工作記憶表征對視覺注意的影響：基于非目標模板的視角

李楊卓 楊旭成 高 虹 高湘萍

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工作記憶表征對視覺注意的影響：基于非目標模板的視角

李楊卓 楊旭成 高 虹 高湘萍

(上海師范大學教育學院心理系, 上海 200234)

儲存在工作記憶中的視覺表征會影響注意選擇過程。其中, 與目標有關的工作記憶表征(靶子模板)對視覺注意起到自上而下的引導作用, 而與目標無關的工作記憶表征(非目標模板)亦會對注意分配產生影響。本文通過系統分析非目標工作記憶表征影響視覺搜索過程的相關研究, 發現非目標模板在視覺搜索任務中既存在自動化的注意捕獲, 也會形成主動抑制以提高目標搜索績效。進一步地, 對非目標模板的注意捕獲或抑制受實驗范式、任務難度、刺激材料特征以及認知控制水平等因素的影響。未來研究應該在不斷深入細化變量操縱、完善變量控制的同時, 進一步擴展應用領域的研究。

選擇性注意; 工作記憶表征; 非目標模板; 注意捕獲; 注意抑制

1 引言

選擇性注意對個體在日常生活中持續將注意集中于當前目標并有效排除無關干擾刺激、提高工作效率具有十分重要的意義。Yantis (2000)在分析了大量視覺選擇性注意的研究后指出, 選擇性注意是自上而下(目標驅動加工)和自下而上(刺激驅動加工)兩種加工機制相互制約、相互影響的過程。當我們尋找目標客體時, 通常會預先設定并記住該刺激的基本特征(即對目標形成“模板”), 并在隨后的視覺搜索過程中不斷地將輸入的視覺信息與“靶子模板”進行比較和辨認。也就是說, 在視覺搜索任務中, 靶刺激通常是以“模板”的形式儲存在視覺工作記憶當中的(Desimone & Duncan, 1995; Carlisle & Woodman, 2011)。與此同時, 視覺情境中無關刺激的知覺特性(如更亮、突然出現、突出的顏色或形狀)也會對注意分配產生影響(Theeuwes, 1991)。不過就目前看來, 自上而下的注意調控在選擇性注意中似乎起著更為重要的作用, 可以說幾乎所有的視覺搜索過程都存在自上而下注意控制的參與(Desimone & Duncan, 1995; Chelazzi, Duncan, Miller, & Desimone, 1998; 張明, 張陽, 2007)。

近年來, 越來越多研究者發現, 不僅儲存在工作記憶中的“靶子模板”能夠引導注意優先偏向目標刺激, 事先保持在工作記憶當中的非目標表征亦能影響注意分配, 即與任務無關的工作記憶表征也能夠產生注意引導效應(Kumar, Soto, & Humphreys, 2009; Soto, Greene, Chaudhary, & Rotshtein, 2011; Soto, Llewelyn, & Silvanto, 2012; 胡艷梅, 張明, 徐展, 李畢琴, 2013; 胡艷梅, 張明, 2016; 張豹, 胡岑樓, 黃賽, 2016)。但目前為止, 非目標工作記憶表征究竟如何引導視覺注意, 研究結果還未能取得一致。一些研究發現, 注意總是自動化地指向與工作記憶儲存內容相同的刺激, 不管其是否與搜索目標特征相關(Downing, 2000; Soto, Heinke, Humphreys, & Blanco, 2005; Olivers, Meijer, & Theeuwes, 2006)。相反, 基于自上而下注意調控在目標搜索中的重要作用, 另一些研究者則更強調任務相關性及認知控制對注意分配的影響, 認為如果工作記憶中儲存的知覺表征與目標任務無關, 個體就沒有理由將注意優先分配到與記憶類似的刺激物當中, 因此非目標工作記憶表征不會對注意選擇產生影響, 相反應該產生注意的主動抑制效應, 避免認知加工偏向干擾刺激(Downing & Dodds, 2004; Han & Kim, 2009; Sawaki & Luck, 2011; Sawaki, Geng, & Luck, 2012; Woodman & Luck, 2007)。那么, 在視覺搜索過程中, 非目標工作記憶表征究竟會怎樣影響視覺注意？非目標表征總是會捕獲注意, 干擾目標搜索嗎？或者個體能夠基于非目標表征產生注意抑制, 從而提高視覺搜索效率？其中的作用機制是什么？鑒于以上疑問, 筆者基于最新研究進展, 綜合行為與電生理指標, 對非目標工作記憶表征在視覺搜索任務中的注意引導作用進行系統的回顧和總結。并進一步探討了影響個體對非目標記憶表征產生注意抑制的重要因素, 以期為深入理解工作記憶表征在視覺搜索任務中如何影響注意選擇過程提供一個獨特的視角。

2 非目標工作記憶表征在視覺搜索任務中的注意引導作用

2.1 非目標工作記憶表征的自動捕獲

偏向競爭模型(Bias Competition Model)最早被用于解釋注意選擇的兩種調控機制(自上而下和自下而上)是如何在視覺搜索過程中發揮作用的(Desimone & Duncan, 1995)。Desimone (1998)借助偏向競爭模型說明工作記憶表征對注意的引導作用, 指出視野內的各種刺激總是在相互競爭以捕獲注意, 事先儲存在工作記憶中的表征以自上而下的方式增強對早期視覺皮層中與之相同或相似的刺激的選擇, 自動形成“注意模板(attentional template)”, 從而使這些刺激在視覺搜索中獲得競爭優勢?；谄蚋偁幚碚? 工作記憶中儲存的客體表征即便不與目標刺激匹配, 注意仍會不可避免地指向它們, 這一自動化傾向不受個體主觀意志的影響(Chelazzi, Duncan, Miller, & Desimone, 1998; Downing, 2000; Soto et al., 2005)。

