性別和情境危險程度對行人危險知覺的影響：來自ERP 的證據 *

朱 鵬 常若松

(遼寧師范大學心理學院，大連 116029)

1 引言

危險知覺（hazard perception）是指在交通環境中“閱讀道路”（read the road）和預期即將到來事件的能力或者情境意識（situation awareness）（Haworth & Mulvihill, 2004）。近些年它被定義為對較高可能導致事故的道路危險事件的識別、評估及反應過程（Crundall et al., 2012）。研究發現危險知覺是影響行人事故風險的一個重要因素（Hill,Lewis, & Dunbar, 2000）。因此，行人危險知覺受到了各領域研究者的關注，探討危險知覺的影響因素及其機制成為必要。

Rosenbloom， Mandel， Rosner 和Eldror（2015）的研究顯示性別是影響行人危險知覺的重要因素，男性的危險知覺能力顯著高于女性。事實上，在諸多行人行為研究中均發現了性別差異。例如，無論是兒童還是成人，男性都更傾向于冒險過街（Hamed, 2001; Rosenbloom, 2006;Rosenbloom & Wolf, 2002）；分心行為對于女性的過街安全存在消極影響（Thompson, Rivara,Ayyagari, & Ebel, 2013），而男性在分心時會補償更多的安全行為（如，查看道路交通狀況）（Walker,Lanthier, Risko, & Kingstone, 2012）。值得注意的是 ，以上研究均來自對行人外顯行為的觀測，而性別在危險知覺加工過程的哪個階段對其產生影響尚未明晰。

情境危險程度可能是另一影響危險知覺的重要因素。盡管尚未有研究考察情境危險程度對于行人危險知覺的影響，但是在現實的交通環境中，行人過街時會穿越川流不息的交通流，需要及時覺察的危險很可能并非一開始便出現在行人的視野范圍內，而是處于發展變化的某一階段。因此，行人在不同時間面對情境的危險程度并不相同，例如帶來危險的車輛距離行人位置較遠與已行駛到行人位置，這兩種情境的危險程度是不同的。因此，區分不同危險程度情境以考察其對行人危險知覺的影響是十分必要的。

隨著當今認知神經科學技術的發展，事件相關電位技術（event-related potential, ERP）為考察危險知覺的認知神經機制提供了新的手段。ERP 具有高時間分辨率的特點，借此可以進一步了解行人對于危險信息的加工在不同時間階段的特點。N1 成分是在刺激出現后110～140 ms 內誘發的一個負偏向腦電成分（Kissler & Herbert, 2013），它是早期視覺選擇性注意的重要指標（Mangun,1995），反映了大腦對特定空間位置注意加工的自動增強（Doallo et al., 2005）。N1 成分的潛伏期代表認知加工開始的早晚或加工速度的快慢，潛伏期越短，則自動化加工的程度越高（O a d e s,Dittmann-Balcar, Schepker, Eggers, & Zerbin, 1996），而其波幅反映了視覺的辨別加工過程（Vogel &Luck, 2000）。P3 成分是一種峰值在300 ms 左右的正偏向腦電成分（Sutton, Braren, Zubin, & John，1965），其波幅與認知加工過程中的注意資源分配正相關（Donchin & Coles, 1988），反映了對當前刺激注意資源的調節。行人危險知覺的差異可能會體現在不同時間進程中的加工階段上，而N1 和P3 成分分別表征了認知加工過程中早期階段的視覺加工以及晚期階段的注意資源分配。因此，本研究將分別考察早期視覺加工階段（N1 成分）和注意分配階段（P3 成分）上，性別和情境危險程度對于行人危險知覺的影響。

交通危險情境包含威脅性信息，涉及負性情緒的加工過程。相關研究顯示，女性具有負性情緒加工優勢（Hall, 1978; Hofer et al., 2006; Kirouac &Dore, 1985; Orozco & Ehlers, 1998; Wrase et al.,2003），且對于威脅性信息的加工主要發生于視覺信息加工的早期階段，而此階段屬于依賴于低頻輪廓信息的自動化加工（LeDoux, 2009; van Le et al.,2013; Vuilleumier, Armony, Driver, & Dolan, 2003）。因此，在早期視覺信息加工階段，女性很可能更加具有危險知覺的加工優勢，而男性的危險知覺優勢應該發生在之后的信息加工階段。人類對極端危險刺激的加工具有優先性，這是由于極端危險刺激具有顯著生存意義，會激活個體的回避系統（Rozin, Haidt, & Fincher, 2009）。因而預期極端危險情境更具加工優勢。當然，行人危險知覺的上述兩個影響因素可能并非完全獨立發生作用，而是存在交互影響。覺察極端危險情境對于個體具有十分重要的生存價值，無論哪種性別均需對該類情境進行快速地認知加工，也可能不存在性別差異，當情境的危險程度降低后性別差異才會顯現出來。情境危險程度很可能就是性別影響行人危險知覺的一個調節變量，且這種調節作用在危險知覺的不同加工階段可能并不相同，因而，區分不同認知加工階段以考察行人危險知覺的差異是十分必要的。但目前關于性別和情境危險程度影響行人危險知覺的神經機制研究非常罕見，關于二者交互作用的神經生理學證據更是欠缺。

