過繼成思 宛小昂

(清華大學(xué)心理學(xué)系, 北京 100084)

1 問題提出

人行走在三維空間中, 為了到達(dá)計(jì)劃的行進(jìn)終點(diǎn), 需要不斷地更新自己的空間位置。由于空間環(huán)境中往往提供豐富的、具有特殊特征的物體作為尋路線索或路標(biāo), 人在行進(jìn)中能夠根據(jù)路標(biāo)等環(huán)境線索對自己的空間位置進(jìn)行更新。但是在沙漠、密林或者火災(zāi)現(xiàn)場等特殊環(huán)境中, 空間環(huán)境中往往缺少路標(biāo)線索。在這種情況下, 人們可以通過整合自身運(yùn)動信息來更新自身和空間環(huán)境之間的關(guān)系。這種依賴自身運(yùn)動的速度和加速度信息來更新自身位置、朝向的過程被稱作路徑整合(Gallistel, 1990;Mittelstaedt & Mittelstaedt, 1982)。

路徑整合研究早期主要關(guān)注的是動物行為, 并與動物的覓食行為緊密聯(lián)系在一起。研究對象包括沙漠螞蟻、沙鼠、狗、鵝等多種動物(Mittelstaedt &Mittelstaedt, 1982; Séguinot, Cattet, & Benhamou,1998; von Saint Paul, 1982; Wehner & Srinivasan,1981)。關(guān)于人類路徑整合能力的研究早期主要以盲人或是蒙住眼睛的健康成人為被試, 研究的是沒有視覺信息條件下的路徑整合(Klatzky et al., 1990;Loomis et al., 1993), 使用的實(shí)驗(yàn)任務(wù)為路徑完成任務(wù)。路徑完成任務(wù)也被稱為返回起點(diǎn)任務(wù), 要求被試在完成由一些直線路段和轉(zhuǎn)角組成的外出路徑, 到達(dá)外出路徑的終點(diǎn)后再自行直線返回起點(diǎn)。在這種路徑完成任務(wù)中, 被試需要依賴對自身運(yùn)動信息的整合才能從外出路徑的終點(diǎn)直線返回起點(diǎn),因此測量了被試的路徑整合能力(過繼成思, 宛小昂, 2014; 周佳樹, 張侃, 2005)。

人類進(jìn)行路徑整合可以依賴內(nèi)源性的運(yùn)動信息, 也可以依賴外源性的運(yùn)動信息。在研究沒有視覺信息的路徑整合時(shí), 視力正常的被試在完成外出路徑時(shí)需要蒙著眼睛并由主試牽引著走路, 但在返回時(shí)則需要自己返回。在這種情況下, 被試依賴的是前庭覺、本體感覺及傳出神經(jīng)系統(tǒng)提供的自身運(yùn)動信息(Klatzky et al., 1990; Loomis et al., 1993)。近年來使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行的路徑整合研究則發(fā)現(xiàn),人可以純粹地依賴視覺流(Ellmore & McNaughton,2004; Péruch, May, & Wartenberg, 1997; Riecke, van Veen, & Bülthoff, 2002; Wiener & Mallot, 2006), 或是通過自身運(yùn)動信息和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供的視覺流相結(jié)合來完成路徑整合(Wan, Wang, & Crowell,2010, 2012, 2013)。.

盡管人們可以進(jìn)行路徑整合, 但是成績卻不如動物(Klatzky et al., 1990; Loomis et al., 1993; Passini,Proulx, & Rainville, 1990)。有學(xué)者提出這可能是因?yàn)槿祟惡推渌鼊游锏穆窂秸涎芯吭诜椒▽W(xué)上存在差異(Klatzky, Beall, Loomis, Golledge, & Philbeck,1999), 例如在路徑完成任務(wù)中人沒有機(jī)會主動選擇自己要走的路徑, 而動物的覓食研究中則有機(jī)會自己擇路。但是Wan等(2010)給人類被試主動選擇外出路徑的機(jī)會, 卻并沒有提高路徑完成績效。這很有可能是因?yàn)橐暳φ５娜嗽谌粘Ｉ钪型蕾囉谝曈X信息來完成空間任務(wù)。我們認(rèn)為, 人的路徑整合能力不如動物, 也有可能是因?yàn)槿嗽谌粘Ｉ钪腥狈?shí)踐和練習(xí)的機(jī)會。在對運(yùn)動員的路徑整合能力的研究中, 研究者先讓運(yùn)動員和普通人兩組被試預(yù)覽面前物體的位置, 然后蒙上眼睛前去取物, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)快速運(yùn)動的條件下只有運(yùn)動員組的被試能較好地完成任務(wù)(Bredin, Keulirzin, & Isra?l, 2005)。這樣的結(jié)果說明, 運(yùn)動訓(xùn)練有可能提升人的路徑整合能力。但是,普通人的路徑整合能力如何提高？

