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第一章
视觉搜索过程中的返回抑制

第一节
返回抑制的概念

在日常生活中,“找东西”是人们再熟悉不过的事情,如在杂乱的桌面上找到车钥匙,或者在书架上寻找《心理学》教材,注意会为我们搜索并定位目标提供帮助。那么,注意仅仅是帮助我们发现目标吗?或者是在搜索目标的同时对于已经搜索过的位置设置屏障,防止重复搜索以提高效率呢?视觉返回抑制的研究讨论的就是这一问题。

Posner和Cohen在1980年研究视觉搜索的过程中发现,当靶刺激出现在线索曾出现的位置时,人们对于靶刺激的反应时比它出现在非线索化位置时的反应时要长,线索不仅没有帮助视觉搜索,反而降低对于出现在线索化位置的靶刺激的反应速度。为什么会出现这种和常规推理相反的实验现象呢?接下来两位研究者对这种现象进行了更为深入、系统的研究,并于1984年联名发表题为“Components of visual orienting”的研究报告,专门论述了这一视觉搜索过程中这种有趣的视觉搜索现象,并将其命名为“返回抑制”。

靶刺激出现在线索位置返回抑制的得名,与其研究程序及研究者对这一现象成因的解释密切相关。Posner和Cohen (1984)研究返回抑制的经典程序如图1-1所示:

图1-1 返回抑制研究的基本过程

Posner等人采用的实验方法被后人称为“线索-靶子”范式,过程如下:

——呈现主屏幕。三个大小相等的小方框,中央一个作为注视点,左右两侧方框为外周刺激呈现位置。

——外周线索呈现。随机选择一个外周位置的小方框通过加粗线条的方式引起被试注意;这个过程称为“线索化”,线索出现的位置称为“线索化位置”。

——回到初始状态。

——靶刺激呈现。靶刺激可能呈现在曾经线索化的位置,此时靶刺激称为“线索化靶刺激”;也可能呈现在另一未被线索化的位置,此时的靶刺激称为“非线索化靶刺激”。

在以上研究程序中,将靶刺激与线索位置关系作为自变量,要求被试当靶刺激出现时进行按键反应,反应时间作为因变量,结果发现:当靶刺激出现在未曾线索化的位置时,反应时间更短;当靶刺激出现在曾经线索化的位置,反应时间长。Posner和Cohen认为这种现象反映了人类视觉搜索的一个重要特性:视觉注意在返回曾经停留过的位置时会出现一定的延迟,表现出对已加工过的位置进行自动化的抑制,“返回抑制”称谓的来源正是基于这种解释。

值得一提的是,在Posner和Cohen (1984)的研究中,采用的是单线索程序:仅对某一个外周位置进行一次线索化。但此后有研究者提出,既然返回抑制是注意从中央注视点返回外周位置时表现出的延迟现象,那么必须保证在靶刺激出现时,注意是在中央注视点,因此对单线索程序进行了改进,加入中央注视点线索化过程,将单线索程序改良为双线索程序,保证注意脱离外周位置回到中央注视点。

尽管Posner等人在最初研究中采用单线索程序观察到了返回抑制现象,但后来的研究者通过对比单线索程序和双线索程序发现,在相同的SOA(Stimulus onset asynchrony,线索呈现到靶子呈现的时间间隔)条件下,单线索程序产生了提示效应,而双线索程序产生了返回抑制(Lupianez et al,1997)。由于双线索程序更符合返回抑制的理论假设,因此目前进行返回抑制研究时,普遍采用双线索程序。

此外,还有一点需要说明,关于返回抑制的研究中,除了通过对比靶子出现在线索化位置的反应时(RTcued)与靶刺激出现在非线索化位置的反应时(RTuncued)的大小来确定是否存在返回抑制:RTcued>RTuncued,说明存在返回抑制;反之,RTcued <RTuncued,说明出现返回抑制的反转,即提示效应。此外,还可以通过计算返回抑制量(返回抑制量=RTcued -RTuncued)来确定返回抑制效应的明显程度。返回抑制量绝对值的大小可以说明提示或抑制效应的明显程度,绝对值越大,说明抑制(提示)效应越明显。将“返回抑制量”与“0”进行比较,或直接比较RTcued与RTuncued是否存在显著性差异,可以确定返回抑制量(提示量)是否具有显著性意义(Klein,2000)。

第二节
注意视觉搜索过程中的作用:选择与抑制

美国心理学之父威廉·詹姆斯(Willian James)在他的著作《心理学原理》中曾提出:注意是最值得研究的心理学问题,它关系着我们所有的心理活动。但遗憾的是在此后的近百年中,由于方法的局限,对于注意的研究始终难以深入。直到20世纪50年代,随着认知心理学的兴起,对注意问题的研究才取得了一些突破性的成绩,关于视觉注意提出了特征整合理论(Treisman,1988;Treisman et al,1980)、引导搜索理论(Wolfe,1994;Wolfe et al,1989)和决策整合假说(Palmer et al,2000)。在这三个理论中都提到,在视觉搜索过程中不仅有对于目标的选择与定位,同时存在另一种非常重要的现象:抑制现象。

