（基础心理学专业论文）不同特征图形在客体工作记忆中的存储机制.pdf

中文摘要 第一部分通过视觉工作记忆研究现状的整体分析，然后探讨图形的形状与颜 色特征在的存储与整合状况。同时，为了增加图形的视觉信息含量，完善客体构 成的纯视觉特征维度，以及控制空间特征造成的位置差异，因此引入纹理特征， 进一步对客体工作记忆存储单位及其整合加工机制进行系统验证，以便对客体工 作记忆的存储表征有更进一步的了解和认知。 第二部分通过相关研究的分析，发现局限和不足，提出问题和假设，然后实 验验证。实验一对由纹理、颜色和形状三种不同维度特征构成的客体进行存储与 整合研究，以探讨纹理特征能否与颜色特征和形状特征一样在客体工作记忆中得 到独立存储，三种维度特征整合的客体的表征情况；实验二中，由于实验一验证 了纹理的存储与颜色，形状一样在客体工作记忆中有独立的存储机制。本实验通 过控制组成图形的特征维度量和客体数量，来验证图形所含信息量( 特征维度量 和客体数量) 是否对客体工作记忆的存储产生影响。 第三部分对两个实验结果进行分析和讨论以后，得出如下结论： 1 纹理，颜色与形状的存储机制是整合客体。而在现实中应该是存在两种水平， 一种水平是视觉信息可以并行加工，首先会对特征进行加工存储，而后对特征整 合。另一种水平是视觉信息进行系列加工，这样就难以实现整合客体的存储方式。 本研究的结论属于前者，因为整合的是纯视觉客体。 2 纹理，颜色与形状在客体工作记忆中可以独立存储，拥有自己的子系统，但 加工程度是不同的，客体工作记忆对于颜色的加工早于，形状与纹理的加工，同 时记忆效果还好，因此表现出颜色的子系统优势。 4 纯视觉客体在客体工作记忆中的容量是有限的，它会随着客体信息含量增加 而减少，即图形的特征维度或者数目会对客体工作记忆的存储容量产生影响。 关键词：客体工作记忆；特征维度；整合客体 a b s t r a c t t h ef i r s tp a r ta n a l y z e dt h es t a t u so ft h es t u d y0 1 1v i s u a lw o r k i n g ，i n v i s t a g e dt h e s t o r a g ea n di n t e g r a t eo ft h es h a p ea n dc o l o rf e a t u r e s ，m e a n w h i l es e l e c t e da n o t h e r f e a t u r e - - t e x t u r ei no r d e rt oi n c r e a s et h ev i s u a li n f o r m a t i o nc o n t e n t ，t oe n h a n c et h e d i m e n s i o no ft h eo b j e c t ，w h i c hc o n s t i t u t eap u r ev i s u a lf e a t u r e so b j e c t s ，a sw e l la st o c o n t r o lt h ed i f f e r e n ts p a t i a li n f o r m a t i o n , a n df u r t h e rv a l i d a t e dt h eu n i to fv i s u a lw o r k i n g m e m o r yc a p a c i t ya n dt h e i rb i n d i n gm e c h a n i s m ，s ot h a t t ob e t t e ru n d e r s t o o da n d c o g n i z e d r i g h tt h es t o r a g eo fo b j e c tw o r k i n gm e m o r ys t o r a g e t h es e c o n d p a r tt h r o u g h r e l e v a n tr e s e a r c h a n a l y s i s f o u n dl i m i t a t i o n sa n d w e a k n e s s e s ，a s k e dq u e s t i o n s a n d a s s u m p t i o n s ， a n df i n i s h e d e x p e r i m e n t i n t h e e x p e r i m e n ti ，w es t u d i e dt h es t o r a g ea n db o u n do ft h eo b j e c t sw h i c hw e r es t r u c t u r e d t h r e ed i f f e r e n tf e a t u r e so nt e x t u r e ，c o l o ra n ds h a p e ，e x p l o r e dw h e t h e rt h ef e a t u r eo f t e x t u r ea l ea ni n d e p e n d e n ts t o