身份交換對多身份追蹤表現的影響*

胡路明 呂 創 張學民,2 魏柳青

(1北京師范大學心理學部,應用實驗心理北京市重點實驗室,心理學國家級實驗教學示范中心(北京師范大學);2北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室,北京 100875)

1 前言

在日常生活中,人們常需要對多個運動物體保持持續注意和追蹤。為了探討這一同時對多個運動物體追蹤的視覺能力,Pylyshyn和 Storm (1988)提出了多目標追蹤(Multiple Object Tracking,MOT)任務范式,將視覺信息加工問題從靜態視覺領域拓展到復雜的動態情境中,可以更好地研究具有生態效度的動態復雜視覺信息加工的認知過程與神經機制。

多目標追蹤任務主要有兩種類型。一種是早期Pylyshyn和Storm (1988)提出的典型多目標追蹤范式,即觀察者追蹤的是一組視覺上完全相同的運動物體,運動對象不具有特征信息,觀察者只加工空間位置信息。另一種是多身份追蹤(Multiple Identity Tracking,MIT)任務范式(Horowitz et al.,2007;Oksama & Hy?n?,2008)。該范式中運動物體均帶有一定的身份特征,觀察者需要實時綁定和更新身份?位置信息。簡言之,MOT任務偏向于關注直接的位置追蹤,而 MIT則更偏向于關注帶身份識別的位置追蹤(Oksama & Hy?n?,2016; 魏柳青,張學民,劉冰,魯學明,李迎娣,2010)。

到目前為止,大量研究已對上述兩種類型的追蹤任務機制進行了探討,并以身份?位置綁定機制來解釋多身份追蹤的現象(Cohen,Pinto,Howe,&Horowitz,2011; Howe & Ferguson,2015; Lyu,Hu,Wei,Zhang,& Talhelm,2015; Oksama & Hy?n?,2008,2016; Pinto,Scholte,& Lamme,2012; Ren,Chen,Liu,& Fu,2009)。其中,Oksama 和 Hy?n? (2008)提出的多身份追蹤模型(Model of Multiple Identity Tracking,MOMIT)是當前較為完整的理論模型,該模型將多身份追蹤內部的加工劃分為5個功能模塊,分別是“What”信息早期處理模塊(加工注意焦點處的目標身份信息,與長時記憶關聯)、“Where”信息早期處理模塊(由邊緣視覺整合全部運動對象的平行方位信息)、方位的暫時記憶緩沖器模塊(將被追蹤的目標實時刷新的方位信息存儲到視覺短期記憶中)、注意切換的控制系統模塊(注意焦點在目標之間來回轉換)、處理“What”和“Where”綁定信息的情景緩沖器模塊(用以保持“What”和“Where”信息的綁定,為容量有限的存儲機制) (Oksama &Hy?n?,2008; 魏柳青等,2010)。MOMIT 模型是序列加工模型,一次僅能刷新一次身份?位置的綁定(What-Where Binding)信息。

然而,MOMIT模型存在著兩個尚未闡述清楚的關鍵問題。第一,位置加工和身份加工兩個系統是否共享同一注意資源。換言之,這兩個加工系統是并行獨立還是并行耦合(Coupling)并不清楚。第二,身份?位置綁定的機制假設目前仍缺乏直接性證據的支持。實質上,前一問題是后一問題的基礎。因為身份?位置綁定建立在位置和身份加工系統之上,當位置加工系統或身份加工系統受到損害或者發生混淆等錯誤時,身份?位置綁定將受到干擾甚至被完全破壞,從而影響追蹤成績。而導致位置加工系統和身份加工系統出現錯誤的原因又在于兩大加工系統在注意資源分配上的競爭。下文將對這兩個問題進行詳細探討。

1.1 位置加工系統和身份加工系統的注意機制

在典型 MOT中,位置追蹤更多被認為是平行加工的,追蹤表現主要依賴于位置信息刷新,不依賴于表面特征屬性(Cavanagh & Alvarez,2005;Pylyshyn,2001,2004; Yantis,1992)。然而,在MIT中,身份追蹤更多被認為是序列加工的,時空信息和身份特征信息同時影響了追蹤表現(Oksama &Hy?n?,2008,2016; Wang,Zhang,Li,& Lyu,2016;魏柳青等,2010)。如Pinto等(2012)通過一項fMRI研究發現多身份追蹤中觀察者需要首先注視到運動物體準確的空間位置。然后,再調用注意去識別該位置上的身份信息。Oksama和 Hy?n? (2016)對MOT和MIT進行眼動分析,結果表明目標追蹤為平行加工,多采用質心注視策略來對目標進行追蹤,眼動少; 而身份追蹤為序列加工,多采用注意切換的注視策略來更新身份?位置綁定信息,眼動頻繁。這些研究結論與Senders和Moray發展出的工程模型(Engineering Model,EM)假說相一致,在MIT中觀察者為了正確對實時刷新的時空信息進行采樣,會周期性地增加注意訪問(位置加工)和注意駐留(身份加工)來提高采樣頻率和分辨率,以保證信息不失真(Moray,1984; Senders,Carbonell,&Ward,1968)。但這些研究都集中在探討位置追蹤和身份識別是單一加工系統還是獨立雙加工系統的問題上,較少關注位置加工系統和身份加工系統在注意機制上的差異。

Pylyshyn (2004)和 Horowitz 等(2007)先后通過比較雙任務和單任務之間的成績差異發現,觀察者在僅報告目標位置和在要求追蹤身份的同時報告目標位置這兩種情況下的追蹤成績相等。Del Gatto,Brunetti和 Delogu (2016)在一項關于身份?位置綁定的空間任務研究中也發現目標的身份信息并不會影響對位置信息的加工。以上研究都間接支持位置和身份加工并行獨立占用注意資源。然而,Pylyshyn (2004)的研究中身份信息僅出現在線索標記階段,而在追蹤階段并不可見。也即,身份信息在追蹤階段并未被有效綁定和利用。Horowitz等(2007)雖在追蹤階段允許身份可見,但該實驗中雙任務和單任務之間的差異是來自不同組的被試,可能存在組間誤差。該實驗也沒能有效控制兩個任務間的難度差異,導致任務差異不明顯。此外,Del Gatto等(2016)的研究關注靜態綁定問題,而非動態綁定過程,故其結論也并不適用于多身份追蹤任務。

此外,Ren等(2009)在基于人類面孔的多身份追蹤研究中卻發現,目標追蹤和身份識別可能共享同一種注意資源,并且觀察者能夠在一定程度上根據任務需求來操縱和分配注意資源,即注意資源可以有意識地在最大化身份編碼或最大化位置編碼之間調配。Cohen等(2011)的研究也支持目標追蹤和身份識別共享同一注意資源,投入過多的注意資源進行身份識別會同時損害位置追蹤表現,但觀察者會有意識地在兩種任務間進行權衡。這些結果與認知資源分配理論相一致(Kahneman,1973)。然而,Ren等(2009)的研究更多關注多面孔追蹤中身份加工是自發進行還是強制進行,以及有意注意能否調節身份?位置綁定的輸出結果。Cohen等(2011)的研究則偏重于考察位置和身份在注意資源上的權衡問題,將位置和身份完全獨立區分考慮,并未涉及身份?位置綁定機制。

因此,以往研究一方面未直接關注位置和身份信息加工系統是否共享同一注意資源的問題。另一方面,對于位置和身份加工系統是共享同一注意資源還是獨立占用注意資源的問題也存在爭議。因此,對于在MOMIT模型中位置加工系統和身份加工系統是否共享同一注意資源這一問題仍尚待進一步的詳細論證。

1.2 身份?位置綁定機制

現實世界中,觀察者如果要準確報告出特定身份的位置或特定位置的身份,就需要對目標的位置和身份信息分別進行有效加工,并且還需要在追蹤過程中對兩者進行實時綁定。對此,MOMIT提出了身份?位置綁定的假設機制,并認為在追蹤過程中一次刷新一個身份?位置綁定信息。但身份?位置綁定具體是如何影響多身份追蹤表現的卻并不清楚。

綁定問題(Binding problem)實質是指特定的身份特征被綁定到特定的空間位置上。Treisman(1999)將綁定問題分離為三個階段的加工問題,解析階段(Parsing)、編碼階段(Encoding)、結構描述階段(Structural Description),并且注意在整個過程中持續發揮作用。綁定的任一階段發生損害,都會直接對識別成績產生影響,且這一綁定還極易受到干擾。由此推測,假若位置加工系統和身份加工系統在形成身份?位置綁定時受到干擾,多身份追蹤成績也必將受到影響。

