1、工作记忆表征捕获眼动中的颜色优先性 张豹 黄赛 候秋霞 广州大学教育学院/心理与脑科学研究中心 华南师范大学心理学院 嘉应学院教育科学学院 摘 要： 刺激属性所具有的引导效力在工作记忆表征自上而下地引导注意捕获过程中起重要作用, 已有研究表明工作记忆表征的颜色属性在引导注意时具有一定的优势。研究采用工作记忆任务与视觉搜索任务相结合的双任务范式, 结合眼动追踪技术, 通过设置具有较强引导效力的颜色属性与朝向属性进行直接竞争的实验条件, 进一步考察工作记忆表征的颜色属性是否依然具有优先性。实验 1 发现工作记忆表征的颜色属性与朝向属性同时竞争眼动捕获时, 颜色属性表现出较强的优势, 而朝向属性单独
2、呈现时并未表现出任何捕获效应。实验 2 与 3 进一步证实了颜色属性捕获眼动的优先性, 即当颜色属性在面临作为靶子属性的朝向属性的竞争时, 依然能捕获更多的注视点。这些结果直接证实了工作记忆表征的颜色属性在工作记忆表征的捕获眼动的过程中具有较强的引导效力, 相对于其他刺激属性 (如朝向、形状) 更具有优先性。关键词： 工作记忆表征; 注意引导; 眼动捕获; 颜色优先性; 作者简介：侯秋霞, E-mail:收稿日期：2013-03-18基金：国家自然科学基金青年科学基金项目 (31200854) The Priority of Color in Working-Memory-Driven Ocu
3、lar CaptureZHANG Bao Huang Sai HOU Qiuxia School of Education / The Center for Mind and Brain, Guangzhou University; School of Psychology, South China Normal University; School of Education Science, Jiaying University; Abstract： The target template maintaining in working memory can guide attention b
4、ias to target-like items in the visual scene facilitating the visual search. In addition to the target template, representations in worming memory that are irrelevant to the search target have also been shown to guide attention in a top-down way. During visual search, the distractor sharing attribut
5、es with the online working memory representations capture more attention than other distractors, displaying a robust memory-driven attentional capture effect. However, not all stimulus attributes of the working memory representations are equal effective in capturing attention, previous studies showe
6、d that the color attribute of a memory-matched distractor was more effective in capturing the first fixation than the shape attribute. According to the opinion of Wolfe and Horowitz (2004) , the color attribute was one of the “undoubted guiding attributes” that had greater efficiency for attention g
7、uidance than the shape attribute. So it is unclear yet whether color still has such priority when directly competing against the orientation attribute that is also one of the “undoubted guiding attributes”. Three experiments using the classic dual task paradigm were reported here to address this iss
8、ue. In Experiment 1, participants were asked to search for a specific target accompanied with a distractor which was always located in the opposite visual field of the target. The target and the distractor were respectively embedded in the bar with color and/or orientation attributes same to or diff
