预期与时间注意对视觉感知的影响.pdf
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1、预期与时间注意对视觉感知的影响*付春野1,2吕勇1(1教育部人文社会科学重点研究基地天津师范大学心理与行为研究院,天津师范大学心理学部,学生心理发展与学习天津市高校社会科学实验室,天津300387)(2南开大学社会学院,天津300350)摘要使用注意瞬脱范式,通过 2 个实验探究时间注意与条件概率建立的预期如何互动性地作用于视觉感知。结果发现:当刺激处于注意瞬脱期时,与中性条件相比,符合预期刺激的视觉敏感性更高,且违反预期刺激的视觉敏感性更低;无论刺激是否处于注意瞬脱期,符合预期时的决策标准更低,违反预期时的主观可见性更高。研究结果为预测编码理论框架下预期与注意的协同作用模式提供了实证支持。关
2、键词视觉感知,预期,时间注意,预测编码理论。分类号B8421引言进入视觉系统的信息固有的模糊性和大脑加工视觉信息的有限性导致人类的视觉感知受限。两种机制可降低这种限制:注意(attention)以动机相关性为基础对视觉信息的加工进行优先化,预期(expectation)以先验似然为基础对视觉信息的可能性进行解释(Summerfield&Egner,2009;Zuanazzi&Noppeney,2020)。预期和注意是影响感知加工的两个重要因素(周子暖等,2022;Summerfield&Egner,2016),探索这两种机制如何协同作用于视觉感知是意识研究领域的一个重要议题。预测编码理论(pr
3、edictivecodingtheory)提出,视觉感知来自于先验信息与感官信息的建构(Clark,2013;Friston,2005;Summerfield&Egner,2016),预期可自上而下地作用于视觉感知(Alilovietal.,2021;deLangeetal.,2018;Summerfieldetal.,2006)。研究者也重视注意在预测编码框架下承担的角色:一方面,注意可促进区分符合和违反预期之间的神经活动差异(Smoutetal.,2019),这涉及预期在神经活动层面作用于感知的具体模式。感官信息符合预期时神经活动会受到抑制,而违反预期时则会产生预测错误(predictio
4、nerror)以激活神经活动(Friston,2005),而注意则是生成预测错误的必要因素(Jiangetal.,2013;Richter&deLange,2019);另一方面,预测编码理论也指出注意、预期和感官信息之间可能存在另一种关系,即注意会增强感官信息,进而相对减弱预期的作用;与之相反,当无注意或注意减弱时,感官信息也会随之减弱,进而相对增强预期的作用(Clark,2013)。注意在预测编码理论中的这两种角色看似存在矛盾。前者表明注意是形成稳定预测模式的必要因素,而后者则指出注意与预期处于一种竞争的状态。这可能反映了不同类型的注意在预测加工中的多重影响模式,因此充分地探索不同类型的注意
5、与预期如何作用于视觉感知,能够更深入地理解这两种核心机制在视觉感知中发挥的具体作用(Smoutetal.,2020)。以往的研究大多关注内源性注意与预期如何协同作用于感知,而观察者的注意也可能被外源性的线索吸引或被动地被任务占据,导致对当前任务的注意资源处于匮乏的状态。这种被动性的注意资源分配与预期如何作用于视觉感知近期才受到关注,对这一问题的探究多使用注意瞬脱(attentionalblink)范式。在该范式中,观察者需要在快速序列视觉呈现(rapidserialvisualpresentation)的刺激流中检测或识别两个目标,通过变化第一个目标(T1)和第二个目标(T2)的时间间隔来操纵
6、时间注意,当两个目标间隔时间较短时,会导致T2 的检测或识别能力受损(Chun&Potter,1995;Raymondetal.,1992)。Sun 等(2022)的研究发现,相比于中性面孔,在注意瞬脱期内,违反预期的收稿日期:20211129*基金项目:中央高校基本科研业务费(63232141)。通讯作者:吕勇,E-mail:。心理与行为研究 2024,22(1):1522Studies of Psychology and BehaviorDOI:10.12139/j.1672-0628.2024.01.00315恐惧面孔更容易被识别;而在非瞬脱期内则相反,符合预期的恐惧面孔更容易被识别。这