Alvarez和Thompson (2009)采用特征切換探測任務,通過變化身份特征信息的空間位置來探討工作記憶存儲特征?位置綁定信息的能力。結果表示,位置提示任務和特征提示任務的記憶表現相等,但均高于特征切換探測任務。這表明特征切換任務下工作記憶中的顏色?位置綁定的數量被低估。原因在于特征切換錯誤主要映射了工作記憶在維持目標綁定關系階段的錯誤,即在面對新的知覺輸入時自動重新寫入和重新綁定了新的身份?位置關系。該研究中的身份切換探測任務比較簡單,如運動方式并不隨機(圓周運動),運動對象數量少(4個),身份特征簡單(顏色特征),要求的反應標準低,僅需察覺反應。而Merkel等(2014,2015)的研究發現在反應階段參與者會利用整體空間構型策略來進行目標選擇。因此,Alvarez和Thompson (2009)的研究不能排除知覺因素的干擾,也不能直接探討真實場景中物體隨機運動狀態下的身份?位置綁定關系。Ren等(2009)在多面孔追蹤任務中也發現,在追蹤過程中切換面孔身份會損害追蹤績效,損害原因在于注意資源的分配上。然而,這一任務中面孔身份信息過于復雜,損害原因可能也會受到面孔信息復雜程度的干擾。此外,Makovski和Jiang (2009)的一項研究還發現,當目標顏色固定不變時,獨特顏色目標能夠有效促進位置追蹤,而當目標每秒變化1～4次顏色時(即身份?位置綁定無法形成),獨特顏色的區分效應消失,位置追蹤表現變差。原因在于身份刷新過快,導致新的身份無法被及時鞏固到工作記憶中。但首先,這一實驗旨在分析空間分辨率和工作記憶對獨特身份促進作用的解釋效力,并非關注身份?位置的綁定關系。其次,這一研究中目標的顏色變化還額外增加了工作記憶負荷。最后,實驗中的身份變化是全局變化,沒有對目標群、非目標群以及兩個對象群之間的變化作進一步區分。

Howe和 Ferguson (2015)使用改編的同步?序列(Simultaneous-sequential Paradigm)多目標追蹤范式還從另一角度闡述了身份?位置綁定問題,該研究顯示同步條件(每次運動時,所有目標和非目標同時運動或同時暫停)下的追蹤表現和序列條件(每次運動時,僅一半目標和非目標同時運動,另一半目標和非目標同時靜止)下的追蹤表現之間不存在顯著差異,并且這一結果在不同追蹤負荷和可見程度上都具有一致性。這表明,運動形式(運動或停止)并不影響身份?位置的綁定,身份綁定具有一定的時程性和穩定性,身份?位置綁定更容易在發生身份交換的情況下受到干擾,但這一結論屬于間接性證據,未能直接探討身份?位置綁定問題。相反,Lyu等(2015)的fMRI研究直接采用身份?位置交換的范式探討了與身份?位置綁定相關的注意腦區,結果表明在目標間身份交換條件下,激活了更多的額葉眼動區(Frontal Eye Fields,FEF)和頂內溝(Intraparietal Sulcus,IPS)區域,代表著目標導向的背側注意網絡。而非目標間身份交換則主要激活了眶部額下回[Inferior Frontal Gyrus (pars orbitalis),IFG-Orb],更多涉及到對非目標的自動注意抑制和控制。但該研究主要側重于探討由身份交換引起的注意變化的激活腦區,更多是將身份交換作為一種現象來考察,未對身份?位置綁定機制深入探討。而本研究則更著重于探討身份?位置綁定受干擾后對多身份追蹤表現的影響,僅將身份交換任務作為一種范式來使用。除此之外,Lyu等(2015)的研究采用部分報告法對實驗過程反應進行控制,但從行為實驗的角度出發,全部報告法對于認知機制的研究應更為全面。最后,該研究中所探討的實驗條件范圍不夠全面,也僅限于內部身份集的交換,未涉及到目標與非目標間身份交換的情形。綜上,本研究在前人工作的基礎上進一步對實驗條件和實驗控制進行延展和改進,在多種不同的身份交換條件下更系統和精細化地考察了身份?位置綁定的認知機制,并在不同報告方法下予以考察。

鑒于以往研究對身份?位置綁定機制作用的探討仍不夠直接和充分,為加深對該機制的進一步理解,當前研究將采用更為生態化的形式來探討身份?位置綁定在多身份追蹤中的作用。首先,基于MOMIT假設,本研究擬采用身份交換的形式來操作定義身份?位置綁定的受干擾程度,具體細分為4種實驗條件。首先,身份不交換條件下,所有運動對象的身份?位置綁定均不發生改變,即目標群的身份?位置綁定不受干擾,工作記憶負荷維持不變,并以此為基線條件。其次,非目標間身份交換條件,僅非目標群的身份?位置綁定發生改變,目標群的身份?位置綁定維持不變。也即,目標群的身份?位置綁定也不受干擾,工作記憶負荷同樣維持不變,預期結果與基線條件成績一致。再次,目標間身份交換條件,目標群的身份?位置綁定發生改變。根據 MOMIT理論,只需要在情景緩沖器中對身份?位置綁定進行解綁和再綁定。這增加了新的綁定單元,造成一定的工作記憶負荷。最后,目標與非目標間身份交換條件,目標群的身份?位置綁定同樣發生改變,但本條件中目標群位置需與非目標群身份進行再綁定。根據MOMIT理論,新增加的綁定單元中的身份信息需再次經長時記憶(LTM)表征,即需待“What”信息流加工完畢后再進行身份?位置重綁定。這既增加了新的綁定單元,也增加了新的目標身份信息。相比于目標間身份交換條件,工作記憶負荷更大。簡言之,不同的實驗條件逐一對應著同一理論模型在不同情形下的理論期望。當前研究通過逐一檢驗這些實驗條件下的多身份追蹤表現,來驗證以上理論期望。

綜上,當前研究具體考察如下兩個問題。第一,位置加工系統和身份加工系統是否共享同一注意資源。已有研究結果表明,位置加工系統和身份加工系統既可能是分離的雙注意資源的并行加工機制,也可能是耦合的共享同一注意資源的并行加工機制。那么,在多身份追蹤任務中,當身份?位置綁定受到干擾時,倘若位置加工系統和身份加工系統分別占用獨立分離的注意資源,則身份交換后位置追蹤成績始終不受影響,而身份識別成績受到干擾。反之,倘若位置加工系統和身份加工系統共同占用同一注意資源,則身份交換后位置追蹤成績和身份識別成績均受到干擾。第二,通過身份?位置綁定受不同形式干擾時的多身份追蹤表現來為身份?位置綁定機制提供直接的實證支持。此前研究表明,身份?位置綁定受干擾時會損害多身份追蹤表現。但這些研究中操作身份?位置綁定受干擾程度的考察形式過于簡單,實驗刺激過于復雜,實驗目的不夠直接,實驗條件不夠全面,還增加了額外記憶負荷,并未直接支持身份?位置綁定機制。因此,本研究擬采用三種不同形式的直接的身份交換形式來考察身份?位置綁定機制,并以身份不交換條件作為對照組,全面探討目標群間、非目標群間及目標群與非目標群間身份?位置綁定受到干擾時的多身份追蹤表現差異。

2 實驗1：不同形式的身份交換對多身份追蹤表現的影響

實驗 1以身份交換的形式來考察身份?位置綁定受干擾后對多身份追蹤任務表現的影響。根據MOMIT假設,身份?位置綁定是多身份追蹤成功的關鍵。綁定程度越高,越能提高追蹤表現。反之,當綁定受到損害時,追蹤表現則下降。此外,MOMIT模型中,僅目標的方位信息被加工儲存在臨時記憶緩沖器模塊中,且只有注意焦點下被追蹤的目標的身份才能被序列加工,即注意資源只用于進行目標位置追蹤和目標身份識別,而非目標群主要依靠邊緣視覺系統加工。換言之,當目標間發生身份交換時,其身份?位置綁定關系受干擾程度要大于非目標間身份交換。

