儿童方向错觉认知发展的研究——基于“横平竖直”认知经验形成的考查，本文主要内容关键词为：认知论文,错觉论文,方向论文,儿童论文,经验论文，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］B84［文献标识码］A ［文章编号］1001－6201（2009）05－0219－04
一百三十年前，Helmholtz在评论错觉研究引人注目的意义时指出：被感知为与事实不符的现象对正常知觉产生机制的研究极具有启发性[1]。迄今多数心理学工作者仍然赞成Helmholtz的说法，认为错觉是信息加工过程正常适应的结果，错觉研究使人类对知觉过程的考查更加深入[2，3]。
几何图形是研究错觉机制主要的实验材料，几何图形错觉大体上分为大小错觉和方向错觉（包括形状错觉），至今有关错觉成因的争论仍未停息，错觉理论众多。从20世纪60年代至80年代大小错觉形成机制主要有传出准备性假说、误用常性大小说、适应水平说和不恰当比较说等[4，5]；方向错觉中代表性理论是神经侧抑制学说。这些理论依据其实验证据分别从生理、环境、认知方面阐述了错觉产生的机制，其中认知的观点占据这一时期错觉理论的主流。王令中指出，人类“已习惯看到绝大多数物体垂直于地面，也就是说，经验和习惯都倾向于直角。……偏斜的物体有倾倒的可能，不是稳定的常见角度，因此，当垂直线条与斜线相交形成夹角时，视知觉会将其向90°靠拢”[6]。换言之，人类观察方向错觉图形时，存在着将两直线相交形成的锐角扩大，钝角缩小的倾向，以顺应人类“横平竖直”的认知经验。这一观点再一次引起我们对视错觉机制问题的思考，认知因素在方向错觉中的突显作用需做进一步的验证性研究。我们推测，个体的“横平竖直”认知经验的形成对方向错觉的影响存在发展性变化。
一、研究方法
（一）被试
选取长春市一所幼儿园和一所小学的儿童共计75人。按年龄将其划分3组，其中2.5～4.5岁25人，平均年龄3.9岁，为幼儿组；5.0～6.0岁26人，平均年龄5.6岁，为学前组；7.0～8.5岁24人，平均年龄7.5岁，为小学组。视力或矫正视力正常。
（二）实验设计
采用3（A）×2（B）×3（C）混合实验设计，其中，A因素为年龄，分三个水平（高、中、低）；B因素为图形方向，分两个水平（纵向、横向）；C因素为检测率，分三个水平（错觉率、击中率、错报率），前者为被试间设计，后两者为被试内设计。
（三）材料
实验材料由刺激图和检测图构成。刺激图为Z
llner错觉图，将原图中的四条竖直线改为儿童熟悉的铅笔，称为标准刺激（四支铅笔），增设两支斜铅笔（从左向右第1支和第6支），斜铅笔向右倾斜12.6°，刺激图规格为12.57cm×7.18cm，如图1所示。检测图分为纵向和横向两种图形，每一种图形均由倾斜角度不同的三支铅笔排列而成，铅笔的倾斜角度分别为＋12.6°、0°、－12.6°，如图2所示。
检测图中铅笔倾斜角度是由12名大学生对刺激图（只有四支竖直铅笔）观看时，调整检测铅笔倾斜角度来确定。预备实验在计算机显示器上进行，由被试调整检测铅笔的倾斜度，直到认为与刺激图中的铅笔一致，纵向与横向各做4次检测，计算均值。
图1 刺激图
图2 检测图
（四）实验程序
实验时，被试端坐于桌前，将刺激图置于桌面，让被试观看30s，再将检测图放于桌面，与刺激图平行。要求被试判断：刺激图中的一支铅笔是检测图中的三支铅笔哪一支？当被试无法判断或判断为两支时，再次提问：这支铅笔更像三支铅笔中的哪一支？当被试回答与刺激图一致时为击中；不一致为错觉和错报，被试回答与错觉效应相一致为错觉，与错觉效应相反为错报。
刺激图形方向为垂直和水平两种，水平方向为刺激图顺时针旋转90°，呈现顺序为ABBA，每一刺激图形6支铅笔的提问顺序随机。实验共提问26次，练习2次，全部时间为25 min。整个实验由儿童家长和幼儿教师协助完成。
二、结果与分析
为防止被试只以“垂直”或“水平”来猜测刺激图中铅笔方向，实验对Zllner错觉图进行了改造，增设两条斜线（斜铅笔）。删除了斜铅笔击中率未达到60％的7名被试的数据，另有5名幼儿因注意力无法集中，没有获得有效数据，有效数据的被试为63人。
