1. 前言
返回抑制现象最早在空间维度中发现,反映了被试对先前注意过的位置或物体进行反应时所表现出的时间滞后现象(Person, 1980)。在Person和Cohen的研究中,采用突然变亮或变暗的方法,对空间某一位置进行线索化,紧接着被试对出现在该位置上的靶刺激进行反应,得出两种不同的结果。如果线索和靶子呈现的时间间隔(stimulus onset asynchrony, SOA),小于300 ms是促进(易化),靶刺激和提示线索位置一致时反应时快于靶刺激和提示线索位置不一致的反应时;300 ms之后则表现为抑制,此时的抑制作用现象被称为返回抑制(IOR) (Posner et al., 1985),即靶刺激和提示线索位置不一致的反应时快于靶刺激和提示线索位置一致时的反应时。
在传统文献中描述的注意力是由两种机制之一来完成的:内源性注意,指的是产生注意力的分配;和外源性注意,这是指响应于突发的周边事件从而通常注意力的自动分配(Jonides, 1981; Posner, 1984; Klein, 2000; Chica et al., 2011)。两种机制的描述得到一些证据的支持,表明通过内源性和外源性注意取向所参与的行为特征和神经系统是不同的(例如,Chica, Bartolomeo, & Valero-Cabre, 2011; Corbetta & Shulman, 2002)。
返回抑制的最经典范式,采用的是线索一靶刺激范式(Person, 1984)。这个范式中,首先,屏幕中央水平呈现三个大小相同的小方框,要求在整个实验过程中被试的眼睛一直盯住中心注视点。随后,两边某侧的某个小框(外源性线索)突然加亮或涂黑;或是在注视点处呈现一个指向外侧小框的箭头(内源性线索),即进行位置信息线索化,最后,靶刺激随机出现在外侧线索化小框或非线索化小框,此时被试需立刻做出反应。用电脑记录被试的反应时和正确率。对出现在线索化或非线索化的小框中靶刺激的反应时进行比较,若前者短于后者,则为促进,若前者长于后者,则为抑制(Person, 1984)。
众所周知的返回抑制(IOR),其指的是没有出现提示信息的位置比在出现过提示信息的位置处响应时间更快(Posner, 1984)。但是在中央空间提示线索通常产生长期的促进作用:即使在预期的而不是在意想不到的位置,即使在较长时间(例如,1000毫秒)也可以观察到持续的促进作用:个体通常对靶刺激与中心提示线索的位置一致的反应时比靶刺激与中心提示线索位置不一致的反应时更快(Funes, Lupiáñez, & Milliken, 2007; Posner, 1980)。同样,也有研究发现即使在最短的SOA (150 ms)时也出现了返回抑制现象,即在短时间内没有出现易化作用而是出现了抑制作用(Berlucchi et al., 1989; Dodd & Pratt, 2007; Tassinari et al., 1994; Tassinari & Berlucchi, 1995; Tassinari et al., 1989)。心理学家解释说,人类认知过程的是可适应的,更是灵活多变的,其中IOR就是反映其适应性与灵活性的一种机制,促进注意力转移到先前没有注意过的新位置,并阻止重新定位回到先前已经注意过的位置(MacInnes & Klein, 2003; Ivanoff & Taylor, 2006)。根据这种“重新定位假说”,可以发现注意脱离对产生IOR有至关重要的效果:当注意力被外周提示吸引时,提示线索首先产生促进作用;在几百毫秒之后,注意力与提示位置脱离,此时抑制作用开始,防止注意力返回到该提示线索的位置。另外,一些人(例如,Klein, 2000)也已经关注到这种脱离接触的注意力,他们发现IOR效应对于不同任务具有不同时间过程的基础,例如,在更长的SOA上同样可以观察到IOR现象(Lupiáñez, Milan, Tornay, Madrid, & Tudela, 1997)。基于此本实验在实验一中设计不同的SOA间隔:150 ms、300 ms、800 ms、1200 ms、2400 ms,来全方面考虑将箭头从中心提示线索改为外侧时的各种情况。