由此,本實驗預期身份不交換條件的追蹤表現最好,因其身份?位置綁定維持最佳。其次是非目標間身份交換條件,其身份?位置綁定程度和身份不交換組一致,故兩者的追蹤表現可能并無顯著差異。之后是目標間身份交換條件,此時目標群身份?位置綁定信息受干擾程度大,追蹤表現變差。最后是目標與非目標間身份交換條件,此時增加了視覺工作記憶負荷和導致了注意資源分配重置,身份?位置綁定干擾程度最大,追蹤表現也最差。

2.1 被試

招募北京高校(以北京師范大學和北京郵電大學為主)在校大學生28名,其中男生8名,女生20名,平均年齡為23 ± 2.24歲。所有參與者視力或矯正后視力正常,形狀知覺正常,且完成實驗后給予一定實驗報酬。

2.2 實驗設計

實驗設計為 4(目標間身份交換,非目標間身份交換,目標與非目標間身份交換,身份不交換)× 2(追蹤目標個數為4和5)兩因素被試內設計。因變量為位置追蹤的容量(Capacity)和身份識別追蹤的容量。

其中,在身份不交換(No Objects Switch,NOS)條件,目標和非目標身份均維持不變。在目標間身份交換(Targets to Targets Switch,TTS)條件,所有目標的身份重新在所有目標間分配,任一目標分配后身份均與分配前身份不同,非目標上的身份則維持不變,如4個目標數字為1234,身份交換后重新分配的身份組合有9種,類似2341,3142(當目標數為 5時,組合數為 44種)。在非目標間身份交換(Distractors to Distractors Switch,DDS)條件,所有非目標的身份重新在所有非目標間分配,任一非目標分配后身份均與分配前身份不同,目標上的身份則維持不變,如4個非目標數字為5678,身份交換后重新分配的身份組合類似 7586,6587,共計 9種(當目標數為5時,組合數同樣為44種)。在目標與非目標間身份交換(Targets to Distractors Switch,TDS)條件,所有目標的身份重新在非目標間分配,同時所有非目標的身份重新在目標間分配,如4個目標數字為1234,4個非目標數字為5678,身份交換后重新分配的身份組合類似目標為 7586,非目標為3142,共計24種(當目標數為5時,組合數為120 種)。

2.3 實驗儀器與材料

實驗儀器為Dell的17寸CRT顯示屏電腦。屏幕分辨率為 1024×768 pixel,垂直刷新頻率為 85 Hz。刺激呈現區域處于平面中央800×600 pixel (水平視角約 25°,垂直視角約 20°)的白邊[RGB (255,255,255)],寬度 1 twip]矩形框內,背景為黑色[RGB (0,0,0)]。刺激材料為直徑 40 pixel (約 2°)的白色實心圓,中心呈現數字為黑色30號宋體。數字范圍為整數0～9,每一試次內隨機無重復出現。

實驗程序采用基于 Matlab 2012b的心理物理工具箱Psychtoolbox 3 (Brainard,1997; Pelli,1997)進行編寫。運動過程中,速度在6～8°/s間變化,初始方向在0～360°隨機。每400 ms改變一次速度和方向,速度變化幅度為±5%,以此保證對象運動速度和方向的隨機性,避免對運動軌跡產生預測。當運動對象與邊框或其他對象接觸時,相互碰撞反彈,運動對象將隨機改變運動的方向。運動中,運動對象之間不出現相互遮擋。

2.4 實驗過程

圖1 實驗1流程示意圖

被試距離屏幕約57cm。實驗過程如圖1所示：被試按空格鍵開始實驗,屏幕正中呈現白色“+”,要求被試對其注視,持續時間為500 ms。然后屏幕正中的白邊矩陣框內隨機呈現8或10個靜止的對象,其中一半數量的對象通過外周紅框閃爍的方式標識為追蹤目標。閃爍6次后,所有對象開始做隨機、獨立運動,持續時間為6000 ms。在1500～3500 ms時段的隨機一個時點處按不同實驗條件隨機交換運動對象中心的數字,身份交換持續時間為12 ms。改變時,呈現的數字相互不重復。身份交換發生后,要求被試繼續對原目標位置和其新身份保持追蹤。運動停止后,所有對象均被相同大小的白色實心圓遮蔽。此時,要求被試用鼠標點出所有的目標位置,并且按照選出的位置順序,將運動停止前最后呈現的數字逐個輸入。完成后,按空格鍵進入下一試次。所有實驗條件的試次隨機混合出現。實驗共計160試次,每一身份交換條件均 20試次。實驗持續約50 min,且每20試次休息1 min。實驗前,進行8個試次的練習,分別對應 8種實驗條件,并且隨機出現,確保參與者了解和熟悉實驗任務。

程序自動記錄被試的原始追蹤數據,后期經SPSS 20.0進行數據管理和轉換。不同追蹤目標數量的任務下,參與者的猜測概率有所不同(Hulleman,2005; Scholl,Pylyshyn,& Feldman,2001)。因此,統計分析前需采用校正公式來對原始數據計算出不同目標數量下的有效追蹤容量,以此排除猜測概率的影響。全部報告法(Mark all)條件下的位置追蹤校正公式(1)與身份追蹤校正公式(2)以及部分報告法(Probe one)條件下的身份校正公式(3)如下所示(Horowitz et al.,2007; Scholl et al.,2001)。其中,k表示有效追蹤個數(即校正后的追蹤容量),a表示可能的反應選項,此處為整體運動對象的數量,t表示目標數量,PL表示全部報告法下正確識別的位置目標個數,PI表示全部報告法下正確識別的身份目標個數,p表示部分報告法下目標的正確識別率。

2.5 結果分析

2.5.1 身份交換對位置追蹤容量的影響

不同身份交換條件下的目標位置追蹤容量如圖2所示。經重復測量方差分析發現,身份交換的主效應顯著,F(1.35,36.46) = 57.21,p< 0.001,=0.68 (Greenhouse-Geisser校正),說明不同身份交換條件下的位置追蹤容量具有顯著差異。追蹤目標數量的主效應也顯著,F(1,27) = 12.44,p= 0.002,=0.32,說明不同追蹤負荷間位置追蹤容量差異顯著。但身份交換和追蹤目標數量的交互作用不顯著,F(2.22,59.98) = 3.29,p= 0.34,= 0.04 (Greenhouse-Geisser校正)。這表明,位置追蹤容量在不同身份交換條件的不同追蹤負荷間并無顯著差異,即身份交換條件在不同追蹤負荷上的差異趨勢是相一致的。

對不同身份交換條件進行事后檢驗發現,NOS和 DDS之間的位置追蹤容量差異不顯著(t(27) =?0.85,p= 0.402,Cohen’sd= 0.16),TTS 顯著低于NOS (t(27) = ?4.76,p< 0.001,Cohen’sd= 0.9)和DDS (t(27) = ?4.74,p< 0.001,Cohen’sd= 0.9),TDS則顯著低于 NOS (t(27) = ?8.2,p< 0.001,Cohen’sd= 1.55),DDS (t(27) = ?8.14,p< 0.001,Cohen’sd= 1.54)和 TTS (t(27) = ?7.26,p< 0.001,Cohen’sd= 1.37)。也即,在不同追蹤任務負荷上均呈現出NOS和DDS容量最高,TTS容量居次,TDS容量最低的逐級下降趨勢。

圖2 不同身份交換條件與追蹤目標數的平均位置追蹤和身份識別容量

2.5.2 身份交換對身份識別容量的影響

正確的身份識別是在位置追蹤正確的前提下,通過比較和計算觀察者輸入的數字數值和順序是否與此前點擊位置的數值和順序一致所得。因此,正確的身份識別是“位置?身份”綁定的共同正確識別,而非單獨身份信息的正確識別或位置識別。不同身份交換條件下的目標身份識別容量如圖 2所示。經重復測量方差分析發現,身份交換的主效應顯著,F(2.04,55.02) = 45.33,p< 0.001,= 0.63(Greenhouse-Geisser校正),說明不同身份交換條件下的身份識別容量具有顯著差異。追蹤目標數量的主效應顯著,F(1,27) = 95.09,p< 0.001,= 0.78,說明不同追蹤負荷間身份識別容量差異顯著。身份交換條件和追蹤目標數量的交互作用也顯著,F(3,81) = 5.26,p= 0.002,= 0.16。

