對距離的評估,還需要被試對客體運動相對速度進行權衡,這是一個對客體多種運動特征協同判斷的復雜過程。RAT任務是兩個客體的競爭運動,實驗結果顯示,普通被試的相對到達時間判斷容易受到客體特征、運動方向和背景特征的影響。在客體特征中,顏色對運動客體的相對時間判斷沒有影響,而客體大小會影響相對到達時間判斷,有“大小到達效應”,即大客體快速行駛而小客體低速行駛時它們的相對到達時間更易區分。在運動特征中,本研究發現作為計算機化的 RAT測試任務其兩個客體的運動方向、視線方向和速率大小影響時間判斷。此外,目標線運動背景的改變對普通被試的判斷有影響。

在 RAT任務中,知覺到的速度和距離信息可用來估計時間,需要在相對速度和相對距離之間進行權衡(d/v權衡策略)。從生動性講,相對速度和距離加大都有利于相對到達時間判斷,相對距離和相對速度引起的到達時間差異很小時就難以判斷。但是這種權衡不一定是真實存在的,因為在相對運動估計中既有真實的視網膜距離與速度這種視覺變量的變化,還有混合運動后關于速度、距離和時間的主觀估計。當兩個客體共同運動時,客體特征和運動特征都會對相對速度、相對距離造成影響從而影響判斷。例如,客體大小既會影響相對速率估計,也會影響兩個客體的位置關系判斷;運動方向,尤其是與視線方向不一致的方向也會影響對相對速度的估計,從而影響時間判斷;而背景特征則會對相對距離判斷產生較大的影響。因此,方向和距離表征成為了兩個較為核心的影響因素。

為什么運動方向會影響時間判斷？由于是計算機化任務,個體常用的從左至右的書寫與閱讀習慣使該方向的判斷相對容易。而與視線方向一致的運動較易判斷,對變化的運動空間判斷較難,則是與我們通常的視覺經驗都是在比較規則的空間進行有關。在日常生活中,即使有不規則運動的客體,我們也會讓身體運動(如偏頭)以保持和運動方向的平行。當不能保證平行時,判斷就會出現困難。那為什么距離表征會影響判斷呢？Law等(1993)認為相對運動中被試判斷時有“距離偏見”,或認為距離信息更為“眼見為實”(Fischer,Hickey,Pellegrino,Law,1994),平行軌跡的相對運動時間判斷的發展特點是從距離依賴到時間依賴有階段性發展(Keshavarz et al.,2010)。可見,距離表征是影響運動時間判斷的基本因素,在判斷中更容易被優先作為線索使用。本研究中,由于大客體本身就占據相應的“距離”特征,因此同等速率下大客體快速會更容易判斷。此外,目標線背景由于干擾了距離表征也影響了判斷。

5.2 飛行員在相對到達時間判斷任務上的加工優勢

本研究希望找到動態空間能力中飛行員具有加工優勢的核心空間能力因子,為提高當前的航線飛行員選拔與訓練效益提供實證參考。在未來的航線飛行員選拔和訓練中,把極富生態性的動態空間能力測試引入,任務越具有核心價值和代表性,就越能夠在選拔之初解決經過系統訓練才能解決的問題,從而提高選拔效率,此外,設置綜合性核心動態空間任務訓練還可以極大提高訓練效率。

與控制組比,飛行員或反應快或正確率高或二者兼具,飛行員對相對運動的判斷在一定程度上已經脫離了客體方向的影響,能對速率較小任務進行精確分辨,并不受視線方向改變的影響和目標背景的干擾作用。即,飛行員相對于控制組能對時間任務中相對速度和相對距離的水平加以良好區分,并能通過相對距離和相對速度預測相對到達時間,在判斷中整合相對速度和相對距離信息的優勢明顯。飛行員時間到達任務上的加工優勢實際就是對運動客體的運動狀態掌握的優勢。雖然個體對運動客體的運動狀態的判斷會受到客體特征和背景特征的干擾,但是這種干擾對飛行員的判斷影響不大。需要進一步說明的是,運動方向作為運動空間屬性并沒有對飛行員的 RAT判斷有所影響,飛行員只對運動線索特征(距離與速度)這些視覺流變量做出反應,體現了“運動優先”加工特征,即在飛行員身上體現了客體屬性和空間屬性加工讓位于運動屬性加工的現象。這樣的加工特點證明了運動和靜止客體的空間屬性加工可能是不同的。當然,這還需要進一步驗證。

