無關長時記憶表征能否引導視覺注意選擇？*

(廣州大學心理系 / 廣東省未成年人心理健康與教育認知神經科學實驗室,廣州 510006)

1 前言

記憶與注意是人類兩個非常重要的認知結構,兩者具有密切的交互關系(見綜述：Awh,Vogel,&Oh,2006;Chun &Turk-Browne,2007;Olivers,2008;Theeuwes,Belopolsky,&Olivers,2009;Woodman&Chun,2006;潘毅,許百華,陳曉芬,2006;張豹,2012;張明,張陽,2007)。記憶在引導注意的過程中起著重要的作用(見綜述：Hutchinson &Turk-Browne,2012),記憶可以幫助人類在熟悉的視覺情境中有效調控空間注意偏離干擾刺激及快速定向到目標刺激,以緩減資源有限的注意加工系統加工信息時的認知負荷,提高搜索效率(Rosen,Stern,Michalka,Devaney,&Somers,2016)。例如在紛繁復雜的視覺場景中進行視覺搜索時,目標刺激需要以記憶表征的形式存儲在記憶系統中,該記憶表征被稱之為靶子模板(Vickery,King,&Jiang,2005)或注意模板(Wolfe,2007;Woodman &Arita,2011)。靶子模板會以自上而下的方式增強視覺情境中與之相同或相似的刺激的知覺表征,使其獲得競爭優勢,從而引導注意偏向該刺激以優化視覺搜索效率(Desimone &Duncan,1995;Duncan &Humphreys,1989)。

最初的觀點認為視覺搜索過程中保持靶子模板的存儲位置位于視覺工作記憶(Chelazzi,Duncan,Miller,&Desimone,1998;Chelazzi,Miller,Duncan,&Desimone,1993;Rossi,Bichot,Desimone,&Ungerleider,2001)。例如Chelazzi等人(1998,1993)采用單細胞記錄技術記錄猴子在執行視覺搜索任務時的神經電活動,結果在猴子記住目標刺激之后,觀察到顳下皮層的部分神經元的活動顯著增強,Chelazzi等認為這反映了靶子模板在工作記憶保持過程中的神經元活動。同樣采用猴子作為研究對象,Rossi等(2001),Rossi,Bichot,Desimone和Ungerleider (2007),Rossi,Pessoa,Desimone 和 Ungerleider (2009)發現前額葉損傷的猴子很難完成靶子不停變化的視覺搜索任務,但在完成靶子變化頻率比較低或靶子顏色突顯的視覺搜索任務時與前額葉完整的猴子的作業水平差不多。前額葉與工作記憶相關(Goldman-Rakic,1996;Liu et al.,2014),因此在Rossi等的研究中,當視覺搜索靶子不斷變化時,其靶子模板保持在工作記憶中(Woodman,Luck,&Schall,2007)。Woodman等(2007)采用人類作為被試證實了這一結論,他們發現,靶子不斷變化的視覺搜索任務的搜索效率會隨著工作記憶負載的增加而顯著下降,而在靶子固定的視覺搜索任務的搜索效率不會受到工作記憶負載的影響,故他們認為前者的靶子模板儲存于工作記憶中,而后者的靶子模板儲存于長時記憶中。

最近,Carlisle,Arita,Pardo和Woodman (2011)以 CDA (contralateral-delay activity)作為指標考察了視覺搜索過程中靶子模板從工作記憶轉存到長時記憶的過程。CDA是反映視覺工作記憶儲存項目的ERP指標,CDA波幅隨著視覺工作記憶儲存項目數量的增加而增大,在視覺工作記憶滿負荷時達到最大(Vogel,2005;Vogel,McCollough,&Machizawa,2005)。Carlisle等(2011)研究中,首先給被試快速閃現靶子,短暫間隔后完成靶子搜索任務。他們發現,當視覺搜索靶子不斷變化時,能夠觀察到明顯的CDA;但當視覺搜索靶子不斷重復時,CDA波幅不斷減小,直到與零無顯著差異。他們認為,這一結果表明隨著視覺搜索靶子的重復,靶子模板逐漸由工作記憶向長時記憶轉移,而且這種轉移在前一到兩個試次即已完成。這與Logan所提出的學習與自動化理論一致(Logan,1988,2002),即如果任務的要求保持不變時,長時記憶表征,而非工作記憶表征用來引導注意選擇視野中的任務相關刺激。更重要的是,Carlisle等(2011)還發現,視覺搜索靶子固定時的視覺搜索速度顯著快于視覺搜索靶子變化時的視覺搜索速度,這表明儲存在長時記憶中的靶子模板比工作記憶中的靶子模板具有更高的引導效力,能更快地捕獲注意偏向到視覺搜索靶子,促進視覺搜索效率。