進一步進行簡單效應分析發現,在追蹤目標數為4個時,不同身份交換條件之間的目標位置追蹤容量差異顯著,F(3,25) = 20.94,p< 0.001,=0.72。在追蹤目標數為 5個時,這一差異也同樣顯著,F(3,25) = 16.79,p< 0.001,= 0.67。除 NOS和 DDS之間的身份識別容量差異不顯著,其余身份交換條件兩兩之間的對比差異均顯著(具體的成對比較見表1)。身份識別容量也呈現出與位置追蹤容量相一致的逐級下降趨勢,符合實驗假設。此外,對不同身份交換條件在追蹤負荷上的差異進行簡單效應分析還發現,NOS條件(F(1,27) = 64.69,p<0.001,= 0.71),DDS 條件(F(1,27) = 57.94,p<0.001,= 0.68),TTS 條件(F(1,27) = 60.96,p<0.001,= 0.69)和 TDS 條件(F(1,27) = 30.03,p<0.001,= 0.53)的身份識別容量在整體上均隨追蹤負荷的增加而顯著下降。

2.5.3 位置追蹤和身份識別容量的比較

進一步對比分析位置追蹤和身份識別容量發現,當追蹤4個目標時,NOS條件(t(27) = 7.6,p<0.001,Cohen’sd= 0.83),DDS 條件(t(27) = 9.11,p<0.001,Cohen’sd= 1.72),TTS 條件(t(27) = 12,p<0.001,Cohen’sd= 2.27)和 TDS 條件(t(27) = 9.73,p<0.001,Cohen’sd= 1.84)的目標位置追蹤容量均顯著高于身份識別容量。當追蹤5個目標時,NOS條件(t(27) = 26.01,p< 0.001,Cohen’sd= 4.92),DDS條件(t(27) = 20.77,p< 0.001,Cohen’sd= 3.93),TTS 條件(t(27) = 22.4,p< 0.001,Cohen’sd= 4.23)和 TDS 條件(t(27) = 13.72,p< 0.001,Cohen’sd=2.59)的目標位置追蹤容量也同樣均顯著高于身份識別容量。這表明,不論身份交換與否,還是追蹤負荷高低,視覺系統對位置信息的利用程度都要優先于身份信息。

2.5.4 小結

表1 位置追蹤和身份識別容量事后成對比較結果表(LSD校正)

實驗1中發現,位置追蹤和身份識別都受身份?位置綁定程度的影響,身份?位置綁定的受干擾程度越大,則位置追蹤和身份識別容量越低,并且這一特性對追蹤負荷不敏感。其中,涉及到目標群的身份?位置干擾(TTS條件和TDS條件)的位置追蹤和身份識別容量均顯著下降,而不涉及目標群的身份?位置干擾(DDS條件)的位置追蹤和身份識別容量則不受影響。這表明,多身份追蹤任務中,注意主要指向目標群,越受注意加工的,受干擾后損害程度越大。此外,位置追蹤容量和身份識別容量還隨追蹤負荷的增加變小,與以往研究一致(Oksama & Hy?n?,2008; 白田,呂創,魏柳青,周義斌,張學民,2015; 張學民,魯學明,魏柳青,2011)。最后,在多身份追蹤中,位置追蹤容量始終要顯著高于身份識別容量。也即,位置信息比身份信息中更有利于維持目標追蹤,視覺系統對位置信息的利用要優于身份信息。由此可推斷,多身份追蹤中,注意是指向目標的。位置加工系統和身份加工系統是共享同一注意資源的并行耦合的雙加工系統,并且身份?位置綁定的受干擾程度越大,多身份追蹤容量越低,但位置信息的利用程度高于身份信息。

此外,本實驗在反應階段采用的是全部報告法(Botterill,Allen,& Mcgeorge,2011; Horowitz et al.,2007)。這意味著,觀察者首先需要同時維持全部身份和全部位置兩部分記憶信息,增大了任務難度。其次,觀察者對位置和身份信息的反應間存在時間差,位置信息總被指示優先測量,而身份信息總滯后于位置信息測量。換言之,工作記憶總優先加工位置信息,而以犧牲身份信息正確率為代價。最后,身份信息加工的滯后性還會受記憶遺忘地進一步干擾,造成信息遺失和記憶遺忘,從而整體抑制了身份識別表現。因此,在實驗2中將采用部分報告法進一步探討。

3 實驗 2：采用部分報告法探討身份交換對多身份追蹤表現的影響

本實驗將采用部分報告法來進一步深入探討身份交換后多身份追蹤任務的表現。部分報告法被認為是一種更為敏感的測量最大工作記憶容量的方法(Oksama & Hy?n?,2008)。一方面,部分報告法可以最小化言語表達和記憶要求(Oksama & Hy?n?,2008),降低反應選擇時的任務難度。另一方面,部分報告法可以同時對身份?位置信息反應,排除時差因素的干擾。然而,以往的部分報告法實質上是考察特定身份的位置所在(Botterill et al.,2011;Horowitz et al.,2007; Oksama & Hy?n?,2008),身份和位置仍不能被同步探測。因此,本實驗采用決策判斷的方式來加以解決,在反應階段讓觀察者僅判斷指定對象是否為目標即可。這既不需要單獨對位置和身份信息進行額外加工,也可同時探測身份和位置信息。

3.1 被試

招募北京高校(以北京師范大學和北京郵電大學為主)在校大學生 18名(女生 13名,男生 5名),平均年齡為22 ± 2.74歲。所有參與者視力或矯正后視力正常,形狀知覺正常,完成實驗后獲取一定報酬。

3.2 實驗設計

實驗設計為單因素四水平被試內設計(身份交換：NOS,DDS,TTS,TDS)。因變量為身份追蹤識別容量。

為控制被試的注意偏向,在反應階段還采用不同的提問方式來進行了平衡。不同的提問方式是指在最后反應階段變化探測刺激的位置和身份信息,其中身份和位置全對條件(IL全對)指,選擇一個目標位置,并且呈現該目標位置對應的身份信息,其他對象均被掩蔽。身份錯但位置對條件(I錯 L對)指,選擇一個目標位置,但在該位置上呈現一個其他目標或非目標的身份,其他對象均被掩蔽。同時,為了保證錯誤身份的均衡性,錯誤身份中一半為目標集內其他目標身份,一半為非目標集內身份。被試將主要通過利用身份信息來判斷身份?位置綁定的情況,避免其直接通過位置信息來判斷對錯,混淆了實驗結果。

3.3 實驗儀器與材料

與實驗1相同。

3.4 實驗過程

實驗程序如圖3所示：被試按空格鍵開始實驗。首先,屏幕正中呈現白色“＋”的注視點,要求觀察者對其注視,持續時間為500 ms。然后,屏幕中央同時呈現8個靜止的對象,其中4個對象用紅色外框標記為追蹤目標。2000 ms后,所有對象開始做隨機、獨立的運動。運動的平均速度為6～8°/s之間變化,初始方向也在0 ～ 360°隨機。運動過程中,每400 ms做±5%的隨機速度和方向改變。整個運動過程持續時間為6000 ms。在1500 ～ 3500 ms間,根據不同的身份切換條件,發生身份交換。運動停止后,所有對象的身份特征消失,均用白色實心圓進行掩蔽。1000 ms后其中一個圓顯示出數字身份,要求參與者判斷其是否為目標,即位置和身份均正確且相對應。判斷按鍵為大鍵盤“Y”鍵和“N”鍵,其中按“Y”鍵為是目標,按“N”鍵為不是目標。參與者還統一要求為左手按鍵反應。判斷完成后,按空格鍵進入下一試次。實驗程序自動記錄實驗數據。實驗過程中,要求參與者始終注視屏幕正中央的“＋”注視點。

實驗試次共計80試次,每一條件20試次,且不同提問方式隨機出現。正式實驗前,參與者先進行8個練習試次,并且要求達到一定正確率。整個實驗持續20 min。為避免因猜測概率不同而影響到全部報告法和部分報告法的對比,本實驗中的數據均采用部分報告法條件下的身份校正公式(3)進行校正(具體公式見“2.4 實驗過程”部分)。

