坡度的高估是系统性的还是测量造成的——感觉方式和报告方式对坡度知觉的影响，本文主要内容关键词为：坡度论文,方式论文,知觉论文,测量论文,感觉论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：B842 文献标识码：A 文章编号：1006-6020(2011)-03-0212-10
1 引言
人们对斜坡倾斜程度的知觉往往比实际坡度要大。以往的一些研究都发现，这种对于坡度的高估相对于实际坡度是非常离谱的(Bhalla & Proffitt,1999; Proffitt,Bhalla,Gossweiler,& Midgett,1995; Creem-Regehr,Gooch,Sahm,& Thompson,2004; Proffitt,Creem,& Zosh,2001; Feresin & Agostini,2007; Durgin,Hajnal,Li,Tonge,& Stigliani,2010)。例如，Proffitt等(1995)提出，被试对15度斜坡的估计值超过30度，对31度斜坡的估计值超过50度。随着研究的深入，很多研究者发现，在不同的报告方式下相同斜坡的知觉有着截然不同的结果。例如，Proffitt等(Bhalla & Proffitt,1999; Proffitt,et al.,1995; Proffitt,et al.,2001; Proffitt,Stefanucci,Banton,& Epstein,2003)发现，当被试用言语报告或通过一个视觉调节面板(如图1a)来呈现坡度时，会出现坡度的高估，但当要求被试通过手掌来模拟斜坡的倾斜程度时(如图1b)，其模拟的坡度值与实际坡度基本一致。Durgin等(2010)也发现，当要求被试通过整个手臂来模拟斜坡的倾斜情况时(如图1c)，所模拟的坡度更加接近于真实坡度。由此，Proffitt等(Bhalla & Proffitt,1999; Proffitt & Zadra in press)提出坡度知觉中存在着“知觉－行为分离”的现象，即坡度知觉若采用言语等主观报告方式时，其报告的结果比实际坡度大，而若采用肢体来模拟斜坡的倾斜程度时，其报告结果则比较接近实际值。
图1 三种报告方式的示意图
(a：视觉调节，其中深色区域为斜坡与地面夹角，引自Bhalla & Proffitt,1999；b：触控面板报告法，引自Creem-Regehr,et al.,2004；c：手臂模拟报告，引自Hajnal,Abdul-Malak,& Durgin,2011)
许多研究者对坡度知觉中“知觉－行为分离”现象的认知加工机制进行了探讨。Milnet和Goodale(1995)曾认为，视觉信息加工有两条通路：背侧核团通路和腹侧核团通路。Proffitt(2006)提出，坡度知觉这种“知觉－行为分离”现象背后的神经传导通路也是不同的，它可能是由两个加工系统的不同加工方式产生的(Proffitt,et al.,2001; Creem-Regehr,et al.,2004)。据此，有学者提出了视觉信息加工的双系统理论(Bhalla & Proffitt,1999; Proffitt,2008a,2008b; Proffitt,et al.,1995; Proffitt,et al.,2001; Schnall,Harber,Stefanucci,& Proffitt,2008; Witt,& Proffitt,2008; Witt & Proffitt,2007)。该理论认为，对一个斜坡所产生的视觉信息的加工受到两个系统的控制：其一是行为指导系统(visually guided action)，它直接利用视觉信息来指导肢体做出反应，即控制人们抬腿的高度或者控制人们用手臂来模拟斜坡的倾斜情况，该系统所提供的坡度倾斜角度是准确的；其二是意识准备系统(explicit awareness)，它整合大脑中更多的信息来对坡度进行预测，该系统得到了一个高于实际坡度的估测值，其作用是让机体储备体力，为翻越山坡做充足的准备。
