三維空間中不同視野深度位置上的返回抑制*

王愛君 劉曉樂 唐曉雨 張 明

(1蘇州大學心理學系,心理與行為科學研究中心,蘇州 215123)(2遼寧師范大學心理學院,兒童青少年健康人格評定與培養協同創新中心,大連 116029)

1 引言

在視空間注意研究領域內最經典的空間注意模型是聚光燈模型。Posner將注意類比為聚光燈的視覺定向理論,系統地闡述了二維平面內不同注意定向方式對視覺加工的影響。研究發現,線索化條件下,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。當線索與目標的時間間隔(stimulus onset asynchrony,SOA)小于300ms時,被試對呈現在線索化位置上的目標反應較快,即出現了促進效應。但是,當線索與目標的時間間隔(SOA)大于300ms時,被試對呈現在線索化位置上的目標反應較慢,這種抑制效應被稱之為返回抑制(inhibition of return,IOR)(Posner,1984;也見Klein,2000)。

鑒于IOR可以通過優先加工新異位置,避免重復檢測已注意過的位置,進而優化視覺搜索效率(Dodd,Castel,&Pratt,2003;H?fler,Gilchrist,&Korner,2011;Klein,2000;Wang,Zhang,&Klein,2010),一些研究考察了 IOR效應在視野中的空間分布。研究發現,IOR不僅出現在線索化的位置,而且會擴散到線索化附近的位置(Maylor &Hockey,1985),甚至擴散至線索化位置所在的整個視野(Berlucchi,Tassinari,Marzi,&Di Stefano,1989;Collie,Maruff,Yucel,Danckert,&Currie,2000;Tassinari,Aglioti,Chelazzi,Marzi,&Berlucchi,1987)。Bennett和Pratt(2001)通過設定目標可能出現在441個潛在的位置來細致地探討IOR的空間分布,結果發現,IOR效應在不同視野間存在梯度效應,即與線索位于同一象限內的目標的抑制效應最強。雖然IOR效應在視野中的空間分布得到了廣泛的研究,但IOR是否在整個視野中具有同質性的分布則需要進一步證實。因此,一些研究對此問題進行了考察。Bao等人的研究發現,相對于中央視野位置,在外周視野位置觀察到了更大的 IOR效應(Bao &P?ppel,2007;Bao,Lei et al.,2013)。并且發現,中央視野位置的IOR效應更大程度上地激活了額頂網絡,而外周視野位置的IOR效應則更大程度地激活了前額葉皮層,這同時也證實了中央視野和外周視野位置的 IOR效應存在分離的神經機制(Lei,Bao,Wang,&Gutyrchik,2012)。同樣地,一些研究也發現,IOR效應的大小與視網膜離心率存在關系,且在視網膜離心率大于 15～20°時達到最大(Bao &P?ppel,2007;Bao,Wang et al.,2013;Mele,Berlucchi,&Peru,2012)。

目前關于 IOR效應在不同視野位置上是否具有同質性的研究主要集中在二維平面(Bao &P?ppel,2007;Bao,Wang,&P?ppel,2012;Bao et al.,2011;Bao,Wang et al.,2013;Bao,Lei et al.,2013;Lei et al.,2012;Mele et al.,2012)。但我們人類是生活在真實的三維世界中,日常所處的空間以及所接觸的事物皆具有深度特性。因此,目前的相關研究忽略了現實視覺環境中的“深度”問題。已有研究發現,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/重定向,即出現“深度盲”現象(Ghirardelli &Folk,1996;Iavecchia &Folk,1994)。有研究也表明,注意在三維空間不同的深度位置間轉移時并不存在基于空間的 IOR效應,即說明了IOR具有“深度盲”特性(Theeuwes &Pratt,2003;Bourke,Partridge,&Pollux,2006)。然而,另一些研究則發現,被試對于出現在與線索化位置不同深度平面位置上的目標反應更慢,即注意從近處定向到遠處消耗了更多的注意資源(de Gonzaga Gawryszewski,Riggio,Rizzolatti,&Umiltá,1987;Maringelli,McCarthy,Steed,Slater,&Umiltà,2001),出現了“非深度盲”。近期的一些研究也發現,我們的注意系統能夠有效地在三維空間的深度位置上進行定向/重定向,進而產生基于空間的 IOR效應,說明了IOR并不是“深度盲”(沈模衛等,2007;Wang,Liu,Chen,&Zhang,2016;Wang,Yue,Zhang,&Chen,2015;王愛君,李畢琴,張明,2015;王愛君,張明,2015)。這一結果也符合生態學視角的觀點,即人們能夠快速地將注意定位在具有潛在威脅性或者獎賞性的物體上,并且這些物體是突然出現在距離我們自身較近處的位置。當刺激突然意外地逼近自身情況下,為了生存的需要,需要迅速地將注意轉移到這些刺激上。相反,當刺激遠離自身情況下,對這些刺激的注意則較少(Chen,Weidner,Vossel,Weiss,&Fink,2012;de Gonzaga Gawryszewski et al.,1987;Graziano &Cooke,2006)。

