心理旋转中的内旋效应和角度效应

心理旋转中的内旋效应和角度效应

1身体旋转加工成功实验一般规范以生物为对象的心理旋转操作现在，空间认知加工的研究越来越受到重视。视觉意象是空间认知加工的一个系统。它可以以各种方式进行心理转化，最典型的是基于形象的心理旋转。作为命题表征(propositionalrepresentation)的对立面,心理旋转这种类比表征(analogrepresentation)为空间认知加工研究提供了突破口。心理旋转认知加工由Shepard和Metzler提出,当要求被试判断两个旋转不同角度的物体/图像(互为镜像关系的两个物体)是否相同时,被试的反应时和错误率与两物体旋转角度差之间存在线性函数关系。因此,一般认为心理旋转视觉图像如同在现实中操纵真实物体一样,是同构的(isomorphic),即两个图形角度差愈大,心理旋转所需的时间也愈长。利用不同的实验材料,如字母、数字、无意义多边形、二维和三维图形、身体和手脚图片;不同的实验范式,如经典的“相同―不同”(same-differentjudgment)实验范式、“等值判断任务”(parity-judgmenttask)范式或称作正像/镜像辨别任务范式(normal-mirrordiscriminationtask);甚至不同的感觉通道的研究中,如触觉表象心理旋转,均得出类似结论。然而,人类视觉系统可以以多种方式编码和加工表象,既可以以环境或物体为参照系,也可以以自我为参照系。比如,教练在进行“对侧”动作示范时,学生可以先想象自己的身体或肢体表象,将其旋转至教练的方位,或者先想象教练身体或肢体表象将其旋转至自己的方位,再确定该动作如何做才和教练示范一样。总的来说,在观察者和客体都不发生任何实际位移和运动的情况下,观察者要想象从另一注视点所能观察到的客体状态时,有两种旋转策略:一种是观察者自己保持不动,想象客体或客体中的一部分旋转到新的位置,在这个过程中客体参照系发生旋转,我们称之为以物体为参照体的心理旋转;另一种是客体保持不动,观察者想象自己旋转或自己身体的某一部位旋转至新的位置,或者说旋转身体图式(bodyschema)至新的位置,这个过程我们称之为以自我为参照系的心理旋转。这两类心理旋转具有许多共同特点,比如,都需要对刺激进行编码、确定刺激物的位置、都需要进行心理旋转等。现实生活中的实例和研究表明,人类具有上述两类心理旋转操作的能力。从现象上来说,这是两种不同类型的心理旋转,然而,自我和物体为参照系的心理旋转是否有行为上的不同,并且这两类心理旋转是否有各自的生理基础,一直成为近年来的研究热点。起初,研究者一般使用不同的材料来唤起不同类型的心理旋转,认为当使用人的身体、手脚或工具等图片作为心理旋转的材料时,往往引起他们称之为运动表象(Motorimage)加工,或称自我为参照系的心理旋转加工。Parsons较早利用人躯体图片作为心理旋转实验材料,在其实验中,他要求被试判断呈现的图片是左侧躯体还是右侧躯体,结果发现被试的行为数据模式与经典心理旋转结果模式有着较大的差异。被试的反应时间和旋转的角度虽然也存在着相关,但是,躯体图片旋转角度如果是人的躯体在现实中越容易做出的姿势,其反应时就越短,反之,则反应时越长。这说明对躯体图片的心理旋转加工受到现实中人体生理机制约束。Parsons系统地研究了人手图片的心理旋转加工,结果发现对人手图片的心理旋转加工也受到现实中人手的生理机制约束。然而,Kosslyn等人直接比较了人手图片和三维无意义物体的心理旋转,结果发现在人手的心理旋转中,被试的行为数据结果并不支持人手图片的心理旋转加工受到现实中人手的生理机制约束。在以上两项研究中,尽管使用的材料是都有人手图片,然而,使用的实验范式却不同,前者是LR范式,而后者是SD范式。我们认为上述两项研究结果的差异可能是实验范式的不同导致被试采用不同的旋转策略。