复杂图形表象产生的认知加工机制，本文主要内容关键词为：表象论文,认知论文,图形论文,机制论文,加工论文，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。
1 引言
视觉表象是人们日常生活应用最多的一种表象形式，也是认知心理学中研究最多的一种表象形式。视觉表象加工在缺乏感觉输入情况下包括视觉表象的产生和操作[1]，其中最基础的加工过程就是视觉表象的产生，表象的转换操作实际上也是表象产生的一种特殊形式[2]。视觉表象产生是用客体或场景的长时记忆的知识产生短时的、类似知觉的表象加工过程。
纵观近年内国外有关表象产生加工的研究[3-6]，大多都是围绕其脑机制展开，即视觉表象产生过程中信息在大脑皮层上是如何组织的？是额叶背腹侧分离，还是大脑左右两半球的机能单侧化？研究证实，表象产生加工在大脑两半球存在一定的机能单侧化现象[7]，但大脑两半球具体在不同类型表象产生中的作用如何，对此问题目前还存在众多的争论。此外，传统有关表象产生的研究基本上都是以简单字母刺激作为表象产生任务的材料[8-11]材料形式相对单一，而现实生活中真正需要视觉表象产生加工的材料往往是复杂而多样的，此情况并不能很好地适应现实生活。基于上述研究存在的诸多疑问，为了进一步澄清视觉表象产生时大脑两半球的机能单侧化现象，本研究采用双任务分离的研究范式，并以复杂的图形刺激作为视觉表象产生任务的材料，以期揭示复杂图形刺激材料条件下，视觉表象产生的认知加工特征和基本规律。
2 实验一
众所周知，产生复杂客体的视觉表象需要较长时间，客体的每一部分都需要一定时间去生成表象。即人不仅编码复杂客体的整体形状，而且还要编码客体的一些高分辨率的细节特征[3]。如果完成一个任务需要高分辨率的表象，存贮的客体各部分的表征在生成表象时就会被激活。因此，在本实验中，我们在两个不同的任务条件下，并以两组不同的实物线条画(或其名称)作为材料，考察图形整体和部分属性的表象在生成过程中大脑两半球所起的作用是否相同。
2.1 研究方法
2.1.1 被试
年龄在18-22岁之间的本科生24名，男、女生各半，视力(矫正视力)正常，右利手，所有被试均不知晓实验目的，且未参加过类似实验。
2.1.2 实验材料
整体表象产生任务表象刺激是18个物体的线条画。其中9幅线条画(平均视觉复杂性值：2.8)代表客体宽大于高：飞机、嘴唇、皮带、烟斗、床、蛋糕、汽车、帆船、鱼。另外9幅线条画(平均视觉复杂性值：2.4)代表客体高大于宽：梯子、螺丝钉、钢笔、斧子、门、鼻子、网球拍、扫帚、腿。还有一组不同的8个物体的线条画作为练习任务的刺激。
部分表象产生任务表象刺激是18个动物的线条画。其中9幅画的动物是短尾巴(平均视觉复杂性值：3.3)：绵羊、猪、鹿、山羊、熊、兔子、熊猫、刺猬、鼹鼠；另一组9个线条画动物是长尾巴(平均视觉复杂性值：3.8)：老鼠、猫、狮子、猴子、狐狸、驴、老虎、斑马、奶牛。还有一组不同的8个动物线条画作为练习任务的刺激。调整所有线条画以使作为与动物身体其余部分分开的动物尾巴清晰可见。
被试头部固定在一个颌休息器上，在一个照明条件较差并听觉分离的房间里完成单侧视觉呈现任务。被试的手反应通过按键盘上两个按钮来呈现，一个在中轴线上方，另一个在中轴线下方。计算机控制刺激呈现和记录手反应的时间。想像的线条画的名称呈现在距离被试40 cm远的计算机屏幕上。两组实验者设置对比且把计算机屏幕的照明控制在最低水平。背景照明是4.5cd/m°，刺激照明是11.5cd/m°。线条画的名称用其内边缘位于中央固定点右侧或左侧2°视角、对角线2°(一个字)、3°(两个字)视角的三号字体呈现。被试在认真练习后在刺激呈现期间保持其眼睛轴线在中央固定点上。
2.1.3 实验设计
实验为2(大脑半球：左和右半球)×2(任务类型：整体和部分任务)的被试内设计。因变量为反应时和正确率。由于视觉刺激不可能真实呈现在大脑左右两半球，为了研究被试产生表象时大脑两半球参与程度的差异，本研究在实际操作中运用单侧视野呈现技术在左右视野呈现刺激，而按照大脑的对侧控制原理，左右视野正对应于大脑右左两半球，所以本研究中的大脑半球因素对应于左右视野因素。