Soto等人在其系列研究中, 采用工作記憶–視覺搜索雙任務范式(Working Memory-guided visual search task), 對該觀點進行了細致的考察(Soto et al., 2005; Soto, Hodsoll, Rotshtein, & Humphreys, 2008; Kumar et al., 2009)。在他們的研究中, 被試需要在記憶保持的同時, 完成一項視覺搜索任務。視覺搜索序列中的目標與工作記憶表征之間存在3種匹配關系：(1)有效匹配——工作記憶表征與視覺搜索目標特征匹配; (2)無效匹配——工作記憶表征與視覺搜索非目標特征匹配; (3)中性條件——視覺搜索中沒有任何刺激與工作記憶表征匹配。結果發現, 與中性條件相比, 有效匹配條件下被試的搜索反應時更快, 無效匹配條件下搜索反應時更慢。眼動數據進一步顯示, 無論在有效匹配還是無效匹配條件下, 視覺搜索階段被試的第一次眼跳均明顯受到與工作記憶表征相同刺激的影響(Soto et al., 2005)。這一研究結果表明, 無論工作記憶表征是否與當前目標特征一致, 注意均會對其產生自動化的偏向, 工作記憶表征對視覺注意的引導似乎發生在視覺注意的早期階段(Soto et al., 2005)。

Kumar等(2009)采用事件相關電位技術(ERPs)考察了注意是否會自動分配到與工作記憶表征匹配的刺激中。他們同樣要求被試在記憶一個視覺刺激的同時完成一項搜索任務(呈現三個分心刺激和1個目標)。無效條件下, 一個分心刺激會與記憶項目匹配。記憶匹配分心刺激可能與目標同側視野出現, 也可能出現在目標對側。控制條件下, 所有的搜索項目均與記憶項目不同。結果發現, 當工作記憶匹配的分心刺激與搜索目標在同側視覺區域時, 相比對側呈現, 目標刺激誘發出更大的N2pc波幅。N2pc (后對側N2成分)為刺激出現后150~225 ms時間段內, 在刺激呈現視野對側腦區產生的一個負性成分, 與注意選擇過程密切相關(Hickey, McDonald, & Theeuwes, 2006; Woodman, 2010)。他們認為這是由于目標和同側工作記憶匹配的干擾刺激同時捕獲注意, 產生了N2pc波幅的疊加, 因而導致一個更大的生理對側N2pc成分。但當目標和工作記憶匹配干擾物對側出現時, 誘發的N2pc會互相抵消, 導致目標刺激表現出更小的生理對側N2pc波。這一結果為非目標工作記憶表征能夠自動捕獲注意提供了強有力的證據。但是, Kumar等人的研究僅考察了視覺搜索早期階段(前150~200 ms)的注意加工特性, 沒有對晚期階段的注意分配過程做進一步分析, 因此我們并不清楚當個體察覺到輸入的知覺表征并非當前目標任務刺激時, 是否會采取一些策略彌補注意資源錯誤地分配到無關刺激而造成的損失。

2.2 非目標工作記憶表征能夠被主動抑制

在Soto等人(2005)的研究中, 由于目標出現的位置不確定, 被試需要依次查找所有呈現的刺激客體, 直到發現目標。這種情況下, 與事先存儲在工作記憶中類似的刺激表征更有可能基于再認而被優先識別。另外, 他們的研究中, 幾種條件類型(控制、有效匹配、無效匹配)交替出現, 當前一個試次中目標出現在與工作記憶匹配的刺激中時, 被試很可能對下一個試次中目標類型形成期待, 在無效匹配條件下仍然保持對識記過的客體的自動化注意偏向。為此, 一些研究者設想, 當被試被明確告知目標不會是記憶過的客體時, 被試可能策略性地避免注意對記憶匹配刺激的部署。

