認知負荷與期望水平對非注意盲視的影響

(1.華東師范大學心理與認知科學學院；2.暨南大學國際學院計算機科學技術系)

1 引 言

人們的注意參與到某件事情中而忽視與任務無關的物體，即便這些物體是巨大的、動態的、不尋常的、數秒之內可見的，這種注意檢測失敗的現象稱為非注意盲視(inattentional blindness，IB)(Mack & Rock，1998)。

對于IB的解釋可分為強調刺激或任務特征和強調個體特征。強調刺激特征的解釋認為，個體注意到意外物體(unexpected object)是自下而上的，意外物體能否被發現取決于其特征：大的(Mack & Rock，1998)、有生命意義的(animacy)(Calvillo & Jackson，2014)、距注視點的距離越近的物體(Most，Simons，Scholl & Chabris，2000)越容易被注意。但這不足以解釋相當顯著的意外刺激仍被忽視的現象。有研究者認為：意外物體的特征引起的是內隱注意，因此無法用外顯的言語報告，從而導致了IB。一些實驗支持這一解釋(Most，Scholl，Clifford & Simons，2005；Moore & Egeth，1997)：主觀報告未注意到意外物體的被試，主任務績效卻受影響。對此，有其他研究者認為IB的現象并非一種注意失敗的現象，而是對已經知覺到，甚至進入意識中信息的遺忘(inattentional amnesia)，導致無法報告注意到某種信息。Chen和Wyble關于attribute amnesia的研究直接支持了這一解釋(2015a)。這種遺忘可能是對信息記憶不穩固引起(Chen & Wyble，2015a)，而不是預期外的報告要求干擾了記憶(Swan，Chen & Wyble，2017)。

強調任務特征的解釋是Lavie的知覺負荷理論(Lavie，1995；Lavie，Hirst，de Fockert & Viding，2004)。它認為人的感知覺能力有限，當加工的信息量未超過知覺能力時，所有信息都會被加工，若所需加工的信息量超過了知覺能力，注意會先選擇，再加工所選部分。因此，當任務負荷較高時，與任務無關的物體在注意早期就會被過濾掉，到達意識的可能性較低；當負荷較低時，任務物體與意外物體均會被加工，意外物體更可能被覺察。研究者用IB的靜態范式驗證了這一假設(Cartwright-Finch & Lavie，2007)：低負荷任務比高負荷任務更多注意到意外刺激。其他實驗也有相似結果(Fougnie & Marois，2007；de Fockert & Bremner，2011)。這在生態效度較高的模擬駕駛實驗中也得到驗證，表明該理論在現實中也適用(Murphy & Greene，2015；Murphy & Greene，2016)。

個體特征對IB的影響目前較為模糊(Kreitz，Furley，Memmert & Simons，2016)。一些研究表明，IB和工作記憶能力有關(Hannon & Richards，2010)；工作記憶的一個重要功能即注意控制，好的工作記憶能力令人更靈活地使用注意資源，調整對任務的注意。Seegmiller，Watson和Strayerf(2011)發現，工作記憶容量越大的個體越可能看到意外刺激；但有研究并沒有發現這種關系(Bredemeier & Simons，2012；Kreitz等，2016)。Calvillo和Jackson(2014)認為，工作記憶對于IB的預測只適用于任務難度較大的情況。

注意設定理論(attentional set theory)被認為是連接刺激或任務特征和個體特征的橋梁(White，Davies，2008)，它是基于知覺環路理論發展而來。注意設定理論中，環境中的刺激會引起個體反應性的、短暫的注意，但此時注意內容未到達意識，若刺激特征符合視覺搜索的預期與圖式時，則會獲得持續性注意(sustained attention)，之后經歷不斷的視覺解釋(visual interpretation)，最終進入意識(Most等，2005；耿海燕，蔡文菁，2007)。能否獲得持續性注意的關鍵即為注意設定，它強調了自上而下的過程對于意外物體在意識層面的注意捕獲的重要性。當意外刺激特征與任務項目特征相似時，則容易被注意到；反之，意外刺激被外顯注意到的概率較小。許多實驗都證實了這一點(Most等，2005；Siomns & Chabris，1999)；甚至意外刺激與任務刺激具有語義關聯而非特征相似時，意外刺激也更容易被注意到(Koivisto & Revonsuo，2007)。

