认知控制对基于位置和颜色返回抑制的影响

摘要　采用带颜色的字母为靶刺激，通过操纵被试任务，考察辨别任务中认知控制对基于位置和颜色IoR的影响。结果发现：要求被试辨别带颜色的字母，没有出现基于颜色的IoR；要求被试辨别颜色，出现了基于颜色的IoR。说明，自上而下的认知控制是基于颜色IoR产生的关键因素之一。其内在机制可用抑制模型和注意资源分配理论从不同角度解释。同时，两种任务均未要求被试辨别靶刺激的位置，却都出现了基于位置的IoR，验证了Russell“注意可能存在对位置信息自动加工”的假说。

关键词　基于位置，基于颜色，返回抑制，认知控制。

分类号　B842.1

1　前言

长久以来，重复劣势效应(repetition disad-vantage，RD)一直是有关选择性注意研究的热点问题。重复劣势效应指当第N+1次试项中靶刺激的位置或特征与第N次试项中靶刺激的位置或特征相同时，被试的反应时要长于位置或特征不同的情况Ⅲ。基于位置的注意理论认为，这是因为注意被客体的出现所捕获，因此注意指向了客体的位置。Posner和Cohen的研究证据有力地支持了这一理论机制。他们利用线索一靶子范式，在实验中对空间某一位置线索化，发现当线索呈现与靶刺激出现之间的时间间隔(SOA)大于250ms时，被试对线索化位置上靶刺激的反应时长于非线索化位置靶刺激的反应时。他们称之为基于位置的返回抑制(inhibition of return，IoR)。Posner和Cohen认为，这种基于位置的返回抑制作为一种选择性的注意机制，有助于注意脱离先前的空间位置而转向新的空间位置，反映了人类进化的适应性。

自研究者最初发现基于客体特征的RD效应至今，无论是对现象本身还是其内在机制的认识一直存在争论。从有关基于颜色的RD效应的研究中可见一斑。比如，Law等在空间位置确定的情况下，采用简单检测任务观察到了基于颜色的RD效应。具体方法为：将线索和靶子均呈现在同一中央视觉位置上，颜色特性作线索，靶刺激为与颜色相同或不同的色块，在线索与靶刺激呈现时间间隔之间、中央注视点位置插入一灰色的色块作为二次线索。结果发现，当线索与靶子相同时，被试的反应要慢于线索和靶子不同时。他们称为基于颜色的IoR。而Fox等将空间位置变得不确定后，采用相同的任务却没有发现基于颜色的RD效应。因此他们强调空间位置的确定与否是基于颜色RD效应产生的关键因素。然而我国学者张明等对这一观点产生了质疑。他们在空间位置不确定条件下，分别采用颜色辨别任务和简单检测任务对上述问题进行了考察。结果在颜色辨别任务中出现了基于颜色的IoR，而简单检测任务中没有出现。因此，他们认为空间位置的不确定性不是基于颜色RD效应出现的关键因素，任务需求才是基于颜色IoR出现的关键因素。近年来诸多研究又进一步证明了任务需求是IoR产生的重要影响因素。例如：JHan等发现，注意朝向的结果会导致易化还是IoR取决于任务需求。Taylor和Pratt等也发现，不同的任务需求产生的IoR本质不同。Langley等人㈣的研究还发现，任务要求对不同年龄阶段个体IoR发生的时间进程有影响。

然而，从本质上说，简单检测任务和辨别任务两者的难度不同，前者所测量的反应时仅包含觉察和反应的过程，而后者在此之外还有辨别的过程。由于难度不同的认知作业包含的认知操作不等以及操作的复杂性不同，所需要的注意资源也不同。一般认为，较难的任务占用的注意资源比较易的任务多㈣。那么，由于辨别任务和简单检测任务所需要的注意资源不等，是否也是导致两种任务范式下基于位置和颜色的返回抑制结果不同的原因呢?Alan等指出，任务难度可以影响注意分配，进而影响IoR的产生。他们采用改变刺激亮度的方式来操纵任务难度，刺激亮度适中时为难度较小的任务，刺激亮度较低为难度较大的任务。结果发现，在高难度任务中(即对低亮度刺激反应)，IoR出现的时程要晚于刺激亮度适中的情况。进而认为这是由于刺激亮度较低导致被试的觉察困难，因而对低亮度刺激的觉察需要较多的注意资源。这样，在低亮度刺激任务中。注意保持在线索化位置的时间要更长一些，同时偏离该位置要晚，因而，IoR需要在更长的SOA条件下才会出现。

