自主動作所引起的感知衰減及其特征

王碧野，周成林，郭 瑋，朱風書

自主動作（voluntary action）是運動心理學中的一個重要概念，它是個體基于對動作效果的預期而產生的動作[1]，所以，自主動作總是伴有明確的效果預期，兩者不可分割。體育活動中，需要大量自主動作的組合以完成各種目標，因此，在一定意義上自主動作可以視為體育活動的最基本環節[2-3]。感知覺（sensory perception）是運動心理學研究領域的一個研究熱點，它包括感覺與知覺2個加工過程，兩者緊密聯系[4-6]。基于自主動作與感知覺在運動心理學中的重要地位，探索自主動作如何影響感知覺加工顯然具有重要的意義，目前已有研究發現自主動作可能對感知覺存在影響[7-11]，這種影響稱之為自主動作引起感知衰減。它是指，由人類動作所引發的外在的事件在現象和皮層激活上都發生衰減的現象[12-15]，即一個自主動作會產生一個可以感知的效果，個體對該效果的感知會減弱。

S.J.BLAKEMORE等[14]曾經用“最敏感的人也不能‘撓癢癢’逗樂自己”（“even the most ticklish person is unable to tickle oneself”）來描述這一現象。該說法基于其在1988開展的一項經典研究的結論，該研究中包含一個巧妙的試驗任務，參與試驗的被試需要控制一個機器手臂“撓”自己的手臂，以此讓被試自己覺得癢。機器手臂與被試控制動作之間的延時被主試所控制，該延時的長短可以決定動作自主程度大小。當延時極小時，機器手臂活動可完全視為被試的自主動作；而當延時較大時，機器手臂的活動和被試的動作之間的關系就變得很小，被試不會將其視為自主動作的一部分。通過被試的自主報告，研究者發現延時減小，被試癢的程度也降低，而隨著延時增大，被試癢的程度也增大。因此，該研究認為自主動作可以引起癢的感知衰減。此后，該組研究者為了進一步探索這種衰減是否確實發生在感覺皮層上，在類似的任務中引入了功能性核磁共振（fMRI）技術，該研究發現延遲增大，軀體感覺皮層（somatosensory cortex）的激活程度也增大，延遲變小激活程度也變小。以此，研究者從神經影像學上證明了自主動作可能引起動作效果在皮層的激活程度上的衰減[16]。

后續研究進一步證明了自主動作可以引發聽覺衰減[12-13，17-21]、視覺衰減[22]、時間知覺減弱[23-26]，甚至是情緒反應的衰減[27]。此類研究探索自主動作對動作效果的感知過程的影響，所選取的感知對象多為聲音的響度、視覺的對比度或軀體的感覺等，尚無研究探討自主動作是否會導致對物體運動一致性的感知發生衰減。已有研究中所采用的研究范式較為相似，可以將其定義為一種“典型范式”，該類研究通常包括以下3個共同內容：被試學習某種自主動作及其對應動作效果；在自主動作和非自主動作條件下對聲音（或其它類型刺激）的強度進行判斷；發現被試更傾向于報告自主動作條件下的聲音響度（或其它類型刺激的強度）更低。研究者通常認為，以上經典范式足以證明自主動作可以引起感知衰減。

然而，上文中所介紹的經典范式存在缺陷，使得該現象存在與否沒能在學界達成共識[28]。具體而言存在2點重要缺陷：（1）在經典范式的2種條件（自主動作條件與非自主動作條件）下，很多無關因素上都存在差異，如刺激的出現是否可以預判等，而不僅僅是自主動作是否存在的差異，因此結果存在被混淆的可能性；（2）經典范式中使用的準確率指標也存在一定缺陷，它是各種因素共同作用的結果，無法單獨反映被試是否發生了感知衰減，行為試驗中反應正確率的不當解釋可能引起錯誤的結論[29]。以上缺陷可以通過以下適當的方法加以解決：通過增加對照的控制條件，可以解決無關因素的干擾[28]；通過引入信號檢測論，可以解決正確率指標的局限性問題[30]。根據信號檢測論，反應準確率可以由辨別力d'和反應標準c共同決定，可以用辨別力d'反映被試是否在感知能力上發生衰減，用反應標準c探討被試做出判斷的內部標準是否發生變化[28，30]。

