视觉工作记忆对注意选择的自动导向作用

视觉工作记忆对注意选择的自动导向作用潘毅1，许百华1，刘伟21浙江大学心理与行为科学系，杭州（310028）2杭州电子科技大学自动化学院，杭州（310018）E-mail：panyirich@摘要：对Downing（2000）的实验范式加以改进使得实验设计完全符合检验自动导向假说需要的所有条件，实验一采用要求被试在工作记忆保持阶段完成探测区分任务的双任务范式，结果发现被试对呈现在匹配图片空间位置上的探测项反应时显著快于对呈现在非匹配图片空间位置上的探测项反应时，而在实验二中当对被试没有记忆要求时却没有发现这种空间位置一致的优势效应，说明视觉工作记忆内容对选择性注意产生了自动导向作用，从而为自动导向假说提供了有力证据。

关键词：视觉工作记忆，选择性注意，重复启动，重复抑制1 引言由于视觉信息加工系统的资源有限性，当视场中同时出现大量信息时，视觉注意只能选择与当前任务相关的有限信息。

影响注意选择的因素有很多，视觉工作记忆可能就是其中一种因素。

近年来，视觉工作记忆与选择性注意之间的交互作用关系成为一个研究热点，其中，视觉工作记忆内容对选择性注意的导向作用就是一个很重要的方面。

Awh等（1998）研究发现，空间工作记忆内容会影响选择性注意的分配，视觉注意会优先选择工作记忆中积极保持的空间位置[1]。

当然，关于视觉工作记忆对选择性注意的导向作用的证据主要来自于客体工作记忆与基于客体的注意的关系研究。

Desimone等（1995）提出注意的偏向竞争模型（biased-competition model）激发了此后研究者对视觉工作记忆是否引导注意选择开展了大量研究[2]。

该模型认为，在视觉搜索场景中，视场中充满许多物体，由于注意资源有限，视场中的物体就会竞争注意资源。

若某一物体表征与当前视觉工作记忆中所保持的物体表征相同，那么该物体表征就会取得竞争优势而被视觉注意优先选择。

对灵长类动物的单细胞神经生理学研究为偏向竞争模型提供了重要证据[3~5]。

偏向竞争模型也得到了以人类为被试的大量行为实验支持，Pashler等（1999）采用注意瞬脱范式研究发现，当对一个物体形成表象并保存在工作记忆中后，即使没有明确要求被试搜索该对象，视觉注意也会自动选择与工作记忆中所保持的表象相匹配的物体[6]。

Downing（2000）研究发现，即使在没有明显的搜索目标的情况下，视觉注意也会优先选择客体工作记忆中当前所保持的物体表征[7]。

此外，Moores等（2003）研究发现，客体工作记忆中积极保持的物体表征也会使得视场中与记忆表征有着语义关联的物体获得注意资源的竞争优势[8]。

其他研究者利用颜色和形状作为任务相关刺激研究发现，视觉工作记忆内容对注意选择起着自动导向作用[9~11]。

偏向竞争模型提示视觉工作记忆当前积极保持的记忆表征会引导注意自动选择视场中与之相同或类似的物体，然而，近期的一些研究表明视觉工作记忆与选择性注意的关系远比偏向竞争模型所描述的要复杂，个体能根据当前任务要求灵活利用视觉工作记忆来引导注意选择，视觉注意并非一定会自动选择工作记忆内容。

Downing等（2004）采用双任务范式研究了视觉工作记忆对视觉搜索过程中注意导向的作用，实验要求被试在完成视觉搜索任务的同时在视觉工作记忆中保持一个项目，在一半的试验（trials）中这个项目作为分心物出现在搜索系列中。

实验结果没有发现视觉工作记忆对视觉搜索起干扰作用，从而说明注意没有自动选择与工作记忆内容相匹配的分心物[12]。

Woodman等（2007）设计实验使得被试没有理由策略性地转移注意到与视觉工作记忆中当前所保持的客体表征类似的搜索项目上，研究者假设，如果与视觉工作记忆内容相匹配的分心物干扰了视觉搜索，那么就说明视觉工作记忆内容能够强有力地自动引导注意选择与之相似的项目。

然而，实验结果发现，当分心物与视觉工作记忆中的物体表征相匹配时被试搜索目标的时间并没有变慢，说明视觉工作记忆并没有自动引导注意选择与记忆表征相类似的物体，相反，当被试知道工作记忆内容不可能是搜索目标时，视觉工作记忆能够灵活地引导注意选择其他物体[13]。

综上所述，目前关于视觉工作记忆对选择性注意的导向作用可以归纳为两种观点：自动导向假说（automatic guidance hypothesis）和可选导向假说（optional guidance hypothesis）。

自动导向假说的具体描述就是偏向竞争模型，其核心思想就是视觉工作记忆内容对注意选择起着自动化的强制性引导作用。

然而，支持自动导向假说的实验研究大都没有很好控制被试的主观因素对注意选择的影响，从而使得表面上符合自动导向假说的实验结果可能是由于被试的主观因素所引起，如策略性注意转移。

例如在Downing（2000）的实验范式中，要求被试在视觉工作记忆的保持阶段完成一项探测区分任务（probe discrimination task），在探测刺激呈现前同时闪现两张图片，其中只有一张图片与工作记忆表征相同，称为匹配图片。

实验结果发现，被试对呈现在匹配图片空间位置上的探测刺激的反应显著快于对呈现在非匹配图片空间位置上的探测刺激的反应。

研究者据此认为，视觉工作记忆当前积极保持的物体表征会自动引导注意选择与之相同的物体。

然而，由于在该实验范式中每次闪现的两张图片都会包含一张匹配图片，被试可能会特别好奇匹配图片在实验中的作用而有意识地将注意转向匹配图片，或者被试为了保证正确完成工作记忆任务而有意识地将注意转向匹配图片以巩固记忆表征，被试的这两种可能的主观因素都会造成上述实验结果[13]。