最近,Martín-Arévalo等人(2013)结合了非线索性外侧提示和非线索性中心线索,以证明与IOR效应的分离和空间注意是非自愿定向的。在他们的实验中,通过在四个位置(上,下,左,右)中的一个位置呈现显着的提示来操纵外围提示,并且通过指向四个潜在目标位置之一的中心提示操作非自愿导向。结果表明:无论中央线索如何运作,周边提示和中心线索之间的相互作用没有达到显着水平(Martín-Arévalo et al., 2013)。有方向性的提示线索(例如,注视脸部,注视眼睛或箭头)的具有明显的促进作用,即对靶刺激的注意有重新定位的作用(Friesen & Kingstone, 2003)。虽然中心有向提示线索,如注视线索和箭头线索已经被证明在长时间间隔或短时间间隔下产生了重新定位作用(Friesen & Kingstone, 1998),但是Green和Woldorff (2012)提出了空间冲突解释他们使用预测性箭头提示在非常短的间隔时间找到更长的反应时的结果,即提示线索与靶刺激出现位置不一致的无效试验与初次出现位置一致之间的冲突,可能由持续提示线索引起。因此,Green等(2013)审查了无线索性箭头效应的时间进程,发现短时间条件下并没有观察到明显的易化作用,但是在长时间线索下,两个最短SOA处观察到显着的易化作用。他认为,易化作用仅在提示线索和目标靶刺激(有较长持续时间)的时间重叠中发现。因此他们建议此结果支持空间不一致的解释,而不是自动注意力的选择。Gayzur等人(2014)还审查了非预测的凝视线索的时间过程,发现短期的线索导致SOA短期的易化作用,认为长时间的线索引起了短期和长期SOA (解释为自动定向)的易化作用。Martín-Arévalo等(2013)在较长的SOA处理长时间的箭头提示,他们发现目标靶刺激出现在指示位置时反应时更快,这反映了指示位置的自动注意分配能力。当空间冲突与短期SOA长时间相关时,长时间内中心线索与长期SOA的目标在时间上重叠,其结果的反身定向与长期持续时间似乎有关。无论对中央提示效果有不同的解释,IOR都可能发生在注意力被自愿或非自愿地从参加地点脱离时。虽然有一些证据反对IOR的“重新定位假设”,但是需要进一步的通过实验来提高这种分歧的有效性。
为了进一步研究方向性提示信息对IOR效应引起的有效性,本研究拟采用事件相关电位(ERP)技术,采用经典的线索-靶刺激范式的程序并将中心提示线索箭头出现位置改为两侧向对侧指向作为非预测性的提示线索,研究的目的是不用中心提示线索(Berger et al., 2005; Chica et al., 2006; Martín-Arévalo et al., 2013),进一步探讨了不同的SOA下IOR效应和自动注意之间的离解的神经相关性定向性。首先,呈现注视点,接着注视点两侧之一的位置出现提示线索(有向提示线索箭头或无向提示线索横杠),最后对目标靶刺激冒号进行反应。根据上述研究设想,本研究预期和前人研究结果一致,即不同的SOA下,可能都有返回抑制现象出现,且IOR现象的分离和空间注意是非自愿定向产生的。
2. 实验一方向性提示线索下不同SOA对返回抑制的影响
2.1. 方法
2.1.1. 被试
河南大学在校大一志愿者26名(男13,女13),年龄17~22岁(平均18.73岁,标准差为1.22),所有被试为右利手;母语为汉语;视力或矫正视力正常,无色盲色弱。实验后给予一定的报酬。
2.1.2. 实验材料与设备
全部实验中均以指向左或右的箭头(“
”或“
”)为提示线索;以“:”为目标靶刺激。注视点出现在屏幕的正中间为“+”。屏幕背景为黑色,刺激为白色。
整个实验在安静、微暗的实验室里进行,眼睛距屏幕60 cm。实验过程中一直注视屏幕中央注视点位置,对靶刺激进行按键反应。使用联想PC170614-ULBD台式计算机运行实验程序,在21英寸显示器上呈现实验刺激,屏幕分辨率1920 × 1080,刷新频率100 Hz。
应用SPSS 20.0统计软件对行为和ERP指标进行重复测量方差分析。
2.1.3. 实验设计与程序