注意設定理論強調個體期望的作用。White和Davies(2008)的研究發現，若任務項目個數與個體期望相符，其覺察到意外刺激的概率更低，因此期望會影響IB。White(2008)的研究發現，在注意分配試次中(即在關鍵試次之后，再呈現帶有意外刺激的試次)，個體存在對意外刺激的預期，會降低IB發生率。但Carina等人(2015)研究認為，意外物體特征與任務項目特征不相似時，雖然注意分配試次中IB發生率降低了，但仍有近半的個體忽視了意外物體。因此作者認為，期望的作用完全不如注意設定的影響。Cartwright-Finch和Lavie(2007)在研究中指出，IB的變化不能用個體期望的不同來解釋，而應該用知覺負荷來解釋。還有研究中注意分配試次的IB發生率無顯著變化，期望的存在對于檢測意外刺激而言完全沒有影響(Murphy & Greene，2015)。綜上，期望對IB的影響尚未有定論。

對比有關期望的研究，我們發現以下問題：①有的研究中，期望指對任務項目個數的期望，有的指對意外刺激的期望，含義不同。②有的實驗中，注意分配試次在關鍵試次之后立刻呈現(White & Davies，2008)，有的實驗中二者間隔3個試次，(Carina et al.，2015)，而有的間隔35個試次(Murphy & Greene，2015)。因此，不同研究中被試在注意分配試次中的期望水平不同，無法得出期望的作用結論。③雖然Cartwright-Finch和Lavie(2007)認為預期不能用于解釋IB，但其實驗并不包含對預期的調控，因此不能認為是認知負荷而非期望可以調控IB，二者的關系不明朗。

相較于其他研究IB的范式，如靜態范式，持續動態范式中意外刺激可見時間更長，與現實生活更加相似，生態效度更高，且受非注意遺忘影響可能性較小。因此，本研究使用持續動態范式，探討在高、中、低三個認知負荷水平下，期望對IB現象的影響。依據知覺負荷模型，負荷水平越高，注意到意外刺激的可能性越小。期望越高，個體越可能注意到意外物體。由于我們認為期望與認知負荷均會對IB產生作用，因此我們探究當二者對IB的影響出現矛盾時，認知負荷和期望之間是否存在交互作用，以及存在怎樣的交互作用。

2 方 法

2.1 被試

實驗招募被試50名(男性9名)，平均年齡20.6歲(SD=2.0)。所有被試視力(矯正視力)正常。實驗過程中，1名被試(女)因程序崩潰中止實驗，1名被試(女)數據損壞。最終有效數據48份。

2.2 材料和程序

實驗程序使用E-prime 2.0呈現，電腦屏幕為13英寸(LCD屏)，刷新率為60Hz。被試頭部位置未固定，與屏幕距離約為30～45cm。

實驗使用修改過的持續動態范式：實驗中所有物體在一個640×480 pixel、背景為灰色(明度：32.1 cd/m2)的方框內運動，方框正中有一個藍色圓點(d=4pixel)。框內有黑(明度：1.2 cd/m2)、白(明度：88.0 cd/m2)圓形各4個(d=30pixel)，做隨機直線運動，運動速度由預實驗確定。圓形不斷碰撞邊框，碰撞時改變運動方向；圓形之間相遇時，白色圓形覆蓋黑色圓形。實驗界面見圖1。

告知被試注視藍色圓點，并盡可能準確計算白色小球碰撞邊框次數(主任務)。試次結束后，輸入碰撞次數。輸入次數在正確次數20%的范圍內均算正確(Carina et al.，2015)。每個試次時長為15s。試次開始前，會呈現500ms的注視點“+”，試次結束后，會定格在最后界面500ms，之后呈現輸入框。