总的来说,以往自我和物体为参照系的心理旋转研究,都是期望利用不同的材料来分离,并认为自我为参照系的心理旋转主要是由于使用躯体、手图片等实验材料而导致的,而使用普通物体,如字母、数字等材料引起的是物体为参照系的心理旋转。然而,以往研究忽略了即使使用人手、身体照片、工具等材料,被试也可以利用以物体为参照系的心理旋转策略完成实验任务。因而,过去的研究很少能够证实被试究竟是采用自我还是物体为参照系的心理旋转策略来完成实验任务。Zacks等人利用相同的实验材料(人身体图片),构建不同的实验任务(SD任务和LR任务),以期通过相同的材料不同的实验任务分离出自我和物体为参照系的心理旋转。在SD实验任务中期望产生以物体为参照系的心理旋转(每次同时呈现两幅图片),因为在此任务中被试需要比较相对于他们自身而言的两个外在物体,被试无需改变自我参照系。在LR任务中期望产生以自我为参照系的心理旋转(每次呈现一幅图片),因为在此任务中每次只呈现一幅旋转了不同角度的躯体图片,这是相对于被试自我为参照系的空间位置变化,因而被试可能通过想象自己身体旋转至图像位置来完成实验任务。实验结果表明,在SD范式下,被试的行为数据结果与以往结果一致,即随着旋转角度的增大,被试的反应时间也越长。但是在LR任务中,却发现反应时并没有随着旋转角度的增大而增长。随后进一步研究发现,这两类心理旋转其反应时与空间能力测验得分的相关系数也存在着较大差异。然而,尽管Zacks通过两种实验任务来分离两类心理旋转是成功的,但是由于其实验设计和实验材料的局限性(二维的人身体线性图),其结果差异很可能是由于被试完成两类实验任务时采用多种加工策略而导致的。在SD任务,被试可能采用整体的旋转策略,而在LR任务中,被试可能利用“特征分析”的策略来完成任务,因而,在SD任务中出现了心理旋转的标志“角度效应”,而在LR任务中却没有出现“角度效应”。LR任务中没有出现角度效应可由“注视点独立理论(Viewpoint-invarianttheory)”来解释,由于二维人身体线性图具有明显的抽象特征、以及其身体线性图片存在着可能的姿势与不可能姿势相互混杂,同时LR任务中存在直立状态的身体图片,这些均有可能造成被试在LR任务中更多采用“特征分析”策略完成任务,较少或者不用“旋转策略”,从而使LR任务中没有出现角度效应。目前,越来越多的证据表明以自我为参照系和以物体为参照系的心理旋转各自有着不同的生理基础,但是,这两类心理旋转在行为上分离的有力证据并不多,且两类参照系心理旋转加工的生理基础研究往往都混杂着这两类参照系,即尽管使用的材料是人身体或人手的图片并不能保证引起的是自我为参照系的心理加工,甚至是两类参照相互混杂。本研究借鉴Zacks利用同种实验材料,不同实验任务来分离自我与物体为参照系的方法,在实验设计和实验材料上作了进一步的改进。本研究选择人手三维模型这一特殊对象作为心理旋转实验材料。在实验设计上将“旋转方向”作为自变量,进行分析,期望“旋转方向”而不是“角度效应”在两类不同实验任务中存在差异,以此来推论两类任务是否真正分离出自我和物体为参照系的心理旋转。两个实验人手模型所做姿势都是人手在现实中可以做出的姿势。这些改进避免了加工方式(整体旋转和特征分析)与旋转方式(自我旋转与物体旋转)的交互作用。同时在本研究实验一的LR任务中,没有设置竖直状态手的图片。这样可以避免被试记住竖直状态手(0°)的特征,从而避免被试将不同方向手的图片旋转至直立位置再与短时记忆中竖直状态手的表象作类比推理。本研究总的目的在于,采用相同的实验材料,构建不同的实验任务,通过“旋转方向”在两类不同实验任务中是否存在差异来检验两类任务是否真正分离出自我和物体为参照系的心理旋转,从而从行为上验证人手图片是否具有双重角色,即在两种经典的心理旋转实验任务中使用相同的人手图片是否可以引发两类不同参照系的心理旋转加工。实验一研究目的在于确定以人手图片作为心理旋转的材料,构建LR任务是否会引发被试采用以自我为参照系的心理旋转策略。实验一研究的逻辑是:在LR任务中,如果被试采用自我为参照系的心理旋转策略,那么被试会想象自己的手旋转到图像位置,因而旋转加工过程会受到人手生理机制的约束。