為驗證該假設, Woodman和Luck (2007)在研究中同樣采用工作記憶–視覺搜索雙任務范式, 即被試在完成視覺搜索任務的同時完成一項間隔的記憶監測任務。但明確告知被試, 保持在工作記憶中的客體特征永遠不會與目標特征一致。結果發現, 與控制條件(沒有任何搜索項目與記憶項目匹配)相比, 被試的搜索反應時變快了。這一結果提示, 非目標記憶匹配刺激不但沒有捕獲注意, 反而被有效抑制了, 促成了視覺搜索成績提高。Sawaki和Luck (2010)提出信號抑制假說(signal suppression hypothesis)解釋個體對非目標工作記憶表征的主動抑制效應。該假說認為, 注意控制由刺激驅動(stimulus-driven)和目標驅動(goal-driven)兩種加工過程共同組成。信號客體(工作記憶表征)能自動化產生一個凸顯性信號, 優先捕獲注意, 這與刺激驅動理論一致; 但當信號客體作為干擾物出現時, 為避免信號刺激對目標任務的干擾, 人們會通過自上而下的認知控制, 對工作記憶表征產生“拒絕模板” (reject template), 抑制對非目標工作記憶表征的持續注意, 完成目標導向的加工, 這與目標驅動理論一致。也就是說, 被試可以根據任務的要求, 將工作記憶表征視為目標模板, 也可以將其設置為拒絕模板。然而, 有研究者指出, 由于Woodman和Luck (2007)在研究中采用了較為復雜的工作記憶–視覺搜索雙重任務, 這可能導致被試運用在單純的視覺搜索任務中不會使用的策略, 類似于視覺標記負啟動策略(Visual Marking and Negative Priming), 通過忽略出現在視野中的舊刺激物, 提高搜索新異客體的效率(Watson & Humphreys, 1997; Olivers & Humphreys, 2003)。因此不能有力地證明個體確實能夠對工作記憶表征形成“拒絕模板”, 應當使用更為簡單明確的線索進一步探究注意加工過程是否能夠有目的地使用非目標特征。Arita, Carlisle和Woodman (2012)率先對“拒絕模板”的有效性進行了驗證。他們僅在搜索序列之前呈現線索序列, 被試無需對線索刺激進行再認, 且不同的線索類型(有效、無效和中性)分別獨立出現在一個完整的試次組合中, 順序隨機。結果發現, 當線索為非目標刺激時, 被試的搜索反應時加快。因此, 他們相信, 個體確實能夠基于負性線索形成“拒絕模板”, 提高目標搜索效率, 即便這種促進作用不如正性線索條件強。

那么, 個體對非目標工作記憶表征的主動抑制究竟發生在注意的哪一階段？一些研究指出, 對非目標工作記憶表征的注意抑制可以發生在捕獲之前。例如, Carlisle和Woodman (2011)研究發現, 對非目標工作記憶表征只在加工后期(300~ 500 ms左右)誘發了注意抑制相關的Pd成分, 沒有發現注意捕獲相關的N2pc成分, 表明被試對非目標工作記憶的表征沒有產生早期注意偏向。不過遺憾的是, 目前尚未有研究能夠完全重復Carlisle和Woodman的結果。雖然Sawaki和Luck (2011)的研究中也發現與工作記憶表征相同的探測刺激只誘發了抑制相關Pd成分, 但在該研究中, 探測序列中刺激物的表征類型(顏色)僅是記憶序列的附加特征而非識別特征(刺激物的朝向), 只能解釋與任務類型無關的工作記憶表征更容易被提前抑制, 以避免注意資源的損耗。Sawaki和Luck (2013)通過ERP成分指標, 發現在搜索序列呈現后的150 ms左右, 非目標工作記憶匹配刺激首先誘發了注意捕獲相關的N2pc成分, 隨后(400 ms左右)出現了與抑制過程相關的差異正波(Pd成分)。國內學者胡艷梅和張明(2016)考察了認知控制動機水平對基于記憶的注意捕獲和抑制效應的影響, 發現隨著動機水平的提高, 注意捕獲的效應量(N2pc波幅)逐漸變小、潛伏期更短; 對應地, 與抑制過程相關的Pd波幅逐漸變大。但是, 無論認知控制動機水平如何變化, 線索序列呈現后200~300 ms左右(信息加工早期階段)非目標記憶匹配刺激總是會誘發注意捕獲相關的N2pc成分。表明雖然對非目標工作記憶表征的注意抑制受到認知控制水平(如動機)的調節, 但這種控制性調節無法完全消除基于工作記憶的注意捕獲效應, 記憶儲存刺激仍然能夠在加工初期自動捕獲注意(類似結果也見: Gaspar & McDonald, 2014; 張豹等, 2016)。

綜上, 我們認為, 在視覺搜索任務中, 個體確實能夠對非目標工作記憶表征形成“拒絕模板”, 從而促進目標搜索。但通常是一個早期的注意偏向, 而后產生注意抑制的過程。那么, 隨之產生的一個重要的問題是, “拒絕模板”是如何發揮作用的？即, 成功抑制保持在工作記憶中的內容需要什么條件？近期一些研究者也開始探討哪些因素會影響非目標工作記憶表征的注意捕獲和抑制效應, 哪些情況會導致對非目標記憶表征注意抑制的失敗, 捕獲發生。大量研究結果表明, 研究范式的差異、任務難度、刺激材料特征以及認知調控能力等因素是影響對非目標工作記憶表征注意捕獲和抑制的重要原因。

3 影響非目標工作記憶表征注意捕獲和抑制的因素

3.1 范式差異

研究范式的不同是導致各項研究結果不同的重要因素。例如, Soto等人(2005)在研究中采用雙重刺激雙任務范式(Binary-stimulusdual-task paradigm),即要求被試在垂直或水平朝向的線條當中尋找唯一一個傾斜線條, 線條外面被不同顏色圓環包圍, 發現注意能夠被與記憶儲存顏色相同的圓環自動吸引。與他們不同的是, Woodman和Luck (2007)在研究中使用的是獨立刺激雙任務范式(Unitary- stimulusdual-task paradigm), 即搜索序列由不同缺口朝向的蘭道環(Landolt C)組成, 目標刺激為某一特殊開口方向(朝上或者朝下)的蘭道環, 其余干擾刺激開口朝左或者朝右, 而目標客體所在的蘭道環顏色不可能與工作記憶儲存顏色相同。結果發現, 被試能夠主動避免記憶匹配刺激的干擾。Dowd, Kiyonaga, Egner和Mitroff (2015)在采用探索性回歸分析法分離出兩種范式后, 發現看似相同的兩個范式可能各自代表了注意引導的不同方向：雙重刺激范式可能更依賴個體的視覺工作記憶能力, 而獨立刺激范式能更好地評估注意敏感性相關特征。先前也有一些研究者指出, 工作記憶能力可顯著預測注意捕獲效應(Soto et al., 2008; Anderson, Vogel, & Awh, 2013)。因此, 在多重刺激序列任務中, 兩類不同形式的刺激(彩色圓環和搜索線條)在理論上可以被處理為兩個單獨的對象, 導致高強度的工作記憶資源征稅, 注意抑制資源不足, 產生注意捕獲效應(Olivers, Peters, Houtkamp, & Roelfsema, 2011)。相反, 獨立刺激序列只有一種刺激形式, 減少了對注意資源的占用。對應地, 其他使用雙重刺激雙任務范式的研究結果, 也支持非目標工作記憶表征的注意捕獲效應(Kiyonaga, Egner, & Soto, 2012; Soto et al., 2008), 而采用獨立刺激雙任務范式的研究結果則表明個體能夠對非目標工作記憶表征產生注意抑制(Han & Kim, 2009; Woodman & Luck, 2007; Arita et al., 2012)。