在認知方式上,游旭群和于立身(2000)發現飛行員具有較強的場獨立性特征,這種場獨立性特征與其較高水平的視覺空間認知能力相關。和場依存性比較,具有場獨立性特征的個體在問題表征上更少受先導組織結構特點的制約(Davis &Cochran,1989),其優勢主要表現在其具有成熟的元認知技能,包括較強的注意監控技能以及信息的提取和組織能力。在動態空間的相對運動的時間判斷中,飛行員較少受到客體變化特征和背景特征的干擾,再次證明了其較高的場獨立性認知特征。此外,多個研究發現DSA有練習效應(Law et al.,1993;Shayne,Andrew,&Michael,2007),而飛行實踐是飛行員練習效應獲得的最佳途徑。因此,飛行員在RAT任務上表現出優勢。

5.3 飛行員對RAT任務特征分離的可能解釋

從視覺通路功能來看,復雜的視覺認知任務是what通路與where通路共同作用的結果,不僅包括了對客體特性與表征進行確認,也包括對經過視覺操作后的客體特性的重新判斷。該研究領域的擴展必將帶動認知神經科學對兩條通路功能的全新探索。Goodale和Milner(1992)認為what通路確定客體是什么,where通路的機能本質是視覺導向(visual guidance),其神經機制適應于指導視覺行為的運動分析。由于對運動物體的知覺與判斷依賴于物體表征區和運動加工區的交互,由兩條通路協同作用,在加工運動客體時,控制組對運動特征的判斷更容易受到客體特征的影響,兩種屬性加工更易發生關聯。對于有良好動態空間能力和飛行實踐的飛行員來講,兩類特征的加工較少發生關聯,因而能對運動特征進行精確控制而較少受客體特征的影響,顯示飛行訓練可能增強了運動加工區的功能。

本文研究結果更適宜從加工特性分析,從結果看,運動特征加工經過飛行訓練后更容易形成自動加工,對客體屬性的加工難于形成自動加工。與靜止客體相比,運動客體整合了客體特征、空間特征和運動特征,控制組對運動特征的加工由于少了熟練性使其受到了客體特征和空間特征的影響。隨學習和實踐而不斷提高的加工過程是熟練技能的重要基礎,飛行員由于飛行實踐的長期影響對運動特征的自動化加工程度較高,視覺自動操作(visuomotor processing)水平較高,視覺變量判斷精確,較少受經驗變量的影響,就可以分離運動客體的客體特征與運動特征。當然,飛行員還能分離運動空間屬性對運動線索特征的影響,體現了更高的“運動優先”加工水平。總之,本研究證實了運動客體特征、運動空間屬性和運動線索特征的加工存在個體差異,這些個體差異可為特殊人員選拔和技能訓練提供實證參考。

有關運動知覺和運動空間判斷等動態空間能力的研究還較少。未來對動態空間能力的研究,尤其是對多個客體和多路徑運動的動態空間的探索,必將極大擴展視覺空間認知研究領域。

致謝：

研究過程得到中國南方航空公司航空衛生管理部體檢隊及廣西分公司航醫室鼎力支持,在此謹表誠摯謝意！Baurès,R.,Oberfeld,D.,&Hecht,H.(2010).Judging the contact-times of multiple objects:Evidence for asymmetric interference.

Acta Psychologica,134

,363–371.Burr,D.,&Thompson,P.(2011).Motion psychophysics:1985–2010.

Vision Research,51

,1431–1456.Calabro,F.J.,Beardsley,S.A.,&Vaina,L.M.(2011).Different motion cues are used to estimate time-to-arrival for frontoparallel and looming trajectories.

Vision Research,51

,2378–2385.Contreras,M.J.,Santacreu,J.,&Shih,P.(1998).

Dynamic computerized tests for the assessment of spatial orientation and spatial visualization

.Technical Report.Facultad de Psicolog??a.Universidad Auto?noma de Madrid.Dai,K.,Yan,B.H.,Yang,S.Y.,&You,X.Q.(2010).A study on pilots' strategy of constructing dynamic spatial representation.

Psychological Science,33

,87–91.[戴琨,晏碧華,楊仕云,游旭群.(2010).飛行員動態空間表征建構的策略研究.

心理科學,33

,87–91.]Davis,J.K.,&Cochran,K.E.(1989).An information processing view of field dependence-independence.

Early Child Development and Care,43

,129–145.DeLucia,P.R.(2004).Chapter 11 Multiple sources of information influence time-to-contact judgments:Do heuristics accommodate limits in sensory and cognitive processes?

Advances in Psychology,135

,243–285.DeLucia,P.R.(2013).Effects of size on collision perception and implications for perceptual theory and transportation safety.

Current Directions in Psychological Science,22

,199–204.DeLucia,P.R.,&Warren,R.(1994).Pictorial and motion-based depth information during active control of self-motion:Size-arrival effects on collision avoidance.

Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance,20

,783–798.D’Oliverira,T.C.(2004).Dynamic spatial ability:An exploratory analysis and a confirmatory study.

The International Journal of Aviation Psychology,14

,19–38.Dore,I.E.,Kosslyn,S.M.,&Waag,W.L.(1993).Visual spatial abilities of pilots.