以往發現IOR“非深度盲”的研究主要關注在三維空間中深度位置上是否存在 IOR(王愛君等,2015)、三維空間中不同注意轉移方向下 IOR的差異(Wang et al.,2016)以及三維空間深度位置上IOR與執行功能(flanker效應、Simon效應)間的交互作用(Wang et al.,2015;王愛君等,2015)。然而,關于IOR在不同視野空間分布的研究主要集中在二維平面(x 軸方向)上(Bao &P?ppel,2007;Bao et al.,2013;Lei et al.,2012;Mele et al.,2012)。因此,本研究在以往 IOR“非深度盲”研究的基礎上,采用虛擬現實技術構建三維空間場景,要求被試在深度位置上進行注意定向/重定向,考察不同視野深度位置上IOR效應的空間分布,即IOR效應在三維空間中不同視野深度位置上是否具有同質性。研究分為兩個實驗,均操縱了目標深度、線索有效性和視野位置三個自變量,不同的是實驗1二次線索化的位置固定在中央視野位置,而實驗2二次線索化的位置并不是固定在中央視野位置,目的是為了排除實驗1結果存在注意在水平平面(x軸)上轉移帶來的混淆,而不是純深度位置上(z軸)的注意轉移。

2 實驗1 二次線索化位置固定在中央注視點位置

2.1 方法

2.1.1 被試

被試為蘇州大學20名學生(男生9人,女生11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

刺激呈現在由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60 Hz。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。

試次中三維虛擬場景的背景為黑色,場景中包括近處空間5個白色方塊的占位符,以及遠處空間5個白色方塊的占位符,因此在虛擬的三維空間中建構了10個空間位置(如圖1)。實驗刺激的視野位置分為中央視野和外周視野,其中,中央視野又分為中央凹視野和偏中央凹視野。近處空間和遠處空間的外周和偏中央凹視野占位符的水平距離在視角上均匹配(外周視野17°、偏中央凹視野8.5°)(即近處空間與遠處空間中對應視野位置的占位符空間位置的視網膜距離是相同的)。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刺激凸出在顯示器屏幕外,而遠處空間的刺激凹在顯示器屏幕里面。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;de Gonzaga 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5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5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)(實驗流程圖中為了更直觀展示效果,將提示線索畫成了灰色方塊),中央線索化的提示線索為中央注視點快速地消失(實驗流程圖中同樣畫成了灰色加號)。

2.1.3 實驗設計與實驗程序

實驗為2×2×3的被試內設計,自變量1為目標的深度(近處空間vs.遠處空間),自變量2為線索有效性(線索有效vs.線索無效),自變量3為視野位置(中央 vs.偏中央凹 vs.外周)。因變量為被試進行探測任務的反應時和準確率。研究中,注意在不同視野深度位置上進行定向/重定向均為沿著直線路徑(王愛君等,2015;王愛君,張明,2015;Wang et al.,2015,2016)。

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 300ms;200ms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300ms;接著是150ms 或者250ms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);然后目標刺激(藍色小球)出現,時間為 250ms;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、線索有效性還是視野位置,實驗中 12個條件的雙眼視差都是恒定的。

圖1 實驗1流程圖

實驗中每個被試需要完成624個試次,每種條件下48個試次,其中還包括48個捕捉試次1捕捉試次是用來考察無需外部的反應的情況下,無目標出現是否能夠誘發反應偏向(McDonald,Hickey,Green,&Whitman,2009)。。正式實驗之前要求被試先完成 24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8組,每組78個試次。每組結束后休息60 s,以緩解視覺疲勞,60 s結束被試自行按鍵開始下一組實驗,實驗時間一共55 min。