r a g es y s t e m ，l i k ec o l o ra n ds h a p ea n dh o wt oi n t e g r a t ea n o b j e c tw i t ht h r e ed i m e n s i o nf e a t u r e s i nt h ee x p e r i m e n t1 1 ，b yc o n t r o l l i n gt h ea m o u n to f t h ec o m p o s i t i o nf e a t u r e sa n dt h en u m b e ro ft h eo b j e c t s d i m e n s i o n s ，w ev e r i f i e d w h e t h e rt h ea m o u n to fi n f o r m a t i o nc o n t a i n e di ng r a p h i c s ( t h en u m b e ro fd i m e n s i o n s a n dt h eo b j e c t s lh a da ni m p a c t 、析mt h es t o r a g eo fo b j e c tw o r k i n gm e m o r y t h et 1 1 i r dp a r td i s c u s s e dt h er e s u l t so ft h et w oe x p e r i m e n t s t h e nc a m et o c o n c l u s i o na sf o l l o w s ： 1 t e x t u r e ，c o l o ra n ds h a p ew e r es t o r e da sa l li n t e g r a t e d o b j e c ti nt h ev i s u a lw o r k i n g m e m o r y i nr e a l i t y , t h e r es h o u l db et w ol e v e l so fs t o r a g e ，o n ew a sp a r a l l e lp r o c e s s ，t h e o t h e rw a ss e r i a lp r o c e s s t h ec o n c l u s i o n so ft h i ss t u d yb e l o n gt ot h ef o r m e r 2 t h es t o r a g el e v e l so ft e x t u r e ，c o l o ra n ds h a p ew e r ed i f f e r e n ti no b j e c tw o r k i n g i i i m e m o r y i nc o n t r a s tt ot e x t u r ea n ds h a p e ，c o l o rw a ss t o r e de a r l i e ra n db e t t e r t h er e s u l t s u g g e s t e dc o l o rs u b s y s t e mp r i o r i t y 3 t h ec a p a c i t yo f p u r ev i s u a lo b j e c t sw a sl i m i t e di nt h eo b j e c tw o r k i n gm e m o r y k e yw o r d s ：o b j e c tw o r k i n gm e m o r y ；f e a t u r e s d i m e n s i o n ；i n t e g r a t e d o b j e c t 关于学位论文独立完成和内容创新的声明 本人向河南大学提出硕士学位中请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是 本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除 文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位申请人( 学住论文作者 签名： 2 0 二掣l p 卑6 月2 目 关于学位论文著作权使用授权书 本人经河南大学审核批准授予硕士学住。作为学住论文的作者，本人完全 了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家 图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文( 甄质文 本和电子文本) 以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校 学术发展和进行学术交流等目的。可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手 段保存、汇编学位论文( 纸质文本和电子文本) 。 ( 涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书) 学位获得者( 学位论文作者) 签名： 亟l 超 2 0 学位论文指导教师签名： 矾细年a 少a 1 引言 第一部分理论基础与问题提出 工作记忆是b a d d e l e y 等( 1 9 9 2 ，1 9 9 8 ，2 0 0 0 ) 提出的一个概念，它是一种对 信息进行暂时加工和贮存的能量有限的记忆系统。工作记忆的模型包括四个部分： 中央执行系统，视觉空间模板，语音回路和情景缓冲系统。其中，中央执行系统 为控制系统，情境缓冲区是一个能用多种维度代码储存信息的系统，为语音回路、 视空间模板和长时记忆之间提供了一个暂时信息整合的平台。通过中央执行系统 将不同来源的信息整合成完整连贯的情况。情境缓冲区和视空间模板、语音回路 一起受中央执行系统的控制( 鲁忠义，杜建政，2 0 0 8 ) 。语音回路和视觉空间模板 为存储系统，分别用于存储语言信息以及视觉和空间信息( b a d d e l e y ，2 0 0 0 ) 。 1 1 本研究的意义 在工作记忆的研究中自来就是以言语工作记忆领域的研究居多，现今本研究将 特征捆绑与客体工作记忆结合起来，探讨视觉客体在工作记忆中的存储加工问题， 具有一定的理论与实践意义。 第一，加深对视觉工作记忆的研究。现实生活中，人们用视觉获取了大量的 信息，在搜索，加工，存储和提取视觉信息中视觉工作记忆是一个不可缺少的方 面，因此开展对视觉工作记忆的研究不仅对人类的工作、学习和生活有着相当重 要作用，同时对开拓视觉工作记忆以及工作记忆的实质也具有不可替代的意义。 第二，深入揭示特征捆绑机制的本质。在工作记忆中，特征捆绑机制是心理 加工有效进行的基础。本研究从记忆的领域来揭示捆绑问题，从而进一步对捆绑 问题进行探讨。 第三，提供给人工智能化研究心理学依据。纹理是图形的一个重要特征，也 本实验的另一个核心的维度。研究人对纹理的认知功能，就可以在人工智能的设 计研究中提供必要的心理学支持。人工智能化在机器视觉、工业监控、场景分析、 辅助医学诊断、遥感图像分析、图像数据库和目标自动识别等许多应用领域中发 挥着越来越重要的作用，这些也有赖于纹理分析的作用。因此纹理研究被认为是 一个极富创造性的课题。 第四，为教育学奠定了坚实的心理学基础。教育学的产生和发展一直是以心理 学的产生和发展为依据的。同时，在心理学中，工作记忆是认知能力的预测指标， 根据每一个同学的特征设置相应的教育模式是促进个体发展的重要职能。因此， 教育工作者必须对个体的发展以及学习过程的本质有所了解，而要增强人们对日 常教学和学生学习问题的理解，对提高教师的教学水平和学生的学业成就，以及 增强学生的认知活动能力，研究工作记忆会有很大的促进作用。 2 客体工作记忆 视觉空间模板，是工作记忆中研究较少的一个领域( b a d d e l e y ，2 0 0 0 ) 。主要 负责处理视觉信息，研究中多使用“视觉工作记忆( v i s u a lw o r k i n gm e m o r y ) 的 名称。视觉信息包括两方面内容，即空间和客体信息，因此也就有了空间工作记忆 和客体工作记忆来组成视觉工作记忆。客体工作记忆，指暂时性处理客体颜色、 形状、纹理、图案等视觉信息的工作记忆子系统，而空间工作记忆，指暂时性存 储与整合位置、运动、方向、空间关系等空间信息的工作记忆子系统。也就是说， 视空画板在处理外界信息刺激时出现了功能性分离。对客体的研究中心集中在客 体的特征整合这一特性上，单个特征以及整合的特征中是怎样被存储和表征的， 即视觉工作记忆的存储加工方式的研究。近年来，随着现代科学技术的发展，人 机界面的设计要求人们必须明确视觉工作记忆的加工存储机制，因此使得该领域 的研究成了当前工作记忆研究的热点问题( 沈模卫，易宇骥，张峰，2 0 0 3 ) 。 2 2 1 视觉工作记忆的容量 工作记忆容量，一直被认为对工作记忆的加工有重要的作用。正如m i y a k e 等( 1 9 9 9 ) 人所言，资源有限性的实质是工作记忆研究中关键的理论难点之一。 因为它是对认知加工的重要限制，并且被认为是区分个体之间以及特殊群体之间 差别的基础。关于视觉工作记忆的容量的研究在工作记忆系统中有着两方面的意 义。首先，视觉工作记忆系统是有限的存储，即在一定的时期内可以储存一定量 的信息。其次，视觉工作记忆系统是有限的加工，即一定数量的信息能在有限时 间段内加工。但是关于视觉工作记忆的容量问题目前存在一定的分歧，有学者对 此进行了较为深入的研究。 嘶c k 和p y l y s h y n 采用追踪任务，对视觉工作记忆容量进行研究。在实验中， 要求被试对一些小项目( 如小圆点) 计数。他们发现，对于1 - 4 个小项目，被试 通常每增加一个项目，反应时间约增加4 0 - 1 2 0 毫秒；而对于5 个以上的项目，则 每增加一个项目，被试的反应时间要增加2 5 0 - 3 5 0 毫秒。他们认为，这种结果表 明，被试把握4 个项目时，能够将其同时置于注意范围之内，进行加工；而当项 目数量超过4 个时，计数过程中就需要转换注意，进行序列加工。瞄c k 和p y l y s h y n 还进一步发展了“多目标追踪”范式。在计算机视屏上同时呈现许多圆点，其中 一些圆点开始时忽明忽暗，然后停止闪烁。