Treisman的注意特征整合理论认为,注意作为一种有限性资源,当面临竞争性资源分配工作情境时,就会对注意对象作出选择,选择过程既有主体主动的有意识参与,同时也包含了自动化的加工过程。具体来说,在注意工作的过程中,主体会根据需要作出主动选择:重点加工部门信息而选择性忽略另一部分信息。但是,被忽略的信息并非完全没有得到认知加工,只是和重点加工的信息相比,其加工程度不足,一般情况下不能够进入意识领域。但是,如果刺激信息本身强度极大,即使分配到的注意资源很少,没有得到足够的加工,剩余部分仍然能够进入意识领域并获得有效识别。特征整合理论中,视知觉加工过程分为两个阶段。第一阶段为特征搜索阶段,在这个过程中,视觉对于知觉目标的主要特征进行并行加工,如形状轮廓、空间方位等,这些特征信息的编码是彼此独立的。第二阶段是特征整合阶段,要将知觉目标的多个特征信息进行整合,Treinsman认为空间方位标记在其中起到了重要作用。根据空间方位标记,知觉目标的各项零散表征信息得到整合,在这个过程中,如果能够分配到足够多的注意资源,信息便可以进入意识系统,并且能够调用已有知识网络中的经验信息,对其实现有效识别。在Treinsman的特征整合理论中,也对注意的抑制功能进行过论述。她认为,在注意加工过程中,固然会对一些重要的空间方位分配更多注意资源,以便对目标信息能够实现更加高效、准确和有深度的加工。例如,在我们要认识一个陌生人时,会将更多的注意资源放在其面孔上,对面孔信息进行更加深刻的加工,以便能够识别并记忆。但与此同时,注意也会抑制对无关信息或干扰信息的加工,使干扰信息处于低激活状态,变得更加不容易得到有效识别。注意的抑制作用和易化作用似乎是相辅相成的过程,抑制是为了更加突出核心内容的加工,为了保证核心内容的有效加工,必须选择性地抑制无关信息造成的资源浪费。

引导搜索模型是Cave和Wolf于1990年在特征整合模型修订的基础上提出的,研究者在实验中发现,对于色彩-形状、色彩-大小和色彩—方位特征的联合搜索,没有表现出特征整合理论所预测的系列搜索特点,而是对于三个特征的联合搜索(色彩-形状-大小)比两个特征组合的联合搜索更为容易,且刺激数量不影响搜索速度。由此可见,视觉搜索以平行搜索模式为主。Cave等人就是以此实验结果为依据,提出了“引导搜索理论”。

该理论认为,视觉搜索首先进行平行加工的特征觉察阶段,如色彩、大小、方位等特征信息,并将这些特征信息与自上而下的目标特征进行比对,每个特征均可以获得一定程度的激活,即赋予该特征一个激活值。接下来开始第二阶段的特征识别系列加工,根据第一阶段各个不同特征获得的激活值由高到低的顺序开展第二阶段的系列搜索,率先对激活程度高的特征进行搜索,若找不到结果,再对激活程度第二高的特征进行搜索,以此类推,直至发现目标。由于第二阶段的特征搜索顺序是由第一阶段平行加工过程中特征表征激活值决定的,因此第一阶段为第二阶段加工的先导,故称之为“引导搜索理论”。

人类的视觉系统担负着复杂的信息加工任务,相对于大量输入的信息而言,视觉系统的加工能力较为有限。作为一个资源有限性系统,在进行视觉搜索过程中,需要选择性地加工一部分信息而忽略另一部分信息。换言之,视觉搜索并不需要时刻对眼前所有信息都进行精细的加工处理,而只需要重点加工与当前任务相关的一部分信息即可,因此,在视觉搜索过程中,注意的选择与抑制功能发挥了极为重要的作用。可以认为,视觉搜索过程是聚焦和抑制密切合作的结果,成功聚焦保证了对于目标信息的有效加工,而良好的抑制功能保证了注意资源的有效分配,只有抑制对于无关信息、重复信息的加工,才能够保证关键性信息占有足够的认知资源,获得加工处理并进入更高级的认知活动阶段。

面对纷繁的环境,视觉搜索主要遵循两种途径:

其一,利用中央凹进行视觉搜索。神经生理学研究结果表明,视网膜中央凹聚集大量能够精确加工视觉信息的椎体细胞。当物体视像落在中央凹时,能够得到有效加工,而落在边缘视野的物象则难以得到充分加工处理,对物象的加工处理效果随着中央凹距离的增加而递减(Rodieck,1998)。

其二,通过注意调节完成视觉搜索的选择过程。什么样的刺激能最终落在中央凹受到精确加工并非随机、偶然的结果,这个过程受注意调节。在视觉搜索过程中,注意可以强化与目标关系密切的信息而抑制无关信息(Pashler,1998)。哪些刺激的网膜像能够落入中央凹并获得精细加工,由注意选择决定。注意选择对于视觉搜索具有决定性作用,有时被注意的刺激甚至在没能落入中央凹的情况下,仍然能够获得有效的加工,即所谓“余光效应”。

如果说,注意能够选择哪些刺激网膜像落在中央凹,那么,注意又是怎样完成这种意义重大的选择工作呢?在视觉搜索过程中,注意的选择控制包含了两个并行加工过程:

其一,外源性注意定向。外源性注意定向又称为自下而上的注意定向,当新异刺激出现在视野中,眼睛、头部甚至整个身体都会随之运动,即发生注意的朝向性反射,以便使得刺激物视像能落入中央凹而得到充分的加工。外源性注意定向的产生受刺激本身特点和主体意识状态影响。

其二,内源性注意定向。内源性注意定向是指有机体根据行为目标而采取的受意识控制的、策略性的定向行为。和外源性注意定向相同,内源性注意定向也受到刺激点和主体意识状态影响,但更主要的影响因素是主体的动机强度和策略使用水平。此外,注意选择还具有内隐性特征,不依赖眼动过程(Maylor et al,1985),虽然被注意意味着密集的眼动热点,但反之并不成立,视而不见的“变化盲视”现象就很好地说明了这一点(Simons et al,1998)。

有效的视觉搜索是外源性注意定向和内源性注意定向协同作用的结果,最终锁定目标需要二者平衡的相互作用(Jonides,1981;Muller et al,1989;Yantis et al,1990)。

