宋曉蕾 王 丹 張欣欣 賈筱倩
基于客體的一致性效應的產生機制
宋曉蕾 王 丹 張欣欣 賈筱倩
(陜西師范大學心理學院; 陜西省行為與認知神經科學重點實驗室, 西安 710062)
采用具有不同深度信息的剪影和圖片刺激為材料, 要求被試完成形狀判斷任務, 探究基于客體的一致性效應的產生機制。實驗1中客體刺激呈現于屏幕中央位置; 實驗2進一步增強了刺激空間呈現的左右位置傾向; 實驗3則通過交叉手的范式分離了反應位置和反應手不同的編碼對一致性效應的作用。結果發現:當刺激不存在顯著的左右位置信息時, 剪影刺激出現了一致性效應, 圖片則沒有; 而當刺激的空間位置信息顯著時, 剪影和圖片均出現了一致性效應, 這一效應在反應位置和反應手編碼分離后仍然存在。因此得出結論:空間位置編碼假說對解釋基于客體的一致性效應的產生有重要作用。
基于客體的一致性效應; 功能可見性; 抓握; 空間位置編碼假說; 交叉手反應
空間一致性效應(Spatial Correspondence Effect, SCE)是描述刺激與反應在空間上的一致性關系對個體信息加工影響的概念。當刺激的空間位置與動作反應的空間位置信息一致時, 無論空間位置信息是相關還是無關維度, 該信息都會自動激活與其同側的反應, 簡化個體的信息加工過程, 使其反應速度更快、錯誤率更低(Song, Chen, & Proctor, 2014)。在日常生活中, 無論是產品設計, 還是各種操作界面的設計, 空間一致性原則都是一條非常重要的原則和需要考慮的因素。例如, 在產品設計中考慮空間一致性, 可以讓用戶有更好的體驗和感受; 而駕駛員的操控面板在基于空間一致性效應進行改良設計之后, 可以減少駕駛員的失誤, 從而減少交通事故的發生(馬璇, 2013; 范瑞杰, 李倩, 趙健, 2015)。因此, 在工程心理學的研究中, 空間一致性效應一直被廣泛關注。基于客體的一致性效應(Object-based Correspondence Effect)是空間一致性效應的一種, 指的是刺激手柄與反應位置或反應手之間的一致性效應, 即當刺激手柄與反應位置或反應手一致時比不一致時反應更快, 正確率更高(Tucker & Ellis, 1998)。研究基于客體的一致性效應究竟如何產生, 在豐富該效應理論基礎的同時, 有利于進一步在產品設計等方面對其應用, 從而提高人們的操作績效和體驗感受。
關于此效應的產生機制, 主要有兩種不同的解釋。一是功能可見性假說(Functional Affordance Hypothesis)。根據Gibson (1979)的功能可見性理論(Theory of Affordance), 對目標刺激的表征包括刺激的動作相關屬性的作用, 即對功能可見性(affordance) (Ellis & Tucker, 2000; Tucker & Ellis, 2004)的表征。研究證明, 當看到刺激的時候, 不僅會感知到視覺特征, 還會感知到與刺激有關的動作(Gibson, 1977, 1979, 1986)。因此一些研究者認為, 當被試看到目標刺激時, 也會激活與之相關的身體動作(Ellis & Tucker, 2000; Tucker & Ellis, 1998)。功能可見性發揮作用需要3個條件:一是要求被試雙手反應, 因為只有雙手反應時, 才能激活被試用對應手抓握客體手柄的傾向; 而單手反應條件下沒有左右反應手的信息, 并不能激活手柄的功能可見性(Tucker & Ellis, 1998)。二是要求實驗任務為語義相關任務, 比如方向判斷任務或類別判斷任務等。像顏色判斷這類對刺激的表面特征進行加工的任務并不能激活功能可見性表征(Pappas, 2014; Saccone, Churches, & Nicholls, 2016); 三是要求刺激為可抓握的客體圖片, 包含內部細節和環境深度信息(Pappas, 2014)。這是由于圖片刺激能激活抓握客體手柄的傾向, 而只有一個大致輪廓的剪影則不能。
目前引用最多且爭論最多的關于功能可見性的行為研究來自Tucker和Ellis (1998)。他們認為, 被試在對可抓握客體圖片進行方向判斷時, 會自動激活最適合執行抓握的手的動作反應, 因此反應優勢來自于和功能可見性相關的動作編碼。Tucker和Ellis (2004)后續繼續研究了目標刺激如何引發行為。其實驗1結果表明, 可抓握客體消失后再進行反應仍然會產生基于客體的一致性效應; 而實驗2發現, 即使刺激退化(降低刺激對比度和用網格遮擋刺激), 基于客體的一致性效應仍然會出現。這些結果說明, 不管被試進行任務時目標刺激是否可見, 都會產生與刺激手柄的動作有關的一致性效應。Tipper,Paul和Hayes (2006)用門把手圖片作為刺激材料, 要求被試在門把手為下壓活動狀態和水平非活動狀態時判斷門把手的顏色或形狀。結果發現, 被試對門把手的手柄進行形狀判斷時, 存在手柄和反應位置之間的一致性效應, 并且門把手為活動狀態(35 ms)比非活動狀態(14 ms)時的效應更大。但在顏色判斷任務中并不存在該效應。Tipper等(2006)認為, 形狀判斷任務是一種與語義有關的深加工任務, 且門把手為活動狀態時更容易激發被試的抓握傾向, 因而該效應的而產生是由于功能可見性。而顏色判斷任務只需對刺激表面特征進行加工, 則并不能激活手柄的功能可見性。
然而, 有一些證據表明, 基于客體的一致性效應之所以出現, 是由于對刺激的空間位置編碼而不是手柄的功能可見性編碼的結果(Cho & Proctor, 2010, 2011, 2013; Lien, Gray, Jardin, & Proctor, 2014)。空間位置編碼假說(Spatial Coding Hypothesis)最先用來解釋刺激?反應相容性效應, 該效應指的是當刺激位置和反應位置一致比不一致時反應更快正確率更高的現象(Fitts & Seeger, 1953)。Simon 效應是刺激?反應相容性效應的一種變式, 指的是即使刺激的空間位置與反應無關, 也會出現該效應。基于客體的一致性效應被認為是一種Simon式效應(Proctor, Lien, & Thompson, 2017)。關于該效應的研究一般用可抓握客體(如煎鍋、茶壺、手電筒等)的圖片或剪影作為刺激材料, 圖片是真實看到的客體, 包括外部輪廓、內部細節和環境深度信息等; 剪影只有客體大概的一個輪廓, 沒有細節和環境深度信息(Pappas, 2014)。Pappas (2014)的研究中, 用煎鍋刺激的剪影和圖片進行實驗, 刺激呈現方式與以往研究不同, 刺激基于像素數量中央呈現, 即目標刺激的像素均勻分布在屏幕兩側。結果發現對于客體剪影產生的一致性效應, 空間位置編碼發揮主要作用; 而當刺激是真正的客體圖片時, 功能可見性特征有重要作用。但因Pappas (2014)的研究中刺激呈現方式是基于像素數量的中央呈現, 而事實上這種呈現并不是真正的中央呈現, 仍然存在左右空間編碼, 因此不能排除空間位置編碼假說。Proctor等(2017)在該研究的基礎上對刺激呈現方式進行了改善, 使刺激圖像整體呈現于屏幕中央, 而不是基于像素呈現, 也得出了空間位置編碼作用更大的結論。