3.2 刺激材料特征

注意抑制模型(attention model based on inhibition)認為, 個體對更顯著的干擾物(more potent distractors)會產生更強的抑制作用(Yantis & Egeth, 1999)。Geng和DiQuattro (2010)考察了非目標工作記憶表征的知覺特征對視覺搜索任務的影響。結果發現, 當搜索序列中刺激物的知覺顯著性相同時, 干擾刺激影響了成績。但當干擾刺激的特征更凸顯時, 被試的反應時更快, 準確率更高。眼動指標進一步證實, 這種促進作用是通過對干擾物更快速的注意轉移實現的。Geng (2014)在一篇相關綜述中指出, 干擾物的知覺特性會影響注意抑制的有效性：高凸顯性(high salience)如更亮、突然出現、突出的顏色或形狀是個體迅速拒絕干擾刺激的重要條件之一。另外, 不同刺激屬性類型的注意抑制效應也不同。研究發現, 一些屬性(如顏色)比另一些屬性(如形狀)的引導作用更強(Wolfe, 2007; 張豹, 黃賽, 候秋霞, 2014)。對應地, Woodman和Luck (2007)觀察到非目標記憶表征注意抑制效應的研究, 采用的是顏色作為刺激材料。而Peter, Goebel和Roelfsema (2009)以及Downing和Dodds (2004)的研究, 使用了形狀復雜的非自然圖形作為刺激材料, 則沒有觀察到非目標工作記憶表征的注意抑制效應。Zhang等(2010)將Luck等(2007)與Peter等(2009)兩項研究所使用的材料互換, 但不改變實驗范式, 恰好得到了與原實驗相反的結果。另有一些研究從獎賞聯結的角度來考察了材料特征對非目標工作記憶表征注意抑制的影響。Hickey, Chelazzi和Theeuwes(2010)發現, 與高獎賞反饋聯結的刺激特征會引發P1、N2pc相關波幅, 表明獎賞聯結能夠在視覺加工的早期階段增強刺激物的注意捕獲效應。Gong和Li (2014)發現, 獎賞聯結能夠增強對刺激物的知覺表征, 提高工作記憶成績。在該研究的基礎上, Gong, Yang和Li (2016)進一步考察了獎賞聯結對視覺搜索任務中干擾物注意抑制作用, 結果顯示, 在工作記憶–視覺搜索雙任務中, 如果儲存在工作記憶中的分心刺激與高獎賞聯結, 被試搜索目標的反應時會顯著快于低獎賞和控制兩種條件, 表明與高獎賞聯結導致的工作記憶表征的增強能夠被認知控制所利用, 進而調控注意分配, 優化行為績效(Gong et al., 2016)。

綜上, 物理上具有突顯性的刺激能易化注意的主動抑制效應, 與價值(如獎勵)聯結的刺激因為增加了刺激的突顯性從而也能夠促進對非目標工作記憶表征的抑制過程。那么, 具有物理突顯性的干擾刺激對獎賞驅動的注意抑制效應有沒有調節作用呢？Gong, Jia和Li (2017)考察了非目標記憶表征的知覺突顯性和獎賞突顯性的交互作用, 發現對工作記憶表征的注意抑制受其物理屬性和獎賞效應量的共同調節。當干擾刺激的知覺顯著性高于目標時, 高獎賞聯結下的注意抑制作用最大; 當目標刺激的知覺顯著性大于干擾刺激時, 高低獎賞兩種水平下的搜索反應時差異不顯著。