綜上，基于經典范式的不足，本研究增加對無關因素的控制并引入信號檢測論對其進行改進，通過行為試驗探索自主動作是否可以引起感知衰減，對動作影響感知這一體育基礎問題進行一定的挖掘。本研究假設，被試執行自主動作時，其辨別力d'會降低，反應標準c無顯著變化；預判有效性對辨別力d'和反應標準c都無顯著影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究共招募被試16名，女生9人，男生7人，年齡為（21.3±1.6）歲，視力（矯正視力）正常，日常生活中慣用右手，無精神疾病或神經系統疾病報告，沒有參與相關研究經歷，所有被試均來自于上海體育學院運動人體科學專業在校本科生，均無任何專業運動訓練經驗且自愿參與本研究。所有被試均簽署了紙質的知情同意書，在試驗前24 h內無咖啡因或酒精攝入，在試驗結束后獲得適當現金報酬。

1.2 試驗材料

本試驗中的主要視覺刺激材料是一組灰色的圓點，這些灰色的圓點隨機運動，通常被稱為RDK（random dot kinematogram）。本試驗中，RDK的圓點顏色設定為灰色[（100，100，100）RGB顏色]，每個圓點的直徑為4個像素，每組RDK由100個灰色圓點組成。RDK在最初出現時，會隨機分布在屏幕中心的一個固定大小的圓形區域內，該區域的直徑為200像素。在部分試次中，每個圓點出現后，會隨機選定一個方向進行勻速運動，速度為50像素/s，每個圓點選定的方向是隨機的，隨機運動持續100 ms，隨后所有灰色圓點同時消失。在另外的試次中，灰色圓點的運動方向不是完全隨機的，而是存在一定比例的圓點向著同一個方向運動（上或者下）。被試的主要任務就是對2種不同的試次進行區分，即判斷在RDK中，是否存在一部分向相同方向運動的灰色圓點。將向相同方向運動的灰色圓點比例占全部灰色圓點的比例定義為P，P的大小直接影響判斷的難度。當P接近1時，所有灰色圓點均向同方向運動，判斷難度極低；而當P接近0時，幾乎所有的灰色圓點運動方向均是隨機的，判斷難度很大。為了保障任務難度對所有被試是接近的，避免出現地板或天花板效應，每個被試在試驗前都需要通過預試驗計算合適的P值。試驗中，每個被試的P值均單獨設定，確保所有被試的辨別力d'均在1.7～2。

1.3 試驗任務

本研究的試驗分成2個部分進行，分別為動作條件部分和控制條件部分，每個部分又分為學習階段與測試階段2個階段。

在動作條件部分，被試需要在學習階段掌握一套自主動作與效果的對應規則。自主動作為按鍵“x”或“z”，對應效果為RDK中90%的灰色圓點向上或下運動。在學習階段中，每個被試需要在一個block中完成40個有效學習試次，共完成3個block的學習任務。每個試次的開始以出現一個黑色圓點為信號，被試的任務是估計時間，在信號出現后1 s快速按鍵。按鍵可以有2種方式，左手食指按下“x”鍵，或者中指按下“z”，被試隨意選擇一種，但是要保證每個block內2種按鍵的次數接近。為了幫助被試控制2種按鍵的比例，每隔5個試次會提示被試當前2種按鍵的次數，方便被試后續試次中調節比例。試驗程序會對被試按鍵時間進行判定，與黑色圓點出現1 s相差200 ms的按鍵視為有效。當判定按鍵有效后，會呈現一組RDK，其中90%的灰色圓點向相同方向運動（上或下），另外的點運動方向完全隨機。具體運動方向與2種按鍵分別對應，但具體對應法則在不同被試間進行平衡匹配。測試階段的流程與學習階段相似，被試同樣需要在每個block中完成40個有效試次，共完成2個block。被試依然被要求進行1 s時間判斷任務，但在測試階段中，按鍵有效時間范圍被調整為黑色圓點出現后的500～2 000 ms內。判斷按鍵有效的50 ms后，RDK出現。與學習階段不同，在測試階段中，僅在50%試次中出現運動方向一致的情況，在該半數中，又僅有一半的對應關系與學習階段一致，另一半的對應關系相反。在RDK出現時，會同時呈現一個線索用來提示可能的運動一致方向，線索是一條4×8像素的灰色短線，通過出現在RDK的上方或下方來提示運動方向，它可能提供無效的提示（不存在方向一致），但不會是錯誤的（提示方向和真正方向相反）。該線索保障被試不需要對具體方向進行額外判斷，僅需判斷是否存在運動方向一致即可。判斷結果通過右手按鍵報告，右手食指按“n”鍵代表存在，中指按“m”鍵代表不存在。按鍵與報告意義的對應關系也在被試間進行了平衡匹配。本部分約50 min完成，具體流程見圖1。

