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浅析选择性注意与视觉空间工作记忆的交互作用

　　论文摘要：传统上只是从单方面讨论了选择性注意一与视觉空间工作记忆之间的关系，即认为注意选择有限信息以进人工作记忆。近期的一些研究发现，视觉空间工作记忆的内容影响选择性注意的分配，注意选择工作记忆中保持的空间或物体表征，选择性注意对于正确保持空间或物体信息是必需的认知调节。文章最后指出，关于选择性注意与视觉空间工作记忆交互作用的研究为将来进一步揭示基于空间与基于物体的注意选择之间的交互作用关系提供了一个很好的途径。
　　1引言
对于视觉注意所选择的信息表征的类型，目前已得到大量实验证据支持的主要有两种理论观点，即基于空间(space一based)和基于物体((object一based)的视觉注意理论。基于空间的理论模型认为，视觉选择是基于对视野的纯粹的空间表征进行操作的，视觉注意选择的是特定的空间位置，然后才对落在所选空间内的物体进行加工。基于物体的理论模型认为，视觉注意选择的是根据格式塔知觉组织原则对视野的注意前组织而得到的知觉物体(perceptualobjects)，而不管物体所处的空间位置。Ely等(1994)首次在单任务范式下同时确立了基于空间与基于物体的注意，说明这两种注意成分不是完全相互排斥的，而是可以交互作用的方式共同作用于视觉加工过程。后来的一些研究进一步证实了Egly等人的发现，并在单任务范式下初步探索了基于空间与基于物体的视觉选择的交互作用关系。
工作记忆是一个临时保存有限信息的认知系统，其中的信息时刻处于激活状态，以便随时进人其它认知过程。Baddeley(1986)提出了一个着名的工作记忆模型，这个模型包括两个独立的工作记忆系统，即视觉空间(visuospatial)和语音(verbal)工作记忆。后来的研究发现，视觉空间工作记忆又可进一步划分为若干独立的子系统，如空间工作记忆和物体工作记忆的分离等。这种工作记忆结构的分离反映出，在哺乳动物视觉系统中，有两条独立的神经通路以分别加工空间和物体视觉特征，即所谓的“where”系统和“what”系统。
对于选择性注意与视觉空间工作记忆这两个认知系统之间的关系，过去一般只看到它们之间的一个单向联系，即认为注意选择感觉信息以进入工作记忆中，注意对于工作记忆起着闸门控制的作用。然而，近期的一些研究从另一方向揭示了选择性注意与视觉空间工作记忆之间的重要关系，即工作记忆的内容会影响注意的分配，注意选择工作记忆中保持的空间位置或物体。以下从基于空间与基于物体的注意两方面来探讨选择性注意和视觉空间工作记忆之间的上述重要关系。
　　2空间注意与空间工作记忆
　　空间工作记忆对空间注意转移的导向作用
Awh等(1995假设，如果空间选择性注意指向工作记忆所保持的空间位置，那么与非记忆空间相比，对记忆保持空间的视觉加工效率将显着增强。实验中要求被试在空间工作记忆任务的保持阶段完成一个选择反应时任务，其中25%的试验中选择刺激(choicestimulus)的空间位置与记忆保持空间相匹配。实验结果证实了研究者的假设，被试对落在记忆保持空间上的选择刺激的反应时要显着快于对落在非记忆空间上的选择刺激的反应时。尽管如此，Awh等人强调要考虑以下两种可能会导致以上实验结果的情况:记忆线索的呈现可能会引发注意自动指向记忆保持的空间位置，而不管这种注意转移是否有利于空间工作记忆;由于25%的试验中记忆线索可以有效预测选择刺激的空间位置，因此，被试可能会策略性地将注意指向记忆空间以利于完成选择任务。Awh等(1998]设计了一个与Awh等(1995)类似的实验，不同之处只在于将空间工作记忆任务换为字母工作记忆任务(要求被试记住初始记忆线索本身而非其所在的空间位置)。实验结果表明，当要求被试记住记忆线索的身份(identity)而不是其空间位置时，被试对落在记忆保持空间内的选择刺激的反应时不再快于对落在非记忆空间上的选择刺激的反应时，这就排除了上述第一种可能的情况，即证实Awh等(1995)的实验结果不是由于刺激驱动注意捕获所致。此外，由于两个实验中记忆线索和后继选择刺激的空间位置之间的预测关系是相同的(25%的试验中选择刺激的空间位置与记忆保持空间相匹配)，如果Awh等(1995)的实验结果是由于被试策略性注意转移所致，那么Awh等(1998)的实验结果就应该与Awh等(1995)相同。然而事实并非如此，这也就同时排除了上述第二种可能的情况。因此，空间工作记忆中所积极保持的信息才是导致空间选择性注意转移的真正原因，视觉注意选择工作记忆中所保持的空间位置。
　　基于注意的复述效应
既然空间工作记忆的内容会影响基于空间的视觉注意的分配，那么空间注意对于空间工作记忆又有着怎样的功能性作用呢?也就是说，视觉注意选择工作记忆当前所保持的空间位置有何作用?一般认为注意转移是空间工作记忆正确保持空间信息所必需的认知调节，视觉注意选择工作记忆当前保持的空间位置是为了“复述”(rehearse)空间信息以便使之正确保持在工作记忆之中。Awh等人将空间注意对于空间工作记忆的作用类比为言语复述对于语音工作记忆的作用，并称之为基于注意的复述(attention一basedrehearsal)效应或空间复述效应。基于这样的认识，Awh等人假设，如果阻止被试将注意指向于记忆空间，那么记忆准确率将会相应下降。Awh等(1998)利用一个双任务干扰范式来检验上述假设，实验中要求被试在空间工作记忆任务的保持阶段完成一个颜色识别任务。颜色识别任务有两类，一类任务需要被试将注意转移到非记忆空间位置上，而另一类不需要注意转移。实验结果证实了Awh等人的假设，当颜色识别任务需要注意转移到非记忆空间位置上时，空间工作记忆准确性显着受损，这就证明了空间注意对于工作记忆积极保持空间信息起着有益的功能性作用。
