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體感游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量的影響*
王 慈**姜正丹**孫麟惠**楊 揚(yáng)*邱芳芳 廖華宇***高在峰
(浙江大學(xué)心理與行為科學(xué)系,杭州 310028)
傳遞生物體運(yùn)動(dòng)信息的生物運(yùn)動(dòng)在工作記憶中有著獨(dú)立于一般視覺客體的存儲空間。盡管研究發(fā)現(xiàn)電子游戲訓(xùn)練可提高工作記憶(如一般視覺客體)容量,但尚未有研究探討游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量的影響。本研究采用Kinect體感游戲訓(xùn)練,首次對該問題進(jìn)行探討。實(shí)驗(yàn)中控制組被試與實(shí)驗(yàn)組被試均先后做兩次生物運(yùn)動(dòng)記憶實(shí)驗(yàn),但實(shí)驗(yàn)組在第一次實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行為期14天的體感游戲訓(xùn)練。結(jié)果發(fā)現(xiàn),盡管生物運(yùn)動(dòng)工作記憶績效在后測時(shí)較前測有顯著上升,但是游戲訓(xùn)練并未顯著提高實(shí)驗(yàn)組的記憶績效,說明生物運(yùn)動(dòng)工作記憶并不受體感交互游戲訓(xùn)練影響。
體感游戲 生物運(yùn)動(dòng) 工作記憶訓(xùn)練
工作記憶(working memory)用于實(shí)時(shí)存儲和操作有限的信息(Baddeley & Hitch,1974;Eriksson,Vogel,Lansner,Bergstrom,& Nyberg,2015)。盡管工作記憶僅能存儲3~4個(gè)組塊的信息,但它同我們的學(xué)習(xí)能力、智商、視覺搜索、任務(wù)解決等諸多高級認(rèn)知加工過程密切相關(guān)(e.g.,Alloway,Gathercole,& Elliott,2010;Alloway,Gathercole,Willis,& Adams,2004;Gathercole & Pickering,2000;Logie,2011),是當(dāng)前認(rèn)知心理學(xué)的研究焦點(diǎn)之一(for reviews see Eriksson et al.,2015;Wolfe,2014)。由于工作記憶如此重要,研究者就提高工作記憶容量的可能途徑進(jìn)行了大量探討(see Oei & Patterson,2014 for a review)。由于眾多研究發(fā)現(xiàn)電子游戲可提高我們的認(rèn)知加工能力,如提升個(gè)體的注意控制與執(zhí)行功能水平(e.g.,Cohen,Green,& Bavelier,2007;Green & Bavelier,2003,2006b,2007;Oei & Patterson,2013;Wu & Spence,2013;see Oei & Patterson,2014 for a review),近年來研究者開始嘗試采用電子游戲訓(xùn)練方式以提高個(gè)體工作記憶的容量。結(jié)果發(fā)現(xiàn),動(dòng)作類電子游戲玩家較非玩家在工作記憶任務(wù)上更具優(yōu)勢(Blacker,Curby,Klobusicky,& Chein,2014;Boot,Kramer,Simons,Fabiani,& Gratton,2008);電子游戲訓(xùn)練顯著提高被試的工作記憶容量,且不受被試動(dòng)機(jī)、期望等因素的影響(Blacker et al.,2014;Oei & Patterson,2013;but see Boot et al.,2008)。以往工作記憶的游戲訓(xùn)練研究主要采用色塊等簡單靜態(tài)物理刺激為實(shí)驗(yàn)材料,反映了游戲訓(xùn)練對一般視覺客體工作記憶的影響。目前,尚未有研究探討游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)(biological motion)工作記憶容量的影響。
最近研究者揭示,傳遞生物體運(yùn)動(dòng)信息的生物運(yùn)動(dòng)在工作記憶中有不同于一般視覺客體的存儲機(jī)制。如生物運(yùn)動(dòng)在工作記憶中有著獨(dú)立于一般視覺客體的存儲空間(生物運(yùn)動(dòng)工作記憶;Gao,Ye,Shen,& Perry,2015;Shen,Gao,Ding,Zhou,& Huang,2014;Wood,2007),其在工作記憶中的復(fù)述需鏡像神經(jīng)元(mirror neuron)參與(Gao,Bentin,& Shen,2014;Lu et al.,2016),且工作記憶加工生物運(yùn)動(dòng)相關(guān)的綁定亦有別于一般視覺客體(Ding et al.,2015)。因此,以往有關(guān)游戲訓(xùn)練對一般視覺客體工作記憶影響的結(jié)論并不能直接推論至生物運(yùn)動(dòng)工作記憶。