上述观点得到了一些实验事实的支持。有研究发现，当意识准备系统受到身体状态和主观体验等因素的影响后，其知觉到的斜坡会变得更加陡峭，而行为模拟的坡度值却未变化。例如，Bhalla和Proffitt(1999)发现：疲劳、负重和身体虚弱都可使人们对斜坡的知觉更高于正常情况；当老年人与年轻人面对同一斜坡时，老年人对斜坡的知觉更加陡峭。与此相反，用手掌操纵触控面板来模拟斜坡的倾斜情况时，其报告的坡度不受疲劳、年龄、负重和身体虚弱等因素的影响。Chambon(2009)发现，人们常常会利用其身体状态，如饥饿、疲劳和年龄等信息作为判断坡度和距离的依据。因此，一旦改变身体状态的体验，则人们对坡度或距离的判断也会改变。Chambon还认为，即使未改变自身的生理状态，若主观认为自己的行动能力降低了，对坡度估计也会变大，即坡度估计受潜在运动能力知觉的影响。Schnall等(Schnall,Zadra,& Proffitt,2010)研究发现，血液中葡萄糖的含量会影响坡度知觉，葡萄糖含量较低时知觉到的斜坡更陡。Riener等(Riener,Stefanucci,Proffitt,& Clore,in press)指出，积极情绪下所知觉到的坡度较平缓，而消极情绪下知觉到的斜坡则更陡峭。
知觉与行为的两种加工系统理论的确可以解释许多已观察到的坡度知觉现象。同时，该理论也可与许多错觉研究中发现的“知觉－行为分离”现象(Bulatov,Bertulis,& Mickiene,1997; Glover & Dixon,2002; Haffenden,Schiff,& Goodale,2001; Koning & van Lier,2007,2008; van Ulzen,Semin,Oudejans,& Beek,2008)相验证。然而，该理论却无法说明以下两个关键的问题：
(1)坡度知觉中的行为指标并非传统意义上的视觉导向行为
尽管坡度知觉中所出现的“知觉－行为分离”也是在视觉导向的情境下出现的，但该视觉导向所引发的行为却与错觉和距离研究中的视觉导向行为存在差异，即在坡度知觉中，被试利用手掌或者手臂来模拟斜坡的倾斜角度，而在错觉的“知觉－行为”分离研究中被试直接用手指来抓握目标(Haffenden et al,2001; Glover & Dixon,2002)。坡度知觉中的视觉导向行为与爬坡参数密切相关，如抬腿高度和步幅大小等，但其报告的行为却是手部的一些模拟行为，这种行为是间接的。因此，在坡度知觉时所出现的“知觉－行为分离”似乎无法与其他错觉研究中所提到的现象相等同，在错觉研究中所获得的证据及其脑神经研究结果也难以为双系统理论提供支持。
(2)坡度知觉中的行为报告方式存在不确定性
Proffitt等(Bhalla & Proffitt,1999; Proffitt,et al.,1995; Proffitt,et al.,2001)提出的两种加工系统理论所依据的知觉－行为分离现象来源于触控面板得到的行为数据，然而该行为数据的准确性和确定性却遭到了Durgin等(Durgin,et al.,2010)的质疑。他们发现，触控面板所呈现的行为的准确性在很大程度上受手腕灵活性和触控面板相对身体的高度和距离的影响。当触控面板的高度和距离发生改变时，该方式下的行为报告不再准确。他们同时提出，即使手臂模拟的方式比触控面板的报告更准确，前者仍存在受肩部灵活性影响的问题。