綜上所述，有關行人危險知覺的差異大都來自于行為方面的證據，性別和情境危險程度對于危險知覺影響的神經生理機制尚不清楚。因此，本研究采用ERP 技術，以N1 和P3 成分為主要指標考察行人在危險知覺過程中性別和情境危險程度的神經反應差異。通過以往的研究回顧，做出如下假設：（1）早期視覺加工階段，女性對低度危險情境更敏感；（2）在注意分配階段，男性在危險知覺加工上更具優勢；（3）極端危險情境更具有危險知覺的加工優勢。

2 方法

2.1 被試

共30 名成年被試（女性17 名）參加實驗，平均年齡21.2±2.93 歲。被試均為右利手，視力或矯正視力正常。被試在實驗后得到適當報酬。

2.2 實驗材料

截取真實交通情境視頻的圖片作為實驗材料。視頻內容來自城市市區及周邊區域，在天氣較好的情況下以過街行人的視角進行拍攝。使用視頻編輯軟件對視頻進行剪輯。每個剪輯后的視頻只包含一個潛在危險（危險源為行駛向行人位置的車輛），并以一個紅色箭頭標記出行人過街前的路邊所在位置以及過街方向。最終選取16 個交通情境視頻（8 個視頻中存在人行橫道），視頻時長18～46 秒，平均時長28.1±7.5 秒。視頻中交通內容在斑馬線（有、無）危險源出現位置（近處、遠處）以及行人視野遮擋（無、彎路、行道樹、停泊車輛）上進行了平衡。

共36 名成年被試（19 名女性）對每個視頻進行評定，平均年齡23.9±3.0 歲。所有參與視頻評定的被試均未參加正式實驗。評定的內容包括：視頻情境中是否存在對行人過街帶來安全威脅的危險，如果認為視頻情境中存在危險，則需繼續判別危險出現時間點和低度危險時間點。危險出現時間點指視頻中危險源出現，危險情境開始的時間。低度危險時間點指視頻中一個特定的時間點，行人如在此時間點和危險情境結束之間過街，則不能避免發生事故。此時間點處于過街的安全時段與危險時段的臨界點，行人在此特定的時間點前過街相對安全，而在其之后則會發生危險。視頻在此時間點的情境對于過街行人而言存在一定危險性，但與之后時間點的情境相比危險程度較低，因而稱其為低度危險時間點，見圖1。評定結果顯示危險出現時間為3.58～13.4 秒，平均時長6.9 1±2.6 3 秒；低度危險時間為7.6 7 ～35.3 秒，平均時長17.56±7.48 秒。

圖 1 時間窗口示意圖

基于評定結果，截取16 個交通情境視頻的圖片作為實驗材料。每個視頻分別在三個時間點上截取圖片，包括無危險情境圖片（視頻中危險情境結束到視頻結束之間的時間點）、低度危險情境圖片（視頻中的低度危險時間點）和高度危險情境圖片（視頻中車輛已行駛到行人所在位置的時間點，代表極端危險情境），每類圖片各16 張，共48 張圖片材料。48 張圖片統一設置為高度1920 像素，寬度1080 像素，位深度24。

2.3 實驗設計

實驗采用2（性別）× 3（情境危險程度）的混合實驗設計，自變量為：（1）性別，指被試的性別，有女性和男性兩個水平，為被試間變量；（2）情境危險程度，指圖片中情境的危險程度，包括無危險情境、低度危險情境和高度危險情境三個水平，為被試內變量。因變量為行為反應的正確率和反應時，ERP 成分N1 和P3 的潛伏期和波幅。

