恐惧影响驾驶视觉搜索时间窗的眼动证据.pdf

项目基金:年福建省社科基金项目()作者简介:郑新夷()女福建福州人副教授研究方向:人因工程心理学(电话)(电子信箱).恐惧影响驾驶视觉搜索时间窗的眼动证据郑新夷苏应竑(福州大学人文社会科学学院 应用心理系福州)【摘要】目的 研究旨在探索恐惧情绪对驾驶视觉搜索模式的影响 方法采用比较恐惧情绪组和中性情绪组对三种不同呈现方式的实验材料中交通元素刺激物的判定反应和眼动追踪的方法 结果判定反应时间在实验材料呈现方式中存在显著差异原始交通场景图的判定时间最快眼动数据结果发现恐惧组相对于控制组视觉眼动更倾向于聚集在刺激的中间 结论 驾驶视觉搜索图式确实存在恐惧导致驾驶视觉搜索更加窄化并且存在驾驶搜索模式的刺激启动效应【关键词】快速场景识别上下文预期驾驶搜索图式眼动恐惧中图分类号:文献标识码:文章编号:():./.()【】.【】引言视觉搜索是执行驾驶任务中最重要的驾驶认知行为驾驶人需要从当前的驾驶环境中搜索出道路相关信息并抑制干扰信息才能安全完成驾驶任务 然而驾驶视觉搜索过程会受到很多内外因素的影响外在因素包括道路刺激物特性和道路交通环境内在因素包括驾驶人情绪唤醒水平驾驶人的知觉预期即对道路场景的感知、识别和判断水平以及驾驶经验 有研究表明在快速场景识别中并行和前馈()的加工过程在识别中具有重要作用许多研究者认为视觉系统只能依靠由刺激驱动的前馈加工(自下而上)才能在非常短的时间内完成对自然场景的快速识别 此外在快速视觉分类任务中存在一个“最小反应时”()即观察者刚刚能够正确识别场景的最早时间窗口 这种自上而下的反馈()被认为加工时间太过耗时而无法参与到快速场景的识别过程中 在驾驶过程中驾驶人对道路场景刺激的快速识别和判断反应需要在 内完成这不仅需要刺激驱动的前馈加工也需要驾驶经验的积累并形成自动化的道路知觉预期认知心理学认为知觉预期是通过限制信息人类工效学 年 月第 卷第 期 .的处理和解读方式来优化知觉加工它是通过自上而下的加工方式对视觉过程产生影响 许多研究都证实了个体对符合以往知识经验的合理场景才表现出较好的识辨能力比如专家和新手在视觉搜索模式上存在差异 这种影响是输入的视觉信息(自下而上的加工)和更高级的记忆表征(自上而下的加工)之间的交互作用的结果从而形成驾驶搜索模式 比如有研究表明司机对道路的熟悉度通过影响司机的认知负荷而形成返程效应还有利用司机的眼跳数据和脑电数据研究发现当道路标志地名数量/图像尺寸长度则注视点位置为图像右侧 值记为 反之 值记为 即注视点位置为图像左侧 值使用 自带的 编程进行处理 由于眼动仪每秒采集 个数据每张材料呈现 则采集 个数据再将每张图像按照时刻分成十等分每个时刻大约.采集到大约 个数据分别算出每个时刻 值均值再叠加所有处理条件的每个时刻 值进而获得每个被试在每个实验处理条件下每个时段的 值数据 结果.情绪诱发结果 量表结果显示前测中恐惧组和控制组在“心烦的”和“害羞的”这两个维度有差异恐惧组的得分显著低于控制组后测中两组被试在“恐惧的”、“害怕的”和“害羞的”这三个维度有差异恐惧组的得分显著高于控制组 对恐惧组的前后测数据进行配对样本 检验结果表明在“感兴趣”维度后测得分(.)显著低于前测得分(.).在“害怕的”维度后测得分(.)显著高于前测得分(.).这表明实验 中 恐 惧 情 绪 的 诱 发 是 成功的.视觉搜索反应时和正确率对被试的反应时进行(图片类型:原图部分打乱完全打乱)(道路元素:箭头汽车交通灯)(情绪状态:恐惧组控制组)的三因素混合方差分析 被试的情绪状态为组间变量其余为组内变量 种任务下恐惧组和控制组的反应时描述性统计和差异检验的结果见表 重复测量方差分析的结果发现:图片类型的主效应显著().全部打乱图片的反应时(.)显著长于正常人类工效学 年 月第 卷第 期 .图片(.)也显著长于部分打乱图片的反应时(.)对正常图片和部分打乱图片的反应时差异不显著 道路元素的主效应也显著().