上述研究表明,視覺搜索任務的靶子模板既可以保持在工作記憶中,也可以保持在長時記憶中,而且兩種表征形式的靶子模板都能引導注意選擇。近年來,大量研究發現工作記憶表征,即使不作為靶子模板(即無關工作記憶表征),也與視覺搜索靶子無任何關聯,而只是與視覺搜索中的干擾刺激共享特征時,也能引導注意偏向該干擾刺激(Pan,Xu,&Soto,2009;Soto,Greene,Chaudhary,&Rotshtein,2012;Soto,Heinke,Humphreys,&Blanco,2005;Soto &Humphreys,2009;Soto,Humphreys,&Rotshtein,2007;Soto,Llewelyn,&Silvanto,2012;白學軍等,2011;胡艷梅,張明,徐展,李畢琴,2013;潘毅,2010;張豹,黃賽,祁祿,2013)。例如Soto及其同事在一系列研究中要求被試在工作記憶中在線保持一個項目的同時完成視覺搜索任務,結果發現當視覺搜索中的干擾刺激與工作記憶項目具有共同的特征時,該干擾刺激會捕獲更多的注意,即表現出注意引導效應(綜述Soto,Hodsoll,Rotshtein,&Humphreys,2008)。當長時記憶表征不作為靶子模板時(即無關長時記憶表征)能否引導視覺注意選擇？這是本研究主要探討的問題。

雖然有關長時記憶表征對注意的引導的研究比較多(例如Rosen et al.,2016;Rosen,Stern,Michalka,Devaney,&Somers,2015;Rosen,Stern,&Somers,2014),但大都關注長時記憶如何促進視覺搜索效率,較少有研究關注當長時記憶表征與視覺搜索任務的目標不相關聯時,長時記憶表征還能否引導視覺注意選擇。有研究表明在視覺搜索任務中,當長時記憶匹配的干擾刺激與靶子模板相關聯時,會捕獲更多的注意。例如Olivers (2011)以擁有駕照的駕駛人員為被試,以交通標志作為實驗材料,采用注意捕獲任務探討與長時記憶表征匹配特征的奇異干擾項對注意的引導作用。實驗中,先用灰色單詞呈現一個交通標志的名稱(例如“speed limit 50”)作為注意捕獲任務的靶子,要求被試復述,間隔一段時間后再呈現注意捕獲任務,要求被試判斷靶子是否出現。注意捕獲任務中的刺激為互不相同的交通標志,除奇異干擾項之外,交通標志的顏色皆為灰色。奇異干擾項的顏色可能與靶子交通標志的顏色相同(例如交通標志“speed limit 50”所對應的顏色為紅色,作為奇異干擾項的交通標志亦為紅色),也有可能不同(例如作為奇異干擾項的交通標志為藍色)。結果發現,當奇異干擾項與靶子顏色相同時的注意捕獲效應顯著大于兩者不同時的注意捕獲效應。由于對于駕駛人員來說,交通標志作為常識儲存在長時記憶中,因此Olivers (2011)認為,在執行注意捕獲任務時,與長時記憶中的靶子模板相關的特征能夠自動提取且快速引導注意偏向與之相關的刺激,即使這一特征作為干擾刺激會損害對靶子的搜索效率。Moores,Laiti和Chelazzi (2003)也發現當干擾刺激與靶子有語義聯系時(例如靶子為“鎖”,干擾刺激為“鑰匙”),干擾效應更大。雖然Olivers (2011)、Moores等(2003)的研究表明,長時記憶中靶子模板的特征或與之語義相關刺激在視覺搜索階段作為干擾刺激時依然能引導注意,但其作用不僅可能來源于長時記憶表征本身,也有可能來源于靶子模板與任務的相關性,因而并不能證明無關長時記憶表征對視覺注意具有引導作用。

此外,Soto和Humphreys (2007)探討言語工作記憶對視覺注意的引導作用的過程中,采用“視覺”(例如紅色正方形的圖形)和“言語” (例如“red square”的詞組)兩種形式給被試呈現記憶刺激,結果發現,無論記憶刺激是以視覺方式呈現還是以言語形式呈現,當隨后的視覺搜索任務中的干擾刺激與記憶刺激匹配特征時,該干擾刺激都能夠捕獲更多的注意,表現出注意引導效應。雖然以“言語”形式呈現記憶刺激時難以排除言語線索是通過激活長時記憶中相應的記憶表象的方式引導視覺注意選擇,但也有可能正如 Soto和 Humphreys (2007)所認為那樣,反映的是言語工作記憶對視覺注意的引導作用,因而并不能作為無關長時記憶表征引導視覺注意選擇的直接證據。