迄今为止,关于视觉搜索过程中注意定向问题的论述有三种代表性的理论:特征整合理论、引导搜索理论和决策整合假说。三种理论一致认为,无论是内源性定向还是外源性定向,视觉搜索过程中都包含了注意参与的抑制过程。但遗憾的是,上述理论并未能详细阐明在视觉搜索中如何发挥注意的抑制作用。直到返回抑制的概念提出,对于视觉搜索过程中抑制现象的实证研究才正式拉开帷幕。研究者认为,返回抑制在视觉搜索中起着重要的作用,通过阻止注意回到已经搜索过的位置来提高视知觉加工效率,可以认为返回抑制现象的存在是注意发挥作用的重要证据,体现了人类认知加工过程强大的适应性和灵活性(Posner et al,1985)。

第三节
返回抑制的研究范式

返回抑制作为视觉搜索中一个重要的注意现象,过往几十年中对这一现象进行过大量研究,采用的经典研究范式主要包括如下几种。

一、线索-靶刺激范式

Posner和Cohen不仅最先发现了返回抑制现象,而且其研究范式便是线索-靶刺激范式。线索-靶刺激范式是返回抑制研究领域中最早采用、最经典的范式,后来诸多范式皆以最初的线索-靶刺激范式为基础,由此演变而生。

线索-靶刺激范式向被试展示的是一个简单的视觉判断任务场景:

一是初始屏幕正中央呈现一个注视点,注视点两侧各有一个方框。二是计算机程序自动选择对任意一个方框加亮/闪烁,这个过程称为外周线索化。三是回到初始屏幕。四是计算机自动选择在任意一个方框中呈现靶刺激/目标刺激,被试在看到目标刺激后第一时间对目标刺激作出按键反应(Posner et al,1984)。当线索呈现时间和靶刺激呈现时间间隔大于300ms时,靶刺激出现在曾经线索化的位置,被试的反应时间相比于靶刺激出现在未曾线索化的位置要更长一些。

二、多线索提示范式

线索-靶刺激范式主要用来研究返回抑制的时程,而多线索提示范式则是用来研究返回抑制的空间特征:当出现两个或更多个线索化位置时,是否在每个曾经线索化的位置都会出现返回抑制的现象。

Maylor等人(1985)最早对该问题进行了研究。研究者在屏幕中央注视点两侧各设置7个黑色圆点,7个圆点竖直排列整齐为一列。左右两列的居中圆点与中央注视点间距12°视角。7个圆点之间间距等长,从第一圆点到最后一个圆点间距为9°视角。实验开始后,要求被试注视中央注视点,随后对左侧或右侧中间圆点进行线索化,线索消失一段时间后,在所有14个圆点的位置可能随机出现目标刺激。研究结果发现,靶刺激的反应时间与目标出现的位置有关系,目标出现的位置离线索化位置越远,被试对目标刺激的反应速度就越快。这种现象可以理解为返回抑制的空间效应。

Abrams和Pratt在1996年的实验中,在注视点周围上下左右四个方位均设置了一个方框,对其中两个位置先后进行线索化,当线索化位置为对称位置时,返回抑制现象仅仅出现在后面一个线索化位置,但是如果对相邻的两个位置分别进行线索化,则两个位置均可观察到返回抑制现象。

Wright和Richard在研究中同时对多个位置进行线索化,结果在每个线索化的位置上均能够观察到返回抑制现象。当线索数量为2~4个时,不同线索数量对返回抑制效应没有影响。

三、双任务范式

在探索返回抑制机制的过程中,工作记忆和返回抑制存在一定的关系(Ho et al,2004;Woodman et al,2004),双任务范式则是用来进一步研究二者之间关系的方法。

Vivas (2010)在实验中,将工作记忆任务安排在返回抑制任务前面,在完成返回抑制任务之后,对在此之前学习过的内容进行测量,以探讨工作记忆负荷对返回抑制效果的影响。结果发现,在记忆负荷条件下,被试仍然表现出返回抑制效应,甚至效应量大于没有工作记忆任务的情况。

四、隐性附随搜索范式

返回抑制作为选择性注意过程中一种重要的抑制机制,在现实生活中具有极大的适应性价值。为了提高研究的生态效度,近年来在返回抑制的实验中加入真实场景图片。Klein采用的隐性附随指针探测范式便是将真实场景与返回抑制实验相结合的一种方法。

在一张真实的场景图片上,对其中某个位置进行标记(ON-Probe),随后出现的探测靶刺激可能在标记过的位置,也可能在未标记过的位置。Klein和MacInnes研究发现,当靶刺激出现在标记位置时,反应时明显比出现在未标记位置时更长,说明真实场景中返回抑制现象的存在。且在眼动轨迹方面的证据也可以支持返回抑制的存在:相比于出现在未标记位置上的探针,对于出现在曾标记位置上的探针被试的眼跳潜伏期更长。

第四节
返回抑制的特征

作为视觉搜索过程中重要的抑制现象,返回抑制是稳定存在的吗?它受到哪些因素的影响呢?返回抑制概念提出后,一系列相关特征问题的研究深化了人们对这一现象的认识。

一、返回抑制的时程特征

Posner和Cohen不仅最先发现了返回抑制现象,而且在其研究中,对于返回抑制的特征进行了有价值的探讨。他们在研究中发现,返回抑制是否出现,受线索呈现到靶刺激出现的时间间隔(SOA)影响。当SOA小于300 ms时出现提示效应:靶子出现在之前线索的位置(线索化靶刺激),被试反应速度更快,即线索加速了对于靶刺激的反应;而当SOA大于300 ms时出现返回抑制:靶子出现在非线索化位置(非线索化靶刺激)被试的反应速度更快,提示作用发生反转,线索降低了对于靶刺激的反应速度。关于SOA与返回抑制之间关系的研究极具代表性,可统称为“返回抑制的时程特征研究”。后来研究者或验证Posner等人的研究结论,或加入其他变量,如反应类型、被试类型、线索特征、认知负荷等,研究新加入变量和时程对于返回抑制的交互作用(Hartley et al,1995;Faust et al,1997;Danziger et al,1998;Berlucchi et al,2000;Langley et al,2001;Castel et al,2003;Bao et al,2004;Langley et al,2007;Langley et al,2011)。

