柯靖琪，王柳生

(南通大學 特種醫(yī)學研究院，江蘇南通 226000)

1 引言

心理旋轉被認為是一種空間能力[1]，這是一種想象客體或自我旋轉的空間表征轉換形式，是人們衡量一個人空間認知能力的標準。空間能力主要通過心理旋轉任務來考察，主要表現是“角度效應”，被試的反應時間與所需旋轉的角度之間成線性關系，即旋轉的角度越大反應時越長，正確率越低。

根據空間旋轉對象的不同,可以分為客體旋轉和主體旋轉。張霞等人[2]認為這是一種想象自己或客體旋轉的空間轉換能力。根據旋轉對象的不同,可以分為客體旋轉和主體旋轉，客體旋轉就是旋轉主體被試對其外部物體的旋轉,如對字母、數字或立方體的旋轉，主體旋轉就是旋轉主體對其本身或身體某個部位的旋轉,如手或腳。

在交通場景中，當駕駛員識讀定向導航信息和交通標志這類客體旋轉時，需不斷轉換、對比大腦和現實中的方位；當駕駛員在路口觀察交警手勢這類主體旋轉時，也需要轉換方位，觀察指揮通行的方向，該過程和心理旋轉能力聯系密切。如在環(huán)形交叉口中，車輛的繞環(huán)旋轉引起周圍景觀及指路標志隨之旋轉，導致駕駛員產生心理旋轉效應，嚴重影響駕駛員的心理緊張程度和駕駛行為，從而影響交叉口的通行能力。當駕駛員的心理旋轉能力下降時，識讀效率降低，導致獲取其他道路交通信息的能力下降，更易造成交通事故[3]。

當下交通領域對于改善駕駛員心理旋轉能力的研究多從交通環(huán)境設計方面進行研究，杜志剛[4]等人設計成了一系列完整、連續(xù)、鮮明、漸變的視覺信息導向系統旨在提高駕駛員的辨識準確率以及降低視認反應時間，緩解環(huán)形交叉口的“心理旋轉”效應。但這些研究目前尚處在開發(fā)階段，并沒有很好解決環(huán)形路口駕駛員心理旋轉會帶引發(fā)交通安全的現狀問題，也缺乏從駕駛員自身層面進行心理旋轉訓練方面的研究。

有研究表示，心理旋轉能力表現出性別差異，即男性在心理旋轉的行為水平上表現突出，表現為較短的反應時間和較高的準確性[5]，但也有研究顯示，男性和女性在處理速度上沒有較大差異[6]，尤其是計時心理旋轉任務中沒有性別差異[7]。盡管研究結果有一些具體的不一致，但最常被認為的是，男性被認為比女性更具有天賦[8]，并可能會影響任務表現[9]。

此外，在社會上，在駕車方面，男性在空間定向能力、練習、自信三方面都較女性擁有先天優(yōu)勢，我們總是對女司機有些“偏見”，會認為開車技術不好，引發(fā)交通事故的多是女性駕駛員，為女司機貼上了不好的“標簽”。那么在心理旋轉這項空間能力上，男女性駕駛員真的會存在這些差異嗎？

綜上所述，在面對心理旋轉相關的交通場景時，駕駛員心理旋轉能力的高低會影響駕駛安全，從而造成交通事故。那么在交通場景中，不同性別個體的心理旋轉能力差異是怎么樣的？本研究探討在不同時間壓力下，不同性別的新手駕駛員在面對不同心理旋轉任務的任務表現，并從個體使用策略角度來探討如何改善駕駛員的心理旋轉能力。

2 對象與方法

2.1 實驗設計

實驗分為兩個任務，第一個任務采用導航地圖客體旋轉材料，采用2(時間壓力：有、無)×2(性別：男、女)×2(呈現方式：相同、不同)×4(旋轉角度：0°、90°、180°、270°)的混合實驗設計。其中性別為被試間變量，時間壓力、呈現方式和旋轉角度為被試內變量，反應時、正確率、旋轉速度為因變量；第二個任務采用交警指揮手勢主體旋轉材料，采用2(時間壓力：有、無)×2(性別：男、女)×2(呈現方式：相同、不同)×4(旋轉角度：0°、30°、60°、90°)混合實驗設計，自變量和因變量同客體旋轉任務。

2.2 實驗材料

(1)客體任務材料使用3Dmax軟件制作圖片，實驗使用導航地圖圖像，在梅丹(2012)的材料基礎上選取地圖元素結合百度地圖制作的圖片，材料包含空間旋轉角度(0°、90°、180°、270°)，如圖1所示。

