李士一白學軍王雨薇鄭 蕾孫弘進

（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麥克馬斯特大學心理神經(jīng)科學與行為系,加拿大 ON L8S4L8）

二維場景旋轉(zhuǎn)下的背景提示效應*

李士一1白學軍1王雨薇1鄭 蕾1孫弘進2

（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麥克馬斯特大學心理神經(jīng)科學與行為系,加拿大 ON L8S4L8）

在視覺搜索中，特定背景與目標位置的多次聯(lián)合呈現(xiàn)能夠促進搜索績效，這被稱為背景提示效應。本研究探討背景提示效應能否遷移到二維旋轉(zhuǎn)后的視覺場景中去。選擇大學生為被試，采用2（場景類型:重復、新異）×7（時間階段:1～7）×3（旋轉(zhuǎn)角度:0°、45°、60°）的三因素混合實驗設計。被試在進行背景提示效應的學習后，隨機分為三組分別在旋轉(zhuǎn)了0°、45°、60°的場景中繼續(xù)執(zhí)行視覺搜索任務。結果發(fā)現(xiàn)：三組被試都習得了背景提示效應，且都遷移到了旋轉(zhuǎn)后的場景中。這表明背景提示效應可能存在更高級的編碼方式。

內(nèi)隱記憶，背景提示效應，心理旋轉(zhuǎn)。

1 引言

內(nèi)隱記憶是指個體沒有主動識記和提取，卻能憑借過去經(jīng)驗促進當前行為的現(xiàn)象 （Tulving& Craik,2000）。與個體有意識地對信息進行加工、存儲和提取的外顯記憶不同，內(nèi)隱記憶有著容量大、保持時間久、無需認知資源等特點 （Reber, 2013）。有研究者指出與外顯記憶相比，內(nèi)隱記憶缺乏靈活性 （Dienes&Berry,1997;楊治良,周穎,李林,2003），例如，當刺激表面特征發(fā)生變化時，習得的內(nèi)隱記憶將減弱或消失 （Tulving& Schacter,1990）。但也有研究者認為內(nèi)隱記憶具有靈活性 （Willingham,1997），例如，在運動技能等程序性內(nèi)隱學習中，被試可將內(nèi)隱知識遷移到新的情景或新的動作 （Tomiczek&Burke,2008）。

背景提示效應 （contextual cueing effect）是由Chun和Jiang（1998）提出的一種測量內(nèi)隱記憶的范式。他們讓被試進行了30個組塊的視覺搜索，其中一半試次的場景在每個組塊中都重復出現(xiàn)一次（目標位置和干擾子布局都固定），稱為重復場景；另一半試次的場景是隨機生成的 （僅目標位置固定），稱為新異場景。結果發(fā)現(xiàn)：在學習開始階段，重復場景與新異場景的反應時相同；隨著任務的進行，重復場景的反應時顯著小于新異場景的。在再認測驗階段，被試既不能正確報告出哪些場景是重復的又不能正確報告出重復場景的目標位置，表明背景提示效應是一種內(nèi)隱記憶 （Chun&Jiang, 1998,2003;Goujon,Didierjean,&Thorpe,2015）。

在背景提示效應范式提出后，大量的研究探討了其內(nèi)隱屬性 （Jiang,Song,&Rigas,2005;Colagiuri&Livesey,2016）、記憶內(nèi)容的本質(zhì) （Brady& Chun,2007;Beesley,Vadillo,Pearson,&Shanks, 2015）、能否適應變化等 （Shi,Zang,Jia,Geyer,& Müller,2013;Zellin,Von,Müller,&Conci,2014）。其中一個重要的爭論是，背景提示效應中的信息是以何種形式進行編碼的 （Chua&Chun,2003; Jiang&Wagner,2004;Tsuchiai,Matsumiya,Kuriki,&Shioiri,2012）。Chun和Jiang（1998）認為背景提示效應的記憶內(nèi)容是以獨立的 “樣例”的形式進行表征和儲存的 （Logan,1988），當目前加工的視覺場景與記憶庫中的樣例匹配時，特定的反應模式會被自動應用，從而提升搜索效率。然而，記憶中存儲的樣例是具體的視網(wǎng)膜圖像，還是場景中物體之間的抽象結構？這個爭論的本質(zhì)是：內(nèi)隱記憶的信息是具體刻板的，還是抽象靈活的 （Willingham,1997）。如果是前者，習得的效應只能出現(xiàn)在相同的圖像上，任何圖像變化都將破壞背景提示效應；如果是后者，習得的效應可以遷移到經(jīng)過合理變形的視覺圖像上。