為了回答這個(gè)問題, 本研究檢驗(yàn)了人類被試在路徑整合中是否存在學(xué)習(xí)效應(yīng), 即檢驗(yàn)多次反復(fù)地經(jīng)歷同樣的外出路徑并進(jìn)行路徑整合, 能否提高他們的任務(wù)績效。本研究的結(jié)果具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。一方面, 如果重復(fù)地在相同空間布局的外出路徑上進(jìn)行路徑完成任務(wù)可以提高被試的任務(wù)表現(xiàn), 則說明路徑整合能力是可以通過訓(xùn)練得到提高的, 揭示了人類路徑整合的重要特點(diǎn); 也從側(cè)面說明, 人的路徑整合能力不如動物, 可能是因?yàn)槿嗽谌粘Ｉ钪幸蕾囉诼窐?biāo), 而缺乏進(jìn)行路徑整合實(shí)踐和練習(xí)的機(jī)會。另一方面, 路徑整合能力對于人們在缺乏豐富視覺線索的沙漠、密林或火災(zāi)現(xiàn)場等特殊環(huán)境中進(jìn)行尋路、逃生等有重要的作用。如果這種路徑整合能力是通過訓(xùn)練可以提高的, 則為預(yù)防突發(fā)事件的逃生訓(xùn)練提供了新的思路。與已有的研究相比, 本研究的創(chuàng)新之處在于探究了空間布局(configuration)作為一種內(nèi)隱習(xí)得的線索是否能夠影響空間任務(wù)的表現(xiàn), 不僅探究了學(xué)習(xí)效應(yīng)是否存在, 也研究了學(xué)習(xí)的具體過程。

2 實(shí)驗(yàn)1

2.1 方法

2.1.1 被試

中國大學(xué)生24人(年齡在18～22歲之間, 平均19.5歲; 12男12女), 裸眼或矯正視力正常, 無色盲或色弱。所有被試來自一門心理學(xué)入門課程且完成實(shí)驗(yàn)后會得到實(shí)驗(yàn)學(xué)分。

2.1.2 儀器與材料

本研究的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均使用Worldviz公司的nVisor SX60頭盔式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。頭盔內(nèi)的顯示屏視場為44o(水平)×34o(豎直), 刷新率為60 Hz。被試參加實(shí)驗(yàn)時(shí)雙手持羅技F710無線游戲手柄, 并通過按手柄上的3個(gè)按鍵分別作出行走、角度反應(yīng)和距離反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)程序的控制和數(shù)據(jù)的記錄通過Vizard 4.0軟件執(zhí)行,虛擬場景通過3D Max軟件生成。

本研究的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)采用的虛擬環(huán)境為路段式迷宮,每個(gè)外出路徑均包括5個(gè)路段。如圖1(a)所示, 每個(gè)路段采用灰色巖壁式墻紙, 長3 m或5 m, 高2.2 m, 寬1 m。如圖1(b)所示, 當(dāng)被試行進(jìn)到一個(gè)路段的終點(diǎn), 他的面前會出現(xiàn)一個(gè)紅色的箭頭, 箭頭指向左或右,指示被試向左或向右轉(zhuǎn)以便面向下一個(gè)路段。兩個(gè)路段之間的夾角為順時(shí)針或逆時(shí)針的60°。如圖1(c)所示, 當(dāng)被試到達(dá)外出路徑的終點(diǎn)時(shí), 他會置身于一個(gè)直徑為1 m的圓形房間里, 且墻紙的顏色變換為土黃色, 同時(shí)出現(xiàn)一根與地面平行的藍(lán)色指示棒, 該指示棒起點(diǎn)在被試的身體而終點(diǎn)在墻壁上, 指示的是被試身體的朝向, 而且會隨著被試身體的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)。如圖1(d)所示, 當(dāng)被試選擇了起點(diǎn)的方向后, 一個(gè)長1000 m、高2.2 m、寬1 m的土黃色走廊會出現(xiàn)在他所選擇的方向。