接着，所有圆点开始在视屏中环绕游 动，一段时间后静止下来。被试的任务就是指出那些曾经闪烁的圆点最终停于何 处。研究结果发现，被试只能同时追踪4 个圆点，如果闪烁圆点的数量再多一些， 被试就无法准确追踪，不能正确指出它们最终的位置。由此推断视觉工作记忆容 量可能为4 个左右( 杜建政，鲁中义，刘国学，2 0 0 1 ) 。 l u c k 和v o g e l 在1 9 9 7 年的一项实验中，采用延迟变化范式，给被试呈现一 些方块带有不同颜色的初始刺激，然后呈现检测刺激，让被试判断刺激是否一致。 结果显示，视觉客体工作记忆容量是3 - 4 个客体，视觉客体工作记忆的容量只与 客体的数量有关，而与客体中所包含的特征数量和种类无关。也就是说，由多个 视觉特征组成的客体的容量与单一特征客体的容量相同。同样，t o d d 等( 2 0 0 4 ) 采用上述类似的实验范式，呈现的刺激改为不同颜色的圆点，结果显示，被试的 视觉工作记忆容量也是3 - 4 个物体，同时还发现这种容量限制可能与顶叶有关， 容量的结果与l u c k 等( 1 9 9 7 ) 研究基本一致。 认知神经方面，j i a n g 等和d e l v e n n e 等的研究认为，空间构形( s p a t i a l c o n f i g u r a t i o n ) 作为工作记忆中不同刺激项目之间的空间位置关系，也能存储在视 觉工作记忆中，且在有些条件下能提高视觉工作记忆的容量。d e l v e n n e 等新近的 研究发现基于客体的编码有助于对同一客体不同部分特征的记忆，且利用空间构 形的编码信息还可显著增强这种效应。另有，a l v a r e z 等的研究表明，视觉工作记 忆容量会随着知觉编码阶段难度的提高而减小，即客体的信息负荷影响记忆容量 ( 李鹏，沈模卫，郎学明，陈硕，2 0 0 7 ) 。e n g 等人( 2 0 0 5 ) 的研究也证明了同样 的结论。d a v i s 等对视觉工作记忆的容量是固定的4 个客体的观点提出了反对。他 们指出，在以往的研究中，随着客体数目的增多，视觉刺激所占据的表面积也同 时增大，这样视觉刺激所具有的特征信息量也自然增加。所以，这些研究发现， 随着客体数量增加而记忆绩效降低这类结果也许反映的并不是客体数量自身的效 应，而是相关知觉信息量同时随客体数量增加所带来的效应。他们通过实验发现， 当实验刺激所占据的空间区域大小恒定时，客体数量变化对记忆绩效不再具有影 响( 李鹏等，2 0 0 7 ) 。同时，v o g e l 等通过神经电生理的研究，结果亦显示在视觉工 作记忆对于物体项目数存储容量能力方面，个体之间也存在差异，提示视觉工作记 忆的最大容量并不是固定不变的。而o l e s e n 等研究认为视觉工作记忆的容量可以 通过训练来提高，这种神经可塑性主要与前额叶和顶叶的功能改变有关，不过 o l e s e n 在训练前和训练后采用了相同的实验材料。后来o l s o n 等通过研究认为，相 关学习只是调控了那些需要记忆保持的信息内容，而不是直接提高工作记忆的容 量( 席春华，朱幼玲，汪凯，2 0 0 8 ) 。 上述的研究再次表明，视觉工作记忆是对有限能量( 即视知觉信息) 进行暂 时性加工和存储的系统，同时，客体的信息负荷影响着视觉工作记忆的容量，但 4 是否能通过训练和学习来提高视觉工作记忆的容量还有待进一步的研究来证实。 2 2 客体工作记忆的研究范式 目前，研究者一般采用变化检测范式来研究客体的加工特性，变化检测范式 就是前后呈现两组刺激，然后让被试进行判断是否一致。详细说明就是：先向被 试呈现几百毫秒的初始视觉刺激组，每个刺激内包含有一个或者多个特征，而后 间隔一段时间，再呈现一组检测刺激，要求被试对检测刺激组与初始刺激组的“异 或“同的进行判断，并做出反应。研究中要求被试重复说习惯化了的词语或者 数字，如“a l l ，a n ，a l l ”等，抑制干扰语音回路的影响。研究者根据所关注的问题， 结合被试判断的记忆绩效指标，从而对所研究问题作出推断。 常见的变化检测范式有：单检测，整体检测和双任务设计( w h e e l e r & t r e i s m a n ， 2 0 0 2 ) 。单检测是只呈现一个检测刺激，要求被试判断是否在初始刺激组中出现过： 整体检测通常是检测组的刺激数目与初始刺激相同，只是某些特征或者特征的组 合方式发生了变化；双任务设计是为了控制，排除或者分离某些因素而进行的双 任务结合呈现方式。另外，在变化检测范式的基础上，研究者分别从行为和神经 成像的角度探讨了客体工作记忆中单一特征和捆绑特征的加工。 2 3 客体工作记忆的存储方式研究 视觉客体工作记忆研究的就是客体如何作为一个整体记忆的问题，这是基于 客体和空间理论提出来的。对于此问题心理学家们进行了大量的研究，试图提出 一种理论真正的解释客体表征的问题。到目前，人们对这些问题依然争论不休， 对于视觉信息在视觉客体工作记忆中存储方式问题的解释，可以进行以下三种假 说的归纳： 2 3 1 捆绑存储说 该理论也称为“强客体”说。以客体为基本的存储单位的视觉工作记忆，将 各种特征的视觉信息整合成客体存储于工作记忆中，不是特征方式的存储，因此 视觉工作记忆容量取决于客体的数目而不是特征数目和种类。