7、一研究结果表明,预期在不同的时间注意资源状态下发挥作用的机制可能存在差异。值得注意的是,由于使用情绪刺激材料,Sun 等(2022)的发现并不能拓展到时间注意与预期如何作用于一般性刺激的视觉感知中。因此,为获得时间注意资源充足或匮乏状态下预期作用于视觉感知的一般性规律,需要剥离情绪因素的影响。本研究将以此作为切入点。此外,Sun 等的研究仅考察了符合与违反预期两种条件在不同时间注意资源下的差异。这实际上忽略了无预测的中性 条 件,导 致 无 法 区 分 是 符 合 预 期 提 高 了 视觉感知还是违反预期降低了视觉感知(Feuerriegeletal.,2021),反之亦然。因此,本研究将进一
8、步增加中性条件,以提供更加详实的证据。另一问题则涉及实验操纵上的细节,Sun 等通过变化恐惧面孔出现的频率在组块内操纵预期,通过变化 T1 和T2 呈现的时间间隔在逐个试次中操纵时间注意,这导致预期和时间注意的操纵并不在同一时间尺度上(Rungratsameetaweemana&Serences,2019)。为避免这一现象,本研究参考 Wang 和 Maurer(2020)的设计,通过将 Gabor 光栅的颜色与方向概率性地建立联系来操纵预期,这可实现在逐个试次中同时操纵预期和时间注意。更进一步地,实证研究中对视觉感知的测量方法也存在诸多争议。第一,视觉感知的变化不仅可由视觉敏感性的变化来解释
9、,也可由决策因素的变化来解释(Bang&Rahnev,2017;Rungratsamee-taweemanaetal.,2018)。仅通过正确率无法分离敏感性和决策标准,因此本研究使用信号检测论分离出决策标准,从而探究在纯粹的视觉敏感性上预期与时间注意是否存在交互作用。第二,视觉感知还可分为客观和主观测量,客观测量通常基于观察者在实验中区分不同刺激属性的任务表现,主观测量则要求被试作出主观报告,如主观可见性(Lamyetal.,2017)。总体而言,视觉敏感性(d)反映客观层面的任务表现,决策标准(c)反映知觉决策过程是否存在偏差,而主观可见性则反映观察者内部的觉知状态,三者呈现了视觉感知的不
10、同层面。综上,本研究使用注意瞬脱范式,考察预期与时间注意对 d、c 和主观可见性的影响。根据注意资源分配的观点,充足的注意资源可保证视觉加工的顺利进行(Norman&Bobrow,1975),允许视觉 系 统 在 工 作 记 忆 中 编 码 和 维 持 刺 激 的 表 征(Papera&Richards,2016)。据此可假设:当处于瞬脱期时,符合预期可提高 d;而当处于非瞬脱期时,符合预期对 d的促进作用减弱甚至消失。更进一步地,本研究检验预期和时间注意的这种交互模式是否存在于决策标准和主观可见性这两个因变量指标上。2实验 1:无中性预期与时间注意对视觉感知的影响2.1研究方法2.1.1被试
11、使用 G*Power3.1(Fauletal.,2007)估算样本量(effectsize=0.25,p0.001,power=0.95),估算结果为31 人。为保证统计检验力,共招募 33 名被试。其中 1 名被试的 T1 正确率和 1 名被试的 T2 正确率低于平均值的 3 个标准差,因此视为无效数据予以删除。共得到有效被试 31 人,其中男生 6 人,女生25 人,平均年龄为 20.742.42 岁。所有被试无过往精神病史,视力或矫正视力正常。2.1.2实验设计实验采用 2(预期:符合预期、违反预期)2(时间注意:非瞬脱期、瞬脱期)的两因素被试内设计。参考 Wang 和 Maurer(2
12、020)研究中对预期的操纵方式,通过将 Gabor 光栅的颜色与方向概率性地建立联系来操纵预期。对于一半的被试,当 Gabor光栅的颜色为绿色时,方向为水平的概率为 75%,为倾斜的概率为 25%;当 Gabor 光栅的颜色为蓝色时,方向为水平的概率为 25%,为倾斜的概率为75%。对于另一半的被试,颜色与方向间的概率设置则刚好相反。通过这种设置,可将试次分为符合预期(概率为 75%)和违反预期(概率为 25%)两类。时间注意通过 T1 和 T2 的呈现时间间隔(stimulionsetasynchrony,SOA)进行操纵,分别为 200ms(瞬脱期)和 700ms(非瞬脱期)。2.1.3实