总而言之，坡度知觉中是否存在“知觉－行为分离”现象，取决于我们是否能够采集到准确的“行为”指标。Proffitt等(1995)所提出的触控面板报告方式是否可以作为准确的行为指标仍有待于验证，而Durgin等(2010)建议的手臂模拟报告方式也需要更多的证据来支持其合理性。
与坡度估计有关的一个理论问题是：坡度知觉的不准确是源于感觉层面还是认知加工层面？按照Proffitt等(Proffitt,et al.,1995; Proffitt,et al.,2001; Proffitt,et al.,2003)的两种加工系统理论，坡度知觉的不准确应该来自于认知加工，即视觉观察到的斜坡应该是准确的，但在经过意识准备系统的加工之后，坡度认知结果被修改，后者导致坡度知觉的主观报告偏高。但是，Ernst等(Ernst,Banks,& Bulthoff,2000)指出，通过手掌触摸斜坡表面可以降低单纯观察斜坡所产生的高估。Creem-Regeh等(2004)通过3D虚拟现实和重力反馈系统对爬坡过程中产生的动态坡度知觉进行研究，结果发现，如果给被试合适的爬坡负重反馈，则被试对坡度的估计会比无负重反馈更高。Hajnal等(2011)要求被试站在一个斜坡上，通过本体感觉来感知一个斜坡的坡度，发现不论视力正常的人还是盲人，若单纯凭站在斜坡上的本体感觉，则所感知的坡度值也出现极大的高估，与被试直接站在斜坡前观察得到的坡度值没有显著差异。Durgin,Hajnal,Li,Tonge,& Stigliani(2010)发现，通过手掌来触摸一块斜面所知觉到的坡度值小于视觉观察的结果，即相对而言更接近于实际坡度。鉴于此，我们认为，考察不同感觉通道对坡度知觉的影响具有重要的意义。
也有研究发现，在距离知觉和坡度知觉中，“步行”这样一种动态的感知方式可能会对认知结果造成影响(Ellard & Shaughnessy,2003; Phlibeck,et al.,2008; Witt & Proffitt,2008; Proffitt,2008a; Durgin,2009; Witt,et al,2010)。Philbeck等(2008)发现，盲行中感知到的目标距离要大于正常步行，且盲行感知到的距离略大于实际距离，正常步行感知到的距离略小于实际距离。Hajnal等(2011)通过一个机械手臂来带动被试的手指，以此方式感受斜坡的坡度，结果发现被试言语报告的坡度值大幅降低。Creem-Regeh等(2004)的3D虚拟现实研究也显示，若在被试观察斜坡的过程中加入步行的动作辅助，则其坡度高估的情况也有所降低。Witt和Proffitt(2008)以及Durgin(2009)指出，步行可整合本体感觉中多个方面的信息，且可以在交替迈步的过程中动态地更新和修正对目标的感知。但是，Ellard等(2003)指出，单纯通过视觉和盲行来感知距离时，两者所得到的距离知觉没有差别。据此，我们认为，考察步行是否能减少坡度的高估将有助于探讨坡度知觉背后的机制，即坡度知觉是否可以通过感觉通道的整合加以修正？
综上，本研究包括三项目的：其一，探讨坡度知觉的不准确是否由于意识准备系统的调节造成的。如果是意识准备系统的原因，那么对坡度的高估应该普遍存在于各个感觉通道，即坡度知觉是系统性的偏高，反之，则说明坡度的高估可能是视觉线索的模糊造成的。其二，探讨不同报告方式对坡度判断的影响，探寻何种报告方式能够更准确地反映人们对坡度的认知。其三，考察坡度知觉的偏差能否通过多感觉通道整合的方式得以修正或扩大，以此进一步分析坡度知觉的偏差是来自于感觉层面呢，还是后期认知加工造成的。
2 实验一：感觉通道和报告方式对坡度知觉的影响
2.1 方法