圖3 實驗2流程示意圖

3.5 結果分析

3.5.1 身份交換對多身份追蹤任務表現的影響

不同形式身份交換下的多身份追蹤容量如圖4所示。經重復測量方差分析發現,身份交換條件的主效應顯著,F(3,51) = 8.22,p< 0.001,= 0.33。這表明,身份交換對多身份追蹤表現具有顯著影響。進一步事后比較(LSD)發現,DDS和NOS對比差異不顯著,t(17) = ?0.31,p= 0.76,Cohen’sd= 0.07;TTS和NOS對比差異邊緣顯著,t(17) = ?2.05,p=0.056,Cohen’sd= 0.48; TDS和NOS對比差異顯著,t(17) = ?3.76,p= 0.002,Cohen’sd= 0.89; TTS 和DDS對比差異不顯著,t(17) = ?1.1,p= 0.286,Cohen’sd= 0.26; TDS和DDS對比差異顯著,t(17) =?3.28,p= 0.004,Cohen’sd= 0.77; TDS 和 TTS對比差異顯著,t(17) = ?3.2,p= 0.005,Cohen’sd= 0.75。

圖4 部分報告法下不同形式身份交換條件的平均身份追蹤容量

上述結果說明,DDS和NOS容量最大,且相互間容量無顯著差異,TTS容量其次,且容量顯著低于NOS和DDS,TDS的容量最小,并且顯著低于其余三者。這表明,DDS對多身份追蹤表現并無明顯影響,TDS對多身份追蹤表現的干擾最大,TTS對多身份追蹤表現的影響位于DDS和TDS之間,即身份?位置綁定損害對多身份追蹤表現的抑制作用仍起關鍵作用,并且受抑制程度隨干擾程度的增大而增大。這與實驗預期及實驗1所得趨勢相符。其中,TTS與DDS差異不顯著。這與實驗1中所得結果略有差異。這一差異的原因可能在于部分報告法的方式顯著提升了TTS的追蹤容量,并且這一提升趨勢的速率高于DDS組和NOS組。為了驗證這一推測,先計算出本實驗所得數據(部分報告法數據)與實驗1中追蹤目標為4個時所得身份識別容量的數據(全部報告法數據)的各條件下的平均數差值(Mean Difference,MD)。在此基礎上,再以NOS條件下的MD值為基線,分別對比其他三個條件的容量增幅差異。結果發現DDS條件的增幅與NOS條件的增幅無顯著差異,t(86) = 0.53,p= 0.597,Cohen’sd= 0.11; TTS條件的增幅與NOS條件具有邊緣顯著差異,t(86) = 1.87,p= 0.065,Cohen’sd=0.4; TDS條件的增幅則顯著大于NOS條件的增幅,t(86) = 3.09,p= 0.003,Cohen’sd= 0.66。也即,在部分報告法中,TDS條件的增長幅度大于TTS,TTS條件的增長幅度又大于 DDS,但 DDS條件與基線NOS并無顯著差異。因此,TTS與DDS差異不顯著的原因在于 TTS條件受報告方法增益的速率大于DDS。但若繼續增大速度,這一增益將可能消失。此外,盡管TDS也受到報告方法的增益,但因其與其余各條件間的差異過大,這一增益的效果并不能完全消除實驗效應。

最后,對兩種報告方法進行獨立樣本t檢驗,結果發現部分報告法在 NOS條件(MD= 0.99,t(41.22) = ?4.44,p< 0.001,Cohen’sd= 1.17),DDS條件(MD= 1.08,t(43.62) = ?4.48,p< 0.001,Cohen’sd= 1.25),TTS 條件(MD= 1.32,t(43.88) =?5.94,p< 0.001,Cohen’sd= 1.62),以及 TDS 條件(MD= 1.57,t(44) = ?5.66,p< 0.001,Cohen’sd=1.71)中探測的身份容量均顯著高于全部報告法。對此可能的解釋,一方面,全部報告法不能排除任務難度,注意偏向,工作記憶負荷,反應時間差等因素的干擾,導致追蹤表現受到較大抑制。另一方面,雖然以往研究表明,部分報告法下的測量容量一般都要低于或等于全部報告法(Botterill et al.,2011;Horowitz et al.,2007; Oksama & Hy?n?,2008),但這些部分報告法身份和位置信息仍不可被同步探測,同時也需要較大的工作記憶參與。而本實驗僅需判斷是否為目標,工作記憶負荷相對較小,可同步測量身份和位置信息。因此,當任務負荷增大時,部分報告法能夠在保證任務要求的前提下盡可能高地探測個體的追蹤容量。

3.5.2 小結

實驗2采用部分報告法所得結果與實驗1采用全部報告法的結果具有一致性,即多身份追蹤表現隨身份?位置綁定受干擾程度增加而下降,身份?位置綁定受干擾程度越大,則多身份追蹤表現越差。此外,進一步對實驗1與實驗2兩種報告方法進行對比分析發現,相對于全部報告法,部分報告法能夠在一定程度上報告出的更高的追蹤容量。

4 實驗 3：控制語音復述的多身份追蹤任務

實驗1和實驗2中采用數字材料作為身份特征,實驗參與者在追蹤過程中可能持續地進行了語音復述來重復目標身份,鞏固對目標身份識記的記憶。因此,本實驗對語音復述這一可能干擾因素予以控制。一方面,考慮到多目標追蹤任務為視覺型注意加工任務,倘若在屏幕中央注視點處繼續呈現視覺刺激來要求參與者進行語音復述將對多目標追蹤任務產生一定干擾。是以,本實驗將采用聽覺通道輸出語音刺激。另一方面,前述實驗中均采用數字材料作為實驗素材,為防止語音復述內容與目標身份信息相互干擾,本實驗將采用字母音頻作為語音復述內容。

假設語音復述是造成以上4種身份交換條件下位置追蹤和身份識別容量出現顯著差異的原因,則在控制了語音復述的情況下,實驗參與者在這4種身份交換條件下的位置追蹤和身份識別表現應無顯著差異。本實驗結果有效排除了這一假設,再次證實確實是身份?位置綁定的受干擾程度造成了實驗1和實驗2結果的差異。

4.1 被試

招募北京高校(以北京師范大學和北京郵電大學為主)在校大學生22名。其中女生16名,男生6名,年齡范圍在19～26歲(23.23 ± 2.14歲)。所有參與者視力或矯正后視力正常,聽覺正常,形狀知覺正常,并在實驗完成后獲取一定報酬。

4.2 實驗設計

實驗設計與實驗1相同,即4(NOS,DDS,TTS,TDS)×2(追蹤目標個數為 4和 5)兩因素被試內設計。因變量為位置追蹤容量和身份識別容量。

此外,考慮到參與者需要同時完成聽覺語音復述任務和多目標追蹤任務雙重任務,認知負荷較大。為避免地板效應,本實驗對運動速度進行了相應調整,速度范圍限制在5°/s上下的5%。

4.3 實驗儀器與材料

本實驗素材和實驗參數均與實驗1相同。增加的語音素材為字母A～Z共計26個字母的美式發音音頻。每一字母音頻播放長度均為500 ms,采樣率為44.1 kHz。

4.4 實驗過程

實驗過程與實驗1相同。但在運動階段開始后,每間隔1 s隨機播放一個字母音頻(如A),并要求參與者對其快速進行口頭發音復述。依次類推,每一試次內均隨機播放4次字母讀音。參與者口頭復述內容均采用錄音工具進行記錄。

實驗試次共計160試次,每一身份交換條件20試次,所有試次混合隨機呈現。正式實驗前,參與者需先進行24次練習試次。整個實驗持續50 min左右。程序將自動記錄參與者的追蹤成績。同樣采用實驗1中的校正公式進行校正后再進行進一步數據統計分析。

4.5 結果分析

4.5.1 控制語音復述后身份交換對位置追蹤容量的影響

不同身份交換條件下的目標位置追蹤容量如圖5所示。經重復測量方差分析發現,身份交換的主效應顯著,F(1.44,30.24) = 23.32,p< 0.001,=0.53(Greenhouse-Geisser校正),說明控制語音復述后,不同身份交換條件下的位置追蹤容量具有顯著差異。追蹤目標數量的主效應不顯著,F(1,21) =0.61,p= 0.443,= 0.03,說明控制語音復述后,不同追蹤負荷間差異不顯著。這一現象出現的原因可能在于,當前任務的速度較低,導致不同負荷間的任務難度差異較小。身份交換和追蹤目標數量的交互作用也顯著,F(3,63) = 3.15,p= 0.031,= 0.13。