2.4 實驗程序

實驗過程包括練習階段和正式實驗階段，兩個階段的實驗流程相同。實驗流程為先呈現任務的指導語，接下來呈現交通情境圖片，在這期間被試做出反應（使用反應盒按鍵反應，按鍵順序在被試間平衡）。被試任務為判別圖片情境中是否存在危險，做出反應后圖片立即消失。為了消除試次間的影響，圖片消失后呈現1500～2000 ms隨機不等的空屏。實驗過程中，要求被試盡量減少其它動作，將左手的食指放在反應盒的“1”鍵上，右手的食指放在反應盒的“4”鍵上。

正式實驗包含256 個試次，包括128 個無危險情境的試次、64 個低度危險情境的試次和64 個高度危險情境的試次。為了讓被試熟悉實驗流程, 實驗設置了8 個試次的練習階段，包括4 個無危險情境的試次、2 個低度危險情境的試次和2 個高度危險情境的試次。實驗期間，所有試次隨機呈現。

2.5 ERP 記錄和數據處理

采用美國EGI 公司的生產的EEG 系統記錄與分析數據，按國際10-20 系統擴展的256 導電極帽記錄EEG 數據。以Cz 為參考電極，在離線分析時轉換為全腦平均參考，電極與頭皮接觸電阻均在50 kΩ 以下，采樣頻率為500 Hz。雙眼外側安放水平電極（hEOG），左眼外側水平電極為F9，右眼外側水平電極為F10；雙眼上下側安放垂直電極（vEOG），左眼上側垂直電極為Fp1，左眼下側垂直電極為e241，右眼上側垂直電極為Fp2，右眼下側垂直電極為e238。采用EGI Net Station 5.3 軟件進行離線分析。ERP 離線處理時按照0.1～30 Hz進行濾波，分段時程為刺激呈現前100 ms 至刺激呈現后600 ms，以刺激呈現前100 ms 平均波幅作為基線校正。自動矯正眼動偽跡，波幅大于±100 μV的試次被視為偽跡剔除，每個被試各實驗條件的有效試次數皆不少于30 個。

根據本研究的目的和ERP 成分的特征，選擇分布于枕區及雙側頂枕區的N1、頂區的P3 成分進行分析。根據以往研究，256 導電極帽的電極密度極高，相鄰位置電極距離極近，因此，ERP 成分結果的取值為特定腦區內位置臨近的多個電極（電極組）的平均值（Kissler & Herbert, 2013）。參考以往研究（Kissler & Herbert, 2013; Ma, Jin, &Wang, 2010），N1 成分開窗口的時間段為40～70 ms，選取電極為Oz、P5、P6、P7、P8、PO7、PO8、e85、e98、e107、e108、e117、e118、e125、e127、e138、e139、e151、e152、e160 和e171；P3 成分開窗口的時間段為350～550 ms，選取電極為 Pz、POz、e89、e90、e100、e110、e128、e129 和e130，選取電極見圖2。每種成分的潛伏期為峰潛伏期，是刺激呈現至該ERP 成分時間窗口內波幅最大峰的時間；波幅采取平均波幅，是該ERP 成分時間窗口內波幅的平均值（Luck, 2009）。

3 結果

3.1 行為結果

反應數據剔除標準：（1）錯誤反應數據；（2）數值小于300 ms 或大于3000 ms；（3）數值不在均值加減三個標準差范圍之內。采用SPSS20.0統計軟件對各種實驗處理水平下的正確率和反應時進行重復測量方差分析。

在正確率指標上，統計結果顯示，性別和情境危險程度的主效應皆不顯著（ps＞0.05），性別和危險程度的交互作用也不顯著（p＞0.05）。在反應時指標上，統計結果顯示，性別的主效應顯著，F(1, 28)=5.49，p=0.026，η=0.16，事后比較顯示，男性（0.96±0.29 s）比女性（1.19±0.28 s）的反應時更短，說明男性的危險知覺能力優于女性。情境危險程度的主效應顯著，F(2, 56)=5.71，p=0.013，η=0.17，事后比較顯示，高度危險情境（1±0.26 s）比無危險情境（1.12±0.29 s）或低度危險情境（1.1±0.31 s）的反應時更短（ps＜0.02），表明識別高度危險情境的速度快于低度危險情境或無危險情境。性別和危險程度的交互作用不顯著（p＞0.05）。不同被試在危險知覺任務中的平均反應時間和標準差見表1。