綜上所述,長時記憶表征作為任務相關的靶子模板在視覺搜索過程中的提取是快速且自動化的過程(Logan,1988,2002),其對視覺注意選擇的引導效力要優于工作記憶中的靶子模板(Carlisle et al.,2011),那么當長時記憶表征作為任務無關的非靶子模板時,能否像無關工作記憶表征一樣引導注意選擇？如果能,其引導效力是否依然強于無關工作記憶表征呢？這是本研究主要探討的問題。

2 實驗1

實驗1采用眼動技術探討無關長時記憶表征與無關工作記憶表征在視覺搜索任務中作為干擾刺激再次出現時對視覺注意的引導作用。實驗采用經典的記憶任務與視覺搜索任務相結合的雙任務范式(Soto et al.,2005),即要求被試在記住圖形的過程中完成視覺搜索任務,所不同的是記憶任務有兩種類型,一種為長時記憶任務,即要求被試在實驗開始時記住一個圖形直到實驗結束;另一種為工作記憶任務,即在每個試次開始時要求被試記住一個圖形直到該試次結束。長時記憶表征與工作記憶表征在視覺搜索任務中都有可能作為干擾刺激再次出現,用以探討兩種不同的記憶表征對視覺注意的引導效應。重要的是,實驗1還設置了長時記憶表征與工作記憶表征同時作為干擾刺激出現的實驗條件,通過比較其捕獲的首次注視點的百分率可以直接比較兩種記憶表征處于競爭狀態時對視覺注意的相對引導效力。為了防止言語工作記憶對注意引導的作用(Soto &Humphreys,2007),以及避免在工作記憶任務中對顏色進行言語編碼后以言語表征的形式存儲于長時記憶系統,實驗1采用難以言語命名的顏色來減少對顏色屬性的言語編碼策略(Olivers,Meijer,&Theeuwes,2006;Zhang,Zhang,Huang,Kong,&Wang,2011)。

2.1 方法

2.1.1 被試

選取 24名大學生參加實驗,其中包括男生 9名,年齡 18～22歲,平均年齡 19.63歲,身體健康,視力或矯正視力正常,無色弱或者色盲的情況,此前均未參加過類似實驗的經驗,實驗后給予報酬。

2.1.2 儀器與實驗材料

采用EyelinkII (SR Research,Ontario,Canada)眼動儀采集眼動數據,采樣頻率為500 Hz。刺激呈現在17英寸CRT顯視器上(分辨率為1024×768,刷新頻率為 85 Hz),屏幕背景為灰色。程序采用E-Prime 1.1編程與運行。

記憶圖形與搜索圖形由8種基本形狀和8種不同顏色的隨機組合而成的彩色幾何圖形,大小皆為2.5°×2.5°。8種基本形狀如圖1-C所示,8種顏色均來自于張豹、邵嘉瑩、胡岑樓和黃賽(2015)的研究,其RGB值分別為：88,50,50;100,158,167;191,188,143;150,120,180;142,104,6;249,205,130;174,106,101;177,187,217。

視覺搜索任務由顏色和形狀各不相同的4個搜索圖形組成,分布在距離注視點6°視角的假想圓盤的1、4、7、10點鐘或2、5、8、12點鐘的位置。每個圖形里面嵌入一條1.2°×0.5°的線段,其中三條垂直線作為干擾刺激,一條斜線(向左或者向右傾斜45°)作為目標刺激。