此外,筆者認(rèn)為探討游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的影響較一般客體工作記憶具有更為重要的意義。生物運(yùn)動(dòng)工作記憶對我們形成連貫的外部生物體運(yùn)動(dòng)表征具有重要作用(e.g.Gao et al.,2015),而研究揭示個(gè)體對生物運(yùn)動(dòng)加工的能力是衡量其社會(huì)認(rèn)知水平的關(guān)鍵指標(biāo)(Pavlova,2012)。筆者最近的研究亦揭示,只有生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的容量可預(yù)測個(gè)體共情(empathy)水平,而一般視覺客體工作記憶與共情水平間無相關(guān)(Gao et al.,2015)。因此,若游戲訓(xùn)練可顯著提升個(gè)體生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的容量,這對社會(huì)認(rèn)知能力受損的病人而言將極具應(yīng)用價(jià)值?;诖?,本研究擬探討游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的影響,以填補(bǔ)研究空白。
在以往的游戲訓(xùn)練研究中,研究者多采用基于鼠標(biāo)-鍵盤的動(dòng)作類電子游戲(如榮譽(yù)勛章,Green & Bavelier,2003,2006b;虛擬競技場,Cohen et al.,2007;Green & Bavelier,2006a)。隨著技術(shù)的進(jìn)步,以微軟Xbox為代表的體感交互游戲已步入我們的生活,這類游戲基于Kinect等體感交互設(shè)備,允許用戶使用自己的肢體動(dòng)作與游戲角色交互,即個(gè)體通過完成某些生物運(yùn)動(dòng)與游戲進(jìn)行交互。筆者認(rèn)為,由于生物運(yùn)動(dòng)工作記憶與體感交互游戲均涉及生物運(yùn)動(dòng)信息,若游戲訓(xùn)練可影響生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的容量,體感交互游戲的訓(xùn)練效果應(yīng)最為有效。鑒于本研究為第一項(xiàng)探討游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量影響的研究,筆者擬采用基于Kinect的體感游戲進(jìn)行探討。同時(shí),借鑒以往的游戲訓(xùn)練時(shí)間(訓(xùn)練10~30小時(shí),see Oei & Patterson,2014 for a review),本研究要求被試進(jìn)行為期14小時(shí)的訓(xùn)練,每天訓(xùn)練1小時(shí),共計(jì)14天。此外,有研究者指出,以往諸多電子游戲訓(xùn)練研究由于缺乏控制組,其游戲訓(xùn)練提高效應(yīng)可能由實(shí)驗(yàn)任務(wù)的練習(xí)效應(yīng)或被試采用策略導(dǎo)致,而與游戲訓(xùn)練無關(guān)(Boot,Blakely,& Simons,2011;Boot & Simons,2012;Green,Strobach,& Schubert,2014)。為揭示體感游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的真實(shí)影響,筆者在本研究中設(shè)置控制組,要求控制組與實(shí)驗(yàn)組被試均先后完成兩次生物運(yùn)動(dòng)記憶任務(wù);然而,只有實(shí)驗(yàn)組完成第一次實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行14小時(shí)的游戲訓(xùn)練。若體感交互游戲訓(xùn)練可顯著提高生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的容量,則實(shí)驗(yàn)組生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量較控制組應(yīng)有顯著提高。
2.1 被試
實(shí)驗(yàn)組被試為12名浙江大學(xué)大三本科生(平均年齡20.3±0.5歲,男生3名)??刂平M為11名浙江大學(xué)本科生被試(平均年齡20.4±0.5歲,男生4名)。被試視力或矯正視力正常,無色盲,第一次實(shí)驗(yàn)前均無Kinect體感游戲經(jīng)歷。
2.2 實(shí)驗(yàn)材料
2.2.1 Kinect體感游戲
Kinect體感游戲訓(xùn)練采用48英寸液晶顯示器和Xbox360系統(tǒng)(Kinect 1.0)。
鑒于舞蹈類與健身類游戲在Kinect體感游戲中占較大比例,筆者選擇以下四款游戲用于訓(xùn)練:舞力全開4(Just Dance 4)、全明星鄉(xiāng)村舞蹈(Country Dance All Stars)、穿越墻洞(Hole in the Wall)、減肥達(dá)人終極版(The Biggest Loser:Ultimate Workout)。這四款游戲有以下共性:(1)游戲時(shí)需對虛擬人物或墻洞形狀進(jìn)行鏡像模仿,需玩家協(xié)調(diào)身體肢體進(jìn)行全身動(dòng)作;(2)游戲中Kinect會(huì)檢測玩家關(guān)鍵身體部位與關(guān)節(jié)位置;(3)游戲會(huì)就玩家動(dòng)作給出反饋,被試模仿越精確,反饋信息越正向;(4)四款游戲均為單人單機(jī)游戲。