关于返回抑制时程问题的研究,根据实验过程中要求被试完成的反应任务的不同,可以将研究分为检测任务、辨别任务。Posner等人进行的经典研究中,要求被试进行的反应属于检测任务,被试只需要确定在一个独立试次中,给定目标是否出现在指定区域,如果出现,被试按要求按键反应。

类似信号检测论的研究程序,被试的辨别任务又包含了两种不同的难度水平。在简单辨别任务中,被试需要区分靶刺激和干扰刺激,并对靶刺激进行反应,对干扰刺激不需要作出任何反应(Jason Ivanoff,2003;Terry,1994)。另外还有难度更大的联合辨别任务,靶刺激不再是一个而是多个,被试不仅要区分不同的靶刺激,并且要给出不同的反应(Pratt,1995;Lupianez et al,1997)。

起初研究者认为,返回抑制只存在于检测任务中,辨别任务中不存在返回抑制(Klein et al,1994),但后续研究推翻了这一结论。目前学术界普遍承认,复杂的辨别任务中仍然存在返回抑制,只是和检测任务相比,返回抑制出现的时间较晚,表现出时程差异(Klein,2000)。

二、返回抑制的空间特征

视觉搜索总是发生的某一时空背景下,因此对返回抑制特征的研究,除时程问题外,其空间特征也非常值得关注。关于返回抑制空间特征的研究也称为“返回抑制容量”研究,这类研究关心返回抑制现象是否可出现在多个曾经线索化的位置,被抑制位置的数量即返回抑制的容量。Posner等在研究时程对返回抑制的影响之余,并没有忽略其容量的问题,他们通过先后线索化两个外周位置探讨是否在这两个位置都可以观察到返回抑制,结果发现,后一个线索化位置存在返回抑制,而在先前线索化位置未观察到返回抑制。但是,实际生活中视觉搜索对象较多,Posner等人采用的刺激材料中仅包含两个外周位置,不能很好地代表生活中的视觉搜索过程,降低了研究的生态效度。因此,后来研究中对其研究程序进行了修正,采用四个以上的外周刺激,对多个外周刺激进行序列线索化或同时线索化,以此研究返回抑制的空间特征,即返回抑制的容量问题。

序列多线索指在中央注视点周围分布多个外周位置,在靶刺激出现之前,多次对外周位置进行线索化,每次随机选取其中一个位置。Pratt和Abrams (1995)采用了类似Posner研究返回抑制时使用的程序,仅设置了两个外周线索位置,对其中某个线索位置连续两次进行线索化,或依次对两个位置分别进行线索化,研究结果发现,两种不同实验条件下,被试均表现出对于最后一次线索化位置的返回抑制,而先前一次线索化的效果未能体现在被试的行为反应中。Tipper等人(1995)在研究中将外周位置的数量从2个增加为4个,每个实验试次中随机选取其中3个依次进行线索化,结果发现了3个被线索化位置均表现出返回抑制效应。此后,研究者继续增加外周位置的数量至8个、12个,并对其中4~5个位置进行序列线索化,结果发现多个位置均表现出返回抑制,但是最后一次线索化位置返回抑制效应量最明显,向前依次递减。

同时多线索程序中,在靶刺激出现前,同一时间对多个外周位置进行线索化。在Wright和Richard (1996)的研究中,采用同时多线索化方法考察眼动及眼动准备是否作为返回抑制的必要条件,即返回抑制是否包含眼动过程。如果眼动或眼动准备是返回抑制的必要条件,那么在同时多线索化条件下,不可能在每个位置上都观察到返回抑制。研究中设置了8个外周位置,当同时对其中4个进行线索化时,每个位置都可以观察到相似的返回抑制效应。这个结果说明,眼动不是返回抑制的必要条件。

此后,又有诸多研究者在变化SOA、反应类型、被试类型、线索数量、线索之间位置关系、线索之间时间关系等实验条件的情况下,讨论返回抑制的容量问题。有人认为返回抑制容量大于1,但也有研究者指出:当且仅当多个线索相邻时,返回抑制容量才可能大于1;而在多个线索间隔条件下,无论序列多线索还是同时多线索任务中,返回抑制的容量都只有1。因此,关于返回抑制容量问题在研究结论方面并未形成统一认识(Danziger et al,1995;Pratt et al,1995;Tipper el at,1996;Wright et al,1996;周建中等,2001;Dodd et al,2003)。

第五节
返回抑制机制研究:范式变革中深化认识

进入20世纪90年代后,关于返回抑制问题的研究从最初对其特征的探讨演变为对机制问题的分析:作为视觉搜索过程中非常重要的一种注意现象,对返回抑制机制的研究可以深入揭示视觉搜索过程中注意的作用原理。当然,对于机制问题的深入探索离不开研究方法的变革,研究技术的革新为拓展这一领域的认识提供了可能。总结回顾前人关于返回抑制机制问题的研究可以发现,这类研究主要探讨三个问题:返回抑制作用的参照系问题、作用过程以及和其他心理过程的交互作用。