9、erent from the objects held in the working memory. The results suggested that the bar would capture more first fixations (i.e. ocular capture effect) only when it shared color attribute with the memory items than when it did not, most importantly, the color-matched bar still captured more first fixa
10、tions than the orientation-matched bar while they simultaneously appeared and directly competed for attention. In Experiment 2 and 3, participants were required to search either color or orientation of the remembered object. The results showed that in the color search task, ocular capture occurred w
11、hen the color attributes of the target matched the remembered object regardless of the orientation attribute. However, in the orientation search task, ocular capture still occurred when the distractor was of the same color as the remembered object and slowed down search. These asymmetric results aga
12、in demonstrated the priority of color attribute in the working memory representation. In conclusion, these results indicate that attentional priority could modulate attentional guidance from working memory, and the color attribute is of greater attentional priority for ocular capture than orientatio
13、n.Keyword： working memory representation; attentional guidance; ocular capture; priority of color attribute; Received： 2013-03-181 前言日常生活中每时每刻都会有大量的刺激作用于人类感觉系统, 但人类有限的信息加工系统通常只允许少量刺激进行进一步加工, 这就需要一种有效的通道控制机制能从复杂的视觉环境中快速搜索刺激, 以优化对靶子刺激的选择。这种机制被认为是注意选择机制 (Treisman Wolfe, 2007) 。根据注意的偏向竞争模型 (Desimone, 19
14、98; Desimone 另一种是自上而下的记忆驱动的方式, 如储存在工作记忆中的记忆表征会自上而下地增强与之相同或相似的刺激表征, 从而捕获注意 (如Olivers, Meijer, Pan, 2010; Soto, Humphreys, Soto, Hodsoll, Rotshtein, 白学军等, 2011; 胡艳梅, 张明, 徐展, 李毕琴, 2013; 潘毅, 2010a, 2010b) 。例如 Soto 及其研究团队在其系列研究中 (Kumar, Soto, Pan, Xu, Soto, Heinke, Humphreys, Soto Soto et al., 2006) , 首先
15、要求被试记住一个图形, 在工作记忆保持图形的过程中, 插入一个视觉搜索任务, 结果发现:当与工作记忆表征具有共同特征的刺激在视觉搜索中出现时, 该刺激会捕获注意。而且这种工作记忆表征驱动的注意选择是一种较为自动化的过程 (Soto et al., 2008) , 广泛存在于工作记忆表征只与干扰刺激匹配的条件下 (Olivers et al., 2006; Soto et al., 2006) , 注意选择的早期阶段 (Mannan, Kennard, Potter, Pan, Soto et al., 2005) , 自动化程度极强的视觉搜索 (Pan, 2010; Soto et al.,
16、2006) 等多种情境中。然而, 并非所有的工作记忆表征都能捕获视觉注意。Zhang 等 (2010) 认为, 工作记忆表征对注意的捕获在某种程度上取决于工作记忆表征的刺激属性是否具有引导效力, 如果工作记忆表征包含有具有较强引导效力的刺激属性 (如颜色) 时 (如 Soto etal., 2005, 2006) , 该表征就容易捕获视觉注意, 但当工作记忆表征不包含具有较强引导效力的刺激属性时 (如 Downing Houtkamp Peters, Goebel, 但在形状相同而颜色不同条件下, 没有发现任何捕获效应。此结果表明研究中的捕获效应主要来自颜色属性, 而非形状属性, 即在工作记忆