3.3 任務難度

對非目標工作記憶表征抑制的成功與否, 其中一個重要因素是當前視覺搜索任務的難度。Han和Kim (2009)的研究, 通過改變搜索目標與干擾刺激開口的相對大小操縱搜索難度, 結果發現, 容易的視覺搜索任務(目標和干擾刺激開口差異相對較大), 被試對非目標工作記憶表征產生注意捕獲; 視覺搜索任務變難, 注意捕獲效應消失, 甚至在一些試次中觀察到了注意抑制效應。另一些研究者則試圖從搜索序列知覺負載大小來揭示任務難度對非目標記憶表征抑制的影響。在Soto等(2005)的研究中, 被試的任務是在4個刺激客體中尋找一個目標客體。而Carlisle和Woodman (2011)以及Arita等(2012)的研究中, 視覺搜索任務難度相對較大, Arita等(2012)的研究視覺搜索序列中有12個刺激, Carlisle等(2011)的研究搜索序列更是多達20個。前者的研究發現非目標記憶表征自動捕獲注意, 而后兩者則發現了被試對非目標記憶表征的注意抑制效應。Tan等(2015)通過操縱搜索序列的知覺負載(高/低), 并結合腦電(ERP)指標, 進一步考察了兩種負載條件下工作記憶表征如何影響目標搜索。行為結果發現, 在低知覺負載條件下, 非目標記憶匹配刺激的出現會明顯增加目標搜索反應時。而在高知覺負載條件下, 非目標記憶匹配刺激并不會對搜索成績造成影響。腦電觀察到低知覺負載下, 頂枕區的N1有更大的激活。頂枕區被認為是注意控制的重要區域, 不僅能引導注意偏向記憶相關刺激(Mevorach, Hodsoll, Allen, Shalev, &Humphreys, 2010), 同時還能有效抑制注意遠離突顯的或者與工作記憶表征類似的非目標刺激(Soto, Mok, McRobbie et al., 2011; Soto, Rotshtein, & Kanai, 2014)。研究者認為, 認知負載(工作記憶表征數量)影響了對非目標工作記憶表征的注意捕獲和抑制效應, 低知覺負載條件下, 對非目標記憶表征的抑制難度更高, 更容易產生注意捕獲。Olivers (2009)的研究發現, 當要求被試在記住搜索目標特征的同時額外識記一種顏色, 沒有產生對非目標工作記憶表征的注意偏向。但撤去其中一種任務后, 注意會自動偏向記憶匹配刺激。他們在后續研究中, 操縱了工作記憶項目個數(1/2/3/4), 發現只有記憶負載為1時, 出現了明顯的注意捕獲效應(搜索反應時更慢), 其他三種條件下(2/3/4), 對搜索成績沒有影響(van Moorselaar, Theeuwes, & Olivers, 2014)。可見, 隨著工作記憶表征數量的增加, 記憶匹配刺激的注意捕獲效應會降低。

3.4 認知控制水平

個體通過認知調控, 主動抑制非目標工作記憶表征的知覺優勢, 避免對當前任務產生干擾(Woodman & Luck, 2007)。但認知調控的有效性常受到一些額外因素的影響, 如個體的動機水平、準備時間等。胡艷梅等(2013)在研究中, 通過操縱非目標工作記憶表征在搜索任務中出現的概率(20%/ 50%/ 80%), 誘發被試不同程度的抑制動機水平。結果發現, 隨著非目標記憶表征匹配概率的增高(50%和80%條件下), 被試目標搜索任務的成績也得到了顯著提高。并且, 當僅改變指導語誘發不同程度的抑制動機水平, 得到了與客觀改變匹配刺激概率一致的結果。表明動機水平確實能在一定程度上提高個體的認知控制能力, 增強抑制性認知控制。胡艷梅和張明(2016)進一步結合ERP技術, 提供了神經層面上動機水平對注意抑制影響證據。他們發現, 隨著認知控制動機水平的提高(50%和80%條件), 非目標記憶匹配刺激誘發的N2pc成分越來越小, 潛伏期越來越短, 且誘發了更大的抑制性差異正波(Pd)。表明隨著認知控制動機水平的不斷提高, 產生了更大的抑制控制機制, 自上而下調節作用的力度顯著增強, 促使注意更快地脫離工作記憶內容。Han和Kim (2009)通過改變記憶序列和搜索序列的間隔時間(ISI)來調節認知控制介入的時間, 發現當記憶序列和搜索序列的ISI較短時, 認知控制尚未發揮作用, 工作記憶表征會自動地捕獲注意。而當間隔時間足夠長時, 保持在工作記憶中的內容就不會自動地捕獲注意, 甚至在一定程度上受到抑制。Hu等人也發現, 基于記憶的注意抑制過程需要一定的準備時間才能發揮作用(Hu, Xu, & Hitch, 2011)。但是, 也有研究發現, 對非目標工作記憶表征的注意抑制在很短的時間內(100 ms)就能形成(Arita et al., 2012)。

總的來說, 由于對非目標工作記憶表征的注意抑制作用受到諸多因素的影響, 目前的研究結果尚未形成明確的定論。較為一致的結論是, 個體確實能夠通過自上而下的認知控制對非目標工作記憶表征產生注意抑制, 只是在信息加工的早期階段, 基于記憶的注意捕獲效應往往難以完全消除, 且認知控制也需一定的條件和時間才能逐漸發揮作用。

4 總結與展望

視覺搜索是研究選擇性注意的重要范式, 為探討注意的選擇性功能積累了豐富的研究成果。工作記憶作為一種服務于當前任務的信息儲存與加工認知系統, 在視覺搜索過程中扮演著關鍵角色。事先形成的目標記憶表征能夠有效促進之后的目標搜索成績。然而, 如果記憶表征刺激與當前任務無關, 它又會如何影響目標搜索任務的結果？對這一問題的回答, 有助于闡明個體在選擇性注意過程中, 如何主動避免非目標工作記憶表征對目標任務的干擾, 對于揭示人類信息加工的認知調控規律具有重要的科學意義。本文通過分析與綜合已有的研究成果, 試圖從工作記憶表征匹配視覺搜索干擾物這個視角, 探討個體是如何調控注意分配, 發揮主動抑制作用的。雖然越來越多的證據表明, 個體確實能夠對儲存在工作記憶中的干擾刺激產生注意抑制, 但其中的調節機制卻十分復雜, 各種因素互相交織, 共同影響注意選擇的結果。因此, 非目標工作記憶表征對注意選擇的影響是一個重要但仍需系統、深入研究的課題。有四個方面的問題值得特別關注。

