類別性空間記憶右側化優勢及其受威脅情境的影響*

劉傳軍，蔡 倩，陳幼平

(1.清華大學心理學系，北京 100084；2.西南科技大學心理學系，綿陽 621010； 3.華東師范大學心理與認知科學學院，上海 200062)

1 導言

空間關系的表征對人類的環境適應和生存繁衍都具有非常重要的進化意義。Kosslyn認為對空間關系的記憶可分為兩個基本子系統：類別性空間記憶和序列性空間記憶(Kosslyn，1987)。類別性空間記憶(Categorical spatial memory)是指人類對抽象的相對位置關系信息的編碼、存儲和提取過程(Dent，2009；Falasca et al.，2015；Slotnick & Moo，2006；van Asselen，Kessels，Kappelle，& Postma，2008；van der Ham，Raemaekers，van Wezel，Oleksiak，& Postma，2009；張宇，游旭群，2008)，主要加工對象為“物-我”位置關系以及“物-物”位置關系。比如“桌子上的杯子在我的左前方”，既表明了桌子和杯子相對于主體“我”的位置關系，也表明桌子與杯子之間的位置關系。相對于類別性空間記憶，序列性空間記憶(Coordinate spatial memory)表征著相對精確的數量關系(Galati & Avraamides，2013；Ruotolo，Iachini，Ruggiero，van der Ham，& Postma，2016；Ruotolo，van der Ham，Postma，Ruggiero，& Iachini，2015)，比如“前方10cm處”。這兩大子系統，在人類的空間巡航當中既會相互協調，又存在功能上的分離(張宇，游旭群，2008)。類別性空間記憶相對于序列性空間記憶而言具有更高的抽象性，對于人類的環境適應和空間巡航具有更為重要的意義。

根據周圍環境的空間類別和結構信息，如何在環境空間中自由活動，已成為認知心理學、神經科學、地理學以及人工智能研究的重要課題(牟煒民，趙民濤，李曉鷗，2006)。特別是在緊急情境，當個體安全受到一定威脅的情況下，根據類別性空間記憶表征，如何找到最佳的逃生方向，對于個體的生存具有直接影響。對類別性空間記憶的提取并在行為層面有效執行則離不開自上而下的空間參考系統。目前人類空間記憶的參照系統，通常分成自我參照系統和環境參照系統兩類(Burgess，2008；Janzen & Turennout，2004)。自我參照系統是以觀察者自身作為參照物，以觀察者與物體的相對位置進行空間表征。但當觀察者改變位置后，物體相對于觀察者的位置也會隨之改變，物體的方位信息不穩定和持久。而環境參照系統是以環境中的太陽、山川、建筑物等作為參照物，以環境與物體的相對位置進行空間表征。當觀察者改變位置后，物體的方位信息穩定持久。Mou等人提出并系統論證了人類的空間記憶是基于環境內在參照系來表征的觀點(Mou & Mcnamara，2002；Riecke & McNamara，2017；Wang，2017；Xie，Li，Tao，Wei，& Sun，2017)。

根據環境內在參照系理論，假設記住平面中的A、B和C三個物體，如果A和B的連線與識記時的視角平行、C和B的連線與識記時的視角成125°夾角，則判斷A在B的前方比判斷C在右后方要快(周榮剛，張侃，2008)。這種從環境空間結構內部的某個參考軸向上的空間記憶和空間判斷的績效優勢，被稱為空間參考框架效應(Effect of reference frame，ERF)。目標在“上、下、左和右”或“前、后、左和右”等規范位置時，無論是物體搜索還是物體定位都表現出的優勢效應(Franklin & Tversky，1990；Mou et al.，2004)。而當目標物體或被搜索物體在身體(注意點)的前方時，物體定位或搜索績效要好于其他位置時的相應績效(Mou，Zhang，& McNamara，2004)。那么，對于左右兩側是否也有可能存在某種偏側化趨勢呢？