一、返回抑制的作用参照系

在视觉搜索过程中,既然可以对某个位置产生抑制,那么对这个位置就需要进行标记,即进行抑制编码。然而,抑制编码的信息是位置本身还是在这个位置上的客体信息呢?Posner和Cohen在最初研究返回抑制时,对其作用参照系的问题给出了假设,认为这种抑制来源于对空间信息的编码,所以应注意对于每一个曾经停留过的空间位置进行编码,并且让自动抑制返回曾经编码过的位置,“返回抑制”也正是得名于此。尽管视觉搜索是在一定的空间范围内进行的,但是在这一空间中一定存在着若干客体,抑制编码真的基于空间吗?是否和空间中的客体有关系呢?源于对这个问题的思考,研究者开始探索返回抑制作用的参照系究竟是基于空间还是基于客体,并且创造出了“动态范式”(Tipper et al,1991)。

Tipper等人早期使用的动态范式如图1-2所示:

图1-2 返回抑制研究的动态范式

对比传统静态范式,动态范式通过改变外周线索化位置,分离空间信息和客体信息,以分析返回抑制是否存在客体编码的问题。在动态范式中,若靶刺激出现位置如图1-2中D1所示,并出现返回抑制现象,则说明返回抑制基于客体;若靶刺激出现位置如D2所示,并观察到返回抑制,则说明返回抑制基于空间。Tipper等人研究结果表现,线索化位置移动后,在新的位置上仍然观察到返回抑制,返回抑制的参照系是基于客体的。但也有研究者指出,由于动态范式中外周位置运动沿某一轨迹进行,移动后的新位置和先前位置之间存在明显关系,所谓“基于客体”的返回抑制,是基于空间的抑制效应的延续(Schendel,2000;Schendel et al,2001)。国内学者张明、张阳(2006)提出,动态范式中的返回抑制是基于空间抑制的动态更新,而非基于客体的抑制过程。

综上,关于返回抑制的参照系(基于空间?基于客体?)这一问题的探讨目前并未形成一致性结论,但动态范式的提出及推广,提高了返回抑制研究的生态效度,在动态环境中如何搜索目标,是否存在抑制现象这些问题,可以通过采用动态范式的研究得到解决。

二、返回抑制作用过程

在返回抑制任务中,个体实现对靶刺激的反应包含了两个过程:觉察和运动组织。前者属于知觉范畴,后者属于反应范畴。根据返回抑制的概念可知,返回抑制指存在于视觉搜索过程中的对于返回曾经搜索过的位置的抑制效应。那么这种抑制效应究竟发生在对靶刺激的知觉过程中还是反应过程中呢?关于返回抑制作用过程这一机制问题的讨论,目前学术界主要存在两种尚未统一的观点:知觉抑制说和反应抑制说。

知觉抑制说又称为注意抑制说(inhibition attention,IA)。该理论认为,返回抑制形成的原因是由于抑制作用于靶刺激的知觉加工阶段,对先前线索的知觉加工成为抑制作用发生的关键,注意定向本身并不能引发返回抑制。

Posner (1985)等研究者通过采用内源性注意定向和外源性注意定向程序的对比研究(见图1-3)发现了返回抑制的这一重要特征。尽管在两种不同的实验任务中都存在注意定向,即由线索引导接下来的注意指向,但两种任务的区别在于是否对于线索化位置(客体)进行了有效的知觉加工。对于线索的确切的知觉加工发生在外源性注意定向任务中,内源性注意定向任务中,中央箭头作为线索,只能单纯起到引导注意的作用,不能确保对外周位置的有效知觉加工。结果发现,在返回抑制发生在外源性注意定向任务中,内源性注意定向任务中并未观察到这一现象(Posner et al,1985;Rafal et al,1989)。此即返回抑制可以被看作是视觉空间注意在回到曾停留过的位置时表现出的延迟现象,这种延迟导致了对靶刺激知觉加工的延迟,因此出现了线索位置靶刺激加工速度落后于非线索化位置靶刺激加工速度的现象。此即返回抑制作用于对靶刺激的知觉加工阶段(Posner et al,1985;Taylor et al,1998,2000)。

图1-3 外源性注意任务与内源性注意任务对比

知觉抑制说提出后获得了大部分研究者的支持,迄今为止它仍是解释返回抑制作用过程时采用最多的理论。近年来,一些认知神经科学方面的研究证据也有力地支持了知觉抑制理论。有研究者使用事件相关电位技术对返回抑制现象进行研究,发现线索化条件下比非线索化条件下诱发的脑电波P1/N1成分更小。P1/N1成分被认为是和早期感知觉加工有关的脑电波成分。相比于目标出现在非线索化位置,当目标出现在线索化位置时,P1/N1的低峰值波幅说明此时目标并未得到更加充分的加工(Hopfinger et al,2001;McDonald et al,1999;Prime et al,2009a)。

对于返回抑制作用过程的另一种解释称为“反应抑制说”(inhibited response,IR)。作为与知觉抑制说相矛盾的另一种观点,尽管反应抑制说提出较晚,但一经提出便引起了学术界的普遍关注,与此相关的研究大量涌现。

Tassinari等人于1987年率先提出了反应抑制假说,他们认为返回抑制是由于自动阻止朝向线索化位置的眼球运动而引起的(Tassinari et al,1987;Rafal et al,1989)。但是,即便眼动朝向线索化位置,仍可观察到返回抑制,因此,用眼动朝向解释返回抑制似乎并不准确(Taylor et al,2000)。然而,这并没有完全否定反应抑制假说。Klein和Taylor(1998)指出,IOR被表征于空间运动地图中,起着提高反应判断标准的作用,当随后的反应需要涉及存储在该地图中的同一表征时,激活该表征就需要更多的信息和更高的强度。因而,该理论认为IOR(inhibition of return,返回抑制)并不影响信息累积,而是影响对反应执行的判断标准。应该说,该理论较好地解释了为何IOR未能出现在非空间信息的辨别任务中(Pratt et al,1995)。