另外，有关IoR的多成分说认为：IoR有一个低级成分和一个高级成分。IoR的低级成分包括与眼动相关的成分和基于空间位置的成分，与注意网络中的后注意网络(post attention network，PAN)紧密联系；IoR的高级成分似乎对呈现在被抑制位置上的刺激的后期加工产生影响，更多的与基于客体特性的IoR相关，与前注意网络(anterioR attention network，AAN)紧密联系。在不同的任务中，当任务加工更多的涉及前部脑区功能时，AAN将干扰PAN的活动。近年来，有关认知控制的神经生物学的研究显示，在认知控制系统中起关键作用的脑区与注意的前注意网络有一定重叠。所谓认知控制主要指在面临干扰或竞争时，大脑具有根据当前任务的信息灵活调节行为的能力。它能够根据任务需求、任务难度及问题情境的变化，采取有效的行为策略，从而更好的服务于任务作业的完成，是一个自上而下的加工过程。有研究显示，右侧前额叶(right lateral prejfrontal cortex，RLPC)和前扣带回皮层(anterioR cingulated cortex，ACC)在认知控制行为的发生中起到关键作用。金志成等句也发现，当需要更多的认知控制资源成分参与时，ACC向负责执行控制的系统发出信号，调整认知活动，从而达到顺利完成任务的目的。由于ACC属于前注意网络(ANN)，而前注意网络更多与IoR中的高级成分(即基于客体或客体特征的返回抑制)相联系。因而我们推测，认知控制因素与基于客体特征的返回抑制有一定的关系。

本研究通过两个实验，分别采用两种不同的被试任务，但均为辨别任务，考察认知控制对基于位置和颜色的返回抑制的影响。研究中靶刺激为有色长方形中带颜色的字母。实验一要求被试无论靶刺激的颜色是什么，对带颜色的字母做出辨别反应。目的在于考查当被试无意注意颜色(即不需要自上而下地对颜色信息进行选择和监控)时，能否出现基于位置和颜色的IoR。实验二要求被试无论字母是什么，对靶刺激的颜色做出辨别反应。目的在于考查当要求被试有意注意颜色(需要自上而下地对颜色信息进行选择和监控)时，能否出现基于位置和颜色的IoR。两个实验均未要求被试对靶刺激的位置进行辨别反应。如果两个实验中都出现了基于位置的IoR，那么可以进一步验证Russell的假说“注意可能存在对位置信息的自动加工”。实验一不要求被试辨别颜色特征，而实验二则要求被试有意地注意颜色特征，即加入了一个自上而下的认

知控制成分。如果实验一中出现了基于颜色的IoR，说明基于颜色的IoR在没有认知控制因素参与的情况下也可以发生；如果仅在实验二中出现了基于颜色的IoR，而实验一中没有出现，则说明作为IoR高级成分的基于颜色的IoR只有在认知控制-成分的参与下才会发生。

2　实验一：无意注意颜色条件下基于位置和颜色的IoR

2.1　实验方法

2.1.1　被试

17名大学本科生，年龄18～22岁之间，平均年龄20岁。裸视或矫正视力正常，无色盲或色弱。

2.1.2　仪器和材料

实验采用DMDX系统在一台PⅣ微机上实施。计算机显示器的显示分辨率为1024×768，显示背景为灰色，被试坐在离显示器60cm处，在光线较暗的实验室中单独完成实验。实验中，线索为一红色或蓝色的长方形(长5.5cm，宽3.8cm)，随机呈现在注视点的左或右侧3.6°视角的位置，目的是被试能够清楚的知觉到线索的颜色。靶刺激为蓝色或红色的长方形，大小与线索相同。不同的是中间有一个直径为1.8cm的圆，视角1.7°，圆中有一字母“F”或“T”，字母高1.2cm，视角1.1°，字母的颜色与所在长方形的颜色相同：二次线索为一与线索相同大小的灰色长方形；注视点为一黑色加号，水平和垂直视角为2.4°。刺激及实验流程见图1。

2.1.3　实验设计

采用2×2被试内设计。第一个变量指线索与靶刺激的位置相同或不同，第二个变量指线索与靶刺激的颜色相同或不同。每种条件各包含40个试项，全部160个试项以半随机方式呈现。以保证没有三个连续的试项是相同的。每个被试在正式实验前先进行不少于30个试项的练习。直到计算机显示被试错误率低于5％时才进入正式实验，并剔除了多次练习错误率高于5％的被试。正式实验分为两个阶段，中间安排休息一次。整个实验持续大约15分钟。