圖1 本研究的虛擬場景示意圖

如圖2所示, 假設(shè)本研究中采用的3種基本的空間布局分別為A、B、C, A1、B1、C1為分別使用了這3種空間布局的外出路徑; 外出路徑A2、B2、C2分別使用了它們的鏡像布局A’、B’、C’。由于這些布局內(nèi)每個(gè)路段的長度都是一致的, 因此改變單個(gè)路段的長度會保持整個(gè)外出路徑的空間布局信息不變, 但是行程距離改變。如前所述, 本研究中采用的路段長度為3 m或5 m, 因此使用3 m路段時(shí)的行程距離為使用5 m路段時(shí)的60%。因此, 圖2中的外出路徑A3、B3、B3也分別使用了布局A、B、C, 它們分別是外出路徑的A1、B1、C1的比例改變。而外出路徑A4、B4、C4則分別使用了布局A’、B’、C’, 是外出路徑A1、B1、C1的鏡像比例改變,也是外出路徑A2、B2、C2的比例改變, 及外出路徑的A3、B3、C3的鏡像。

表1 實(shí)驗(yàn)1的4種實(shí)驗(yàn)順序

圖2 實(shí)驗(yàn)1中的4組外出路徑。任務(wù)要求被試起點(diǎn)(白色圓)出發(fā), 完成5個(gè)路段后到達(dá)終點(diǎn)(灰色圓)

2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與流程

本研究中, 每位被試需要完成24個(gè)試次。我們將圖2中所顯示的外出路徑A1、B1、C1編為1號組塊, 將外出路徑A2、B2、C2編為2號組塊, 將外出路徑A3、B3、C3編為3號組塊, 將外出路徑A4、B4、C4編為4號組塊。對于每個(gè)被試而言, 組塊內(nèi)3個(gè)試次呈現(xiàn)的順序是固定的; 但是對于不同的被試, 組塊內(nèi)3個(gè)試次呈現(xiàn)的順序是不同的, 且我們通過拉丁方設(shè)計(jì)在被試之間進(jìn)行了平衡以消除順序效應(yīng)。每位被試均需要將這4個(gè)組塊分別重復(fù)2次, 且每個(gè)組塊及其鏡像組塊交替呈現(xiàn)。換言之, 本研究中共有使用了6種空間布局, 即組塊1和組塊3使用了布局A、B、C, 而組塊2和組塊4使用了布局A’、B’、C’, 被試在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中每種布局出現(xiàn)了4次。

對于一半被試來說, 前一半試次的外出路徑中每個(gè)路段的長度都是3 m, 而后一半試次的外出路徑中每個(gè)路段的長度都是5 m; 對于另一半被試則是先5 m后3 m。也就是說, 從第一組實(shí)驗(yàn)到第二組實(shí)驗(yàn), 外出路徑的空間布局相同, 行程距離也相同; 但是從第一、二組實(shí)驗(yàn)到第三、四組實(shí)驗(yàn), 外出路徑的空間布局相同, 但是行程距離成比例地改變了。因此, 在被試間進(jìn)行平衡后, 本研究共有4種實(shí)驗(yàn)順序, 如表1所示。本研究中的男女被試分別平均分配在這4種實(shí)驗(yàn)順序中。在正式實(shí)驗(yàn)開始前, 實(shí)驗(yàn)員會請被試閱讀指導(dǎo)語并完成一些練習(xí),直到被試認(rèn)為自己已經(jīng)理解了實(shí)驗(yàn)任務(wù)后, 再開始進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。