圖1 持續動態范式實驗界面

2.3 預實驗

為了確定正式實驗不同負荷條件對應的圓形運動速度，招募被試20名(男性10名)進行預實驗。預實驗設置12個水平圓形運動速度，每個水平有4個試次，共48個試次，完全隨機呈現。要求被試完成上述計數任務。記錄不同水平下計數正確率，并計算速度和正確率關系的一元回歸方程。分別選取80%、50%、20%計數正確率所對應的速度(120pixel/s，240pixel/s，360pixel/s)作為正式實驗低、中、高負荷下圓形運動速度。

2.4 正式實驗設計

本實驗采用2(期望水平：高/低，組間變量)×3(認知負荷高：高/中/低，組內變量)混合設計。被試被隨機分配高、低期望組中。

實驗共有36個試次，高、中、低負荷各占12個。同時，36個試次分為普通試次、期望控制試次和關鍵試次。普通試次只需完成計數任務。期望控制試次是在輸入計數次數后，會詢問被試：“在剛剛的試次中，你是否看到之前試次中沒有出現過的東西？”無論回答為“是”或“否”，均直接進入下一試次。關鍵試次即出現意外刺激的試次，共3個；低、中、高負荷各1個，對應意外刺激分別為十字架、三角形、正方形(明度：1.2 cd/m2)，大小與圓形相當，運動路徑在注視點上方或下方75 pixels，從左側或右側進入，水平勻速運動，5s內可見，不同負荷條件下速度不變。根據Most等(2000)的研究，當距注視點長度相同時，運動路徑的位置在上或在下對意外刺激的檢測無影響。在輸入計數次數后，同樣需要回答上述問題。若回答“否”，則進入下一試次；若回答“是”，則需回答關于意外刺激的三個問題(選擇題)：“你所看到的物體形狀是？”“該物體運動路線位于？”“該物體的運動方向是？”三個問題至少答對兩個，才認為看到意外刺激。記錄計數任務是否正確，以及是否看到關鍵試次中的意外刺激。

實驗通過控制詢問頻率來調節被試期望。研究者認為(Most et al.，2005)，當被詢問是否注意到意外刺激時，雖未明確告知有意外刺激出現，但會使個體產生期望。高期望條件下，共詢問9次，每4個試次中有1次詢問(第4、8、10、14、20、21試次為期望控制試次；第25、30、35試次為關鍵試次)；低期望條件時，共詢問4次，每9個試次中有1次詢問(第7個試次為期望控制試次；第17、24、36試次為關鍵試次)。關鍵試次外的試次，負荷水平隨機呈現。采用完全隨機平衡不同負荷關鍵試次存在的順序效應。

若被試未注意到所有意外刺激，實驗結束后，主試再播放一個關鍵試次，并告知被試只需觀看、無需進行計數，之后再詢問是否注意到意外刺激。所有被試均能注意到意外刺激。

3 結 果

實驗結果見表1。采用獨立樣本t檢驗對不同負荷水平上，高低期望組的計數任務正確率進行差異檢驗，t總(46)=0.41，p=0.69；t高負荷(46)=-0.06，p=0.95；t中負荷(46)=0.37，p=0.71；t低負荷(46)=0.64，p=0.52。不同期望個體在計數任務投入程度上無差異。

對高低期望下個體檢測意外刺激差異進行獨立性卡方檢驗。結果表明，低期望條件下，個體注意到意外刺激的次數(21次)顯著低于高期望條件下的次數(45次)，χ2(1，n=48)=16.11，p<0.001，φ=0.58。表明期望的確會影響個體對于意外刺激檢測，期望越高，檢測到意外刺激的概率越大。

表1 不同條件下，主任務計數正確率、意外刺激檢測次數及比例

選用Friedman卡方檢驗方法，對不同負荷下，意外刺激檢測次數進行差異性檢驗。結果表明，低、中、高負荷下對意外刺激的檢測無顯著差異，χ2(2，n=48)=1.83，p=0.40，Cramer’sV=0.20。這與假設不符。

