[空间选择性注意在上下视野间的转移]空间选择性注意

　　摘要本实验研究空间选择性注意在上下视野间的转移及其是否受知觉空间的影响。实验采用Posner的位置线索化实验范式和两种深度线索背景，测量分辨任务的反应时（RTs）。实验发现：线索有效时的反应时比线索无效时的反应时短，而且线索对上视野刺激的反应时的影响较大。知觉空间中的深度线索对于注意在上下视野中转移没有显著影响。这些结果表明，空间选择性注意在上下视野转移存在不对称性，并且主要由物理空间决定。
　　关键词知觉空间，视野，空间选择性注意，线索化实验范式。
　　分类号B842.3
　　
　　1前言
　　
　　空间选择性注意是大脑最重要的认知功能之一，关于空间选择性注意机制的研究也有很长的历史[1]。二十多年来，大量关于选择性注意的研究应用了Posner（1980）的位置线索化实验范式[2]。在这种实验范式中，如果在靶子呈现之前先呈现一个正确指出靶子位置的线索（有效线索），那么探测或辨别靶子的反应时就会缩短，反应的准确性也会相应提高；如果线索指出的位置不是靶子要呈现的位置（无效线索），那么反应时就会增加，而且相对于有效线索和没有线索的条件，反应的正确率较低。
　　以往关于空间选择性注意的研究大多探讨注意在左右视野间转移的认知和神经机制[3]，而对注意在上下视野中转移的研究相对较少。由于在视觉环境中上、下视野中的刺激往往分别对应于离观察者较远和较近的物体，而左右视野中的物体却不总具有这种空间距离的差别，因此，研究注意在上下视野中转移对于理解三维空间中空间选择性注意的机制有重要的意义。本实验的目的首先是研究空间选择性注意对于呈现在上视野或下视野中的刺激的加工是否有不同的影响。其次，本实验进一步探讨知觉表征三维空间对注意转移是否有一定的影响。研究发现，空间选择性注意可以在三维空间的不同深度上分布或转移[4～6]。但是，这些实验忽略了一个问题，即所谓的三维空间是物理上的三维空间还是知觉表征中的三维空间。新近的一个实验使用线索化实验范式证明知觉空间中的深度线索和距离线索可以影响空间注意的转移[7]。研究者给两条等长的线段加入含有线条透视、结构级差等深度线索的背景，使观察者产生错觉，觉得两条线段长短不同。他们发现线段的知觉长度可以改变有效线索条件下与无效线索条件下的反应时之差。对于被知觉为较长的线段，这种反应时差异比被知觉为较短的线段更显著。这些结果表明，知觉表征中的空间距离可能会影响空间选择性注意的转移。
　　本实验采用两种包含深度线索的背景图形，利用外周线索引起注意在上下视野间的转移，探讨知觉空间中的深度线索对于空间选择性注意转移的影响，主要包括两个问题：首先，当注意在上下视野靶子位置之间转移时，是否存在单侧视野的优势。其次，知觉空间中的深度线索对于注意在上下视野靶子位置之间转移是否有显著影响。
　　
　　2方法
　　
　　2.1被试
　　12名北京大学本科生和研究生，男生5人，女生7人；年龄在21～28岁之间，平均年龄23.1岁；均为右利手；视力正常或矫正后达到正常；实验后获得报酬。
　　
　　2.2仪器和材料
　　实验采用Presentation软件控制实验程序并记录被试的反应时和正确率。被试眼睛距计算机屏幕约45厘米，通过键盘进行反应。两种包含深度线索的背景（分别称为背景A和背景B）如图1-1和图1-2所示。背景色为黑色，灰色正方形视角为7.6°×7.6°，中央的白色十字注视点视角为0.4°×0.4°，四个白色的正方形视角为3.8°×3.8°。每个白色正方形的中心位于灰色正方形的四个角之一，重叠部分可能为灰色或白色，视角为1.9°×1.9°。靶子可能呈现的位置为左上方白色正方形的左上角、右上方白色正方形的右上角、左下方白色正方形的左下角或右下方白色正方形的右下角，距离注视点的水平和垂直距离视角均为5.2°；靶子是黑色的字母E或H，视角0.5°×0.5°，如图1-3所示。外周线索是与左上方白色正方形的左上角、右上方白色正方形的右上角、左下方白色正方形的左下角或右下方白色正方形的右下角边框重合的┌、┐、└或┘图形，视角为1.0°×1.0°，如图1-4所示。
　　
　　在背景A中，左上方白色正方形与灰色正方形的重叠部分为灰色，其它三个白色正方形与灰色正方形的重叠部分均为白色，令人产生深度知觉，即左上方的白色正方形比灰色正方形距离观察者更远一些，而其它三个白色正方形比灰色正方形距离观察者更近一些。在背景B中，右上方白色正方形与灰色正方形的重叠部分为灰色，其它三个白色正方形与灰色正方形的重叠部分均为白色，令人产生深度知觉，即右上方白色正方形比灰色正方形距离观察者更远一些，而其它三个白色正方形比灰色正方形距离观察者更近一些。
