楊海波 牛麗麗 尹莎莎 白學軍

(1 教育部人文社會科學重點研究基地天津師范大學心理與行為研究院，天津 300074)(2 國民心理健康評估與促進協(xié)同創(chuàng)新中心，天津 300074)

1 引言

日常生活中，個體搜索的目標通常出現(xiàn)在與其相似的非目標物體中，比如在廚房尋找茶杯，而茶杯又混雜在茶碟、茶壺等物品之中。個體是如何在與目標相關的物體中尋找目標呢？注意的偏向競爭模型（biased competition model）認為，如果某一客體表征與當前工作記憶中所保持的目標模板相同，那么該客體表征就會取得競爭優(yōu)勢而被注意優(yōu)先選擇，這個過程是通過激活儲存在工作記憶中的目標刺激的表征或特征模板以自上而下的方式來完成（Desimone & Duncan, 1995; Proulx& Egeth, 2008; ásgeirsson & Nieuwenhuis, 2017）。

一些以反應時和眼動指標為因變量的視覺搜索研究為注意偏向的競爭模型提供了支持證據(jù)。在這些實驗中，大多是要求被試記憶一個特定的視覺客體并在視覺搜索任務中尋找目標。結果發(fā)現(xiàn)，當搜索目標特征與工作記憶中記憶項目特征一致（有效線索）時，搜索目標的反應時更短，首次眼跳到目標項目位置的概率更高；當干擾項目特征與工作記憶中記憶項目特征一致（無效線索）時，目標識別效率降低，搜索目標的反應時變長。這些研究結果表明，視覺工作記憶內(nèi)容會引導注意分配（Soto, Heinke, Humphreys, & Blanco,2005; Olivers, Meijer, & Theeuwes, 2006; Hollingworth& Luck, 2009; Kim & Yang, 2016）。Gao等人（2016）認為，視覺工作記憶會通過基于客體編碼（object-based encoding）的方式來提取信息。在他們的實驗中，要求被試記憶多維特征客體的某一個特征維度，而忽略其他特征維度（例如，給被試呈現(xiàn)兩種不同顏色的形狀，要求他們記住形狀而忽略顏色）。間隔一段時間后判斷目標維度是否相對于記憶項出現(xiàn)了變化，而任務無關的另一個維度也會改變（在50%的試次中），結果發(fā)現(xiàn)了無關特征維度變化帶來了對目標特征維度改變覺察的干擾效應。

為了精確揭示注意資源分配和注意在不同項目之間轉移的時間進程特點，一些研究者利用事件相關電位技術（ERPs），以N2pc為指標來探討視覺工作記憶內(nèi)容對注意加工過程的影響（Eimer,1996; Liu, Lin, Zhao, & Roberson, 2016）。N2pc是一種較大的單側腦后負波，頭皮分布于目標刺激的對側腦后區(qū)域，潛伏期為刺激出現(xiàn)后200～300 ms。該成分是注意中期階段與空間選擇性注意密切相關的ERP成分，反映了對當前任務相關刺激所進行的空間選擇性加工（Woodman & Luck, 1999,2003; Berggren & Eimer, 2018）。在視覺搜索任務中，N2pc反映了抑制干擾刺激時采用的注意策略和注意資源的分配。如果干擾刺激容易被抑制，則不會誘發(fā)N2pc；如果目標刺激與干擾刺激空間位置相近，分辨難度大，則N2pc波幅更大（Luck& Hillyard, 1994; Brisson, Robitaille, & Jolicoeur, 2007;姚樹霞, 楊東, 齊森青, 雷燕, Ding, 2012）。當搜索序列中目標項與工作記憶中的記憶項目出現(xiàn)在同側視野時，N2pc波幅更大（Kumar, Soto, &Humphreys, 2009; Telling, Kumar, Meyer, &Humphreys, 2010）。Kumar等人采用視覺搜索范式，以彩色幾何線條和圖形為材料，探討視覺工作記憶內(nèi)容對目標項注意捕獲的影響，實驗為記憶一個圖形之后，對搜索序列中的目標斜線進行反應。結果發(fā)現(xiàn)，當搜索目標與記憶項目出現(xiàn)在同側視野時，頭皮后部出現(xiàn)了更大的N2pc，表明在注意加工的中期階段，視覺工作記憶內(nèi)容相關特征就捕獲了注意，個體投入更多注意資源抑制干擾信息，從而實現(xiàn)對目標的搜索。Telling等人以客體圖片為材料，以與先前識記單詞意義相同的圖片作為干擾項（例如, 在搜索目標為鳥類時, 干擾刺激為語義相關的魚類）。結果發(fā)現(xiàn)，干擾項出現(xiàn)在目標項的同側視野時，引發(fā)的N2pc波幅要顯著大于對側視野。表明在視覺搜索中語義干擾相關刺激的出現(xiàn)影響N2pc的波幅，從而對視覺搜索產(chǎn)生影響。