2 (方向性:有向、无向) × 2 (线索有效性:有效、无效) × 5 (SOA:150 ms、300 ms、800 ms、1200 ms、2400 ms)的被试内实验设计,自变量为:1) 方向性,指有向性箭头提示线索和无向性横线提示线索,共两个水平;2) 线索有效性,指提示线索和目标线索一致性关系,有提示线索和目标线索位置一致的有效线索和提示线索和目标线索位置不一致的无效线索,共两个水平;3) 不同的时间间隔,共五个不同的SOA水平。因变量为行为反应的反应时和正确率。
采用E-Prime 2.0软件编制实验程序,每个试次流程如下(图1):1) 注视点呈现时间为1000 ms;2)指向左或右的箭头或者横杠在注视点两侧的一侧出现作为提示线索,时间为200 ms;3) 不同的SOA,共5个不同的SOA:150 ms、300 ms、800 ms、1200 ms、2400 ms;4) 靶刺激出现在注视点的一侧并进行反应,按键反应时间最长为800 ms。实验指导语要求被试在不出现靶刺激时不反应,在出现靶刺激时既快又准地按键反应,其出现在注视点左侧按“F”键;出现在注视点右侧按“J”键。
实验呈伪随机顺序进行。每组中有4种条件随机呈现。正式实验开始前练习16次,正式实验共400 试次,200试次时休息一次,共需约20 min。
2.2. 结果与分析
行为结果与分析
在线索–靶刺激任务中,被试在不同的SOA条件下对靶刺激的平均反应时如表1所示,其中正确率低于80%,且反应时间低于100 ms或超过800 ms的不做分析(练习试次不计入数据分析)。
对反应时数据进行2 (方向性:有向、无向) × 2 (线索有效性:有效、无效) × 5 (SOA:150 ms、300 ms、800 ms、1200 ms、2400 ms)的重复测量方差分析。结果显示,SOA的主效应显著,F(4, 25) = 27.835,p < 0.0001,
= 0.517;线索有效性的主效应显著,F(1, 25) = 32.309,p < 0.0001,
= 0.554,表明了线索化位置上的反应时显著长于非线索化位置上的反应时,即出现了IOR效应;方向性主效应不显著,F(1, 25) = 0.55,p > 0.05,
= 0.021。对于各因素之间的交互作用,方向性和线索有效性交互作用显著,F(1, 25) = 12.179,p < 0.05,
= 0.319,方向性和SOA交互作用不显著,F(1, 25) = 2.304,p = 0.089,
= 0.081,线索有效性和SOA交互作用不显著,F(1, 25) = 0.601,p > 0.05,
= 0.023。方向性与线索有效性、SOA三因素交互作用不显著,F(2, 25) = 1.56,p > 0.05,
= 0.057。
对方向性和线索有效性的交互作用进一步分析表明,在有方向和无方向的条件下,有效线索的反应时均大于无效线索下的反应时p < 0.001;无效线索下,无向比有向条件反应时更短p < 0.05。各种条件下线索与目标位置一致时的反应时减去线索与目标位置不一致时的反应时的差值,正值表示返回抑制量的值。图2统计结果显示,不论有向还是无向提示线索,与靶刺激出现位置一致时反应时总大于与目标位置不一致时的反应时。
![](Images/Table_Tmp.jpg)
Table 1. The average response of the cue-target stimulus paradigm under various conditions (ms)
表1. 各种条件下线索–靶刺激范式的平均反应时(ms)
![](//html.hanspub.org/file/11-1131209x20_hanspub.png)
Figure 2. Average response to target stimuli under various conditions (ms)
图2. 各个条件下对目标刺激的平均反应时(ms)
2.3. 讨论
从本实验结果看,对比有向有效条件与无向有效条件,可以看出两者反应时在SOA为150 ms时,有效提示反应时长于无效反应时,即出现了IOR现象。即使在最短的SOA (150 ms)时也出现了返回抑制现象,即在短时间内没有出现易化作用(与Berlucchi et al., 1989; Dodd & Pratt, 2007; Tassinari et al., 1994; Tassinari & Berlucchi, 1995; Tassinari et al., 1989等研究结果相一致)。