根據最近的腦神經科學研究發現，左右側行為反應屬于類別性空間關系處理(van der Ham，van Zandvoort，& Postma，2013)。左右空間關系信息的加工過程具有半球特異性，類別性空間關系判別會激活左半球額頂網絡區域，而序列空間關系處理則會激活右半球相應區域(Falasca et al.，2015)。因此，根據腦功能對側化機制，本研究假設類別性空間記憶在行為表現上存在顯著的右側化優勢并對這種優勢在受威脅情境當中的穩定性進行檢驗。對類別性空間記憶的主要實驗測量方法之一為離線更新(Offline updating)。這種方法先讓被試觀察實物或虛擬現實呈現的場景并進行記憶，然后撤去場景進行記憶效果的測試，測試一般采取相對位置判斷(Judgment of Relevant Direction，JRD)和部分場景再認兩種任務進行(李晶，張侃，2011)。其中JRD任務測試項目由三個物體組成，通過語音形式播報給被試，例如“想象你站在A，面對著B，請指向C。”被試需要根據想象朝向指定的方向(AB連線)對目標物體(C)的位置進行指認(Mou & Mcnamara，2002；肖承麗，2008)。本研究采用JRD任務范式，對研究假設進行檢驗。

實驗1對類別性空間記憶的右側化優勢進行檢驗，實驗假設在空間參考框架效應ERF顯著的前提下，右側行為反應相對于左側具有顯著的反應時和絕對錯誤角度優勢。實驗2使用相同的方法，使被試在受威脅的情境當中重復實驗1，以檢驗右側化優勢在受威脅情境當中是否能夠得到保持。

2 實驗1 類別性空間記憶右側化優勢檢驗

2.1 方法

2.1.1 被試

自愿參加實驗的30名在校本科生(15男15女)，均為右利手，平均年齡20.93，分布在18～24歲之間(標準差1.66)。實驗結束后獲得一定的報酬。

2.1.2 實驗材料

準備眼罩、游戲桿、無線耳機、練習地圖和實驗地圖(如圖1所示，均由A4紙打印后統一使用)，實驗在長6.50m，寬4.36m，高2.70m的實驗室中進行。其中，實驗地圖由等腰直角三角形和正方形的上下兩個部分組成，三角形的等腰邊與正方形的邊長相等。此實驗地圖的設計是在參考了大量建筑平面圖基礎上，對建筑平面圖進行原型抽象模擬而成。物品選擇以日常生活中的常見物體為主，力求實驗地圖與真實環境具有較高的生態效度。

圖1 練習地圖和實驗地圖

2.1.3 實驗設計

本實驗為被試內設計。所有被試均完成從5個物體中，想象站在其中一個物體處面向第二物體，指向第三個物體的JRD任務，共60個試次(trial)。JRD任務指導語分為想象指導語和反應指導語兩條。想象指導語要求被試想象自己站在A點，面對著B點，比如“想象你站在籃子，面對著蠟燭”；反應指導語要求被試指向C點，比如“請指向訂書器”，A、B、C三種物體互不相同。根據實驗地圖結構和實驗任務范式，本實驗中有0°、18.43°、26.57°、45°、63.43°、90°、135°、180°、225°、270°、296.57°、315°、333.43°、341.57°等14個自我中心的想象指向角度，如圖2所示，以0°～180°為軸，左右對稱。游戲桿經過編程記錄被試操作游戲桿的反應時間(從反應指導語結束到被試扳動游戲桿之間的時間差)和角度偏差(被試扳動游戲桿所指方向與物體實際所在方向之間的角度偏差數)。

圖2 被試的自我中心想象指向角度示意圖

2.1.4 實驗程序

總之，此研究針對湖南省城鄉小學英語教材的使用差異產生的小學生英語綜合水平參差不齊等問題，希望能引起湖南省各個市區及農村地區小學對英語教育的重視，在教材使用方面，嚴格教育更要按照教育部要求執行，盡快縮小城鄉小學生英語水平的差異；不斷促進教育資源的合理配置，促進公平；鼓勵小學生家長加大對孩子英語學習的重視力度，提高小學生學習英語的主動性和教師對教材的高效利用。學習是教師的教與學生的學結合的過程，只有教師與學生雙向互動才能促進小學生英語水平的整體提升。

實驗分練習實驗與正式實驗兩部分，分別在接待室和實驗室進行。練習實驗時使用練習地圖，如圖1所示。練習實驗旨在使被試學會正確使用搖桿器和理解實驗流程，主試介紹完實驗要求和操作注意事項后，被試練習數次，直至完全理解和掌握操作要領。