圖1 動作條件部分試驗流程圖Figure1 Procedure of the Experiment in Action Condition

控制條件部分與動作條件部分較為相似，但在學習階段和測試階段中均不需要被試進行自主動作觸發RDK。RDK中的灰色圓點一致運動的方向不再由按鍵決定，而是由顏色線索決定。本部分約30 min完成，具體流程見圖2。

圖2 控制條件部分試驗流程圖Figure2 Procedure of the Experiment in Control Condition

為了保證被試將足夠的注意力放在RDK上，保障學習階段掌握對應關系的效果，本試驗在學習階段的每個block中均設置了2個特殊的試次。在特殊的試次中，RDK的圓點由灰色變成紅色，當紅色圓點出現后，被試需要立即使用左手拇指按下空格鍵，一旦被試沒能在限定的時間內按下空格，程序會判定被試注意力不夠集中，就會在當前的block中增加10個額外的有效試次和一個特殊試次。以上規則提前告知被試，被試為了盡快完成試驗，會盡量集中注意力于RDK上，從而保證學習階段的效果。

1.4 試驗設備與流程

本研究中，所有被試的試驗任務均在同一臺電腦上進行，被試行為數據的收集通過該電腦運行的Matlab（2016b）采集記錄。電腦顯示器（AOC）大小為23寸，屏幕響應時小于1 ms，顯示器支持高刷新率，理論最高刷新率為144 Hz。試驗中，屏幕分辨率設定為1 920×1 080像素。顯卡為Sapphire生產的AMD RX470-4G D5。本研究中的試驗素材與程序均通過Matlab（2016b）平臺上的Psychtoolbox工具箱3.0版本[31-32]編寫制作。

本試驗中，所有被試均在約定時間抵達實驗室。試驗內容經過主試人員口頭講解，被試熟知相關內容后，閱讀并簽署紙質知情同意書后開始正式試驗。被試需要在試驗的過程中安靜地端坐于電腦屏幕正前，顯示器的高度設定為中心與眼睛持平，與眼睛的水平距離為1.2 m。為了盡可能消除疲勞對試驗的潛在影響，被試在本試驗的多個block之間可以依據自身疲勞程度進行適當休息。研究中的動作條件部分與控制條件部分先后順序固定，被試總是先完成動作條件部分，后完成控制條件部分，被試在2部分之間進行充分的休息。按鍵和運動方向的組合關系進行了被試間的平衡匹配。在每個測試階段前，被試都需要先進行一次練習，熟悉測試任務。

1.5 數據的采集與分析

為了保證對被試行為數據采集的精確性，所有行為數據的采集均通過Matlab平臺上的Psychtoolbox-3.0工具箱進行，通過自主編寫的程序主要采集被試在每個試次中的反應時和具體按鍵。在每個被試的測試結束后，程序可以自動剔除該被試的極端反應數據，利用保留的數據計算該被試的擊中率、虛驚率、辨別力d'和反應標準c。具體計算方法為：

式中：I2為高強度刺激；I1為低強度刺激（在本試驗中，I2=1，I1=0）；Z1為低強度刺激時的正確拒斥概率的Z值。實際試驗中，存在部分被試的擊中率為100%的極端情況，將該情況下擊中率修正為，其中N為最大可能虛驚數[22]，以保證Z擊中可以被有效計算。

2 結果

2.1 動作條件部分

依據自主動作與學習階段所掌握的效果的對應關系的一致性，可以分為一致條件和不一致條件。一致條件下，被試的反應正確率為0.75±0.09，反應時為（565.7±134.1）ms；而不一致條件下，正確率為0.81±0.09，反應時為（566.5±120.6）ms。正確率差異達到邊緣顯著（t=-1.91，P=0.075，Cohen'sd=0.70），反應時差異不顯著（t=-0.096，P=0.93）。在信號檢測論指標方面，一致條件下，被試辨別力d'為1.60±0.47，反應標準c為0.41±0.50；不一致條件下，被試辨別力d'為1.89±0.32，反應標準c為0.47±0.34。辨別力d'差異顯著（t=-2.244，P=0.040，Cohen'sd=0.72），反應標準差異不顯著（t=-0.99，P=0.33）（見表1）。