13、验材料和仪器刺 激 材 料 为 使 用 MatlabR2015a 生 成 的Gabor 光栅,背景均为灰色(RGB:128,128,128),大小均为 4.2视角。T1 为黑色(RGB:255,255,255)水平 Gabor 光栅,迈克尔逊对比度为 0.20,亮度为 120cd/m2。空间频率分为 0.12lp/mm(高)和0.08lp/mm(低)两种;T2 为绿色(RGB:0,255,0)和16心理与行为研究第22卷蓝色(RGB:0,255,255)的 Gabor 光栅,亮度均为120cd/m2。迈克尔逊对比度为 0.03。光栅的方向为水平或倾斜,倾斜光栅的角度为 45或 135。一半被试
14、使用 45的倾斜光栅,另一半被试则使用 135的倾斜光栅。除 T1 和 T2 两种刺激外,RSVP 序列中的干扰项为对比度为 0 的彩色 Gabor,在颜色轮上根据固定的间隔将色调进行平分,制作 6 个干扰项。此外,为 避 免 被 试 对 T1 和 T2 发 生 混 淆,参 考Jolicur 等(2006)的设计,将 T2 每个试次随机呈现在屏幕中心的左侧或右侧,并在其对侧设置视角大小一致且对比度为 0 的黄色(RGB:255,255,0)Gabor。T2 界面消失后,在同样位置放置两个黄色 Gabor 作为掩蔽。采用 E-Prime2.0 编制实验程序,屏幕分辨率为 1074768 像素,刷
15、新率为 60Hz。实验中被试使用头托固定头部位置,眼睛与屏幕的距离为 60cm。2.1.4实验程序本实验包括阈限调整、概率练习和正式实验三个阶段。具体过程如下。为控制每名被试的方向判断正确率在 75%左右,在实验开始前,采用 2 下 1 上(2-down-1-up)的阶梯自适应程序来调整 T2 的呈现时间(Garca-Prez,1998)。当被试连续做对 2 个试次,则 T2 的呈现时间降低 17ms;当其做错 1 个试次,则 T2 的呈现时间增加 17ms。T2 初始呈现时间是 100ms。共设置 10 个阶梯,其中最小值为 33ms,最大值为 200ms。阶梯自适应阶段 T2 统一采用水平
16、或倾斜(倾斜角度与正式实验一致)的黑白光栅,目标和非目标的概率均为 50%。被试需要完成两个组块的任务(均为 80 个试次),以后一组块的平均值作为正式实验中的 T2 呈现时间。阶梯自适应阶段的任务除被试不需要报告主观可见性之外,与正式实验一致。正式实验的单个试次流程如图 1 所示。首先呈现注视点界面,背景颜色为灰色(RGB:128,128,128),呈现时间为 600800ms。注视点大小为0.050.05。紧接着,会随机呈现 46 个干扰项,然后呈现 T1。T1 之后,呈现 1 个(瞬脱期)或6 个(非瞬脱期)干扰项,然后呈现 T2。T2 随机出现在距离注视点左侧或右侧 6.5视角的位置。
17、同时,T2 的另一侧会出现一个对比度为 0 的黄色Gabor。在 T2 和黄色 Gabor 消失后,会在左右两侧相同位置同时呈现两个黄色 Gabor 作为掩蔽。+是否01高低反应:T1:T2:T1-T2 SOA:200 ms或700 ms600800 ms46个干扰项图1单个试次流程图T1、每个干扰项和 T2 后的掩蔽刺激的呈现时间均为 100ms。T2 的呈现时间取决于每名被试在阶梯自适应阶段的任务表现,本研究中平均值为 84ms。在掩蔽刺激之后,屏幕上会提示被试完成连续的三个反应。第一个反应是 T2 是否为目标(水平为目标,倾斜为非目标),要求被试尽可能准确第1期付春野等:预期与时间注意对
18、视觉感知的影响17地作出判断;第二个反应是对 T2 进行主观报告,“没看见”按 0,“看见”按 1(0 和 1 均在键盘上进行标记且左右位置在不同被试间进行平衡)。在实验开始前,鼓励被试根据真实感受进行主观报告。第三个反应是判断 T1 中光栅的密度高低。在实验开始前,告知被试 T2 中颜色与光栅方向之间的统计规律。被试首先进行两个组块的练习,练习阶段与正式实验阶段完全一致,以保证被试能够通过 T2 的颜色预测其方向。正式实验共12 个组块,每个组块包含 40 个试次。被试完成一个组块之后可以根据自身情况休息一段时间。整个实验的完成时间在 60 分钟左右,被试在完成实验后获得一定酬劳。2.1.5
19、数据分析分析的指标包括视觉敏感性(d)、决策标准(c)和主观可见性。首先在信号检测论(signaldetectiontheory)(Green&Swets,1966)的框架下,计算不同实验条件下的击中率(HR)和虚惊率(FAR),然后分别通过公式 1 和公式 2 计算 d和 c。采用两因素重复测量方差分析考察预期和时间注意对 d和 c 的影响。d=Z(HR)Z(FAR)(1)c=(Z(HR)+Z(FAR)/2(2)本研究中主观可见性采用“看见/没看见”的二元报告法,因此计算不同实验条件下报告“看见”的比率作为主观可见性的分析指标。判断正误是影响主观报告的关键因素(Shermanetal.,20