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0.25%,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)。剔除漏報的試次;剔除反應時小于100ms和大于1500ms的試次;剔除正負3個標準差之外的試次;總剔除試次占總試次的1.2%。

對反應時數據進行 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)×3(視野位置：中央 vs.偏中央凹 vs.外周)的重復測量方差分析。結果顯示,線索有效性的主效應顯著,F(1,19)=35.30,p<0.001,η2=0.65,表明了線索化位置上的反應時(350ms)顯著長于非線索化位置上的反應時(330ms),即出現了IOR效應。視野位置的主效應顯著,F(2,38)=8.01,p=0.001,η2=0.30,進一步分析發現,外周視野條件下的反應時(346ms)顯著長于偏中央凹視野條件下的反應時(337ms),t(19)=3.49,p<0.005,Cohen’d=1.13,以及中央凹視野條件下的反應時(336ms),t(19)=3.03,p<0.01,Cohen’d=0.98。偏中央凹視野條件下的反應時(337ms)與中央凹視野條件下的反應時(336ms)之間并無顯著性差異,t<1。線索有效性和視野位置的交互作用也顯著,F(2,38)=5.45,p<0.01,η2=0.22。其他主效應和交互作用皆不顯著,Fs <1。以往關于三維空間深度位置上 IOR效應的研究發現,目標出現在近處空間和遠處空間的 IOR效應存在差異(王愛君等,2015;王愛君,張明,2015;Wang et al.,2015,2016)。因此,為了進一步考察近處空間和遠處空間條件下線索有效性和視野位置之間的交互作用,我們分別在近處空間和遠處空間進行了2(線索有效性：有效vs.無效)×3(視野位置：中央vs.偏中央凹vs.外周)的重復測量方差分析(圖2)。

圖2 實驗 1各個條件下讀目標刺激的平均反應時間和標準誤(ms)

當目標出現在遠處空間,線索有效性的主效應顯著,F(1,19)=31.03,p<0.001,η2=0.62,表明了線索化位置上的反應時(349ms)顯著長于非線索化位置上的反應時(330ms),即出現了IOR效應。視野位置的主效應顯著,F(2,38)=6.67,p<0.005,η2=0.26,進一步分析發現,外周視野條件下的反應時(347ms)與偏中央凹視野條件下的反應時差異接近顯著(338ms),t(19)=2.07,p=0.05,Cohen’d=0.67。外周視野條件下的反應時(347ms)顯著長于中央凹視野條件下的反應時(335ms),t(19)=3.44,p<0.005,Cohen’d=1.12。偏中央凹視野條件下的反應時(338ms)與中央凹視野條件下的反應時(335ms)之間并無顯著性差異,t(19)=1.52,p=0.14。線索有效性和視野位置的交互作用也顯著,F(2,38)=3.78,p<0.05,η2=0.17。進一步將不同視野位置下有效線索和無效線索條件下的反應時分別進行配對樣本t檢驗。結果顯示,外周視野條件下,有效線索條件下的反應時(361ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(334ms),t(19)=5.07,p<0.001,Cohen’d=1.62,即出現了 IOR 效應(效應量=28ms)。偏中央凹視野條件下,有效線索條件下的反應時(345ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(331ms),t(19)=4.36,p<0.001,Cohen’d=1.42,即出現了IOR效應(效應量=14ms)。中央凹視野條件下,有效線索條件下的反應時(342ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(327ms),t(19)=3.13,p<0.001,Cohen’d=1.02,即出現了 IOR 效應(效應量=15ms)。

當目標出現在近處空間,線索有效性的主效應顯著,F(1,19)=30.70,p<0.001,η2=0.62,表明了線索化位置上的反應時(349ms)顯著長于非線索化位置上的反應時(329ms),即出現了IOR效應。視野位置的主效應顯著,F(2,38)=4.06,p<0.05,η2=0.18,進一步分析發現,外周視野條件下的反應時(346ms)顯著長于偏中央凹視野條件下的反應時(336ms),t(19)=3.89,p=0.001,Cohen’d=1.26。外周視野條件下的反應時(346ms)與中央凹視野條件下的反應時(338ms)之間并不存在顯著差異,t(19)=1.75,p=0.09。偏中央凹視野條件下的反應時(336ms)與中央凹視野條件下的反應時(338ms)之間并無顯著性差異,t<1。線索有效性和視野位置的交互作用不顯著,F(2,38)=2.05,p=0.14。

