(陜西師范大學(xué)心理學(xué)院暨陜西省行為與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)重點實驗室,西安,710062)

1 引言

1.1 飛行員的空間能力及動態(tài)空間能力

在航空心理學(xué)研究領(lǐng)域,視覺空間能力對飛行技能的高預(yù)測效度一直受到關(guān)注,飛行員良好的空間認(rèn)知技能和其成功率密切相關(guān)。良好的視覺空間能力不但是飛行員飛行、巡航或者作戰(zhàn)需要,也使飛行員節(jié)省了心理能量而用于其他作業(yè),降低了心理工作負(fù)荷和失誤的危險性。多年來,研究者尋求發(fā)現(xiàn)對飛行職業(yè)非常重要的空間能力因子,用于飛行員選拔測驗和飛行訓(xùn)練(Dore,Kosslyn,&Waag,1993;游旭群,晏碧華,2004)。

空間能力的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域證明了3個空間因素的存在：定向(orientation)、視覺化(visualization)和空間關(guān)系(spatial relations)。定向是對視覺刺激模式的元素排列的理解,以及在呈現(xiàn)的空間構(gòu)形中能夠在方向改變時保持正確判斷的能力。定向能力是飛行技能中最核心的因素之一(游旭群等,1994)。視覺化是指表象性地控制、折疊、反轉(zhuǎn)二維或三維圖畫的能力,主要表現(xiàn)為一種表象性控制能力。空間關(guān)系能力是指想象一個物體經(jīng)過空間轉(zhuǎn)換后如何顯現(xiàn)的能力。以往研究均發(fā)現(xiàn)了飛行員在這些復(fù)雜的視覺空間任務(wù)上的加工優(yōu)勢(另見綜述,晏碧華,游旭群,楊仕云,2012)。不過,這些傳統(tǒng)的有關(guān)視覺空間認(rèn)知和空間操作能力的測試大都通過紙筆測試來進(jìn)行,或者通過計算機呈現(xiàn)刺激,但是刺激或者客體是靜止的,這是靜態(tài)空間能力(static spatial ability)(Hunt,Pellegrino,Frick,Farr,&Alderton,1988)。

動態(tài)空間能力(dynamic spatial ability,DSA)是指個體判斷運動的客體要到哪里去以及何時到達(dá)目的地的能力,也就是客體以某種速度按照固定路徑運動,個體估計時間或速度以及不同運動路徑的交叉(Hunt et al.,1988)。Hunt等指出動態(tài)空間能力和靜態(tài)空間能力完全不同。動態(tài)空間能力著重考察個體對運動元素的反應(yīng)和處理(Pellegrino &Hunt,1989)。D’Oliverira(2004)對九種傳統(tǒng)的紙筆測驗和一個運動客體測驗的結(jié)果進(jìn)行因素分析,結(jié)果支持了動態(tài)空間能力作為視覺空間能力的獨立因素地位。動態(tài)空間能力測試比靜止空間能力測試更接近真實運動場景,更注重個體在變換情境中的實時處理能力,其研究集中于動態(tài)空間能力任務(wù)開發(fā)、個體差異研究、動態(tài)空間任務(wù)解決策略研究等領(lǐng)域(晏碧華等,2012)。其中在動態(tài)空間能力任務(wù)開發(fā)上取得了較為豐富的成果,例如相對到達(dá)時間任務(wù)(Relative Arrival Time Tasks,RAT)、攔截判斷任務(wù)(Intercept Judgment Tasks,IJT)(Pellegrino &Hunt,1991)、空間定向動態(tài)測試(Spatial Orientation Dynamic Test,SODT)和空間視覺化動態(tài)測試(Spatial Visualization Dynamic Test,SVDT)等(Contreras,Santacreu,&Shih,1998;Santacreu,1999)。

運動客體判斷是多個職業(yè)所需求的,如空中交通管制員、航線飛行員等。飛行員在動態(tài)空間能力上的加工特性研究很少,國內(nèi)研究分別發(fā)現(xiàn)飛行員在動態(tài)距離判斷、簡單運動客體的相對到達(dá)時間判斷上的優(yōu)勢(楊仕云,晏碧華,游旭群,2009),以及飛行員采用整體策略形成運動整體表征時具有優(yōu)勢(戴琨,晏碧華,楊仕云,游旭群,2010)?？梢?有必要深入探討飛行員在各類動態(tài)空間能力任務(wù)上的加工特性和加工機制。

1.2 相對運動任務(wù)