Song等(2014)以手電筒圖片作為刺激材料, 探究被試在進行方向判斷時是基于手柄抓握功能的可見性還是空間位置的編碼進行表征的。實驗1中手電筒刺激有手柄和條紋(空間位置信息), 在實驗結束后對被試進行問卷調查發現, 69%的被試是基于電筒條紋即空間位置信息進行方向判斷的。實驗2中, 移除手電筒具有抓握功能的手柄, 若該效應消失, 則支持功能可見性假說。結果發現, 一致性效應仍然顯著, 從而強調了空間位置編碼的作用。此外, 在Cho和Proctor (2010)的研究中, 用煎鍋剪影作為刺激材料, 手柄在煎鍋底部的左側或右側。實驗1中, 被試判斷煎鍋刺激(煎鍋底部呈現在屏幕中央)或者圓圈刺激(呈現在注視點的左側或右側)的顏色, 兩個反應鍵相鄰, 用兩個手的食指(雙手)或者右手的食指和中指(單手)進行反應。因為圓圈刺激呈現在屏幕左側或右側, 所以產生了標準Simon效應, 煎鍋產生了與手柄位置有關的基于客體的一致性效應。結果還發現, 不管是圓圈還是煎鍋刺激, 單手反應的效應都顯著大于雙手反應。實驗2對完整的煎鍋、去掉手柄的煎鍋和虛化的手柄進行正立倒立方向判斷, 發現單手反應和雙手反應都出現了一致性效應且效應大小無顯著區別。這些結果說明, 基于客體的一致性效應的出現是由于對手柄位置的空間編碼的結果。
此外, Cho和Proctor (2010, 2011)、Vainio, Ellis, Tucker和Symes (2007)以及Proctor等(2017)的研究都發現, 不僅雙手反應會出現基于客體的一致性效應, 單手反應也會出現該效應。但是, 若將基于客體一致性效應的產生歸因于手柄的功能可見性, 則不僅要說明雙手反應存在該效應, 如Tucker和Ellis (1998)的實驗1, 而且還需證明單手反應時該效應不存在(或者顯著小于雙手反應時), 如Tucker和Ellis (1998)的實驗2結果(Phillips & Ward, 2002)。這是由于功能可見性涉及抓握, 只有雙手反應才能發揮作用, 單手反應只有一只手無法發揮作用(Tucker & Ellis, 1998), 因此單手反應出現的一致性效應無法用功能可見性來解釋。此外, 腳反應(Phillips & Ward, 2002; Symes, Ellis, & Tucker, 2005)也出現了基于客體的一致性效應, 這些發現與Simon效應的結果一致(Rubichi, Nicoletti, Pelosi, & Umiltà, 2004), 都支持空間位置編碼的解釋。
對剪影刺激來說, 空間位置編碼對產生基于客體的一致性效應有重要作用已經得到了很多研究者的支持(Cho & Proctor, 2010, 2011; Pappas, 2014); 但對真實的刺激圖片而言, 這一點尚未得到一致結論。有研究認為空間位置編碼對產生該效應不可或缺(Cho & Proctor, 2013), 也有研究認為功能可見性對產生該效應也有非常重要的作用(Tipper et al., 2006), 還有研究認為空間位置編碼和功能可見性對基于客體一致性效應的產生都有作用(Ambrosecchia, Marino, Gawryszewski, & Riggio, 2015; Pellicano, Iani, Borghi, Rubichi, & Nicoletti, 2010)。Saccone等 (2016)等通過上下反應裝置分離反應位置和反應手, 使得水平維度上不存在刺激位置和反應位置之間的關系, 結果發現水平方向上仍然存在基于客體的一致性效應, 該研究者認為這只能是由于刺激手柄朝向和反應手之間的關系, 即手柄功能可見性的作用。但有研究發現左右手反應存在微弱的水平方向上的左右空間編碼(Proctor, Vu, & Nicoletti, 2003), 因此該研究得出的水平方向上的一致性效應的產生也可能是由于空間位置編碼的結果, 因此有必要通過不同的刺激呈現方式和不同的反應方式(比如交叉手反應)對上述問題進一步開展研究。已有研究發現, 在交叉手的條件下會產生手柄位置與反應位置的一致性效應(Phillips & Ward, 2002), 但該研究并未比較交叉手與非交叉手效應量大小的差異, 因此無法說明功能可見性與空間位置編碼哪個作用更大。本研究將通過聯合分析來比較二者作用大小的差異。
基于此, 本研究擬采用剪影和圖片刺激, 通過不同空間位置的刺激呈現方式以及分離出反應手和反應位置的交叉手范式來進一步澄清基于客體的一致性效應的產生機制。本研究實驗材料為在Pappas (2014)材料基礎上改善后的平底煎鍋的剪影和圖片。由于西式餐食使用平底煎鍋更多, 且前人實驗均使用國外被試, 因而該實驗材料對于國內被試是否能得出相同結果尚不可知。因此, 本研究首先考察了該實驗材料在國內被試上的有效性。另外, Pappas (2014)的研究中單手和雙手反應距離分別1.5 cm和35.5 cm, 發現對于圖片刺激只有雙手才存在效應, 以此支持功能可見性假說。但該研究還存在反應距離對效應的影響問題。Proctor等(2017)的研究在此基礎上平衡了反應手與反應距離, 結果發現單雙手均存在效應, 支持空間位置編碼。然而在該研究中, 為了使遠距離可以被單手操作, 使用的是“H”鍵與“L”鍵, 相距僅為5.6 cm, 與Pappas (2014)的35.5 cm相差較大, 距離變量實際上并未徹底被排除。因此本研究中, 為了更接近Pappas (2014)的研究設置, 反應鍵選用距離較遠的“A”和“L”鍵, 進一步澄清空間位置編碼在基于客體的一致性效應的產生中的作用。
實驗1煎鍋刺激整體位置呈現在屏幕中央, 探究剪影和圖片刺激在沒有左右位置信息的情況下是否會出現基于客體的一致性效應。Azaad, Laham和Shields (2019)對過去關于客體一致性效應的研究進行了分析, 發現當客體底部位于屏幕中央時效應更大, 因此本研究的實驗2煎鍋底部位于屏幕中央, 這使得手柄的空間位置更加顯著(Cho & Proctor, 2010), 探究剪影和圖片刺激存在左右空間位置信息時產生的效應大小有無顯著區別以及與實驗1效應大小的不同。在實驗2效應的基礎上, 實驗3使用與實驗2相同的材料, 但雙手交叉放置, 使得反應位置和反應手分離, 進一步探究功能可見性和空間位置編碼假說對基于客體的一致性效應的作用。本研究的意義在于通過不同刺激呈現方式和交叉手的范式澄清基于客體的一致性效應的產生機制, 豐富有關空間一致性效應的研究, 并為產品設計中基于客體的一致性效應的應用提供基礎研究支持。