尽管方向性在统计学上没有意义。但是从数据趋势图上可以明显看出所有的SOA条件下有向有效条件比有向无效情况下的反应时更长,即方向性箭头对人们的注意选择有影响,会在无形中将注意引向箭头指向的方位。从结果中可以看出在SOA为150 ms时,被试的平均反应时最长,且整个平均反应时随着SOA逐渐增加而逐渐变短,即SOA越短人们所需要的反应时越长,SOA越长给予被试的准备时间就最长,此时人们所需的反应时相对就越短(与Martín-Arévalo et al., 2013的研究相一致)。
因为本实验没有发现方向性提示线索的主效应差异,根据以往研究结合实验一结果,实验二选取产生IOR现象最为稳定的SOA值,即700~900 ms随机呈现。因此进一步运用ERP技术,探究IOR现象更为精确的获得时间加工进程的动态。
3. 实验二方向性提示线索下不同SOA对返回抑制的影响
3.1. 方法
3.1.1. 被试
河南大学在校大一志愿者18名(男8,女10),年龄17~22岁(平均19.11岁,标准差为1.45),所有被试为右利手;母语为汉语;视力或矫正视力正常,无色盲色弱。实验后给予一定的报酬。
3.1.2. 实验材料与设备
全部实验中均以指向左或右的箭头(“
”或“
”)为提示线索;以“:”为目标靶刺激。注视点出现在屏幕的正中间为“+”。屏幕背景为黑色,刺激为白色。
在安静、微暗的实验室里进行,眼睛距屏幕60 cm。实验过程中一直注视屏幕中央注视点位置,对目标项按键反应。使用联想PC170614-ULBD台式计算机运行实验程序,在21英寸显示器上呈现实验刺激,屏幕分辨率1920 × 1080,刷新频率100 Hz。
采用Neuroscan 4.3系统采集和分析脑电数据,使用AC采样,采样率500 Hz,滤波带通0.1~100 Hz。使用基于国际10-20系统分布的32导电极帽,电极与皮肤间电阻小于5 kΩ。记录时以左乳突为参考电极,离线分析时以右乳突进行再参考,转换为以双侧乳突平均值为参考。双眼外侧水平1.5 cm处记录水平眼电(HEOG),左眼垂直上下1.5 cm处记录垂直眼电(VEOG)。离线处理EEG数据时,根据眼动情况矫正眼电伪迹,同时充分排除其他伪迹。低通滤波30 Hz (24 dB/oct),波幅大于±50 μV部分自动剔除。以启动项呈现时间计算潜伏期,以启动项呈现前200 ms至呈现后800 ms进行数据分段叠加,前200 ms为基线进行基线校正。有四个参与者的脑电数据正确试次小于40次被排除。脑电选取的时间窗为P1:130~170 MS、N1:170~210 ms、P3:210~400 ms。
应用SPSS 20.0统计软件对行为和ERP指标进行重复测量方差分析。
3.1.3. 实验程序与设计
2 (方向性:有向、无向) × 2 (线索有效性:有效、无效) × 5 (电极点:Cz、CPz、P3、Pz、P4)的被试内实验设计。因变量为行为反应的反应时和正确率,ERP成分的潜伏期和波幅。
采用E-Prime 2.0软件编制实验程序,每个试次流程如下(图3):1) 注视点呈现时间为1000 ms;2)指向左或右的箭头或者横杠在注视点两侧的一侧出现作为提示线索,时间为200 ms;3) SOA为700~900
ms随机时间呈现;4) 目标出现在注视点的一侧并进行反应,按键反应时间最长为800 ms。实验指导语要求被试在不出现目标线索时不反应,在出现靶刺激时既快又准地按键反应,出现在注视点左侧按“F”键;出现在注视点右侧按“J”键。
实验呈伪随机顺序进行。每组中有4种条件随机呈现。正式实验开始前练习16次,正式实验共480 试次,240试次时休息一次,共需约25 min。
3.2. 结果与分析
3.2.1. 行为结果与分析
在线索–靶刺激任务中,被试在各种条件下对靶刺激的平均反应时如表2所示,其中正确率低于80%,且反应时间低于100 ms或超过800 ms的不做分析(练习试次不计入数据分析)。
