傅亞強

注意在座艙空間符號特征捆綁過程中的作用*

傅亞強

(杭州師范大學教育學院心理系，杭州 311121)

將位置與方向兩特征捆綁于一個空間符號，探討該符號的編碼與保持過程與注意的關系。方法：采用系列呈現(xiàn)方式，分別在學習階段與保持階段施加中央執(zhí)行抑制分心任務，考察空間符號的材料類型、分心任務負荷、系列位置對位置、方向及其捆綁關系再認效率的影響。結果表明：(1)與學習階段同步的分心任務對位置特征符號、方向特征符號和位置—方向捆綁符號產(chǎn)生了相近的削弱作用；(2)與學習階段同步的分心任務對中間呈現(xiàn)的符號再認影響較大，對最先和最后呈現(xiàn)的符號再認影響較小；(3)與保持階段同步的分心任務對各個系列位置上的捆綁特征符號再認影響較大。結果說明：(1)捆綁特征符號的編碼所需注意資源不多于單一特征客體，對捆綁特征符號的編碼是自動化的；(2)捆綁特征符號的暫時保持(8秒)需要較多的注意資源。

空間符號；捆綁；注意；編碼；保持

1 引言

現(xiàn)代航空飛行器的座艙顯示界面越來越多地采用綜合顯示方式，用一個符號表征多個飛行參數(shù)，以期提高飛行員獲取信息的效率，降低認知負荷。但是，綜合顯示是否能有效降低認知負荷尚存爭議(Peebles，2008；Hoekstra，2007；Eriksson，2010)。因此，特別需要從注意與工作記憶的角度，考察綜合顯示符號的工作記憶過程是否需要額外增加注意資源，為綜合顯示設計提供理論依據(jù)。

1.1 特征捆綁

座艙界面常用一個圖形的空間特征(位置、方向)表示飛機空中交通態(tài)勢，構成空間符號。為了完成人機交互任務，操作者必須識別并記憶每一客體的各個特征及其組合關系。多個特征整合成為一個客體表征，并使各個客體之間有著明確區(qū)分的過程，稱之為特征捆綁(Johnson，Hollingworth，& Luck，2008)。

為了解釋多特征捆綁的工作記憶機制，Baddeley(2000)對原有的工作記憶成分模型作了調(diào)整，新增了“情景緩沖區(qū)”成分。情景緩沖區(qū)可以接收來自語音環(huán)、視空間模板以及長時記憶的信息，將多種形式的特征捆綁成為整體表征。Baddeley最初假設只有通過中央執(zhí)行系統(tǒng)，語音環(huán)和視空間模板才能向情景緩沖器中存儲信息，即多特征捆綁的編碼或保持過程依賴中央執(zhí)行單元提供的注意資源。圍繞這一假設已經(jīng)開展了一系列研究。

1.2 注意在捆綁特征客體編碼過程中的作用

研究者采用同時性雙任務范式，使中央執(zhí)行抑制任務(分心任務)作用于學習階段，在有、無分心任務兩種條件下，比較多特征客體與單一特征客體記憶效率的下降幅度，借以判斷多特征客體的編碼過程與注意的關系。一種觀點認為多特征客體的編碼需要占用更多的注意資源。Postma和Dehaan(1996)、Brown和Brockmole(2010)發(fā)現(xiàn)連續(xù)減數(shù)運算對形狀—顏色捆綁客體的加工過程產(chǎn)生了較大影響，而對單一特征客體(如顏色客體、形狀客體)的編碼影響較小。研究者認為多特征捆綁加工需要占用較多的注意資源。

另一種觀點認為，多特征客體得到了自動化的編碼(Vogel，Woodman，& Luck，2001；Yeh，2005)。Allen(2006)的研究中，倒減數(shù)任務導致顏色客體、形狀客體、顏色-形狀捆綁客體的記憶效率出現(xiàn)了相同程度的下降。Allen認為捆綁客體編碼與單一特征客體編碼所需注意資源是相近的，多特征捆綁加工并不需要額外的注意資源。

上述兩類研究存在兩方面不足，其一，這些研究同時呈現(xiàn)3～4個項目，要求被試記憶，這樣不能精確控制被試對每個項目的學習時間；其二，雖然占用注意資源的分心任務施加于學習階段，但是，由于在學習階段，編碼過程與保持過程交替進行，因此不能簡單推論分心任務僅干擾了多特征捆綁的編碼過程。

1.3 注意在捆綁特征客體保持過程中的作用

個體記憶客體時，編碼過程與保持過程交替進行，只有實現(xiàn)編碼與保持的分離，才能構建多特征客體的捆綁機制。Elsley和Parmentier(2009)觀察到單詞—位置捆綁材料的保持受到純音音高記憶任務的顯著影響，即認為多特征客體表征的保持需要占用注意資源。