實驗1與Pappas (2014)的實驗4基本相同, 唯一差別是煎鍋刺激呈現方式不是基于像素數量中央呈現, 而是基于圖像位置, 即煎鍋圖像整體位置呈現在屏幕中央。主要目的是探究當煎鍋刺激整體位置呈現在屏幕中央時, 圖片刺激是否會在缺乏顯著空間編碼的情況下出現基于客體的一致性效應。
2.1.1 被試
有償招募大學生被試58名, 其中女生54名, 年齡在17歲到21歲之間, 平均年齡為18.60歲。由于被試來自師范院校, 較難達到男女平衡, 因此本研究大多為女性被試。實驗開始前采用《愛丁堡利手問卷》測試用手習慣(Oldfield, 1971), 所有被試均為右利手。身體健康, 視力或矯正視力正常, 且以前從未參加過類似實驗。
2.1.2 儀器與刺激
實驗在一個燈光昏暗并配有計算機的獨立房間進行。用E-prime 2.0軟件呈現刺激、記錄反應并完成所有數據收集。被試正面坐在17英寸顯示器前, 顯示器分辨率為1366×768, 距離屏幕大約55 cm。被試用雙手食指進行左右按鍵(“A”和“L”)反應, “A”和“L”鍵間隔大約15 cm。刺激材料包括煎鍋的4張剪影和4張圖片, 均用photoshop CS6處理得到。煎鍋正立或倒立呈現, 手柄與垂直方向夾角呈60°, 手柄有朝左和朝右兩個方向。對于剪影, 煎鍋刺激是灰色(RGB均為170), 背景是黑色(RGB均為0)。對于圖片, 煎鍋是黑色(RGB分別為88、89、91), 背景是灰色(RGB均為128)。有8種不同類型的刺激:2(手柄朝向:左vs右) × 2(豎直方向:正立vs倒立) × 2(刺激類型:剪影vs圖片), 刺激如圖1所示。
2.1.3 實驗程序
被試進入實驗室后, 先填寫《愛丁堡利手問卷》, 然后開始做實驗。正式實驗包括兩個block, 每個block有176個試次, 每個被試共完成352個試次, 正式實驗之前有16個練習試次。為了確保正式實驗的正確率, 設置練習試次正確率達到90%以上方可進入正式實驗, 否則繼續練習。要求被試對煎鍋的正立倒立方向進行反應, 一半被試刺激為正立方向時按“A”鍵, 倒立按“L”鍵, 另一半被試相反。被試被隨機分配到剪影組或圖片組。先呈現注視點1000 ms, 然后呈現刺激, 被試做出反應, 刺激消失, 之后呈現500 ms的空屏, 接著進入下一試次。要求被試又快又準確地進行反應。具體流程見圖2。
計算每個被試正確反應的反應時以及錯誤率, 剔除反應時小于100 ms以及大于2000 ms的試次, 剔除率為1.08%。對反應時和錯誤率分別進行2(一致性:一致、不一致) × 2(刺激類型:剪影、圖片)的重復測量方差分析。反應時和錯誤率的描述性統計結果如表1和表2所示。
對于反應時, 一致性的主效應顯著,(1, 56) = 9.49,= 0.003, η= 0.15, 手柄位置和反應位置一致(= 530 ms)時的反應時顯著小于不一致(= 540 ms)時。刺激類型的主效應也顯著,(1, 56) = 23.21,< 0.001, η= 0.29, 剪影刺激的反應時(= 600 ms)顯著大于圖片刺激(= 475 ms)。二者交互作用也顯著,(1, 56)= 7.26,= 0.009, η= 0.12。進一步簡單效應分析發現, 剪影刺激存在20 ms的一致性效應(= 590 vs. 610 ms),(1, 27) = 10.97,= 0.003, η= 0.29; 圖片組的一致性效應為1 ms (= 474 vs. 475 ms),(1, 29) < 1。實驗1 兩組刺激反應時的一致性效應顯著性見圖3。
對于錯誤率, 一致性的主效應顯著,(1, 56) = 5.73,= 0.020, η= 0.09, 手柄位置和反應位置一致(= 3.0%)時的錯誤率顯著低于不一致時(= 4.0%)。刺激類型的主效應也顯著,(1, 56) = 5.88,= 0.019, η= 0.10, 剪影刺激(= 4.7%)的錯誤率顯著高于圖片刺激(= 2.4%)。二者交互作用也顯著,(1, 56) = 8.17,= 0.006, η= 0.13。簡單效應分析結果發現剪影存在2.4%顯著的一致性效應(=3.5% vs. 5.8%),(1, 27) = 7.94,= 0.009, η= 0.23, 圖片只有?0.2%的一致性效應(= 2.5% vs. 2.3%),(1, 29) < 1。

圖1 實驗1刺激
注:圖中線條是方便觀察刺激位置, 正式實驗中并不存在, 下同

圖2 實驗流程圖

表1 三個實驗反應時(ms)的描述性統計分析(M ± SD)
注:< 0.10, *< 0.05, **< 0.01, ***< 0.001, 下同

表2 三個實驗錯誤率(%)的描述性統計分析(M ± SD)

圖3 實驗1剪影和圖片刺激反應時的一致性效應
將每個被試的反應時數據由小到大進行排列, 并等分為5組, 計算每組的平均反應時; 然后分別計算每組不一致條件與一致條件的均值之差, 得到每組的效應量。以平均反應時為橫坐標, 效應量為縱坐標, 作出效應量的反應時分布圖(de Jong, Liang, & Lauber, 1994), 如圖4所示。由圖可知, 隨著反應時的延長, 剪影刺激的效應量先增加后減小, 而圖片刺激的效應量非常小所以基本保持穩定, 但沒有達到 顯著水平。

圖4 實驗1效應量反應時分布圖
在實驗1 中, 要求被試雙手按鍵對煎鍋剪影或圖片進行正立倒立方向判斷任務, 結果發現剪影刺激的一致性效應(20 ms和2.4%)顯著, 這與Pappas (2014)實驗4剪影的一致性效應大小(11 ms和1.3%)類似。對于剪影來說, 由于手柄的不對稱性, 被試自動激活了對手柄位置的空間編碼, 所以產生了手柄位置和反應位置之間的一致性效應, 這與Song等(2014)的研究認為手電筒刺激出現一致性效應是由于被試對手電筒條紋的空間位置進行編碼的解釋是一致的, 與Cho和Proctor (2011)認為茶壺刺激出現的一致性效應是由于茶壺手柄和噴口的不對稱性產生的空間位置編碼解釋也是一致的。而且剪影刺激不包含內部細節和環境深度信息, 不具備出現功能可見性的條件, 由此可以得出剪影刺激出現基于客體的一致性效應是由于空間位置編碼假說。
對反應時的分布分析發現, 隨著反應時的延長, 效應量呈現先上升后下降趨勢。這符合Wiegand和Wascher (2007)的研究結果, 即隨著時間進程的增加, 個體逐漸適應了不一致的情況, 效應呈下降趨勢。但由于自動激活需要一定的時間, 因此也可能出現先上升后下降的情況。