本研究擬采用相對到達(dá)時間判斷任務(wù)(RAT)的變式來考察飛行員對運動客體的加工和處理。

對運動時間估計研究較多的是對碰觸時間(time to collision,TTC)的估計,分別有客體中心和自我中心的碰撞時間估計(DeLucia,2004,2013),并有研究者(Baurès,Oberfeld,&Hecht,2010)對兩個客體的TTC加工進(jìn)行了研究。在這些TTC任務(wù)判斷中,其基本任務(wù)是對一個客體或兩個客體中的每個客體進(jìn)行碰觸時間估計。這是相對簡單的運動任務(wù)。從運動復(fù)雜性看,有不同種類的運動模式,近年研究中最具創(chuàng)意的是運動的多階分類(Burr &Thompson,2011)。一階運動(first-order motion)通常是指客體的絕對運動,關(guān)注客體刺激本身的特性如顏色、形狀、大小、紋理對運動的影響。二階運動是指運動背景改變、對比度改變引起的運動,也包括客體之間的相對運動,總體上是指一種相對運動。一階運動和二階運動是按照運動空間的物理學(xué)特征進(jìn)行分類的,而三階運動是依據(jù)人的心理特征來進(jìn)行定義的,即人類視覺系統(tǒng)會注意“突出的”、“會引起注意的”運動刺激,比如構(gòu)成突出運動軌跡的運動。

顯然,從運動復(fù)雜性看,TTC屬于一階運動,而本文擬采用的 RAT任務(wù)是二階運動模式。RAT是判斷兩個運動的客體哪個先到達(dá)指定目標(biāo),這不是一個單純的到達(dá)時間任務(wù),而是對經(jīng)過一段時間變換后由相對距離改變合并相對速度對相對運動時間做出判斷。Hunt等(1988)認(rèn)為,單個運動客體的時間與速度判斷是個體自動感知的運動判斷任務(wù),而兩個客體的相對運動注重相對時間差,任務(wù)復(fù)雜,要求精確,空間是“動態(tài)”變換的,并需要中央系統(tǒng)加工功能利用有限的資源進(jìn)行比較與判斷。

對 RAT的研究集中在任務(wù)解決策略上,其策略運用分為直接策略和認(rèn)知協(xié)商策略。直接策略是運用視網(wǎng)膜距離的變化作為區(qū)分兩個客體的直接線索(Tresilian,1995)。但是,個體對運動物體的判斷并不是簡單憑借生理感光機制,對運動客體的運動三要素(速度、距離、時間)都有自己的主觀估計和處理策略,因此認(rèn)知協(xié)商策略更具有說服力。認(rèn)知協(xié)商策略中最具有代表性的是距離-速度權(quán)衡策略。Law等(1993)對RAT任務(wù)中相對速度和相對距離的水平進(jìn)行了區(qū)分設(shè)計并發(fā)現(xiàn),相對距離和相對速度的判斷績效能預(yù)測相對到達(dá)時間的判斷績效,被試在判斷中會整合相對速度和相對距離信息,并且這種整合能力存在個體差異。這被稱之為距離速度權(quán)衡策略(d/v權(quán)衡策略)。他們還發(fā)現(xiàn)被試在判斷時會過度依賴相關(guān)距離信息,稱之為距離偏見(distance bias)。距離偏見來源于同時加工相對速度和距離信息的資源限制,距離判斷更為直接、方便,這是一種捷徑策略,尤其是低空間能力的個體有距離加工優(yōu)先傾向,即更多依賴距離信息而不是速度。

RAT任務(wù)研究還較少,有關(guān)客體特征與其運動特性的相互關(guān)系還沒有展開。雖然有研究得到飛行員相對到達(dá)時間判斷比飛行學(xué)員、普通被試整體上要好(楊仕云等,2009),但是并沒有深入探討這種優(yōu)勢的具體表現(xiàn)?？腕w特征包括客體大小、形狀、顏色和紋理特征等,而客體運動特征有速度、方向、距離和位置變化等。那么這些客體特征和運動特征的變化是如何影響相對到達(dá)時間的判斷呢？這正是本研究要關(guān)注的。

1.3 客體特征與運動特征對 RAT判斷的影響-研究必要性分析

為什么要設(shè)置客體特征與運動特性兩類變量來考察它們對RAT判斷的影響？

首先,設(shè)計構(gòu)思來自于客體特征與空間特征的加工分離和兩條視覺神經(jīng)通路的一般組織原則。在視覺運動和運動空間判斷研究上,在20世紀(jì)80年代中期以前就已經(jīng)積累了相當(dāng)?shù)难芯砍晒?如“模式”(pattern)與“運動”(motion)兩種視覺功能和兩條視覺神經(jīng)通路理論(Burr et al.,2011)。不過,大量研究圍繞客體識別(object recognition)與空間認(rèn)知(spatial cognition)任務(wù)進(jìn)行了探討,均證實了客體屬性和空間屬性的分離性加工(綜述見,Pickering,Gathercole,Hall,&Lloyd,2001)。兩條解剖上不同的神經(jīng)通路和皮層通路分別對客體本身以及客體的空間屬性進(jìn)行加工(Mishkin,Ungerleider,&Macko,1983;Goodale &Milner,1992)。但是,兩條通路尤其是頂通路(where通路)的功能并不局限于此。頂通路不僅負(fù)責(zé)客體定位,對物體在空間中的相對位置關(guān)系和視野各成分的向量和發(fā)生總體反應(yīng),還能產(chǎn)生物體運動知覺。Mishkin等(1983)認(rèn)為頂通路的許多區(qū)域包含具有很強方向選擇性的神經(jīng)元,對于運動分析和空間知覺起到重要作用。