上述研究雖然發(fā)現(xiàn)了視覺工作記憶內(nèi)容會影響注意捕獲，體現(xiàn)出對N2pc的調節(jié)作用，但是上述研究中采用的實驗材料容易引起語義編碼，使得視覺工作記憶內(nèi)容與言語工作記憶內(nèi)容發(fā)生混淆。如Telling等人（2010）的研究材料是客體圖片，還有一些研究采用的實驗材料為不同顏色的幾何圖形（Kumar et al., 2009; Berggren & Eimer,2018），而個體容易對這些材料的某些維度特征進行語義編碼（如紅色圓形），已有研究發(fā)現(xiàn)言語工作記憶內(nèi)容也會自動引導注意捕獲（Olivers et al., 2006）。因此，為了探討視覺工作記憶中非語義編碼信息對注意捕獲的影響以及這種影響產(chǎn)生作用的時間進程，本研究嚴格控制實驗材料并利用事件相關電位技術探討非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容對注意捕獲影響的電生理機制。實驗材料的控制方法參考采用Olson, Moore和Drowos（2008）的研究做法，以難以用語義進行編碼的二維抽象對稱圖形為實驗材料，使被試無法對實驗材料進行語義水平的加工，以此排除語義編碼對視覺工作記憶任務的干擾，獲得較為純粹的視覺工作記憶。在實驗中設置中性條件作為基線水平，同時設置同側無效信息和對側無效信息的實驗條件考察先前視覺工作記憶中的內(nèi)容對當前目標搜索的影響。根據(jù)注意偏向競爭模型，如果某一客體表征與當前工作記憶中保持的目標模板相同，那么該客體表征就會取得競爭優(yōu)勢而優(yōu)先捕獲注意。基于上述研究和注意偏向競爭模型，本研究提出假設：（1）非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容調節(jié)注意捕獲過程，表現(xiàn)在反應時方面為信息無效提示條件下的反應時顯著長于中性條件；（2）在ERPs指標上，對于早期階段的P1或N1，表現(xiàn)出無效信息條件下誘發(fā)的P1或N1波幅顯著大于中性條件；對于N2pc，同側無效信息條件下所誘發(fā)的N2pc波幅要顯著大于對側無效條件和中性條件；對于P300，無效信息條件下誘發(fā)的P300波幅顯著大于中性條件。

2 研究方法

2.1 被試

在校大學生19名，平均年齡為23.2±2.5歲。所有被試視力或矯正視力正常，無視覺疾病，右利手，身體健康，無腦部損傷史。其中2名被試數(shù)據(jù)由于偽跡過多被剔除，有效數(shù)據(jù)被試17人（8男, 9女）。

2.2 實驗材料

實驗材料均用Adobe Photoshop CS3軟件編制，均為二維對稱圖形，白色（RGB:231），背景色是灰色（RGB:129）。記憶項目的材料是經(jīng)過突顯性評定后最終選定12個不同形狀的二維對稱幾何圖形。圖形呈現(xiàn)在屏幕中央，圖形視角均為0.7°。搜索序列項目為12個圖形中的4個圖形，圖形中心分布在一個以屏幕中心為圓點，以2.6°視角為半徑的假想圓周上。四個圖形分別呈現(xiàn)在45°、135°、225°、315°，搜索序列的水平和垂直視角均為6.0°。搜索序列項目中每個圖形中鑲嵌一個黑色箭頭，每個圖形序列中只有一個圖形中的箭頭是水平方向的，其余圖形中的箭頭都是豎直方向的，圖形序列呈現(xiàn)在屏幕中央。記憶探測項目的實驗材料與記憶項目相同。