此外, 圖片刺激包括包含內部細節和深度信息, 且雙手反應也保證了功能可見性出現的條件。然而在實驗1中, 圖片刺激沒有出現基于客體的一致性效應, 這與Pappas (2014)的實驗4圖片刺激存在一致性效應(8 ms和1.0%)不一致, 結果并不支持功能可見性假說。對圖片刺激來說, 基于整體位置的中央呈現并不存在顯著的左右空間編碼, 因此根據空間位置編碼假說, 基于客體的一致性效應不會出現。為了進一步支持空間位置編碼, 在實驗2中, 煎鍋底部位于屏幕中央, 使得手柄的左右位置更加顯著, 探究圖片刺激在具有顯著的左右空間編碼時是否會出現基于客體的一致性效應。
實驗1中圖片刺激位于屏幕中央, 不存在左右位置信息, 沒有產生基于客體的一致性效應, 支持了空間位置編碼假說。在實驗1的基礎上, 實驗2使得煎鍋底部位于屏幕中央, 使手柄的左右位置更加顯著, 探究在這種條件下是否會出現基于客體的一致性效應。預期如果圖片刺激產生了基于客體的一致性效應, 那么將支持空間位置編碼假說。
3.1.1 被試
重新招募大學生被試56名, 其中女生54名, 年齡在18歲到24歲之間, 平均年齡20.38歲。采用《愛丁堡利手問卷》測試用手習慣(Oldfield, 1971), 所有被試均為右利手且身體健康, 視力或矯正視力正常, 以前未參加過類似實驗。
3.1.2 儀器與刺激
與實驗1基本相同。唯一不同之處在于, 刺激的煎鍋底部位于屏幕中央, 刺激材料經Photoshop CS6 處理得到, 具體見圖5。
3.1.3 實驗設計與程序
同實驗1。
3.2.1 實驗2結果分析
剔除標準同實驗1, 剔除率為0.54%。反應時和錯誤率的描述性統計結果分別見表1和表2。
對于反應時, 一致性的主效應顯著,(1, 54) = 83.70,< 0.001, η= 0.61, 手柄位置和反應位置一致(= 527 ms)時的反應時顯著小于不一致(= 560 ms)時。刺激類型的主效應也顯著,(1, 54) = 11.48,= 0.001, η= 0.18, 圖片刺激(= 500 ms)的反應時顯著小于剪影刺激(= 587 ms)。二者交互作用不顯著,(1, 54) < 1。實驗2兩組刺激反應時的一致性效應顯著性見圖6。此外, 隨著反應時的延長, 剪影刺激和圖片刺激的效應量都呈上升趨勢, 見圖7。
對于錯誤率, 一致性的主效應顯著,(1, 54) = 35.71,< 0.001, η= 0.40, 刺激位置和反應位置一致(= 2.5%)時的錯誤率顯著小于不一致(= 5.5%)時。刺激類型的主效應不顯著,(1, 54) = 1.15,= 0.289, η= 0.02。二者交互作用也不顯著,(1, 54) < 1。
3.2.2 實驗1和實驗2反應時聯合分析
為了比較當剪影和圖片刺激存在左右空間位置信息時, 產生的效應大小與空間位置信息不明顯時有無差別, 對實驗1和實驗2的反應時進行聯合分析。不一致時的反應時減去一致時得到一致性效應量, 實驗和刺激類型是自變量, 一致性效應量是因變量。結果發現實驗的主效應顯著,(1, 110) = 19.35,< 0.001, η= 0.15, 實驗1的一致性效應(= 11 ms)顯著小于實驗2 (= 34 ms)。刺激類型主效應也顯著,(1, 110) = 6.56,= 0.012, η= 0.06, 圖片刺激的一致性效應(= 16 ms)顯著小于剪影刺激(= 29 ms)。二者交互作用不顯著,(1, 110) = 1.44,= 0.232, η= 0.01。剪影和圖片刺激兩個實驗的一致性效應比較見圖8。

圖5 實驗2和實驗3刺激

圖6 實驗2 剪影和圖片刺激反應時的一致性效應

圖7 實驗2效應量反應時分布圖

圖8 兩種刺激類型實驗1和實驗2的一致性效應比較
在實驗2中, 煎鍋底部位于屏幕中央, 手柄位置偏左或偏右, 剪影(37 ms和2.8%)和圖片刺激(30 ms和3.3%)都存在基于客體的一致性效應, 并且二者無顯著差異, Pappas (2014)的實驗4中剪影的一致性效應為11 ms和1.3%, 圖片刺激為8 ms和1.0%。Pappas (2014)對剪影刺激出現一致性效應的解釋是空間位置編碼, 但對圖片刺激出現該效應的解釋是功能可見性編碼, 因為Pappas (2014)認為刺激基于像素中央呈現是真正的中央呈現, 不存在對刺激的空間位置編碼。但事實上當煎鍋基于像素數量中央呈現時, 由于手柄和煎鍋底部所包含的像素數量不同, 所以手柄存在左右位置傾向, 因此Pappas (2014)研究中圖片出現的一致性效應也可以用空間位置編碼解釋。本研究中圖片和剪影刺激的一致性效應都顯著大于Pappas (2014)的實驗4中對應刺激類型的效應, 是因為與基于像素中央呈現相比, 煎鍋底部中央呈現時手柄的左右位置更加顯著, 因此剪影和圖片都產生了更大的一致性效應, 這也符合空間位置編碼假說。反應時分布分析的結果表明, 隨著反應時的延長, 剪影和圖片刺激的效應量都呈上升趨勢, 與Proctor等(2017)的結果一致。但與實驗1相比并未出現下降情況。這可能是由于, 在左右位置更加明顯時, 個體需要消耗更多認知資源來適應不一致的情況, 因此適應的過程更長。
實驗1和實驗2煎鍋位置不同, 但二者都具有功能可見性出現的條件。如果功能可見性是基于客體的一致性效應出現的關鍵, 那么實驗1和實驗2圖片刺激都應該出現一致性效應, 但事實并非如此, 只有實驗2出現了效應而實驗1沒有出現。這說明功能可見性編碼并不能解釋實驗2中出現的基于客體的一致性效應。實驗1和實驗2的聯合分析結果表明, 不管是剪影還是圖片, 實驗2的一致性效應都顯著大于實驗1。實驗2(煎鍋底部中央呈現)與實驗1(煎鍋整體中央呈現)相比, 手柄的左右空間位置更加顯著, 因此實驗2的一致性效應顯著大于實驗1符合空間位置編碼的解釋。前兩個實驗雖然支持空間位置編碼, 但并未直接將功能可見性和空間位置編碼假說區分開, 因此實驗3要求被試雙手交叉放置, 分離反應位置和反應手, 從而區分空間位置編碼和功能可見性, 進一步探究基于客體的一致性效應的產生機制。
實驗2剪影和圖片刺激都存在基于客體的一致性效應且大小相似, 這支持空間位置編碼假說。為了進一步排除功能可見性的解釋, 實驗3通過雙手交叉放置的方式區分反應位置和反應手。分離的結果為反應鍵位置和反應手的位置相反, 即當手柄位置與反應鍵的位置一致時, 意味著手柄位置與反應手位置不一致, 反之亦然。因此手柄位置和反應手間的一致性效應即為手柄位置與反應位置間一致性效應的相反數。所以, 如果存在手柄位置和反應位置之間的一致性效應, 則支持空間位置編碼假說。如果手柄位置和反應位置間的一致性效應是負數, 即存在手柄位置和反應手之間的一致性效應, 則支持功能可見性的解釋。