那么,個體在對運動客體判斷時是如何協(xié)調(diào)運動客體屬性、運動空間屬性(方向)以及運動線索特征(距離、速度與時間)的？前已述運動空間判斷和靜止空間能力是相對獨立的,那么在運動客體中會不會出現(xiàn)運動特征優(yōu)先加工的現(xiàn)象？這正是本研究要關(guān)注的。雖然行為研究并不能找到兩條通路在加工運動客體時的具體激活特點與分工,但還是可以為兩條通路在加工運動客體時的功能差異研究帶來一定啟示。

其次,研究構(gòu)思來自于運動客體加工的影響變量。視覺變量和經(jīng)驗變量都影響著運動判斷,個體會采用直接策略或認(rèn)知協(xié)商策略來進(jìn)行判斷。在簡單運動判斷如 TTC判斷中,碰觸時間的估計受到兩類信息源的影響(DeLucia,2004)。一類是視覺不變量(optical invariants,such as tau),這決定于感官過程的限制并提供可靠的 TTC信息,一類是經(jīng)驗的變量如相對大小、背景等,決定于認(rèn)知過程的限制。大小到達(dá)效應(yīng)(the size-arrival effect,ERS)說明在進(jìn)行 TTC 判斷時個體傾向于判斷大客體先碰上目標(biāo)(DeLucia &Warren,1994)。背景依賴性說明TTC的判斷受到運動背景的影響(Calabro,Beardsley,&Vaina,2011)。在復(fù)雜運動中也是如此,通常物體的位置變化會在視網(wǎng)膜上留下軌跡,這是探討運動知覺產(chǎn)生的生理感官因素,但視覺系統(tǒng)會利用外部信息進(jìn)行判斷。例如新近的一項研究表明(Furman&Gur,2012),在眼睛跟隨運動客體時,人類視覺系統(tǒng)會利用外部信息補償眼睛運動,這樣眼睛就可準(zhǔn)確捕獲運動畫面和實現(xiàn)運動表象的轉(zhuǎn)換。

那么,對復(fù)雜運動客體個體是如何協(xié)調(diào)視覺變量和經(jīng)驗變量的？復(fù)雜運動中也有大小到達(dá)效應(yīng)、背景效應(yīng)嗎？這也是本研究要關(guān)注的。

1.4 研究目的與設(shè)計

本文的基本假設(shè)是：在加工運動客體時,不同動態(tài)空間能力的個體在客體特征和運動特征上會有認(rèn)知加工差異。文章擬通過設(shè)置 RAT任務(wù)的變式,考察運動客體大小、顏色的變換、空間構(gòu)型背景的改變對相對到達(dá)時間判斷的影響,同時在運動特征上考察不同運動方向、速率大小對判斷的影響。通過設(shè)置對照研究將飛行員與普通被試進(jìn)行對比,尋求發(fā)現(xiàn)兩組對客體特征和運動特征及其相互關(guān)系的處理差異。由于國內(nèi)航線飛行員的選拔并沒有引入動態(tài)空間能力測試,研究可為飛行員選拔和飛行訓(xùn)練中引入動態(tài)空間能力測試提供參考。

2 實驗1

2.1 目的

考察兩個客體的顏色、運動方向、速率大小對RAT任務(wù)判斷的影響,并同時探討民航飛行員在這些影響因素上的加工優(yōu)勢。

2.2 方法

2.2.1 被試

35名現(xiàn)役民航飛行員,平均年齡為 26.80歲(23～34歲),大學(xué)文化程度,平均飛行時間1820小時(360～5500小時)。所有被試均為男性,身體健康并通過民航總局體檢標(biāo)準(zhǔn)?？刂平M為 31名普通成年男性,身份有職員、醫(yī)師、學(xué)生等,他們在性別、年齡(平均 25.7,分布在 22～35歲)和文化程度上均與飛行員相匹配。采用MW-U秩和檢驗法對兩組年齡進(jìn)行均衡性檢驗,兩組無顯著差異,

Z

=–1.656,

p

=0.098。所有被試視力或矯正視力正常,無色盲或色弱現(xiàn)象,且均未參加過類似實驗。

2.2.2 實驗設(shè)備和實驗材料

實驗過程在兩臺筆記本電腦上進(jìn)行,分辨率1366×768,刷新頻率60 Hz。測驗在安靜的環(huán)境下被試自行按指導(dǎo)語的提示完成所有任務(wù),所有相關(guān)結(jié)果均由計算機自動記錄。實驗程序采用VC語言編制。