2.1.1 被试
48名某重点大学学生，其中男生28人，女生20人，平均年龄22岁，标准差为1.77。所有被试视力或矫正视力正常，实验时均穿平底鞋。
2.1.2 实验材料和仪器
采用一台2m×0.7m的跑步机作为实验仪器，该仪器可以按0.1度的精度对倾斜角度进行调节。为避免周边的线索性信息对被试坡度判断产生影响，实验时对跑步机周边的扶手和其他部件进行了遮挡。
2.1.3 试验程序与设计
采用4×4×4被试内设计。其中，因素一为感觉方式，分别是视觉、触觉、站立状态下的本体感觉以及坐姿状态的本体感觉。视觉感觉时，要求被试站在跑步机的跑道前端，眼睛观察跑步机跑道表面；触觉感觉时，让被试放松地坐在跑步机跑道前，用眼罩遮挡双眼，将双脚放在跑步机的跑道上来感觉当前的坡度，其双脚可以自由移动；在站姿的本体感觉时，也遮挡被试的双眼，让其站在跑步机上，但不可以在跑步机上走动，仅通过身体的感觉来判断坡度；坐姿的本体感觉方式与站姿类似，差别在于此时要求被试放松地坐在跑步机的跑道上，通过身体的感觉来判断跑道倾斜的程度。因素二为报告方式，分别是言语报告、视觉调节、手臂模拟报告和触控面板调节。其中，言语报告要求被试直接说出其估计的坡度值；视觉调节要求被试在一个视觉调节盘上调节出相应的坡度值；手臂模拟要求被试用一只手臂来模拟斜坡的倾斜程度；触控面板调节要求被试用手掌的倾斜程度来模拟实际的坡度。视觉调节和触控面板调节时，主试可直接在调节设备上读出相应的角度值，而在手臂模拟报告时，坡度值通过事后对报告时采集的照片进行分析得到。因素三为坡度，分别是9、15、18和23度。
采用坡度值与感觉通道的拉丁方设计。
2.2 结果分析
表1呈现了被试在不同感觉方式和不同报告方式下对四个坡度的判断结果。
实验结果表明，在各感觉通道下，言语报告、视觉调节和手臂模拟获得的坡度都远大于实际坡度(如表2所示)。其中，言语报告的高估幅度均超过45％。触控面板所报告的坡度略低于实际坡度。
4(感觉方式)×4(报告方式)的重复测量方差分析显示：感觉方式的主效应不显著(F(3，45)＝1.09，p＝0.356，
＝0.023)；报告方式的主效应显著(F(3，45)＝36.13，p＜0.001，＝0.135)，其中，除视觉调节与手臂模拟差异不显著外(t(191)＝1.25，p＝0.221)，其余报告方式之间均差异显著。具体为：言语报告vs视觉调节t(191)＝4.56，p＜0.001；言语报告vs手臂模拟t(191)＝3.41，p＜0.001；言语报告vs触控面板t(191)＝16.81，p＜0.001；视觉调节vs触控面板t(191)＝16.32，p＜0.001；手臂模拟vs触控面板t(191)＝13.38，p＜0.001。
报告方式与感觉方式的交互作用显著(F(9，42)＝8.19，p＜0.001，
＝0.148)。简单效应分析表明：在言语报告(F(3，45)＝1.60，p＝0.192，＝0.033)和触控面板报告(F(3，45)＝0.27，p＝0.609，＝0.006)情境下，各感觉通道差异不显著，而在视觉调节(F(3，45)＝1.78，p＝0.043，＝0.056)和手臂模拟(F(3，45)＝11.68，p＜0.001，＝0.199)情境下，各感觉通道差异显著。其中，在视觉调节时，视觉与触觉差异显著(t(47)＝2.1，p＜0.05)，触觉与本体感觉(站)差异也显著(t(47)＝－2.97，p＜0.01)；在手臂模拟时，视觉与触觉(t(47)＝－3.74，p＜0.001)、视觉与本体感觉(站)(t(47)＝－2.67，p＜0.01)、视觉与本体感觉(坐)(t(47)＝－4.60，p＜0.001)、触觉与本体感觉(坐)(t(47)＝－2.60，p＜0.05)以及本体感觉(站)与本体感觉(坐)(t(47)＝－3.36，p＜0.01)的差异均显著。