進一步進行簡單效應分析發現,在追蹤目標數為4個時,不同身份交換條件之間的目標位置追蹤容量差異顯著,F(3,19) = 8.84,p= 0.001,= 0.58。在追蹤目標數為 5個時,這一差異同樣顯著,F(3,19) = 15.36,p< 0.001,= 0.71。具體的成對比較見表2。由表2可知,NOS和DDS之間的位置追蹤容量差異不顯著,而且這一特性對追蹤任務負荷不敏感。而其余條件兩兩之間對比差異均顯著,并且在不同追蹤任務負荷上也均呈現出 NOS容量最高,DDS容量居次,TTS容量再次,TDS容量最低的逐級下降趨勢。這與本實驗預期以及實驗1所得結論具有一致性。也即,控制語音復述后,身份?位置綁定損害對多身份追蹤表現的抑制作用仍然顯著,并且隨受干擾程度的增大呈梯度下降趨勢。

4.5.2 控制語音復述后身份交換對身份識別容量的影響

圖5 控制語音復述后不同身份交換條件與追蹤目標數的平均位置追蹤和身份識別追蹤容量

不同身份交換條件下的目標身份識別容量如圖5所示。經重復測量方差分析發現,身份交換的主效應顯著,F(3,63) = 30.79,p< 0.001,= 0.59,說明控制語音復述后,不同身份交換條件下的身份識別容量具有顯著差異。經事后比較分析發現,DDS和NOS對比差異邊緣顯著,t(21) = ?2.03,p= 0.055,Cohen’sd= 0.43; TTS和NOS對比差異顯著,t(21)= ?6.70,p< 0.001,Cohen’sd= 1.43; TDS 和 NOS 對比差異顯著,t(21) = ?7.15,p< 0.001,Cohen’sd= 1.53;TTS和DDS對比差異顯著,t(21) = ?4.81,p< 0.001,Cohen’sd= 1.03; TDS和DDS對比差異顯著,t(21)= ?5.6,p< 0.001,Cohen’sd= 1.19; TDS 和 TTS 對比差異顯著,t(17) = ?2.86,p= 0.009,Cohen’sd=0.61。即總體上,NOS身份識別容量最高,DDS居次,TTS再次,TDS容量最低。追蹤目標數量的主效應顯著,F(1,21) = 66.96,p< 0.001,= 0.76,說明控制語音復述后,不同追蹤負荷間的身份識別容量差異顯著。身份交換和追蹤目標數量的交互作用不顯著,F(3,63) = 1.66,p= 0.186,= 0.07。

表2 控制語音復述后位置追蹤和身份識別追蹤容量事后成對比較結果表(LSD校正)

4.5.3 控制語音復述后位置追蹤和身份識別容量的比較

進一步對比分析位置追蹤和身份識別容量發現,當追蹤4個目標時,NOS條件(t(21) = 6.79,p<0.001,Cohen’sd= 1.45),DDS 條件(t(21) = 9.16,p<0.001,Cohen’sd= 1.95),TTS 條件(t(21) = 8.38,p<0.001,Cohen’sd= 1.79),和 TDS 條件(t(21) = 6.99,p< 0.001,Cohen’sd= 1.49)的目標位置追蹤容量均顯著高于身份識別容量。當追蹤5個目標時,NOS條件(t(21) = 15.4,p< 0.001,Cohen’sd= 3.28),DDS條件(t(21) = 13.81,p< 0.001,Cohen’sd= 2.94),TTS 條件(t(21) = 17.99,p< 0.001,Cohen’sd= 3.84),和 TDS 條件(t(21) = 12.95,p< 0.001,Cohen’sd=2.76)的目標位置追蹤容量也同樣均顯著高于身份識別容量。以上結果與實驗1結果一致。這說明即使控制了語音復述,視覺對時空位置信息的利用仍舊要顯著高于身份特征信息,并且這一特性在不同追蹤負荷上并無差異。

4.5.4 小結

為排除語音復述的干擾作用,本實驗增加了聽覺語音復述任務,進一步對身份交換的多身份追蹤任務進行探討。本實驗結果與實驗1基本上相一致,均表明不同干擾程度的身份交換對多身份追蹤的位置追蹤容量和身份識別容量均具有重要影響,并且受TDS的干擾程度最大,TTS其次,DDS與NOS最小。也即,位置追蹤和身份識別都受身份?位置綁定程度的影響,身份?位置綁定受干擾程度越大,則位置追蹤和身份識別容量越小,并且這一特性在追蹤負荷上并不敏感。此外,控制語音復述后,位置追蹤容量仍顯著高于身份識別容量。這再次表明,時空位置信息比身份特征信息更有利于維持目標追蹤,視覺系統對時空位置信息的利用要優于身份特征信息。

綜上,控制語音復述后,身份交換對多身份追蹤的表現仍具有與實驗 1相一致的效應。這表明,沒有足夠的證據可以支持身份交換所造成的干擾效應是來自語音復述的作用,即更有理由支持位置?身份綁定機制受到損害進而影響多身份追蹤任務表現。但語音復述確實可能對身份交換的多身份追蹤表現產生干擾作用,無論是對位置追蹤任務,還是身份識別任務而言,其具體機制可待未來研究進一步探究。

5 綜合討論

實驗1通過身份交換的方式探討了位置加工系統和身份加工系統是否共享同一注意資源的問題,以及身份?位置綁定對追蹤表現的影響。結果表明,身份?位置綁定受干擾程度越大,則位置追蹤和身份識別容量越低,并且這一特性對追蹤負荷不敏感。其中,涉及到目標群的身份?位置綁定干擾(TTS和TDS)的位置追蹤和身份識別容量均顯著下降,而不涉及目標群的身份?位置綁定干擾(DDS)的位置追蹤和身份識別容量則不受影響。這說明多身份追蹤任務是基于目標增強的,即注意資源主要集中在目標群,越受注意加工的,受干擾后損害程度越大。此外,追蹤負荷越高,位置追蹤和身份識別容量也越低。這說明任務負荷和追蹤表現間呈遞減關系。最后,在多身份追蹤中,位置追蹤容量要顯著高于身份識別容量。也即,位置信息比身份信息更有利于維持目標追蹤,視覺系統對位置信息的利用要優于身份信息。實驗2采用部分報告法再次驗證,進一步支持了實驗 1所得結論。此外,部分報告法可探測出更高工作記憶容量的多身份追蹤表現。實驗3從聽覺通道對語音復述控制后,所得結果與實驗1仍一致。這表明,控制語音復述后,身份交換所產生的身份?位置綁定干擾效應仍舊存在,即不同形式的身份交換對多身份追蹤表現的影響主要來自于身份?位置綁定機制受到干擾,而非語音復述。

5.1 身份交換的多身份追蹤理論機制

基于當前數據,本研究對比了MOMIT假說和工程模型假說。首先,研究結果表明追蹤負荷越大,追蹤表現越差。MOMIT認為追蹤表現與目標集大小和速度大小呈遞減關系(Oksama & Hy?n?,2008)。原因在于,目標集越大,情景緩沖器用于存儲身份?位置綁定信息的工作記憶負荷也隨之增加。同時,注意切換系統在不同目標索引間切換的頻率也相應增加。但這一結果也可以用工程模型的假設來解釋(Moray,1984; Senders et al.,1968),當目標集越大時,注意訪問的次數增大,注意駐留的時長延長,而整體注意資源有限,導致追蹤表現變差。其次,位置追蹤容量顯著高于身份識別容量。兩部分結果的顯著差異意味著位置加工系統和身份加工系統是兩個加工系統,分別用于加工位置(where)和身份(what)信息,并且位置加工系統更具優先性。這既符合MOMIT假設,也與以往的研究結論具有一致性(Botterill et al.,2011; Horowitz et al.,2007; Oksama& Hy?n?,2016; 白田等,2015)。但工程模型并不能對此做出很好地解釋。第三,TTS條件成績顯著變差,而DDS條件并無顯著影響。這與MOMIT假設的僅目標集的方位信息會被加工儲存在臨時記憶緩沖器模塊內,且只有注意焦點下的目標身份信息才會被進一步序列加工的觀點相一致。同時,工程模型也可解釋這一結果。最后,身份?位置綁定受干擾會抑制追蹤表現。一方面,當位置和身份加工系統受到干擾,需要重新進行綁定時,增大了綁定數目,而情景緩沖器內的身份?位置綁定數目容量有限,因此追蹤表現將顯著變差。另一方面,注意切換控制系統因位置和身份加工系統的綁定受到干擾而需要重置注意分配,特別是在目標群和非目標群間發生身份交換時,這一注意資源將被過度占用。而工程模型并未假設身份?位置綁定機制的存在,其通過注意系列切換到各個目標位置上來進行進一步身份信息的加工。因此,可以推測若身份?位置綁定機制不存在時,那么在發生身份交換時,位置信息和身份信息無需重新綁定,與此前逐個序列訪問位置和加工身份信息的方式一致,在結果上應該不存在明顯差異。然而,這一推測與當前數據并不一致。綜上所述,工程模型不能有效對當前數據做出合理解釋,MOMIT假設更能有效擬合當前數據。因此,實驗1(全部報告法),實驗2(部分報告法),實驗 3(控制語音復述后)均一致表明多身份追蹤表現依賴于位置和身份雙加工系統的共同作用,并且以身份?位置綁定的形式實時更新。綁定程度越好,追蹤表現越高。反之,綁定程度受干擾越大,追蹤表現越低。

