胡志偉

摘 要：我們如何從復雜的視覺環(huán)境中選擇相關信息？當前的注意和眼動的控制理論假設了一個特征檢測器的框架，使我們可以注意到可能的重要信息并忽視無關信息。每個特征檢測器假設對環(huán)境中的單一的基本特征反應并且可以通過搜索特別特征的意圖來調節(jié)。而視覺搜索的特征關系理論則質疑了特征檢測器的觀點，認為視覺搜索過程中，特征是以一種依賴上下文的方式相對于周圍的其他特征來編碼的。注意和眼動被有著適當相對特征的項目吸引，不論它們的顏色特征值。

關鍵詞：注意；眼動；視線；關系理論；視覺搜索

一、引言

在復雜的視覺場景中，不同的物體并非都是被立即評估的，一個場景中的所有信息都是并行加工的。視線在視覺場景中的不同位置移動，獲得連續(xù)的信息，從而使我們對場景的豐富的心理表征連貫起來[1]。假設對場景的有意識的評價是一個系列的費時的過程，那么找出我們第一眼注視了什么物體是很有必要的。以往研究表明，眼動明顯取決于注意對刺激物的分配：在視覺搜索執(zhí)行之前，內隱注意已經轉向搜索目標的方向。即使觀察者被引導內隱地搜索完全相反的方向，注意仍會指向意圖搜索的方向。這表明，注意總是指向意圖搜索的方向。盡管可能在不轉移視線的情況下內隱地注意轉移，但是這種內隱地注意轉移只有在視線保持固定的條件下才何必發(fā)生，并且會導致停留時間的延遲以及下一次搜索的延遲，因為不可能搜索一個無意的方向，并且內隱的注意轉移是費時的。鑒于注意和眼動的相關性，什么因素可以決定我們的注視行為和我們如何分配注意的問題密切相關。

根據(jù)以往的注意理論，對視覺注意的自上而下的控制是通過調節(jié)對所謂的特征檢測器或者特征地圖的反映收益來獲得的，這些特征檢測器或者特征地圖是對特異特征值如顏色或者方向反應的組織神經元。注意被所有特征檢測器的總的信號所引導，而我們有一個致力于可以被預先注意區(qū)分所有特征值的特征檢測器；包括不同的方向、顏色以及運動方向[2]。搜索特別特征值的意圖會加強特征檢測器對目標反應的反應收益，并且減弱特征檢測器對無關特征反應的反應收益。目標激活和非目標抑制允許限制選擇目標相關特征。

最近的視覺搜索研究表明，特征是以一種依賴上下文的方式相對于周圍的其他特征來編碼的。注意和眼動被有著適當相對特征的項目吸引，不論它們的顏色特征值。這些發(fā)現(xiàn)質疑了特征檢測器的觀點，為了更好地解釋視覺搜索的機制，Becker等人提出了注意和眼動的關系理論[3]。

二、理論模型和實驗證據(jù)

（一）理論模型

關系理論認為注意和眼動是有特征關系所決定的。特征關系指定了搜索項目的特征如何與不相關的上下文特征不同。根據(jù)關系理論，定義的目標特征并不是獨立于非目標的特征被加工的，而是相對于它們來被加工的，從而導致對所有特征的依賴上下文的加工過程。注意轉向目標的相對屬性，而項目吸引注意是由于匹配了目標和非目標特征之間的特征關系[4]。

關系理論認為注意是由相對屬性而不是絕對的特征值所引導的。在關系向量理論中，不同顏色的特征是在一個連續(xù)的特征空間里呈現(xiàn)，所定的特征與其他特征的不同的方向是通過每個特征對其他特征的向量指向的方向來描述的。當搜索一個特定的顏色時，注意不會限制在那些和目標有著完全相同的顏色的項目上，而是那些和目標有著同樣相對顏色的項目。例如，在搜索橙色項目時，當項目被認為或期望出現(xiàn)在黃色項目的背景下，注意可能偏向更紅的項目，或者最紅的項目；而當背景被認為或者期望包含大部分紅色項目時，注意將會偏向更黃或者最黃的項目。視覺選擇偏向于目標的相關屬性的一個重要因素就是我們容易選擇極端特征，因此，當注意偏向于更黃時，會偏向視野中最黃的項目，而當視覺選擇偏向于更紅時，會偏向視野中最紅的項目。