2.2.2 生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量測量
生物運(yùn)動(dòng)刺激采用筆者前期使用的光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(point light display)為實(shí)驗(yàn)材料(e.g.,Shen et al.,2014)。該類刺激由13個(gè)光點(diǎn)組成,分別指示了騎車、走路、繪畫、跳躍、揮舞、鏟、劈7個(gè)不同類型的生物運(yùn)動(dòng)。每個(gè)生物運(yùn)動(dòng)由30幀構(gòu)成,每幀連續(xù)呈現(xiàn)兩次,3.62°×1.43°視角。生物運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在以屏幕中央為中心的4.88°的圓周上,5個(gè)位置均勻分布,每次隨機(jī)呈現(xiàn)3或5個(gè)生物運(yùn)動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)程序采用Matlab編寫,背景色為黑色(0,0,0;RGB),呈現(xiàn)于17英寸CRT顯示屏上。顯示屏分辨率為1024×768,刷新率為60Hz。實(shí)驗(yàn)在隔音暗室中進(jìn)行,被試距離屏幕中央60cm。
2.3 實(shí)驗(yàn)流程
實(shí)驗(yàn)采用2(游戲訓(xùn)練:實(shí)驗(yàn)組vs.控制組)×2(測驗(yàn)時(shí)間:前測vs.后測)×2(記憶負(fù)荷:3vs.5個(gè)生物運(yùn)動(dòng))的混合設(shè)計(jì),游戲訓(xùn)練為被試間變量,測驗(yàn)時(shí)間、記憶負(fù)荷為被試內(nèi)變量。其中,由于生物運(yùn)動(dòng)的工作記憶容量為3~4個(gè),故要求被試記憶3或5個(gè)生物運(yùn)動(dòng)可有效估計(jì)其工作記憶容量。
被試首先進(jìn)行前測,完成后的第二天實(shí)驗(yàn)組開始游戲訓(xùn)練。每天訓(xùn)練2個(gè)游戲,每個(gè)游戲各30分鐘,中間休息10分鐘。4天為一輪訓(xùn)練,每一輪內(nèi)游戲訓(xùn)練順序在被試間平衡。為提高訓(xùn)練的趣味性與效果,訓(xùn)練前4天采用相對簡單的固定游戲內(nèi)容,剩余10天由被試自由選擇合適的游戲難度。主試會(huì)記錄被試每次的訓(xùn)練得分并在訓(xùn)練前告知被試,以確保被試認(rèn)真對待訓(xùn)練。訓(xùn)練全部結(jié)束后的第二天,被試進(jìn)行后測??刂平M被試則僅進(jìn)行前、后測,兩次測試相隔14天。
生物運(yùn)動(dòng)工作記憶任務(wù)的實(shí)驗(yàn)流程見圖1。首先在屏幕中央呈現(xiàn)兩個(gè)白色數(shù)字500ms,要求被試大聲復(fù)述數(shù)字,以避免被試在記憶生物運(yùn)動(dòng)時(shí)使用言語編碼策略(cf.Gao et al.,2015;Shen et al.,2014;Wood,2007)。隨后,一紅色注視點(diǎn)在屏幕中央出現(xiàn)300ms,間隔150~350ms的空屏后呈現(xiàn)記憶項(xiàng)。被試需記憶3(呈現(xiàn)3s)或5個(gè)(呈現(xiàn)5s)白色生物運(yùn)動(dòng)。記憶項(xiàng)消失后空屏900ms,最后隨機(jī)呈現(xiàn)1個(gè)紅色檢測項(xiàng)1000ms,當(dāng)呈現(xiàn)紅色問號時(shí)要求被試在3000ms內(nèi)判斷檢測項(xiàng)是否在記憶項(xiàng)中呈現(xiàn)過。最后,空屏100ms,并在2000ms內(nèi)完成對復(fù)述數(shù)字(紅色)的判斷。若生物運(yùn)動(dòng)或數(shù)字出現(xiàn)過按“J”鍵,未出現(xiàn)過按“F”鍵。
圖1 工作記憶任務(wù)實(shí)驗(yàn)流程
正式實(shí)驗(yàn)共60個(gè)試次,分兩部分完成。兩部分間被試休息3~10分鐘。在正式實(shí)驗(yàn)開始前,被試要先進(jìn)行10個(gè)試次的練習(xí)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)約15分鐘。
為估計(jì)個(gè)體的生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量,筆者采用Cowan,Blume和Saults(2013)公式:K=N×(H-F)/H。其中,N為記憶項(xiàng)數(shù)目,H為擊中率,F(xiàn)為虛驚率。計(jì)算被試在不同記憶負(fù)荷下的K,并將其中的最大值作為工作記憶的容量估計(jì)值(cf.Gao et al.,2015;Shen et al.,2014)。最后,以測驗(yàn)時(shí)間為被試內(nèi)變量,游戲訓(xùn)練為被試間變量,對個(gè)體的生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量進(jìn)行混合方差分析。