因此,实验一应引起较强的“内旋效应”,即旋转不同角度的左右手图片,识别向自己身体内侧旋转的左右手图片比识别向身体外侧旋转的左右手图片既快又准。实验二研究目的在于采用与实验一相同的实验材料,构建SD任务是否会引发被试采用以物体为参照系的心理旋转策略。在实验二的SD任务中,左侧永远是竖直的左右手图片,而右侧是旋转了不同角度的左右手图片,被试的任务是判断这对图片是否是同一只手。如果被试采用以物体为参照系的心理旋转策略完成实验任务,那么被试会想象右侧图片将其旋转至直立位置,再与左侧图片比较。由于被试是想象图片旋转至直立位置,而不是想象自己的手旋转到图片位置,因而不应受到现实中人手生理机制的约束,即在以物体为参照系的心理旋转中不应存在显著的“内旋效应”,即识别向身体内侧旋转的左右手图片与识别向身体外侧旋转的左右手图片,它们的反应时和正确率没有显著差异。2旋转角度的定义实验一采用经典的LR任务的变式,每次呈现一只在平面上旋转不同角度的左手或右手背侧图片,让被试判断所呈现的图片是左手还是右手。旋转方向根据手相对于身体的方向划分为向内旋转(向身体中线方向旋转)与向外旋转(偏离身体中线方向旋转)。为了消除物体为参照系的影响,防止被试以0°为参照,旋转角度没有设置0°(0°定义为与被试操作时空间上平行的角度,即在平面上是直立的)和180°。实验目的是为了探讨在LR任务范式条件下,采用手的图片作为心理旋转材料,被试在左右手判断时是否受现实中人手生理机制的约束,从而间接地推断被试采用何种旋转策略完成LR任务。2.1调查研究对象23名西南大学各专业在校大学本科生(男11人,女12人)。年龄18~24岁,所有被试的视力正常或矫正正常,身体健康,右利手。被试均未参加过类似实验,所有参加实验的被试均获得少量报酬。2.2模型建立和实验过程整个实验在日光灯保持充分照明的行为实验室内进行,实验采取封闭的小团体测试,每个被试一个小房间,每次五个被试同时做。被试坐在距离计算机屏幕75cm处,实验材料是在计算机屏幕上呈现绿色虚拟的左右手图片,背景为黑色。所呈现的左手或右手模型的手指形状如同孔雀指,即大拇指与食指捏在一起,其于三个手指呈竖直状,形如Seurinck和Vingerhoets研究中使用的手的图形。左右手分别只呈现背侧图像,作平面旋转,旋转的中心是在3Dmax软件中构建手的模型时中确定的重心,以手的中心Z轴分别向左或向右平面旋转45°、90°、135°。竖立方向的手大小为14cm×8cm,视角约为10.73°。共有图片12张,左手图片和右手图片各6张。所有实验均在Dell奔Ⅳ计算机上完成,显示器17英寸,分辨率为800×600,刷新率为75Hz。实验材料用3DMAX建模绘制,实验程序用E-Prime1.1编制。2.3左、右旋转角度实验采用2(左右手图片)×2(旋转方向)×3(旋转角度)完全被试内设计。3个自变量分别是:(1)左右手图片:左手图片,右手图片;(2)旋转方向:向内旋转和向外旋转,对于左手来说,顺时针旋转0°~180°为向内旋转,180°~360°为向外旋转,对于右手来说,顺时针方向0°~180°为向外旋转,180°~360°为向内旋转;(3)旋转角度:45°、90°、135°。因变量为反应时和正确率。2.4计算机自动记录并进行实验实验流程如图1所示:(1)首先在黑色的屏幕正中央呈现一个视角约为0.5°的白色“十”字注视点200ms;(2)随后是一个随机时间为500~1000ms的黑屏;(3)在屏幕正中央注视点处出现一张旋转不同角度的左手或右手图片,等待被试反应,在被试做完反应后,呈现800ms的等待时间,然后进入下一轮试验。在整个实验过程中均要求被试始终把注视点放在屏幕中心的“十”字上。被试的任务是判断呈现的图片是左手还是右手。如果是左手图片,按“F”键,如果是右手图片,按“J”键(见图1)。计算机自动记录被试按键反应正确率和反应时。为避免产生Stroop效应,不对左右手按键作平衡。