實驗基本刺激：

兩個圓點在顯示器屏幕上同時出現(xiàn),一上一下以不同速度但同方向的水平勻速運動,各自向?qū)γ娴哪繕?biāo)線(豎直線)前行,在運動一段時間后消失(未達(dá)到目標(biāo)線),見圖1。基本設(shè)置為白色背景上的彩色圓點,圓點直徑為 0.5 cm(0.6°視角),兩個圓點分別為紅、綠兩種顏色。豎直目標(biāo)線(wall line) 0.2 cm ×3 cm(0.24°×3.6°視角),兩條豎直目標(biāo)線均為黑色,圓點到目標(biāo)線的垂直點為目標(biāo)線中點,兩中點相距7 cm,兩條豎直線連接起來可成為一條直線。兩個圓點從出現(xiàn)到消失經(jīng)過的時間為3 s。在速度上,圓點勻速運動的速度有3個水平：4.0 cm/s、4.5 cm/s、5.0 cm/s。在運動方向上,兩個圓點有從左到右(西→東)和從右到左(東→西)兩個水平,且與X軸無方向偏差。在消失點與目標(biāo)線距離上,設(shè)置兩個水平：速度快的圓點離目標(biāo)線遠(yuǎn),先到達(dá);速度快的圓點離目標(biāo)線遠(yuǎn),后到達(dá),在起始點進(jìn)行了距離控制,不設(shè)置速度快圓點距離目標(biāo)線近和兩個圓點同時到達(dá)的情況,以保證任務(wù)的相對難度。這樣,一共有6(速度不重復(fù)設(shè)置結(jié)合：4.0-4.5,4.0-5.0,4.5-4.0,4.5-5.0,5.0-4.0,5.0-4.5)×2(圓點顏色)×2(運動方向)×2(相對快速消失點距離)共 48種不同的刺激形式。就相對速度比率(velocity ratio)來看,一共有3種速率：1.25:1、1.125:1、1.111:1,第一種速度差最大,在刺激形式中有 1/3,余下兩種比率非常接近,歸為一種。在速率水平設(shè)計上,以往研究難度通常區(qū)分1.5:1和 2:1速率水平且某一客體固定速度(Law et al.,1993),比較而言本實驗難度更大。

圖1 實驗1實驗材料截屏圖

2.2.3 實驗任務(wù)

兩個彩色圓點同時在顯示器一側(cè)出現(xiàn),向著“對面”各自的目標(biāo)線運動,而后消失。被試需要判斷哪一個圓點先到達(dá)自己的目標(biāo)線(假定其消失后以原來的速度繼續(xù)前進(jìn)),若是紅色圓點,則左手指按“D”鍵進(jìn)行按鍵反應(yīng),若是綠色圓點,則用右手指按“K”鍵。記錄下反應(yīng)時和反應(yīng)正確性,計時從圓點消失開始,到按鍵結(jié)束。要求被試既快又準(zhǔn)確地反應(yīng)。

2.2.4 實驗程序

第一階段為按鍵練習(xí)階段,設(shè)置6個練習(xí)測試,使被試熟練掌握反應(yīng)方式,6個練習(xí)測試可循環(huán)使用。第二階段為正式實驗階段。被試通過空格鍵控制每一個測試的出現(xiàn),對 48個隨機呈現(xiàn)的刺激形式進(jìn)行判斷,1.25:1速率的每個刺激均判斷2次,這樣保證了大小速率各占一半,因此正式實驗共有64個測試。

2.2.5 實驗設(shè)計

實驗?zāi)康脑谟谔接懣腕w顏色、運動特征即運動方向與速率大小對實驗結(jié)果的影響,同時探討飛行員的認(rèn)知加工優(yōu)勢,因此實驗為 2(被試)×2(顏色)×2(運動方向)×2(速率大小)混合設(shè)計。其中顏色水平的區(qū)分以客體顏色與運動相對速度的結(jié)合劃分為兩個水平：紅色–較快速度,綠色–較快速度。

所用計算工具為SPSS 16.0。

2.3 結(jié)果與分析

統(tǒng)觀反應(yīng)時,從經(jīng)驗上講,由于要對運動著的兩個客體進(jìn)行對比,因此判斷時間比通常單一客體的知覺反應(yīng)時間要長。本研究反應(yīng)時處理標(biāo)準(zhǔn)是：剔除錯誤反應(yīng)的反應(yīng)時,以及3個標(biāo)準(zhǔn)差以外的正確反應(yīng)時。本實驗中,兩組的錯誤反應(yīng)次數(shù)平均為5.48±1.27,反應(yīng)時在3個標(biāo)準(zhǔn)差外的正確反應(yīng)次數(shù)為 0.57±0.80,剔除上述無效次數(shù)后反應(yīng)時總有效率為 90.54%±2.36。反應(yīng)時和正確率實驗結(jié)果分別見圖2和圖3。