2.1.3 程序

被試坐在距離計算機屏幕約57 cm的位置上。每個實驗開始時,首先在屏幕的中央呈現一個圖形作為長時記憶刺激,要求被試記住直到實驗結束(如圖1-A),被試記住長時記憶刺激后按空格鍵呈現指導語提示進入測試階段。長時記憶刺激的顏色與形狀由程序隨機組合,除了與長時記憶表征匹配的視覺搜索干擾刺激外,測試階段的其他所有刺激都不會出現長時記憶刺激的顏色與形狀特征。測試階段共包括20次練習試次和480次正式試次。每次試次的流程圖如圖1-B所示,首先在屏幕中央呈現一個“+”作為注視點,被試需要盯住“+”,當眼動儀檢測到被試的注視點與“+”重合時即出現工作記憶圖形刺激 500 ms,要求被試記住,空屏 252 ms后,可能出現視覺搜索任務、工作記憶探測任務或長時記憶探測任務。其中視覺搜索任務要求被試在4個搜索刺激中又快又準地搜索目標斜線并按鍵判斷斜線的方向(向左傾斜按“F”鍵,向右傾斜按“J”鍵);工作記憶探測任務要求被試盡可能正確地按鍵判斷屏幕中央出現的圖形與之前記住的工作記憶圖形是否完全相同(相同按“F”鍵,不同按“J”鍵,兩種反應比例相同);長時記憶探測任務中先出現“請判斷接下來出現的圖形是否是指導語之前記住的圖形”的提示,要求被試按空格鍵反應,然后在屏幕中央出現一個圖形,要求被試盡可能正確地按鍵判斷該圖形與之前記住的長時記憶圖形是否完全相同(相同按“F”鍵,不同按“J”鍵,兩種反應比例相同)。上述3種任務隨機混合出現,其試次數量比例為256:160:64。

根據記憶刺激與視覺搜索刺激之間的特征匹配關系,實驗包括4種匹配條件：工作記憶匹配條件下視覺搜索任務中的一個干擾刺激的顏色和形狀與工作記憶刺激完全相同;長時記憶匹配條件下視覺搜索任務中一個干擾刺激的顏色和形狀與長時記憶刺激完全相同;長時/工作記憶匹配條件下視覺搜索任務中一個干擾刺激的顏色和形狀與長時記憶刺激完全相同,另一個干擾刺激與工作記憶刺激完全相同;中性條件下所有視覺搜索刺激的特征與長時記憶項目、工作記憶項目都不重疊。每種實驗條件包含64個試次。

采用眼動儀同步記錄被試右眼在視覺搜索過程中的眼動軌跡。實驗開始或被試休息之后都采用9 點矩陣進行調節和校正。在每次測試開始的注視點出現時進行漂移校正,并要求被試在啟動視覺搜索任務之前將眼睛保持在注視點位置(注視點為中心1.5°視角的范圍內皆可接受)。

圖1 實驗1流程圖圖示及實驗材料

2.2 結果與討論

工作記憶任務和長時記憶任務上的平均正確率分別為96.79%和98.57%。各匹配條件下的平均視覺搜索正確率都比較高,均大于 98%,故不對視覺搜索正確率進行分析。實驗1的眼動數據與反應時數據只分析視覺搜索正確的試次。

2.2.1 首次注視點百分率分析

通過比較記憶匹配刺激對首次注視點捕獲的百分率可以用來評估視覺搜索早期階段記憶表征對注意的引導效應。數據分析時將以興趣刺激為中心,邊長為 1.2°視角的正方形內的區域定義為興趣區,落在興趣區內的首次注視點即為該興趣刺激所捕獲的首次注視點。在記憶表征與干擾刺激匹配的測試中,興趣刺激為與記憶表征匹配的干擾刺激,在中性條件的測試中,為了在統計分析時與記憶匹配條件下的興趣刺激進行比較,在程序編寫時設定一個干擾刺激為興趣刺激,其出現的頻率和位置與工作記憶匹配的干擾刺激相同。由于長時/工作記憶匹配的測試中會同時出現與工作記憶表征與長時記憶表征匹配的干擾刺激,因此此類測試中包括兩種匹配類型的興趣區。各記憶匹配條件與中性條件興趣區內的首次注視點百分率的差異即反映了該記憶表征對視覺注意的引導效應。

2.2.2 反應時分析

圖2 實驗1各匹配條件下的視覺搜索任務反應時及干擾刺激捕獲的首次注視點百分率

由于無關長時記憶無法引導注意的結論是基于首次注視點百分率/反應時在長時記憶匹配條件與中性條件兩種匹配條件之間無顯著差異的陰性結果,為了進一步說明結果的可靠性,采用 G power軟件對其差異的效應量和達到顯著所需要被試量進行估計,結果發現,長時記憶匹配條件與中性條件在首次注視點百分率指標和反應時指標上的差異的效應量都非常小,分別為0.11和0.11,差異達到顯著所需要被試量都比較大,分別為 1003和 1055,這表明首次注視點百分率和反應時在兩種匹配條件下的差異不顯著結果是比較可靠的,即長時記憶表征對視覺注意的引導效應非常小。