實(shí)驗(yàn)組被試認(rèn)真地完成了Kinect游戲訓(xùn)練。由于訓(xùn)練后10天被試自由選擇任務(wù)難度,故游戲得分不可進(jìn)行簡單平均報(bào)告。因此,以某典型被試為例,報(bào)告其隨時(shí)間推移的游戲表現(xiàn)(圖2)。
實(shí)驗(yàn)組和控制組的正確率、擊中率和虛驚率見表1。對個(gè)體的生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量(圖3)進(jìn)行混合方差分析發(fā)現(xiàn),訓(xùn)練時(shí)間的主效應(yīng)顯著,F(xiàn)(1,21)=6.37,p=0.02,η2=0.23,表明工作記憶容量后測較前測有顯著提高。游戲訓(xùn)練主效應(yīng)不顯著,F(xiàn)(1,21)=0.36,p=0.56,η2=0.02,提示實(shí)驗(yàn)組(K=4.05)和控制組(K=4.20)間無顯著差異。盡管實(shí)驗(yàn)組的績效提升稍高于控制組,但是訓(xùn)練時(shí)間與游戲訓(xùn)練間交互作用不顯著,F(xiàn)(1,21)=0.37,p=0.55,η2=0.02,提示游戲訓(xùn)練并未選擇性地提升生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的績效。
圖2 某典型被試在舞力全開游戲中的得分與訓(xùn)練時(shí)間的關(guān)系
表1 生物運(yùn)動(dòng)任務(wù)正確率、擊中率和虛驚率(M±SD)
圖3 實(shí)驗(yàn)組與控制組的生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量受訓(xùn)練的影響(誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤SE)
本研究采用Kinect設(shè)備,首次探討了體感游戲訓(xùn)練對生物運(yùn)動(dòng)工作記憶容量的影響。實(shí)驗(yàn)組較控制組在兩次測試間進(jìn)行了14小時(shí)的體感游戲訓(xùn)練,結(jié)果發(fā)現(xiàn),盡管生物運(yùn)動(dòng)工作記憶績效在后測時(shí)較前測有顯著上升,但是游戲訓(xùn)練并未顯著提高實(shí)驗(yàn)組的記憶績效。該結(jié)果說明,生物運(yùn)動(dòng)工作記憶可能并不受體感交互游戲訓(xùn)練的影響。因此,盡管體感交互游戲可通過娛樂的方式較好地訓(xùn)練個(gè)體的生理機(jī)能,但似乎并不能特異性地提高個(gè)體的生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工能力。
本研究為游戲訓(xùn)練效應(yīng)可能同練習(xí)效應(yīng)有關(guān)的觀點(diǎn)提供了新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(Boot et al.,2011;Boot & Simons,2012;Green et al.,2014)。Boot等(2011)指出,以往諸多游戲訓(xùn)練的研究由于缺乏控制組導(dǎo)致獲得了虛假的訓(xùn)練遷移效應(yīng),即認(rèn)知能力的提高由遷移任務(wù)的練習(xí)效應(yīng)或被試采用策略導(dǎo)致。然而,Oei和Patterson(2013)、Blacker等(2014)則指出電子游戲訓(xùn)練可提高被試存儲的工作記憶容量,且被試的動(dòng)機(jī)水平、參與度等并未對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。本研究發(fā)現(xiàn)盡管實(shí)驗(yàn)組的工作記憶績效在前后測發(fā)生了顯著提高,但是控制組亦發(fā)生了類似的提高。因此,本研究從新的角度為Boot等(2011)觀點(diǎn)提供了支持,提示游戲訓(xùn)練研究有必要設(shè)置控制組。
然而,筆者需指出,本研究發(fā)現(xiàn)的工作記憶任務(wù)練習(xí)效應(yīng),可能同生物運(yùn)動(dòng)刺激本身的特殊性有一定關(guān)系。由于本研究采用的生物運(yùn)動(dòng)刺激均來自日常生活,被試均可對其進(jìn)行命名,故在前測中隨著實(shí)驗(yàn)的時(shí)間推移,被試極可能形成了有關(guān)生物運(yùn)動(dòng)刺激的長時(shí)記憶,這將有助于被試提高記憶績效。更為重要的是,本研究結(jié)果表明間隔14天后該種長時(shí)記憶的影響仍穩(wěn)定存在,提示有關(guān)生物運(yùn)動(dòng)長時(shí)記憶的信息保持較為穩(wěn)定,這同Urgolites和Wood(2013)所揭示的長時(shí)記憶可高質(zhì)量保持生物運(yùn)動(dòng)信息的結(jié)果相一致。此外,這亦可能同生物運(yùn)動(dòng)腦機(jī)制加工的特殊性有關(guān)。生物運(yùn)動(dòng)的加工需要后部上顳葉溝(posterior superior temporal sulcus)、鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的參與(e.g.,Ding et al.,2015;Lu et al.,2016;Pavlova,2012),眾多腦區(qū)的參與形成信息的冗余備份,從而有效阻止生物運(yùn)動(dòng)信息的消退。