　　
　　2.3实验设计
　　本实验是2（背景A和背景B）×3（有效线索、无效线索和中性线索各占60%、20%、20%）×2（线索与靶子之间的时间间隔即ISI，为100ms或300ms）×2（左视野和右视野）×2（上视野和下视野）多因素重复测量设计。因变量为被试的正确率和反应时。当外周线索出现在靶子位置时，称为有效线索条件；当外周线索出现在靶子的垂直对侧位置时，称为无效线索条件；当外周线索同时出现在靶子位置和靶子的垂直对侧位置时，称为中性线索条件。本实验中外周线索不会出现在靶子的水平对侧位置或对角线位置上。
　　
　　2.4实验程序
　　被试的任务是辨别靶子是字母E或H，而不考虑字母出现的位置是左或右。每个被试参加10组实验，其中每两组实验采用同一种刺激背景，不同背景的实验组之间按拉丁方平衡。一组实验包括160次试验，在每一组实验中背景一直呈现并且不改变。两组实验之间被试休息5分钟。
　　每次试验按如下程序进行：（1）500Hz纯音提示本次实验开始，（2）呈现注视点500ms，（3）呈现外周线索100ms，（4）呈现注视点100ms（短ISI实验）或300ms（长ISI实验），（5）呈现靶子200ms，（6）呈现注视点，时间为1500-2000ms中的一个随机值。要求被试在保证准确的基础上尽快作出按键反应。
　　
　　3结果
　　
　　实验完成后大于1000ms或小于200ms的反应时数据不进行统计。由于所有被试在实验中具有很高的正确率（平均值为95.8%），本实验主要分析被试在各种条件下的平均反应时，得到结果如表1、表2所示。
　　对表1和表2中的所有数据进行2（ISI）×2（背景A、B）×2（左、右视野）×3（线索化条件）×2（上、下视野）的方差分析，得到结果如表3。ISI的主效应显著，F（1,11）=67.77，p＜0.001，短ISI（100ms）条件下的反应时显著大于长ISI（300ms）条件下的反应时。线索化的主效应显著，F（2,22）=25.19，p＜0.001，有效线索条件下的反应时最短，中性线索条件下的反应时居中，无效线索条件下的反应时最长。上下视野的主效应显著，F（1,11）=7.65，p＜0.05，对上视野位置靶子的反应时显著小于对下视野位置靶子的反应时。线索化条件和上下视野的交互作用显著，F（2,22）=9.35，p＜0.01，表明线索化条件对于上下视野刺激的反应有不同的影响。对于上视野刺激，有效线索、中性线索和无效线索条件下的反应时分别为418ms、441ms和502ms；对于下视野刺激，有效线索、中性线索和无效线索条件下的反应时分别为422ms、467ms和496ms。通过进行简单效应分析，发现对于上视野和下视野，线索化条件的主效应均显著；上视野：F（2,22）=21.44，p＜0.001；下视野：F（2,22）=27.12，p＜0.001。对于有效线索条件和无效线索条件，上下视野的主效应均不显著；上视野：F（1,11）=1.41，p=0.26；下视野：F（1,11）=1.41，p=0.26。对于中性线索条件，上下视野的主效应显著，F（1,11）=15.03，p＜0.01。
　　
　　
　　在背景A中，深度知觉使人觉得左侧两个白色正方形不在同一深度的平面上，上视野的靶子位置比下视野的靶子位置距离观察者更远一些；在背景B中，深度知觉使人觉得右侧两个白色正方形不在同一深度平面上，上视野的靶子位置比下视野的靶子位置距离观察者更远一些。把背景A中注意在左侧上下视野转移和背景B中注意在右侧上下视野转移的数据挑出来，就是上、下视野靶子位置知觉深度不同时注意转移的数据。对这些数据进行2（ISI）×2（背景A、B）×3（线索化条件）×2（上、下视野）的方差分析，得到结果如表4。ISI的主效应显著，F（1,11）=58.87，p＜0.001；短ISI（100ms）条件下的反应时显著大于长ISI（300ms）条件下的反应时。线索化的主效应显著，F（2,22）=26.95，p＜0.001；有效线索条件下的反应时最短，中性线索条件下的反应时居中，无效线索条件下的反应时最长。上下视野的主效应显著，F（1,11）=7.51，p＜0.05；上视野位置靶子的反应时显著小于下视野位置靶子的反应时。线索化条件和上下视野的交互作用显著，F（2,22）=9.28，p＜0.01。其它主效应和交互作用均不显著。通过进行简单效应分析，发现对于上视野和下视野，线索化条件的主效应均显著；上视野：F（2,22）=22.86，p＜0.001；下视野：F（2,22）=27.25，p＜0.001。对于有效线索条件和无效线索条件，上下视野的主效应均不显著；上视野：F（1,11）=1.01，p=0.34；下视野：F（1,11）=1.57，p=0.24。对于中性线索条件，上下视野的主效应显著，F（1,11）=18.42，p＜0.01。