因此，如果实验设计没有很好控制被试的主观因素，所得的实验结果表面上看起来似乎符合自动导向假说，而实质上可能并非如此。

可选导向假说的核心思想是视觉工作记忆并非总是自动引导注意选择记忆内容，个体能根据当前任务要求灵活地利用工作记忆来引导注意选择。

然而，支持可选导向假说的实验研究大都采用要求被试在工作记忆保持阶段进行视觉搜索的双任务范式，由于视觉搜索本身也需要工作记忆的参与，而且明确的搜索目标在工作记忆中有着特殊的地位以优先引导注意[14,15]。

因此，在这种双任务范式下工作记忆中的其他项目对注意的引导作用非常薄弱，从而很难观察到与自动导向假说一致的实验结果。

另外，视觉搜索任务也不能非常准确地反映注意选择过程，尽管视觉搜索的时间变慢通常被认为反映了注意选择过程变慢，但是它也可能反映了决策阶段的时间变慢[16]。

根据前面的分析，我们认为利用工作记忆与视觉搜索相结合的双任务范式不适合检验自动导向假说。

Varakin（2006）认为检验自动导向假说需要使实验设计至少满足以下四个条件：（1）被试在注意导向发生时确实将相关信息保持在视觉工作记忆中；（2）视觉工作记忆中只保持单一的物体表征，否则多个物体表征之间会相互竞争而弱化对注意的导向作用；（3）需要有一个合适的测量注意导向的任务；（4）需要控制被试的主观因素对注意导向的影响[17]。

根据这四条标准，我们可以发现以往的研究要么不满足第四条标准[7]，要么不满足第二和第三条标准[12,13]，从而使得以往的研究很难解决视觉工作记忆内容是否会自动引导注意这个问题。

本研究目的在于检验自动导向假说，对前人的研究范式加以改进以使得实验设计符合上述四条标准，结果发现视觉工作记忆内容能自动引导注意选择与之相同的物体表征，从而为自动导向假说提供强有力的证据支持。

2 实验一：记忆驱动注意选择尽管Downing（2000）的实验范式在控制被试主观因素方面遭到了很多批评，但是该实验范式却很好得满足了上述前三个标准[17]。

本实验继续沿用了Downing（2000）实验范式的优点，并对该实验范式做以下几点改进：（1）整个实验中只有1/4试验中闪现图片包含一张匹配图片，我们称之为目标试验（target trials），而其余所有试验中闪现图片都不包含匹配图片，我们称之为噪音试验（noise trials），目标试验和噪音试验随机混合出现。

通过在实验中安排大量的噪音试验可以最大程度防止被试策略性注意转移至匹配图片，从而控制被试的主观因素对注意选择的影响；（2）为了尽可能发现视觉工作记忆对注意的自动导向作用，样本图片与匹配图片之间的刺激呈现异步值（Stimulus Onset Asynchrony, SOA）设定在200ms 以内，因为有研究提示视觉工作记忆在早期阶段可能会对注意产生自上而下的自动导向作用[10,17]；（3）采用发音抑制（articulatory suppression）程序以排除言语工作记忆对实验结果的可能影响，每次试验前在屏幕中央呈现4个字符，要求被试快速重复朗读这些字符直到试验结束。

已有的研究表明利用这种发音抑制方法可以有效阻止被试对视觉刺激进行言语编码[18]；（4）为了可靠地发现视觉工作记忆对注意的自动导向作用，实验刺激采用彩色几何图形，匹配图片被定义为在颜色和形状上都与样本图片相同。

已有研究表明，视觉工作记忆中的颜色和形状信息在引导注意的有效性上不同，相对形状信息来说，颜色信息更能可靠地引导注意选择，而且当外界物体在颜色与形状两方面都与工作记忆内容匹配时，这种注意导向作用最为显著[10,19]。

实验采用探测区分任务作为测量选择性注意的方法，如果视觉工作记忆内容在本研究范式下对注意选择产生自动导向作用的话，那么被试对呈现在匹配图片空间位置上的探测项反应时应该会显著快于对呈现在非匹配图片空间位置上的探测项反应时。

2.1 方法2.1.1 被试10名在校本科生和研究生参加了本次实验，年龄在21~26岁之间，所有被试均报告视力或矫正视力正常，无色盲或色弱，右利手且以前没有参加过类似实验。

2.1.2 仪器和材料实验程序用Presentation 0.71编制，实验由一台Pentium IV计算机控制，刺激呈现在17英寸彩色CRT显示器上，屏幕分辨率为800×600 pixels，刷新率为85 Hz。

被试通过一个标准键盘对刺激做反应，被试眼睛距离屏幕中心约57 cm。

刺激材料为彩色几何图形，每张图片都具有形状和颜色两种特征，如红色三角形。

在形状特征维度上共有圆形、三角形、正方形、菱形、五边形和六边形等6个备选特征值，在颜色特征维度上共有红、绿、黄、蓝和青等5个备选特征值。

所有图片大小均为2.4°× 2.4°。

注视点为白色“＋”，其大小为0.2°× 0.2°。

用于发音抑制的刺激为由四个黑色字符组成的字符串（如”ABCD” 或 ”2789”），每个字符大小约为1°× 0.6°。

用于探测区分任务的黑色小托架大小为1°× 1°，位于其底部或顶部的开口大小约为0.8°。