由以上分析可知,實驗1的首次注視點百分率指標與行為反應時指標的結果一致表明,無關工作記憶表征能有效地引導視覺注意,但無關長時記憶表征則沒有表現出明顯的注意引導效應。但是,在實驗1的視覺搜索任務中,視覺搜索靶子始終保持固定的,因而工作記憶表征在工作記憶中處于注意焦點位置(Carlisle et al.,2011;Woodman et al.,2007),對視覺注意的引導處于優先狀態(Olivers,2009;Olivers,Peters,Houtkamp,&Roelfsema,2011;張豹等,2015),這種優先狀態可能會阻斷其他記憶表征對視覺注意的引導(Olivers et al.,2011;Peters,Goebel,&Roelfsema,2009;van Moorselaar,Theeuwes,&Olivers,2014)。因此在實驗1中,工作記憶或長時記憶匹配條件隨機混合,如果上述阻斷作用存在,無關長時記憶表征沒有表現出注意引導效應可能與占優勢地位的工作記憶對其他記憶表征的阻斷作用有關。尤其在長時/工作記憶匹配條件下,受工作記憶表征直接競爭的影響,長時記憶表征受到的阻斷作用可能更強烈,因而使其捕獲首次注視點的效力下降。

Carlisle等人(2011)認為,當記憶項目不斷重復時,其記憶表征會從工作記憶系統向長時記憶系統轉移。實驗2將參照Carlisle等(2011)的實驗范式,在記憶階段操縱記憶項目的重復次數來探討記憶表征由工作記憶系統轉移到長時記憶系統的過程中,兩種記憶表征對視覺注意的引導作用。在實驗2中,由于只需要記住一個項目,雖然根據Carlisle等(2011)的觀點,記憶表征重復的過程中會由工作記憶表征轉化為長時記憶表征,但每次測試中只有一種形式的記憶表征存在,不存在記憶表征間相互競爭,故實驗2中不存在占優勢地位的工作記憶表征阻斷長時記憶表征對注意的引導。結合 Carlisle等(2011)的研究結果,實驗 2可以預測,如果無關長時記憶表征確實不能引導注意,那么隨著記憶項目重復,記憶表征對注意的引導效會逐漸消失;反之,如果長時記憶表征能引導注意,而實驗 1中只是由于工作記憶表征的優勢地位阻斷了長時記憶表征對注意的引導,那么實驗2中隨著工作記憶項目的不斷重復,注意引導效應仍然一直存在。

3 實驗2

3.1 方法

3.1.1 被試

3.1.2 實驗材料和程序

實驗2的刺激材料、視覺搜索任務與實驗1相同。每個試次開始時屏幕中央出現一個記憶提示“新”或“舊”,如果記憶提示為“新”,說明接下來需記憶的圖形為新的圖形,如果記憶提示為“舊”,則說明接下來記憶的圖形與前一次試次記憶的圖形相同。被試按空格鍵后記憶提示消失,隨機間隔600～1000 m后,出現一個記憶圖形500 ms,要求被試記住圖形的顏色和形狀。再間隔252 ms后進入視覺搜索任務,要求被試在3000 ms內并又快又準地搜索并按鍵判斷目標斜線的方向(向右傾斜按“F”鍵,向左傾斜按“J”鍵)。按鍵后屏幕中央立即出現一個圖形,被試需要判斷該圖形是否與記憶圖形完全相同,50%的試次中兩者完全相同,被試按“F”鍵反應,另外 50%的試次中,兩者在形狀、顏色或形狀與顏色上不同,被試按“J”鍵反應。

記憶圖形與視覺搜索項目之間有兩種匹配條件：無效條件下記憶圖形與其中一個視覺搜索干擾刺激特征相同,中性條件下記憶圖形與視覺搜索項目沒有特征的重疊。

另外,根據連續試次中記憶圖形的重復次數,實驗包括1、4和8三種類型的重復序列：重復序列為1時表示相鄰試次的記憶圖形不重復;重復序列為4時表示連續4個試次中的記憶圖形保持重復;重復序列為8時表示連續8個試次中的記憶圖形保持重復。根據記憶圖形在重復序列中的位置(即第n次重復試次)將 3種重復序列的數據合并,由于第5～8次重復試次的數量只有第2～4次重復試次的一半,故在數據分析時將第5、6次重復試次合并,第7、8次重復試次合并。因此,實驗共包括 6種重復試次條件,分別為第1次重復、第2次重復、第3次重復、第4次重復、第5&6次重復和第7&8次重復。