Jiang和Wagner（2004）讓被試在學習階段習得背景提示效應，在測試階段將搜索場景中物體組成的布局進行放大并整體向左平移，從而改變了目標與干擾子的絕對位置，但保留了抽象的結構關系。結果發(fā)現(xiàn)，在場景的視網(wǎng)膜圖像發(fā)生了顯著變化的測試階段，背景提示效應得到了保持。表明背景提示效應習得的內(nèi)容不只局限于視網(wǎng)膜成像，還存在更加靈活的編碼方式。

也有研究發(fā)現(xiàn)背景提示效應不能遷移到變化了的視覺圖像中 （Chua&Chun,2003;Tsuchiai et al.,2012）。例如，Chua和Chun（2003）使用視角變化的方式，改變搜索場景的視網(wǎng)膜成像。他們使用圓柱形三維物體組成搜索場景。在學習階段，4組被試分別從0°、15°、30°、45°四個角度進行視覺搜索任務；在測試階段，各組被試都從0°視角進行搜索任務。結果發(fā)現(xiàn)，在學習階段，各組都獲得了背景提示效應；在測試階段，隨著測試角度與學習視角差距的增加，背景提示效應依次減弱并消失?；谠摻Y果，研究者認為背景提示效應中編碼的信息是機械圖像，缺乏靈活性。

然而，該研究存在一些不足：首先，三維空間旋轉(zhuǎn)包括了俯視旋轉(zhuǎn)、側視角旋轉(zhuǎn)和物體遮擋關系的改變等多個成分，在視覺搜索的過程中加工三維視角變換可能超出了被試的能力范圍。其次，搜索場景中的物體均為無朝向的圓柱形物體，缺乏空間參照信息。基于外顯記憶的研究發(fā)現(xiàn)，當視覺場景中存在空間參照信息，如內(nèi)在參照信息 （intrinsic reference information）和環(huán)境參照信息 （environmental reference information）時，可促使被試進行更為抽象的空間編碼 （Burgess,2006;Kelly,Sjolund,&Sturz,2013），并促進空間記憶遷移到新異視角 （Mou,Zhang,&McNamara,2009）。背景提示效應的研究發(fā)現(xiàn)，空間參照信息的變化將損害習得的背景提示效應 （Zang,Geyer,Assump觭觔o, Müller,&Shi,2016）。

研究將采用視角變化范式對背景提示效應能否遷移到變化的圖像上做進一步檢驗。同時針對前人研究作以下改進：首先，采用二維空間旋轉(zhuǎn)來造成視網(wǎng)膜圖像的變化，從而簡化視角旋轉(zhuǎn)的復雜度。其次，在搜索場景中提供了兩種空間參照信息。一種是內(nèi)在參照信息，場景中所有物體的方向都是朝向同一方向的，并且組成場景物體的線段均互相平行和垂直，從而形成了一個正交的內(nèi)在軸。另一種是環(huán)境參照信息，視覺搜索場景的外側提供了長方形邊框，且邊框的上長邊被設置為紅色以標識方向。

研究的假設是，如果背景提示效應中編碼的信息是具體的視網(wǎng)膜圖像，習得的背景提示效應將會隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加而減弱甚至消失；如果背景提示效應中編碼的信息是靈活的抽象關系，習得的背景提示效應將遷移到旋轉(zhuǎn)后的場景中去。

2 方法

2.1 被試

來自天津師范大學的48名本科生參加實驗，年齡為17-22歲 （19.2±2.1）。隨機分為3組，每組16人 （各有4名男生）。視力或矯正視力正常，實驗前未告知被試真正的實驗目的，實驗結束后獲得禮品一份作為報酬。