2.3 讨论
实验一的结果表明，不同的报告方式会造成坡度知觉的差异，其中言语报告、视觉调节和手臂模拟的坡度值均显著高于实际，而触控面板报告的坡度显著低于实际。这与Durgin等(2010)结论一致，即报告方法是影响到坡度估计值的重要因素。除触控面板报告方式外，在其余三种报告方式下，各感觉通道都存在坡度高估的现象，说明坡度知觉的高估系统存在于各个感觉通道，提示坡度的感觉阶段不存在加工通路的分离。
3 实验二：步行对坡度知觉的影响
实验一中发现坡度知觉的高估现象存在于坡度知觉的各个感觉通道。但是，这种坡度知觉的不准确性也可能由实验一中所涉及的四个感觉通道都处于静止状态所致，即与实际爬坡时相比，实验一的情境缺少了与斜坡之间的动态调节。或者说，在斜坡上行走时，人们是否可以通过“抬腿”、“迈步”或“前进”等爬坡更好地感知斜坡。实验二旨在考察这一可能性。
3.1 方法
3.1.1 被试
55名大学生，其中男生30人，女生25人，平均年龄23岁，标准差为1.75。所有被试视力或矫正视力正常，实验时均穿平底鞋。
3.1.2 实验材料和仪器
同实验一。
3.1.3 试验程序与设计
本实验采用2×4×4被试内设计。其中，因素一为感觉方式，分别为步行和视觉。其中，在步行感觉方式下，蒙住被试双眼，要求其在跑步机上以0.7m/s的速度行走，通过在跑步机上行走一段距离来获得斜坡知觉；视觉感觉方式同实验一。因素二为报告方式，因素三为坡度，均与实验一相同。
3.2 结果分析
表3呈现了被试在步行与视觉感觉状态下采用四种报告方式所获得的四个坡度的估计结果，表4为不同感觉通道和报告方式下坡度估计值与实际坡度值的差别。
重复测量方差分析结果发现：感觉方式的主效应不显著(F(1，54)＝0.01，p＝0.915，＝0.000)；报告方式的主效应显著(F(3，52)＝25.02，p＜0.001，＝0.317)，其中，除言语报告和视觉调节报告方式之间差异不显著(t(111)＝1.78，p＝0.077)外，其余报告方式之间两两比较结果均存在显著差异。具体为：言语报告vs触控面板t(111)＝9.66，p＜0.001；言语报告vs手臂模拟t(111)＝4.36，p＜0.001；视觉调节vs触控面板t(111)＝9.90，p＜0.001；视觉调节vs手臂模拟t(111)＝3.56，p＜0.001；手臂模拟vs触控面板t(111)＝4.99，p＜0.001。
感觉方式与报告方式的交互作用显著(F(3，52)＝4.94，p＜0.001，＝0.084)。简单效应分析结果表明：在言语报告(F(1，54)＝0.61，p＝0.439，＝0.011)、视觉模拟(F(1，54)＝0.54，p＝0.467，＝0.010)和触控面板(F(1，54)＝13.43，p＝0.001，＝0.199)报告方式下，步行感觉与视觉感觉的差异不显著；在手臂模拟报告下，两者的差异显著(F(1，54)＝0.003，p＝0.957，＝0.000)。
结果表明：在触控面板报告方式下，步行可以修正视觉感觉中出现的坡度低估，修正后的结果与实际坡度无显著差异。
3.3 讨论
实验二的结果表明，相对静止状态而言，在斜坡上行走并无多大的坡度知觉优势。被试在斜坡上步行与站在斜坡下观察时同样会对斜坡产生偏高的主观估计。步行状态下手臂模拟的坡度虽然仍高于实际坡度，但相对于主观报告(言语报告和视觉调节)而言，模拟的坡度值更接近于实际坡度。比较特殊的是，在采用触控面板报告方式时，在步行状态下所报告的坡度估计值显著高于视觉状态，且获得了与实际坡度相接近的估计值。
4 总讨论