　　
　　把背景A中注意在右侧上下视野靶子位置转移和背景B中注意在左侧上下视野靶子位置转移的数据挑出来，就是上、下视野靶子位置知觉深度相同时注意转移的数据。对这些数据进行2（ISI）×2（背景A、B）×3（线索化条件）×2（上、下视野）的方差分析，得到结果如表5。ISI的主效应显著，F（1,11）=55.04，p＜0.001；短ISI（100ms）条件下的反应时显著大于长ISI（300ms）条件下的反应时。线索化的主效应显著，F（2,22）=22.98，p＜0.001；有效线索条件下的反应时最短，中性线索条件下的反应时居中，无效线索条件下的反应时最长。上下视野的主效应显著，F（1,11）=5.89，p＜0.05；对上视野位置靶子的反应时显著小于对下视野位置靶子的反应时。线索化条件和上下视野的交互作用显著，F（2,22）=7.02，p＜0.01。其它主效应和交互作用均不显著。这个结果，与上下视野靶子位置知觉深度不同的数据的方差分析结果是基本一致的。通过进行简单效应分析，发现对于上视野和下视野，线索化条件的主效应均显著；上视野：F（2,22）=19.48，p＜0.001；下视野：F（2,22）=24.63，p＜0.001。对于有效线索条件和无效线索条件，上下视野的主效应均不显著；上视野：F（1,11）=1.69，p=0.22；下视野：F（1,11）=0.64，p=0.44。对于中性线索条件，上下视野的主效应显著，F（1,11）=10.85，p＜0.01。
　　
　　4讨论
　　
　　4.1注意在上下视野间的转移
　　上、下视野的功能特异性被认为与视觉系统的生态功能有关[8]。研究发现，与上视野相比，下视野具有较好的注意空间分辨能力[9]，并且，下视野在完成图形与背景分割和整体形状知觉上有优势[10]。但是，上视野在扫视潜伏期和正确率方面有优势，扫视潜伏期更短，正确率更高[11]。
　　本实验发现，对上视野位置靶子的反应时小于对下视野位置靶子的反应时，说明在字母分辨任务中上视野具有一定的优势，在这种包括图形识别和辨认的复杂任务中，上、下视野的不对称性与图形和背景分割任务所表现出来的不对称性不同。本实验中观察到的上视野相对于下视野的这种优势，可能来自于空间选择性注意向上、下视野转移的速度的差别。在中性线索条件下，对上、下视野刺激的反应时分别为441ms和467ms；在有效线索条件下，对上、下视野刺激的反应时分别为418ms和422ms。因此与中性线索相比，有效线索使得被试的反应加快了23ms（上视野）和45ms（下视野）。这些结果提示，注意由注视点向上视野转移可能需要较短的时间，而注意由注视点向下视野转移可能需要较长的时间。
　　我们根据人类被试获得的结果与在动物（猴）上获得的结果相一致。Zhou和King[11]在研究中同样使用了线索化实验范式，发现测量眼动的起始时间对于上、下视野没有显著的差异；但是，与下视野相比，把注视点移动到上视野却需要较短的时间。这些结果被解释为注意转移到上视野的靶子位置比转移到下视野的靶子位置所用时间短，这与我们在人类身上观察到的结果一致。上、下视野这种不对称的注意机制可能是由于上视野比下视野具有较差的注意的空间分辨能力，因此在分辨上视野的靶子时注意系统具有更快的速度，以弥补上视野注意分辨力的不足。
　　
　　4.2深度线索与注意在上、下视野间的转移
　　Atchley和Kramer等证明，空间注意可以识别知觉空间中的深度和距离信息[12]。Robertson和Kim证实了深度线索对空间注意转移的影响[7]。然而在本实验的结果中，当背景具有相同或不同的知觉深度时，线索化条件对分辨字母的反应时没有显著的影响，说明靶子位置的知觉深度相同与否对于注意在上下视野转移没有显著的影响。
　　对于本实验的结果有两种可能的解释。第一种可能的解释是，实验中使用的背景图形所产生的知觉深度不显著，因此对注意在上、下视野之间的转移没有产生显著的影响。第二种可能的解释是，注意在上、下视野之间的转移在很大程度是由物理空间（视野中的上下位置）决定的，本实验采用的实验范式不能反映空间选择性注意在不同深度上的转移。因此，即使背景图形能产生一定的知觉深度，它对注意在上、下视野之间的转移也不能产生显著的影响。知觉空间的深度线索对于空间选择性注意是否存在影响，还需进一步的研究。