與此觀點相反，Langerock(2014)考察了字母—位置捆綁過程，以音高判斷為分心任務，使之作用于客體保持階段，并以工作記憶廣度為指標，發(fā)現(xiàn)分心任務負荷與客體包含的特征數(shù)量之間沒有交互作用，于是認為保持多特征客體所需要的注意資源不多于保持單一特征客體所需的注意資源。但是，該實驗以工作記憶廣度為指標，多特征客體與單一特征客體的記憶廣度分別為2～3個和4～5個項目。這樣，同時保持的項目數(shù)量，即記憶廣度，可能混淆了客體的特征數(shù)量與注意資源的關系。

Johnson，Hollingworth和Luck(2008)、Morey(2013)的研究同樣認為多特征客體的保持無需更多的注意資源。但是，兩項研究中設置的900毫秒、4100毫秒的保持時間顯然是相當短的，無需較多的注意資源就可以保持表征激活水平。與此不同的是，F(xiàn)ongnie(2009)將保持時間延長至6800毫秒，于是發(fā)現(xiàn)相對于單一特征客體的保持，多特征客體的保持過程需要更多的注意資源。

1.4 研究構思

捆綁特征客體的編碼與保持是否存在難度是人機界面符號設計的理論基礎。捆綁特征客體的編碼階段和保持階段對中央執(zhí)行單元的注意資源是否存在不同需求，是否比單一特征的編碼與保持需要更多的注意資源？二個實驗考察了同時性中央執(zhí)行抑制(即分心任務)對系列呈現(xiàn)的空間符號的記憶過程的影響。4組空間符號系列呈現(xiàn)過程中，每個符號依次得到編碼，然后同時保持于工作記憶。系列中先呈現(xiàn)的3組符號編碼與保持過程都受到分心任務的影響，但是最后呈現(xiàn)的項目在工作記憶中處于優(yōu)勢地位，它的保持過程沒有受到分心任務的干擾?？疾?個系列位置上的符號記憶效率是否受到分心任務的不同程度影響，就可以分離分心任務對編碼過程和對保持過程的獨立影響。

實驗一于符號的學習階段同時執(zhí)行分心任務，若位置—方向捆綁特征符號的記憶過程不需要更多的注意資源，則分心任務導致單一特征符號與捆綁特征符號的記憶效率出現(xiàn)相同程度的下降，且系列中最后呈現(xiàn)的記憶項再認效率亦不受分心任務的影響。實驗二在符號的保持階段執(zhí)行分心任務，若捆綁特征符號的保持需要占用更多的注意資源，則分心任務對捆綁特征符號記憶效率的影響明顯大于對單一特征符號的影響，且系列中最后呈現(xiàn)的記憶項再認效率亦受到分心任務的影響。

2 實驗一

2.1 方法

2.1.1 被試

22名大學生參加了實驗，其中8名男性、13名女性，視力或矯正視力為1.0以上。實驗前，他們接受了空中沖突判斷任務訓練(傅亞強，2012)，掌握了實驗用符號相關任務知識。

2.1.2 實驗材料

圖1 實驗一材料與步驟

本實驗包含了記憶任務與中央執(zhí)行抑制任務。記憶任務的記憶項是三種空間符號(圖1)：第一種表示飛機的相對位置，謂之位置特征符號；第二種表示飛機的飛行方向，謂之方向特征符號；第三種表示飛機的相對位置和飛行方向，謂之捆綁特征符號。

選用算式判斷作為分心任務，每2秒向被試呈現(xiàn)一個個位正整數(shù)加法算式。50%的算式得數(shù)錯誤，這些算式的錯誤得數(shù)與正確得數(shù)的絕對差值小于4。要求被試判斷算式是否正確，若不正確則立即按下空格鍵，若正確則無需做出反應。

2.1.3 實驗步驟

每次試驗分為兩個階段(圖1)。學習階段采用順序呈現(xiàn)方式，一個學習系列包含4個項目，每個項目包含2個位置特征符號、方向特征符號或捆綁特征符號，呈現(xiàn)時間為2秒，4個項目依次呈現(xiàn)?？刂茥l件下，無需執(zhí)行分心任務；實驗條件下，要求被試記憶符號的同時，執(zhí)行分心任務。符號消失后，呈現(xiàn)掩蔽刺激，時間為2秒。在測驗階段，呈現(xiàn)包含2個符號的探測項，要求被試判斷探測項是否與某個學習項完全一致，是反應與否反應各占50%，其順序隨機安排。要求被試既準確、又快速地做出反應。記錄被試的按鍵和反應時間。