每个客体所整合的 特征数目并不会影响记忆容量，也不会占用其它认知加工资源，对特征的存储是 “免费的。 l u c k 等( 1 9 9 7 ；v o g l e ，w o o d m a n ，& l u c k ，2 0 0 1 ) 探讨了视觉工作记忆的 存储单位是客体还是特征。他们采用了含有不同的特征刺激材料进行检测。在方 向颜色的实验中，分别向被试呈现初始刺激组和检测刺激组，每组刺激内有四条 包含方向和颜色的线段，共三组。第一组，判断颜色，即朝向恒定，颜色变化； 第二组，判断方向，即颜色恒定，方向变化；第三组，判断方向和颜色，即颜色 和朝向均可发生改变。在第一组和第二组试验中被试记忆的是4 个特征，而在第 三组记忆的则是8 中特征( 4 个颜色和4 个方向) 。结果显示，在上述三组试验中， 被试的记忆准确率无显著差异。而后，l u c k 等增加了客体的特征( 即颜色、朝向、 大小、中间有无分隔) ，要求被试进行4 个特征客体和1 个特征客体的记忆，结果 并没有发现差异。由此得出结论，被试的准确率只取决于客体的数量，而与客体 所包含的特征数量无关，因而视觉工作记忆基本的存储单位是整合了各种特征的 客体。他们进行了进一步的研究，比较了单色块和嵌套双色块( 一个方块中内嵌 一个不同颜色的小方块) 的记忆准确率。在呈现的方块数量相同的情况下，双色 块和单色块的记忆准确率是不存在显著差异。试验中，被试所需要记忆的双色块 的颜色数量是单色块条件下的两倍。该结果同样支持了视觉工作记忆存储单元为 整合客体的观点，而与组成客体的特征数量和种类无关。 后来，k l a v e r 等( 1 9 9 9 ) 采用e r p 的方法研究了单一特征记忆和捆绑特征记 忆的脑区和时程。发现了记忆单一特征和记忆捆绑特征有着相同的的脑区激活模 式，也验证了l u c k 的观点。l e e 等( 2 0 0 1 ) 的研究结果表明，视觉工作记忆存储 6 客体不受所处的空间位置的影响，客体的特征是以捆绑形式存储。最近，j o h n s o n ， h o l l i n g w o r t h 和l u c k ( 2 0 0 5 ) 的研究依然支持了工作记忆在存储时是整合客体的 观点，因为他们的实验结果显示，捆绑特征的存储不需要注意的持续参与。g a j e w s k i 等( 2 0 0 6 ) 的研究也证实了，视觉工作记忆存储的单元是整合的客体，特征是以 捆绑形式存储的，而且在客体的存储不需要注意的持续参与。 2 3 2 特征客体捆绑同一存储说 该理论亦称为“弱客体”说。客体并不是视觉工作记忆唯一的存储单位，特 征也是存储的单位。因此视觉工作记忆容量不仅仅取决于客体的数量，也受与客 体的特征维度与特征整合方式等结构的影响。在弱客体说中，特征与客体的存储 共同占用个存储系统，它们之间相互竞争记忆资源。 o l s o n 和j i a n g 在2 0 0 2 年提出了“弱客体说”，客体和特征的存储共同占用 一个存储系统，客体与特征之间相互竞争记忆资源，他们共同决定着视觉工作记 忆的容量。0 1 s o n 等在对大小与方向以及颜色与方向等特征的整合方式的研究中， 发现同一维度特征上客体具有不同特征数值时，记忆容量受限于特征值的数量而 非客体的数量。当客体是由同一特征数值不同特征维度组成时，记忆绩效就会因 为特征维度的异质性而提高，如记忆四个颜色和四个形状的成绩优于记忆八个颜 色( 或形状) 。x u 等人( 2 0 0 2 ，2 0 0 2 ，2 0 0 6 ) 研究发现了工作记忆容量不仅仅取 决于客体数量，而且与构成客体的特征信息复杂程度有关，还发现决定客体特征 整合和视觉工作记忆容量信息总量的关键因素是客体组成成分间位置的接近性和 连通性。如果客体是由多维度特征组成时，特征整合于同一客体相同部分的记忆 绩效优于整合于同一客体不同部分，说明了同客体内部特征之间的绑定关系影响 记忆绩效；当客体是由相同维度的特征( 如四种形状) 组成时，特征数值就会对 客体记忆产生影响。x u 等人( 2 0 0 6 ) 提供了神经成像研究的证据来进一步验证视 觉客体工作记忆容量不仅受到客体数目的影响，还受客体特征维度和特征的整合 方式影响。“弱客体”假设还得到了d a v i s ( 2 0 0 5 ) ，d e l v e n n e ( 2 0 0 6 ) 等人的证实。 7 上述研究结论支持“弱客体”假说，说明视觉客体工作记忆容量不仅取决于 客体数量，也受客体所含特征信息复杂程度的影响，特征与客体的存储共同占用 一个存储系统，它们之间相互竞争记忆资源。这些与“强客体 假说并不相符。 2 3 3 特征客体双存储说 该理论亦称为“双重存储机制 说。视觉工作记忆系统是由众多特征存储的 子系统组成，客体的不同维度特征平行地存储在各自维度特定的子系统中，同时 特征间通过捆绑，组成一个完整的客体，这种捆绑是可以被保持的，有赖于注意 资源，但不需要占用各维度特征子系统的记忆容量。同时，如果由同一纬度的多 个特征数值构成的客体，由于特征子系统的容量有限，所以特征内部会有单个特 征量相互竞争，如由红、蓝、黄、绿构成的客体就会出现四种颜色之间的竞争。 2 0 0 2 年，w h e e l e r 和t r e i s m a n 提出双重存储机制假设，用于解释客体在视觉 工作记忆中的存储方式。