工作记忆层次表征引导视觉搜索的行为和脑电研究

【摘要】：视觉工作记忆是一个用于存储和操作一组有限项目的临时缓冲区,关键特征是容量有限,通常只能存储3-4个项目。许多客体并不是由单一特征定义的,而是由一组组合的特征定义。一些研究者提出了层次结构模型,认为视觉工作记忆的单元是一个层次结构的特征集,顶层是整体的对象表征,底层是特征表征,信息在多个层级之间进行维护,并在不同的层级之间发生交互作用。视觉工作记忆的内容在指导注意分配上也发挥着十分重要的作用。在现实生活中,许多任务都要求我们在场景中寻找与行为目标相关的环境刺激。我们需要保存一个视觉工作记忆表征,即目标模板用于视觉搜索。通过激活这个目标模板就可以自上而下地引导注意加速视觉搜索。以往的研究已经使用视觉搜索范式探究了视觉工作记忆内容对注意力的影响。Soto(2005)采用视觉搜索范式,要求被试在一些不相关的干扰物中寻找目标线段。首先,被试需要记忆一个图形,然后在搜索界面中搜索目标线段(例如:一条斜线)。在有效条件下,搜索界面中的记忆项包含一个倾斜的目标线段;在无效条件下,记忆项中包含一个垂直的干扰线段;在中性条件下,搜索界面中没有记忆项。最后,呈现一个记忆测验要求被试判断该图形与之前的记忆项是否一样。结果表明,有效条件下的搜索效率快于无效和中性条件,证明了记忆线索的有效性效应。之前的研究都是用简单的颜色或形状刺激来研究视觉工作记忆表征对注意的影响,而现实生活中的刺激不仅仅是单一维度的特征,而是一些具有一定空间关系的复杂客体。复杂的客体通常由不同水平的特征组成:整体水平和局部水平。许多研究表明,我们觉察整体信息的速度快于局部信息,即整体优先效应。然而,目前还不清楚,在视觉搜索中整体表征是否也能更有效地引导注意。本研究的目的在于探讨层次工作记忆表征对视觉搜索的影响。我们的核心假设是,在视觉工作记忆中保持层次记忆表征可以迅速吸引注意到与整体表征匹配的项目上。本研究采用视觉搜索任务的变式,探讨层次工作记忆表征在注意引导过程中的作用。我们使用的不是简单的图形,而是具有一定空间结构的图形,即由许多小图形组成的更大的图形。为了验证假设,我们在西南大学的学生中进行了四个系列实验。在实验1中,要求被试记忆一个层次图形。在搜索界面中,记忆线索匹配层次图形中的一个层次(整体或局部),可能是目标或者干扰物。结果表明,在整体条件和局部条件中均存在线索的有效性效应,但当记忆线索与整体形状匹配时,搜索效率更高。通过对比整体和局部条件,实验1发现了视觉搜索中的整体优先效应。在实验2中,我们进一步探讨了在不主动维持记忆表征的情况下是否存在整体优先效应。结果表明,有效性和水平之间交互作用显著,但在搜索效率上发生逆转,即当搜索目标匹配局部水平时,线索有效性效应更强,排除了启动的影响。为了保证整体和局部图形同等的记忆水平,排除整体和局部记忆表征显著性的差异,实验3要求被试只记忆其中的一个层次。实验1和实验3的结果是一致的,说明在层次工作记忆表征在注意引导上表现为整体优先效应。实验4进行了行为和事件相关脑电位(ERP)实验,N2pc是一种反映选择性注意的ERP成分,反映了被试对当前任务中不同刺激的注意分配情况。N2pc体现在PO7/PO8电极上,一般在刺激出现后的180-320ms产生,它的波幅越大,代表刺激所引起的注意越多。结果表明,有效条件下整体和局部形状诱发的N2pc波幅有显著差异,无效条件下诱发的N2pc波幅无显著差异,进一步证明了整体优先效应。结果表明,有效条件下整体和局部形状诱发的N2pc波幅有显著差异,无效条件下诱发的N2pc波幅无显著差异,进一步证明了整体优先效应。本研究支持了层次结构模型,扩展了以往的视觉搜索研究,回答了层次结构模型中视觉工作记忆表征是如何进行存储和加工的问题,即视觉工作记忆中的信息是以整体表征和局部表征分层存储的。客体以三层的视觉表征的形式进行存储,从顶层的对象表征到整体表征再到最底层更细节的局部表征。工作记忆中的单一表征不仅可以加速视觉搜索,而且整合特征也能够以整体优先的方式加速视觉搜索。结果表明,视觉工作记忆表征的层次结构导致注意更快地分配到与整体匹配的物体上,表现为整体优先效应。未来的研究还可以通过f MRI等认知神经科学技术进一步探索注意引导的机制。