在每一個(gè)試次中, 被試首先出現(xiàn)在整個(gè)外出路徑的起點(diǎn)上并面對第一個(gè)路段, 所看到的虛擬場景如圖1(a)所示。然后被試按手中的無線游戲手柄上的一個(gè)鍵進(jìn)行虛擬的“行走”, 也就是他保持身體不動, 但是眼前呈現(xiàn)的視覺流令他覺得自己在沿著這個(gè)走廊直線前進(jìn)。當(dāng)被試虛擬地行進(jìn)到這個(gè)走廊終點(diǎn), 他的面前會出現(xiàn)圖1(b)中呈現(xiàn)的紅色箭頭, 指示他向左或向右轉(zhuǎn), 直到面向下一個(gè)路段。在這個(gè)過程中, 被試需要實(shí)際轉(zhuǎn)動他的身體。如此循環(huán)反復(fù), 直到被試走到第5個(gè)路段的終點(diǎn), 他會置身于圖1(c)中顯示的土黃色圓形房間中。這時(shí), 任務(wù)要求被試做出方向的反應(yīng), 即轉(zhuǎn)動自己的身體直到面向外出路段的起點(diǎn), 并按下無線游戲手柄上的一個(gè)鍵。然后圖1(d)中所示的長走廊會出現(xiàn)在他所選擇的方向, 被試需要作出距離反應(yīng), 即再按下無線游戲手柄上的一個(gè)鍵進(jìn)行虛擬的“行走”, 直到他認(rèn)為自己已回到整個(gè)外出路徑的起點(diǎn)并按另一個(gè)鍵停下。在這個(gè)過程中, 被試進(jìn)行的方向反應(yīng)及其反應(yīng)時(shí)、距離反應(yīng)均被程序記錄下來。如此循環(huán)反復(fù), 直到完成所有試次。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中不提供任何反饋信息。

2.1.4 數(shù)據(jù)分析

在本研究中, 我們主要通過反應(yīng)時(shí)、位置誤差、距離誤差、角度誤差這4個(gè)指標(biāo)來衡量被試的路徑完成成績。如圖3所示, 在一個(gè)試次中, 被試從起點(diǎn)H出發(fā), 經(jīng)過5個(gè)路段達(dá)到外出路徑的終點(diǎn)。如果要從終點(diǎn)直線返回起點(diǎn)H, 他應(yīng)該轉(zhuǎn)Ac這個(gè)角度, 面向起點(diǎn)H, 然后沿著這個(gè)方向直線前進(jìn)距離Dc, 最后達(dá)到起點(diǎn)H。但是, 他實(shí)際的反應(yīng)可能是轉(zhuǎn)了Ar這個(gè)角度, 然后沿著該方向直線前進(jìn)一段距離Dr, 到達(dá)一個(gè)新的位置Hr。他實(shí)際到達(dá)的位置Hr和外出路徑的起點(diǎn)H之間的直線距離, 就是他在路徑完成任務(wù)中的位置誤差。位置誤差越小,說明他實(shí)際到達(dá)的地點(diǎn)越接近起點(diǎn), 即他的路徑完成任務(wù)的成績越好。

而位置誤差的大小, 實(shí)際上同時(shí)受到距離誤差和角度誤差的影響。仍以圖3為例, 距離誤差是指反應(yīng)距離(Dr)和正確距離(Dc)之差的絕對值, 該值越小則說明被試對距離估計(jì)得越準(zhǔn)確。而反應(yīng)角度(Ar)和正確角度(Ac)之差的絕對值, 則是被試的角度誤差, 該值越小說明被試對方向的估計(jì)越準(zhǔn)確。

圖3 路徑完成任務(wù)的因變量

對于前文提到的3種基本空間布局來說, 組塊1中基本外出路徑與組塊2中的鏡像路徑的正確距離Dc相同, 正確角度Ac的絕對值相同但是轉(zhuǎn)的方向不同; 組塊1中的基本外出路徑與組塊3中的比例改變路徑的正確距離Dc不同(成比例改變), 正確角度Ac的絕對值相同而且方向也相同; 組塊1中的基本外出路徑與組塊4的鏡像比例改變路徑的正確距離Dc不同(成比例改變), 正確角度Ac的絕對值相同但是轉(zhuǎn)的方向不同。