4.1.1 被試
重新招募大學生被試56名, 其中女生50名, 年齡在17歲到22歲之間, 平均年齡18.43歲。采用《愛丁堡利手問卷》測試用手習慣(Oldfield, 1971), 所有被試均為右利手, 身體健康, 且視力或矯正視力正常, 以前未參加過類似實驗。
4.1.2 儀器與刺激
同實驗2。
4.1.3 實驗設計與程序
實驗過程中被試始終保持雙手交叉放置, 其他同實驗2。
4.2.1 實驗3結果分析
剔除標準同實驗1, 剔除率為0.50%。反應時和錯誤率的描述性統計結果如表1和表2所示。
對于反應時, 一致性的主效應顯著,(1, 54) = 13.32,= 0.001, η= 0.20, 手柄位置和反應位置一致(手柄位置與反應手不一致)時的反應時(= 580 ms)顯著小于不一致(手柄位置與反應手一致) (= 592 ms)時。因此對于手柄位置和反應手來說, 其一致性效應為?12 ms。刺激類型的主效應顯著,(1, 54) = 28.85,< 0.001, η= 0.35, 剪影刺激(= 650 ms)的反應時顯著長于圖片刺激(= 521 ms), 二者交互作用不顯著,(1, 54) < 1。實驗3兩組刺激反應時的一致性效應顯著性如圖9。隨著反應時延長, 效應量的變化趨勢為先上升后下降, 見圖10。
對于錯誤率, 一致性的主效應顯著,(1, 54) = 9.35,= 0.003, η= 0.15, 手柄位置和反應位置一致時的錯誤率(= 2.5%)顯著小于不一致(= 3.4%)時。即手柄位置和反應手之間的一致性效應為?0.9%。刺激類型的主效應不顯著,(1, 54) = 2.37,= 0.130, η= 0.04。二者交互作用也不顯著,(1, 54) < 1。

圖9 實驗3 剪影和圖片刺激反應時的一致性效應

圖10 實驗3效應量反應時分布圖
4.2.2 實驗2和實驗3反應時聯合分析
在Phillips和Ward (2002)的研究中, 在交叉手的情況下產生了手柄位置與反應位置的一致性效應, 以此排除功能可見性的作用。但該研究并未比較交叉手與非交叉手效應量大小的差異。為了比較反應位置和反應手分離后與分離前效應的差別, 進一步區分空間位置編碼和功能可見性, 對實驗2和實驗3的反應時進行聯合分析。實驗和刺激類型是自變量, 一致性效應量是因變量。結果發現實驗的主效應顯著,(1, 108) = 19.41,< 0.001, η= 0.15, 實驗3的一致性效應(= 12 ms)顯著小于實驗2 (= 34 ms)。刺激類型的主效應不顯著,(1, 108) = 1.29,= 0.259, η= 0.01。二者交互作用也不顯著,(1, 108) < 1。剪影和圖片刺激實驗2和實驗3一致性效應比較見圖11。
實驗3區分了反應位置和反應手, 結果表明剪影和圖片刺激都存在手柄位置和反應位置之間的一致性效應, 即手柄朝向和反應手之間的一致性效應為負數, 而且剪影和圖片刺激之間的效應大小無顯著差異, 這些結果都支持空間位置編碼假說。手柄因其不對稱性使得被試對手柄的空間位置進行編碼, 從而產生了基于客體的一致性效應。

圖11 兩種刺激類型實驗2和實驗3一致性效應比較
實驗2和實驗3的反應時聯合分析結果表明, 不管是對于剪影刺激還是圖片刺激的形狀判斷任務, 實驗3的一致性效應都顯著小于實驗2。這可能是因為左右手存在水平方向上微弱的左右空間位置編碼的結果(Proctor et al., 2003), 而實驗3雙手交叉放置則削弱了反應手的左右空間編碼, 導致實驗3產生的基于客體的一致性效應小于實驗2。反應時分布分析發現, 在分離反應位置和反應手后, 效應量在上升后出現了下降, 對比實驗2的結果, 可以推測在反應位置和反應手分離之后個體對不一致的適應較快, 這也從側面說明, 一致性效應的產生并不完全是功能可見性的作用。但其作用可能仍然存在, 因為手柄位置與反應手之間的功能聯結導致在分離反應位置和反應手之后一致性效應減小。
基于客體的一致性效應一直是工程心理學尤其是產品設計中的一項基本遵循。因此, 探討其產生機制, 為其應用提供基礎研究支持就顯得尤為重要。本研究通過3個層層遞進的實驗, 旨在解釋基于客體的一致性效應的產生機制是功能可見性還是空間位置編碼。研究結果說明空間位置編碼假說對產生基于客體的一致性效應有非常重要的作用。在左右按鍵反應的形狀判斷任務中, 相比功能可見性, 刺激的空間位置對個體認知加工速度的影響更大。這提示我們在人機界面設計以及商品標志設計中, 要注意把重要的圖標放在明顯且較易被看到的位置, 并增加圖標之間的差異性, 從而提高人們的識別速度。此外, 研究還發現當被試對圖片刺激進行加工時, 其速度顯著快于對剪影刺激的加工速度, 這可能是由于相對于剪影刺激來說, 圖片刺激所包含的視覺信息更多。因此我們在人機界面設計以及商品標志設計中, 圖標要盡可能地生動形象, 這樣更有助于提高個體的反應速度。
本研究中, 實驗1用煎鍋的剪影和圖片作為刺激材料, 刺激基于整體位置呈現于屏幕中央, 結果發現剪影刺激出現了一致性效應, 而圖片刺激沒有出現, 支持了空間位置編碼假說。實驗2中煎鍋底部呈現在屏幕中央, 使得手柄左右位置更顯著。剪影刺激和圖片刺激都出現了基于客體的一致性效應, 并且效應大小無顯著差異。對實驗1和實驗2進行聯合分析, 發現不管是剪影還是圖片, 實驗2的一致性效應都顯著大于實驗1, 符合空間位置編碼的解釋, 進一步說明基于客體的一致性效應的產生主要是由于空間位置編碼的結果。
此外, 本研究的實驗1中剪影刺激出現了基于客體的一致性效應, 而圖片刺激沒有。這一結果也可以用與反應選擇有關的視覺線索的顯著性來解釋。對圖片刺激來說, 這些視覺線索使得煎鍋底部的左右位置更顯著, 平衡了手柄的左右空間位置, 因此沒有出現基于客體的一致性效應。而剪影因為只有大致的輪廓, 不存在豐富的視覺線索, 因此產生了與手柄有關的基于客體的一致性效應。與剪影刺激相比, 圖片刺激有額外的特征, 判斷正立倒立方向相對更容易。Pellicano等(2010)要求被試判斷手電筒刺激的正立倒立方向, 結果也發現有一些顯著特征能幫助判斷。Song等(2014)通過對手電筒刺激的系統研究發現手電筒顯著特征的不對稱性對一致性效應的判斷有重要影響。特殊的視覺特征對產生反應選擇的空間編碼是至關重要的。圖片的顯著特征決定刺激的哪一部分被左右編碼, 從而產生不同的一致性效應。