練習實驗完成后，主試引導被試進入實驗室，坐在實驗桌前。實驗桌上已提前將實驗地圖打印好并固定在桌面上。主試口述指導語：“您現在有5分鐘時間記住地圖上的所有物體及其位置關系”。被試記憶完成后，起身走在實驗室中央并戴上眼罩。被試觸動游戲桿上的按鍵，電腦通過無線耳機播放第一條指導語：“想象你站在滅火器(或地圖中其他物體)，面對著垃圾桶(或地圖中其他物體)。”被試完成想象后，觸動搖桿器上的另一個鍵，電腦通過無線耳機播放第二條指導語：“請指向收銀臺(或地圖中其他物體)。”此時，被試通過第一條指導語中的想象視角，快速扳動游戲桿，盡可能準確地指向第二條指導語中所要求指向的物體。游戲桿記錄下被試從第二條指導語結束至被試扳動游戲桿之間的反應時間以及扳動游戲桿所指方向和物體實際所在方向之間的角度偏差數，即絕對角度誤差。

2.2 結果

運用SPSS20.0統計軟件對數據進行處理，剔除了1名平均絕對角度誤差超過3個標準差的被試，共29名被試數據進入分析，結果如圖3所示。根據實驗地圖結構以及內在參照系理論可知，框架方向為0°、90°、180°和270°這四個想象指向角度，其他角度則為非框架方向。以0°～180°為對稱軸分為左側方向和右側方向，想象指向角度區間分別為(180°，360°)和(0°，180°)。

2.2.1 檢驗框架效應

對被試的絕對角度誤差和反應時間在框架方向和非框架方向的反應績效進行配對樣本t檢驗。結果表明，非框架方向上的絕對角度誤差顯著高于框架方向上的絕對角度誤差(t=13.00，df=28，p<0.001，Cohen’sd=3.04)；非框架上的反應時間也顯著高于框架上的反應時間(t=4.15，df=28，p<0.001，Cohen’sd=0.81)。這說明被試存在框架效應，本實驗研究范式使用正確。

圖3 被試在非框架、框架方向和左側、右側方向的平均絕對角度誤差和反應時結果，誤差線為代表被試間變異的標準誤

2.2.2 檢驗右側化優勢

對被試的絕對角度誤差和反應時間在左側方向和右側方向的反應績效進行配對樣本t檢驗，結果表明，左側的絕對角度誤差顯著高于右側的絕對角度誤差(t=3.99，df=28，p<0.001，Cohen’sd=0.85)；左側的反應時間也顯著高于右側的反應時間(t=2.37，df=28，p=0.025<0.05，Cohen’sd=0.22)。這說明被試存在顯著的右側化優勢。

2.3 討論

數據結果驗證了研究假設，被試的類別性空間記憶具有非常顯著的右側化優勢。被試所表現出的顯著的框架效應說明本實驗研究范式使用正確，被試比較認真地做出了行為反應。而右側化優勢的檢驗結果也支持了研究假設，印證了近期的腦神經科學研究結果(Falasca et al.，2015；Koenig，Reiss，& Kosslyn，1990；Laeng & Peters，1995；Slotnick & Moo，2006)。這些研究均表明，對于類別性空間關系，被試具有顯著的左半球激活優勢。而在行為實驗方面所發現右側化優勢對前述腦功能偏側化研究具有非常有力的支撐證明作用。本研究中所有被試均為右利手，實驗中所表現出的右側化優勢是否可能由利手原因所造成呢?Vingerhoets等(2012)通過啞劇手勢運動來研究大腦偏側化的利手效應，發現不論使用哪只手來執行手勢任務，在左利手和右利手組均發現了左半球的偏側化優勢。這也就是說，利手在手部空間運動中并不會存在相應的對側化激活現象，無論左利手還是右利手都會激活左半球的相關區域。從本實驗結果來看，無論絕對角度誤差還是反應時指標均表現出了顯著的右側化優勢，即使存在一定程度因利手導致的誤差問題，也不能排除這種整體的右側化優勢。