他们针对客体工作记忆指出两方面应注意的信息：单一 特征记忆和特征捆绑记忆。w h e e l e r 和t r e i s m a n 首先使用了类似于变化检测范式中 整体检测的方式，采用单色色块和双色色块作为实验材料，结果发现，前后刺激 组检测的记忆绩效取决于每组刺激的特征数目而不是物体数目，说明双色色块是 由同一客体同一维度多个特征数值的客体构成，且工作记忆存储特征的容量是有 限的。接下来的实验，由颜色和形状作为客体的两种特征。首先呈现3 个或6 个 单色色块组成的刺激组，而后的检测刺激组呈现四种变化：仅变化颜色，形状保 持恒定，为正方形；仅变化形状，颜色保持恒定，为白色；一半变化颜色而另一 半变化形状，随机呈现；颜色和形状不变，捆绑范式发生变化。分别进行整体检 测和单检测，试验结果显示，在整体测试的条件下，第二种变化的记忆绩效显著 高于第一种变化，第三种变化的记忆绩效处于他们之间，第四种捆绑条件下的记 忆绩效最差。而在单检测条件下，第四种变化的记忆绩效与其他三种变化一样。 说明客体特征间并行存储，每一维度的特征( 颜色、形状、空间位置等) 都有相 互独立的专有的存储区。特征间通过绑定组成整合的客体，其绑定关系的存储并 8 不耗费各维度特征的存储容量，但有赖于注意资源保持。f e n c s i k 等人( 2 0 0 3 ) 研 究也得出了一致的结果。d e l v e n n e 和b r u y e r 的( 2 0 0 4 ) 研究基本上支持上述结果， 并发现在客体单位的组成中，单个特征是可以进行编码的。 最近，沈模卫等考察由颜色和形状两基本特征组成的视觉客体的工作记忆存 储方式，获得了与w h e e l e r 和t r e i s m a n 的研究一致的结果。他们在进一步的实验 中探讨了同一客体所含基本特征( 颜色) 和需集中注意参与提取的细节特征( 兰 道环的开口朝向) 的存储方式，结果发现，针对细节特征，需要记忆绑定关系时 的绩效显著低于仅需记忆颜色或开口朝向两种特征时的绩效。他们的研究结果与 强客体假设相矛盾，却可以在双重存储机制的框架下进行解释。在其研究结果的 基础上他们所提出的假设是：知觉阶段以并行方式加工的基本特征能以整合客体 的方式存储于工作记忆中，而需集中注意参与，以系列方式进行加工的客体特征 信息则难以被整合于工作记忆中的客体表征。这种现象很可能反映了双重存储机 制中特征存储与绑定关系存储对注意资源的不同需求，即可以并行编码的特征之 间的绑定关系较少耗费注意资源，所以更容易以整合客体的方式进行存储：而需要 系列编码的特征耗费较多的注意资源，故能再分配于保持绑定关系的资源就更少， 因此难以以整合客体的方式存储( 李鹏等，2 0 0 7 ) 。 根据双重存储机制，不同维度的特征存储在各自不同的子系统中，它们之间 不会竞争有限的资源，只是有赖于注意的保持。然而它们之间真的是没有任何的 联系吗? 刘晓平等人( 2 0 0 3 ) 研究具有颜色和空间位置两种不同维度特征客体之 间的影响，发现两种维度特征之间的加工存储也会竞争有限的资源。f i n k e 等人 ( 2 0 0 5 ) 研究发现不同维度特征的加工存储受到认知通用资源分配策略和知觉组 织的影响，而认知通用资源会首先分配给信息复杂性高的特征。 2 4 客体捆绑的问题 综合视觉客体工作记忆加工的三种假说，可以看出它们均包含一个概念即“特 征捆绑 。来自视觉搜索和选择性注意的研究表明，人们可以很容易地根据客体某 9 一特征( 如颜色将其从其它物体中搜索出来；来自解剖学和生理学的证据也都表 明，大脑皮层存在多个视觉区域，不同区域的脑细胞会对外界刺激物的不同特征 做出选择性反应，如形状是在下颞叶皮层进行分析加工的，颜色是在皮层v 4 区域 进行的，而运动等空间特征则在枕叶到项叶的背侧通路上得到表征( 陈彩琦，付 桂芳，金志成，李坚，2 0 0 4 ) 。但是，人们在通常情况下并没有意识到自己已对客 体的特征进行过分析，而总是把世界的客体知觉为一个统一的整体，这意味着大 脑需要把散布于不同皮层区域的分散信息合理而快速地联结在一起，这种现象就 是知觉加工过程要完成的一个重要任务“特征捆绑”。由于客体的这一特性， 使对客体工作的研究大都集中在单个特征以及捆绑的特征中是如何被存储和加工 的问题上。( 刘志华，金志成，2 0 0 6 ) 。 关于捆绑存储的研究主要存在以下两方面的分歧：其一，客体工作记忆的特 征是自动进行捆绑还是需要额外的资源执行? w h e e l e r 和t r e i s m a n 等2 0 0 2 年采用 单检测和整体检测的方法分别探究了单个特征记忆和捆绑记忆的问题。实验结果 显示，在整体检测情况下，工作记忆的存储是分离特征，特征捆绑是需要额外的 资源；而在单检测情况下，被试保持的是物体存储，特征捆绑也就自动发生了。 整体检测因为在检测阶段会消耗一部分的资源进行整体的认知，进而记忆效度会 低于单检测。说明捆绑受到了“感知的干扰”，整体检测在检验阶段呈现全部的刺 激组，让被试判断是否与前面的初始刺激相同，这就要消耗一些资源去感知探测 刺激，这种资源消耗就影响了工作记忆中捆绑的存储。总体上看来，并不能孤立 地判断特征是自动的捆绑还是需要额外的注意资源，工作记忆存储捆绑特征所需 的资源还受到客体的特征维度、特征的复杂性和整合方式，以及呈现时间和间隔 时间等因素的影响。