2.3 實驗設計

實驗設計為單因素被試內(nèi)設計，自變量為視覺工作記憶內(nèi)容的性質（中性信息、同側無效信息、對側無效信息）。中性信息條件是目標箭頭嵌入非記憶項目（相對于記憶項目而言，在搜索序列中出現(xiàn)的之前未要求被試記憶的項目）中，記憶項目不出現(xiàn)在搜索序列中；同側無效信息條件是目標箭頭嵌入非記憶項目中，記憶項目出現(xiàn)在搜索序列中，且與目標箭頭出現(xiàn)在相同視野（注視點的左或右側）；對側無效信息條件是目標箭頭嵌入非記憶項目中，記憶項目出現(xiàn)在搜索序列中，且與目標箭頭出現(xiàn)在不同視野。

2.4 實驗程序

采用STIM2軟件進行編程，刺激通過21英寸CRT顯示器（分辨率1024×768, 刷新率85Hz）呈現(xiàn)。被試坐于一個隔音的屏蔽室內(nèi)，將頭部固定于下巴托上，屏幕中心距被試雙目約57 cm。每個試次開始時，灰色背景屏幕中心呈現(xiàn)一個注視點“+”，呈現(xiàn)時間為500 ms，然后出現(xiàn)記憶項目1000 ms，要求被試記住整個圖形，記憶項目消失后是800～1000 ms ISI的灰色空屏，然后是搜索序列，被試的任務是搜索水平方向的箭頭，并對箭頭方向進行按鍵反應，如果箭頭的方向朝左，則按左鍵；若箭頭方向朝右，則按右鍵。按鍵后搜索序列消失。如果被試在2000 ms內(nèi)沒有按鍵，搜索序列自動消失。為保證被試將識記圖形保持在工作記憶中，本研究增加了記憶探測任務，即在搜索序列消失后呈現(xiàn)灰色空屏200 ms，之后呈現(xiàn)探測刺激1500 ms，要求被試判斷此圖形與先前識記圖形是否相同并按鍵反應。按鍵后探測圖形消失。然后是下一個試次。試驗流程見圖 1。

被試先進行36個練習，熟悉實驗要求并且對搜索序列中水平箭頭方向判斷的練習正確率達到95%后開始正式實驗，整個實驗共240個試驗，每種實驗條件下80個試驗，共分為6個組塊，組塊間隔期間被試閉眼休息5分鐘。左右手按鍵在被試間進行了平衡，要求被試在確保準確率的前提下盡快反應。

2.5 EEG記錄

使用美國Neuroscan公司生產(chǎn)的ERP記錄與分析系統(tǒng)，按國際10-20系統(tǒng)擴展的64導電極帽記錄EEG，接地點位于在FCz和Fz連線的中點上，雙眼外側安置水平眼電電極（HEOG），右眼上下安置垂直眼電電極（VEOG）。以左耳乳突為參考電極點，離線（Offline）分析時以左右兩耳乳突的平均電位為參考。頭皮與電極之間的阻抗小于5 kΩ。濾波帶通為0.05～100 Hz，采樣頻率為1000 Hz/導。

2.6 數(shù)據(jù)測量與分析

對EEG數(shù)據(jù)進行離線處理時，根據(jù)被試眼動的大小矯正VEOG和HEOG。根據(jù)相關參考文獻（Kumar et al., 2009; Telling et al., 2010）以及本實驗中被試反應的情況，選取的分析時程是搜索序列呈現(xiàn)前200 ms到呈現(xiàn)后1000 ms，基線為線索呈現(xiàn)前200 ms，波幅大于±80 uv者被視為偽跡自動剔除。疊加平均得到每個被試在3種實驗條件下正確反應的EEG（疊加次數(shù)均在50次以上），對得到的ERPs數(shù)據(jù)進行30 HZ（24 dB/oct）的無相移數(shù)字濾波器濾波。

觀察所有被試疊加后的ERP波形以及本研究的目的，根據(jù)頭皮分布與電極位置之間的關系選取頭皮后部10個代表性的電極（PO7、PO5、PO3、POZ、PO4、PO6、PO8、O1、OZ、O2）并進行總平均，然后參考已有的相關研究并且結合本研究的ERP總平均圖選取時間窗口進行統(tǒng)計分析（Kumar et al., 2009; Berggren & Eimer, 2018）。

頭皮成分和時間窗口為：P1（50～130 ms），N1（130～180 ms），N2pc（200～300 ms），P300（250～500 ms）。以P1、N1和P300的波幅（峰-峰值）和N2pc平均波幅為統(tǒng)計指標，進行單因素（視覺工作記憶內(nèi)容：中性、同側無效、對側無效）方差分析。采用SPSS16.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，并對不滿足球形檢驗的統(tǒng)計效應采用Greenhouse-Geisser法矯正p值。