2.2 結(jié)果

在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí), 我們剔除了一些由于被試操作失誤而造成的無效試次(反應(yīng)距離為0或反應(yīng)角度在3°以下), 剔除的試次占總試次的2.6%。然后我們計(jì)算了各種條件下的平均位置誤差、角度誤差、距離誤差和反應(yīng)時(shí), 結(jié)果顯示在圖4中。我們對每個(gè)因變量進(jìn)行了4(空間布局的出現(xiàn)次數(shù)：1、2、3、4)×2(性別：男或女)的混合方差分析, 其中布局重復(fù)次數(shù)為組內(nèi)變量, 而性別為組間變量。

2.3 討論

本實(shí)驗(yàn)主要有3個(gè)發(fā)現(xiàn)。首先, 當(dāng)被試在同樣布局的外出路徑上重復(fù)地完成路徑完成任務(wù), 他們在第二次接觸這些外出路徑時(shí)比第一次時(shí)的位置誤差和角度誤差均減小了, 做出方向判斷的反應(yīng)速度也提高了。第二, 盡管本實(shí)驗(yàn)中前一半試次和后一半試次中的空間布局相同, 但是單個(gè)路段的長度不同(3 m或5 m), 因此前一半試次和后一半試次中的外出路徑在保持空間布局的條件下有了成比例的改變。但是, 我們在第2、3、4組的位置誤差和距離誤差上均沒有發(fā)現(xiàn)顯著差異。這個(gè)結(jié)果說明,對外出路徑的學(xué)習(xí)效應(yīng)可以遷移到同樣空間布局但是行程成比例改變的其它外出路徑中。第三, 本研究中性別的主效應(yīng), 以及性別和路徑重復(fù)之間的交互作用, 在位置誤差和角度誤差上均不顯著。

本實(shí)驗(yàn)中采用的外出路徑包括5個(gè)路段, 在這樣的外出路徑上進(jìn)行路徑完成任務(wù), 難度是很高的。但是, 這些外出路徑的空間布局具有一定的特殊性, 即每個(gè)路段的長度都相等, 且任何兩個(gè)路段之間的夾角都是60°。因此, 這些外出路徑的特殊性也許會使被試更能受益于學(xué)習(xí)效應(yīng)。如果使用更為復(fù)雜的空間布局, 例如, 每個(gè)路段的長度不相等,每兩個(gè)路段的夾角也具有多樣性, 則路徑的重復(fù)是否能引起學(xué)習(xí)效應(yīng)則是未知的。我們在實(shí)驗(yàn)2中對這個(gè)問題進(jìn)行了檢驗(yàn)。

圖4 實(shí)驗(yàn)1中的位置誤差、距離誤差、角度誤差、反應(yīng)時(shí), 誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤

3 實(shí)驗(yàn)2

3.1 方法

3.1.1 被試

中國大學(xué)生24人(年齡在16～22歲之間, 平均19.3歲; 12男12女)參加了本實(shí)驗(yàn)。他們的裸眼或矯正視力正常, 無色盲或色弱。部分被試來自一門心理學(xué)入門課程, 完成實(shí)驗(yàn)后會得到實(shí)驗(yàn)學(xué)分; 其他被試通過校園廣告招募,完成實(shí)驗(yàn)后得到30元現(xiàn)金報(bào)酬。所有被試均沒有參加過實(shí)驗(yàn)1。