Pellicano, Koch和Binkofski (2017)用兩種不同結構的奶油壺和茶壺圖片作為刺激材料進行研究, 結果發現, 不管如何豐富場景信息, 都沒有發現手柄和反應位置之間的一致性, 即沒有證據表明功能可見性對產生客體的一致性有作用。在本研究的實驗1中, 當刺激為圖片時, 也不存在基于客體的一致性效應(1 ms和?0.2%)。Proctor等(2017)用煎鍋圖片作為刺激材料, 當煎鍋圖像位于屏幕中央時得到的一致性效應為?15 ms和?1.5%, 同樣不存在手柄和反應位置之間的一致性效應。煎鍋圖片包含內部細節和環境深度信息, 正立倒立判斷任務是與語義加工有關的深度加工任務, 雙手反應也保證了功能可見性出現的條件。如果功能可見性對基于客體的一致性效應的出現有作用, 這兩個實驗都應該出現該效應。然而, 兩個實驗都沒有出現基于客體的一致性效應, 這說明功能可見性對基于客體的一致性效應的出現并不是必要的。當煎鍋底部中央呈現時出現了一致性效應(31 ms和3.3%), 顯著大于煎鍋基于整體位置中央呈現時的效應(1 ms和0.2%), Pappas (2014)的實驗4煎鍋整體基于像素數量中央呈現時, 結果得到了8.4 ms和1.0%的一致性效應, 數值正好介于煎鍋整體位置中央呈現和煎鍋底部中央呈現的效應之間。理論上講, 煎鍋底部中央呈現時手柄的相對位置最顯著, 煎鍋整體像素中央呈現次之, 最后是煎鍋整體位置中央呈現, 這與結果是非常符合的。
與圖片刺激相比, 剪影刺激不包含內部細節和環境深度信息, 因而不具備出現功能可見性的條件。本研究的3個實驗中剪影均得到的基于客體的一致性效應也支持空間位置編碼假說。實驗2煎鍋底部位于屏幕中央得到的一致性效應為37 ms和2.8%, 與Cho和Proctor (2010)實驗2(煎鍋底部中央呈現)的43 ms和4.2%效應大小接近, 并且顯著大于Pappas (2014)實驗4(煎鍋基于像素數量中央呈現)的11 ms和1.3%。這是因為煎鍋底部中央呈現相比整體位置中央呈現, 手柄的左右空間位置特征更加顯著, 因而產生的一致性效應更大, 這進一步支持了空間位置編碼的解釋。Cho和Proctor (2011)用茶壺剪影作為刺激材料, 得到了噴口方向和反應位置之間的一致性效應(14 ms), 在只保留茶壺噴口或者手柄的情況下, 分別得到了保留部分(24 ms和17 ms)的一致性效應, 因而用茶壺作為刺激材料的結果也支持空間位置編碼的解釋。目前對于剪影刺激出現基于客體的一致性效應的解釋較為一致, 都支持空間位置編碼假說。
本研究實驗3通過雙手交叉放置的反應方式以區分反應位置和反應手不同編碼的作用, 結果顯示圖片刺激和剪影刺激的一致性效應大小相似, 并且效應的方向與手柄位置的空間編碼一致, 即手柄位置和反應位置一致, 而不是和反應手一致時, 反應更快更準確。實驗3的結果更直接支持了空間位置編碼假說。實驗2和實驗3的反應時聯合分析結果發現, 兩個實驗的一致性效應大小有顯著差異, 實驗2的一致性效應量顯著大于實驗3。這可能是由于以下原因。第一, 實驗3雙手交叉放置使得反應更慢, 增加了手柄位置和反應位置一致時的反應時間, 使得不一致和一致時的反應時差異減小。第二, Proctor等(2003)認為即使刺激在左右位置, 反應位置上下排列, 雙手反應也會產生一個水平的、微弱的一致性效應, 說明左右手反應也會產生左右空間編碼(Rubichi, Vu, Nicoletti, & Proctor, 2006)。也就是說, 反應手和反應位置一致時的空間位置編碼的作用顯著大于不一致時。因此, 區分反應位置和反應手在一定程度上減弱了空間位置編碼, 使得一致性效應更小。第三, 功能可見性在其中或許也有一定作用, 在分離反應位置和反應手之后, 手柄位置與反應手之間的功能聯結作用導致手柄位置和反應位置之間的一致性效應減小。但實驗3的一致性效應僅僅是減少而并未發生反轉, 因此空間位置編碼的作用仍大于功能可見性。在Proctor等(2017)的研究中, 實驗條件設置為單手或雙手反應, 結果發現當煎鍋刺激底部位于屏幕中央時, 單雙手均出現基于客體的一致性效應, 且雙手效應大于單手。但Tipper等(2006)和Pellicano等(2010)對刺激進行正立倒立方向判斷的研究結果表明, 只有雙手反應出現了基于客體的一致性效應, 而單手并沒有出現。這一點無法用空間位置編碼假說解釋。因為按照該假說來看, 單手反應和雙手反應都存在左右空間位置編碼, 因此都應該出現基于客體的一致性效應。Ambrosecchia等(2015)通過任務轉換范式也發現, 可抓握客體和不可抓握客體的一致性效應的解釋機制并不相同, 這似乎在說功能可見性對基于客體的一致性效應的產生也有一定的作用。但本研究的實驗3通過雙手交叉放置分離了功能可見性和空間位置編碼這兩種解釋, 結果支持了空間位置編碼假說, 這可能說明在功能可見性和空間位置編碼對基于客體的一致性效應的作用方向相反時, 空間位置編碼假說發揮了更大的作用。
在雙按鍵選擇任務中, 許多研究表明功能可見性在基于客體的一致性效應的產生中作用很小(Cho & Proctor, 2011; Lien et al., 2014; Pellicano et al., 2017; Proctor et al., 2017), 空間位置編碼才是該效應產生的主要原因。這是因為鍵盤按鍵是對不同位置的反應, 與抓握手柄的傾向無關。Gibson (1979)認為功能可見性描述的是環境特性和支持特定活動的生物體動作系統的特性之間的關系。Warren (1988)將其引申為每一種功能可見性都存在要實現它的對應的動作編碼, 比如抓、扔、爬、坐、吃、喝等。每種動作模式都包含任務相關的肌肉組織的建構。通常認為, 功能可見性是環境和動作執行者任務特定意圖結合的一種傾向, 最初被認為是一種典型的左右Simon效應, 即先于任務要求對刺激的左右空間位置進行編碼(Ansorge & Wühr, 2004; Yamaguchi & Proctor, 2012)。然而功能可見性的支持者卻認為基于客體的一致性效應只有在特定的任務中才能出現。盡管如此, 仍然有很多研究者用抓握功能可見性解釋其結果。Dagaev, Shtyrov和Myachykov (2017)不考慮現有不支持功能可見性的證據, 發現當激活和抑制抓握功能可見性時出現了與手柄有關的正性和負性的一致性效應。但是Dagaev等(2017)確實承認不是在所有條件下人們都會產生抓握手柄的傾向。直觀地說, 就是我們不用執行所有與可操作對象相關的可能激活的動作, 特別是當抓握與任務要求無關時。在雙按鍵選擇任務中, 抓握動作沒有被事先啟動, 沒有理由假定客體會激活一種之后需要禁止的抓握傾向。