2.1.4 实验程序
实验程序用E-prime软件编制。由于本实验用复杂的图形材料作为刺激，因此在单侧速示呈现任务之前，被试必须经历一个标准化的外显记忆程序，它有助于保持线条画(或其对应的名称)存贮和编码的一致。在每个练习和实验任务开始，被试首先完成线条画(和其名称)的记忆任务。被试在标准化的记忆程序之后和被想像的画的名称被单侧快速呈现之前接受单侧化表象产生任务的指导。在整体表象产生任务中，如果名称表明的客体高大于宽，要求被试按其中一个反应键以确定反应，反之按另外一个反应键。在部分表象产生任务中，如果名称代表的动物有短尾巴，要求他们按其中一个反应键，反之按另外一个反应键。两种类型任务以同样顺序施测，任务的施测顺序在性别和被试之间进行平衡。在练习和实验任务中，每张线条画的名称在每个视野呈现两次。因而每个练习任务由32次测试组成，每个实验任务由72次测试组成，实验任务的所有测试分成两组各36次测试。
2.2 结果与分析
对反应时进行方差分析发现，任务类型的主效应非常显著，被试在整体任务中的反应成绩明显快于部分任务中的反应成绩，F(1，21)=39.74，p〈0.001；当刺激呈现在大脑左半球时，被试反应更快，大脑半球的主效应显著，F(1，21)=36.95，p〈0.001；任务类型与大脑半球有一定的相互作用，但没有达到显著水平，F(1，21)=2.37，p=0.13。统计结果显示，部分任务的左半球优势比整体任务的左半球优势更高。各处理条件下的反应时如图1所示。
图1 实验一中不同任务条件下的反应时
对正确率进行方差分析发现，任务类型的主效应非常显著，被试在整体任务中的正确率明显高于部分任务中的正确率，F(1，21)=22.94，p＜0.001，也就是说，对部分任务，被试的错误率更高。大脑半球的主效应没有达到显著性水平，F(1，21)=1.83，p＜0.05。任务类型与大脑半球的交互作用不显著，F(1，21)=0.98，p＞0.05。下面分别对两个任务进行独立方差分析。
2.2.1 整体表象产生任务
以刺激属性(宽、高)和左右半球为被试内变量进行2×2重复测量的方差分析。反应时的数据没有发现显著的主效应或显著的两因素之间的相互作用。刺激呈现在左右半球的反应时远没有达到显著性水平F(1，21)=0.26)，p＜0.1。刺激在宽高属性上的反应时也没有达到显著性水平F(1，21)=1.5，p=0.2。对正确率进行方差分析，没有发现显著的主效应或显著的两因素之间的相互作用。大脑半球的主效应远没有达到显著性水平F(1，21)=0.42，p＜0.1。刺激在宽高属性上的主效应也没有达到显著性水平F(1，21)=2.5，p=0.13。
2.2.2 部分表象产生任务
以刺激属性(尾巴短、尾巴长)和左右半球为被试内变量进行2×2重复测量的方差分析。反应时的数据表明大脑半球的主效应显著F(1，21)=4.26，p＜0.05。刺激在长短尾巴属性上的主效应更显著F(1，21)=38.68，p＜0.001。对正确率进行方差分析，刺激在长短尾巴属性上的主效应非常显著，F(1，21)=17.1，p＜0.001。大脑半球的主效应不显著，F(1，21)=0.98，p＜0.1。
2.3 讨论
实验一的结果表明，在产生心理表象的局部特征上，左半球占有明显的优势；在产生整体属性特征上，两半球起同样的作用，没有大脑半球的专门化趋势。此结果与Kosslyn以简单字母为刺激材料所提出的假说一致，即左半球专门化于产生心理表象的局部较好，而心理表象的整体特征需两半球共同产生[6，8]。在部分表象产生任务中，产生和识别较大的、类似知觉属性的表象时间明显短于较小心理表象的产生时间。此结果证实了先前Kosslyn所提出的观点，Kosslyn认为产生和辨别心理表象的一部分与该部分大小成反比的关系[6,8]。
图2 部分任务中不同长短尾巴的反应时