由于捆绑易受到其它任务的干扰并不是很牢固，因此当整个 认知任务复杂性增加，所需资源增多时，最先损害的就是特征捆绑的加工( 肖英 霞等，2 0 0 8 ) 。 其二，特征捆绑时所需的资源，是来自特征存储的资源，还是占用了通用资 源 ? w h e e l e r 和t r e i s m a n 等( 2 0 0 2 ) 认为特征存储是不会占用特征存储资源，而特 1 0 征捆绑的加工是需要注意资源的。因此关于注意资源问题主要存在两种观点：第 一种观点认为，特征捆绑的加工资源来自中央执行系统，并由情景缓冲器加工。 b a d d l e y 认为( 鲁忠义等，2 0 0 8 ) 情景缓冲器是一个多种形态编码的存储系统，可 以通过中央执行系统提供的注意资源把工作记忆两个子系统的信息整合起来。 b a d d l e y 等在2 0 0 6 年的研究中，通过增加一个双任务，观察到特征捆绑会受到中 央执行系统负荷的增加的影响，说明特征捆绑的加工不受中央执行系统的影响。 另一种观点认为，视觉工作记忆中的捆绑依赖于工作记忆注意控制的参与。e n g l e 等提出只有在需要控制性注意参与的任务中才能反映出工作记忆捆绑的差异，这 样就揭示工作记忆执行控制的基本方式，即通过维持注意、实施控制性提取和排 除干扰等控制性注意过程保证捆绑的顺利完成，有关前额叶功能的认知神经科学 的研究支持这一假设( 刘惠军，郭德俊，2 0 0 6 ) 。到目前为止，还没有实验可以证 明工作记忆中捆绑的加工所需的注意资源来自于哪个系统。但实际上，只要有足 够的资源，特征就会以捆绑的方式存储。 3 问题提出 研究者们从不同的角度对视觉客体工作记忆进行了连续性的系统研究，目前认 为：( 1 ) 存储容量。视觉工作记忆的容量是有限的独立的成分；( 2 ) 研究范式。 研究者常选择变化检测范式中的三种形式：单检测，整体检测和双任务设计；( 3 ) 存储方式。如果客体由多个特征组成时，特征整合于同一客体相同部分的记忆绩 效优于整合于同一客体不同部分，说明了同客体内部特征之间的绑定关系影响记 忆绩效；当客体是由不同特征维度具有同一特征数值构成时，记忆的准确性就会 因为特征维度的异质性而提高。( 4 ) 认知神经科学的发现。客体在大脑中的加工 存在层级性，颞叶主要负责视觉客体工作记忆的加工，不同纬度特征的加工和整 合是在腹侧通路完成。然而，该领域仍然面临许多有待于解决的问题，笔者针对 这些问题尝试性地提出了进一步的研究思路。 1 现有的研究范式主要是变化检测范式。目前存在的问题是，在被试做“同” 或“异 的反应阶段存在两种不同的心理机制；采用单检测方式或者采用在检测 刺激中仅对指定的刺激进行反应，在一定程度上可能降低干扰。在操作反应阶段， 要求被试只对检测刺激组与初试刺激组相同的做出反应，而不同的不做反应。 2 三种假说的争论在存储单元是整合的客体或特征。针对“强客体 假说的 支持实验，而在其他研究者的重复中并不能得到验证，可能存在以下方面的原因： 关于l u c k 的实验材料。在嵌套实验中，呈现的4 个颜色块是由两种不同颜色嵌套， 同时备选的颜色也仅有四种，这就可能造成颜色的重复出现。关于l u c k 的实验设 计。检验刺激组与初始刺激组不相同时，仅仅是颜色框的组合方式发生了变化， 被试可能并不是记住了两个客体进行的判断，只是记住了其中某个客体的整合方 式而进行的判断。如呈现绿色正方形和红色多边形，而被试可能只记住了绿色正 方形，之后呈现红色正方形时就会立刻做出相应的判断。关于l u c k 的绩效比较。 他们要求被试分别记忆多维度特征客体的单维度特征和全部特征客体，然后进行 记忆绩效的比较。这就极有可能导致被试在记忆单维度特征时也对全部特征客体 进行了记忆，因此记忆的绩效并非只是单维度特征的记忆成绩，于是片面的得出 相同维度特征客体和不同维度特征客体的记忆绩效不存在差异的结论。“强客体 说，以客体为基本的存储单位的视觉工作记忆，每个客体所整合的特征数目并不 会影响记忆容量，也不会占用其它认知加工资源。“弱客体 说是基于客体和基于 特征为单位进行存储的，特征与客体的存储共同占用一个存储系统，它们之间相 互竞争记忆资源。其实，无论是基于客体的还是基于特征的视觉工作记忆都是代 表着记忆不同的加工层次。而双重存储说就是融合这两种假说，能够解释相当一 部分的实验现象。 对于三种假说已有的实验研究需要在两方面做出更进一步的完善，一是针对 多维度特征客体。现有的研究多数是针对两维度特征的客体，生活中多维度信息 含量的客体存在的更多一些，而它们能更清楚的区分特征与客体之间竞争资源的 问题；二是针对多维度特征的视觉信息。现有的多维度特征构成客体的研究，如 沈模卫等( 2 0 0 7 ) 所进行的颜色、缺口、朝向等三个维度的特征存储研究，这些 1 2 多维度特征不是单纯的视觉信息，还包括了空间位置信息，现有的心理行为学和 认知神经心理学的研究已经表明，视觉工作记忆中空间信息与客体信息是分开加 工与存储的，因此以往的研究材料不能更好地说明视觉信息中的存储和资源占用 问题。 针对上述问题，本研究引入图形的另一个基本属性纹理，由于他们共同 决定一个图形，因此在客体工作记忆的存储与捆绑研究中，有必要对图形的纹理、 形状与颜色等三个特征进行较系统的研究。