首先, 是否存在“拒絕模板”。近年來一些研究者陸續對“拒絕模板”提出了質疑。如, Beck和Hollingworth(2015)認為, 雖然Arita等(2012)證實了“拒絕模板”的有效性, 但在他們的研究中, 記憶匹配客體與目標客體總是分別出現在視野兩側, 很可能導致被試將干擾物特征線索(顏色)轉變為更簡單的空間線索(左或右)。Beck等將搜索序列的線索客體和目標客體隨機呈現到左右視野, 結果只發現了正性線索效應(工作記憶表征匹配目標刺激條件), 沒用發現負性線索效應(工作記憶表征匹配非目標刺激條件)。研究者據此認為, 所謂“拒絕模板”, 很可能間接地基于空間線索發揮作用, 而非基于對特征線索的加工。Becker, Hemsteger和Peltier (2015)在研究中也發現, 只有當搜索序列中的干擾刺激顏色唯一且空間位置固定(單側空間視野呈現), 才能重復以往研究的結果(Woodman & Luck, 2007; Arita et al., 2012)。而當打亂刺激呈現空間位置或增加搜索序列干擾刺激顏色類型, 就不能出現加工優勢。于是他們認為, 所謂“拒絕模板”實質上是一種對目標顏色和位置的預期產生的目標線索策略。如果是這樣, 對非目標記憶表征的注意抑制的依據究竟是什么呢, 基于特征還是基于空間？亦或二者都是？仍有待后期研究進一步證實。

其次, 獎賞在注意抑制任務的作用仍有待澄清。雖然一些研究者從獎賞聯結提高刺激物顯著性的角度, 解釋獎賞在抑制非目標工作記憶表征中的作用。但是另一些研究者也從動機的角度來解釋獎賞聯結對注意選擇的影響(Pessoa & Engelmann, 2010; Chelazzi, Perlato, Santandrea, & Della Libera, 2013; 紀麗燕, 陳寧軒, 丁錦紅, 魏萍, 2015)。例如, Dodd和Flowers (2012)發現, 獎賞增強了與自上而下注意控制有關的腦區活動, 同時也激活了動機相關腦區, 如后頂葉皮層。動機突顯性理論(Berridge & Robinson, 1998)指出, 獎賞相關的中腦多巴胺系統增強了與獎賞聯結刺激的知覺表征突顯性, 提高了個體選擇該刺激的動機, 進而影響注意選擇過程。基于該理論, 獎賞聯結促進注意抑制是通過自上而下的目標驅動機制起作用的。此外, 一些研究發現, 獎賞聯結并不總能易化非目標工作記憶表征的主動抑制過程。例如, Hickey等(2010)發現, 獎賞與目標聯結時才會對結果產生影響, 對干擾物的抑制則不起作用。因此他們認為, 獎賞對注意選擇的作用是分離的, 能夠促進目標的加工但不能抑制分心物的加工。Wang等(2015)則發現, 高獎賞聯結的干擾刺激更能夠突破中央抑制區(center-surround inhibition), 無論距離目標遠還是近, 都出現了較大的干擾, 降低了視覺搜索效應(Wang et al., 2015)。研究者把這類高獎賞聯結的自動捕獲命名為價值驅動的注意捕獲(value-driven attentional capture), 即人們傾向于更快速定向環境中有價值的信息, 從中獲益。受價值驅動的影響, 與高獎賞聯結的刺激物能夠自動捕獲注意而不受任務類型、目標驅動和刺激物知覺突顯性的影響(Anderson, Laurent, & Yantis, 2013; Mine & Saiki, 2015; Bucker & Theeuwes, 2017), 表明獎賞聯結對注意的引導可能獨立于自上而下或自下而上的注意調節, 具有獨立的加工機制。雖然關于獎賞影響注意選擇的認知機制以及獎賞起作用的注意階段的探討已經有了一定的成果, 但不同的研究者有不同的看法, 獎賞究竟如何影響注意抑制目前還沒有統一、清晰的定論, 這仍是未來需要研究者深入研究的一個焦點。

第三, 個體差異的影響。盡管Beck等(2015)沒有發現整體上的負性線索效應, 但在消除了個體差異的因素后, 發現正性線索條件下反應時更快的被試, 也傾向于在負性線索條件下有更快的反應。國內學者于斌、樂國安和劉惠軍(2014)提出, 工作記憶加工與個體自我調控關系密切, 日常生活中持續的自我調控可能提高被試的工作記憶能力。因此, 我們推測, 對非目標記憶表征的注意抑制受個體自我調控水平的影響。日常生活中, 自我調控能力強的個體, 可能更容易避免各種與生活目標無關刺激的干擾(如抵制酒精、堅持鍛煉、改變不良生活習慣等)。

最后, 目前關于非目標工作記憶表征與視覺注意的研究, 主要集中在基礎性研究領域, 實驗任務和材料多以簡單的幾何圖形為主, 這自然導致該類研究所反映的社會意義十分有限, 僅涉及了一些基本的認知過程。因此, 未來研究應該在不斷拓展非目標工作記憶表征如何影響視覺搜索領域研究的同時, 結合實驗目的, 引入一些外部生態效度比較高的實驗材料(比如面孔圖片、生活場景圖片等), 探索更為廣闊的人類視覺加工系統的注意選擇機制。

胡艷梅, 張明, 徐展, 李畢琴. (2013). 客體工作記憶對注意的導向作用: 抑制動機的影響.,(2), 127–138.