為了檢驗負荷水平和期望水平可能存在的交互作用，分別檢驗在高、低期望水平下，不同負荷間對意外刺激注意次數的差異。結果發現，無論期望高低，不同負荷間的意外刺激檢測次數無顯著差異，高期望：χ2(2，n=24)=3.23，p=0.20，Cramer’sV=0.37；低期望：χ2(2，n=24)=4.2，p=0.12，Cramer’sV=0.42。分別檢驗在高、中、低負荷下，高低期望水平意外刺激檢測次數是否有差異。結果表明，中、低負荷下，不同期望水平間意外刺激檢測次數有差異，中負荷：χ2(1，n=48)=4.27，p=0.04，φ=0.30；低負荷：χ2(1，n=48)=14.12，p<0.001，φ=0.54，高期望條件下檢測次數顯著高于低期望條件下的檢測次數；高負荷條件下，高低期望間意外刺激檢測次數無差異，χ2(1，n=48)=1.33，p=0.25，φ=0.17。各條件IB比例見圖2。

圖2 不同認知負荷、期望水平的非注意盲視比例(誤差線為標準誤)

4 討 論

本研究通過修改原有的持續動態范式，操控期望水平和認知負荷，直接探討在IB中期望的作用以及二者的關系，嘗試解決以往研究中期望作用模糊的問題。實驗結果表明，個體對意外刺激的期望水平會影響IB發生率。如果這是因為個體被高頻詢問是否注意到其他物體時，刻意投入注意資源尋找主任務刺激之外的物體，那么可以推斷：高期望組相比低期望組，主任務正確率將顯著下降，尤其是在需要更多注意資源的高負荷水平下。但是，高、低期望條件下，各條件下主任務正確率無差異。這說明，高低期望下對意外刺激檢測的差異，并不是個體主觀刻意搜索造成的。

研究表明，當意外刺激特征與主任務刺激特征相似時，個體更容易注意到它。對此，Most等(2001)認為個體可能只加工與注意任務相似的刺激(注意設定)，也可能是抑制干擾刺激的特征而加工干擾刺激特征外其他特征的刺激。實驗結果支持了后者。閆曉倩等(2012)的研究也證明了對干擾刺激抑制的存在。但也有研究發現，在無干擾刺激時，仍有個體無法檢測到意外刺激(Koivisto & Revonsuo，2008)。本實驗中，意外刺激特征未知，且與主任務刺激無相似特征，因此注意設定理論不適用解釋期望對IB的影響。我們推測，期望的作用可能在于解除對于干擾刺激的抑制。由于意外物體特征未知，因此在加工主任務刺激的同時，還需要加工干擾刺激。期望水平越高，對干擾刺激的抑制解除越好，越容易檢測到意外刺激。這也部分解釋為什么相同負荷下，正式實驗主任務正確率比預實驗的低。正式實驗中，高、中、低負荷主任務正確率僅為11.6%、17.4%、57.6%，遠低于預實驗所選取的20%、50%和80%。在預實驗中，個體抑制了黑色圓形，僅加工白色圓形；而正式實驗中，除了要加工白色圓形外，還需要加工其他特征的物體，因此導致了正確率的下降。

雖然實驗證明，期望會顯著影響IB，注意設定的影響并未完全蓋過期望的影響，但也應該注意到，高期望條件下仍有37.5%的試次未注意到意外刺激。這與意外刺激的特征與主任務特征完全不相似有關。因此實驗結果并不否定注意設定理論對IB的解釋，而是對其進行補充。

實驗另一個結果為，不同負荷下，個體注意到意外刺激的次數無顯著差異，與假設不符。一個可能原因與實驗中有大量普通試次作為練習有關：個體適應不同的速度，甚至發展策略(如：只追蹤1個白色圓形，最終輸入所計算碰撞次數的4倍)，由此降低了任務難度，使個體承受的認知負荷不一致，從而影響實驗結果。