2.2 實驗設計

采用2（場景類型:重復、新異）×7（時間階段:1～7）×3（旋轉(zhuǎn)角度:0°、45°、60°）的三因素混合實驗設計。場景類型和時間階段為被試內(nèi)變量，場景旋轉(zhuǎn)為被試間變量。反應時為因變量。

2.3 實驗儀器

實驗程序采用E-prime2.0編制，在Lenovo臺式機上運行，刺激呈現(xiàn)在19寸的Dell顯示器上（分辨率為1024×768像素,刷新率為60Hz）。為避免屏幕的邊框作為視覺參照信息帶來干擾，將屏幕邊框使用一個黑色圓環(huán)覆蓋起來，屏幕的顯示視野約為14.7°×14.7°。一個標準鍵盤作為輸入設備。

2.4 實驗材料

每個場景都由12個類似字母的形狀組成，其中只有1個目標物，其他為干擾子。目標物為向右（或左）旋轉(zhuǎn)了90°的類似于字母 “T”的形狀，干擾子為旋轉(zhuǎn)了90°類似于字母 “L”的形狀。目標物和干擾子都是由兩條相同的線段 （6×20像素,約0.95°視角）組成，其不同之處在于目標物是由兩條線段組成了類似T的對稱形狀 （從交叉點中心往兩側各有10個像素），干擾子則是類似L的非對稱形狀 （從交叉點中心往兩側分別有6和14個像素）。同時，目標物和干擾子的尾部都有一個缺口 （2×3像素），被試的任務是找到目標物并判斷其缺口的位置。缺口位置有兩種情況：邊角和中間。實驗刺激呈現(xiàn)在一個6×8的隱形的矩陣方格中。為排除隨機生成的位置排列形成規(guī)則的形狀，將每個方格的位置在水平和垂直兩個方向進行0～13個像素的隨機位移 （實驗材料示例圖1）。

圖1 45°組被試在學習階段 （左）和測試階段 （右）的場景材料舉例

場景分為兩種類型：重復場景和新異場景。前者指特定場景中的目標位置與其他干擾子的位置布局都是在組塊之間重復的；后者指特定場景中僅目標位置在組塊間重復，但其他干擾子的布局每個組塊中都是重新隨機生成的。

2.5 實驗流程

實驗開始前，屏幕上將呈現(xiàn)文字指導語，要求被試找到唯一的 “T”并判斷其尾部的缺口。被試理解后自主進入練習部分，共有12個場景。練習結束并且正確率為90%以上，進入正式實驗，否則需要重新練習。

搜索任務。屏幕中央首先呈現(xiàn)一個 “＋”形的注視點。隨機呈現(xiàn)400-700ms后消失，進入搜索場景。被試根據(jù)目標的特征分別按數(shù)字鍵盤上的1和2進行反應。按鍵之后進入反饋界面：如果按鍵正確，屏幕的中間會出現(xiàn)一個綠色的 “Correct”。如果被試按鍵錯誤，屏幕的中間會呈現(xiàn)一個紅色“Incorrect”，同時播放錯誤提示音。反饋界面呈現(xiàn)500ms后自動消失，并自動進入下一試次的注視點。如果場景呈現(xiàn)5s后沒有按鍵反應，程序自動進入反饋界面，提示反應超時。每完成一個組塊，自動進入休息界面，被試需根據(jù)提示按空格鍵開啟下一個組塊；每完成5個組塊，進行20s的強制休息。搜索任務分為學習和測試兩個階段。學習階段有30個組塊，測試階段有5個組塊。每個組塊包含24個試次，其中新異場景、重復場景各占12個試次，共計840個試次。

完成學習階段后，通過屏幕顯示的指導語告知被試 “場景方向可能發(fā)生改變，但與實驗任務無關”，隨后進入測試階段。0°組被試在與場景軸朝向平行的視角進行學習和測試階段的任務，沒有任何變化；45°組被試分別從距離場景軸22.5°和-22.5°的角度進行學習和測試階段的搜索任務，經(jīng)歷了45°的場景旋轉(zhuǎn)；60°組被試分別從距離場景軸30°和-30°的角度進行學習和測試階段的搜索任務，經(jīng)歷了60°的視角變化。視角變化方向在被試間進行了平衡。