特征關系理論認為，注意和視覺搜索是由特征關系所決定的。特征關系指定了搜索項目的特征如何與不相關的上下文特征不同。定義的目標特征并不是獨立于非目標的特征被加工的，而是相對于它們來被加工的，從而導致對所有特征的依賴上下文的加工過程。注意轉向目標的相對屬性，而項目吸引注意是由于匹配了目標和非目標特征之間的特征關系。

（二）應用及證據(jù)

關系理論的一個優(yōu)點是它不需要為自上而下選擇的每個特征值假定一系列不同的特征檢測器，即被認為是特征檢測器理論的主要的問題。值得注意的是，視覺選擇是相當精細的并且特征檢測器理論要求大量的特征檢測——可能超過了合理地期望有助于注意引導[5]。關系理論的第二個優(yōu)點是它似乎提供了一個在自然環(huán)境的各種條件下的更為靈活和適應的搜索標準。有著特異的大小、顏色或者亮度值的同一客體在不同的光照條件，觀看角度和觀察者與客體的距離時看起來都非常不同，而相對屬性通常不因這樣的改變而變化[6]。對于不同大小的客體這尤其正確：一個客體的大小隨著觀察者與客體間的距離變化而變化，而物體與其他物體的相對大小通常不會隨著距離而變化。因此，看起來編碼客體的相對顏色，大小或者亮度提供了一種在各種不同且不可預料的環(huán)境下比編碼客體的特征值更為有力且通用的 “自上而下”的轉向策略。第三，特征關系同樣可以幫助解釋對控制注意收益的學習過程。迄今為止，我們如何習得轉向注意到適當?shù)奶卣魍ǔＪ遣磺宄?；或者換句話說，如何建立自上而下的從“搜索特征的意圖” 到加強“對神經元群的反應收益”之間的聯(lián)系是不清楚的[7]。然而，假設有大量的特征檢測器，依賴于特異的顏色值和特征檢測器之間聯(lián)系的一種解釋會面臨著挑戰(zhàn)，因為潛在的組合激增。特征關系可以成功地運用于多種不同的背景并且因此可能提供一種更加豐富的方法來理解如何在學習中建立這樣的聯(lián)系。

在研究中，觀察者不得不通過大小來搜索設定的目標：在一個組塊中，目標是一個中等項目，呈現(xiàn)時混合在大型非目標項目中，而在另一組塊中，是大型目標混合在中等非目標項目中。觀察者不得不快速眼動到目標，并忽視經常呈現(xiàn)在目標從未出現(xiàn)過的無關位置上的凸顯分心物。分心物可以是小的，中等的，大的或者是超大的。因此，一個分心物通常和目標是相同的大小，兩個分心物有更多的特征并且和目標或者非目標共有相關屬性，而一個分心物和非目標也是同樣的大小。結果表明，觀察者的視線經常被目標相似分心物所捕獲，但是更頻繁地被共有目標相關大小而不是完全大小的更相關分心物所捕獲。具體而言，在搜索中等，較小相關目標時，小的分心物最能捕獲眼動，而在搜索大目標時，超大分心物最能捕獲注意和視線。這一發(fā)現(xiàn)顯示，目標不相似分心物比目標相似分心物更能捕獲視線，與關系理論一致，表明，視覺選擇偏向目標的相關大小而不是目標的實際大小[8]。

以往研究采用空間線索范式已經檢驗并證實了這一觀點。在實驗的一個組塊，觀察者不得不在三個橙黃色非目標中搜索一個橙色目標。在搜索顯示之前，我們呈現(xiàn)一個有特別顏色的單一分心物混合在其他不同顏色的三個背景中的畫面。結果表明，和目標同色的單一分心物在它比背景分心物更黃的時候并沒有捕獲注意。相比而言，擁有非目標顏色或不相關顏色的單一分心物當它們和目標相關顏色混合時卻捕獲了注意。簡而言之，單一分心物的注意捕獲僅僅取決于它的相關顏色，以及單一分心物的顏色和背景分心物的顏色完全不同。綜上所述，結果表明擁有目標相似顏色的分心物并沒有捕獲注意，而有無關特征的分心物或者非目標顏色的分心物卻可以捕獲注意。這些研究為關系理論提供了有力的證據(jù)，并且排除了基于特征的注意理論，因為這些理論不能解釋非目標顏色分心物捕獲注意的現(xiàn)象。