正式實驗中每種實驗條件 40個試次,實驗之前有 28個練習試次讓被試熟悉實驗程序,實驗中被試可以自主決定休息時間。

3.2 結果與討論

數據采用SPSS 18.0分析,其中兩名被試視覺搜索任務正確率明顯低于其他被試而被剔除(<50%),其余被試的視覺搜索正確率均在87%以上。

3.2.1 正確率分析

將視覺搜索正確率納入2×6重復測量方差分析,結果沒有發現任何顯著的主效應和交互效應,

F

s <1。

他并沒有安于現狀，他經常去田間地頭查看作物病蟲害情況的同時，為職工們講解病蟲害的預防、治療和藥物噴灑的基本知識，他被很多團場職工、還有地方鄉鎮的農戶稱呼為“技術員小徐”。

圖3 實驗2不同重復次數條件下的視覺搜索任務反應時及工作記憶任務的正確率

3.2.2 反應時分析

同樣采用G power軟件對實驗2中工作記憶重復次數為3及以上時,記憶匹配條件與中性條件之間反應時差異的效應量和達到顯著所需要被試量進行估計,結果發現,當工作記憶重復次數為3時,效應量為0.12,被試量為824;重復次數為4時,效應量為0.15,被試量為601;重復次數為5 &6時,效應量為0.11,被試量為988;重復次數為7 &8時,效應量為0.09,被試量為1611。因此,效應量及被試量估計的結果進一步提示,工作記憶表征重復 3次及以上時,無效條件和中性條件反應時的差異的效應量很小,即注意引導效應量可以忽略不計。

4 實驗3

在實驗1與實驗2中,當工作記憶表征作為視覺搜索任務的干擾刺激再次出現時,都發現了經典的注意引導效應,在同樣的實驗情境下當無關長時記憶表征作為視覺搜索任務的干擾刺激出現時,卻沒有出現類似的注意引導效應。據分析,實驗1與實驗2同時包含工作記憶匹配條件與長時記憶匹配條件,由于工作記憶表征對視覺注意引導非常穩健,可能會干擾無關長時記憶表征對視覺注意的引導,從而導致長時記憶匹配條件下無法觀察到注意引導效應。為了排除上述干擾效應,實驗3只設置單獨的長時記憶匹配條件用以進一步探測無關長時記憶表征對注意的引導作用。

另外,由于實驗 3中只有長時記憶匹配條件,沒有工作記憶匹配條件,因此,實驗 3還可以進一步檢驗實驗1中無關長時記憶表征沒有表現出注意引導效應是否與占優勢地位的工作記憶對其他記憶表征的阻斷作用有關。如果與工作記憶表征的阻斷作用無關,那么實驗 3中的結果與實驗 1一致,長時記憶匹配條件依然不會出現注意引導效應,反之,如果與工作記憶表征對長時記憶表征的阻斷作用有關,實驗3長時記憶匹配條件下就有可能會出現注意引導效應。

4.1 方法

4.1.1 被試

另選取25名大學生參加實驗,其中包括男生7名,年齡 18～25歲,平均年齡 22.26歲,身體健康,視力或矯正視力正常,無色弱或者色盲的情況,此前均未參加過類似實驗,實驗后給予報酬。

4.1.2 實驗材料和程序

刺激材料、視覺搜索任務以及長時記憶任務與實驗1相同。實驗3正式實驗包括8個區組,每個區組開始時要求被試記住一個項目作為長時記憶項目,隨后連續完成20個試次的視覺搜索任務,區組最后對長時記憶項目進行探測。由于數據統計時需要剔除長時記憶探測錯誤的區組的數據,為了保證有足夠的數據,實驗程序會自動根據長時記憶探測任務錯誤次數自動增加區組的數量,以使每個被試都有8個區組的數據納入統計分析。正式實驗開始之前有1個練習區組。

實驗3中記憶項目與視覺搜索項目之間的匹配類型只包括長時記憶匹配條件與中性條件,每個區組中長時記憶匹配條件和中性條件各10個試次。

4.2 結果與討論

對結果進行分析后發現,長時記憶探測任務正確率高達97.33%,只有6名被試其中一個區組出現錯誤,視覺搜索任務的正確率為98.06%。此外,為了防止被試在區組開始時記憶項目還保持在工作記憶中,每個區組前5個試次的數據不納入分析。

4.2.1 反應時分析

對視覺搜索反應時進行重復測量的方差分析,結果發現,匹配類型主效應不顯著,

F

(1,24)=0.19,

p

=0.666。長時記憶匹配條件與中性條件下的反應時非常接近(926 ms vs 932 ms),這表明在行為反應時指標上,與干擾刺激匹配的無關長時記憶表征沒有發現引導注意效應。