表1 動作條件下被試反應結果表（M±SD）Table1 Main Characteristics of the Participants’Reaction（M±SD）

將被試在2種條件的信號檢測論指標（辨別力d'與反應標準c）分別做差，在辨別力差值圖中，多數的數據均位于0軸的下方，說明辨別力d'整體上體現出變小的趨勢；但反應標準c的差值圖中，數據點較為平均地分布于0軸上下（見圖3）。說明被試在一致條件下，辨別力d'變小，反應標準c沒有特定趨勢變化。因此，該結果證明自主動作引起了被試感知衰減，但自主動作對于反應標準沒有影響。

圖3 2種條件下的辨別力差值與反應標準差值散點圖Figure3 The Different of Discriminationd'and Response Criterion in Two Conditions

2.2 控制條件部分

預判的有效性是本部分的2種試驗條件：預判有效與預判無效，被試需要在2種條件下完成試驗任務。在有效條件下，被試反應的正確率為0.78±0.09，反應時為（534.1±121.9）ms；而在無效條件下，被試反應的正確率為0.81±0.07，反應時為（554.0±98.2）ms。反映正確率的差異邊緣顯著（t=-1.98，P=0.066，Cohen's d=0.041），反應時的差異不顯著（t=-1.123，P=0.28）。在信號檢測論指標中，有效條件下，辨別力d'為1.77±0.57，反應標準c為0.38±0.18；在無效條件下，辨別力d'為1.80±0.47，反應標準c為0.42±0.19。辨別力d'（t=-0.243，P=0.81）和反應標準c（t=-1.27，P=0.22）在2種條件下的差異均不顯著（見表2）。

表2 控制條件下被試反應結果表（M±SD）Table2 Main Characteristics of the Participants’Reaction（M±SD）

將控制條件部分得到的數據進行處理后，獲取2種條件下的辨別力d'和反應標準c，然后將其做差。與圖3相比，圖4的辨別力d'差值圖的形態完全不同，整體沒有體現出特定的變化趨勢，說明預判不足以影響被試的辨別力d'；圖4的反應標準差值與圖3較為相似，數據平均地分布于0軸兩邊，說明預判也無法引起反應標準c的變化。因此，被試在控制條件部分沒有發生感知衰減，說明預判無法引起感知衰減（見圖4）。

圖4 2種條件下的辨別力差值與反應標準差值散點圖Figure4 The Different of Discriminationd'and Response Criterion in Two Conditions

3 討 論

本研究采用改進的試驗范式，結合信號檢測論[30]對自主動作是否可以引起感知衰減進行了探索，結果證明自主動作可以引起對物體運動方向一致性的感知發生衰減。本研究還進一步證明了該衰減具有以下特點：（1）該衰減具有特異性，只有自主動作所對應的效果發生了感知上的衰減；（2）該衰減確實發生在感知層面，因為自主動作條件下辨別力d'顯著變小，而反應標準c沒有顯著變化。

3.1 研究范式的改進與有效性

本研究對經典范式的改進可以概括為2個方面：試驗設計改進和測試指標改進。在試驗設計上，區別于經典范式[17]，本研究將自主動作數量由1個增加至2個，被試通過學習階段掌握2個自主動作和它們效果的對應關系。在測試階段，分離自主動作和對應效果，將2個自主動作和2個效果隨機組合。自主動作和效果可能一致或不一致，比較2種情況下被試感知加工的指標，就可以驗證自主動作是否可以引起感知衰減。以上設計排除了經典范式中的大部分潛在干擾因素[28]。但是，有一項干擾因素依然無法排除，即預判的有效性[34-35]，為此，本研究增加了控制條件部分，分離預判的有效性，從而排除其可能的干擾。在測試指標上，通過引入信號檢測論，針對反應正確率指標的不足進行改進。根據信號檢測論，被試反應的準確率同時受到辨別力d'和反應標準c影響[36]。其中，d'代表被試對信號和噪音的辨別能力，它和被試對信號和噪音的內部表征大小有關；而反應標準c代表被試對反應的傾向性，兩者共同決定被試的反應[30]。通過引入以上2個信號檢測論指標，可以有效分離影響正確率的2個因素，進而判斷被試究竟是在感知加工上發生了衰減，或僅僅是反應標準發生了變化。