另一個可能的原因是期望和認知負荷之間存在相互作用。實驗結果表明，在高期望和低期望條件下，不同的認知負荷間對意外刺激的檢測無顯著差異；而在中、低負荷下，高期望組意外刺激檢測次數顯著高于低期望組；高負荷下，不同期望間個體發現意外刺激次數無差異(見圖2)。這說明，中、低負荷下，期望對IB的影響比高負荷下的影響大。對此，我們認為，實驗中計數任務會占用被試較多的注意資源，當任務刺激運動速度較慢，認知負荷較低，且期望存在時，一旦出現意外刺激，被試有額外的注意資源對其進行注意，則更容易檢測到意外刺激；在高負荷條件下，主任務對被試注意資源需求較高，因此即便個體對意外刺激出現有較高的預期，也缺乏額外的注意資源去注意意外刺激。依據注意設定理論，當出現意外刺激時，個體會有短暫的注意轉移。但若無法給予意外刺激持續性注意，個體則無法意識到其存在(Most等，2005)。高負荷水平下，個體難以有注意資源分配至意外刺激，即便期望較高，缺乏持續性注意資源，個體依舊難以意識到意外刺激的存在，因此高、低期望間對意外刺激的檢測次數無顯著差異。由此看來，期望在中、低負荷下對IB影響較大，而在高負荷下對IB影響較小。

然而，White和Davies(2008)的研究表明，高、中負荷下IB受期望影響高于低負荷下期望對IB影響，與本實驗結果相反。他們采用IB的靜態范式，利用呈現字母個數控制認知負荷。要求個體報告十字架上出現的字母，字母呈現前有線索提示字母個數，以給予被試期望。當線索提示數字大于實際呈現字母個數時，會更多注意到意外刺激。在中、高負荷時期望的影響更顯著。但是，我們看到該實驗主任務正確率較高，因而整體認知負荷較低，其中的中、高認知負荷水平可能和本實驗中的中、低負荷水平相當。因此，雖然表述不一致，但二者的結論應該是相同的，即期望對IB的影響是在特定負荷水平上的。事實上，該實驗控制的是對主任務項目數目的期望，而本實驗純粹控制的是對意外刺激的期望。另外，White和Davies(2008)的實驗結果也指出，當個體在期望額外的刺激出現時，知覺負荷的增加并不伴隨著IB率的上升。這與本研究實驗結果是一致的，即存在固定的期望時，不同水平的認知負荷對IB影響不顯著。

該實驗結果在現實生活中具有廣泛的應用，可以通過提高個體期望并降低認知負荷來避免非注意盲視現象的發生。例如：在野生動物出沒的公路上，設置多塊警示牌對過往司機進行提醒，能夠提高司機發現意外出現的動物的次數，避免車禍發生；影像學家在看CT片時，可以結合病人病史，提高對疾病發生可能性的判斷，避免忽略背景中重要的信息。在占用較多注意資源的工作中，如飛機駕駛或控制塔工作，可以適時地采用其他方式提高工作者的期望，避免忽視工作中顯而易見的錯誤，造成重大損失。另外，在提高期望的同時，也應該降低工作負荷，從而使期望作用得到更好的發揮。

本實驗還存在許多不足之處。一是實驗未設置無期望對照組。設置無期望對照組可以對有無期望以及期望高低的情況進行對比，更好地說明期望的作用。其次，實驗雖然采用完全隨機平衡不同負荷的關鍵試次呈現存在的順序效應，但若采用被試間設計，則可以完全消除順序效應的影響。未來的實驗中，可以增加無期望對照組進行實驗。另外，我們雖然提出了期望影響IB的可能的作用機制，但未進行實驗驗證，后續實驗可以著力探討期望的作用是否用于解除對干擾刺激的抑制作用。

5 結 論

對意外刺激的期望會影響非注意盲視現象，期望越高，越容易發現意外刺激。期望的作用在特定的認知負荷上影響更大。

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