20、15),因此在分析主观可见性时,采用三因素重复测量方差分析考察判断正误、预期和时间注意对主观可见性的影响。2.2结果所有被试的平均正确率为 72.4%4.5%,阶梯自适应操纵成功。T1 的平均正确率为 97.2%4.9%,最小值为 92.3%,将所有 T1 错误的试次删除不纳入分析。不同时间注意和预期下的 d、c 和主观可见性见表 1。表1实验 1 不同时间注意和预期下的视觉敏感性、决策标准和主观可见性(MSD)时间注意预期视觉敏感性决策标准主观可见性(%)正确错误非瞬脱期符合1.870.480.110.3863.914.935.424.7违反1.560.610.290.3066.623.04
21、5.525.8瞬脱期符合1.580.470.080.3264.018.237.324.0违反0.680.550.200.3867.822.246.024.32p2p2p2p2p以 d为因变量的统计检验发现:预期的主效应显著,符合预期时的 d显著高于违反预期时,F(1,30)=16.87,p0.001,=0.36;时间注意的主效应显著,非瞬脱期时的 d显著高于瞬脱期时,F(1,30)=88.56,p=0.003,=0.75;预期和时间注意交互作用显著(图 2),F(1,30)=19.35,p0.001,=0.39。简单效应分析发现,当 T2 处于非瞬脱期时,符合预期时的 d虽高于违反预期时,但仅
22、达到边缘显著水平,F(1,30)=3.19,p=0.084,=0.10;当 T2 处于瞬脱期时,符合预期时的 d显著高于违反预期时,F(1,30)=37.07,p0.05,*p0.01,*p0.001,以下同。2p2p以主观可见性为因变量的统计检验发现:判断正误的主效应显著,判断正确时的主观可见性显著高于错误时,F(1,30)=121.38,p0.001,=0.80;预期的主效应显著,违反预期时的主观可见性显著高于符合预期时,F(1,30)=11.37,p=0.002,=0.28;时间注意的主效应及其余交互作用均不显著。18心理与行为研究第22卷2.3讨论实验 1 发现预期和时间注意对 d存在
23、交互作用,即处于瞬脱期时,符合预期条件下的 d比违反预期条件更高。此外,符合预期降低了决策标准、违反预期提高了主观可见性,而时间注意并没有在其中发挥调节作用。实验 2 将在符合预期和违反预期两个条件中加入中性条件,并进一步验证预期和时间注意对视觉感知的影响。3实验 2:有中性预期与时间注意对视觉感知的影响3.1研究方法3.1.1被试参考实验 1 中预期与注意在 d上交互作用的效应量进行实验 2 的样本量估计。考虑到实验 1 结果可能存在的偶然性,估算样本量的效应量按照实际的 50%计算。同样使用 G*Power3.1(Fauletal.,2007)估算样本量(effectsize=0.40,p
24、0.001,power=0.95),估算结果为 20 人。共招募 21 名被试。其中有 1 名被试的 T2 正确率低于平均值的 3 个标准差,因此视为无效数据予以删除。共得到有效被试 20 人,其中男生 4 人,女生 16 人,平均年龄为20.361.98 岁。所有被试无过往精神病史,视力或矫正视力正常。3.1.2实验设计实验采用 3(预期:符合预期、中性、违反预期)2(时间注意:非瞬脱期、瞬脱期)的两因素被试内设计。与实验 1 不同的是,对预期的操纵增加无预测的中性条件,即在 T2 中增加一种颜色的光栅,控制其水平和倾斜的概率均为 50%。光栅颜色与方向之间的概率性联系在不同被试之间进行变化
25、。3.1.3实验材料和仪器实验 2 材料与实验 1 不同的是,T2 增加了深蓝色(RGB:0,0,255)的 Gabor 光栅,其亮度、对比度均与其余的 T2 光栅保持一致。实验仪器同实验 1。3.1.4实验程序实验 2 的实验程序与实验 1 保持一致。由于增加了中性条件,实验 2 的试次数应在实验 1 的基础上增加 1/3。此外,阈限调整和概率练习均需增加相应的试次数。据估算,整个实验的完成时间接近 2 个小时。为避免时间过长造成被试的疲劳,将总试次数减少为 80%。正式实验共 12 个组块,每个组块包含 48 个试次。整个实验的完成时间在80 分钟左右,被试在完成实验后获得一定酬劳。3.1
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