2.1.4 實驗設計

采用3×2重復測量設計，自變量為材料類型和分心任務負荷。材料類型分為位置特征符號、方向特征符號與位置—方向捆綁特征符號，分心任務負荷分為無分心任務和有分心任務。實驗包含6種實驗處理，一種實驗處理條件下，被試重復進行20次試驗。實驗處理的順序在被試間作了平衡。因變量包括主任務的再認準確率和反應時間、分心任務的反應準確率。若被試分心任務準確率低于95%，則該被試的數(shù)據(jù)無效。

2.2 結果

在現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展中，無論是大型的國有企業(yè)還是中小企業(yè)，都離不開預算管理的應用，預算管理在企業(yè)的發(fā)展中起著主體控制的作用，做好預算管理能夠為企業(yè)節(jié)約一定的成本，避免不必要的浪費，合理利用和使用各項資金，提高企業(yè)資金的利用率，它作為一種重要的管理工具，可以幫助企業(yè)管理人員確定企業(yè)的未來發(fā)展方向和短期的目標，更好地協(xié)調(diào)經(jīng)營活動。綜上所述，足以看出全面預算管理的重要性，但是，企業(yè)預算管理并沒有真正的發(fā)揮作用，反而出現(xiàn)了諸多的問題，阻礙了企業(yè)的進步和發(fā)展，企業(yè)必須要對面臨的問題進行及時的解決。

采用重復測量設計方差分析，檢驗材料類型和分心任務負荷對再認反應時的影響，結果表明材料類型與分心任務負荷的主效應均不顯著(F(2，42)=2.29，p>0.05；F(1，21)<1)。

采用重復測量設計方差分析，檢驗材料類型和分心任務負荷對再認準確率的影響(圖2)。結果表明：材料類型的主效應顯著，F(xiàn)(2，42)=24.01，p<

0.01，η2=0.53，再經(jīng)事后檢驗發(fā)現(xiàn)，位置特征的再認準確率顯著高于方向特征與捆綁特征的再認準確率(p<0.01)，方向特征與捆綁特征的再認準確率無顯著差異(p>0.05)；分心任務負荷的主效應顯著，分心任務顯著降低了空間符號的再認準確率，F(xiàn)(1，21)=207.97，p<0.01，η2=0.91；材料類型與分心任務負荷的交互作用不顯著，F(xiàn)(2，42)<1，p>0.05。分心任務對三種材料記憶效率的削弱作用相近。

圖2 系列呈現(xiàn)條件下材料類型與分心任務負荷對空間符號再認準確率的影響

圖3 系列位置與分心任務負荷對三種符號再認準確率的影響

為了進一步考察捆綁特征符號的編碼受到分心任務的抑制，還是其保持過程受到抑制，采用三因素重復測量方差分析，檢驗了材料類型、分心任務負荷與系列位置對是反應再認準確率的影響(圖3)。結果表明，分心任務負荷與系列位置存在顯著的交互作用，F(xiàn)(3，63)=2.89，p<0.05，η2=0.12，但是材料類型與系列位置的交互作用不顯著，F(xiàn)(6，126)<1。這些結果說明，分心任務對學習系列中第2個與第3個項目影響較大，而對第4個項目的影響很小?？梢哉J為，中央執(zhí)行抑制任務干擾了空間符號的保持過程。

從圖3中還可以看出，捆綁特征符號學習系列中前3個項目都受到分心任務的影響，而單一特征符號學習系列中只有中間2個項目受到分心任務的抑制。產(chǎn)生該結果可能有兩種原因：一是捆綁特征符號的保持需要占用注意資源，但是分心任務占用了一部分注意資源，導致捆綁特征系列的前3個項目的保持過程得不到足夠的注意資源，再認效率較低，相反，第4個項目的保持沒有受到分心任務的干擾，再認效率依然較高；二是第4個項目與測驗階段的時間間隔是最短的，因此記憶效率最高。為了檢驗這兩種可能性，實驗二在學習與測驗兩個階段之間插入一個8秒的保持階段，并在保持階段執(zhí)行分心任務。實驗一中編碼階段的分心任務并沒有降低捆綁特征系列的第4個項目的再認效率。作用于保持階段的分心任務是否會降低第4個捆綁特征符號的記憶效率？若捆綁特征系列的第4個項目的再認效率因分心任務而下降，那么位置-方向捆綁客體表征的保持過程依賴中央執(zhí)行單元的控制功能，且與學習—測驗時間間隔無關；反之，該過程是自動化過程。