被试首先按指导语练习24次,接着进行正式的实验。正式实验分两组,每组每种条件重复呈现10次,呈现120张图片,两组共240张图片。每组之间被试休息5分钟,整个实验约需要25分钟。2.5旋转角度主效应分析数据分析时剔除反应时在三个标准差之外的数据。左右手图片,旋转方向和旋转角度总的平均反应时和正确率结果见下图2和图3。对反应时进行2(左右手图片)×2(旋转方向)×3(旋转角度)重复测量方差分析,结果表明:左右手图片主效应显著,F(1,22)=33.894,p<0.001,该主效应是由于右手图片的反应时短于左手图片63.42ms;旋转方向主效应显著,F(1,22)=25.68,p<0.001,旋转方向主效应显著是由于内旋的反应时快于外旋96.651ms;旋转角度主效应显著,F(2,44)=41.108,p<0.001,三个旋转角度反应时分别是:45°=629.45ms,90°=693.67ms,135°=766.65ms;交互作用只有旋转方向和旋转角度达到显著性水平,F(2,44)=6.212,p<0.01,其它交互作用均不显著。对正确率进行2(左右手图片)×2(旋转方向)×3(旋转角度)重复测量方差分析,结果表明:旋转方向主效应显著,F(1,22)=10.96,p<0.01;旋转方向主效应显著是由于内旋的正确率高于外旋转正确率8.7%;旋转角度主效应显著,F(2,44)=31.79,p<0.001,三个旋转角度正确率分别是:45°=96.5%,90°=93.6%,135°=86%;但左右手图片正确率主效应不显著,F(1,22)=0.092,p>0.05。左右手图片和旋转方向、左右手图片和旋转角度、旋转方向和旋转角度两者交互作用,以及左右手图片、旋转方向和旋转角度三者交互作用均达到显著水平。综合正确率和反应时的数据来看没有出现反应时与正确率权衡现象,反应时间与正确率的相关系数r=-0.045,表明随着旋转角度的增大,反应时间增长,同时正确率随之而下降,且内旋转比外旋转既快又准确。反应时只存在旋转方向和旋转角度交互作用显著,其它交互作用均不显著,进一步的简单效应分析显示,内旋转和外旋转在旋转45°、90°、135°条件下平均反应时均差异显著(F(1,22)=16.44,p=0.001,F(1,22)=15.97,p=0.001,F(1,22)=25.96,p=0.000),且随着角度增大,内旋转和外旋转反应时的差异也增大,左右手图片在45°条件下,内旋转比外旋转快52.818ms,在90°条件下,内旋转比外旋转快113.29ms,在135°条件下,内旋转比外旋转快123.837ms。由于正确率所有的交互作用均达到显著性水平,因此分别对达到显著性的交互作用作进一步的简单效应分析。对左右手图片×旋转方向交互作用的简单效应分析表明,在左手图片条件下,内旋与外旋正确率差异接近显著性水平,F(1,22)=3.93,p=0.06;在右手图片条件下,内旋转和外旋转正确率差异极其显著,F(1,22)=16.85,p=0.000。结合图3可见在左手的条件下内旋转与外旋转正确率的差异小于在右手的条件下内旋转与外旋转的正确率差异。对左右手图片×旋转角度交互作用的简单效应分析表明,在旋转角度45°、90°、135°条件下,左右手图片的正确率差异均不显著(F(1,22)=4.16,p=0.054;F(1,22)=2.44,p=0.133;F(1,22)=2.64,p=0.118),造成左右手图片和旋转角度交互作用显著是由于旋转角度主效应引起的。对旋转方向×旋转角度交互作用的简单效应分析显示,在旋转角度为45°的条件下,内旋转和外旋转的正确率差异不显著,F(1,22)=1.82,p=0.191;而在90°和135°的条件下,内旋转和外旋转正确率差异显著,F(1,22)=7.07,p=0.014,F(1,22)=22.97,p<0.001,随着旋转角度的增大,内旋转的正确率和外旋转的正确率差异也越来越大(45°时,内旋转正确率比外旋转高3.4%,90°时,内旋转比外旋转高6.9%,135°时,内旋转比外旋转高15.9%)。