胡艷梅, 張明. (2016). 基于記憶的注意捕獲和注意抑制效應: ERP證據.,(1), 12–21.

紀麗燕, 陳寧軒, 丁錦紅, 魏萍. (2015). 獎賞預期調節局部注意干擾效應.,(6), 721–733.

于斌, 樂國安, 劉惠軍. (2014). 工作記憶能力與自我調控.,(5), 772–781.

張豹, 胡岑樓, 黃賽. (2016). 認知控制在工作記憶表征引導注意中的作用: 來自眼動的證據.,(9), 1105–1118.

張豹, 黃賽, 候秋霞. (2014). 工作記憶表征捕獲眼動中的顏色優先性.(1), 17–26.

張明, 張陽. (2007). 工作記憶與選擇性注意的交互關系.(1), 8–15.

Anderson, B. A., Laurent, P. A., & Yantis, S. (2013). Reward predictions bias attentional selection.:262.

Anderson, D. E., Vogel, E. K., & Awh, E. (2013). A common discrete resource for visual working memory and visual search.(6), 929–938.

Arita, J. T., Carlisle, N. B., & Woodman, G. F. (2012). Templates for rejection: configuring attention to ignore task-irrelevant features.(3), 580–584.

Beck, V. M., & Hollingworth, A. (2015). Evidence for negative feature guidance in visual search is explained by spatial recoding.(5), 1190–1196.

Becker, M. W., Hemsteger, S., & Peltier, C. (2015). No templates for rejection: A failure to configure attention to ignore task-irrelevant features.(9-10), 1150–1167.

Berridge, K. C., & Robinson, T. E. (1998). What is the role of dopamine in reward: hedonic impact, reward learning, or incentive salience?.(3), 309–369.

Bucker, B., & Theeuwes, J. (2017). Pavlovian reward learning underlies value driven attentional capture.(2), 415–428.

Carlisle, N. B., & Woodman, G. F. (2011). When memory is not enough: Electrophysiological evidence for goal-dependent use of working memory representations in guiding visual attention.(10), 2650–2664.

Chelazzi, L., Duncan, J., Miller, E. K., & Desimone, R. (1998). Responses of neurons in inferior temporal cortex during memory-guided visual search.(6), 2918–2940.

Chelazzi, L., Perlato, A., Santandrea, E., & Della Libera, C. (2013). Rewards teach visual selective attention., 58–72.

Desimone, R. (1998). Visual attention mediated by biased competition in extrastriate visual cortex.(1373), 1245–1255.

Desimone, R., & Duncan, J. (1995). Neural mechanisms of selective visual attention.(1), 193–222.

Dodd, M. D., & Flowers, J. (Eds.). (2012). The influence of attention, learning, and motivation on visual search.(1-4)

Dowd, E. W., Kiyonaga, A., Egner, T., & Mitroff, S. R. (2015). Attentional guidance by working memory differs by paradigm: An individual-differences approach.(3), 704–712.

Downing, P. E. (2000). Interactions between visual working memory and selective attention.(6), 467–473.

Downing, P., & Dodds, C. M. (2004). Competition in visual working memory for control of search.(6), 689–703.

Gaspar, J. M., & McDonald, J. J. (2014). Suppression of salient objects prevents distraction in visual search.(16), 5658–5666.

Geng, J. J. (2014). Attentional mechanisms of distractor suppression.(2), 147–153.

Geng, J. J., & DiQuattro, N. E. (2010). Attentional capture by a perceptually salient non-target facilitates target processing through inhibition and rapid rejection.(6), 5–5.

Gong, M. Y., & Li, S. (2014). Learned reward association improves visual working memory.(2), 841–856.

Gong, M. Y., Jia, K., & Li, S. (2017). Perceptual competition promotes suppression of reward salience in behavioral selection and neural representation.(26), 6242–6252.

Gong, M. Y., Yang, F., & Li, S. (2016). Reward association facilitates distractor suppression in human visual search.,(7), 942–953.

Han, S. W., & Kim, M. S. (2009). Do the contents of working memory capture attention? Yes, but cognitive control matters.(5), 1292–1302.

Hickey, C., Chelazzi, L., & Theeuwes, J. (2010). Reward changes salience in human vision via the anterior cingulate.(33), 11096–11103.

Hickey, C., McDonald, J. J., & Theeuwes, J. (2006). Electrophysiological evidence of the capture of visual attention.(4), 604–613.

Hu, Y., Xu, Z., & Hitch, G. J. (2011). Strategic and automatic effects of visual working memory on attention in visual search.(6), 799–816.

Kiyonaga, A., Egner, T., & Soto, D. (2012). Cognitive control over working memory biases of selection.(4), 639–646.

Kumar, S., Soto, D., & Humphreys, G. W. (2009). Electrophysiological evidence for attentional guidance by the contents of working memory.(2), 307–317.

Mevorach, C., Hodsoll, J., Allen, H., Shalev, L., & Humphreys, G. (2010). Ignoring the elephant in the room: a neural circuit to downregulate salience.(17), 6072–6079.

Mine, C., & Saiki, J. (2015). Task-irrelevant stimulus-reward association induces value-driven attentional capture.(6), 1896–1907.