　　
　　5结论
　　
　　本研究发现，线索化条件对上视野刺激的反应时的影响较大，而对下视野刺激的反应时的影响较小，提示空间选择性注意在上、下视野间的转移具有不对称性。但是，在本实验条件下，注意在上、下视野间的转移不受具
　　有一定知觉深度线索的背景图形的影响。
　　
　　参考文献
　　 1 Posner M I. Orienting of attention. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 1980, 32: 3～25
　　 2 Wright R D, Ward L M. Shifts of visual attention: A historical and methodological overview. Canadian Journal of Experimental Psychology, 1994, 48(2): 151～166
　　 3 Kanwisher N, Wojciulik E. Visual attention: insights from brain imaging. Nature Reviews Neuroscience, 2000, 1: 91～100
　　 4 Gawryszewski L D, Riggio L, Rizzolatti G. Movements of attention in three spatial dimensions and the meaning of "neutral" cues. Neuropsychologica, 1987, 25: 19～29
　　 5 Andersen G J, Kramer A F. The limits of focused attention in three-dimensional space. Perception & Psychophysics, 1993, 53: 658～667
　　 6 He Z J, Nakayama K. Visual attention to surfaces in three-dimensional space. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1995, 92: 11155～11159
　　 7 Robertson L C, Kim M. Effects of perceived space on spatial attention. Psychological Science, 1999, 10(1): 76～79
　　 8 Previc F. Functional specialization in the lower and upper visual fields in human: its ecological origins and neurophysiological implications. Behavior and Brain Sciences, 1990, 13: 519～575.
　　 9 He S, Cavanagh P, Intriligator J. Attentional resolution and the locus of visual awareness. Nature, 1996, 383: 334～337
　　10 Rubin N, Nakayama K, Shapely R. Enhanced perception of illusory contours in the lower versus upper visual hemifields. Science, 1996, 271: 651～653
　　11 Zhou W, King W. Attentional sensitivity and asymmetries of vertical saccade generation in monkey. Vision Research, 2002, 42: 771～779
　　12 Atchley P, Kramer A, Anderson G. Spatial cueing in a stereoscopic display: evidence for a depth-aware attentional focus. Psychonomic Bulletin & Review, 1997, 4: 524～529