3 實驗二

3.1 方法

實驗二在學習階段與測驗階段之間插入時長為8秒的保持階段。這個保持時間比已有同類研究設定的保持時間略長，以便突顯保持機制的作用，同時契合復雜人機交互過程的大信息量、長時間保持的特點。實驗條件下，只有保持階段要求被試執(zhí)行算式判斷分心任務；控制條件下，所有階段都無須執(zhí)行分心任務。其它實驗方法與被試同實驗一。

采用重復測量設計方差分析，檢驗材料類型和分心任務負荷對再認反應時的影響，結果表明材料類型與分心任務負荷的主效應不顯著，F(xiàn)(2，42)=1.37，p>0.05；F(1，21)=1.50，p>0.05。

采用重復測量設計方差分析，檢驗材料類型和分心任務負荷對再認準確率的影響(圖4)，結果表明：材料類型的主效應顯著，F(xiàn)(2，42)=23.02，p<0.01，η2=0.52，事后檢驗發(fā)現(xiàn)，位置特征的再認準確率顯著高于方向特征與捆綁特征的再認準確率(p<0.01)，方向特征與捆綁特征的再認準確率無顯著差異(p>0.05)；分心任務負荷的主效應顯著，分心任務顯著降低了空間符號的再認準確率；材料類型與分心任務負荷的交互作用顯著，F(xiàn)(2，42)=8.18，p<0.01，η2=0.28，簡單效應檢驗表明，材料類型為位置、方向特征兩種條件下，分心任務負荷對再認準確率的影響相對較小，F(xiàn)(1，21)=73.10，p<0.01，η2=0.77，F(xiàn)(1，21)=35.60，p<0.01，η2=0.63；而在捆綁特征條件下，分心任務負荷的影響最大，F(xiàn)(1，21)=160.72，p<0.01，η2=0.88。再次說明，捆綁特征符號的保持需要更多的注意資源。

進一步檢驗材料類型、分心任務負荷與系列位置對是反應再認準確率的影響(圖5)。結果表明，分心任務負荷與系列位置存在顯著的交互作用，F(xiàn)(3，63)=7.30，p<0.01，η2=0.26，材料類型與系列位置存在顯著的交互作用，F(xiàn)(6，126)=3.05，p<0.01，η2=0.13。無分心任務時，出現(xiàn)了較明顯的首因效應和近因效應，而在有分心任務條件下，系列位置效應不明顯。單一特征材料出現(xiàn)了明顯的系列位置效應，而捆綁特征材料的系列位置效應不明顯，特別是受到分心任務抑制時，4個位置上的捆綁特征項目的記憶效率都下降至很低的水平。

圖4 材料類型與保持階段分心任務負荷對再認準確率的影響

圖5 系列位置與保持階段分心任務負荷對再認準確率的影響

4 討論

4.1 捆綁特征符號的編碼過程

用一個客體符號表示多個系統(tǒng)的特征是人機界面設計的普遍作法，但是這種多特征符號是否會增加注意負荷尚存有爭議。實驗結果表明，無論分心任務負荷如何變化，位置符號的再認效率最高，而方向符號與位置—方向捆綁符號的再認效率較低，且二者相近。學習階段的中央執(zhí)行抑制任務造成了三種符號記憶效率相同程度的下降，說明中央執(zhí)行單元參與了方向特征、位置特征的加工過程(Morey & Cowan，2004)。但是，同一符號兩個特征的捆綁編碼可以自動化地進行，無需增加對注意資源的需求，該結果與Allen(2006)、 Delvenne(2010)、Johnson(2008)、Yeh(2005)的研究結論相一致。

較早研究發(fā)現(xiàn)動物、日用品等常見事物的捆綁加工是自動化進行的(Rousseletetal，2002)。若多特征客體可以與長時記憶中已有的模式相匹配，就可以得到自動化編碼(VanRullen，2009)。相反，若客體諸特征的組合模式難以得到經(jīng)驗的支持，其編碼過程自然就要困難得多，勢必需要占用更多的注意資源(Olson，2002；Wheeler & Treisman，2002)。實驗采用的空間符號是有意義的多特征客體，小圓代表了飛機的空中位置，短線代表了飛行方向，是空中沖突判斷的依據(jù)；其次，空間符號有著良好的兼容性，與空中一架飛機的知覺表象相一致；最后，空間符號容易理解，其意義廣泛存在于現(xiàn)實生活當中，如行走、駕車、球類比賽。因此，系列呈現(xiàn)的4至8個位置—方向捆綁符號，特征間聯(lián)系都可以得到自動化的編碼。