圖 2 枕區及雙側頂枕區成分N1 的電極和頂區成分P3 的電極

表 1 不同被試在危險識別任務中的平均反應時間和標準差（s）

3.2 ERP 結果

3.2.1 N1

潛伏期：對N1（40～70 ms）潛伏期進行2（性別）×3（情境危險程度）的兩因素重復測量方差分析，統計結果顯示，性別與情境危險程度的交互作用顯著，F(2, 56)=4.34，p=0.018，η=0.13，簡單效應分析發現，低度危險情境條件下，女性（52.14±7.39 ms）的N1 潛伏期比男性（57.85±7.73 ms）更短（p=0.049），見圖3。性別和情境危險程度的主效應皆不顯著（ps＞0.05）。

波幅：對N1（40～70 ms）波幅進行2（性別）×3（情境危險程度）的兩因素重復測量方差分析，統計結果顯示，情境危險程度的主效應顯著，F(2, 56)=4.80，p=0.012，η=0.15，高度危險情境（-0.8±1.18 μV）的N1 波幅比無危險情境（-0.45±0.96 μV）或低度危險情境（-0.34±1.03 μV）更大（ps＜0.04），見圖4。性別的主效應不顯著（p＞0.05）。性別和情境危險程度的交互作用不顯著（p＞0.05）。

3.2.2 P3

潛伏期：對P3（350～550 ms）潛伏期進行2（性別）×3（情境危險程度）的兩因素重復測量方差分析，統計結果顯示，性別和情境危險程度的主效應皆不顯著（ps＞0.05）。性別和情境危險程度的交互作用也不顯著（p＞0.05）。

波幅：對P3（350～550 ms）波幅進行2（性別）×3（情境危險程度）的兩因素重復測量方差分析，統計結果顯示，性別主效應顯著，F(1, 28)=4.37，p=0.046，η=0.14，男性（2.48±2.42 μV）的P3 波幅比女性（0.41±2.95 μV）更大，見圖3。情境危險程度的主效應顯著，F(2, 5 6)=4.7 3，p=0.013，η=0.14，低度危險情境（1.62±2.93 μV）的P3 波幅比高度危險情境（0.99±2.98 μV）更大（p=0.01），見圖4。另外，低度危險情境（1.62±2.93 μV）的P3 波幅與無度危險情境（1.31±2.87 μV）的差異邊緣顯著（p=0.083）。性別和情境危險程度的交互作用不顯著（p＞0.05）。

4 討論

4.1 行為結果分析

本研究結果顯示，男性危險知覺的反應時比女性更短，說明男性的危險知覺能力優于女性。危險知覺的性別差異可能源自人類祖先在遠古時期的社會分工。人類現今的認知模塊是在距今一萬年前的采集-狩獵時期進化而來（Buss, 1999）。在一萬年前，女性負責采集植物果實，男性負責在外狩獵。對于男性而言，快速識別、評估環境中的潛在危險并對其做出反應是與生存密切相關的能力。雖然當今的社會環境不同于遠古的叢林環境，性別的社會分工也與人類祖先不同，但對于知覺環境中危險的性別差異可能仍然被保留，并導致在交通環境中行人危險知覺的性別差異。

圖 3 個體加工低度危險情境時在N1 成分和加工交通情境時在P3 成分上的性別差異

圖 4 個體加工三類交通情境時在N1 成分和P3 成分上的差異

本研究還發現，高度危險情境比無危險情境或低度危險情境的反應時更短，表明識別高度危險情境更具有信息加工的速度優勢。進行信息加工時，個體總是優先加工具有顯著生存意義的極端危險刺激，激活了個體的回避系統（Rozin, Haidt,& Fincher, 2009），這種對極端危險刺激的加工優勢具有重要的適應價值。在本研究中，高度危險情境對個體的生命安全具有最大的威脅性，其重要性最高，低度危險情境及無危險情境次之，因而，對于高度危險情境這種極端威脅性刺激的加工優勢應是一種適應性的表現。

4.2 ERP 結果分析

4.2.1 早期視覺加工階段：N1

本研究結果發現，低度危險情境條件下，女性的N1 潛伏期更短，表明在早期視覺信息加工過程中女性對于低度危險情境更為敏感，相對于男性，女性會更快地識別危害到生命安全的危險信息；在N1 波幅上，高度危險情境比無危險情境或低度危險情境更大，表明對極端危險情境具有加工優勢。