3 結果

3.1 行為結果

三種條件下記憶探測任務的正確率在96%以上，且無顯著差異。剔除平均數(shù)三個標準差之外和錯誤反應的反應時數(shù)據(jù)，剔除數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)總數(shù)的4.9%，結果見表 1。

表 1 不同實驗條件下被試的反應時（ms）和準確率（%）

對搜索反應時進行單因素重復測量的方差分析，結果發(fā)現(xiàn)：視覺工作記憶內(nèi)容的主效應顯著，F(xiàn)（2, 32）=10.27，p＜0.01，η2=0.42。多重比較發(fā)現(xiàn)：被試在同側無效信息條件下的反應時（1015±84 ms）顯著長于中性信息條件下的反應時（983±83 ms），對側無效信息條件下的反應時（1005±84 ms）顯著長于中性信息條件下的反應時（983±83 ms）。

3.2 ERPs結果

3.2.1 N2pc波幅

N2pc波形圖是由目標刺激出現(xiàn)視野的頭皮對側電極減去同側電極波形得到的。N2pc平均波幅的單因素方差分析結果表明：視覺工作記憶內(nèi)容的主效應顯著，F(xiàn)（2, 32）=5.07，p＜0.01，η2=0.34，多重比較發(fā)現(xiàn)，同側無效信息條件下的平均波幅（1.52±0.13 μV）顯著大于對側無效信息條件（0.61±0.15 μV）和中性條件（0.43±0.12 μV）。

3.2.2 P1和N1波幅

對P1、N1的波幅分別進行單因素方差分析，結果發(fā)現(xiàn)不存在顯著差異。

3.2.3 P300波幅

視覺工作記憶內(nèi)容主效應顯著，F(xiàn)（2, 32）=3.70，p＜0.05，η2=0.39；多重比較發(fā)現(xiàn)，對側無效信息條件下波幅（6.52±0.73 μV）顯著大于中性信息條件下波幅（5.68±0.71 μV），同側無效信息條件下波幅（6.47±0.62 μV）顯著大于中性信息條件下波幅（5.68±0.71 μV）。

4 討論

4.1 視覺工作記憶中非語義編碼對早期注意加工的影響

本研究采用視覺搜索范式考察了非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容影響注意捕獲的電生理機制。行為結果發(fā)現(xiàn)，被試在同側無效信息條件和對側無效信息條件下的反應時均顯著長于中性信息條件下的反應時。行為數(shù)據(jù)的結果與前人的研究結果基本一致（Soto et al., 2005; Olivers et al.,2006; Hollingworth & Luck, 2009），這表明即使無法進行語義編碼，儲存在視覺工作記憶中的記憶項目依然能夠調節(jié)對搜索目標的注意。視覺工作記憶中保持的特征模板使得與其相匹配的干擾刺激在搜索刺激中獲得注意資源的競爭優(yōu)勢，個體需要消耗更多注意資源對干擾刺激進行抑制，才能捕獲靶刺激從而進行反應，所以兩種無效信息條件下的反應時均顯著長于中性信息條件。本研究的腦電數(shù)據(jù)表明，非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容對早期ERP成分（P1、N1）沒有影響；同側無效信息條件下的N2pc波幅顯著大于對側無效信息條件和中性條件；對側無效信息條件和同側無效信息條件下誘發(fā)了更大的P300波幅。

本研究中，無效信息條件下誘發(fā)的注意早期成分P1、N1波幅均與中性條件下無差異。這與Tan等人（2014）的研究結果不一致，該實驗發(fā)現(xiàn)，相對于記憶項目和搜索項目不匹配，當兩者相匹配時P1和N1的波幅更大，這是因為在該實驗中搜索目標是字母X或T，記憶項目是圖片；這與Luck和Hillyard（1994）的研究結果不一致，該研究發(fā)現(xiàn)在目標刺激存在條件下的P1和N1波幅與目標刺激缺失條件下差異顯著。但是在本實驗中被試的任務是對搜索序列中水平箭頭的方向進行判斷，對被試來說這個目標是一直存在的。而本研究三種條件的區(qū)別在于干擾刺激是否出現(xiàn)以及干擾刺激與目標刺激是否在同側視野，而且本研究使用難以用語義進行編碼的二維抽象對稱圖形為實驗材料，使被試無法對實驗材料進行語義水平的加工，以此排除語義編碼對視覺工作記憶任務的干擾，獲得較為純粹的視覺工作記憶，研究結果未發(fā)現(xiàn)注意早期成分的差異，說明儲存在視覺工作記憶中的非語義信息對搜索目標的早期加工沒有顯著影響。Telling等人（2010）的研究結果中同樣發(fā)現(xiàn)三種條件下的注意早期成分無顯著差異，這與本研究結果一致。以上表明靶刺激是否出現(xiàn)對注意捕獲的調節(jié)作用更早，而干擾刺激是否出現(xiàn)，干擾刺激與目標刺激是否在視野同側對注意捕獲的調節(jié)作用要延后至200 ms。