对道路元素的反应时结果为:汽车(.)箭头(.)交通灯(.)两两之间的反应时均有显著差异.道路元素和情绪状态的交互作用不显著().图片类型、道路元素和情绪状态的三重交互作用也不显著().图 道路元素与图片类型交互作用图对被试的正确率进行(图片类型:原图部分打乱完全打乱)(道路元素:箭头汽车交通灯)(被试情绪状态:恐惧组控制组)的三因素重复测量方差分析 被试的情绪状态为组间变量其余为组内变量 种任务下恐惧组和控制组的正确率描述性统计和差异检验的结果见表 重复测量方差分析的结果发现:图片类型的主效应显著().全部打乱图片的正确率(.)显著低于正常图片(.)也显著低于部分打乱图片的正确率(.)正常图片和部分打乱图片的正确率没有显著差异 道路元素的主效应也显著().道路元素和情绪状态的交互作用不显著().图片类型、道路元素和情绪状态的三重交互作用也不显著().图 图片类型与道通元素交互作用图.眼动证据首对次进入兴趣区注视时长采用(情绪)(交通灯汽车或箭头)(正常图片部分打乱图片和完全打乱图片)的混合重复测量方差分析结果显示情绪的主效应显著().)驾驶目标物定位的效应显著().)图片处理之间的主效应差异显著().)三因素的交互效应不显著().图片处理和驾驶目标刺激交互效应显著().将每屏呈现时间()平均分为 个时刻在完全打乱图片刺激条件下当刺激物呈现在左边时分析以情绪变量和时刻变量对 进行重复测量方差分析发现情绪的主效应显著().时刻效应显著().时刻和情绪交互显著().人类工效学 年 月第 卷第 期 .当刺激物呈现在右边时发现情绪的主效应显著().时刻效应显著().时刻和情绪交互显著().(见图)图 完全打乱图片 值在原图片刺激条件下当刺激物呈现在左边时分析以情绪变量和时刻变量对 进行重复测量方差分析发现情绪的主效应显著().时刻效应显著().时刻和情绪交互不显著().当刺激物呈现在右边时只有时刻效应显著().交互效应和情绪效应都不显著(见图)图 原始图片 值在部分打乱图片刺激条件下当刺激物呈现在左边时分析以情绪变量和时刻变量对 进行重复测量方差分析发现情绪的主效应显著().时刻效应显著().情绪和时刻交互效应显著().当刺激物呈现在右边时只有时刻效应显著().交互效应和情绪效应都不显著(见图)表 完全打乱图片左侧 值组别均值实验组.对照组.注:表示 值在第 时刻的均值 值等于 表示 .表示 .在完全打乱并且目标刺激呈现在左侧的材料中(见表)可以发现在从第四个时段开始实验组和对照组开始表现出显著的差异即在 .之内实验组与对照组在视野中搜索的目标在图片左右侧分部时间没有显著差异从.开始实验组与对照组搜索目标在图片的左右侧分部开始产生显著差异 对照组的注视点较为集中在图像左侧且在图像左侧的注视时间更长 值更大表明实验组在图像左右间的切换更少注视点更偏左 也可以推测在恐惧条件下实验组的视野搜索范围相对于中性情绪的对照组更小图 部分打乱 值表 完全打乱图片右侧 值组别/均值实验组.对照组.注:表示 值在第 时刻的均值 值等于 表示 .表示 .在完全打乱并且目标刺激呈现在右侧的材料中(见表)可以发现在第一时段 .内 值为正值说明被试均从左侧开始搜索这符合中国被试从左到右的阅读习惯 从第三个时段人类工效学 年 月第 卷第 期 .开始实验组和对照组开始表现出显著的差异从.开始实验组与对照组搜索目标在图片的左右侧分部开始产生显著差异 同样表现为恐惧条件下被试的搜索范围在空间上的分布更为狭窄另外由于图片为随机打乱图片能够提供刺激物位置的线索被打乱因此实验组被试可能无法激活特定的驾驶模式使得对刺激物的识别较为困难表 原始图片左侧 值组别/均值实验组.对照组.注:表示 值在第 时刻的均值 值等于 表示 .表示 .在原始图片并且目标刺激出现在左侧的材料中(见表)在.以及.两个时段实验组与对照组的差异显著可以发现在呈现图片不做顺序打乱处理的条件下在第二至四时段以及第六至七时段实验组的注视点相对于对照组更偏右表 原始图片右侧 值组别/均值实验组.