本研究的两个实验验证了以下几个问题：(1)坡度的高估系统性地存在于各个感觉通道之中，并无视觉特异性；(2)不同的报告方式可以得出不同的坡度估计值，其中言语报告和视觉调节报告下得到的坡度值高于实际坡度45％左右，手臂模拟下报告的坡度值比实际坡度偏高3～4度，而触控面板报告产生的坡度值低于实际坡度；(3)即便让被试在斜坡上行走，增加了抬腿、迈步和前进等与斜坡互动的信息，除触控面板报告下的低估得到了修正外，大多数情境下依然存在坡度高估。
4.1 不同感觉通道坡度知觉的一致性
本研究发现，当人们站在斜坡前仅通过视觉来观察斜坡时，斜坡的坡度会被高估，这与以往的研究结果一致(Bhalla & Proffitt,1999; Proffitt,et al,2001; Proffitt,2008a,2009; Creem-Regehr,et al,2004; Hajnal,et al,2011)。Proffitt(2001)指出，这种“夸张”的高估是由于坡度知觉中意识的参与引发的。同时，实验一的结果还证实，不论用何种感觉方式，人们对斜坡的主观估计大都是偏高的，提示坡度的高估系统地存在于认知体系中，也说明坡度知觉可能是因意识调节而出现高估。即使采用站立在斜坡上或坐在斜坡上等本体感受方式，坡度知觉也未得到修正，即坡度高估并非由坡度视觉线索的模糊性造成的。后一结果与Hajnal等(2011)的研究一致。
实验二通过步行的方式将本体感觉和触觉等通道进行整合，结果坡度知觉的高估现象依然存在，进一步说明坡度知觉的不准确并不是由于感觉过程中难以得到准确有效的视觉线索造成的，提示可能是在后期认知加工过程中意识准备系统的干预所致。
4.2 行为模拟报告方式的准确性及合理性
在考察坡度知觉中的“知觉—行为分离”现象时，Proffitt(1995)等所采用的触控面板一直被认为是比较准确的行为模拟工具。但是，Durgin等(2011)认为这种报告方式并不准确。Durgin等(2010)的研究发现，触控面板所报告的坡度低于实际坡度。本研究得出的结果与Durgin等(2010)一致，即触控面板所模拟出的斜坡值相对于实际坡度偏低。
本研究对手臂模拟报告法也进行了检验，发现虽然手臂模拟报告值与实际坡度之间有着显著的差异，但相对于其他报告方式而言，手臂模拟所呈现的坡度值更接近于实际坡度。这与Durgin等(2010)的研究一致。
4.3 坡度知觉认知加工机制的特殊性
坡度知觉中出现的坡度估计过高现象，似乎与人类其他认知加工(如错觉)不同。Bhalla等(1999)指出，主观坡度值可大于实际坡度60％到80％。本研究发现，坡度知觉的高估幅度可达到45％左右。显然，错觉达不到这样的偏离。
Wu等(Wu,Ooi,& He,2004)发现，距离知觉的偏差与实际距离长度密切相关。他们发现，只有当目标估测距离远于20m时，才会出现高估现象。他们推测，这可能与较远的距离需要储备更多的体力有关。但是，在坡度知觉中，即便是比较低的斜坡也会出现高估现象，显然与距离知觉中近距离估测非常准确存在差别。
因此，坡度知觉的高估现象可能是由某种特殊的认知加工机制造成的。即便通过两种加工系统理论对其进行解释，坡度知觉中的意识准备系统也不同于距离知觉。此外，坡度知觉的意识准备系统不会随爬坡等感觉信息的更新而改变，这也与距离知觉相异。
5 结论
除手臂模拟可使坡度高估的情况有所下降以及触控面板模拟会使坡度知觉出现低估外，本体感觉和运动等均不能为坡度知觉提供更准确的信息。因此，虽然坡度估计在一定情境下受报告方式的影响，但其高估现象几乎存在于各个感觉通道之中，是认知加工前期的系统性提高，而非坡度视觉线索所致。
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