　　鉴于空间复述(spatialrehearsal)对于正确保持空间信息是必需的，可以将空间复述看作空间工作记忆的一个子成分。许多关于空间工作记忆和空间选择性注意的神经成像研究发现，空间复述与空间注意具有相似的神经机制，选择性注意任务中所激活的脑区与空间工作记忆中所激活的脑区具有显着的重叠，从而进一步支持了行为实验所揭示的空间选择性注意对于空间工作记忆的功能性作用。Awh等(1999)进行了一项fMRI研究以测量被试在完成空间工作记忆任务时视觉皮层的神经活动。研究者假设，如果空间复述是由于空间选择性注意转移所致，那么空间复述的神经活动应与空间注意的神经活动相同。研究结果证实了这一假设，空间复述确实引发了Awh等人预期的视觉神经活动，被试在记忆空间对侧视觉皮质上的神经活动明显增强，这与以前关于空间注意的神经成像研究结果相似，即被试在注意选择空间对侧视觉皮质上的神经活动明显增强。这就说明空间复述与空间选择性注意在神经机制上具有明显的重叠。另外，有两项ERP研究发现，空间复述神经活动的时间过程与空间注意神经活动的时间过程相似，空间复述与注意选择都出现在视觉加工过程的早期阶段，大概开始于刺激呈现后的100ms。左右，这就进一步证明了空间工作记忆与空间选择性注意具有功能上的重叠。
　　3基于物体的注意与物体工作记忆
Desimon等(1995)提出一个基于物体的注意的不公平竟争模型(biased一competitionmodel)。这个模型认为，在视觉搜索情景中，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。若目标物体与当前工作记忆中所保持的物体表征相同，那么该物体就会取得竞争优势而被视觉注意选择。根据这个不公平竞争模型，Downing(2000)假设，即使没有明显的搜索目标，视场中与工作记忆当前所保持的物体表征相同的物体也会捕获注意。实验要求被试在物体(人脸图片)工作记忆任务的保持阶段完成一个简单的方向辨别任务，方向辨别任务是用来测量基于物体的注意选择的。以前关于选择性注意的研究表明，注意选择某一物体会促进对该物体所在空间上的其他信息的加工。Downing根据这一逻辑证实了其研究假设，被试对落在匹配物体(与工作记忆保持的物体相同)空间位置上的探测刺激的反应时显着快于对落在非匹配物体(新物体)空间位置上的探测刺激的反应时，表明工作记忆保持的物体表征使得注意选择匹配物体而不是新物体。此外，Downing(2000)也通过实验证明了基于物体的注意转移确实是由于工作记忆中所积极保持的物体表征所致，而不是由于知觉启动或被试策略性注意转移所致。尽管目前关于基于物体的注意选择对于视觉工作记忆的功能作用的行为研究还很少，但鉴于注意会选择工作记忆中保持的空间或物体这一研究事实，我们有理由可以这样假设就如空间注意对于工作记忆正确保持空间信息是必需的，基于物体的注意对于视觉工作记忆正确保持物体信息也是必需的，即基于注意的复述效应同样也存在于物体工作记忆之中。Barnes(2001)]研究发现，不同的工作记忆任务对基于物体的注意有着不同的影响。实验中要求被试在完成注意任务(辨别同一物体或分别来自两个不同物体的两个属性)的同时进行一项物体工作记忆任务，或语音工作记忆任务或空间工作记忆任务。结果发现，基于物体的注意只受到物体工作记忆的干扰，而语音和空间工作记忆对基于物体的注意都没有干扰作用。神经成像研究发现，这种选择性干扰作用是因为基于物体的注意只与物体工作记忆具有共同的脑区(左侧顶叶后部)，从而导致两者在认知功能上的重叠，这也说明了基于物体的注意过程对工作记忆正确保持物体信息可能起着有益的功能性作用。
　　4结语
综上所述，视觉空间工作记忆与视觉选择性注意之间存在交互作用，工作记忆的内容会影响选择性注意的导向，即注意选择工作记忆中保持的空间或物体。基于注意的复述效应表明，选择性注意对于视觉空间工作记忆的作用就如言语复述对于语音工作记忆的作用，选择性注意是工作记忆正确保持空间或物体信息所必需的认知调节。作者认为，这方面的研究不仅揭示了选择性注意和视觉空间工作记忆这两大认知系统之间在功能与神经结构上的联系，而且为将来探索基于空间与基于物体的注意选择之间的交互作用机制提供了一个很好的途径。例如，以前都是分别研究空间工作记忆与物体工作记忆对于选择性注意的导向作用，如果能设计一个工作记忆任务要求同时保持空间和物体信息内容，那么按照基于注意的复述效应，视觉注意就会同时选择工作记忆中保持的空间和物体，即在同一实验范式下同时引发出基于空间与基于物体的注意选择，这就为研究两者之间的内在关系的实质提供了必要的条件，然后就可以通过行为测量或神经成像等手段来揭示两种注意成分在视觉过程中的交互作用关系。此外，近年的一些神经成像和行为研究发现，空间工作记忆与物体工作记忆在神经结构和功能上并不是完全相互独立的，而是存在一定程度上的相互重叠。鉴于选择性注意与视觉空间工作记忆之间的上述交互关系，我们也可以从空间与物体工作记忆间的内在关系中发现基于空间与基于物体的注意的交互作用关系。