4.2 捆綁特征符號的保持過程

實驗一系列呈現(xiàn)4組空間符號，無分心任務條件下，4個系列位置上項目的再認效率都較高。當分心任務作用于學習階段，因為只有第4個項目的保持沒有受到分心任務的影響，前3個項目的保持都伴隨著分心任務，所以捆綁特征符號的前3個項目的再認效率受到較大影響，而最后一個項目的再認效率幾乎沒有受到分心任務影響。出現(xiàn)該結果，可能是因為捆綁特征符號的保持過程得不到足夠的注意資源，則記憶效率會顯著下降；也可能是因為第4個項目是最新學習的，激活程度較高，保證了再認效率。

為了證明實驗一的推論，實驗二僅將分心任務作用于保持階段，相對于單一特征符號的記憶效率，捆綁特征符號的記憶效率出現(xiàn)了特別明顯的下降，而且4個系列位置上的項目都表現(xiàn)出很低的記憶效率。系列位置效應說明三種客體的記憶效率受到系列位置的影響，捆綁客體更容易受到其它客體的干擾，而單一特征客體的相互干擾要小一些。這種結果不可能是由于暫時性遺忘造成的(Vogel，2001)，而是由先后呈現(xiàn)的客體表征間的相互干擾造成的。當個體需要學習系列中后面呈現(xiàn)的捆綁符號，那么已經(jīng)在工作記憶中的捆綁符號表征的激活程度易受到抑制。為了避免捆綁符號表征受到新客體加工的干擾或重寫，需要借助刷新等保持機制維持捆綁符號表征的激活程度(Engle，2002)。

因此，捆綁特征符號的保持過程需要額外占用注意資源。相關研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)位置與方向捆綁客體的保持依賴于情景緩沖器(傅亞強，2013)，而不是在特定表征模式的視空間模板中完成(Zimmer，2003)。在情景緩沖器中的保持過程是非自動化的注意受控過程(Baddeley，2011)。捆綁特征符號需通過排除干擾和實施控制性提取等控制性注意過程保證捆綁的順利保持。具體而言：第一，空間符號難以變更為言語編碼，個體無法用復述保持客體表征的激活水平，這與以往研究中采用形狀與顏色特征的材料不同；第二，注意不僅用于保持符號的每個特征，還用于保持兩特征之間的聯(lián)系(Wheeler & Treisman，2002)；第三，符號表征的保持只能采用注意刷新機制，逐一使每個表征重新成為注意焦點，從而達到保持表征激活水平的目的，將記憶表征處于注意焦點正是中央執(zhí)行控制功能(Gilchrist & Cowan，2011)；第四，在延遲再認條件下，先呈現(xiàn)的符號會受到倒攝抑制的影響，特別是符號包含多個特征的條件下，倒攝抑制更為明顯，因此必須依靠注意克服其它符號表征造成的干擾(Makovski，2008)。

5 結論

位置—方向捆綁特征空間符號的編碼所需注意資源不多于單一特征客體，對位置與方向的捆綁編碼是自動化的。相對于單一特征空間符號，位置—方向捆綁特征符號的暫時保持(8秒)需要較多的注意資源。

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The Role of Attention in Coding and Maintenance Process of Spatial Symbol with Binding Features

Fu Yaqiang

(College of Education，Hangzhou Normal University，Hangzhou 311121)

Through two experiments，this research studied the effects of simultaneous central executive suppression on memory process of spatial symbols with location feature，direction feature，or location-direction binding features.Twenty-two undergraduates took part in the study.The first experiment adopted sequential presentation mode in order to study the effect of sub-task on memory efficiency of location symbols，direction symbols and location-direction binding symbols.The second experiment also adopted sequential presentation mode and executed sub-task during symbols maintenance session simultaneously.The results showed that：(1)Sub-taskthat was simultaneous with training session exerted similar substantial detrimental effect on memory efficiency of location symbol，direction symbol and location-direction binding symbol.(2)Sub-task that was simultaneous with training session exerted a greater detrimental effect on memory efficiency of symbols presented in the middle serial positions，and exerted a smaller detrimental effect on memory efficiency of symbols presented at the first and at last.(3)Sub-task that was simultaneous with maintenance session exerted a great detrimental effect on memory efficiency of binding feature symbols at all 4 serial positions.

spatial symbol；binding；attention；coding；maintaining

浙江省教育廳2012年度科研計劃項目(Y201223713)，2013年度教育部人文社科研究青年基金項目(13YJC190005)。

傅亞強，E-mail：fuyaqiang126@126.com。

B842.5

A

1003-5184(2016)02-0141-06