3.1.2 儀器與材料

本實(shí)驗(yàn)采用與實(shí)驗(yàn)1相同的儀器設(shè)備和非常相似的虛擬場景。主要區(qū)別在于本實(shí)驗(yàn)采用了空間布局更為復(fù)雜的外出路徑。本實(shí)驗(yàn)中, 每個(gè)外出路徑均包括5個(gè)路段, 但是這5個(gè)路段的長度不盡相同,每個(gè)路段的長度為3 m或5 m; 而且每兩個(gè)路段之間的夾角為順時(shí)針或逆時(shí)針的60或120°。在這樣的限制條件下, 我們通過計(jì)算機(jī)程序隨機(jī)選擇每個(gè)路段的長度(3 m或5 m)及每個(gè)夾角(順時(shí)針60°、順時(shí)針120°、逆時(shí)針60°、或逆時(shí)針120°), 得到大量不同空間布局的外出路徑。在每個(gè)被試參加實(shí)驗(yàn)前,我們通過計(jì)算機(jī)程序隨機(jī)選擇其中的3種外出路徑用于實(shí)驗(yàn)。對于一位被試而言, 假設(shè)我們使用的3種基本的空間布局分別為A、B、C, 則A1、B1、C1為分別使用了這3種空間布局的外出路徑; 外出路徑A2、B2、C2分別使用了它們的鏡像布局A’、B’、C’。因此, 在本實(shí)驗(yàn)中共使用了72個(gè)不同布局的外出路徑(每位被試3個(gè)外出路徑×24位被試)。圖5以2位被試遇到的基本外出路徑為例, 展現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)中外出路徑的復(fù)雜多樣化。

圖5 舉例說明實(shí)驗(yàn)2中外出路徑的復(fù)雜多樣性。任務(wù)要求被試起點(diǎn)(白色圓)出發(fā), 完成5個(gè)路段后到達(dá)終點(diǎn)(灰色圓)。不僅被試甲與被試乙的外出路徑具有不同的空間布局, 其他被試的外出路徑也各不相同

表2 實(shí)驗(yàn)2中的實(shí)驗(yàn)順序

3.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析

與實(shí)驗(yàn)1相同, 每位被試仍然完成24個(gè)試次,但是本實(shí)驗(yàn)中不存在空間布局的比例改變。對于每位被試, 我們將基本外出路徑A1、B1、C1編為1號組塊, 將鏡像外出路徑A2、B2、C2編為2號組塊。實(shí)驗(yàn)順序如表2所示。

由于外出路徑的空間布局各不相同, 不同外出路徑上的正確反應(yīng)之間差別很大。我們將本實(shí)驗(yàn)中所使用的72個(gè)外出路徑進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)正確距離在4.4 m至18 m之間, 而正確角度在29°至176°之間, 因此不能直接把一種外出路徑上的反應(yīng)誤差與另一種外出路徑上的反應(yīng)誤差直接進(jìn)行比較。例如,正確距離為4.4 m時(shí)產(chǎn)生1 m的誤差, 與正確距離為18 m時(shí)產(chǎn)生1m的誤差, 誤差的絕對值相同, 但是任務(wù)的實(shí)際表現(xiàn)水平差異其實(shí)很大。因此, 除了反應(yīng)時(shí)之外, 我們采用比例位置誤差(位置誤差與正確距離之間的比值)、比例距離誤差(距離誤差與正確距離之間的比值)、比例角度誤差(角度誤差與正確角度之間的比值)來衡量被試在路徑完成任務(wù)中的表現(xiàn)。

3.2 結(jié)果與討論

與實(shí)驗(yàn)1相同, 我們?nèi)匀惶蕹吮緦?shí)驗(yàn)中由于被試操作失誤而造成的無效試次(反應(yīng)距離為0或反應(yīng)角度在3°以下), 剔除的試次占總試次的4.0%。然后我們計(jì)算了各種條件下的比例位置誤差、比例角度誤差、比例距離誤差和反應(yīng)時(shí)的平均值, 結(jié)果顯示在圖6中。我們對每個(gè)因變量進(jìn)行了4(空間布局的出現(xiàn)次數(shù)：1、2、3、4)×2(性別：男或女)的混合方差分析, 其中布局重復(fù)次數(shù)為組內(nèi)變量, 而性別為組間變量。

本實(shí)驗(yàn)采用了更為復(fù)雜多樣化的外出路徑。一方面, 同一個(gè)外出路徑內(nèi)的每個(gè)路段的長度不盡相同, 路段的夾角也具有多樣性; 另一方面, 不同的被試在不同的外出路徑上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是, 本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果仍然表明, 路徑的重復(fù)能夠引起學(xué)習(xí)效應(yīng)。具體而言, 本實(shí)驗(yàn)主要有兩個(gè)發(fā)現(xiàn)。首先, 當(dāng)被試在同樣布局的外出路徑上重復(fù)地完成路徑完成任務(wù), 他們在第四次接觸這些外出路徑時(shí)比第一次時(shí)的比例位置誤差減小了, 做出方向判斷的反應(yīng)速度也提高了。第二, 本研究中性別的主效應(yīng), 以及性別和路徑重復(fù)之間的交互作用, 均不顯著。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明, 男性和女性同樣可以受益于復(fù)雜路徑重復(fù)帶來的學(xué)習(xí)效應(yīng)。