对左右手图片×旋转方向×旋转角度三者交互作用的正确率简单效应分析显示,在左手图片旋转45°和90°的条件下,内外旋转正确率差异均不显著,F(1,22)=0.85,p=0.365,F(1,22)=3.85,p=0.062;在左手图片旋转135°的条件下,内外旋转正确率差异显著,F(1,22)=6.39,p=0.019。而右手图片旋转45°下,内外旋转差异不显著,F(1,22)=3.22,p=0.087,在右手图片旋转90°和135°的条件下,内外旋转差异显著,F(1,22)=8.10,p=0.009,F(1,22)=27.53,p<0.01。2.6身体心理旋转的差异从本实验结果来看,向内旋转与向外旋转的正确率和反应时都呈现显著的差异,旋转方向(即内旋和外旋)对左右手判断影响显著,存在着显著的“内旋效应”,即不管是左手图片还是右手图片,识别向内旋转(趋向躯体中线)手的图片比识别向外旋转(偏离躯体中线)手的图片,其反应时和正确率指标都显示出既快又准(见上图2、图3)。“内旋效应”在已有文献中很少有报告。之所以产生“内旋效应”,我们认为是由于被试想像自己的手旋转到图片位置,与现实中手做旋转运动一样,想象自己手旋转也受到现实中人手生理机制约束,向躯体内侧旋转快于向躯体外侧旋转。此推论也得到了实验后被试内省报告结果支持,在本实验任务中,有19名被试报告自己手在大脑中转来转去,只有4名被试报告不知道如何做的(“感觉那个样子就左手或右手”),没有被试报告将不同方向的手旋转至直立位置再作判断。从行为数据结果和内省报告结果可见大部分被试都旋转自己手表象至图片中手的位置再作判断。本实验结果产生的“内旋效应”与Parsons等人的研究结果是一致的,说明被试在完成左右手的识别任务中,受到自己手影响。此结果也在其它实验材料的心理旋转研究中得到间接支持。Petit和Harris研究了现实中生理上可实现的姿势和现实中生理上不可能实现的姿势心理旋转差异状况,尽管在这项研究中,实验材料的熟悉度没有控制好,但是其反应时结果也表现出受到现实中人手的生理机制约束或限制,即识别生理上可以实现的姿势比识别生理上不可能实现的姿势既快又准。Fiiorio等人的研究,也发现在手的心理旋转中,对于左手图片来说,顺时针旋转240°的手的照片识别最难,而对于右手来说,顺时针旋转120°的手的照片识别最难。但本研究的结果与Sauner等人的研究结果不完全一致,他们研究发现在只呈现掌心(Palm)图片的条件下,对左手图片来说,顺时针旋转203°的图片识别最难,而对于右手掌心图片来说,顺时针旋转157°的图片识别最难。而在只呈现手背图片的条件下,没有出现上述非对称性结果。产生差异的原因是在Sauner等人的实验中,手的图片正面、背面都是随机呈现的,出现了Stroop效应,同时被试需要用自己脚按键,干扰了被试想像自己手的运动。本实验结果也出现了角度效应,与大多数以普通物体为材料的心理旋转研究结果一样,随着角度的增加需要的反应时间也越长,正确率也越低,这表明被试有心理旋转加工的过程。然而,当采用手等图片作为心理旋转的材料时,并非总是出现角度效应,如Parsons在研究中发现了旋转角度与反应时之间较强的线性函数关系。而Zack采用身体图片构建“左右判断”任务,并没有发现随着角度的增大需要更长的反应时。各个实验结果不一致的原因可能是由于不同的实验材料导致被试采用不同的加工策略。在心理旋转加工中,存在着两种策略,一种是整体旋转或部分旋转策略,另一种是特征分析。由于使用材料的不同,在Parsons的实验中,被试可能采用基于“整体的旋转策略”完成实验任务,而在Zack的实验中,被试可能采用“基于特征分析策略”完成实验任务。然而,对于本实验产生的“内旋效应”可能有另一种解释。因为,根据已有文献研究表明手、工具、身体等作为心理旋转的材料时,被试采用以自我为参照系的心理旋转策略完成实验任务。