圖2 不同客體運動方向、顏色、速率條件下飛行員與控制組的反應(yīng)時

圖3 不同客體運動方向、顏色、速率條件下飛行員與控制組的正確率

對被試的所有同類運動模式(同方向同顏色同速率)的平均反應(yīng)時間和正確率進(jìn)行相關(guān)分析,沒有發(fā)現(xiàn)顯著正相關(guān),說明不存在反應(yīng)速度-準(zhǔn)確性權(quán)衡現(xiàn)象。

2.4 討論

從主效應(yīng)可知,顏色特征對 RAT判斷沒有影響,而運動方向和客體的速率大小影響著反應(yīng)判斷,被試對從左到右運動客體的判斷更快更準(zhǔn),對速度差異較大的大速率運動也是反應(yīng)更快準(zhǔn)確性更高,即使是運動判斷經(jīng)驗豐富的飛行員,從左到右任務(wù)和大速率任務(wù)準(zhǔn)確性也更高。和控制組比,飛行員反應(yīng)快正確率高。在反應(yīng)時中,飛行員的快速加工優(yōu)勢集中體現(xiàn)在從右到左運動以及小速率的相對運動客體判斷上。在正確率上,飛行員的準(zhǔn)確反應(yīng)全面表現(xiàn)在兩種方向及兩種速率的運動任務(wù)上。此外,飛行員在兩個運動方向和兩種相對運動速率上的反應(yīng)時均無差異,說明飛行員對相對運動的運動特征掌握更為精確。

3 實驗2

3.1 目的

考察客體大小因素與視線方向?qū)?RAT判斷的影響,并同時探討飛行員在這些影響因素上的加工優(yōu)勢。視線方向變量的含義是運動往返方向是否與通常水平視線一致。

3.2 方法

3.2.1 被試

同實驗1。

圖4 實驗2實驗材料截屏圖

3.2.2 實驗材料

基本刺激同實驗1是相似的,兩個圓點在顯示器屏幕上同時出現(xiàn),一上一下以不同速度但同方向勻速運動,各自向?qū)γ娴哪繕?biāo)線前行,在運動3s后消失。不同的地方有,基本設(shè)置為白色背景上的黑色圓點,兩圓點直徑分別為0.5 cm(0.6°視角)和1 cm(1.2°視角),即小圓點和大圓點。在速度上,圓點勻速運動的速度只有兩個水平：4 cm/s、5 cm/s。在運動視線方向上有：水平運動方向、與水平視線有45°夾角的運動方向,且兩種方向都設(shè)置了往返情況,即在水平視線上設(shè)置了從左到右(西→東)和從右到左(東→西),在 45°視線上有從西南向東北方向和由東北往西南方向,見圖4。這樣,一共有2(大小圓點與速度不重復(fù)設(shè)置)×2(大小圓點上下位置)×2(運動往返方向)×2(視線方向)×2(相對快速消失點距離)共32種不同的刺激形式。

3.2.3 實驗任務(wù)、程序和設(shè)計

每個刺激形式呈現(xiàn)兩次,隨機呈現(xiàn) 64個刺激,被試需要判斷哪一個圓點先到達(dá)自己的目標(biāo)線,分別按“D”鍵和“K”鍵對小、大圓點進(jìn)行反應(yīng)。要求被試兩眼視線與顯示器上下邊框平行,尤其在進(jìn)行45°方向判斷時,不能有偏頭等動作。

設(shè)置六個練習(xí)測試和64次正式試驗。

本實驗擬探討視線方向和客體大小對判斷的影響,實驗設(shè)計為 2(被試間)×2(被試內(nèi)：客體大小)×2(被試內(nèi)：視線方向)設(shè)計。其中客體大小水平的區(qū)分是以客體大小與運動速度的結(jié)合劃分為兩個水平：大客體–快速,小客體–快速。

3.3 結(jié)果與分析

本實驗中,兩組的錯誤反應(yīng)次數(shù)為 5.66±1.39,反應(yīng)時在3個標(biāo)準(zhǔn)差外的正確反應(yīng)次數(shù)為0.56±0.88,剔除上述無效次數(shù)后反應(yīng)時總有效率為 90.28%±2.43。反應(yīng)時和正確率結(jié)果分別見圖5和圖6。

圖5 飛行員與控制組完成大小客體不同視線方向任務(wù)的反應(yīng)時

圖6 飛行員與控制組完成大小客體不同視線方向任務(wù)的正確率

對被試的所有同類運動模式的平均反應(yīng)時和正確率進(jìn)行相關(guān)分析,沒有發(fā)現(xiàn)二者正相關(guān)顯著,說明不存在反應(yīng)速度-準(zhǔn)確性權(quán)衡現(xiàn)象。