本研究的結果表明，所采用的改進方法有效，改進的范式確實有效地引起了感知衰減。本研究中引入的信號檢測論指標可以拓展到對已有研究成果的再次解釋[16-17]，一旦充分理解辨別力d'和反應標準c所對應的含義，即可將其方便地融入新的研究中。但是，對于該領域的神經影像學研究而言，目前還沒有同信號檢測論結合運用的實例，后續研究可以考慮在該領域的神經影像學研究中融合信號檢測論的行為指標，以在一定程度上解決一直存在于該領域的神經影像學研究結論和行為研究相互割裂的問題[13-14，27]，以便更好地解決該領域中不斷出現的新問題。

3.2 自主動作可以引起感知衰減

本研究通過對經典試驗范式進行改進，發現被試執行自主動作后，會在加工相應效果的感知過程中發生變化，體現為辨別力d'顯著降低，但是反應標準c無顯著變化。以上結果說明，自主動作可以引起對刺激的感知發生衰減，具體在本研究中，即對運動方向的一致性感知發生衰減，以上衰減現象可以通過圖2直觀反映。本研究中，被試在2種條件下的反應正確率雖然沒有顯著差異，但實際上P值達到邊緣顯著，效應量d達到了中等效應量，這說明經典范式中所采用的行為指標，在一定程度上可以反映感知發生的衰減，但其敏感性和特異性不如信號檢測論指標。

最近的一項研究中發現了有趣的現象，自主動作在特定的情況下不再引起感知衰減，反而引起感知增強[17]。該研究成果和本研究結論存在一定的矛盾，其成因可能是多方面的：（1）該研究自主動作效果的強度設定接近閾限，這種設定條件極為苛刻，而本研究中的刺激強度較為適中，當刺激強度接近閾限時，感知覺加工可能存在某種特殊的機制；（2）該研究所使用的刺激為聽覺刺激，而本研究使用的是視覺材料；（3）該研究使用的測試任務側重于感覺，而本研究的測試任務側重于知覺加工。本研究所采用的研究素材與試驗任務與一項研究類似[28]，但是在該研究中存在中性條件，而本研究中只有一致和不一致2種條件。中性條件的加入使得結果的解釋變得復雜，不利于專注于討論自主動作對感知覺的影響。此外，該研究中可能混淆了刺激反應一致性（stimulus-response compatibility，SRC）的干擾[37-39]，并且該研究范式如同經典范式一樣，無法排除預判的干擾，因為被試依然會對動作效果進行預判，這種預判的有效性可能會對感知加工產生影響[34-35，40-41]。所以，本研究選擇增加控制條件部分的方法對預判因素進行控制，單獨探討預判是否會引起感知衰減，盡可能排除其可能的干擾。需要指出的是，本研究所采用的增加控制條件部分仍存在一個缺陷，即無法排除預判和自主動作的交互作用可能引起感知衰減。但這樣的猜測意義不大，因為從邏輯上考慮，完全脫離了預判的自主動作是不可能存在的，畢竟自主動作的定義就是基于對效果的預期而產生的動作。

3.3 預判無法引起感知衰減

被試在控制條件部分的學習階段，掌握線索和RDK灰色圓點運動方向的對應關系。被試在測試階段中，對RDK中是否存在運動方向一致的一組灰色圓點進行判斷。當線索提示有效，即預判有效的條件下，被試的判斷準確率下降，并達到邊緣顯著，計算發現其效應量極小。可以確定的是，這種準確率的下降不可能是感知衰減，因為信號檢測論指標中的辨別力d'沒有顯著變化[36]。合理的推測為這種準確率的下降可能是反應標準c的變化所導致的，但是數據表明被試的反應標準c也沒有顯著變化，說明被試反應的傾向性沒有顯著變化[36]。綜合以上情況可以推測，準確率下降可能有2種成因：邊緣顯著且效應量極低，說明該變化可能為假陽性；線索提示的存在可能是其他機制影響了反應的準確率[42-43]。

本研究在控制條件部分沒能發現感知衰減現象，說明預判的有效與否不足以作為干擾因素產生感知衰減，排除了預判有效性引起感知衰減的可能性，綜合動作條件部分的結果，進一步證明了自主動作可以引起感知衰減，而非預判。

4 結論

（1）自主動作可以引起對物體運動方向一致性的感知發生衰減；（2）這種衰減具有特異性，只會發生在自主動作所對應的效果上；（3）預判的有效性無法引起感知發生衰減。