我们可以认为在两个任务中发现的大脑半球的优势源于在两半球之间，心理表象类似知觉分类能力的差异决定了心理表象检验过程的不同。几项研究表明，在大脑左半球，视觉特征的“局部”加工较好，在大脑右半球，视觉特征的“整体”加工较好[3,6,8]。Sergent认为大脑半球的优势源于左右脑半球分别在加工视觉信息的高、低频率成分(分别界定了视觉刺激的大、小特征)时各自的专门化趋势[9]。基于这些数据以及发现的知觉和表象有共同的表征结构和神经基质，我们可以假定在部分表象产生任务中，心理表象局部特征的类似知觉的加工(尾巴)本质上决定了该脑半球较好的表象产生能力，或者也与大脑左半球在表象产生加工中的单侧化趋势有关，它决定了在该脑半球反应较快。而在整体表象产生任务中，心理表象“局部”成分的加工不是必需的，右半球“整体”属性的加工更有效，它与左半球表象产生加工的优势形成对照，平衡了两半球之间的成绩。目前研究还没有提出支持上述假设的证据，仍需要进一步的实验以证实上述观点。因此下一个实验主要用来考察在整体和部分表象产生任务中，大脑两半球在知觉加工图形刺激的“整体”和“局部”特征的能力。
3 实验二
实验一证实了大脑两半球在复杂图形表象产生能力上所表现出的单侧化差异。为了进一步排除其它认知操作成分对该结果可能产生的影响，以正确分解并确定表象产生操作通道的大脑单侧化程度，很有必要实施一组控制任务以澄清参与一项表象产生任务完成的其它认知操作成分在大脑两半球的竞争情况。因此本研究在上述表象产生实验的基础上，将要进行一个知觉分类实验，该分类是在实验一中的表象水平上必须进行的分类。主要目的在于考察大脑两半球在线条画的知觉加工上的基本规律，以确定大脑两半球在知觉加工图形整体和部分属性过程中是否也存在单侧化差异。
3.1 研究方法
3.1.1 被试
26名年龄在18-22岁之间的右利手被试参加本实验，男女生各半。所有被试视力正常或矫正视力正常，且不知晓实验目的。
3.1.2 实验材料与设计
该实验材料与设计与实验一相同。
3.1.3 实验程序
对每个被试进行独立测试。所有刺激用E-Prime程序呈现在计算机屏幕上。被试不需经历上实验的记忆程序。在练习和测试过程中，整体任务中要求被试确定线条画是宽大于高还是高大于宽，在部分表象产生任务中则要求被试确定动物是有长尾巴还是短尾巴。练习和实验任务的实施顺序以及反应手的顺序与实验一类似。
3.2 结果与分析
反应时的数据表明，任务类型的主效应非常显著，被试在整体任务中的反应成绩明显快于部分任务中的反应成绩，F(1，23)=18.32，p＜0.001；当刺激分别呈现在大脑两半球时，被试的反应没有明显差异，大脑半球的主效应不显著，F(1，23)＜1；任务类型与大脑半球的交互作用不显著，F(1，23)=1.97，p＜0.05。各处理条件下的反应时如图3所示。
对正确率进行方差分析发现，任务类型的主效应非常显著，F(1，23)=12.23，p＜0.05，被试在整体任务中的正确率明显高于部分任务中的正确率。也就是说，对部分任务，被试的错误率更高。大脑半球的主效应没有达到显著性水平，F(1，23)=1.21，p＜0.05。任务类型与大脑半球的交互作用不显著，F(1，21)=0.86，p＜0.05。下面分别对两个任务进行独立方差分析。
3.2.1 知觉版的整体表象产生任务
以刺激属性(宽、高)和大脑半球为被试内变量进行2×2的方差分析。反应时数据没有发现显著的主效应或显著的两因素之间的相互作用。刺激呈现在左右半球的反应时远没有达到显著性水平，F(1，23)=0.63，p＜0.1。刺激在宽高属性上的反应时也没有达到显著性水平，F(1，23)=1.02，p＜0.1。对正确率进行同样的方差分析，没有发现显著的主效应或显著的两因素之间的相互作用。大脑半球的主效应远没有达到显著性水平，F(1，23)=0.47，p＜0.1。刺激属性的主效应也没有达到显著性水平，F(1，23)=1.6，p＜0.1。
图3 实验二中不同任务条件下的反应时
图4 部分任务中不同长短尾巴的反应时
3.2.2 知觉版的部分表象产生任务
以刺激属性(短、长尾巴)和左右半球为被试内变量进行2×2的方差分析。反应时数据表明，大脑半球的主效应并没有达到显著水平，F(1，23)，p＜0.01刺激属性的主效应更显著，F(1，23)=18.26，p＜0.001。对正确率进行同样的方差分析，没有发现显著的主效应或显著的两因素之间的相互作用，大脑半球的主效应远没有达到显著性水平，F(1，23)=0.47，p＜0.1。