圖6 實(shí)驗(yàn)2中的比例位置誤差、比例距離誤差、比例角度誤差、反應(yīng)時(shí)。誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤。

4 總討論

本研究主要有兩個(gè)發(fā)現(xiàn)。首先, 當(dāng)被試在同樣布局的外出路徑上重復(fù)地完成路徑完成任務(wù), 他們的位置誤差減小, 做出方向判斷的反應(yīng)速度也提高了。當(dāng)然, 這種學(xué)習(xí)效應(yīng)也受到外出路徑的空間布局復(fù)雜性的影響。實(shí)驗(yàn)1中外出路徑的空間布局比較特殊, 被試在第二次接觸這些外出路徑時(shí)比第一次時(shí)的位置誤差、角度誤差、反應(yīng)時(shí)均減小了, 說明特殊空間布局的外出路徑只接觸一次就有可能提高人的路徑整合成績。此外, 實(shí)驗(yàn)中前一半試次和后一半試次中的外出路徑在保持空間布局的條件下有了成比例的改變, 但是被試在第2、3、4次外出路徑重復(fù)時(shí)的位置誤差和距離誤差上均沒有顯著變化, 說明對這種特殊空間布局的學(xué)習(xí)效應(yīng)可以遷移到同樣空間布局但是行程成比例改變的其它外出路徑中。實(shí)驗(yàn)2中外出路徑的空間布局更為復(fù)雜且具有多樣性, 則被試在第四次接觸這些外出路徑時(shí)比第一次時(shí)的比例位置誤差和反應(yīng)時(shí)也減小了, 說明更復(fù)雜的空間布局需要更多次數(shù)的重復(fù)才可以提高人的路徑整合成績。值得注意的是, 本研究中被試在這些外出路徑上完成任務(wù)的時(shí)候, 并沒有得到任何關(guān)于成績的反饋。這說明, 通過在同樣布局的外出路徑進(jìn)行路徑完成任務(wù), 產(chǎn)生了學(xué)習(xí)效應(yīng)。第二, 本研究中性別的主效應(yīng), 以及性別和路徑重復(fù)之間的交互作用, 在大部分情況下均不顯著。盡管空間任務(wù)中的性別差異一直得到較多關(guān)注(Linn & Petersen, 1985), 但是也有一些研究表明,這些性別差異是可以通過引導(dǎo)人們改變策略而消除的(Wan, Newcombe, & Fitzhugh, 2013)。本研究的結(jié)果說明, 男性和女性同樣可以受益于路徑重復(fù)帶來的學(xué)習(xí)效應(yīng)。