对照组.注:表示 值在第 时刻的均值 值等于 表示 .表示 .在原始图片并且目标刺激出现在右侧的材料中(见表)同样发现了第一时段的 值实验组与对照组均为正值即搜索顺序从左到右虽然在图像上同样有着在刺激物出现在右侧的情况下实验组的注视点比对照组更趋中的情况但是在统计上并没有发现显著表 部分打乱左侧 值组别/均值实验组.对照组.注:表示 值在第 时刻的均值 值等于 表示 .表示 .在部分打乱并且目标刺激呈现在左侧的材料中(见表)可以发现实验组与对照组之间差异的显著性较完全打乱与原图条件下更迟在第五至七时段及九至十时段 值差异显著同时实验组的 值更小搜索范围更趋中的现象表 部分打乱右侧 值组别/均值.注:表示 值在第 时刻的均值 值等于 表示 .表示 .在部分打乱并且目标刺激呈现在右侧的材料中(见表)结果与原始图片并且目标刺激出现在右侧的材料相似虽然趋势相同但差异均不显著 讨论本研究探索恐惧情绪对道路元素的视觉搜索模式的眼动证据采用混合设计其中情绪变量是组间变量包括恐惧组和中性组组内变量有人类工效学 年 月第 卷第 期 .图片呈现条件和交通元素 研究结果表明情绪变量在定位道路元素的行为反应时和正确率两个观测指标上没有统计差异而在眼动时间的追踪指标上恐惧和中性情绪在道路元素的视觉搜索中存在差异表现在恐惧组视觉搜索更加窄化 此外道路图片刺激呈现的不同方式对于视觉搜索产生影响证明了驾驶视觉搜索图式存在 本研究的意义通过特定的眼动时间追踪数据挖掘验证了驾驶图示是受到道路场景预期位置和情绪的影响为安全驾驶领域的研究提供了实证依据具体分析本研究发现上下文预期对交通场景中的视觉搜索产生影响表现为对越符合预期的场景(原始道路场景比打乱道路场景符合预期)搜索时间越短、搜索的正确率越高 本研究结果与文献理论研究相一致理论研究认为与知识经验相关的结构性预期能够影响人们的快速场景识别过程而且结构性预期的习得过程也与上下文预期的重复积累紧密相关 交通驾驶经历越丰富对于交通要素的结构性预期也获得重复性积累促成了前置性反馈的快速加工(自下而上)表现在视觉搜索更快从反应时和正确率两个观测指标上看情绪效应没有在预期中出现可能的原因有两种因素第一是诱发后的恐惧情绪持续时间不足以维持到实验结束 有研究表明高兴和悲伤影片能够诱发高兴、悲伤的情绪有效持续时间分别是 和 还有研究发现图片和词语诱发的愉快情绪能够持续至少 悲伤的情绪在诱发之后会随着时间的推移而出现明显下降所以恐惧情绪也有可能在十分钟之内消退本实验开始的时候距离恐惧情绪诱发已经十分钟在进行实验的时候恐惧情绪极有可能已经减弱或者消退了 第二在注意定向研究领域中有学者质疑反应时不是探测注意定向的有效指标他们认为以反应时为指标的结果很可能同时包含了威胁线索对注意和对行为反应输出的影响 因此本研究认为单纯要求驾驶人对不同场景中的道路要素做快速判断的反应时不足以成为检验驾驶人视觉搜索的有力证据为此本研究采集眼动数据并进一步探索不同时间窗口下驾驶视觉搜索道路场景交通要素的差异从眼动数据上看采集首次注视点为观测指标结果发现在驾驶情境下恐惧情绪使得被试对目标刺激的定位也存在比中性情绪的对照组更慢的现象 这个结果和前人对愤怒和中立情绪的研究结果相一致愤怒情绪使得被试对目标刺激的定位更慢 研究者认为消极情绪使人们对无关刺激的抑制能力减弱无法集中于当前任务倾向于在消极情绪的弥漫下进行活动或者认为负面情绪占用了一定的认知资源而出现目标搜索定位的减慢 可以推论驾驶员在驾驶情境中若恐惧情绪被突发事件诱发在这种情况下驾驶员应对接下来突发事件的能力下降反应时将受到恐惧情绪的影响而延长针对三种道路场景图片刺激呈现眼动数据结果发现完全打乱图片的识别慢于部分打乱图片的识别而部分打乱图片的识别又显著慢于正常图片识别 我们认为这是由于完全打乱图中刺激物没有出现在原有预期位置上并且图片中的其他交通要素无法提供上下文线索完全不符合早期形成的驾驶图示因此驾驶人在完全打乱图片中对于刺激物的识别速度最慢对于部分打乱图片来说虽然刺激物在原来预期位置上但是图片其他要素的上下文线索被打乱因此图片中刺激物的识别速度较正常图片更慢相比完全打乱图片更快 这些结果与(年)和(年)的研究结果一致我们采用 值对被试的注意进程进一步分析发现在三种实验处理中完全打乱图片处理条件下恐惧组与对照组在刺激物出现在左侧和右侧的条件下均在第三时段后(.)