完成測試階段后進入再認階段，實驗前并未告知被試有此部分任務。要求被試對24個場景依次做出判斷：是否曾見過該場景， “見過”按Y；“沒有見過”按N。場景分兩類：學習階段的重復場景和從未出現(xiàn)過的場景各12張，場景中的目標被替換為干擾子?；貞浫蝿諞]有時間限制，沒有反饋。整個實驗持續(xù)約45-50分鐘。

3 結果

3.1 搜索任務實驗結果

數(shù)據(jù)使用Excel 2016進行預處理，并導入SPSS 23進行統(tǒng)計分析。

3.1.1 搜索任務的錯誤率和刪除率

錯誤率超過10%的被試，數(shù)據(jù)將被刪除 （Chua &Chun,2003），60°組中有1名被試的數(shù)據(jù)因此被刪除。各組被試的平均錯誤率分別為 1.23%，1.13%，1.35%，差異不顯著 （F=1.087,p>0.05）。

刪除錯誤試次、每個被試三個標準差之外、以及反應時小于200ms的數(shù)據(jù)。各組刪除的試次數(shù)量占總試次的2.81%，2.91%，3.12%，差異不顯著（F=0.838,p>0.05）。

3.1.2 學習階段的反應時

背景提示效應可以通過兩種場景類型的反應時在不同時間的變化來體現(xiàn)。如果在開始階段兩類場景的反應時沒有差別，但隨著時間階段的發(fā)展，重復場景的反應時間顯著少于新異場景，就說明習得了背景提示效應。為增加統(tǒng)計檢驗效力，將學習階段的30個組塊劃分為6個時間階段，每個時間階段包括5個組塊，按時間階段計算平均值。各組被試在不同時間階段和場景類型下的反應時間見圖2。

圖2 各組被試在不同時間階段和場景類型下的反應時（誤差線為SE）

為檢測是否習得背景提示效應，進行2（場景類型:重復、新異）×6（時間階段:1～6）×3（旋轉(zhuǎn)角度:0°、45°、60°）的重復測量方差分析。結果發(fā)現(xiàn)：場景類型的主效應顯著，F(xiàn)（1,44）=53.73，p＜0.001，=0.55，新異場景的反應時顯著長于重復場景。時間階段主效應顯著，F(xiàn)（5,220）=134.1，p＜0.001，=0.753，事后比較發(fā)現(xiàn)，從第1階段到第6階段，反應時依次遞減，相鄰的兩個時間階段反應時差異均顯著，p s＜0.05。旋轉(zhuǎn)角度的主效應也顯著，F(xiàn)（2,44）=9.607，p＜0.001，=0.304。事后比較發(fā)現(xiàn)，0°組的反應時顯著短于45°組和60°組，p s＜0.01。場景類型×時間階段的交互作用顯著，F(xiàn)（5,220）=3.286，p＜0.01，=0.07。簡單效應分析發(fā)現(xiàn)，第1階段中，新異和重復場景的反應時差異不顯著；第2階段中，重復場景的反應時顯著短于新異場景場景，p＜0.05；第3～6階段中，重復場景的反應時均顯著短于新異場景的反應時，p s＜0.001。說明隨著時間階段的發(fā)展，重復場景與新異場景的反應時差異逐漸增加，揭示了背景提示效應。其他二階和三階交互作用均不顯著。

3.2 學習階段和測試階段的背景提示效應量

本研究最為關心的問題是場景在經(jīng)過不同角度的旋轉(zhuǎn)后，背景提示效應量 （新異場景和重復場景的反應時之差）的相對變化。學習階段的背景提示效應量以最后一個時間階段的平均值 （最后五個組塊的平均值）為代表，測試階段的背景提示效應量即所有五個組塊的平均值。各組被試在學習階段與測試階段的效應量見圖3。