（一）刺激图形中标准刺激铅笔的检测率
对不同年龄组的儿童在刺激图形中标准刺激铅笔的检测率，即错觉率、击中率和错报率进行统计，计算均值与均值的标准差，如图3。
进一步对标准刺激铅笔的错觉率、击中率和错报率分别做年龄组和图形方向的3×2重复测量的方差分析。在标准刺激铅笔的错觉率上，年龄组主效应显著，F（2，60）＝4.426，P＜0.05；图形方向主效应不显著，F（1，60）＝0.618，P＞0.05；年龄组与图形方向间交互作用不显著，F（2，60）＝0.722，P＞0.05。对年龄组变量进行事后检验，幼儿组与小学组错觉率差异显著，P＜0.01，幼儿组与学前组错觉率差异不显著，P＞0.05，而学前组与小学组错觉率差异也不显著，P＞0.05。这表明在儿童3岁－7岁的年龄阶段观察Zllner错觉图的错觉量是递增的，存在着渐进增长的趋势。
图3 不同年龄组儿童对标准刺激铅笔的检测率与标准差
在标准刺激铅笔的击中率上，年龄组主效应不显著，F（2，60）＝1.091，P＞0.05；图形方向主效应不显著，F（1，60）＝2.150，P＞0.05；年龄组与图形方向间交互作用也不显著，F（2，60）＝0.598，P＞0.05。在标准刺激铅笔的错报率上，年龄组主效应显著，F（2，60）＝5.463，P＜0.01；图形方向主效应不显著，F（1，20）＝0.844，P＞0.05；年龄组与图形方向间交互作用不显著，F（2，60）＝0.080，P＞0.05。对年龄组变量进行事后检验，幼儿组与小学组错报率差异显著，P＜0.01，幼儿组与学前组错报率差异不显著，P＞0.05，而学前组与小学组错报率差异也不显著，P＞0.05。
（二）刺激图形中斜铅笔的击中率
对不同年龄组的儿童在刺激图形中第一支与第六支斜铅笔的击中率分别计算，如图4。进行3×2重复测量的方差分析，结果显示：年龄主效应不显著，F（2，60）＝1.137，P＞0.05；斜铅笔位置主效应显著，F（1，60）＝18.786，P＜0.01；年龄与斜铅笔位置间的交互作用显著F（2，60）＝3.595，P＜0.05。做进一步的简单效应分析，斜铅笔位置间在幼儿组和学前组击中率差异不显著，F（1，18）＝0.883，P＞0.05；F（1，17）＝3.112，P＞0.05，只在小学组差异显著，F（1，25）＝28.082，P＜0.01。
图4 不同年龄组的儿童在刺激图形中两支斜铅笔的击中率与标准差
三、讨论
实验发现在2.5～8.5岁这一年龄阶段，随着年龄的增长，Zllner错觉图标准刺激的错觉率呈现渐进递增的趋势，相反错报率则逐渐下降，该实验结果与前人在Poggendorf错觉发展性研究中所得到的结果是一致的，表明幼儿阶段是方向错觉发展的一个重要时期[7]。方向错觉形成机制的核心问题是相交直线夹角知觉的改变，正如格列高里指出的那样：“方向错觉觉察器夸大所有的锐角，缩小所有的钝角。这一论点系赫尔姆霍兹提出，并一直流行到今天，可是却没有令人信服的独立证据。归根结底，锐角为什么被夸大呢？这种夸大现象确实发生于一些变形错觉，但是需要做出合理的解释”[8]。围绕着这一问题，学者提出了不同的理论，无论是早期的神经侧抑制理论，还是近些年学者提出的低通滤波器模型（low- pass fiter theory）、V1环路三级网络模型（netvork model based on a V1 circuit）、倾斜—恒常理论（tilt- constancy theory），均获得了方向错觉实验结果的支持[9，10]。在中枢水平上这些理论对方向错觉形成的神经机制进行了深入探讨，成为90年代后极具影响力的方向错觉的理论，但这些理论在解释方向错觉发展性变化的实验结果时不十分理想[11]。