隨后的研究采用了形狀搜索任務來檢驗一個形狀目標是否同樣相對于非目標形狀來編碼，結果和顏色搜索任務的結果相仿。根據(jù)關系理論，極端分心物可以有效地驅動注意，因為它們匹配了大多數(shù)試次中目標的相對特征，同時比其他所有項目的突起更多，包括目標本身。與此相反，目標相似分心物和目標相等，使得注意對目標和目標相似分心物同樣強烈的吸引。

特征關系已經表明可以解釋搜索顏色、亮度、大小和形狀時的轉換代價。值得注意的是，實驗重復了被經常報告的相似性效應，目標相似分心物比非目標相似分心物能更強烈地捕獲注意。同時，更多極端分心物的結果表明假設的相似性效應并不取決于目標分心物的相似性，而是分心物是否匹配目標的相對顏色或者相對形狀。這些結果為關系理論提供了有力的證據(jù)。事實上，檢驗關系理論的研究反對了特征特異性的觀點，表明捕獲取決于目標和分心物的特征關系而不是它們絕對的特征值。

三、小結與展望

注意優(yōu)先偏向目標的相對屬性的這一發(fā)現(xiàn)對特征檢測器的觀點提出了嚴重的挑戰(zhàn)。注意在廣泛的刺激條件下都偏向特征關系的發(fā)現(xiàn)表明關系搜索是一種普遍的引導原則。這有著重要的理論啟示：首先，背景特征明顯比以往所了解的起著更重要的作用。更重要的是，發(fā)現(xiàn)表明視覺選擇并不總是獨立于背景。相反，目標的特征值是相對于背景特征的編碼的，從而導致了對匹配了目標的相對屬性的對象的選擇偏向。

特征檢測器的觀點在當前的神經生理學研究中產生的可能的影響最大：除了少數(shù)例外，大部分研究都假設對目標比非目標反應更強烈的感覺神經元是特征檢測器，而它們在引導注意中起作用。鑒于當前的證據(jù)，這兩個假設需要被重新檢驗。特別是，以后的研究需要仔細評估是否以及何種程度上神經元的響應特性取決于目標的特征與呈現(xiàn)在周圍的特征[14]。如上所述，關系理論和先前解釋支持了特征特異性選擇理論的許多發(fā)現(xiàn)一致。為了了解視覺搜索，我們必須了解在神經元層面注意如何偏向特征關系。

參考文獻：

[1]Posner， M. I. （1980） Orienting of attention. Quarterly Journal of Experimental Psychology， 32， 3-25.

[2]Lee， D. K.， Itti， L.， Koch， C.， & Braun， J. （1999）. Attention activates winner-take-all competition among visual filters. Nature Neuroscience， 2， 375–381.

[3]Becker， S. I.， Folk， C. L.， & Remington， R. W. （2010）. The role of relational information in contingent capture. Journal of Experimental Psychology： Human Perception and Performance， 36， 1460–1476.

[4]Becker， S. I. （2010）. The role of target-distractor relationships in guiding attention and the eyes in visual search. Journal of Experimental Psychology： General， 139， 247–265.

[5]Maunsell， J. H. R.， & Treue， S. （2006）. Feature-based attention in visual cortex. Trends in Neuroscience， 29， 317–322.

[6]Becker， S. I. （2013a）. Simply shapely： Relative， not absolute shapes are primed in pop-out search. Attention， Perception， & Psychophysics.

[7]hissar， M.， & Hochstein， S. （2004）. The reverse hierarchy theory of visual perceptual learning. Trends in Cognitive Science， 8， 457–464.

[8]Harris， A. M.， Remington， R. W.， & Becker， S. I. （2013）. Feature specificity in attentional capture by size and colour. Journal of Vision， 13， 1–15.