Olivers, C. N. L. (2009). What drives memory-driven attentional capture? The effects of memory type, display type, and search type.(5), 1275–1291.

Olivers, C. N. L., & Humphreys, G. W. (2003). Visual marking inhibits singleton capture.(1), 1–42.

Olivers, C. N. L., Meijer, F., & Theeuwes, J. (2006). Feature-based memory-driven attentional capture: visual working memory content affects visual attention.(5), 1243–1265.

Olivers, C. N. L., Peters, J., Houtkamp, R., & Roelfsema, P. R. (2011). Different states in visual working memory: When it guides attention and when it does not.(7), 327–334.

Pessoa, L., & Engelmann, J. B. (2010). Embedding reward signals into perception and cognition.,:17.

Peters, J. C., Goebel, R., & Roelfsema, P. R. (2009). Remembered but unused: the accessory items in working memory that do not guide attention.(6), 1081–1091.

Sawaki, R., Geng, J. J., & Luck, S. J. (2012). A common neural mechanism for preventing and terminating the allocation of attention.(31), 10725–10736.

Sawaki, R., & Luck, S. J. (2010). Capture versus suppression of attention by salient singletons: Electrophysiological evidence for an automatic attend-to-me signal.(6), 1455–1470.

Sawaki, R., & Luck, S. J. (2011). Active suppression of distractors that match the contents of visual working memory.(7), 956–972.

Sawaki, R., & Luck, S. J. (2013). Active suppression after involuntary capture of attention.(2), 296–301.

Soto, D., Greene, C. M., Chaudhary, A., & Rotshtein, P. (2011). Competition in working memory reduces frontal guidance of visual selection.(5), 1159–1169.

Soto, D., Heinke, D., Humphreys, G. W., & Blanco, M. J. (2005). Early, involuntary top-down guidance of attention from working memory.(2), 248–261.

Soto, D., Hodsoll, J., Rotshtein, P., & Humphreys, G. W. (2008). Automatic guidance of attention from working memory.(9), 342–348.

Soto, D., Llewelyn, D., & Silvanto, J. (2012). Distinct causal mechanisms of attentional guidance by working memory and repetition priming in early visual cortex.(10), 3447–3452.

Soto, D., Mok, A. Y. F., McRobbie, D., Quest, R., Waldman, A., & Rotshtein, P. (2011). Biasing visual selection: functional neuroimaging of the interplay between spatial cueing and feature memory guidance.(6), 1537–1543.

Soto, D., Rotshtein, P., & Kanai, R. (2014). Parietal structure and function explain human variation in working memory biases of visual attention., 289–296.

Tan, J. F., Zhao, Y. F., Wang, L. J, Tian, X., Cui, Y., Yang, Q., ... & Chen, A. (2015). The competitive influences of perceptual load and working memory guidance on selective attention.(6), e0129533.9

Theeuwes, J. (1991). Cross-dimensional perceptual selectivity.(2), 184–193.

van Moorselaar, D., Theeuwes, J., & Olivers, C. N. L. (2014). In competition for the attentional template: Can multiple items within visual working memory guide attention?(4), 1450–1464.

Wang, L. H., Yu, H. G., Hu, J., Theeuwes, J., Gong, X. L., Xiang, Y., ... & Zhou, X. L. (2015). Reward breaks through center‐surround inhibition via anterior insula.(12), 5233–5251.

Watson, D. G., & Humphreys, G. W. (1997). Visual marking: prioritizing selection for new objects by top-down attentional inhibition of old objects.(1), 90–122.

Wolfe, J. M. (2007). Guided search 4.0., 99–119.

Woodman, G. F. (2010). A brief introduction to the use of event-related potentials in studies of perception and attention.(8), 2031–2046.

Woodman, G. F., & Luck, S. J. (2007). Do the contents of visual working memory automatically influence attentional selection during visual search?,(2), 363–377.

Yantis, S. (2000). Goal-directed and stimulus-driven determinants of attentional control., 73–103.

Yantis, S., & Egeth, H. E. (1999). On the distinction between visual salience and stimulus-driven attentional capture.(3), 661–676.

Zhang, B., Zhang, J. X., Kong, L. Y., Huang, S., Yue, Z. Z., & Wang, S. (2010). Guidance of visual attention from working memory contents depends on stimulus attributes.(3), 202–206.

The role of working memory representation in visual search: The perspective of non-target template

LI Yangzhuo; YANG Xucheng; GAO Hong; GAO Xiangping

(Department of Psychology, School of Education, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China)

The contents of visual working memory (VWM) have been repeatedly found to be linked with attention allocation during visual searching. While the target representation in working memory (target template) was found to affect memory-driven attentional capture in a top-down manner, non-target representation in working memory (non-target template) can also affect attentional selection. The present article reviews existing literature on the modulation of attentional selection by non-target template stored in visual working memory. It is concluded that non-target presentations can not only automatically bias attention to information that matches the non-target template, but also benefit visual search performance by strategically suppressing items that matches the non-target template. The suppression functions of non-target template were affected by several factors including experiment paradigm, task difficulty, characteristics of stimuli and level of cognitive control. Future research should be aimed towards further investigation of its properties and promote both basic and applied research.

selective attention; visual working memory; non-target template; attentional capture; attentional suppression

2017-08-28

高湘萍, E-mail: gaoxp@shnu.edu.cn

B842

10.3724/SP.J.1042.2018.01608