3.4 討論

本實驗發(fā)現(xiàn)客體大小影響普通被試的相對到達(dá)時間判斷,出現(xiàn)了 RAT任務(wù)的“大小到達(dá)效應(yīng)”,即大客體快速行駛而小客體低速行駛時他們的相對到達(dá)時間更易區(qū)分,而當(dāng)小客體快速行駛且與之對比的是低速的大客體時,小客體的優(yōu)勢表現(xiàn)不明顯。此外,實驗證明了與兩眼視線方向不一致的運動方向會使相對運動時間判斷更難。與控制組比較,客體相對大小和客體運動方向?qū)︼w行員的相對運動時間判斷的影響大為降低,反應(yīng)時和反應(yīng)準(zhǔn)確性均顯示飛行員對兩個運動客體相對到達(dá)時間的判斷已經(jīng)能夠脫離客體大小的影響,沒有表現(xiàn)出“大小到達(dá)效應(yīng)”。且飛行員能準(zhǔn)確把控運動方向,這種優(yōu)勢尤表現(xiàn)在與兩眼視線方向不一致的運動客體的反應(yīng)正確性上。

4 實驗3

4.1 目的

探討有可能影響運動距離表征和運動客體空間構(gòu)型的背景因素對相對到達(dá)時間判斷任務(wù)的影響,并同時探討飛行員的加工優(yōu)勢。背景因素是一種非運動特征。

4.2 方法

4.2.1 被試

同實驗1。

4.2.2 實驗材料

基本刺激同實驗1是一致的。不同的是,兩條目標(biāo)線與水平運動軌跡形成了135°夾角,且兩條目標(biāo)線一條長3 cm,一條長5 cm,如圖7。運動方向只有從左到右(西→東)。這樣,一共有 6(速度不重復(fù)設(shè)置結(jié)合)×2(圓點顏色)×2(目標(biāo)線長短)×2(相對快速消失點遠(yuǎn)近距離)共48種不同的刺激形式。

相對于實驗1圓點到直線的垂直距離,本實驗中不同長度的傾斜目標(biāo)線設(shè)置雖然并沒有真正改變圓點到目標(biāo)線中點的位置,但對圓點與目標(biāo)線之間的距離知覺造成了干擾。

4.2.3 實驗任務(wù)、程序和設(shè)計

正式試驗開始后,被試需要判斷哪一個圓點首先到達(dá)自己的目標(biāo)線中點,同樣分別操作“D”鍵和“K”鍵對紅、綠圓點進(jìn)行反應(yīng)。

圖7 實驗3實驗材料截屏圖

同樣設(shè)置6個練習(xí)測試和大速率任務(wù)加倍后64個正式測試。

本實驗將引入實驗1同方向的32個測試進(jìn)行比較,關(guān)注兩組被試差異和不同目標(biāo)線的影響作用,實驗為2(被試間)×2(被試內(nèi)：目標(biāo)線特征)設(shè)計。

4.3 結(jié)果與分析

本實驗中,兩組的錯誤反應(yīng)次數(shù)平均為6.89±2.59,反應(yīng)時在3個標(biāo)準(zhǔn)差外的正確反應(yīng)次數(shù)為 0.68±0.84,剔除上述無效次數(shù)后反應(yīng)時總有效率為 88.24%±4.47。反應(yīng)時和正確率實驗結(jié)果分別見圖8和圖9。為了考察目標(biāo)線特征對判斷的影響,本實驗將實驗1中的相對到達(dá)時間判斷同方向結(jié)果作為“基準(zhǔn)實驗”引入本實驗中進(jìn)行方差分析。

圖8 飛行員與控制組在兩種目標(biāo)線條件下的反應(yīng)時

圖9 飛行員與控制組在兩種目標(biāo)線條件下的正確率

4.4 討論

在通常情況下,人們對客體的形狀識別及其運動狀態(tài)的觀察是在各種視覺噪音下完成的,有背景變化和視覺噪音的運動更接近于現(xiàn)實環(huán)境中的物體運動。目標(biāo)線特征改變使運動背景發(fā)生改變,這種改變非一般性干擾(如可視條件的改變),它在一定程度上已經(jīng)改變了客體與目標(biāo)之間的關(guān)系,影響到了被試對客體之間的位置關(guān)系和距離關(guān)系的知覺。本實驗發(fā)現(xiàn)飛行員對相對運動客體的判斷并沒有受到目標(biāo)線特征改變的影響,與控制組比較,飛行員易于從視覺干擾條件下提取目標(biāo)客體的運動信息,較少受到背景信息干擾。