目的有两点：第一是通过统一的实验 范式，有效利用图形的三个基本属性特征对三种关于客体工作记忆存储单位的理 论假说的适应性进行验证。现有的研究发现，三种理论假说在组成客体的信息含 量( 客体的特征数值) 是否影响客体的存储容量的问题上存在分歧，而以往研究 总是将方向、缺口、颜色、形状等视觉空间信息和客体信息进行捆绑研究，为克 服研究的不足，固引入图形的纹理进而从纯视觉信息的角度研究图形的信息含量 增加后的存储与捆绑问题。同时，两种或者更多的颜色与纹理维度客体是图形的 必要组成成分，由于纹理具有空间重复性的重要特征，可以通过这种特征控制或 消除两种颜色的空间位置差异；第二是在现有对图形的颜色、形状两个基本特征 研究的基础上，引入组成图形的纹理特征，进行客体工作记忆存储机制更进一步 的研究，为计算机视觉的研究与发展提供强有力的心理学支持。 提起纹理( t e x t u r e ) ，人们自然会想到木制家具上的木纹或者布料上的印刷花 纹。它们反映了物体表面颜色和灰度的变化，而这些变化又与物体本身的属性相 关。例如，同一树种的木材有相同或相近的纹理，人们通过识别木纹的种类来识 别木材的树种和材质。同时，摄影作品中的质感虽然完全是视觉上的，但是这种 表面质地的外观本身就足以给人脑传送一种刺激，从而使人得到一种类似触觉的 体验。触觉的产生有时并不完全取决于你是否真正接触物体，通过视觉也能获得 对其表面特质的“触觉 或者说是一种幻觉。我们称之为“纹理”。纹理可以借助 于触觉之外的感觉获得，强调的是一种表面的效果。 本论文将纹理特征引入到客体工作记忆加工存储的研究中来，其主要原因是： 第一，纹理特征是构成图形的最基本成分之一。现实生活中纹理广泛存在，因 此纹理是物体表面的重要特征。纹理体现了场景与图像之间的细微差别，不仅是 图形研究生态效度领域的重要内容，也为人工智能研究提供了一个重要方面。如 今，纹理检索分析技术又是计算机视觉的一个重要研究方向。目前，人工智能， 心理与行为研究，认识神经等领域都已开始了对图形纹理的关注，但是心理与行 为，认知神经领域对纹理的相关研究还处于起步阶段，本研究将纹理特征引入到 客体工作记忆中，更进一步的分析，检测构成图形的这三种特征在客体工作记忆 中的存储加工情况，以及他们之间的相互关系。 第二，纹理特征的可重复性和延展性。以往的研究中发现，由两种面积不一 样的颜色构成的物体，会降低视觉搜索的效率，而当构成整体的两种颜色面积不 同时，颜色可以发生整合，从而提高视觉搜索的效率，整体优势也就在视觉注意 中表现了出来。同时，空间特征材料在实验中的应用，都不能构成心理学意义上 的纯视觉客体。而纹理特征的重复性和延展性，能够消除或者控制空间位置因素 带来的影响。 第三，纹理、颜色和形状特征都是组成图形的基本特征，由这三种特征所组 成的视觉客体信息含量以及所要记忆的信息负载量要比仅有颜色与形状特征组成 的视觉客体要多，同时深入研究这种由纯视觉信息组成客体的加工存储情况，要 比沈模卫等( 2 0 0 7 ) 研究由方向、缺口、大小和颜色等视觉信息与空间信息组成 的视觉客体更有说服力。 依据以上的理论分析和本研究的研究目的，提出以下假设： 假设1 纹理、颜色与形状是在不同的予系统中分开存储的，同时，子系统的存储 强度是不同的。 假设2 纹理、颜色与形状是以整合客体为单位进行存储的，同时，它需要占用额 外的记忆资源。 假设3 图形的信息含量对其在客体工作记忆中的存储容量是有影响的。 1 4 第二部分实验研究 实验一纹理与颜色、形状特征的存储与整合研究 1 目的 对由纹理、颜色和形状三种不同维度特征构成的客体进行存储与整合研究，以 探讨纹理特征能否与颜色特征和形状特征一样在客体工作记忆中得到独立存储， 三种维度特征整合的客体的表征情况。 2 方法 2 1 被试 河南大学本科生1 4 名，其中男生7 名，女生7 名。年龄1 9 - 2 2 岁之间，视力 或矫正视力正常，无色盲或色弱( 通过医学色卡来检验被试色盲或色弱的情况) ， 以前未曾参加过类似实验。给予一定得报酬。 2 2 材料与仪器 用e - p r i m e 编写程序，通过一台双核的t 2 0 8 0 ，1 7 3 g 的计算机进行控制。刺 激呈现在1 9 英寸彩色显示器中央，屏幕的分辨率为1 2 8 0 8 0 0 ，被试眼睛与屏幕中 心之间的距离约为5 8 c m 。所有刺激呈现于灰色背景( r g b ：r = 1 9 2 ，g = 1 9 2 ，b = 1 9 2 ) 。 主要实验材料是由带颜色的不同纹理材料所构成的具有不同几何形状的图形，每 个图形的纹理都是从备选纹理中随机选取的，同一刺激显示中的纹理不可重复， 共有7 种备选纹理：竖线、水平线、斜线、棋盘纹、网格线、砖块线、圆珠纹( 见 图) ，其中，砖块线为颜色和形状检测条件下的中性纹理；每个图形的几何形状也 都是从备选几何形状中随机选取的，同一刺激显示中的几何形状不可重复，共有7 种备选几何形状( 图形形状与实验二相同) ，即：正方形、菱形、等边三角形、五 角星正六边形、心形、圆形，正方形的边长为3 0 c m ，菱形的长对角线为35 c m 、 短对角线为30 c m ，等边三角形的边长为30 c m ，五角星形的边长为i 5 c m 正六 边形的边长为1 2 c m ，圆形的直径为30 c m ，心形的竖轴为30 c m