发现显著差异的现象恐惧组相对于对照组注视点在实验过程中更趋中视野范围更为狭窄即在刺激物出现在右侧时恐惧组注视点相对更趋左而刺激物出现在左侧时实验组注视点相对更趋右 有意思的是在原图以及部分打乱处理的条件下当刺激物出现在左侧时在部分时刻恐惧组与对照组 值差异显著而当刺激物出现在右侧时恐惧组与对照组差异均不显著 我们认为这是由于在原图以及部分打乱条件下刺激物出现在原定预期位置激活了注意前置反馈导致的驾驶注视模式加快了对驾驶道路元素刺激物的搜索 而在完全打乱图像的条件下由于道路元素的上下文线索丢失使得被试需要花费更多时间及认知资源对道路刺激物进行系统搜索采用自上而下的认知加工需要更多的时间 结果与前人研究一致如果对运动刺激出现的时间和地点与预期一致可以提高视觉神经元的可靠性从而更快获取目标人类工效学 年 月第 卷第 期 .总体趋势上看从 值绘制的曲线可以发现无论刺激物出现在左侧还是右侧处在 值的绝对值上在第一时段两组的起点位置相当从第二时段开始实验组均小于对照组当刺激物出现在左侧时两组的搜索起点均在左侧并且随着时间增加向左移动当刺激物出现在右侧时搜索起点均在左侧先向左侧移动后向右侧移动表征被试在进行驾驶视觉搜索时从左侧开始的偏好 该现象也符合驾驶注视空间行为的左侧偏好倾向理论该理论认为个体具有特定的空间左侧偏好特质但是随着个体经验的增长在特殊的驾驶场景中个体形成了一定驾驶图示后驾驶注视行为会依据目标刺激物的呈现而产生前置反馈搜索 小结本研究探索了恐惧情绪对道路元素视觉搜索的眼动证据研究结果验证了本研究的三条假设:驾驶人的恐惧情绪会导致驾驶注视搜索更慢而且搜索范围更窄驾驶人的确存在驾驶图示而且新手驾驶注视搜索有从左到右的趋势本研究结果对于交通驾驶领域有一定的实践意义:驾驶人在驾驶初期缺乏驾驶经验在复杂的道路驾驶环境中容易产生恐慌情绪这种情绪在本实验中被证实会导致驾驶注意视觉搜索过度窄化对于道路环境中其他相关风险刺激物无法快速识别并加工成为新手驾驶人产生交通事故的隐患 本研究可以为驾驶新手培训提供借鉴在对新手驾驶人培训过程中不仅要考虑机车驾驶的操作技能培训还应该提供一套道路驾驶过程中的自我情绪调整方案模拟仿真各种道路环境下的恐慌情绪的应对措施优化新手驾驶人的情绪调节响应“道路千万条生命只一条”的交通安全倡议尽管研究获得一定的结论但不可缺少的存在局限性首先研究被试的选择是在大学生群体驾驶经验明显不足作为驾驶新手他们的驾驶图示尚处于构建阶段未来研究应该考虑增加职业驾驶员群体参与比较研究其次实验过程中的恐惧情绪唤醒设置不足以保持到实验结束应该采用更多形式来唤醒并保持参与人的恐惧情绪比如设置恐惧场景的环境作为实验背景等第三实验参与人没有区分性别因素有研究表明驾驶过程中驾驶人的性别因素是导致驾驶行为差异的重要因素未来研究需要考虑性别分类参考文献 .:.():.:.():.():.:.():.:.():.():.():.():.孙雨生张智君吴彬星.上下文预期在快速场景识别中的作用 .心理学报():.:.:():.:():.():.():.(下转第 页)人类工效学 年 月第 卷第 期 .院药学杂志():.:.():.王春枝斯琴.德尔菲法中的数据统计处理方法及其应用研究.内蒙古财经学院学报(综合版)():.向泽林何奔陈中文等.综合应用德尔菲法和风险矩阵法与 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