5 總討論

5.1 RAT任務(wù)中客體特征與運動特性反應(yīng)特點

人們對運動時間的判斷存在于每天的思維和決策中。相對到達(dá)時間的判斷不僅依賴于對距離的評估,還需要被試對客體運動相對速度進(jìn)行權(quán)衡,這是一個對客體多種運動特征協(xié)同判斷的復(fù)雜過程。RAT任務(wù)是兩個客體的競爭運動,實驗結(jié)果顯示,普通被試的相對到達(dá)時間判斷容易受到客體特征、運動方向和背景特征的影響。在客體特征中,顏色對運動客體的相對時間判斷沒有影響,而客體大小會影響相對到達(dá)時間判斷,有“大小到達(dá)效應(yīng)”,即大客體快速行駛而小客體低速行駛時它們的相對到達(dá)時間更易區(qū)分。在運動特征中,本研究發(fā)現(xiàn)作為計算機化的 RAT測試任務(wù)其兩個客體的運動方向、視線方向和速率大小影響時間判斷。此外,目標(biāo)線運動背景的改變對普通被試的判斷有影響。

在 RAT任務(wù)中,知覺到的速度和距離信息可用來估計時間,需要在相對速度和相對距離之間進(jìn)行權(quán)衡(d/v權(quán)衡策略)。從生動性講,相對速度和距離加大都有利于相對到達(dá)時間判斷,相對距離和相對速度引起的到達(dá)時間差異很小時就難以判斷。但是這種權(quán)衡不一定是真實存在的,因為在相對運動估計中既有真實的視網(wǎng)膜距離與速度這種視覺變量的變化,還有混合運動后關(guān)于速度、距離和時間的主觀估計。當(dāng)兩個客體共同運動時,客體特征和運動特征都會對相對速度、相對距離造成影響從而影響判斷。例如,客體大小既會影響相對速率估計,也會影響兩個客體的位置關(guān)系判斷;運動方向,尤其是與視線方向不一致的方向也會影響對相對速度的估計,從而影響時間判斷;而背景特征則會對相對距離判斷產(chǎn)生較大的影響。因此,方向和距離表征成為了兩個較為核心的影響因素。

為什么運動方向會影響時間判斷？由于是計算機化任務(wù),個體常用的從左至右的書寫與閱讀習(xí)慣使該方向的判斷相對容易。而與視線方向一致的運動較易判斷,對變化的運動空間判斷較難,則是與我們通常的視覺經(jīng)驗都是在比較規(guī)則的空間進(jìn)行有關(guān)。在日常生活中,即使有不規(guī)則運動的客體,我們也會讓身體運動(如偏頭)以保持和運動方向的平行。當(dāng)不能保證平行時,判斷就會出現(xiàn)困難。那為什么距離表征會影響判斷呢？Law等(1993)認(rèn)為相對運動中被試判斷時有“距離偏見”,或認(rèn)為距離信息更為“眼見為實”(Fischer,Hickey,Pellegrino,Law,1994),平行軌跡的相對運動時間判斷的發(fā)展特點是從距離依賴到時間依賴有階段性發(fā)展(Keshavarz et al.,2010)。可見,距離表征是影響運動時間判斷的基本因素,在判斷中更容易被優(yōu)先作為線索使用。本研究中,由于大客體本身就占據(jù)相應(yīng)的“距離”特征,因此同等速率下大客體快速會更容易判斷。此外,目標(biāo)線背景由于干擾了距離表征也影響了判斷。

5.2 飛行員在相對到達(dá)時間判斷任務(wù)上的加工優(yōu)勢

本研究希望找到動態(tài)空間能力中飛行員具有加工優(yōu)勢的核心空間能力因子,為提高當(dāng)前的航線飛行員選拔與訓(xùn)練效益提供實證參考。在未來的航線飛行員選拔和訓(xùn)練中,把極富生態(tài)性的動態(tài)空間能力測試引入,任務(wù)越具有核心價值和代表性,就越能夠在選拔之初解決經(jīng)過系統(tǒng)訓(xùn)練才能解決的問題,從而提高選拔效率,此外,設(shè)置綜合性核心動態(tài)空間任務(wù)訓(xùn)練還可以極大提高訓(xùn)練效率。