為了進一步比較不同條件下三維空間中的IOR效應,我們將IOR的量進行了2(目標深度：近處空間 vs.遠處空間)×3(視野位置：中央 vs.偏中央凹 vs.外周)的重復測量方差分析。結果顯示,只有視野位置的主效應顯著,F(2,38)=5.45,p<0.01,η2=0.22,進一步分析發現,外周視野條件下的IOR(26ms)顯著大于偏中央凹視野條件下的 IOR(16ms),t(19)=3.14,p=0.005,Cohen’d=1.02。外周視野條件下的IOR(26ms)顯著大于中央凹視野條件下的 IOR(16ms),t(19)=2.51,p<0.05,Cohen’d=0.81。偏中央凹視野條件下的IOR(16ms)與中央凹視野條件下的IOR(16ms)之間并無顯著性差異,t<1。結果表明了,注意在三維空間深度位置上進行定向/重定向時,目標的深度并不影響IOR的大小,但是視野位置會影響IOR的大小,表現為,注意在三維空間外周視野的深度位置上進行定向/重定向的 IOR效應顯著大于注意在三維空間中央凹以及偏中央凹視野的深度位置上進行定向/重定向的IOR效應。然而,注意在三維空間后兩者視野的深度位置上進行定向/重定向的 IOR效應不存在顯著差異。

本實驗偏中央凹和外周視野條件下,注意在三維空間深度位置上進行定向/重定向的過程中,存在水平平面(x軸)注意定向/重定向帶來的混淆,即當被試在深度位置上進行注意定向/重定向時既包含了水平平面(x軸)也包含了深度平面(z軸)。因此,為了更加明確地考察注意在三維空間的純深度位置上(z軸)進行定向/重定向時,不同視野間是否仍然存在IOR的差異,本研究進行了實驗2。實驗2在實驗 1的 10個空間位置的基礎上,在中間平面(雙眼視差為 0)將實驗 1的中央注視點變為 1個占位符,并在兩側與近處平面和遠處平面對應的位置上各增加 1個占位符,即構成了三維場景中的 15個占位符。

3 實驗2 二次線索化位置非固定在中央注視點位置

3.1 方法

3.1.1 被試

被試為蘇州大學 21名學生(男生 10人,女生11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。不同的是本實驗在構建的三維虛擬場景中,中間平面,也即0視差的平面,將實驗1的中央注視點改為5個白色的占位符,使其分別與近處空間和遠處空間相應位置的占位符對應。因此,構成了三維空間場景中的15個空間位置。

3.1.3 實驗設計與實驗程序

實驗設計與實驗1相同。

實驗流程：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300ms;200ms的時間間隔(ISI)后,中央平面相應于提示線索一側位置的占位符消失,此為二次線索化(中央線索化),時間為 300ms;接著 150ms或者250ms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);然后目標刺激(藍色小球)出現,時間為 250ms;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中間平面最中央的占位符(0視差),因此,不論目標深度、線索有效性還是視野位置,實驗中 12個條件的雙眼視差都是恒定的。

實驗中每個被試需要完成624個試次,每種條件下48個試次,其中還包括48個捕捉試次。正式實驗之前要求被試先完成 24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8組,每組78個試次。每組結束后休息60 s,以緩解視覺疲勞,60 s結束被試自行按鍵開始下一組實驗,實驗時間一共55 min。

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0.29%,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)。剔除漏報的試次;剔除反應時小于100ms和大于1500ms的試次;剔除正負3個標準差之外的試次;總剔除試次占總試次的1.5%。