3.3 讨论
当实验一中的表象任务以知觉形式执行时，实验二没有发现大脑半球的差异。如果假定知觉和表象之间存在一定程度共同的神经基质，那本实验中在两个任务上没有出现显著的大脑半球的差异说明实验一发现的单侧化模式不能解释在类似知觉的视觉表象整体和局部特征的加工中左右脑半球的优势。然而，这些发现不能排除这一可能性，即视觉信息的“整体”和“局部”成分的记忆表征分别是以不同的方式存贮在大脑左半球和右半球，并且该因素反过来会影响在心理表象产生过程中两半球在视觉信息特定特征再激活上的能力。“整体”和“局部”成分单侧化记忆编码的假说在Delis的研究中得到支持，Delis等发现在一个迫选再认任务中，与回忆整体特征相比，大脑左半球损伤病人在回忆复杂视觉刺激的局部特征时会出现较多错误，而右半球损伤病人表现出相反的模式缺陷[12]。总之，实验二获得了两项发现。第一，整体任务的成绩明显快于部分任务的成绩。第二，知觉版部分表象产生任务明显需要更多时间区辨知觉特性较少的短尾巴。这两项结果与实验一获得的对应结果对下列观点提供了进一步的明确支持，即知觉和表象共享共同的加工通道和表征结构。
4 综合讨论
视觉表象产生的大脑机能单侧化问题历来是认知心理学、神经心理学以及认知神经科学领域研究的热点问题。本研究通过两个实验考察了大脑两半球在产生复杂图形表象时所表现出的不同作用。实验结果对Kosslyn以简单字母刺激为材料所提出的假说提供了坚实的支持。Kosslyn解释左半球产生部分表象的优势主要在于各部分之间空间关系表征的假设：他们假定空间关系被用类似语言的、符号表征存贮，它在左半球加工更好。这样，当只视觉化一个知觉单元时，由于不需要运用空间关系来安排各部分的排列，因而两半球有同样优势。然而此观点不能解释Sergent发现当要求被试产生字母表象时右半球的优势[9]，或Kosslyn和Feldman发现的当被试练习后产生表象的右半球优势[11，13，14]。事实上，两半球均能产生表象，左半球在表象产生中起特殊作用，它只对复杂客体的表象发生起作用。在产生简单客体整个形状的表象时，两半球具有同样优势。
而在产生整体表象时，却没有看到两半球显著的优势。对此有几个解释，Kosslyn等认为当只有一个知觉单元被视觉化时，由于没有用空间关系表征来安排客体各部分，两半球之间就没有差异。还有研究者认为可以假设视觉刺激的整体特征的再激活不需要相同数量语义-类别信息的激活，而这些信息对于复杂客体多成分表象的产生却是必需的。另一种解释是，尽管语义知识的激活在优势半球发生，而存贮的低频率视觉知识成分，它一般用来界定心理表象的整体特征，却显著地在右半球发生。因此在整体表象产生任务中，两个大脑半球的成绩通过它们的功能补偿得到平衡。目前研究还没有提出支持上述假设的证据，仍需要进一步的实验以证实上述观点的成立。
与先前研究不同的是，表象产生需要存贮在长时记忆中特定表象的再激活，目前研究期望通过限制被试重新激活表象来得到被试编码和存贮视觉知识的内部一致性，它通过对一个近期的、标准化和外显的客体—名称匹配联想学习来实现。然而，当与部分表象相比时，整体表象产生较快的反应的确重复了先前有关表象产生测验的结果，表明在两个不同类型的实验程序中得到的结果非常相似，这就基本排除了任务类型的差异对实验结果可能造成的影响。但在两个任务中被试有没有可能仅是通过经验或距离属性来进行客体的整体形状或动物细节特征的判断，而并没有根据任务要求产生表象来进行判断。此外，目前研究的发现也不能完全排除当从图形名称中产生视觉表象时，大脑左半球在名称词汇再认准确性上的优势。因此，需要用非语言的刺激作为材料进一步研究该问题以澄清表象产生—大脑半球单侧化的争论。再有，上述研究中不同任务用了不同类型的图形刺激，而且对被试的任务要求也不相同，有没有可能是刺激或任务类型的差异造成在两个任务中大脑半球反应模式的不同。对上述问题均有待于进一步的深入探讨。
5 结论
总之，在上述两个实验的基础上，本研究可以得出如下结论：(1)在复杂图形材料条件下，当产生心理表象的局部特征时，左半球占有明显的优势；(2)而当产生心理表象的整体属性特征时，两半球起同样的作用，没有大脑半球的专门化趋势。