與控制組比,飛行員或反應(yīng)快或正確率高或二者兼具,飛行員對相對運動的判斷在一定程度上已經(jīng)脫離了客體方向的影響,能對速率較小任務(wù)進(jìn)行精確分辨,并不受視線方向改變的影響和目標(biāo)背景的干擾作用。即,飛行員相對于控制組能對時間任務(wù)中相對速度和相對距離的水平加以良好區(qū)分,并能通過相對距離和相對速度預(yù)測相對到達(dá)時間,在判斷中整合相對速度和相對距離信息的優(yōu)勢明顯。飛行員時間到達(dá)任務(wù)上的加工優(yōu)勢實際就是對運動客體的運動狀態(tài)掌握的優(yōu)勢。雖然個體對運動客體的運動狀態(tài)的判斷會受到客體特征和背景特征的干擾,但是這種干擾對飛行員的判斷影響不大。需要進(jìn)一步說明的是,運動方向作為運動空間屬性并沒有對飛行員的 RAT判斷有所影響,飛行員只對運動線索特征(距離與速度)這些視覺流變量做出反應(yīng),體現(xiàn)了“運動優(yōu)先”加工特征,即在飛行員身上體現(xiàn)了客體屬性和空間屬性加工讓位于運動屬性加工的現(xiàn)象。這樣的加工特點證明了運動和靜止客體的空間屬性加工可能是不同的。當(dāng)然,這還需要進(jìn)一步驗證。

在認(rèn)知方式上,游旭群和于立身(2000)發(fā)現(xiàn)飛行員具有較強的場獨立性特征,這種場獨立性特征與其較高水平的視覺空間認(rèn)知能力相關(guān)。和場依存性比較,具有場獨立性特征的個體在問題表征上更少受先導(dǎo)組織結(jié)構(gòu)特點的制約(Davis &Cochran,1989),其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在其具有成熟的元認(rèn)知技能,包括較強的注意監(jiān)控技能以及信息的提取和組織能力。在動態(tài)空間的相對運動的時間判斷中,飛行員較少受到客體變化特征和背景特征的干擾,再次證明了其較高的場獨立性認(rèn)知特征。此外,多個研究發(fā)現(xiàn)DSA有練習(xí)效應(yīng)(Law et al.,1993;Shayne,Andrew,&Michael,2007),而飛行實踐是飛行員練習(xí)效應(yīng)獲得的最佳途徑。因此,飛行員在RAT任務(wù)上表現(xiàn)出優(yōu)勢。

5.3 飛行員對RAT任務(wù)特征分離的可能解釋

從視覺通路功能來看,復(fù)雜的視覺認(rèn)知任務(wù)是what通路與where通路共同作用的結(jié)果,不僅包括了對客體特性與表征進(jìn)行確認(rèn),也包括對經(jīng)過視覺操作后的客體特性的重新判斷。該研究領(lǐng)域的擴(kuò)展必將帶動認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)對兩條通路功能的全新探索。Goodale和Milner(1992)認(rèn)為what通路確定客體是什么,where通路的機能本質(zhì)是視覺導(dǎo)向(visual guidance),其神經(jīng)機制適應(yīng)于指導(dǎo)視覺行為的運動分析。由于對運動物體的知覺與判斷依賴于物體表征區(qū)和運動加工區(qū)的交互,由兩條通路協(xié)同作用,在加工運動客體時,控制組對運動特征的判斷更容易受到客體特征的影響,兩種屬性加工更易發(fā)生關(guān)聯(lián)。對于有良好動態(tài)空間能力和飛行實踐的飛行員來講,兩類特征的加工較少發(fā)生關(guān)聯(lián),因而能對運動特征進(jìn)行精確控制而較少受客體特征的影響,顯示飛行訓(xùn)練可能增強了運動加工區(qū)的功能。

本文研究結(jié)果更適宜從加工特性分析,從結(jié)果看,運動特征加工經(jīng)過飛行訓(xùn)練后更容易形成自動加工,對客體屬性的加工難于形成自動加工。與靜止客體相比,運動客體整合了客體特征、空間特征和運動特征,控制組對運動特征的加工由于少了熟練性使其受到了客體特征和空間特征的影響。隨學(xué)習(xí)和實踐而不斷提高的加工過程是熟練技能的重要基礎(chǔ),飛行員由于飛行實踐的長期影響對運動特征的自動化加工程度較高,視覺自動操作(visuomotor processing)水平較高,視覺變量判斷精確,較少受經(jīng)驗變量的影響,就可以分離運動客體的客體特征與運動特征。當(dāng)然,飛行員還能分離運動空間屬性對運動線索特征的影響,體現(xiàn)了更高的“運動優(yōu)先”加工水平?？傊?本研究證實了運動客體特征、運動空間屬性和運動線索特征的加工存在個體差異,這些個體差異可為特殊人員選拔和技能訓(xùn)練提供實證參考。

有關(guān)運動知覺和運動空間判斷等動態(tài)空間能力的研究還較少。未來對動態(tài)空間能力的研究,尤其是對多個客體和多路徑運動的動態(tài)空間的探索,必將極大擴(kuò)展視覺空間認(rèn)知研究領(lǐng)域。

致謝：

研究過程得到中國南方航空公司航空衛(wèi)生管理部體檢隊及廣西分公司航醫(yī)室鼎力支持,在此謹(jǐn)表誠摯謝意！Baurès,R.,Oberfeld,D.,&Hecht,H.(2010).Judging the contact-times of multiple objects:Evidence for asymmetric interference.

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