4.2.2 干擾刺激的首次注視點百分率分析

實驗3興趣刺激及其興趣區的設置與實驗1相同,將興趣刺激捕獲的首次注視點百分率納入重復測量的方差分析,結果發現,匹配類型的主效應不顯著,

F

(1,24)=1.16,

p

=0.292,長時記憶匹配條件與中性條件下興趣刺激所捕獲的首次注視點百分率分別為 13%和 12.03%。此結果與實驗 1的結果一致,表明在首次注視點百分率指標上,與干擾刺激匹配的無關長時記憶表征同樣也無法引導注意,進一步證實了實驗1中無關長時記憶表征沒有表現出注意引導效應不是因為占優勢地位的工作記憶對其他記憶表征的阻斷作用。

G power軟件分別對實驗3中反應時與首次注視點百分率在長時記憶匹配條件與中性條件之間的差異的效應量和達到顯著所需要被試量進行估計,結果發現,首次注視點百分率上的差異的效應量為 0.18,被試量為 374;反應時上的差異的效應量為0.04,被試量為6442,此結果再一次表明長時記憶表征對注意的引導效應非常小。

5 總討論

本研究通過3個實驗探討了無關長時記憶表征在視覺搜索過程中作為干擾刺激出現時能否引導視覺注意。實驗1直接讓被試分別在長時記憶和工作記憶中保持一個項目,但兩個項目都與視覺搜索靶子沒有任何關聯,結果發現,當工作記憶表征與視覺搜索干擾刺激共享特征時,觀察到了經典的注意引導效應,而長時記憶項目與視覺搜索干擾刺激共享特征時,沒有觀察到注意引導效應,而且當長時記憶表征與工作記憶表征同時出現直接競爭注意資源時,工作記憶表征對注意的引導效應并不會受到長時記憶表征的影響。實驗2參照Carlisle等(2011)的實驗范式,通過操縱記憶項目的重復次數來探討工作記憶表征轉化為長時記憶表征的過程中,兩種記憶表征對注意的引導作用。結果發現,記憶表征對視覺注意的引導效應隨著記憶項目的重復而消失了,這表明無關工作記憶表征能有效地引導注意選擇,但當工作記憶表征逐漸轉化為長時記憶表征時,其對視覺注意的引導效應也相應消失了。實驗3排除工作記憶表征的干擾,僅探討無關長時記憶表征對注意的引導作用,結果依然沒有發現無關長時記憶表征對視覺注意的引導效應。因此,上述3個實驗的結果一致表明,無關長時記憶表征并不能像無關工作記憶表征一樣引導注意。

Carlisle等(2011)認為,隨著視覺搜索靶子的重復,即使靶子模板從工作記憶表征轉化為長時記憶表征,該靶子模板依然能引導注意選擇,并且其引導注意的效率還優于作為工作記憶表征的靶子模板,此結果表明當長時記憶表征作為視覺搜索的靶子模板時能在視覺搜索階段快速引導注意定向到視覺搜索靶子從而促進視覺搜索效率。此外,Olivers (2011)、Moores等(2003)表明,當視覺搜索中的刺激與長時記憶中的靶子模板具有共同的特征,或是存在語義聯系時,該刺激能引導注意偏向其所在的位置,即使該搜索刺激作為干擾刺激使得上述注意偏向會降低視覺搜索效率,這種注意偏向依然存在,這些結果表明長時記憶中的靶子模板不僅能快速引導注意定向到視覺搜索靶子,而且還會引導注意偏向與靶子模板相關的干擾刺激。Carlisle等人(2011)、Moores等(2003)以及 Olivers (2011)等的研究中,長時記憶表征都是作為靶子模板的形式出現的。靶子模板對注意的引導既有可能來自于長時記憶表征本身對注意的引導,也有可能來自于靶子模板與視覺搜索任務的相關性對注意的引導。因此,本研究結果發現長時工作記憶表征不作為靶子模板時,長時記憶表征本身并不能引導注意選擇,這表明 Carlisle等(2011)、Moores等(2003)以及Olivers(2011)等所發現的長時記憶表征對視覺注意的引導主要來源于靶子模板,而非長時記憶表征本身。