值得注意的是, 本研究中空間布局的重復(fù)提高路徑整合表現(xiàn)的結(jié)果, 并不足以用來判斷路徑整合的空間表征和空間更新機(jī)制是怎樣的。人們的空間表征, 可以是以自身為參考系的(egocentric representation),當(dāng)人們運(yùn)動時(shí)則需要對這樣的表征進(jìn)行更新; 也可能是不以自身為參考系(allocentric representation)甚或是對周圍環(huán)境擁有一個(gè)認(rèn)知地圖(cognitive map), 當(dāng)人們運(yùn)動時(shí)只需更新自身在該地圖中的位置和朝向。這兩種空間更新都可以支持人們進(jìn)行路徑整合。如果是以自我為參考系, 人們在運(yùn)動中以自身位置為參照點(diǎn), 更新外出路徑的起點(diǎn)相對于自身的位置和朝向(Wan et al., 2012, 2013)。如果不以自我為參考系, 人們在運(yùn)動中可以外出路徑的起點(diǎn)為參照點(diǎn), 更新自己相對于起點(diǎn)的位置和朝向(Loomis, Klatzky, Golledge, & Philbeck, 1999; Kearns,Warren, Duchon, & Tarr, 2002等)。而后一種路徑整合的方式, 則很有可能依賴于被試對外出路徑的空間布局的內(nèi)部表征(Fujita, Klatzky, Loomis, &Golledge, 1993; Klatzky, Loomis, Beall, Chance, &Golledge, 1998)。本研究中被試重復(fù)接觸同樣空間布局的外出路徑對兩種類型的空間更新都有幫助。一方面, 重復(fù)接觸同樣布局的外出路徑, 可以增進(jìn)被試對于該環(huán)境的知識和經(jīng)驗(yàn)。這樣的知識和經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)被證實(shí)對被試的距離估計(jì)和尋路任務(wù)表現(xiàn)有幫助(Gillner & Mallot, 1998; Péruch, Vercher, &Gauthier, 1995), 也有可能對以自我為參照系的空間更新有幫助。另一方面, 重復(fù)接觸同樣布局的外出路徑, 也可能使被試對這些外出路徑有更好的內(nèi)在表征, 從而促進(jìn)不以自我為參照系的空間更新。毋庸質(zhì)疑的是, 無論使用以上兩種空間更新中的哪一種來進(jìn)行路徑整合(Wiener, Berthoz, & Wolbers,2011), 都可受益于本研究所揭示的學(xué)習(xí)效應(yīng)。

此外, 本研究所揭示的學(xué)習(xí)效應(yīng), 也可能類似于視覺認(rèn)知中的內(nèi)隱學(xué)習(xí)(implicit learning)。在視覺搜索的研究中, 如果在視覺搜索任務(wù)中讓刺激和特定的空間布局(spatial configuration)匹配, 那么當(dāng)這些空間布局重復(fù)出現(xiàn)時(shí), 被試的視覺搜索反應(yīng)就會顯著變快, 體現(xiàn)了重復(fù)出現(xiàn)的空間布局對視覺搜索的自上而下方式的注意引導(dǎo)(Chun & Jiang, 1998,1999)。我們認(rèn)為, 本研究中外出路徑空間布局的重復(fù), 也可能有內(nèi)隱學(xué)習(xí)的作用。

但是, 本研究也存在一定的局限性。首先, 本研究使用的是頭盔式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng), 由于實(shí)驗(yàn)空間的限制, 因此被試的直線前進(jìn)是靠按鍵完成的, 而沒有對于直線運(yùn)動的身體信息。而被試身體的旋轉(zhuǎn)則是通過真實(shí)地旋轉(zhuǎn)身體而完成的, 使被試能從視覺流和身體兩方面得到關(guān)于方向的運(yùn)動信息。這可能解釋了為什么實(shí)驗(yàn)1中學(xué)習(xí)效應(yīng)在角度誤差上是顯著的, 而在距離誤差上則不顯著。如果能同時(shí)提供身體信息和視覺流信息, 被試的表現(xiàn)可能會更好(Sun, Campos, & Chan, 2004)。第二, 盡管已有研究表明人的空間更新系統(tǒng)以相似的方式對真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境進(jìn)行自動加工(Wan, Wang, & Crowell,2009), 但是虛擬現(xiàn)實(shí)空間與真實(shí)環(huán)境存的差異仍是不可忽視的。如果要將本研究的結(jié)果直接推廣至人們在真實(shí)環(huán)境中的尋路表現(xiàn), 則需要非常謹(jǐn)慎。

總而言之, 本研究的結(jié)果表明, 重復(fù)地在相同空間布局的外出路徑上進(jìn)行路徑完成任務(wù)可以提高被試的任務(wù)表現(xiàn), 而且對外出路徑的學(xué)習(xí)效應(yīng)可以遷移到同樣空間布局但是行程成比例改變的其它外出路徑中。這為訓(xùn)練人類路徑整合能力的可行性提供了一定的實(shí)證依據(jù)。而空間整合能力對于人們在缺乏豐富視覺線索的沙漠、密林或火災(zāi)現(xiàn)場等特殊環(huán)境中進(jìn)行尋路、逃生等有比較重要的作用。本研究的結(jié)果初步證實(shí)了路徑整合能力是可以通過訓(xùn)練得到提高的。

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