因此,“内旋效应”可能是由于使用了人手图片作为心理旋转材料而引起的,与LR心理旋转加工实验范式无关。对于产生显著的内旋效应是否与实验任务本身有联系,实验一无法验证,因而也就无法验证人手等图片具有双重角色。实验二利用同样的实验材料,构建SD心理旋转加工实验范式,探讨在此种实验任务条件下,是否同样会引起“内旋效应”,从而间接推断在SD实验任务中,被试是采用自我还是物体为参照系的心理旋转策略完成实验任务。3内旋效应与实验任务的关系实验一的结果表现出显著的内旋效应,表明被试在完成LR任务时受到了现实中人手生理机制的约束,被试想象自己手旋转至图像位置,以自我为参照系的旋转策略完成实验任务。然而,造成显著的内旋效应是否与实验任务本身有联系,实验一无法说明这个问题。因此,实验二采用与实验一相同实验材料,构建经典的SD实验范式的变式,左侧永远是竖直方向的左右手图片(标准刺激),右侧是旋转不同角度的左右手图片(比较刺激),以此探讨被试在完成此任务时,是否也受到现实中人手生理机制的约束,即被试是否采用同样的旋转策略来完成实验二任务。3.1测试对象同实验一,被试完成实验一后,间隔一天,完成实验二任务。3.2设备和材料实验材料和仪器同实验一。3.3左、右照片比较刺激的类型采用4因素被试内设计,2(匹配状况)×2(左右手图片)×2(旋转方向)×3(角度)。4个自变量分别是:(1)匹配状况:匹配,即左侧和右侧图片是同一只手的图片;不匹配,即左侧和右侧图片不是同一只手图片。(2)左右手图片:即右侧呈现的比较刺激是左手图片或右手图片。(3)旋转方向:右侧呈现的比较刺激是旋转不同角度的左手或右手图片,分两个水平:向内旋转,向外旋转。对于左手图片来说,顺时针方向0°~180°为向内旋转,180°~360°为向外旋转,对于右手图片来说,顺时针方向0°~180°为向外旋转,180°~360°为向内旋转;(4)旋转角度:比较刺激向内或向外旋转45°、90°、135°。因变量为反应时和正确率。每次同时呈现两张图片,左侧呈现的手的图片永远是直立方向,而右侧是旋转了不同角度的左手或右手图片。3.4正式实验的确定实验程序大致如下:被试坐在计算机前。头部与屏幕相距约75cm。在每次实验测试开始时,首先,屏幕中央出现一个白色的十字形注视点“+”(200ms),随后再呈现500~1000ms的黑屏。黑屏结束呈现两张手的图片,左侧永远是竖直的左手或右手图片,右侧是旋转了不同角度左手或右手图片,右侧图片在平面内以顺时针和逆时针方向分别旋转了45°、90°、135°。刺激呈现后要求被试在保证正确的前提下,尽快做出反应。当右侧图像与左侧图像相同时,即呈现的两张图片同是左手或右手,被试右手按“M”键,当右侧图像与左侧图像不是同一只手,被试左手按“V”键。在正式实验之前进行练习,每位被试经过6min,48次练习后进入正式实验。正式实验分为2个组。每组共有120次试验,共进行240次,每种条件重复10次。每组之间被试休息3min。3.5旋转角度和旋转方向对交互作用的影响数据分析时剔除了反应时在三个标准之外的数据。匹配状况、左右手图片、旋转方向和旋转角度总的平均反应时和正确率结果见图4和图5。对反应时进行2(匹配状况)×2(左右手图片)×2(旋转方向)×3(角度)四因素重复测量方差分析,结果表明:匹配状况主效应显著,F(1,22)=28.08,p<0.001,匹配状况主效应显著是由于匹配条件的反应时快于不匹配条件下的反应时126.205ms。左右手图片主效应显著,F(1,22)=19.43,p<0.001,右手图片的反应时快于左手图片反应时126.38ms。旋转方向主效应没有达到显著性,F(1,22)=1.68,p=0.209。旋转角度主效应显著,F(2,44)=77.18,p<0.001。三个角度反应时分别是:45°为850.164ms,90°为995.927ms,135°为1160.068ms,配对比较检验发现,45°、90°、135°三个旋转角度两两之间均达到显著性水平。