4.2 視覺工作記憶中非語義編碼對注意捕獲影響的時間進程

本研究中，同側無效信息條件下的N2pc波幅顯著大于對側無效信息條件和中性條件。在視覺搜索任務中，當與視覺工作記憶內(nèi)容相同的干擾項出現(xiàn)時，與視覺工作記憶內(nèi)容相匹配的項目特征自動激活，被試首先對干擾項所在的視野進行注意加工，然后對干擾項進行抑制，接著才能對目標刺激進行加工和反應。當干擾項與目標項出現(xiàn)在同側視野時，二者的位置特征相似程度更高，個體需要消耗更多注意資源才能將二者進行辨別，所以產(chǎn)生了更大的N2pc，這與Luck和Hillyard（1994）提出的觀點相一致，當需要對目標刺激進行空間定位時，干擾刺激與目標刺激的位置越接近，誘發(fā)的N2pc波幅越大。當與視覺工作記憶內(nèi)容相同的干擾項出現(xiàn)在搜索目標對側時，被試也會首先選擇注意此干擾項出現(xiàn)的一側，但干擾項與目標項的位置特征相似程度低，所以N2pc的波幅與中性條件無差異。該結果與Kumar等人（2009）相一致，非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容對注意捕獲的調節(jié)作用最早發(fā)生在200 ms，體現(xiàn)為N2pc的波幅效應，且持續(xù)到注意晚期階段。

根據(jù)已有研究，P300反映了對目標刺激的選擇以及反應決策過程，目標刺激選擇和反應決策難度越大，P300波幅就越大（Desmedt, 1980;Nieuwenhuis, Aston-Jones, & Cohen, 2005）。在目標刺激缺失條件下的任務難度大于目標刺激存在條件，因此誘發(fā)的P300波幅更大（Chun & Wolfe,1996; Brouwer, Hogervorst, Oudejans, Ries, & Touryan,2017）。本研究中，P300結果與反應時結果相一致，對側無效信息條件和同側無效信息條件下誘發(fā)了更大的P300波幅，與Telling等（2010）研究結果不一致，該研究未發(fā)現(xiàn)三種干擾刺激條件下P300效應，說明與能夠進行語義編碼的干擾刺激相比，對非語義編碼的圖形識記難度大，識記時個體需要對其投入更多注意資源，因此在搜索任務中，在無效信息條件下個體要投入更多注意資源抑制干擾刺激來實現(xiàn)對靶刺激的識別。

綜合本研究結果表明，與先前視覺工作記憶內(nèi)容匹配的非語義編碼干擾項影響了對靶刺激的注意捕獲。注意的偏向競爭模型（biased competition model）認為，如果某一客體表征與當前工作記憶中所保持的目標模板相同，那么該客體表征就會取得競爭優(yōu)勢而被注意優(yōu)先選擇，這個過程是通過激活儲存在工作記憶中的目標刺激的表征或特征模板以自上而下的方式來完成的（Desimone &Duncan, 1995; Proulx & Egeth, 2008; ásgeirsson &Nieuwenhuis, 2017）。在本研究中采用難以用語義進行編碼的二維抽象對稱圖形為實驗材料，利用行為和ERP相結合的實驗技術，結果發(fā)現(xiàn)即使被試只能對記憶項目進行非語義編碼，當搜索序列中出現(xiàn)與先前視覺工作記憶內(nèi)容相同的目標模板時，仍然會取得競爭優(yōu)勢，干擾對靶刺激的注意捕獲。本研究結果支持了視覺注意的偏向競爭模型，非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容在注意選擇競爭過程中獲得了注意資源競爭優(yōu)勢，并為該模型提供了進一步的電生理證據(jù)。

5 結論

本實驗條件下得出以下結論：（1）非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容能夠調節(jié)注意捕獲過程；（2）非語義編碼的視覺工作記憶內(nèi)容對注意捕獲的調節(jié)作用發(fā)生在注意中晚期階段。