反应抑制说的支持者认为,根据实验设置要求,被试必须有意识地抑制对于线索的行为反应,相当于对线索化位置或客体打上了“抑制标签”(Fuentes,2004)。抑制标签会导致对接下来出现在线索位置的靶刺激反应迟缓,类似于物理学中力的惯性作用。这种抑制作用发生在行为运动层面,而不是在眼动过程中。为证实抑制标签的存在和反应抑制理论,靶子-靶子范式应运而生。

根据反应抑制理论,如果可以解除对于线索的反应抑制,那么对接下来靶刺激的反应应该不再出现返回抑制效应。Maylor和Hockey(1985)以这一假设为线索,设计了靶子-靶子实验任务:第N次反应的靶刺激同时成为第N+1次反应的线索,以解除对第N+1次反应的抑制效应。当第N+1个靶刺激出现在第N个靶刺激曾出现的位置时,如果其反应时间小于等于靶刺激出现在对侧位置时的反应时间,说明反应抑制的惯性停留被清除,返回抑制作用应该消失。但是,数据结果并不支持这个推断,当第N+1个刺激出现在第N个刺激出现的位置时,其反应时大于出现在第N个位置对侧的反应时,即返回抑制仍然存在。至此,对于反应抑制说的证明似乎陷入僵局。但是,相关研究并没有停止,而是另辟蹊径,从其他角度论证反应抑制的存在。

Ivanoff等人采用辨别任务研究返回抑制的过程中发现,返回抑制和SIMON效应(左手对出现在左侧的刺激反应更快,右手对出现在右侧的刺激反应更快的一种现象)存在明显的交互作用,这一结果暗示返回抑制过程和行为反应存在密切关系(Ivanoff et al,2001 )。此外,Schmidt等人通过时序迫选任务和线段错觉任务研究证明,对线索位置靶刺激的知觉加工不仅不存在所谓的抑制现象,反而存在知觉优先效应(Klein et al,1998);Handy等人在类似的研究中发现,对线索化位置靶刺激的辨别力指标(d′)下降,同样说明了知觉优先效应的存在(Handy et al,1999)。以上研究结果均可间接说明,抑制发生在反应阶段。

此外,也有事件相关电位(event-related potential,ERP)的研究结果发现,一些代表抑制反应决策的ERP成分,如Go /Nogo作业中的N2成分、与抑制反应关联紧密的定位于初级运动皮层区域的Beta频段同步谐振,也在线索化条件下观察到更低的幅值。由此可以推测,返回抑制现象的出现是返回抑制的结果(Kiss et al,2008;Pasttter et al,2008;Prime et al,2009b;Tian et al,2008)。

当前,关于返回抑制作用过程这一机制问题的探索尚未形成明确结论,知觉抑制说和反应抑制说也仅是其中最具影响力的两种假说,关于作用过程问题,还存在其他解释,如“标准变化假说”(criterion shift,CS)“刺激反应分离假说”(stimulus - response disconnection,DIS)等。

其中标准变化假说认为,个体在对于曾经搜索过的位置进行重复搜索时,会采用更高的检测标准,这种检测标准的提高导致了搜索速度的降低,因而表现出返回抑制现象。而刺激反应分离假说则认为,抑制发生在感知觉信息转化为行为的过程中,当线索-靶子时间间隔较长时,感知加工内容出现了自动化的衰减,刺激与相应的行为之间出现了分离,导致返回抑制现象的发生(Fuentes et al,1999)。

图1-4中对比了关于返回抑制作用过程的几种假说,通过图中各种理论关于知觉过程和反应过程时间关系的比较,可以较为直观地比较出几种理论的差别。

图1-4 返回抑制作用过程的四种理论(来自Ivannoff,2003)

鉴于“知觉抑制说”和“反应抑制说”长期并存且争论不休的状态,学术界渐渐形成一种中立的观点:“双重机制说”。这种观点同时包含了知觉抑制说和反应抑制说的理论内容,即返回抑制中既包含知觉抑制,又包含反应抑制。随着实验方法和技术的进步,近年来返回抑制的研究中可以同时搭载眼动测试,不仅可以在行为层面对返回抑制现象进行分析,而且可以通过眼动测量数据从更加直观的角度了解被试的视觉搜索过程。Pratt等研究者认为,在眼动追随目标的过程中出现的抑制现象属于知觉抑制,而在行为实验中,要求手动操作对目标刺激作出按键反应,这个过程中出现的抑制属于反应抑制(Hunt etal,2003)。如果知觉抑制和反应抑制同时存在于返回抑制发生的过程中,那么是否知觉抑制和反应抑制是两个相对独立的加工阶段呢?Hunt和Kingstone (2003)发现了返回抑制效应在眼动作业和手动作业中任务分离:靶刺激的亮度变化仅影响手动反应作业中的IOR,而中央注视点消失(fixationoffset effect,FOE)仅对眼动作业中的IOR有影响(Hunt et al,2003)。此前研究结果已有定论:FOE由上丘眼动系统负责,而亮度变化效应则由注意系统负责。Hunt和Kingstone (2003)指出,IOR由知觉相关的注意成分和运动相关的眼动成分构成。尽管这一发现受到随后Souto等人(2009)的质疑,但IOR在眼动和手动反应作业的分离效应却得到了越来越多研究的支持。例如,Y.Zhang和M.Zhang (2011)发现,空间工作记忆负载只能影响按键反应,而不能影响眼动反应作业中的IOR。