圖1 導航客體心理旋轉任務材料

(2)主體任務材料使用用3Dmax軟件制作圖片，實驗使用交警指揮手勢圖像 ，根據修訂后的人體圖像 MBRT 任務制作，材料包含空間旋轉角度(0°、30°、60°、90°)，如圖2所示。

圖2 交警主體心理旋轉任務材料

2.3 實驗儀器

兩個實驗任務都采用E-prime2.0編程，實驗程序在聯想啟天M4360計算機上呈現，電腦屏幕分辨率為1024×768，顯示器為液晶21.5寸。

2.4 對象

招募45名在校新手大學生駕駛員作為研究對象(界定標準為實際駕齡少于1年，總駕駛里程小于1000公里)，其中男生17名，女生28名，年齡在20-25周歲之間，雙眼裸眼視力或矯正視力正常，被試信息基本情況如表1。

表1 被試信息基本情況

2.5 實驗程序

每次實驗測試一名被試。首先向被試簡短地介紹實驗目的、實驗流程及實驗注意事項，并讓其填寫一份實驗前的個人信息問卷。本實驗包括兩個部分：練習階段和正式試驗。實驗程序如下首先屏幕上顯示白色字體黑色背景指導語，告知受試者試驗流程及注意事項；其次待受試者充分理解指導語內容，并按下空格(Space)后，白色屏幕正中央呈現一個紅色“+”靶點800ms，提示受試者將在靶點位置出現刺激圖片喚起被試的注意力，以提示被試關注計算機屏幕，隨后導航地圖和交警手勢任務依次呈現，順序在被試間平衡。

(1)導航地圖客體任務

采用L-R范式(Left-right paradigm)進行客體任務研究，屏幕同時呈現左右兩幅圖片，左側圖片為0°導航地圖原始參考圖片，右側圖片為旋轉不同角度旋轉或鏡像處理的交警圖片，被試需要快速且準確地判斷左右出現的兩圖是否相同，并雙手按鍵反應，F鍵代表相同，J鍵代表不同。

時間壓力在被試間平衡，分為有時間壓力(TP)和無時間壓力(UTP)。依照Benson(1996)研究時間壓力對決策制定的實驗中對時間壓力的設置方法，即用預實驗中所有被試的平均值(M)減去他們的1/2標準差(SD)得到反應時限制，因此，本實驗中時間壓力的設置為預實驗中被試在無時間壓力下反應時平均值減去標準差的一半為2944s，無時間壓力不設置時間限制，并且實驗結束后會詢問被試的使用策略進行反饋，如圖3。

整個實驗中共128試次，E-prime軟件會自動記錄被試的反應時及正確率等指標，實驗結束后實驗人員會給被試贈送禮物表示感謝。

圖3 L-R 范式(Left-right paradigm)有時間壓力/無時間壓力下的實驗流程

(2)交警手勢主體任務

采用S-D范式(Same-different paradigm)進行主體任務研究，屏幕每次只呈現一幅人體圖形，首先呈現一幅0°原始交警參考圖片，隨后出現旋轉不同角度旋轉或鏡像處理的交警圖片，被試需要快速且準確地判斷前后出現的兩圖是否相同，并雙手按鍵反應，F鍵代表相同，J鍵代表不同。

時間壓力的設置同導航地圖客體任務，時間壓力(TP)的設置為1527ms，并且實驗結束后會詢問被試的使用策略進行反饋如圖4。

整個實驗中共126試次，E-prime軟件會自動記錄被試的反應時及正確次數等認知指標。

圖4 S-D 范式(Same-different paradigm)下實驗程序流程圖

3 結果

3.1 導航地圖客體任務的結果

剔除5名未認真作答的被試數據，具體標準為在其中2個以上實驗水平下的正確率為0，并且剔除反應時超過均值 3 個標準差的數據，且反應時的統計分析只包括正確的試次，最終有效被試40名。

3.1.1 反應時

表2 駕駛員在客體心理旋轉任務下的反應時(ms)

重復測量方差分析的結果顯示，時間壓力主效應極其顯著，F(2，38)=55.903，P<0.001，η2=0.622，無時間壓力比有時間壓力的反應時更高；角度主效應極其顯著，F(2，38)=78.319，P<0.001，η2=0.697，0°旋轉角度比其他角度的反應時更低；呈現方式的主效應顯著，F(2，38)=5.357，P=0.027，η2=0.136，不同呈現時比相同呈現時的反應時更高,見表3。