有研究表明，4～6岁的幼儿阶段，上、下方位辨别是个体空间方位知觉中最早形成的[12]。按照CIark的解释，幼儿独立行走后，由于重力普遍存在，且方向始终不变和人体纵轴方向一致，人体的头部和身体下部不对称，而人体的前后轴的方向随着身体的转动而改变，所以上下概念较前后概念形成的早[13]。地平面作为空间知觉的自然参照面，被幼儿所熟悉。这样在幼儿头脑中出现了“垂直”和“水平”概念的感性认识，随着幼儿知觉经验不断的丰富，“横平竖直”的认知经验开始形成，线与线之间夹角知觉有向90°靠拢的趋势，幼儿后期已出现“偏斜物体有倾倒的可能”的认知图式，我们把这一观点称为“横平竖直”认知假说。显然，这一假说对Vurpillot等人在Poggendorf错觉发展性研究中发现的结果可以做出很好的解释，同样也可以说明本研究中Zllner错觉图标准刺激的错觉率呈现出随年龄增长渐进递增趋势的这一结果。为了进一步验证该假说，我们在Zllner错觉图中增设两支方向一致的斜铅笔，且斜铅笔的诱导线方向不一致。依据“横平竖直”假说，我们推测两支斜铅笔的击中率应有明显差异，即由于第一支铅笔的诱导线为左上右下，进一步加强斜铅笔右倾趋势，斜铅笔击中率提高；第六支铅笔的诱导线为左下右上，其对斜铅笔的诱导方向为向左倾斜，作用方向与右倾铅笔方向相反，斜铅笔击中率降低，相反错报率提高。实验结果表明：斜铅笔的击中率位置主效应显著，且年龄与斜铅笔位置间的交互作用显著，这说明第一支斜铅笔的击中率高于第六支斜铅笔的击中率，而这一趋势在小学组差异达到显著水平，实验结果有效支持了“横平竖直”假说。
本研究是一项方向错觉认知发展的行为实验研究，被试也选定为2.5～8.5岁年龄阶段的幼儿，其实验结果既不能为低通滤波器模型和V1环路三级网络模型提供支持，也无法否定这些方向错觉理论的有效性。这是因为方向错觉中枢水平的认知神经机制的研究是基于成熟的神经系统的考查，在静态条件下研究猫、猴和灵长类动物视错觉的神经活动，而方向错觉认知发展的行为实验是在动态条件下进行的，显然，两者的研究范式有很大差异。综合两方面分析，我们做出如下推测：幼儿阶段由于方位知觉经验的不断丰富和环境的适应，个体早期方向错觉逐渐形成，并固化在日益成熟的神经系统中。这一现象不是简单的生理成熟导致的，实验结果可以说明这一点。Zllner错觉图中标准刺激铅笔三个检测率，击中率在幼儿组、学前组和小学组没有年龄差异，而错报率逐渐下降，错觉率明显上升，显然生理成熟的观点难以解释这一结果。当然，这一推测能否成立，需进一步得到幼儿方向错觉发展认知神经科学研究成果的支持，这也是我们今后研究的一个方向。
近些年来，心理学工作者已开始将错觉研究纳入到知觉与行为的视觉分离的一个全新研究领域。视觉系统在知觉和行为中的分离是指人的视觉对物体的知觉与对行为的控制属于两个不同的系统，即知觉的视觉和控制行为的视觉依赖于独立的中枢机制。一些研究者基于神经生理学的发现，认为知觉与行为的分离是两个不同视觉皮层通路机能的结果。Ungerleider和Mishkin最先提出了两个视觉通路的解释，认为从V1区投射至颞下皮层的“腹侧知觉系统”负责目标的视觉辨认，而从V1区投射至顶后皮层的“背侧视觉运动系统”则与物体的空间定位有关。Goodale和Milner进一步提出，当背侧系统指导行为时，因为物体的位置可能会快速改变，因此必须迅速、准确地进行位置编码，同时还需要短时记忆的参与；相反，腹侧系统在对目标的辨认时不需要加此迅速和准确。另外，他们还认为，不同的视觉系统可能利用不同的参照物。尽管有临床病例和理论假设的支持，但对于正常人是否也存在类似的知觉与行为分离，目前仍没有统一的观点。多年来，人们利用各类实验，尤其通过错觉实验，来检验这一分离现象，但没有取得一致的结论。以往的研究主要集中在大小错觉上，而方面错觉等其他错觉较小涉及。Gentilucci等比较了Muller- Lyer错觉对儿童和成人知觉和行为的影响。发现与成人一样，儿童的知觉也受到错觉的影响，表明儿童知觉时像成人一样以外界物体为参照。应当说，本实验研究的结果为这一结论提供了支持性和证据。
四、结论
（1）本实验进一步验证前人的观点，实验表明幼儿阶段是方向错觉发展的一个重要时期，3－7岁幼儿存在随年龄增长Zllner错觉效果增强的现象。
（2）个体早期“横平竖直”认知经验的形成是方向错觉发展的重要因素。
［收稿日期］2008－06－20
标签：视觉错觉论文;