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视觉工作记忆在视觉搜索中的作用
作者：潘毅许百华胡信奎作者单位：浙江大学心理与行为科学系，杭州 310028、浙江理工大学心理研究所，杭州 310018
【摘要】视觉工作记忆在视觉搜索中的作用远比偏向竞争模型所描述的要复杂，个体能根据当前任务要求灵活地利用工作记忆来引导注意选择。在系统回顾已有研究的基础上，从客体工作记忆、空间工作记忆和执行工作记忆3个方面探讨了视觉工作记忆在视觉搜索中的作用。根据近期的研究，文章在最后对视觉工作记忆在视觉搜索中的作用做了7点总结，并对已往研究中存在的若干问题给予了解释，指出未来应该从前瞻记忆和内隐记忆等角度对视觉搜索中所涉及的视觉记忆进行深入研究。
【关键词】视觉工作记忆视觉搜索客体工作记忆空间工作记忆执行工作记忆
1 引言
视觉搜索是认知心理学家长期以来用于研究在复杂视场中注意分配的经典范式，典型的视觉搜索任务要求被试记住搜索目标，并对视场中是否存在目标做出相应的反应。工作记忆（working memory）是一种临时存储和加工当前任务相关信息的资源有限的认知系统。按照Baddeley（1986）提出的工作记忆多成分模型[1]，工作记忆包括中央执行（centralexecutive)系统、语音（verbal）工作记忆和视
觉空间（visuospatial）工作记忆。后来的研究发现，根据工作记忆中存储的信息表征类型不同，视觉空间工作记忆又可进一步划分为空间工作记忆（保存空间位臵）和客体工作记忆（保存物体特征）这两个相对独立的子系统[2~4]。选择性注意是对外界大量信息进行筛选以确保有限的认知资源能用于有效完成当前主要任务的认知系统，它包括对相关信息的选择和对无关信息的抑制两个方面。近年来，关于视觉工作记忆与选择性注意之间的交互作用关系成为一个研究热点，其中，工作记忆在视觉搜索中的作用就是一个很重要的方面[5]。本文从客体工作记忆、空间工作记忆和中央执行系统三个方面来探讨视觉工作记忆在完成视觉搜索任务过程中的作用。
2 客体工作记忆与视觉搜索
2.1 偏向竞争模型
视觉搜索任务首先要求被试记住要搜索的特定目标，目标表征或模板（template）一般被认为保存在客体工作记忆中，而目标模板的作用就在于引导注意选择视场中与之相同或相似的物体。另外，研究者们还认为，在视觉搜索过程中每一个被注意选择的知觉表征都会自动转变为工作记忆表征，以便与保持在客体工作记忆中的目标模板进行比较[6,7]。Desimone等（1995）提出一个基于客体的注意的偏向竞争模型（biased-competition model）[8]。该模型认为，在视觉搜索场景中，视场中充满许多物体，由于注意资源有限，视场中的物体就会竞争注意资源。若某一物体表征与当前工作记忆中所保持的目标模板相同，那么该物体表征就会取得竞争优势而被视觉注意优先选择。对灵长类动物的单细胞神经生理学研究为偏向竞争模型提供了重要证据
[9~11]。如Chelazzi等人（1993）在一个简单的视觉搜索任务中考察短尾猿的下颞叶细胞的神经活动，他们先向猴子呈现一个搜索目标，过一段延迟时间后又呈现包括两个物体
的搜索刺激，其中一个物体就是先前呈现的目标。结果发现，在延迟时间内有些下颞叶细胞持续对记忆目标表现出选择
性反应，当搜索刺激呈现后，神经活动最初表现为没有选择性，但很快又只对目标产生选择性反应。研究者认为，通过在延迟期间的神经活动，视觉工作记忆中保持的目标模板使得目标在搜索刺激中获得注意资源的竞争优势，从而导致注意最终选择目标。
根据偏向竞争模型，Downing（2000）利用人脸图片以及绘制的几何图形作为实验材料研究发现，即使在没有明显的搜索目标的情况下，视觉注意也会优先选择客体工作记忆中当前所保持的物体表征[12]。此外，Moores等（2003）研究发现，客体工作记忆中积极保持的物体表征不仅会使得视场中与记忆表征完全相匹配的物体得到注意偏向，而且也会使得视场中与记忆表征有着语义关联的物体获得注意资源
的竞争优势[13]。Pashler等（1999）采用注意瞬脱范式研究发现，当对一个物体形成表象并保存在工作记忆中后，即使没有明确要求被试搜索该对象，视觉注意也会自动地选择与工作记忆中所保持的表象相匹配的物体[14]。Pratt等（2003）利用颜色作为任务相关刺激研究了工作记忆内容对注意选择的自动导向作用[15]。实验开始时在屏幕中央呈现一个目标线索（从预先设定的4种颜色中随机选择的一种颜色，用来指示被试应该做反应的目标），一段延迟时间后呈现4个不同颜色的中央箭头。研究者假设，工作记忆中积极保持的目标线索会引导注意自动选择与之具有相同颜色的
中央箭头，并且随后注意又会自动地转向该中央箭头所指示的外周空间。实验结果证实了上述假设，被试对呈现在与目标线索具有相同颜色的中央箭头所指示的外围空间上的刺
激有更快的反应。Soto等（2005）要求被试在竖直的线段中搜索倾斜的线段，每条线段都被带有颜色的外周形状（如长方形、三角形，圆形等）包围着。一半情况下，外周形状的
颜色与工作记忆中储存的颜色相同，另一半情况下，所有形状的颜色与工作记忆中的颜色无关。与无关情况相比，当工作记忆中的颜色与包围着搜索目标（倾斜线段）的外周形状的颜色相同时，搜索反应时明显加快。而当工作记忆中的颜色与包围着分心物（竖直线段）的外周形状的颜色相同时，搜索反应时明显变慢。然而，当不要求被试记忆颜色时，上述增益或干扰效应没有出现，这就排除了知觉启动的作用。根据实验结果，研究者认为工作记忆对注意选择起着早期的、自上而下的自动导向作用[16]。在该研究的基础上，Soto 等（2006）又研究了在突显目标搜索（pop-out search）任务中工作记忆对注意的导向作用，并探讨自上而下和自下而上这两种加工机制的关系[17]。在上述Soto等人（2005）的实验基础上，研究者改变目标的强度，使目标与分心物非常容易区分，视觉搜索近似快速平行搜索。结果发现即使呈现突显的自下而上的线索，工作记忆仍然对注意起着自上而下的自动导向作用。
2.2 客体工作记忆对选择性注意的主动引导
偏向竞争模型假设，在视觉搜索过程中注意会自动地选择视场中与客体工作记忆所保持的物体表征相同或相似的物体。这个假设在上述的一些实验研究中得到了证据支持。然而，近期的一些研究表明客体工作记忆在视觉搜索中的作用远比偏向竞争模型所描述的要复杂，视觉工作记忆的内容能灵活地引导注意偏向，并且在某些情况下客体工作记忆对有效视觉搜索可能不是必需的。Oh等（2003）研究发现，搜索目标的明确程度是影响工作记忆与注意的关系的一个主要因素。实验采用两种不同的搜索任务：一种是搜索目标为关于竖直轴对称的图形（搜索目标不明确），另一种是搜索目标为某种特定形状的图形（搜索目标明确）。结果发现，在搜索目标为对称图形时，出现了工作记忆内容对选择性注意的导向作用，而当搜索特定形状的图形时，并没有出现工