表3 客體心理旋轉任務下反應時的重復測量方差分析結果

由于本實驗的研究目的中主要關注的是相同呈現方式下，其他變量之間的影響，而時間壓力、呈現方式、角度和性別之間存在交互作用正包含研究的關鍵點，F(2，38)=3.556，P=0.017，η2=0.095，故做簡單簡單效應分析，分析結果如下：(1)在相同圖像呈現下，僅在有時間壓力下發(fā)現，在0°旋轉時男性比女性反應時更低(P=0.030)。(2)在相同圖像呈現下，無論是何角度，男性在有時間壓力條件下的反應時低于無時間壓力(ps<0.01)，女性結果亦是如此(ps<0.001)。(3)在相同圖像呈現下，有時間壓力時，男/女性在0°反應時比其他三個角度的反應時都要低(ps<0.001)，無時間壓力的結果亦是如此(ps<0.001)。

3.1.2 正確率

對正確率進行重復測量方差分析的結果顯示，時間壓力主效應極其顯著，F(2，38)=36.078，P<0.001，η2=0.487，無時間壓力比有時間壓力的正確率更高；角度主效應極其顯著，F(2，38)=91.926，P<0.001，η2=0.708，0°旋轉角度比其他角度的正確率更高，見表4。

表4 駕駛員在客體心理旋轉任務下的正確率

時間壓力、呈現方式和角度三者交互作用邊緣顯著，F(2，38)=2.603，P=0.054，η2=0.064，。進一步簡單簡單效應分析結果：(1)在相同圖像呈現時，對于有時間壓力情況下， 0°比其他三個角度正確率都要高(P<0.001)，90°比180°正確率要高(P=0.014))；無時間壓力情況下，發(fā)現0°比其他三個角度正確率都要高(P<0.05)。(2)在相同圖像呈現時，相較于無時間壓力條件，駕駛員在有時間壓力條件面對0°旋轉時的正確率更高(P=0.002)，90°、180°、270°旋轉時亦是如此(ps<0.001)，見表5。

表5 客體心理旋轉任務下正確率的重復測量方差分析結果

3.1.3 階段特征分析

前面可以看到，0°時候的初次的判斷會發(fā)現男性更好，那么男性的心理旋轉優(yōu)勢是不是由于他們在某個(或某些)加工階段效率更高？因此，對之前數據進行整理，分析心理旋轉的階段特征。

進行數據分析之前先進行正態(tài)分布檢驗，感知階段反應時經過 ln 轉換后符合正態(tài)分布，旋轉速度也符合正態(tài)分布。對兩個階段分別進行2(性別：男，女)×2(時間壓力：有，無)×2(呈現方式：相同，不同)重復測量方差分析。結果會發(fā)現，在感知階段，時間壓力主效應極其顯著，F(2，38)=63.275，P<0.001，η2=0.637；時間壓力、呈現方式和性別三者交互顯著，F(2，38)=4.302，P=0.045，η2=0.107，通過事后檢驗發(fā)現：在有/無時間壓力下，對于相同呈現下，都發(fā)現了性別差異，男性反應時低于女性(ps<0.05)。而在旋轉階段并無性別差異，見圖5。

圖5 駕駛員在客體心理旋轉任務下的階段特征

3.1.4 策略的卡方檢驗

根據被試自我口頭匯報的策略進行分組，探究不同性別的被試與其使用的策略是否存在相關，結果發(fā)現使用策略與性別直接存在顯著性差異(χ2=15.545,df=1，P<0.001)，因此，可以認為男女性主觀策略存在差異，男性比女性心理旋轉能力更有優(yōu)勢是因為更多采用了第一人稱視角。

3.2 交警手勢主體任務的結果

剔除4名未認真作答的被試數據，具體標準為在其中2個以上實驗水平下的正確率為0，并且剔除反應時超過均值 3 個標準差的數據，且反應時的統計分析只包括正確的試次，最終有效被試41名。

3.2.1 反應時

重復測量方差分析結果顯示，時間壓力主效應極其顯著，F(2，39)=61.956，P<0.001，η2=0.626，無時間壓力比有時間壓力的反應時更高；角度主效應極其顯著，F(2，39)=22.904，P<0.001，η2=0.382，隨著角度增大，反應時也隨之增加，見表6。

表6 駕駛員在主體心理旋轉任務下的反應時(ms)