为更好地解释返回抑制现象与其他一些复杂心理现象的交互作用,如语义启动、Stroop效应,研究者提出了“抑制标签理论”(inhibitory tagging,IT)。Vivas和Fuentes (2001)研究发现,在将IOR和Stroop相结合的任务中,当色词出现在线索化位置时,对于后来词汇的辨别干扰比其出现在非线索化位置造成的干扰更小。在另一项关于语义启动的研究中发现,当语义启动信息作为线索出现时,后来的目标信息出现在非线索位置时获得了启动效应,但是当目标信息出现在线索位置时,语义启动效应翻转。以上这些现象均无法用“知觉抑制”或“反应抑制”理论加以解释。因此,Fuentes和其他一起工作的研究者提出了“抑制标签理论”(Fuentes et al,1999;Vivas et al,2001;Vivaset al,2008)。该理论认为,外周线索的出现会激活两个不同的注意系统:一个是由注意定向网络负责的定向系统;另一个则是由前额叶的注意执行网络负责的抑制标签(inhibitory tagging,IT)系统。抑制标签作用于先前线索化位置,其功能是在刺激表征到达反应表征的通路上,暂时地阻断“刺激-反应”连接(Fuentes et al,1999;Vivas et al,2001;Vivas et al,2007)。

转换抑制假说是另一个将知觉和反应过程联系起来,共同解释返回抑制现象的假说。转换抑制假说认为,前期线索的出现,占据了视觉工作记忆的资源,根据工作记忆资源有限性理论推测,当工作记忆资源部分被占用之后,后续的工作记忆加工就会受到一定程度的影响。如果线索刺激和靶刺激需要的视觉工作记忆资源类型一致,二者就存在竞争关系,会造成先呈现的线索对后出现的靶刺激反应不敏感。当线索类型和靶刺激类型不一致时,激活的工作记忆资源不尽相同,二者竞争关系不明显,这时对靶刺激的信息处理可以进行得更加及时。安哲锋(2002)在研究中改变了线索和靶刺激形状的一致性,结果发现在线索和靶刺激形状一致的情况下,可以观察到更加显著的返回抑制现象;线索和靶刺激形状不一致时,返回抑制解除。

三、返回抑制的成分:抑制与易化

在最初关于返回抑制现象的研究中有观点认为,返回抑制是由外源性线索引导的一种自动化的现象,对于线索化位置靶刺激的反应速度慢,发生抑制现象,而对于非线索化位置靶刺激的反应速度则作为检验抑制效应出现的基线值。然而后来的研究对此观点提出了挑战,多位研究者发现不仅存在对于线索化位置的抑制,同时也存在非线索化位置的易化效应,即对于出现在非线索化位置的靶刺激反应时间小于基线值(Tassinari et al,1989;Rafal et al,1989)。

Maylor和Hockey (1985)在对比中央线索和外周线索对于返回抑制效应影响的研究中率先观察到非线索位置的易化现象:在仅对中央位置进行线索化的条件下,靶刺激出现在任意一个外周位置,此时的反应时间小于靶刺激出现在外周线索化位置,且大于靶刺激出现在外周非线索化位置。但遗憾的是,这一结果并没有引起当时研究者的重视。Tassinari等人在1989年采用类似的研究程序,同样检测到中央线索条件下靶刺激的反应时大于外周非线索位置靶刺激的反应时。此时研究者对这一现象进行了分析,认为可以将中央线索化条件下对于靶刺激的反应时间视为基线标准,而在外周非线索位置测量到的靶刺激反应时间小于这一标准,说明在该位置存在易化效应,返回抑制不仅是线索化位置靶刺激反应的抑制现象,而且非线索化位置易化效应的存在说明个体对于该位置存在积极反应偏向(Tassinari et al,1989)。同年,Rafal等人在增加中性线索的条件下,也得到了类似的研究结果:线索化位置的抑制和非线索化位置的易化是同时存在的,并将这种现象解释为主观偏向影响的结果(Rafal et al,1989)。

非线索化位置抑制效应观点的提出,对最初关于返回抑制机制的假设提出了挑战:返回抑制效应产生的原因是因为线索化位置的抑制、非线索化位置的易化还是两者共同作用的结果?在后续的研究中,线索化位置的抑制效应被证明是一种独立的存在,在改变线索呈现条件的情况下,抑制效应会受到影响。例如,Lupianez等人(2007)研究发现,在告知被试靶刺激有效概论的条件,在线索预测效度高的实验条件下,被试对线索化靶刺激的反应时间小于非线索化靶刺激的反应时间,返回抑制效应初显反转;反之,在线索预测效度低的条件下,被试对线索化靶刺激的反应时间大于非线索化靶刺激的反应时间,表现出明显的返回抑制效应。这一结果说明,线索化位置的抑制效应相对独立。其他研究者采用类似的方法也得到了一致的结论(Lambert et al,1991;Berlucchi et al,2000;Lupianez et al,2004;Mele et al,2005;Chica et al,2006)。由此,返回抑制被认为是线索化位置抑制和非线索化位置易化共同作用的结果。

第六节
以特定人群为被试的返回抑制研究

在认知心理学中,使用返回抑制方法研究空间认知和注意的问题,以了解内在的加工机制和神经结构。返回抑制可以用来研究注意定向机制,了解与注意相关的大脑皮层活动情况,被试范围从新生儿到老年人,从正常人到心理疾病、精神疾病患者。正如此前讨论中提到的,返回抑制作为一种方法,研究注意相关的认知活动,了解注意作为一种调节机制,是如何与其他认知活动,如知觉、记忆发生相互作用的。

以新生儿为被试的返回抑制研究中发现,刚出生的婴儿身上可以观察到返回抑制(Valenza et al,1994)。进一步的研究结果表明,新生儿返回抑制能力随年龄增长的变化与精确控制眼跳能力的发展有关(Harman et al,1994),这说明,返回抑制能力会伴随眼动系统成熟而逐步发展。采用线索-靶子范式对1~17岁被试的研究中发现,实验中能否观察到返回抑制现象,取决于中央线索是否进行重新定向(MacPherson et al,2000)。