2.1.4　实验程序

如图1所示，每个测试均是先在屏幕中央呈现注视点200ms，然后在注视点的左或右侧呈现一红色或蓝色的长方形作为线索，呈现时间200ms。之后，再呈现注视点550ms。注视点之后。呈现二次线索100ms。其作用有二：一是将被试的注意从外周线索的红色或蓝色转移；二是将被试的注意从外周位置再转移到中央注视点位置。之后再呈现注视点550ms。最后呈现靶刺激，直到被试做出反应或2000ms。两个测试间隔500ms。研究中之所以将二次线索呈现在线索与靶刺激时间间隔(fnternal stimulus interval，简称ISI)的中间时段，是因为Pratt等(2002)发现，当二次线索出现在ISI的中间时段时出现的IoR量最大。因此，为避免由于二次线索出现的时间不同而引起的额外变量。本研究的二次线索均呈现在ISI的中间时段。实验中要求被试在保证准确的前提下，辨别靶刺激中的字母，并尽可能快地做出按键反应。对于一半被试当靶刺激中的字母是“F”时，按“Z”键，“T”时，按“／”；而对于另一半被试则相反。记录被试的反应时。

2.2　结果

被试在4种处理条件下的反应时、标准差和错误率见表1。在反应时的计算上，将错误反应数据和反应时在三个标准差以外的极端值剔除(剔除数据占1％)，最后计算四种条件下的平均反应时。

对4种处理条件下的反应时进行2x2的重复测量方差分析，发现。线索与靶刺激位置相同与不同的主效应显著，F(1，16)=50.29，p＜0.01，意味着线索与靶刺激位置相同时的反应时(RT=60Sms)明显长于不同时的反应时(RT=570ms)，出现了显著的基于位置的IoR，IoR量为35ms。线索与靶刺激颜色相同与不同的主效应不显著，F＜1；位置与颜色的交互作用也不显著，F＜1。

对错误率的分析没有发现任何显著的主效应和交互作用。

2.3　讨论

本实验仅要求被试对字母进行辨别反应。而并没有要求被试辨别靶刺激的位置，却出现了显著的基于位置的IoR。表明，基于位置的IoR在只需耗费较少的注意资源的情况下就能发生。因此，这一实验结果为“基于位置的IoR是IoR的低级成分”提供了进一步的证据。而本实验并没有出现基于颜色的RD效应，这可能是由于要求被试辨别字母，因此颜色特征耗费了较少的注意资源。那么，如果要求被试有意注意颜色的情况下能否出现基于颜色的RD效应呢?实验二即探讨这一问题。

3　实验二：有意注意颜色条件下基于位置和颜色的IoR

3.1　实验方法

3.1.1　被试

19名大学本科生，以前未参加过同类实验。年龄18～22岁，平均年龄20岁。裸视或矫正视力正常，无色盲或色弱。

3.1.2　仪器和材料与实验一相同。

3.1.3　实验设计

与实验一基本相同。不同的地方在于实验二中，要求被试辨别的是靶刺激的颜色，对于一半被试当靶刺激是蓝色时，按“Z”键，当靶刺激是红色时，按“／”键，而对于另一半被试则相反。

3.1.4　实验程序

每次测试的刺激呈现顺序也同实验一。记录被试的反应时。

3.2　结果

被试在4种处理条件下的反应时、标准差和错误率见表2。对反应时的处理方法同实验一(剔除数据也占总数据的1％)。最后计算四种条件下的平均反应时。

对4种处理条件下的平均反应时进行2×2重复测量方差分析。结果表明：线索与靶刺激出现的位置相同与不同的主效应显著，F(1，18)=35.24，p＜0.01。表明线索与靶刺激位置相同时的反应时(RT=589ms)长于不同时的反应时(RT=560ms)，出现了显著的基于位置的IoR，效应量为29ms。线索与靶刺激颜色相同与不同的主效应显著，F(1，18)=5.79，p＜0.05。说明颜色相同时的反应时(RT=581ms)长于不同时的反应时(RT=568ms)，出现了显著的基于颜色的RD效应，RD效应量为13ms。位置与颜色的交互作用不显著，F(1，18)=2.062，p＞0.1。

对错误率的分析，没有发现任何明显的主效应和交互作用。

3.3　讨论

本实验要求被试对字母的颜色做辨别反应，结果不仅出现了基于位置的IoR，而且出现了基于颜色的RD效应。同实验一，本实验中，被试没有有意地注意靶刺激的位置，也出现了明显的基于位置的IoR，进一步证明了“基于位置的IoR是IoR的低级成分”的论断。此外，直接要求被试辨别颜色，被试的注意主要集中在颜色上，耗费了较多的注意资源。有意注意作为一种自上而下的认知控制因素对基于颜色RD效应的产生起了关键性的作用。这与Alan等人的结论相一致：IoR不仅表现出反射性的皮层下活动，更多的包括自上而下的注