5.2 位置追蹤和身份識別加工系統：并行耦合或并行獨立

盡管MOMIT假說比工程模型假說更能合理解釋當前數據,但對于位置加工系統和身份加工系統是否共享同一注意資源這一問題并未進行闡述。以往多身份追蹤研究中支持位置加工和身份加工是兩個獨立并行加工系統的結論主要目的在于論證多身份追蹤中身份信息是否能與位置信息一樣被同等有效利用。Pylyshyn早期提出的FINST (Fingers of INSTantiation)假說認為身份信息并不會被加工和有效利用(Pylyshyn,2001,2004)。而 Oksama和Hy?n? (2008)通過提出 MOMIT模型予以反對,其認為位置和身份信息在視覺初期被分離分析。Pinto等(2012)通過fMRI技術也得出MIT是兩階段加工的過程,即先加工空間位置信息,后加工身份特征信息。Papenmeier,Meyerhoff,Jahn和Huff (2014)進一步發現表面身份信息和時空位置信息會根據兩者的有效性和可靠性來相互權衡和靈活加工。Oksama和 Hy?n? (2016)還通過眼動分析發現位置追蹤和身份識別具有完全不同的眼動注視策略,也證明了雙加工系統的結論。然而,分離分析,階段性加工和注視策略差異都僅能反映出位置和身份在信息加工上的差異,并未涉及兩者在注意機制上的差異。也即,這些結論雖證明了身份信息的可利用性,但不能藉此說明位置追蹤和身份識別是兩個完全分離的獨立加工系統。

當前研究則在此基礎上進一步探討了位置和身份兩個加工系統在注意資源占用上的問題。根據Kahneman (1973)提出的認知資源分配理論,共享同一注意資源池的多種任務之間會相互競爭。因此,倘若位置和身份兩加工系統相互抑制和干擾,則可推斷兩者共享同一注意資源池。實驗1和2中發生身份交換后,隨著身份?位置綁定的干擾程度增大,位置和身份追蹤成績均顯著下降,即有效地支持了位置和身份信息共享同一注意資源的假設。更進一步而言,雖然目標追蹤和身份識別在信息加工上是分離的雙加工系統,但在注意資源占用上并不是完全分離的。這與以往部分研究具有一致性(Cohen et al.,2011; Ren et al.,2009)。

5.3 身份?位置綁定的受干擾程度對多身份追蹤表現的抑制機制

根據MOMIT假設,位置和身份信息經早期位置和身份加工系統分析后將以綁定形式存儲在容量有限的情景緩沖器內,并且通過注意切換控制系統序列激活和更新身份?位置綁定(Oksama &Hy?n?,2008)。多身份追蹤表現是依賴于身份?位置綁定的,故既受情景緩沖器容量的限制,也受注意資源的限制。這意味著,一方面情景緩沖器內的綁定數量有限,發生身份交換會增大綁定數量,進而抑制多身份追蹤表現。另一方面,發生身份交換會耗費更多的注意資源來用于重新激活和再綁定,也將抑制多身份追蹤表現。

以往研究中,Makovski和 Jiang (2009)認為身份變化干擾多身份追蹤表現的主要原因在于工作記憶無法及時鞏固實時更新的身份信息,而非空間注意分辨率不足。Alvarez和Thompson (2009)也支持這一工作記憶說,但其認為身份變化起干擾的作用機制在于工作記憶在維持身份?位置綁定信息階段發生錯誤,進而導致追蹤表現下降。然而,Ren等(2009)的觀點與此不同,他們認為干擾原因更可能在于注意資源的分配上。身份信息編碼在一定程度上是強制和自發的,而并非完全刺激驅動的自動加工過程。當出現身份交換時,原有身份信息和位置信息的聯系變得不可靠,自發的注意需求增大,進而導致追蹤表現變差。同時,身份?位置綁定的維持也并非是自動的,而是需要耗費注意資源的,綁定數量越多,或綁定程度越不穩定,注意資源就需耗費越多(Wheeler & Treisman,2002)。

然而,工作記憶和注意資源之間可能并非完全相互分離,也可能相互關聯(Shim,Alvarez,& Jiang,2005)和相互競爭(Fougnie & Marois,2006)。工作記憶需要耗費注意資源,且所需注意資源與信息負荷量成正比關系(Alvarez & Cavanagh,2004),而注意資源不足則會導致工作記憶無法及時有效編碼和存儲綁定信息(Johnson,Hollingworth,& Luck,2008)。因此,結合前人研究和當前假設,身份?位置綁定受干擾后的抑制作用可能需要同時用工作記憶假說和注意資源假說來做出合理解釋。當身份?位置綁定受到干擾時,視覺信息輸入將增大,這一方面需要增加注意資源來提高對目標身份的重新識別以及對身份?位置綁定關系的再建立,另一方面從失綁定狀態到再綁定狀態期間,身份?位置綁定數量增加,導致工作記憶負荷增大,甚至干擾工作記憶的形成,并且這兩方面特性隨著干擾程度和追蹤負荷的增大還會進一步受到強化。

此外,前人研究還表明,身份工作記憶會在多身份追蹤過程中起到找回丟失目標和功能性提高目標間分辨率的作用(Makovski & Jiang,2009),但當身份信息變復雜后,這一促進作用會被相應削弱(Ren et al.,2009)。在當前研究中,發生身份交換可能會在一定程度上混淆交換前后目標集的身份工作記憶,導致交換后視覺工作記憶中存儲的目標集身份工作記憶出錯,從而無法利用或錯誤利用身份信息進行身份?位置綁定,特別是 TDS和 TTS條件。進一步而言,當前研究中可能出現的身份工作記憶混淆情況可概括為兩類,一類是在多身份追蹤過程中身份交換前后的身份工作記憶發生混淆,并且影響到了位置追蹤,身份工作記憶和位置追蹤同時受損,另一類是在多身份追蹤中身份交換前后的身份工作記憶雖發生混淆,但未影響到位置追蹤,僅在反應階段發生身份工作記憶混淆,僅身份識別成績受損。前者中,被試混淆了交換前后的身份工作記憶,并且仍根據錯誤的身份工作記憶指向到了錯誤的空間方位信息,從而造成身份和位置成績的同時下降。這一情況表明,發生身份交換后,部分身份?位置綁定未能被及時地解除,即在情景緩沖器中仍保持“舊”的身份?位置綁定。而后者中,混淆的身份工作記憶未干擾空間方位信息,僅在反應階段出現記憶錯誤。這一情況則表明,發生身份交換后,身份?位置綁定雖已被有效解除,但視覺工作記憶中的身份工作記憶卻未能得到及時有效地更新,即“舊”身份信息與正確位置信息進行了再綁定。另外,Drew,Horowitz和Vogel (2013)的研究還表明,增加分心物的數量會增大目標與非目標之間混淆的可能,而增大客體運動速度則會增大目標丟失的可能。對于身份交換中的身份工作記憶混淆情況也具有相似之處,身份交換會導致身份工作記憶負荷的增加,類似于增加了身份工作記憶的分心物,導致了身份?位置重綁定發生錯誤。而當運動速度過快時,或者視覺注意資源不足時,身份?位置綁定則不能被及時解綁,情景緩沖器中將會繼續保持未解綁的錯誤的身份?位置綁定信息,即發生目標丟失。因此,兩種身份工作記憶混淆情況雖都顯示出身份工作記憶的錯誤,但涉及的內部機制是不同的,對于位置追蹤的影響也是不同的。從當前數據來看,身份和位置成績是同步和共命運的,也即更傾向于支持前者。但綜合來看,兩類身份工作記憶混淆可能都在一定程度上影響了當前結果,不過其本質上卻仍都屬于身份?位置綁定的問題,僅僅是更加深入地探討了身份交換情形下身份?位置綁定關系的內部機制。未來研究可進一步探討身份?位置綁定與身份工作記憶混淆的關系問題,以及厘清不同身份工作記憶混淆情況發生的條件,將身份工作記憶與身份?位置綁定進行結合,豐富和拓展多身份追蹤的研究內容。