女性對于低度危險情境加工的速度優勢可能源自情境包含的情緒信息的影響。交通危險情境會威脅到過街行人的生命安全，屬于負性情緒刺激，包含著負性的情緒信息。以往行為研究表明，女性具有負性情緒識別的優勢，且對情緒的敏感性更高，這種優勢體現在各個年齡段（Hall,1978; Kirouac & Dore, 1985）。而神經成像研究發現，女性不僅會在情緒識別時激活更多腦區（Hofer et al., 2006; Orozco & Ehlers, 1998; Wrase et al.,2 0 0 3），而且對于情緒信息的加工速度更快（Campanella et al., 2004）。本研究結果與以往情緒研究結果相近，出現女性對危險情境的加工優勢。本研究中，性別在不同危險程度情境上的差異發生在低度危險情境條件上，即危險剛出現不久，對于被試的威脅性相對較低時，表現出女性的加工優勢，這可能與性別在不同負性情緒效價上的差異相關。由于高度危險情境屬于極端的負性刺激，具有十分重要的生存適應性價值，個體無論哪種性別均需對該類刺激進行快速的認知加工，在N1 潛伏期上出現天花板效應。而在負性刺激效價強度減弱的情況下，女性對于危險情境的加工優勢才得以顯現出來。

與無危險情境和低度危險情相比，個體對高度危險情境的早期視覺辨別更容易。N1 階段代表對刺激特征早期的自動化加工過程，較高的N1 波幅反映了對高度危險情境注意資源自動聚焦的易化。此結果可與行為結果相印證，不同危險情境在行為反應時上的差異應是源自N1 階段高度危險情境的優勢加工。這種對極端危險刺激的加工優勢具有重要的適應價值。以往研究發現，人類的信息加工機制不僅優先加工遠古時期就已存在的危險情境，例如對叢里中蛇的恐懼（Buss, 1999）。后天經驗得知的危險，例如槍、刀和注射器這些與進化無關的現代威脅刺激同樣表現出注意偏向的自動化加工（Blanchette, 2006; Fox, Griggs, &Mouchlianitis, 2007）。對于現代社會中的威脅信息可在習得其恐懼后產生相應的注意偏向（LoBue &DeLoache, 2010）。因此，對交通環境中威脅性較高的高度危險情境的加工優勢應是一種適應性的表現。

4.2.2 注意分配階段：P3

本研究發現，危險知覺過程中的注意分配上存在性別差異。無論交通環境中是否存在危險或危險程度的高低，皆表現出男性的注意偏向，即與女性相比，男性會給予交通情境（包括無危險情境、低度危險情境和高度危險情境）更多的注意資源。由此可知，在危險知覺過程中的注意分配階段出現男性優勢，女性在早期視覺階段的加工優勢并未在之后的注意分配階段延續。此結果可用以解釋以往行為研究中危險知覺的性別差異，例如，Rosenbloom 等（2015）的研究顯示出男性的危險知覺能力顯著高于女性。本研究結果顯示，危險知覺的加工過程中，性別差異在早期視覺加工的N1 階段業已出現，表現為女性對低度危險情境更為敏感。在加工進程到之后的注意分配P3 階段時，女性的加工優勢消失，取而代之的是男性的注意偏向。因此，男性更高的危險知覺能力應是源自注意分配階段的優勢加工。

經過N1 階段對情境刺激特征的早期視覺自動化加工，在P3 階段，對情境刺激的加工由意識閾限下的無意識水平轉變為意識閾限上的隨意注意水平，對情境內容也開始了有意識的覺察，注意資源會分配給更難以知覺的情境。在此階段，由于個體開始覺察到三種危險情境之間危險程度的差異，從而在注意資源分配上將三者區分開來：相比于無危險情境和高度險情境，低度危險情境被給予更多的注意。低度危險情境對于過街行人而言處于安全與危險的臨界點，個體需進行深入的認知評估以確定情境的危險程度。低度危險情境條件下，危險信息的覺察和確認往往需對該類刺激進行充分地知覺分析和整合，其認知加工的難度較高，由此導致低度危險情境條件誘發更大的P3 波幅。

5 結論

本研究采用ERP 技術考察了性別和情境危險程度對行人危險知覺的影響及神經機制。結果發現：（1）早期視覺加工階段，女性對低度危險情境更敏感。低度危險情境條件下，女性的N1 潛伏期更短，表明在早期視覺加工階段，女性對低度危險情境的加工更快；（2）男性比女性給予交通情境更多的注意。在 P3 波幅上，男性大于女性，顯示出相比于女性，男性在三類交通情境中都會投入更多的注意資源；（3）情境危險程度能夠調節危險知覺過程中的注意分配。在N1 波幅上，高度危險情境大于無危險情境或低度危險情境，表明對高度危險情境具有加工優勢，在P3 波幅上，低度危險情境大于無危險情境或高度危險情境，代表在注意分配階段對低度危險情境的加工更為困難。