那么，這種右側化優勢是否會受威脅情境的影響而發生改變呢？

已有研究發現，當個體處于威脅情境中時，如發生火災等情況時，高溫煙火的灼烤、混亂不堪的場面和極差的能見度，會給個體造成極大的心理壓力。威脅情境可能會引發個體的應激過程，總體上縮小個體的記憶容量，進而削弱個體的信息加工能力。應激過程會使人過多關注任務執行的內部細節過程，把正常狀態下無需意識參與的自動加工活動變成有意識的控制加工活動(周勇，張力，2011)。腦科學研究也表明應激產生的激素對記憶功能起到重要的調節作用，若應激源過強或長期存在，可能導致記憶功能損傷和海馬結構的改變(王芹，呂勇，2008)。值得注意的是，對人類被試的應激源的研究多采用引發個體社會威脅和失控感的心理應激，如采用特里爾社會應激實驗、口頭心算應激和蒙特利爾應激實驗等誘發應激反應(王曉娟，王健，2011)。而對于環境情境變化引發的認知應激的研究較少，當環境發生變化，個體的存在受到威脅而產生失控感，從而引起認知上的應激反應，對其應激行為具有直接影響。行為反應也有可能在受威脅情況下發生變化。個體進入應激狀態后，默認網絡的激活顯著增加(Qin，Hermans，Marle，Luo，& Fernandez，2009)，大腦的加工模式從任務定向轉為習慣化定向，在應激環境下大腦更傾向于采用習慣化的行為模型。實驗2將對被試所表現出的類別性空間記憶的右側化優勢在受威脅情境中的穩定性進行檢驗。

3 實驗2 類別性空間記憶右側化優勢的受威脅情境效應檢驗

3.1 方法

3.1.1 被試

自愿參加實驗的30名在校生(15男15女)，均為右利手，平均年齡21.17，分布在18～24歲之間(標準差1.58)。實驗結束后獲得一定的報酬。

3.1.2 實驗材料

實驗在與實驗1相同的實驗室中進行。實驗室中央放置長2m，寬1.5m，高0.8m的實驗臺。實驗臺由紅色幕布完全覆蓋，無法看見實驗臺下面的情況。幕布沿臺面長邊的中線剪開，形成視覺上具有從臺面墜落的可能性。其他實驗條件與實驗材料與實驗1完全相同。

3.1.3 實驗設計與實驗程序

實驗為被試內設計，所有被試完成與實驗1相同的實驗任務。被試在練習實驗結束后到達正式實驗室，在主試的幫助下站在實驗臺上。在正式實驗開始之前，主試口述指導語：“本實驗有一個懲罰措施：當你的反應錯誤累計過多時，實驗程序將會發出警告，這時你就會從臺面中間掉下去。”其余實驗過程與實驗1完全相同。實驗結束后，實驗者團隊對被試的情緒狀態進行了干預，幫助其恢復正常。

3.2 結果

運用SPSS20.0統計軟件對數據進行處理，結果如圖4所示。

圖4 被試在非框架、框架方向和左側、右側方向的平均絕對角度誤差和反應時結果，誤差線為代表被試間變異的標準誤

3.2.1 檢驗框架效應

對被試的絕對角度誤差和反應時間在框架方向和非框架方向上的績效進行配對樣本t檢驗。結果表明，非框架方向上的絕對角度誤差顯著高于框架方向上的絕對角度誤差(t=6.51，df=29，p<0.001，Cohen’sd=0.83)；非框架上的反應時間也顯著高于框架上的反應時間(t=3.21，df=29，p=0.003<0.01，Cohen’sd=0.45)。這說明被試存在框架效應，本實驗研究范式使用正確。

3.2.2 檢驗右側化優勢

對被試的絕對角度誤差和反應時間在左側和右側的反應績效進行配對樣本t檢驗，結果表明，右側平均絕對角度誤差小于左側，但無顯著差異(t=1.68，df=29，p=0.104>0.05)；左、右側的反應時間也無顯著差異(t=-0.05，df=29，p=0.961>0.05)。這說明被試左右側反應績效無顯著差異，右側化優勢消失。