時間壓力和性別交互存在交互作用，F(2，39)=17.844，P<0.001，η2=0.325；時間壓力、呈現方式和角度三者存在交互作用，F(2，39)=3.671，P=0.014，η2=0.090，進一步簡單簡單效應分析發(fā)現：(1)在相同呈現方式時，對于有時間壓力情況下， 0°的反應時比其他三個角度都更低(P<0.001)；對于無時間壓力情況下，在0°的反應時比60°、90°更低(ps<0.01)。(2)在相同呈現方式時，相較于無時間壓力，駕駛員在有時間壓力0°旋轉的反應時更快(P<0.001)，其他三個角度亦是如此(ps<0.05)，見表7。

表7 主體心理旋轉任務下反應時的重復測量方差分析結果

3.2.2 正確率

對正確率進行重復測量方差分析的結果顯示，時間壓力主效應極其顯著，F(2，39)=37.470，P<0.001，η2=0.490，無時間壓力比有時間壓力的正確率更高；角度主效應極其顯著，F(2，39)=75.127，P<0.001，η2=0.658，隨著旋轉角度增大，正確率降低，見表8。

表8 駕駛員在主體心理旋轉任務下的正確率

時間壓力、呈現方式和角度三者存在交互作用，F(2，38)=2.985，P=0.034，η2=0.071，通過簡單簡單效應分析發(fā)現：(1)在相同呈現方式時，對于有時間壓力情況下，在0°的正確率比其他角度都更高(ps<0.001)，無時間壓力情況亦是如此。(2)在相同呈現方式時，相較于有時間壓力，駕駛員在無時間壓力0°旋轉的正確率更高(P<0.001)，其他三個角度亦是如此(ps<0.001)，見表9。

表9 主體心理旋轉任務下正確率的重復測量方差分析結果

續(xù)表9

3.2.3 階段特征分析

數據分析之前進行正態(tài)分布檢驗，對兩個階段分別進行2(性別：男，女)×2(時間壓力：有，無)×2(呈現方式：相同，不同)重復測量方差分析結果會發(fā)現:

在感知階段，時間壓力主效應極其顯著，F(2，38)=58.000，P<0.001，η2=0.598；時間壓力和性別交互極其顯著，F(2，38)=14.777，P<0.001，η2=0.275，進一步簡單效應分析會發(fā)現，在有/無時間壓力下，男性反應時低于女性(ps<0.01)，見圖6。

圖6 駕駛員在主體心理旋轉任務下的階段特征

在旋轉階段，時間壓力主效應極其顯著，F(2，38)=71.835，P<0.001，η2=0.648；時間壓力和性別交互極其顯著，F(2，38)=15.090，P<0.001，η2=0.279，進一步簡單效應分析會發(fā)現，在有/無時間壓力下，男性旋轉速度快于女性(ps<0.01)。

3.2.4 策略的卡方檢驗

同客體任務進行分組，探究不同性別的被試與其使用的策略是否存在相關，結果發(fā)現使用策略與性別也存在顯著性差異(χ2=7.507,df=1，P=0.006)，可以認為男女性主觀策略存在差異。

4 討論

4.1 主客體心理旋轉任務中的角度效應

以往的研究顯示，物理旋轉和心理旋轉的過程在某種程度上來說是一致的。Gardony等人[11]比較了解決心理旋轉任務時的過程和控制身體旋轉時的過程。他們發(fā)現了許多條件之間的相似性，即旋轉的角度越大反應時越長。角度效應說明，旋轉角度的增加意味著心理負荷的增加，而隨著任務難度的加大，被試完成任務的時間耗費增加，也越容易出現錯誤。

本研究在交警指揮手勢的主體任務中也發(fā)現了角度效應，隨著空間旋轉角度越大，被試的正確率越低，反應越慢，并且0°旋轉比其他三個角度旋轉的反應時更低，正確率更高，但在客體導航地圖的客體任務中則沒有發(fā)現，在地圖旋轉180°的時候，被試反應時更高，正確率更低，這可能是因為可能與地圖任務與交警任務使用的范式不同有關。這可由 “注視點獨立理論(Viewpoint - invariant theory )”來解釋。由于交警的人體圖具有明顯的特征，以及地圖刺激的鏡像和正像比交通警察的人體更容易混淆，這可能導致受試者使用更多的“特征分析”策略來完成任務很少或沒有“旋轉策略”。因此不存在角度效應，這與Zacks 等人[12]的研究相似。