近年来,返回抑制也用来研究老年人和病人(如阿尔茨海默综合征)的注意状况。尽管已有研究结果表明,老年人与青年人在返回抑制方面不存在显著差异(Hartley et al,1995),但当考虑时程因素时,研究结果表明,老年人的返回抑制出现得更晚(Castel et al,2003)。McCrae和Abrams (2001)研究发现,老年人基于客体的返回抑制存在缺陷,但基于空间的返回抑制不存在缺陷。另外,一些研究表明阿尔茨海默综合征患者的返回抑制正常(Danckert et al,1998;Faust et al,1997;Langley et al,2001;Phillips et al,2004)。但是,当改变研究程序的某些参数时,如时程、任务或中央线索时,阿尔茨海默综合征患者与普通被试相比,返回抑制出现了差异。同样,帕金森症患者也表现出返回抑制的异常(Poliakoff et al,2003)。焦江丽等人(2016)研究发现,焦虑情绪对于老年人基于颜色的返回抑制产生了影响,但是不影响其基于位置的返回抑制。掌握第二语言在一定程度上可以缓解返回抑制的老化现象。陈宇等(2019)研究发现,和大学生相比,老年人的返回抑制容量并没有表现出显著退化。

一些精神疾病、心理疾病患者在返回抑制方面的异常揭示了他们注意的缺陷。例如,强迫症患者表现出返回抑制量的下降(Nelson et al,1993;Rankins et al,2004),也许是因为他们要将注意从一种活动中转移出来存在一定困难。另外,聋人被试和普通人相比,能尽快将注意从某一活动中转移出来,返回抑制更早出现(Colmenero et al,2004)。对于注意缺陷多动障碍被试研究发现,对比普通被试,他们表现出返回抑制效应量偏小,但这种现象并不足以说明被试在于返回抑制相关的注意机制方面存在缺损(Li et al,2003)。以脊柱裂儿童为被试研究结果显示,返回抑制效应量不明显,这可以作为其空间定位障碍的依据(Dennis et al,2005)。

以精神分裂症患者为被试的研究结果发现,不同类型的被试、不同的研究程序,被试会表现出各种不同的返回抑制异常。Huey和Wexler (1994)研究发现,对比控制组,正在进行精神分裂症治疗的被试返回抑制延迟出现且效应量更小。同样,在其他研究中,也观察到了返回抑制的延迟(Larrison -Faucher et al,2002;Gouzoulis -Mayfrank et al,2004)。但在Fuentes等人研究报告中提出,接受治疗中的精神分裂症患者表现出的返回抑制效应与普通人无异(Fuentes et al,1999;Fuentes et al,1999)。Sapir、Henik、Dobrusin和Hochman (2001)研究发现,治疗期间精神分裂症患者的返回抑制是否出现,与研究程序中是否进行二次中央线索化有关。在研究返回抑制的过程中,一些重要的程序参数,如线索呈现时间、线索消失到目标出现的时间间隔以及是否进行中央线索化,可以用来解释为什么各种研究中得出的结论不统一。不健全人格亦会对选择性注意驱动的返回抑制加工产生一定程度的影响。李娜(2019)研究发现,对比人格健全者,脆弱型高自尊大学生对于攻击性信息的返回抑制效应比较低,说明该群体对于攻击信息表现出过高的持续关注。

中枢神经系统损伤可能影响返回抑制。Danziger等人在研究报告中指出,对比控制组,丘脑后结节损伤病人返回抑制正常(Danziger et al,2001;Sapir et al,2002)。同样,研究者发现,尽管线索出现在盲视区域,偏盲患者仍然表现出正常的返回抑制(Danziger et al,1997)。然而,在偏瘫患者身上,没有表现出返回抑制,或返回抑制出现明显延迟(Roelofs et al,2003)。

Sapir、Soroker、Berger与Henik (1999)研究报告中提到上丘脑损伤患者返回抑制缺失。此外,Tipper等人(1997)研究发现,当线索与目标出现在相同的半侧视野中时,裂脑人表现出正常的返回抑制,而当线索与目标出现在不同的半侧视野中时,出现了提示现象。综上,尽管上丘可能是与返回抑制密切相关的脑结构,但大脑皮层仍然参与作用,不同类型的神经皮质及皮质下结构与返回抑制的产生密切相关。

Chica等人(2006)证明,在检测任务和辨别任务中,返回抑制均可以发生在由内源性线索引导的空间方位。这一研究结果对传统的返回抑制研究结论提出了挑战。以往研究结果认为,返回抑制是由于注意返回曾经搜索过的位置受到限制而引起的。

Petroc Sumner的研究关注返回抑制的神经基础。Summer采用了一种新的范式,有效地分离了丘脑在视觉定向中的作用。采用标准化的加亮提示线索,无法确认其直接进入丘脑通路,结果显示至少存在两种不同的返回抑制:一种是依赖上丘的机体行为和眼动反应的抑制,另一种是仅依靠皮层进行的机体行为反应的抑制。

如果返回抑制部分地依赖大脑皮层,那么脑损伤病人的返回抑制会表现出一定程度的异常。Fuentes等人(2006)发现,事实的确如此,顶叶损伤的病人返回抑制减弱。Giovanni Berlucchi (2006)的研究报告中也提到了类似的现象。所以,沿用传统的方式解释返回抑制显然已经不够确切,甚至“返回抑制”的命名也需要作出修正。Berlucchi提出,返回抑制作为线索后效应至少包括两个过程:首先感觉探测引发一个定向作用,接下来感觉敏感度下降,先前出现的外周刺激引起的外源性注意定向再回到从前位置时很困难。

总之,以特殊人群为被试的返回抑制研究不仅拓展了对于返回抑制本身这种视觉搜索现象的认识,更重要的通过对比的视角,分离了内部加工过程,成为研究返回抑制加工机制的重要途径。 DwVyGY1a+wfn/X9hZBPx9xZ0OGE5M7BpPS8Wp+qXjBR6T0vvp+B+ei59kV3XV4LI

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