交互作用只有匹配状况×左右手图片达到显著性水平,F(1,22)=10.03,p<0.01,其它交互作用均不显著。对正确率进行2(匹配状况)×2(左右手图片)×2(旋转方向)×3(角度)四因素重复测量方差分析,结果表明:旋转角度主效应显著,F(2,22)=5.32,p<0.01。三个角度正确率分别是:45°为91.1%,90°为91.2%,135°为85.4%,配对比较分析显示旋转45°与旋转90°正确率差异不显著(p=0.915),旋转45°与旋转135°正确率差异显著(p=0.049),旋转90°与旋转135°正确率差异显著(p=0.001)。旋转方向主效应不显著,F(1,22)=1.34,p=0.259,其余主效应也均不显著。匹配状况×左右手图片交互作用显著,F(1,22)=6.82,p<0.05,其余所有交互作用均不显著。综合正确率和反应时数据来看,没有出现反应时与正确率权衡现象,两者相关系数r=-0.023,表明随着旋转角度的增大,反应时间增长,而正确率却随之下降。由于匹配状况和左右手图片不管是反应时还是正确率均存在显著的交互作用,而其它所有的交互作用均不显著,所以我们对匹配状况和左右手图片交互作用的正确率和反应时做进一步的简单效应分析。结果表明,在匹配条件下,左手和右手图片的反应时差异达到显著性水平,F(1,22)=31.45,p<0.001;在不匹配的条件下,左手和右手图片的反应时差异也达到显著性水平,F(1,22)=6.29,p=0.02。只是在匹配的条件下,左右手图片的反应时差异要大于在不匹配条件下左右手图片的反应时。正确率交互作用的简单效应分析结果表明,在匹配条件下,左手和右手图片的正确率差异达到显著性水平,F(1,22)=8.30,p=0.009;在不匹配的条件下,左手和右手图片的正确率差异没有达到显著性水平,F(1,22)=1.58,p=0.222。这说明造成匹配状况和左右手图片正确率交互作用显著主要是由于在匹配状况下,左右手图片识别正确率差异显著引起的。3.6旋转角度对被试心理旋转的影响从实验二的结果来看,向内旋转与向外旋转的反应时和正确率几乎重合(见图4、图5),即旋转方向(内旋和外旋)主效应不显著,且与旋转方向的所有交互作用也均不显著,不存在“内旋效应”。不管是左手图片还是右手图片、正确率还是反应时,内旋转与外旋转均没有显著差异,这说明在此实验任务条件下,被试完成任务时,没有受到现实中左右手生理机制的约束。此实验结果与Kosslyn等人的研究结果相一致,在其研究中,尽管使用的材料是左右手图片,但被试只把左右手图片当作外部物体,采用以物体为参照系的心理旋转策略完成实验任务。对于旋转角度来说,与大多数以手或物体为材料的心理旋转研究结果一致,随着旋转角度增加,需要更长的反应时间,正确率也越低,这说明被试进行了心理旋转加工。产生此结果的原因,我们认为在SD任务中,尽管使用的材料是人手的图片,但被试没有想象自己的手旋转至图片中手的位置,被试只是把左右手图片当作外部物体,将其旋转至直立状态后,再与左边的标准图像进行比较判断。此间接推理也得到了实验后被试内省报告结果的支持,在本实验任务中,23名被试都报告把另一图片旋转至直立状态再比较,没有被试报告旋转自己手表象。由于旋转的对象是外部物体,即手的图片,因而不应受到现实中人手的生理机制约束,所以没有产生内旋转效应。以前研究普遍认为,以普通物体作为心理旋转的材料,被试会采用以物体为参照系的心理旋转策略,而以手等材料作为心理旋转加工对象时,被试会采用以自我为参照系的心理旋转策略。当以普通物体作为心理旋转的材料时,这些物体对于被试来说都是外在物体,且物体只是在中心处作旋转而不是在空间内做平移,而观察者在环境中无需要改变自己的位置,因而无需与内在参照系发生联系,因此,其参照系是以物体为中心的。而对手等材料的心理旋转加工,被试可能采用不同的策略,尽管手等材料对于被试来说也是外在物体,但被试表征手等材料后,需要与自身或另外存在的一个标准作比较。