對反應時數據進行 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)×3(視野位置：中央 vs.偏中央凹 vs.外周)的重復測量方差分析。結果顯示,目標深度的主效應顯著,F(1,20)=5.28,p<0.05,η2=0.21,表明了近處空間條件下的反應時(363ms)顯著長于遠處空間條件下的反應時(358ms)。線索有效性的主效應顯著,F(1,20)=41.78,p<0.001,η2=0.68,表明了線索化位置上的反應時(371ms)顯著長于非線索化位置上的反應時(351ms),即出現了IOR效應。視野位置的主效應顯著,F(2,40)=14.91,p<0.001,η2=0.43,進一步分析發現,外周視野條件下的反應時(368ms)顯著長于偏中央凹視野條件下的反應時(360ms),t(20)=5.34,p<0.001,Cohen’d=1.69,以及中央凹視野條件下的反應時(355ms),t(20)=4.24,p<0.001,Cohen’d=1.38。偏中央凹視野條件下的反應時(360ms)與中央凹視野條件下的反應時(355ms)之間的差異接近顯著,t(20)=2.06,p=0.05,Cohen’d=0.65。目標深度和線索有效性的交互作用顯著,F(1,20)=11.55,p<0.005,η2=0.37。目標深度和視野位置的交互作用顯著,F(2,40)=5.89,p<0.01,η2=0.23。目標深度、線索有效性和視野位置的交互作用也顯著,F(2,40)=4.90,p<0.05,η2=0.20。其他交互作用不顯著,F<1。為了進一步考察近處空間和遠處空間中線索有效性和視野之間的交互作用,我們分別在近處空間和遠處空間中進行了 2(線索有效性：有效 vs.無效)×3(視野位置：中央 vs.偏中央凹vs.外周)的重復測量方差分析(圖3)。

圖3 實驗 2各個條件下讀目標刺激的平均反應時間和標準誤(ms)

當目標出現在遠處空間,線索有效性的主效應顯著,F(1,20)=20.64,p<0.001,η2=0.51,表明了線索化位置上的反應時(365ms)顯著長于非線索化位置上的反應時(351ms),即出現了IOR效應。視野位置的主效應顯著,F(2,40)=3.27,p<0.05,η2=0.14,進一步分析發現,外周視野條件下的反應時(363ms)與偏中央凹視野條件下的反應時接近顯著(357ms),t(20)=2.12,p<0.05,Cohen’d=0.67。外周視野條件下的反應時(363ms)顯著長于中央凹視野條件下的反應時(355ms),t(20)=2.18,p<0.05,Cohen’d=0.69。偏中央凹視野條件下的反應時(357ms)與中央凹視野條件下的反應時(355ms)之間并無顯著性差異,t<1。線索有效性和視野位置的交互作用也顯著,F(2,40)=3.98,p<0.05,η2=0.17。進一步將不同視野條件下有效線索和無效線索條件下的反應時分別進行配對樣本t檢驗。結果顯示,外周視野條件下,有效線索條件下的反應時(367ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(358ms),t(20)=3.45,p<0.005,Cohen’d=1.09,即出現了IOR效應(效應量=9ms)。偏中央凹視野條件下,有效線索條件下的反應時(363ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(351ms),t(20)=2.96,p<0.01,Cohen’d=0.94,即出現了 IOR 效應(效應量=12ms)。中央凹視野條件下,有效線索條件下的反應時(366ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(345ms),t(20)=4.24,p<0.001,Cohen’d=1.34,即出現了IOR效應(效應量=21ms)。

當目標出現在近處空間,線索有效性的主效應顯著,F(1,20)=42.80,p<0.001,η2=0.68,表明了線索化位置上的反應時(376ms)顯著長于非線索化位置上的反應時(350ms),即出現了IOR效應。視野位置的主效應顯著,F(2,40)=22.65,p<0.001,η2=0.53,進一步分析發現,外周視野條件下的反應時(373ms)與偏中央凹視野條件下的反應時接近顯著(363ms),t(20)=4.94,p<0.001,Cohen’d=1.56。外周視野條件下的反應時(373ms)顯著長于中央凹視野條件下的反應時(354ms),t(20)=5.80,p<0.001。偏中央凹視野條件下的反應時(363ms)顯著長于中央凹視野條件下的反應時(354ms),t(20)=2.84,p=0.01,Cohen’d=0.90。線索有效性和視野位置的交互作用也顯著,F(2,40)=3.98,p<0.05,η2=0.16。進一步將不同視野條件下有效線索和無效線索條件下的反應時分別進行配對樣本t檢驗。結果顯示,外周視野條件下,有效線索條件下的反應時(386ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(360ms),t(20)=5.25,p<0.001,Cohen’d=1.66,即出現了IOR效應(效應量=26ms)。偏中央凹視野條件下,有效線索條件下的反應時(378ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(347ms),t(20)=6.84,p<0.001,Cohen’d=2.16,即出現了 IOR 效應(效應量=31ms)。中央凹視野條件下,有效線索條件下的反應時(365ms)顯著長于無效線索條件下的反應時(344ms),t(20)=5.62,p<0.001,Cohen’d=1.78,即出現了IOR效應(效應量=21ms)。