存儲于長時記憶系統中的信息,當受到刺激的輸入或受到其他相關表征的激活擴散時,才會高于基線水平,從而使長時記憶表征處于激活狀態(Cowan,1999)。本研究中沒有發現無關長時記憶表征對視覺注意的引導效應,是否有可能由于無關長時記憶表征處于“未激活”狀態或“離線”狀態,從而導致無關長時記憶表征難以引導注意選擇？根據Oberauer (2002)的工作記憶同中心模型(concentric model of working memory),工作記憶除了包括用于儲存當前加工的信息表征的注意焦點(focus of attention)和用于儲存與當前加工目標相關且隨時準備成為注意焦點的信息表征的直接存取區(the region of direct access)之外,還存在一個長時記憶激活區(activated part of long term memory)。長時記憶激活區用于儲存長時記憶中暫時被激活的信息表征,處于該區的信息表征總是處于一種“可獲得”(available)的狀態,它主要通過與中央區域信息(即注意焦點和直接存儲區)產生聯系進行間接提取。根據本研究的實驗程序,實驗1會對實驗前既已保持在長時記憶中的記憶表征進行隨機探測,其探測的比例占整個測試數量的 1/3,實驗 2的所有測試中都會在視覺搜索任務之后對記憶表征進行探測,因此,長時記憶表征都必須保持在一種“可獲得”狀態,即處于工作記憶同中心模型中的長時記憶激活區,才能順利完成長時記憶探測任務。

另外,實驗1與實驗2都發現,即使在同一個實驗中,當無關工作記憶表征在視覺搜索任務中作為干擾刺激再次出現時,與以往的研究結果一致(例如Soto et al.,2005;Soto &Humphreys,2009;Soto,Llewelyn,et al.,2012),能有效地引導注意偏向到與之匹配的干擾刺激,而當無關長時記憶表征在視覺搜索任務中作為干擾刺激再次出現時,沒有觀察到任何注意引導效應。這可能說明工作記憶表征對注意的引導與長時記憶表征對注意的引導屬于兩種不同的認知過程。Hutchinson和 Turk-Browne(2012)認為,基于記憶的注意引導包括直接通路和間接通路兩種不同通路,記憶表征通過直接通路對注意的引導是以直接改變負責感知覺加工的腦區,使該刺激獲得注意競爭優勢的方式來完成的,這一引導過程是自動化的過程。根據Soto等(2008)基于注意的偏向競爭理論的解釋——工作記憶表征主要通過自上而下的回饋通道增強初級視覺皮層中與之相同或相似刺激的表征,使該表征獲得競爭優勢,從而引導注意偏向與之匹配的視覺刺激——工作記憶表征對視覺注意的引導符合直接通路,因此工作記憶表征作為靶子刺激或與靶子刺激匹配特征,還是作為干擾刺激,都能以一種較為自動化的方式引導視覺注意。與直接通路不同,記憶表征通過間接通路引導注意的方式不是直接影響注意相關的腦區或者受注意直接調節的腦區,而是通過產生自上而下的信號來調節知覺系統。長時記憶對注意的引導就是通過間接通路完成的(Stokes,Atherton,Patai,&Nobre,2012;Summerfield,Lepsien,Gitelman,Mesulam,&Nobre,2006),這一引導過程受到大腦認知控制網絡的調節(Rosen et al.,2016)。因此,與工作記憶表征對視覺注意的引導相對自動化不同,長時記憶表征通過間接通路對視覺注意的引導會受到認知控制的影響,當長時工作記憶表征作為靶子模板時,由于靶子模板與視覺搜索任務的相關性,故視覺搜索過程中認知控制會促使注意偏向與靶子模板相同或相似的刺激,以促進視覺搜索效率,反之,當長時記憶表征作為與靶子模板無關的表征形式,且在視覺搜索過程中與視覺搜索靶子無關聯時(即作為干擾刺激),故視覺搜索過程中認知控制會使注意不再偏向與無關長時記憶表征相關聯的搜索刺激,從而實驗中未能觀察到注意引導效應。

需要說明的是,本研究中長時記憶表征是在實驗室情境下要求被試長時間地存儲于長時記憶中的表征,相對于自然情境中人類長時記憶表征的存儲來說,這種長時記憶存儲只限于被試在完成實驗過程中的暫時性存儲,未來可采用更具有生態效度的長時記憶范式對此問題予以進一步探討。

6 結論

本研究通過3個實驗探討了無關長時記憶表征作為視覺搜索干擾刺激時對視覺注意的引導效應,結果發現,無關長時記憶表征并不像無關工作記憶表征一樣能有效地引導視覺注意,這表明長時記憶表征與工作記憶表征對視覺注意的引導屬于不同的認知過程。

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