Journal of Applied Psychology,78

,763–777.Fischer,S.C.,Hickey,D.T.,Pellegrino,J.W.,&Law,D.J.(1994).Strategic processing in dynamic spatial reasoning tasks.

Learning and Individual Differences,6

,65–105.Furman,M.,&Gur,M.(2012).And yet it moves:Perceptual illusions and neural mechanisms of pursuit compensation during smooth pursuit eye movements.

Neuroscience &Biobehavioral Reviews

,

36

,143–151.Goodale,M.A.,&Milner,A.D.(1992).Separate visual pathways for perception and action.

Trends in Neurosciences,15,

20–25.Hunt,E.,Pellegrino,J.W.,Frick,R.W.,Farr,S.A.,&Alderton,D.L.(1988).The ability to reason about movement in the visual field.

Intelligence,12

,77–100.Keshavarz,B.,Landwehr,K.,Baures,R.,Oberfeld,D.,Hecht,H.,&Benguigui,N.(2010).Age-correlated incremental consideration of velocity information in relative Time-to-Arrival Judgments.

Ecological Psychology,22

,212–221.Law,D.J.,Pellegrino,J.W.,Mitchell,S.R.,Fischer,S.C.,McDonald,T.P.,&Hunt,E.B.(1993).Perceptual and cognitive factors governing performance in comparative arrival-time judgments.

Journal of Experimental Psychology:Human Perception Performance,19

,1183–1199.Mishkin,M.,Ungerleider,L.G.,&Macko,K.A.(1983).Object vision and spatial vision:Two cortical pathways.

Trends in Neuroscience,6

,414–417.Pellegrino,J.W.,&Hunt,E.B.(1989).Computer-controlled assessment of static and dynamic spatial reasoning.In R.F.Dillon &J.W.Pellegrino(Eds.),

Testing:Theoretical and applied perspectives

.NY:Praeger.Pellegrino,J.W.,&Hunt,E.B.(1991).Cognitive models for understanding and assessing spatial abilities.In H.A.H.Rowe(Ed.),

Intelligence:Reconceptualization and measurement

.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,Inc.Pickering,S.J.,Gathercole,S.E.,Hall,M.,Lloyd,S.A.(2001).Development of memory for pattern and path:Further evidence for the fractionation of visuo-spatial memory.

Quarterly Journal of Experimental Psychology,54

,397–420.Santacreu,J.(1999).SODT-R and SVDT-R.

Dynamic computerized test for the assessment of spatial ability

(revised versions).Technical Report.Madrid:Autonomous University of Madrid.Shayne,L.,Andrew,N.,&Michael,S.H.(2007).The development of a general associative learning account of skill acquisition in a relative arrival-time judgment task.

Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance,33

,938–959.Tresilian,J.R.(1995).Perceptual and cognitive processes in time-tocontact estimation:Analysis of prediction-motion and relative judgment tasks.

Perception &Psychophysics,57

,231–245.Yang,S.Y.,Yan,B.H.,&You,X.Q.(2009).A study on the processing level of dynamic spatial ability in civil flight pilots and cadets.

Psychological Science,32

,71–73.[楊仕云,晏碧華,游旭群.(2009).民航飛行員、飛行學員動態空間能力加工水平檢測.

心理科學,32

,71–73.]Yan,B.H.,You,X.Q.,&Yang,S.Y.(2012).Achievements and prospect of researches on spatial ability processing advantage in pilots.

Space Medicine&Medical Engineering,25

,152–156.[晏碧華,游旭群,楊仕云.(2012).飛行員優勢空間能力研究現狀及展望.

航天醫學與醫學工程,25

,152–156.]You,X.Q.,Liu,N.,Ren,J.J.,Huangfu,E.,Wang,R.G.,Zhang,J.Y.,&Ye,W.J.(1994).A preliminary study of the evalution method of flight illusion.

Psychological Science,17

,133–136.[游旭群,劉寧,任建軍,皇甫恩,王榮根,張建云,葉萬鈞.(1994).飛行錯覺水平評定方法的初步研究.

心理科學,17

,133–136.]You,X.Q.,&Yan,B.H.(2004).Cognitive processing properties of visuospatial ability.

Journal of Shaanxi Normal University(Philosophy and Social Sciences Edition),33

,102–107.[游旭群,晏碧華.(2004).視覺空間能力的認知加工特性.

陜西師范大學學報(哲社版),33

,102–107.]You,X.Q.,&Yu,L.S.(2000).The relationship between cognitive profile,field-independence and spatial orientation in flight.

Acta Psychologica Sinica,32

,158–163.[游旭群,于立身.(2000).認知特征、場獨立性與飛行空間定向關系的研究.

心理學報,32

,158–163.]