意控制。

4　总讨论

本研究的主要目的在于探讨辨别任务中。认知控制对空间位置不确定条件下基于位置IoR和基于颜色RD效应的影响。根据以往研究者提出的理论和观点，我们认为，可能本研究的结果并不是简单地用一种理论就可以解释的。

4.1　抑制机制模型对基于位置IoR和基于颜色RD效应的解释

本研究中的RD效应本质可能就是IoR。因为。实验中选取的$OA为1400ms，处在IoR的作用范围(300－1600ms)之内。此外，由于注意在靶刺激出现前已从线索化颜色撤回，而当与线索颜色相同的靶刺激出现时，注意向线索化过颜色的返回被抑制。即，由于在线索化的晚期对线索化颜色的表征存在抑制，当相同颜色再次出现时会对它有一个反应上的延迟。这与Riggo等的观点相吻合。Tipper和Houghton提出的抑制机制模型认为，注意选择是内部激活的靶子模板与客体野(abject field)中被激活的外部刺激表征之间的交互作用。选择就是通过匹配一不匹配检测器来完成的匹配过程。张明等成功地用这一模型解释了基于颜色的RD效应。同时。为了提高该模型的普遍适应性，他们在该模型的基础上加入自上而下的控制性加工成份。这个调节成分可以根据任务需求、任务难度及问题情境的变化来调节靶子野中刺激表征的激活水平。本文认为。本研究的发现也可以与上述观点吻合。实验二中，要求被试辨别颜色，被试任务与颜色特征相关，认知控制因素作为自上而下的调节成分提高了颜色表征在靶子野中的激活水平。引发对相同颜色更大的抑制反弹，从而导致基于颜色RD效应的发生。实验一，被试任务是辨别字母，与颜色特征无关，调节成分降低了颜色表征在靶子野中的激活水平，引发很小的抑制反弹，因此不会出现基于颜色的RD效应。

4.2　注意资源分配理论对基于位置和颜色IoR的解释

注意资源分配理论认为，作业的完成受到所分配资源的限制，一旦得到较多的注意资源，执行这个作业的过程便能顺利的进行。本研究实验一，被试任务是辨别字母，较多的注意资源被分配在对字母的辨认上，被试没有有意的注意到颜色，所以对颜色分配的注意资源较少。导致选择性注意机制可能没有对颜色信息进行有效的加工，从而没有出现基于颜色的RD效应。实验二因为加入了自上而下的认知控制因素。要求被试对颜色进行辨别反应，大量的注意资源分配在颜色信息上，可能促进了选择性注意机制对颜色信息的加工，因而出现了基于颜色的RD效应。此外，以往有关颜色的认知研究已证明，对颜色信息的认知加工分为早期的视觉加工和更深层次的语义分类两个阶段。视觉加工阶段也即颜色知觉阶段，指对颜色的色调、亮度和色度三个物理特征的知觉。实验一，当分配在颜色上的注意资源较少时，对颜色信息的加工可能仍然处于早期的颜色知觉阶段。实验二，因为大量的注意资源分配在颜色信息上，选择性注意机制可能促进了对颜色信息的加工，对颜色的认知加工就可能进入了更高级的语义分类阶段，因而出现了基于颜色的RD效应。

4.3　基于位置的IoR的产生原因

那么，如何解释在这两个实验中，均没有要求被试辨别靶刺激的位置，却都出现了显著的基于位置的IoR?原因可能是存在选择性注意对客置的自动加工，它无需耗费注意资源，体现了位置信息在注意选择中的重要作用。Russell等的研究便支持了这个观点。他们采用字母报告任务，即要求被试报告字母是什么，并没有要求被试报告字母的位置，却发现了基于位置的RD效应。因此认为，选择性注意中仅存在一个编码过程，即对客体特征的编码，对位置信息的编码是自动的，无需耗费注意资源。

5　结论

本研究得出如下结论：(1)两个实验均未要求被试对靶刺激的位置进行辨别反应，却出现了显著的基于位置的IoR，表明位置信息在选择性注意中起到很重要的作用，验证了Russell的假说“注意可能存在对位置信息的自动加工”，注意对位置的加工优于颜色。(2)在空间位置不确定条件下，当要求被试辨别带颜色的字母时，没有出现基于颜色的RD效应；而当要求被试辨别颜色特征时，却出现了显著的基于颜色的RD效应。表明，自上而下的认知控制因素是空间位置不确定条件下，基于颜色RD效应产生的关键因素。