17、表征自上而下地引导视觉注意选择过程中, 工作记忆表征的颜色属性比形状属性对引导注意具有更大的优先性。根据 Wolfe 和 Horowitz (2004) 基于大量视知觉成果的总结, 发现不同刺激属性对引导注意的效力 (effectiveness) 是不一样的。有些属性, 如颜色、朝向, 大小, 在绝大部分研究中都发现可以有效地引导注意选择, Wolfe 和 Horowitz称这些属性为可引导注意的“绝对属性 (Undoubted attribute) ”; 而另一些属性, 如形状, 对注意的引导效力要差一些, 只在部分实验情境中表现出对注意的引导, Wolfe 和 Horowitz 称这类属性
18、为可引导注意的“可能属性 (Probable attribute) ”。有可能与外部的知觉表征一样, 内部记忆表征的颜色属性与形状属性亦具有不同的注意引导效力, 从而导致 Soto 等 (2005, 2006) 研究中所出现的颜色优先性, 即无论是外部的知觉表征, 还是内部的记忆表征, 颜色属性对视觉注意的引导皆具有一定程度的优先性。但要确定基于工作记忆表征的眼动捕获中的颜色优先性还需要进一步的实验证据。一方面, Soto 等 (2005, 2006) 的研究选用的是颜色属性与形状属性进行对比, 颜色属性与形状两种刺激属性对视觉注意的引导效力差异较大, 属于不同的级别, 前者显著大于后者 (W
19、olfe Wolfe, 1994, 1998) 。2.1.3 程序测试程序如图 1 所示, 每个测试开始时都会呈现一个白色的注视点, 注视点消失之后在屏幕中央呈现一根彩色条 1000 ms, 要求被试记住它的颜色与朝向。记忆刺激消失后, 呈现注视点 500 ms。接下来是视觉搜索任务。在视觉搜索任务中, 在屏幕左右 6视角处各呈现一个彩色条 (两者颜色与朝向彼此不同) , 彩色条中各有一个黑色字符“#”或“$” (高 0.5视角, 宽 0.35视角) , 要求被试快速判断字符“#”出现在屏幕的左边 (按鼠标左键) 还是右边 (按鼠标右键) 。为了防止被试采用如下策略:“只注视屏幕一侧, 若发现
20、没有靶子刺激, 就推测靶子在另一侧”, 在实验中有 20%的 Catch 测试, 即不出现“#”, 此时被试无需按键, 否则视为错误。其余 80% 的测试中靶子刺激随机出现在屏幕的左右侧, 且概率相同。按键反应后搜索刺激立即消失, 间隔 500 ms 后出现一个记忆探测刺激, 要求被试按鼠标键判断探测刺激与记忆刺激是否相同。在50%测试中两者完全相同, 按左键反应, 而在另外 50%的测试中两者在颜色或/和朝向上有所不同, 按右键反应。被试自主按键进入下一轮测试。根据记忆刺激与搜索刺激的关系, 实验设置 5 种匹配类型: (1) 完全匹配条件, 即视觉搜索中某个刺激与记忆刺激完全相同; (2)
21、 颜色匹配条件:即记忆刺激的颜色属性与视觉搜索中某个刺激相同, 而记忆刺激的朝向属性不出现在视觉搜索中; (3) 朝向匹配条件:即记忆刺激的朝向属性与视觉搜索中某个刺激相同, 而记忆刺激的颜色属性不出现在视觉搜索中; (4) 分别匹配条件:即视觉搜索中一个刺激与记忆刺激的颜色相同 (分别匹配-颜色条件) , 另一个刺激与记忆刺激的朝向相同 (分别匹配-朝向条件) ; (5) 控制条件:即搜索序列中的刺激与记忆刺激没有任务刺激属性重合。每种匹配条件各 64 个测试, 正式实验共 320个测试。正式实验之前有 20 个练习测试。图 1 实验 1 测试图示 下载原图注:图中不同条纹代表不同颜色采用眼
22、动仪同步记录被试右眼的眼动轨迹。实验开始前或被试休息之后都采用9 点矩阵进行校正。在每次测试开始的注视点处进行漂移校正, 并在启动视觉搜索任务前要求被试将眼睛保持在注视点位置 (注视点为中心 1.5 度视角的范围内皆可授受) 。2.2 结果分析与讨论1 名被试 Catch 测试错误率太高 (70%) 而被剔除。剩余被试 Catch 测试平均正确率为 92.64%, 搜索任务的正确率为 99.36%, 记忆探测的平均正确率为 95.27%。由于 (1) 反应时指标反映视觉输入到反应输出一系列非常复杂加工过程, 会导致在视觉搜索早期阶段产生的注意捕获效应受到晚期策略或认知控制等因素干扰而被掩盖,
23、因而不能精确反映工作记忆表征对注意的引导效应 (张豹, 黄赛, 祁禄, 2013) ; (2) 本研究主要关注刺激对眼动的捕获, 所以只对落在兴趣区内的首次注视点百分率进行分析, 而不对反应时数据进行分析。兴趣区被定义为以关键刺激为中心, 边长为 1.2视角的正方形区域内。关键刺激指与记忆刺激有共同特征的搜索刺激。在控制条件中, 程序事先随机指定一刺激为关键刺激, 此刺激与控制条件中的另一刺激无任何差别, 且出现在左右两边的概率相同, 主要作为后期统计分析的基线。需要说明的是, 在分别匹配条件下, 关键刺激有两种, 一种为颜色匹配刺激, 另一种为朝向匹配刺激, 这两种条件之间的对比可直接反映颜
24、色属性与朝向属性直接竞争时对眼动捕获的优先性。因此, 在统计过程中, 匹配条件共包括 6 种匹配类型, 每种类型下落在兴趣区内的首次注视点百分率如图 2 所示。另外, 实验 1 所设置的反应特征为字符 (“#”和“$”) , 字体较小, 被试需要集中注意才能予以识别;另一方面, 靶子字符随机出现在视觉搜索的颜色条内, 与记忆刺激匹配的搜索刺激之间没有特定的关联, 因此推测在视觉搜索的早期阶段可能难以捕获注意。为了验证这一推测, 实验 1 比较了控制条件下靶子字符所在刺激与干扰字符所在刺激捕获首次注视点的百分率, 结果发现, 两者对注意的捕获量非常接近, 差异不显著 (41.14% vs. 41