為了進一步比較不同條件下三維空間中的IOR,我們將IOR的量進行了2(目標深度：近處空間vs.遠處空間)×3(視野位置：中央vs.偏中央凹vs.外周)的重復測量方差分析。結果顯示,目標深度的主效應顯著,F(1,20)=11.55,p<0.005,η2=0.37,表明了遠處空間條件下的IOR(14ms)顯著小于近處空間條件下的IOR(26ms)。視野位置的主效應不顯著,F(2,40)=1.99,p=0.15。目標深度和視野位置的交互作用顯著,F(2,40)=4.90,p<0.05,η2=0.20。進一步分析發現,外周視野條件下,遠處空間的IOR(9ms)顯著小于近處空間的IOR(26ms),t(20)=3.52,p<0.005,Cohen’d=1.11。偏中央凹視野條件下,遠處空間的 IOR(12ms)顯著小于近處空間的IOR(31ms),t(20)=3.63,p<0.005,Cohen’d=1.15。中央凹視野條件下,遠處空間的IOR(21ms)和近處空間的IOR(21ms)之間不存在顯著差異,t<1。此外,目標出現在遠處空間條件下,外周視野位置上 IOR效應顯著小于中央凹視野位置上的IOR效應,t(20)=2.31,p<0.05,d=1.03。而目標出現在近處空間條件下,外周視野位置上的IOR效應與中央凹視野位置上的IOR效應不存在顯著差異,t(20)=1.27,p>0.05。

結果表明,注意在三維空間純深度位置上進行定向/重定向時,目標深度和視野位置的交互作用會影響IOR效應的大小。表現為,當目標出現在近處空間時,注意在外周視野的深度位置上進行定向/重定向產生的 IOR效應與注意在中央凹視野的深度位置上進行定向/重定向產生的 IOR效應不存在顯著差異。當目標出現在遠處空間時,注意在外周視野的深度位置上進行定向/重定向產生的 IOR效應與注意在中央凹視野的深度位置上進行定向/重定向產生的IOR效應存在顯著差異,即外周視野條件下的IOR效應小于中央凹視野條件下的IOR效應。

4 總討論

本研究采用虛擬現實技術構建了一個三維空間場景,要求被試在深度位置上進行注意定向/重定向,考察不同視野位置下的IOR效應,即IOR是否在深度位置上具有視野的同質性。實驗1和實驗2均操縱了目標深度、線索有效性和視野位置三個自變量,不同的是實驗1二次線索化的位置固定在中央注視點位置,而實驗2二次線索化的位置并不是固定在中央注視點位置。結果發現,當二次線索化的位置固定在中央注視點位置時,無論目標出現在近處空間還是遠處空間,外周視野條件下的IOR顯著大于偏中央凹視野和中央凹視野條件下的IOR,而后兩者之間并不存在顯著的差異,即僅視野位置會對IOR產生影響。當二次線索化的位置并不是固定在中央注視點位置時,目標深度和視野位置的交互作用會對IOR產生影響。表現為,當目標出現在近處空間時,注意在外周視野的深度位置上進行定向/重定向產生的 IOR效應與注意在中央凹視野的深度位置上進行定向/重定向產生的 IOR效應不存在顯著差異。當目標出現在遠處空間時,注意在外周視野的深度位置上進行定向/重定向產生的 IOR效應與注意在中央凹視野的深度位置上進行定向/重定向產生的 IOR效應存在顯著差異,即外周視野條件下的 IOR效應小于中央凹視野條件下的IOR效應。