对反应时数据进行2 (方向性:有向、无向) × 2 (线索有效性:有效、无效)的重复测量方差分析。结果显示,线索有效性的主效应显著,F(1, 17) = 75.907,p < 0.0001,
= 0.817,表明了提示线索与靶刺激位置一致的反应时显著长于提示线索与靶刺激位置不一致的反应时,即出现了IOR现象;方向性主效应不显著,F(1, 17) = 0.409,p > 0.05,
= 0.021。对于两个因素之间的交互作用,方向性和线索有效性交互作用显著,F(1, 17) = 7.16,p < 0.05,
= 0.296。
对方向性和线索有效性的交互作用进一步分析表明,不论在有向还是无向条件下,有效线索的反应大于无效线索下的反应时p < 0.001,符合IOR现象。由图4可以看出,不论是有无方向的提示信息,在有效提示下的反应时明显长于无效线索提示下的反应时,即出现了IOR效应,且提示信息为有向时的返回抑制量约为29 ms,无向时的返回抑制量约为18 ms。有效提示下,有方向时反应时明显长于无向时的反应时。在无效提示下,有向时反应时明显短于无向时的反应时。这表明箭头的方向影响了被试注意选择的方向。
![](Images/Table_Tmp.jpg)
Table 2. The average response of the cue-target stimulus paradigm under various conditions (ms)
表2. 各种条件下线索–靶刺激范式的平均反应时(ms)
![](//html.hanspub.org/file/11-1131209x27_hanspub.png)
Figure 4. Average response to target stimuli under various conditions (ms)
图4. 各个条件下对目标刺激的平均反应时(ms)
3.2.2. ERP结果与分析
我们对方向性和线索有效性条件下的电极进行分类叠加。当提示线索与目标出现位置一致时为有效线索;当提示线索与目标出现位置不一致时为无效线索。其中提示线索的类型分为有向提示线索和无向提示线索。对反应时数据进行2 (方向性:有向、无向) × 2(线索有效性:有效、无效) × 5 (电极点:Cz、CPz、P3、Pz、P4)的重复测量方差分析。
如图5所示:
P1是刺激呈现后130~170 ms出现的第一个正成分,方差分析结果显示,实验有效性条件的主效应显著(F(1,17) = 16.596,p < 0.05,
= 0.494);电极点的主效应显著(F(4, 17) = 6.511,p < 0.05,
= 0.277);方向性的主效应不显著(F(1, 17) = 0.038,p > 0.05,
= 0.002)。各条件间交互作用均不显著。
N1是刺激呈现后170~210 ms出现的第一个负成分,方差分析结果显示,实验有效性条件的主效应显著(F(1, 17) = 5.574,p < 0.05,
= 0.247);电极点的主效应显著(F(4, 17) = 19.057,p < 0.05,
= 0.529);方向性的主效应不显著(F(1, 17) = 0.793,p > 0.05,
= 0.045)。各条件间交互作用均不显著。
P3是刺激呈现后210~400 ms出现的第三个正成分,方差分析结果显示,实验有效性条件的主效应显著(F(1, 17) = 8.279,p < 0.05,
= 0.328);电极点的主效应显著(F(4, 17) = 12.014,p < 0.05,
= 0.414);方向性的主效应不显著(F(1, 17) = 0.001,p > 0.05,
= 0.0001)。各条件间交互作用均不显著。
3.3. 讨论
本研究采用时间相关电位技术,考察方向性在有效性提示线索下的激活特点。结果发现,当提示线索为有效提示时,有向提示比无向提示引起的P1波幅更正;当提示线索为无效提示时,有向线索和无向线索所引起的P1波幅几乎一致。当提示线索为有向有效时所引起的N1波幅最负;其次为无向有效时的