最后,本研究的發(fā)現(xiàn)可能與訓(xùn)練強(qiáng)度有關(guān)。游戲訓(xùn)練的強(qiáng)度(如訓(xùn)練時(shí)間)直接決定了游戲訓(xùn)練的效果。目前,研究者尚未明確建議游戲訓(xùn)練的最佳時(shí)長。大部分電子游戲的訓(xùn)練時(shí)間在10~30小時(shí)之間(e.g.,Cohen et al.,2007;Green & Bavelier,2003,2006b;Oei & Patterson,2013),較長的研究則采用了50小時(shí)(Strobach,Frensch,& Schubert,2012)。本研究將訓(xùn)練時(shí)間設(shè)定為14個(gè)小時(shí),訓(xùn)練強(qiáng)度屬于中下水平。此外,由于體感游戲中的體感交互在某種程度上屬于個(gè)體相對熟悉的自然交互行為;而在僅需手參與的鍵盤-鼠標(biāo)類動(dòng)作游戲中,熟練、自動(dòng)化的人-機(jī)交互需大量訓(xùn)練方能形成,且隨著游戲訓(xùn)練的推進(jìn),個(gè)體的控制能力會(huì)提高(Oei & Patterson,2014)。故體感游戲的訓(xùn)練效果顯現(xiàn)可能要較一般的電子游戲需更長的時(shí)間。故今后有必要采用更高強(qiáng)度的訓(xùn)練來探討體感游戲?qū)ι镞\(yùn)動(dòng)工作記憶容量的影響。
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The Influence of Motion Sensing Game Training on the Working Memory Capacity of Biological Motion
WANG Ci JIANG Zheng-dan SUN Lin-hui YANG Yang QIU Fang-fang LIAO Hua-yu GAO Zai-feng
(Department of Psychology,Zhejiang University,Hangzhou 310007,China)
Biological motion has an independent storage buffer in working memory (WM) from common visual objects (e.g.,color,location).While it has been revealed that video games can considerably increase the WM capacity of common visual objects,no study has explored whether video games improve the WM capacity of biological motion.Here we closed this gap by requiring two groups (control vs.training group) of participants to finish a task measuring the WM capacity of biological motion twice with a gap of 14-days.Critically,during the 14 days the training group had to perform Kinect-based motion sensing games 1 hour/day.It is found that WM performance significantly increased in the second measurement relative to the first one,and it was not modulated by the training experience.These results suggest that motion sensing game training does not selectively improve the WM capacity of biological motion.
motion sensing game,biological motion,working memory training
國家自然基金(31271089);浙江大學(xué)本科生探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目。
B84
A
1006-6020(2016)-03-0211-07
**共同第一作者
***通信作者:廖華宇,男,浙江大學(xué)心理系研究生,e-mail:huayuliao@zju.edu.cn或高在峰,男,浙江大學(xué)心理系教授。