圖3 各組被試在不同實驗階段的背景提示效應量（誤差線為SE）

為了解不同實驗階段的背景提示效應量是否有顯著變化，進行2（實驗階段:學習、測試）×3（旋轉(zhuǎn)角度:0°、45°、60°）的重復測量方差分析。結果發(fā)現(xiàn)：實驗階段主效應不顯著，F(xiàn)（1,44）=0.356，p>0.05；旋轉(zhuǎn)角度的主效應不顯著，F(xiàn)（2,44）= 0.743，p>0.05；旋轉(zhuǎn)角度×實驗階段的交互作用不顯著，F(xiàn)（2,44）=0.139，p>0.05。這說明，不同旋轉(zhuǎn)角度下習得的背景提示效應量沒有顯著差異，不同實驗階段的背景提示效應量沒有顯著差異。

3.3 再認階段

通過比較擊中率 （將重復場景判斷為見過）和虛報率 （將新異場景判斷為見過）能夠探測被試是否擁有關于場景的外顯知識。如果擊中率和虛報率相同，說明被試不能外顯地判斷是該場景是否出現(xiàn)過；如果集中率顯著高于虛報率，說明被試可以把重復場景從新異場景中區(qū)分出來。所有被試的擊中率為50.56%，虛報率為47.07%，對擊中率和虛報率進行配對樣本t檢驗，結果顯示兩者的差異不顯著：t=-1.23，p＞0.05。表明被試對重復場景的再認概率處于猜測水平，說明被試對場景沒有產(chǎn)生外顯的記憶。

4 討論

本研究旨在探討習得的背景提示效應能否遷移到經(jīng)過二維旋轉(zhuǎn)的場景中。結果發(fā)現(xiàn)在學習階段各組被試都習得了背景提示效應；在三組被試的搜索場景分別進行了0°、45°、60°的測試階段，背景提示效應量均得到保持，各組之間無差異；再認階段的結果發(fā)現(xiàn)被試不能外顯區(qū)分重復場景和新異場景，說明記憶是內(nèi)隱的，與以往的研究結果一致（Chua&Chun,2003;Chun&Jiang,1998）。

本研究的結果表明背景提示效應可以遷移到經(jīng)過二維旋轉(zhuǎn)的場景圖像上。與 Jiang和 Wagner（2004）的研究結果一致，即在測試階段視網(wǎng)膜成像發(fā)生變化后，背景提示效應能夠得到保持。本研究的實驗操縱與Jiang和Wagner（2004）的相同之處在于，測試階段視網(wǎng)膜成像變化并不是隨機的，即場景中單個物體在視網(wǎng)膜成像上的絕對位置發(fā)生了變化，但物體間的相對關系并未改變。這說明搜索項目間的相對關系的保持可能是背景提示效應得以遷移的基礎。

本研究與Chua和Chun（2003）得到了不同的結果。他們的結果發(fā)現(xiàn)，隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加 （0°、15°、30°、45°），之前習得的背景提示效應依次減弱，甚至完全消失。因此他們認為背景提示效應的記憶痕跡是機械的、具體的圖像記憶。本研究則發(fā)現(xiàn)，盡管場景旋轉(zhuǎn)的角度更大 （0°、45°、60°），但不同的旋轉(zhuǎn)角度并未對背景提示效應的遷移產(chǎn)生不同的影響，習得的背景提示效應均遷移到了測試階段。因而可以推測背景提示效應中編碼的內(nèi)容不是 “視網(wǎng)膜圖像”，可能存在更高級的空間編碼方式。造成本實驗與Chua和Chun（2003）研究結果不同的原因可能有二：第一，本實驗將較為復雜的三維旋轉(zhuǎn)簡化為二維旋轉(zhuǎn)，有利于個體在快速的搜索過程中對新的空間關系進行更新。第二，被試對場景進行編碼的同時可能也加工了空間參照系的信息。本研究的視覺場景中提供了兩種空間參照線索，首先，場景中T和L都朝向同一方向，因而組成他們的線段形成了互相平行和垂直的場景內(nèi)在軸。有大量研究發(fā)現(xiàn)，場景內(nèi)在軸（例如同一朝向）是能夠作為空間參照信息促進場景記憶遷移到非學習視角 （Marchette&Shelton,2010; Mou&Mcnamara,2002）；同時，場景外部的矩形邊框，也提供了場景的環(huán)境軸。有研究發(fā)現(xiàn)，場景環(huán)境軸 （例如長方形地毯）能夠促進場景記憶的視角遷移 （Kelly,Sjolund,&Sturz,2013;Shelton& McNamara,2001）。在測試階段對場景進行旋轉(zhuǎn)的同時，場景中物體的同一朝向和矩形邊框也隨之發(fā)生了相同程度的變化。這使得場景與內(nèi)在和環(huán)境參照系的關系不變，從而使被試有可能整合視覺背景中的空間信息，從而得知場景進行了怎樣的變化，以及自身與場景的相對位置，進而匹配旋轉(zhuǎn)前后的圖像。