需要注意的是, 我們對于功能可見性作用很小的判斷局限于左右按鍵反應的研究中。Saccone等(2016)將刺激和反應的位置為上下時出現的基于客體的一致性效應歸因于功能可見性。他們上下呈現可抓握物體, 被試在豎直放置的按鈕盒上方或下方進行反應。實驗1被試進行刺激類別判斷任務, 得到了手柄朝向和反應手10 ms的一致性效應, 實驗3正立倒立判斷任務結果也是如此。但實驗2中的顏色判斷任務沒有出現該效應。基于這些數據, Saccone等(2016)得出結論, 功能可見性發生在與客體語義知識相關的判斷任務中。但該解釋存在一些爭議。他們將實驗2未出現效應解釋為顏色判斷(425 ms)比類別判斷(590 ms)和正立倒立判斷任務(610 ms)更容易。雖然Saccone等(2016)的反應時分布分析結果說明功能可見性編碼是一種有目的的策略, 但正如Bub, Masson和Kumar (2018)所提出的, 真正的功能可見性應該很快出現而不是隨著時間的推移才出現。因此, 仍需要強有力的證據來說明該結果是由于功能可見性而不存在空間位置編碼的作用。
本研究通過3個實驗證明了基于客體的一致性效應的產生機制。雖然最終結果支持了空間位置編碼假說, 但仍存在一些需要完善的地方。首先, 被試是根據煎鍋底部還是手柄特征對剪影和圖片刺激進行的方向判斷,應該在實驗結束以后進行后測說明, 以便更好地解釋刺激出現的一致性效應。其次, 由于采用的是認知行為實驗, 因此對基于客體的一致性效應產生機制的解釋仍然停留在行為層面。
此外, Proctor等(2017)的研究在Pappas (2014)研究的基礎上平衡了反應手與反應距離, 結果發現單雙手均存在效應, 支持空間位置編碼。但為了使遠距離可以被單手操作, 使用的是“H”鍵與“L”鍵, 相距僅為5.6 cm, 與Pappas (2014)的35.5 cm相差較大, 因此距離變量實際上并未徹底被排除。本研究也使用了相距較遠的反應鍵“A”和“L”, 以交叉手形式分離反應位置和反應手, 證明了空間位置編碼對于基于客體的一致性效應的產生的作用更大, 但并未比較雙手反應時反應距離的遠近是否會影響效應的大小。未來研究可以進一步比較在雙手反應的情況下反應鍵距離遠和近時基于客體的一致性效應是否存在差異。
目前已有用ERP、fMRI等技術對基于客體的一致性效應進行的研究, 如Styrkowiec, Nowik和Kroliczak (2019)就使用fMRI技術探測了抓握工具時主要涉及的腦區。因此未來可以用腦成像技術進一步探究基于客體的一致性效應產生的腦機制。最后, 左右按鍵反應本就存在空間位置編碼, 如果能通過不同的反應方式如口頭報告或抓握反應研究該效應, 可能會有不同的發現。
本研究通過3個實驗發現:(1)可抓握客體基于整體位置中央呈現時, 剪影刺激產生了基于客體的一致性效應, 而圖片刺激沒有。(2)當可抓握客體位置左右呈現時, 剪影和圖片刺激都產生了類似的基于客體的一致性效應。(3)而當被試雙手交叉放置時, 卻產生了手柄位置和反應位置而非手柄和反應手之間的基于客體的一致性效應, 說明當空間位置編碼與功能可見性作用相反時, 空間位置編碼的作用更大。本研究最終結果支持了空間位置編碼假說, 即基于客體的一致性效應的產生更多是由于對刺激不對稱手柄的空間位置進行編碼的結果; 當然, 功能可見性編碼在其中可能也起一定作用, 但其作用效果小于空間位置編碼。
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The underlying mechanism of object-based correspondence effect
SONG Xiaolei; WANG Dan; ZHANG Xinxin; JIA Xiaoqian
(School of Psychology, Shaanxi Normal University; Shaanxi Key Laboratory of Behavior and Cognitive Neuroscience, Xi’an 710062, China)
The object-based correspondence effect (also called object-based Simon effect), is a special spatial correspondence effect, which refers to the phenomenon that responses are faster and more accurate when a handle of the graspable object and the response position or the responding hand are consistent than inconsistent. Tucker and Ellis (1998) first found the object-based correspondence effect, and attributed the effect to the functional affordance of handles. In other words, when participants watch the graspable object, they automatically activate the tendency to grasp the handle of the object with their corresponding hands. Therefore, when the responding hand which is automatically activated by the handle is consistent that required by the task, responses are faster. In addition to the functional affordance, many researchers have also used the spatial position coding account to explain this effect. The account held the view that the generation of the object-based correspondence effect was related to the position of the asymmetric handle of the stimuli, which automatically activated the response of the ipsilateral position, leading to the object-based correspondence effect (Cho & Proctor, 2010). It’s uncertain that the generation of object-based correspondence effect is due to affordance coding or spatial coding hypothesis.