5.4 多身份追蹤中的注意資源分配

自多目標追蹤任務范式提出以來,已有大量研究探討了多目標追蹤中的注意加工問題。Pylyshyn(2006)用點探測任務和多目標追蹤任務結合的方式發現,多目標追蹤任務中視覺系統在非目標區域的抑制量最大,目標區域、空白區域和目標區域附近并未受到抑制(Pylyshyn,2006; 魏柳青,劉冰,張學民,趙霞,2013; 張學民,劉冰,魯學明,2009;張學民等,2011),并藉此提出了非目標抑制假說,即注意朝向于目標,但用以對非目標進行抑制。然而,Drew,McCollough,Horowitz和 Vogel (2009)采用 ERPs研究發現,相對于非目標上的探測點,處在目標上的探測點所誘發的視覺成分 P1和 N1(100～150 ms)更大,并且追蹤者成績越好,這一差異越大。但該研究并未發現對非目標的抑制現象,起碼在視覺誘發的早期這一現象并沒有足夠的證據支持。因此,注意應是用以激活目標,提高目標空間分辨率的。此后,Doran和Hoffman (2010)的另一項 ERP研究進一步表示多目標追蹤任務中既存在對目標的激活,又存在對非目標的抑制,并且這種機制受任務難度影響。當任務難度較低時,即使沒有視覺注意系統的參與,參與者也能夠順利完成追蹤任務。簡言之,注意既提高了對目標的表征,又抑制了對非目標的表征。

然而,這些研究多關注于多目標追蹤中的注意分配問題,而對多身份追蹤中的注意分配問題研究甚少。一方面原因在于時空信息對維持視覺連續性具有主導作用; 另一方面原因在于多目標追蹤中觀察者對身份信息的利用有限(魏柳青等,2010)。但越來越多的研究發現身份信息也會影響到追蹤表現,并且身份信息在加工方式和注意資源占用上都不同于位置信息。身份加工多認為是序列加工和注意需求的(Oksama & Hy?n?,2008; Tombu & Seiffert,2008),而位置加工多認為是平行加工和非注意需求的(Cavanagh & Alvarez,2005; Pylyshyn,2001)。上述因素在一定程度上將導致兩種任務在注意資源分配上產生差異。

結合當前實驗結果,DDS不干擾位置追蹤和身份識別表現,而 TTS和 TDS卻干擾位置追蹤和身份識別表現。因此,多身份追蹤中的注意分配可能是基于目標增強的。當目標群內發生身份交換時,其身份?位置綁定受干擾程度要遠大于非目標群內身份交換。原因可能在于身份信息是序列加工和耗費注意資源的,任務要求高于位置信息加工,因此有限的注意資源大多被鎖定在目標集上。這與MOMIT模型理論具有一致性,MOMIT假說認為只有目標的方位信息被加工儲存在臨時記憶緩沖器模塊中,且只有在注意焦點下的目標身份才能被有效序列加工,即注意資源只用于加工目標位置和目標身份信息,而非目標群主要依靠邊緣視覺系統加工。然而,本研究中對位置和身份追蹤表現的結果采用的是容量指標,該指標仍然不夠精準。因此,未來研究可以用定位錯誤(Location error)的探測方法來進一步加以佐證(Iordanescu,Grabowecky,&Suzuki,2009)。

5.5 語音復述在多身份追蹤中的作用

Baddeley (1992)在短時記憶的概念基礎上提出了工作記憶(Working memory,WM)模型,并將其劃分為三大子系統,中央執行系統(Central executive)、語音回路(Phonological loop)和視空間模板(Visuospatial sketch pad)。其中,語音回路主要負責以語音為基礎的信息的存儲和控制的加工過程,由短時的語音存儲器(Phonologicalstore)和發音復述器(Articulatory rehearsal)兩個次級部分構成。語音存儲器能夠對視覺和聽覺轉化的語音信息進行存儲,但聽覺記憶痕跡會在2 s內快速衰減,需通過發音復述的形式來對這些記憶痕跡進行重新激活和鞏固(Baddeley,2003)。也即,當執行任務涉及到語音和文字信息等時,語音回路模塊會自主對其進行加工,如閱讀任務,語言學習等。

在多身份追蹤中,目標身份常含有語義信息,如當前研究中目標為數字身份,參與者就能夠在工作記憶中對目標身份不斷進行語音復述,以此來達到鞏固身份記憶的效果。事實上,也有部分研究發現,采用無法命名的復雜客體,如人類面孔和場景(Cohen,Konkle,Rhee,Nakayama,& Alvarez,2014; Ren et al.,2009),或者執行雙任務,如 One-back任務(Makovski & Jiang,2009),可抑制語音復述的干擾。所以,倘若在多身份追蹤中,身份?位置綁定的維持主要依賴于語音復述功能,那么當語音復述被排除或受到抑制時,觀察者將無法有效完成多身份追蹤任務,即追蹤表現應趨于概率水平。然而,Ren等(2009)采用無法命名的人類面孔作為追蹤對象,當面孔身份實時變化時,追蹤成績雖顯著下降,但整體追蹤成績正確率仍高于85%。Cohen等(2014)采用的人類面孔和場景素材,整體正確率也同樣均高于70%。Makovski和Jiang (2009)的多身份追蹤與 One-back顏色記憶雙任務研究中,觀測者的追蹤成績也高于 75%。因此,在多身份追蹤中,語音復述的作用是有限的。

具體而言,當前研究中,實驗1和2的多身份追蹤表現不僅受到身份?位置綁定的干擾效應,同時還可能受到內部語音復述的影響。也即,多身份追蹤表現隨身份?位置綁定受干擾程度增加而下降的效應,不能有效排除語音復述不良的干擾。對此,實驗3從整體上對語音復述這一因素進行控制,但所得結果與實驗1相符。這意味著,語音復述并非是產生當前實驗效應的首要因素,不同身份交換條件間的位置追蹤和身份識別容量差異主要是由身份?位置綁定的受干擾程度所導致。這與以往研究所得結果(Cohen et al.,2014; Makovski & Jiang,2009; Ren et al.,2009)相一致。

6 結論與展望

本研究系統考察了個體在身份交換式的多身份追蹤任務中的表現,并深入探討了其內部加工機制。結果發現,首先位置加工系統和身份加工系統是共享同一注意資源的并行耦合雙加工系統,但視覺系統對位置信息的利用要優于身份信息。其次,位置追蹤和身份識別表現均隨身份?位置綁定受干擾程度增大而下降,支持了身份?位置綁定機制。第三,多身份追蹤中的注意分配更可能是基于目標增強的,相比于非目標群,身份?位置綁定在目標群內受干擾后對追蹤表現的抑制作用更明顯。第四,部分報告法在身份交換條件中能夠測量出更高容量的多身份追蹤表現,即全部報告法有所低估。第五,語音復述在身份交換的多身份追蹤任務中作用有限,即身份交換對多身份追蹤的影響并非是語音復述的干擾,而是身份-位置綁定機制受到損害。

當前研究主要考察了注意追蹤階段的身份?位置綁定問題,未來研究可進一步對比身份?位置綁定在編碼、維持和提取階段發生身份交換時的追蹤表現差異。其次,身份工作記憶與身份?位置綁定關系的問題也需進一步加以探究,如身份?位置綁定和解綁是否受不同類型的身份工作記憶影響的問題,或兩類身份工作記憶混淆情形發生的條件。此外,語音復述任務對多身份追蹤任務的具體影響也仍可進一步深入考察。最后,在研究方法上,可以采用多種電生理和神經影像技術,如ERP,fMRI等,深入探討身份?位置綁定關系的神經基礎。

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