![](//html.hanspub.org/file/11-1131209x37_hanspub.png)
Figure 5. Waveform diagram of various conditions at the electrode point PZ
图5. 电极点PZ上,各种条件下的波形图
N1波幅;当提示线索为无效无向时引起的N1波幅为小。当提示线索为有向无效时P3波幅最正;其次为无向无效时的P3波幅;当提示线索为无向有效时所引起的P3波幅最小。
线索有效性与返回抑制性质问题有密切关系。关于返回抑制的性质,本实验结果也清楚的印证了这一事实。在Person和Cohen的研究中,他们指出返回抑制不是策略性的,是外援线索呈现后自动产生的,具有反射性质。Wright和Richard提出,返回抑制不是自动的,而是目的驱动的,受到人的控制。
P1、N1、P3的线索有效性与电极点的主效应均显著,方向性提示线索的主效应不显著,三者的交互作用均不显著,主要原因可能在于箭头指向的是对侧位置,目标出现位置同时也可能是同侧,即使在实验前告诉被试提示信息的有效性为50%,单这样的设计依然会给与被试一种认知上的冲突,正式因为这种冲突的存在使得箭头的主效应不显著。
但从数据结果上看,有向与无向条件下的差异还是明显存在的,而且有效性的主效应依然显著,这说明IOR现象还是存在的,因此如果将方向性提示的单一简单的箭头符号换为复杂的提示信息,结果可能会更好。
4. 总讨论
本研究采用的是经典的线索-靶刺激范式,并在提示线索的位置上进行的创新。将先前提示箭头在注视点处,改为注视点左右的任意一侧,指向方向为对侧。本实验之所以没有将箭头放在注视点是为了遮挡一处,将内源提示线索和外源线索信息结合,进一步对注意选择加工进行探究。这与先前研究有所不同,如果结果依然出现返回抑制现象,那么更能说明人们的视觉加工系统会自觉对已经加工过的位置信息有抑制现象,即再次印证了“重新定位假说”。本实验的一个不足之处在于,并没有将原有实验和创新后的实验进行分类,如果放在一起,可以对比同情况箭头位置差异对注意选择的影响等。
无论是多种条件下SOA的行为实验还是运用ERP技术后,在统计学上都没有发现方向性条件的主效应差异。这很可能是实验设计时由于提示信息有效性和无效性比率问题引起的。这里箭头朝向的位置是对侧位置与目标出现的位置可能是同侧位置的意识冲突,且提示信息与目标信息都为最简单的白色符号,不足以引起被试的注意系统的反馈等问题。如果将提示信息复杂化,如用文字或者面孔凝视来作为提示信息,结果可能与当下有所不同,方向性的主效应也许会有统计学意义。
本研究中两个实验的提示信息的有效与无效比率均为50%,如果将提示信息有效性设计为60%或70%,IOR现象也许会更为明显,结果可能与Wight和Richard研究一致,在高有效性线索条件下,目标出现在线索化位置的概率大,在低有效性线索条件下,目标不出现在线索位置的概率大,为使得搜索更有效,这是无需引发返回抑制;而在目标出现位置不确定时,在非信息线索下才引发返回抑制,即返回抑制受目的驱动,受到人的控制。如果将本研究进行分组对照,一半被试做提示信息有效性为60%的实验,另一半做提示信息有效性40%的实验,结果应该大有不同,对比两者可能会有新的结果,这可以在后续实验中进行探究。
最简单的方向性提示箭头,在人们的注意加工系统中使用的是自动的自上而下的加工方式,日常生活中,我们看到的事物是复杂的多样的,大脑对此的加工不可能与箭头加工方式完全一样。同样,道路的走向,文字的阐述,人的肢体动作,表情,情绪等都可以作为方向性指引标志。而且更加复杂精细的事物,会运用到更多的加工系统的参与,对此进行研究,其结果也可以说明更多问题。特别需要注意的是,人对面孔情绪,目光凝视的关注更为敏感,那么,多种情绪下,目光凝视对空间选择会有什么影响?对返回抑制现象会有怎样的影响?不同的头部转向和目光同时对返回抑制现象有什么影响呢?面孔与肢体动作结合呢?这都将是我们进一步探究的方向。
5. 结论
不同SOA条件下,有向性和有效性提示信息均出现IOR现象。且方向性提示线索与外围有向提示触发的IOR效应与自动定位无关。
基金项目
河南大学教育科学学院项目基金支持。
NOTES
*通讯作者。