3.3 討論

數據結果表明，類別性空間記憶的右側化優勢會受到威脅情境的影響而消失，這與Qin等(2009)的研究結論有所不同。如果被試的類別性空間記憶的右側化優勢是一種穩定的習慣化的行為反應方式，那么，按照Qin等(2009)的理論推測，在威脅情境當中，應當保持甚至強化這種右側化優勢，但是本研究中卻發現這種優勢消失。這說明，有可能被試的類別性空間記憶的右側化優勢并不是一個穩定的習慣化的行為反應傾向，或者威脅情境強度過高或持續時間過長，導致被試的行為反應受到廣泛和彌散性恐懼情緒影響。結合被試在實驗中的表現，以及實驗者在實驗結束后對被試情緒調節的幫助來看，應當是由于威脅情境強度過高且持續時間較長，導致被試具有彌散性恐懼反應所致。被試在實驗結束后，均報告在實驗過程中感到不同程度的害怕，擔心在實驗過程中從實驗臺掉落。部分被試甚至存在過度緊張導致雙腿抖動而影響到被試右側優勢效應的的發揮。

4 總討論

通過2個行為實驗，證明了類別性空間記憶具有右側化優勢且具有受威脅情境的不穩定性。這一研究結果，支持了腦功能研究中類別性空間記憶的左半球優勢(Falasca et al.，2015；Koenig et al.，1990；Laeng & Peters，1995；Slotnick & Moo，2006；晏碧華，游旭群，屠金路，2008；張宇，游旭群，2008)，在行為實驗證據方面，予以補充和論證。另一方面，右側化優勢在受威脅情境中消失，這說明類別性空間記憶的右側化優勢性不具有受威脅情境的穩定性。除此之外，本研究的另一重要貢獻是設計了一幅具有較高生態效度的模擬地圖。由該地圖形成的自我中心的類別空間表征如圖2所示，具有正方向左右對稱性，并且表現出前方方向分化程度大于后方，這也符合日常生活中人們在表征空間關系時的特征，與Mou，Zhang和McNamara(2004)所發現的身體(注意點)前方物體定位或搜索績效要好于其他位置時的相應績效的規律性相匹配。

類別性空間記憶的右側化優勢，可能與“規范位置”的社會約定有關。已有研究表明，空間記憶具有“規范位置”效應，目標在“上、下、左和右”或“前、后、左和右”等規范位置時，無論是物體搜索還是物體定位都表現出優勢效應(Franklin & Tversky，1990；Mou et al.，2004)。那么，“右側”可能也是空間記憶中的一種“規范位置”。在日常空間行為中，譬如開車或走路，通常約定“靠右”行，“靠右”停。從而使“右側”獲得了某種合理性。而“左側”常常被視為不正確的，如“旁門左道”。這種社會文化的約定性可能是右側優勢的一大因素。而從長期的進化和雙手協調分工來看，右手在進化中起到了更多的對外活動作用，對外部空間的靈敏性相對更高，這也可能是造成右側化優勢的另一個重要原因。

在威脅環境中，類別性空間記憶右側化優勢之所以受到影響，有可能與“侵入性思維”(intrusive thought)有關，正如貝克爾等人(Becker，Horowitz，& Campbell，1973)的實驗研究表明，人的應激狀態被影片啟動后，對信號檢測任務的執行過程中常常不由自主地反復回想起影片中的一些恐怖場面，想擺脫也擺脫不掉。這種侵入性思維會嚴重占用認知資源，導致空間判斷任務所能獲得的認知資源減少。在實驗2中，被試可能會因為害怕從實驗臺墜落而引起廣泛的恐懼反應，而為了順利完成實驗，大量認知資源投入到恐懼反應的抑制活動當中，從而使得空間反應績效整體下降(周勇，張力，2011)，右側化優勢也隨之消失。被試在執行空間行為反應時，必須將已經記住的空間表征提取到工作記憶當中，再進行相關認知操作。新近的工作記憶理論強調情景緩沖器的激活機制可能影響到工作記憶中的信息流向，是認知與行為之間的接口(Baddeley，2012)。威脅情境引起的恐懼反應以及“侵入性思維”，則可能對情景緩沖器的激活具有某種抑制或干擾作用，導致在威脅情境中的被試的反應錯誤增大。

實驗證明了類別性空間記憶具有右側優勢且不具有受威脅情境的穩定性，然而，這種右側優勢在其他情境中是否也不具有穩定性？除了類別性空間記憶具有此規律外，序列性空間記憶是否具有類似的行為表現偏側化現象？這些問題均需要后續實驗研究的進一步探索。

5 結論

通過2個實驗表明，類別性空間記憶具有右側化優勢，并且在受威脅情境中具有不穩定性，這豐富了空間記憶偏側化研究的行為實驗證據。