背景提示效應能否遷移到變化了的視覺圖像中，其反映的本質(zhì)問題是，內(nèi)隱記憶中的信息編碼形式是機械的圖像還是靈活的空間關系。已有的研究表明，背景提示效應中的記憶痕跡可能是基于具體的視網(wǎng)膜圖像 （Chua&Chun,2003），這樣的認知也符合傳統(tǒng)研究中對內(nèi)隱記憶缺乏靈活性的判斷 （Dienes&Berry,1997）。然而，本研究提供了兩種非自我空間參照信息，結果發(fā)現(xiàn)背景提示效應可以遷移到有規(guī)律地變化了的視覺圖像上。背景提示效應能夠遷移到新視角下，說明其加工過程不只依賴于視網(wǎng)膜圖像，也存在著對空間關系的表征?；蛘哒f，在背景提示效應的產(chǎn)生過程中，即便是與搜索任務無關的視覺空間信息，也能被編碼到記憶樣例中去。這樣的發(fā)現(xiàn)與前人的研究推測一致（Zang et al.,2016）。

然而，背景提示效應的視角遷移是由空間參照信息帶來的嗎？本研究并未能做出解答。同時，二維視覺場景雖然便于控制額外因素，但生態(tài)效度較低。未來的研究應該操縱不同水平的空間參照信息來探討其對背景提示效應視角遷移的作用，以及在生態(tài)效度更高的三維仿真場景中對該問題做出探討。

總之，與前人得到的內(nèi)隱記憶是機械的圖像記憶的結論不同，本研究以場景旋轉(zhuǎn)的方式改變了視覺圖像，并發(fā)現(xiàn)背景提示效應的內(nèi)隱記憶信息能夠靈活遷移到變化了的視覺圖像中，為內(nèi)隱記憶的靈活性提供了新的證據(jù)。

5 結論

在本實驗條件下，可以得出以下結論： （1）在場景進行二維旋轉(zhuǎn)之后，背景提示效應能夠遷移到變化了的視網(wǎng)膜圖像上。 （2）背景提示效應中的內(nèi)隱記憶信息存在更高級的編碼方式，而不只是機械的視網(wǎng)膜圖像記憶。

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The Influence of Scene Rotation on Contextual Cueing Effect

Li Shiyi1,Bai Xuejun1,Wang Yuwei1,Zheng Lei1,Sun Hongjin2
(1 Key Research Base of Humanities and Social Sciences of Ministry of Education,Academy of Psychology and Behavior,Tianjin Normal University,Tianjin 300074;2 Department of Psychology,Neuroscience and Behaviour,McMaster University,Canada ON L8S4L8)

In visual search,multiple combined appearance of a specific background and target position can promote search performance,namely contextual cueing effect.The current study explored whether the learned contextual cueing effect can be migrated when the two-dimensional visual scenes are rotated.After learning of the contextual cueing effect,3 group participants performed the same search task in the same visual scenes which had been rotated by 0°,45°,60°.The results showed that the learned effects were preserved in the testing phase.The result indicates that there is a more advanced coding mode in the contextual effect.

implicit memory,contextual cueing effect,mental rotation.

B842.3

2017-03-04。

天津師范大學博士研究生學術新人項目 （2016BSXR004）。

白學軍，E-mail：bxuejun@126.com。