本研究結果表明(見圖2),實驗 1中不同視野位置下的IOR存在著不同。以往神經心理學和心理物理學研究發現,外周視野和中央視野的刺激存在不同的加工模式,即人類視野存在不同質性(P?ppel&Harvey,1973;P?ppel,Von Cramon,&Backmund,1975)。P?ppel和 Harvey(1973)的研究發現,在光適應條件下,視網膜中央為一個半徑大概為 10°視角高感受性圓錐區域,光感受性逐漸下降,直至視野的邊緣。并且有研究發現,中央和外周視野在視覺系統解剖結構特征上存在不同,即視網膜不同區域有不同性質的投射通路,視網膜的中央凹和偏中央凹區域只有一小部分投射至上丘(superior colliculus,SC),而外周區域則大部分投射至SC。這兩部分區域在視網膜上的分界大致相當于視野的10-15°視角(Hubel,LeVay &Wiesel,1975)。已有研究發現,SC作為皮層下結構是可以參與注意控制,并且在IOR中起著重要的作用(Klein,2000;Klier,Wang,&Crawford,2001;Singer,Zihl,&P?ppel,1977;Theeuwes &Pratt,2003)。同樣地,周冉和段錦云(2010)的研究認為,抑制功能的調控上存在兩種性質不同的注意系統：一個負責中央視野的注意控制,對應著較弱的上丘表征;另一個負責外周視野的注意控制,對應著較強的上丘表征。上丘參與這兩種注意系統時,皮層對其的影響可能也是不同的。中央注意系統在調控外源性視覺定向上相對較弱,外周注意系統則相對較強。在實驗 1中,外周視野的視角設置為 17°,偏中央凹視野視角設置為8.5°,中央凹視野的則為0°。因此,可以表現出,外周視野條件下的 IOR顯著大于偏中央凹視野和中央凹視野,也與以往二維平面中的結果一致(Bao &P?ppel,2007;Bao et al.,2013;Lei et al.,2012;Mele et al.,2012)。

本研究結果表明(見圖3),實驗 2中目標出現在遠處空間時外周視野位置上的IOR(9ms)顯著小于實驗1中目標出現在遠處空間時外周視野位置上的 IOR(27ms),t(39)=3.01,p=0.005,Cohen’d=0.96,也即當注意沿著外周視野的深度位置之間定向/重定向過程中,外周視野位置上的 IOR效應減小。實驗2外周視野條件和實驗1外周視野條件的差異在于,實驗1二次線索化的位置固定中央凹視野位置,因此,在注意定向/重定向的過程中由于二次線索化的作用可以使得注意脫離外周視野的線索化位置。因此,實驗1的結果與二維平面的研究一致(Bao &P?ppel,2007;Bao et al.,2013;Lei et al.,2012;Mele et al.,2012)。但是,實驗2二次線索化的位置在外周視野的位置時,即使經過二次線索化后,注意仍舊位于外周視野位置。以往的研究發現,被試對外周視野(10°視角)的光感受性下降(P?ppel &Harvey,1973),因此,外周視野的注意資源相對較少。加之,通過圖3可以看出,目標出現在遠處空間時,外周視野位置上非線索化條件下的反應時顯著長于中央凹視野非線索化條件下的反應時,t(20)=4.61,p<0.001,Cohen’d=1.93,以及偏中央凹視野位置上非線索化條件下的反應時,t(20)=4.30,p<0.001,d=1.80。因此,可以說明IOR效應減少的原因在于相對于中央凹和偏中央凹條件而言,被試對外周視野中非線索化條件下的反應減慢,導致了線索化與非線索化之間的差異減小,即 IOR效應的減小。因此,我們認為,實驗 2中二次線索化位于外周視野位置上時,因為外周視野的注意資源相對較少,加上 Andersen和 Kramer(1993)認為注意分布是基于觀察者中心的理論,即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,導致了目標出現在遠處空間的非線索化條件下,被試的注意從近處空間重新定向到遠處空間的時間較長。所以,在實驗2目標出現在遠處空間時,注意需要從近處空間重新定向到遠處空間的非線索化條件下的反應時較慢。因此,線索化與非線索化之間的差異減小,表現為 IOR效應的減小。這樣的結果也符合生態學觀點,即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(de Gonzaga Gawryszewski et al.,1987;Graziano &Cooke,2006)。除此之外,相對于實驗2而言,實驗1在外周視野的深度位置上進行定向/重定向的過程中即包含了深度維度(z軸),也包含了水平維度(x軸)。因此,注意在定向/重定向過程中產生的 IOR效應也存在水平維度的混淆,進而會出現較大的IOR效應。而在實驗2中,注意在外周視野的深度位置上進行定向/重定向則是純的深度維度,因而相應的IOR效應也相對較小,這也與我們以往的研究結果保持一致(Wang et al.,2016)。

5 結論

三維空間外周視野深度位置上的 IOR效應與中央視野深度位置上的IOR存在差異。

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