In the present study, three experiments were conducted to investigate the generation mechanism of the object-based correspondence effect. The stimulus materials were the silhouettes and photographs of the frying pans. In Experiment 1 the frying pan was located at the center of the screen, participants were asked to judge the stimulus to be upright or inverted, and responded with the responding hand. The aim of it was to examine whether the silhouettes and photographs of the frying pan would exist the object-based correspondence effect without significant spatial position. In Experiment 2, the base of the frying pan was placed at the center of the screen, which made the left and right position of the handle more significant, and continue to examine whether the object-based correspondence effect would appear when there existed the significant spatial coding. In Experiment 3, a crossed-hand response paradigm was adopted to separate response position from responding hand coding, in other words, participants pressed the right key with the left hand and the left key with the right hand, and to further explore the generation mechanism of the object-based correspondence effect.
The results suggested that there existed the object-based correspondence effect in Experiment 1 when spatial location of the stimulus was not significant for silhouette stimuli, but not photograph stimuli. In Experiment 2 when the spatial position of the stimuli was more significant, silhouette and photograph stimuli both showed the correspondence effect and the effect size was similar. The RT combined analysis of Experiment 1 and 2 suggested that the correspondence effect size of Experimental 2 was larger than Experiment 1 for silhouette stimuli, and similar for photograph stimuli. In Experiment 3 when the hands were crossed there was correspondence effect between the handle and the response position for both silhouette and photograph stimuli, but not the correspondence effect between the handle and the responding hand. The combined analysis with the Experiment 2 suggested that the effect size of Experiment 3 was smaller than Experiment 2 for both silhouette and photograph stimuli.
Based on these results, it is concluded that the spatial coding hypothesis plays an important role in the generation of the object-based correspondence effect during a two key-pressing selection task, the affordance coding or other explanations are much smaller than that.
object-based correspondence effect; grasping; affordance coding account; spatial location coding account; crossed-hand response
2019-09-11
* 國家自然科學基金面上項目(31671147), 載人航天工程航天醫學實驗領域項目(HYZHXM3001), 中央高校基本科研業務費重點項目(GK202002010), 中央高校基本科研業務費一般項目(19SZYB06)。
宋曉蕾, E-mail: songxiaolei@snnu.edu.cn
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