25、.96%) , t (10) = 0.39, p 0.7。此结果表明靶子字符并不影响视觉搜索早期阶段注意的捕获, 因此随后的统计分析中不再考虑靶子字符的位置因素。图 2 实验 1 各匹配条件下落在关键刺激兴趣区内的首 次注视点平均百分率 下载原图注:所有图中误差线标识的是标准误对落在各匹配条件下兴趣区内的首次注视点百分率进行重复测量的方差分析发现, 匹配条件的主效应显著, F (5, 50) = 15.25, p 0.6, 而且量值非常接近, 此结果表明工作记忆表征对注意的捕获主要来自颜色属性, 再一次验证了工作记忆表征的颜色属性对眼动捕获的优先性 (Soto et al., 2005, 20
26、06) ; 朝向匹配条件与控制条件差异不显著 (44.80% vs. 41.88%, p = 0.12) , 表明在实验 1 中没有发现朝向刺激属对眼动的捕获效应。在分别匹配条件下, 分别匹配-颜色刺激所捕获的首次注视点百分率显著大于分别匹配-朝向刺激 (58.18% vs.25.09%) , t (10) = 3.58, p0.9, 这表明即使面对朝向属性的直接竞争, 颜色属性对注意的引导效力也没有受到影响, 进一步说明了颜色对眼动捕获的优先性, 而分别匹配-朝向条件下的首次注视点百分率则显著小于朝向匹配条件 (25.09% vs. 44.80%, t (10) = 3.99, p 0.00
27、5) 和控制条件 (25.09% vs. 41.88%, t (10) = 4.14, p 0.005) , 表明颜色优先性还导致了与之直接竞争的朝向属性捕获的首次注视点显著减少。3 实验 2:朝向属性为靶子属性时 颜色捕获眼动的优先性实验 1 研究结果发现, 工作记忆表征的颜色属性能较为容易地捕获眼动, 但朝向属性则难以捕获眼动, 这与 Soto 等 (2006) 的研究结果有些不同。在 Soto等 (2006) 的研究中, 设置了倾斜 4.8与 38两种不同显著性的靶子。结果发现, 中性条件下高显著性靶子 (38) 比低显著性靶子 (4.8) 更容易被检测到, 能捕获更多的首次注视点。虽然
28、 Soto 等 (2006) 实验中, 朝向属性是作为靶子刺激, 并非直接考察工作记忆表征的朝向属性对注意的捕获效应, 但由上述结果可知, 随着显著性的增加, 朝向属性捕获的眼动就越多。由此推测, 工作记忆表征的朝向属性可能在一定条件下是可以捕获眼动的。实验 1 中朝向属性没有出现引导效应的原因可能有以下两种:原因一, 实验 1 中采用的朝向属性显著性不够, 不足以捕获注意。显然, 这一原因并不成立, 理由如下: (1) 据研究表明朝向之间相差 1到 2, 就可以辨别出差异, 一般认为相差 15以上, 视觉搜索就非常有效 (Foster Wolfe, 1994, 1998) , 而实验 1 中
29、视觉搜索的左右刺激之间朝向属性的倾斜度至少相差 45, 具有足够显著的知觉差异; (2) 实验 1 中刺激的朝向属性之间的倾斜度差异比 Soto 等 (2006) 的研究中的高显著性靶子条件还要大, 理论上应该更容易发现捕获效应, 但实验结果并非如此。原因二, 在实验 1 中, 刺激的朝向属性是作为任务无关属性出现的, 而在 Soto等 (2006) 的研究中, 朝向属性是作为靶子属性出现的。根据引导搜索理论, 该属性在视觉搜索之前会赋予其更大的权重 (Wolfe, 2007) , 因而能捕获更多的注意。因此, 实验 2 对如下问题进行验证:当工作记忆表征的朝向属性在作为靶子属性时, 能否促进
30、其对眼动的捕获?实验 1 中表现出的颜色属性对眼动捕获的优先性是否依然存在?3.1 方法3.1.1 被试9 名被试 (年龄 1922 岁, 平均年龄 20.78 岁) 参加本实验, 所有被试无色盲, 色弱, 视力及矫正视力正常。3.1.2 仪器与材料实验仪器与材料与实验 1 相同。3.1.3 程序实验 2 的程序与实验 1 的类似, 所不同的是实验 2 中不再呈现符号作为靶子刺激, 而是事先指定的靶子属性。根据靶子类型的不同, 实验 2 分为两个区组:区组一中, 事先指定记忆表征中的颜色属性作为随后视觉搜索的靶子属性, 即在视觉搜索任务中, 要求被试判断与记忆刺激相同颜色的刺激位置, 分别按鼠
31、标左右键对应屏幕的左右侧位置; 区组二中, 事先指定记忆表征中的朝向属性作为随后视觉搜索的靶子属性, 要求被试以同样的标准判断与记忆刺激相同朝向的刺激位置。同实验 1, 为了防止被试只看其中一侧而对另一侧进行推测, 每部分实验中包括 20%的 Catch 测试, 即视觉搜索中不出现靶子属性, 被试不需要反应。工作记忆表征与搜索靶子之间有 3 种特征匹配关系: (1) 完全匹配, 即工作记忆表征与其中一个搜索刺激的所有属性完全相同; (2) 靶子属性匹配, 即只有工作记忆表征的靶子属性与其中一个搜索刺激相同; (3) 分别匹配, 即工作记忆表征的靶子属性与其中一个搜索刺激相同, 而非靶子属性与另一个搜索刺激相同。各区组内每种匹配类型有 48 个测试, 每个区组包括 20 个练习测试和 180 个正式测试 (其中 36 个 Catch 测试) 。每个被试必须完成两个区组的测试, 测试的顺序在被试间进行平衡。3.2 结果与分析本实验视觉搜索的正确率为 97.44%, 记忆探测的正确率为 95.89%, Catch 测试的正确率为 98.39%。由于除 Catch 测试外, 其他测试的视觉搜索任务中都会出现靶子属性, 因此将首次注视点落在靶子刺激兴趣区与干扰刺激兴趣区内的百分率之差作为靶子刺激对眼动的捕获效应。