4.2 主客體心理旋轉任務中的階段特征

對于階段特征的分析而言，會發(fā)現明顯的性別差異。在兩種任務條件下，都發(fā)現了感知階段的性別優(yōu)勢。感知階段的優(yōu)勢可能是由于男性在刺激的編碼、任務準備程度或是動作速度上存在優(yōu)勢。

而旋轉階段交警主體表征下男性旋轉速度更快，本研究只在主體心理旋轉方面發(fā)現性別差異的出現。也就是說，在客體導航地圖任務中，男性僅在感知階段有著更好的績效；而在主體交警任務中，男性在感知階段和旋轉階段的效率都高于女性。馮甜[13]的研究探究了跳水運動員的心理旋轉能力，發(fā)現心理旋轉的旋轉速度與實際旋轉動作的速度之間存在顯著相關，專業(yè)運用員通過空間具身影響了刺激的加工編碼，獲得了更快的感知速度。本研究認為可能是因為，交警場景中男性也比女性更容易建立主體表征，因而加速了編碼，而對于地圖這種客體表征，不容易后續(xù)進行加工，所以只在感知階段有發(fā)現。

4.3 時間壓力對不同性別駕駛員的影響

以前的研究很少有關時間壓力對心理旋轉的影響，而在交警場景中，很多涉及心理旋轉的任務(比如看交警手勢和使用手機導航)往往都存在時間限制，不能夠長時間聚焦在上面，并且以往文獻少有心理旋轉方面時間壓力的設置，因此加入了這一因素的討論。

過去的研究表明，在執(zhí)行心理旋轉任務時時，時間限制導致女性的表現低于沒有時間限制的水平[14]。結果與文獻結果基本趨于一致，男性在時間壓力下的反應差別也存在，但是女性很明顯有較大差異。在主體心理旋轉任務中，時間壓力對心理旋轉能力有顯著影響，無時間壓力條件下的心理旋轉能力顯著高于有時間壓力條件下。這表明無時間壓力時在心理旋轉過程中有更多的時間來加工信息，有時間壓力時將部分注意資源投入在知覺時間上，故而反應時與正確率皆低于無時間壓力組。進一步簡單效應分析結果也顯示，無論是在何角度下，對于正像的呈現方式而言都體現了統一的結果，被試在時間壓力下的反應時和正確率都顯著低于無時間壓力，無時間壓力下參與者可以從容的進行任務判斷，與預期一致。

4.4 性別差異的策略分析

有研究顯示，不同的個體似乎使用不同的策略來解決心理旋轉任務[15]。特別是，高空間能力的個體在編碼刺激和操縱視覺表象方面更快[16]。Hegarty[17]讓參加者口頭匯報了實用策略，發(fā)現男性和女性使用不同的策略方法完成心理旋轉任務，造成了能力的差異。

因此，在實驗結束后，本實驗也詢問了參與者的使用策略，對于任務表現更好的被試來說，他們往往以第一人稱視角進行實驗，建立以自我為中心的參考系，以男性參與者居多，而女性更多的是以第三人稱視角進行反應。策略的不同可能導致了本實驗男性的任務表現比女性更好的原因之一。有關策略的研究似乎表明，在采取不同策略時大腦的認知機制可能不一致[18]，未來的研究可以聚焦在不同旋轉策略的被試在進行心理旋轉任務時，腦區(qū)的激活區(qū)域和激活程度情況。

在當下社會，我們會對女司機有所偏見，盡管不能說所有的女司機開車技術都不過關，但總的來說，開車方面女不如男是社會公認的一點。那么，在本研究中會發(fā)現男女駕駛員的心理旋轉能力存在差異，如何改善女駕駛員的空間能力，提升駕駛績效，也是未來亟待探索的研究。

5 結論

本研究探討在不同時間壓力情況下，不同性別新手駕駛員面對主客體心理旋轉任務的行為表現，并結合階段特征做了進一步探討，得到以下結論:(1)相較于無時間壓力，新手駕駛員在時間壓力下反應更快，但正確率比更低，女性新手駕駛員更為明顯。(2)在性別差異方面，男性比女性行為表現更好，在感知階段上更有優(yōu)勢，這可能是由于使用策略不同導致，造成加工速度的差異。因此后續(xù)可以關注新手駕駛員對心理旋轉能力的訓練，尤其是有時間壓力的情況下，減少性別差異的影響，減少交通事故的發(fā)生。