因而,在LR任务中,被试需要与自身作比较,而在SD任务中,被试只需与提供的标准刺激作比较。从实验二的结果来看,尽管采用手的图片作为心理旋转材料,但是,在经典的SD实验范式下,被试只需要把手图片的表征与提供的标准刺激作比较,无需要改变自己的状态,所以并没有引起被试采用以自我为参照系的心理旋转,采用的却是以物体为参照系的心理旋转策略,从而支持了手的图片具有双重属性。4被试心理旋转的生理基础本研究的两个实验,都是利用同样的实验材料,通过构建两种不同的实验任务,以内旋效应存在与否作为指标,验证被试是否采用不同的心理旋转策略完成这两种不同的实验任务,从两个实验的结果来看支持了最初的假设,人手的图片作心理旋转材料时具有双重角色,构建不同的心理旋转实验任务可引发不同类型的心理旋转。实验一的LR任务,不管是正确率还是反应时,结果都出现了较显著的内旋效应。说明被试在心理旋转加工时,受到了现实中人手生理机制的约束。无论是左手图片,还是右手图片,向躯体内侧旋转比向身体外侧旋转又快又准。由于所有的被试都是右利手,从结果来看,对于右手图片来说,向内旋转和向外旋转正确率差异最大,说明旋转方向对被试利手的影响大于非利手。从而进一步支持了被试心理旋转加工时是想象自己的手旋转到图像位置,是自我为参照系的心理旋转。而同样的实验材料在实验二的任务中却没有出现显著的内旋转效应,表明被试在完成SD任务时,没有受到现实中人手的生理机制约束,被试只是把手的图片当作外部物体,将其旋转到标准刺激位置再作判断,是以物体为参照系的心理旋转。不仅行为数据结果支持了最初的假设,实验后被试内省报告的结果也支持了最初的假设。综合实验一、二结果,表明人手的图片具有双重属性,被试在对人手图片的心理旋转加工过程中,采用心理旋转策略与实验任务本身有很大的联系。以往文献关于自我为参照系的心理旋转脑加工区域研究,各个研究得出的结论并不一致。分析产生不一致的原因,其中很重要的原因是尽管这些研究使用的材料都是手、身体等图片,且声称引起的是自我为参照系的心理旋转,但是,这些研究并不一定都唤起被试采用自我为参照系的心理旋转加工策略,甚至是两类参照系的心理旋转相互混杂。换言之,这些声称自我为参照系的生理基础研究没有找出可靠的指标证实被试确实采用自我为参照系的心理旋转策略完成实验任务,如Kosslyn等人,Seurinck等人的研究。在他们的研究中,虽然也发现人手等图片心理旋转与普通物体的心理旋转脑加工区域有所不同,但这种差异更有可能是加工策略不同而导致的,而不是旋转策略不同而导致的差异,因为在上述两项研究中,采用的是SD任务,引起的是物体为参照系的心理旋转,但也可能有自我参照系的心理旋转加工混杂其中。同时两类参照系的心理旋转加工脑机制存在以下几种假设,一种可能是这两类心理旋转是由单一的空间转换系统加工的(asinglespatialtransformationsystem),另一种可能是这两类不同的心理旋转分别有各自加工机制。两类心理旋转的脑加工机制一直存在着其单系统模型(unitarymodel)、等级系统模型(hierarchicalmodel)和双分离模型(double-dissociationmodel)之争,其中等级系统模型和双分离模型统称为多系统模型(multiple-systemsmodels)。然而,从这本实验的行为数据来看,支持的是多系统模型。本研究以“内旋效应”存在与否,来推论被试采用何种参照系的旋转策略来完成心理旋转任务。从结果来看,使用同样的实验材料,分别采用左右手判断和相同不同判断任务,分离了两类心理旋转,为今后两类心理旋转生理基础的比较研究提供了方法。同时,以往的文献表明心理旋转能力存着显著的性别差异,甚至这种差别有其生理基础。但是心理旋转能力的性别差异受众多因素影响,例如,心理旋转材料的复杂度、试验重复的次数,且心理旋转能力最大的性别差异发生在心理旋转测验上(MentalRotationTest:MRT)等。然而在本研究的两个实验中均没有发现