注意实验范式

第一节注意的理论和实验
对注意的实验研究一直十分活跃，研究者发展出了各具特色的注意实验研究技术。

心理学中的三大注意理论：过滤器理论、资源限制理论和特征整合理论，就分别建立在这些实验的基础上。

通过这些理论和实验的介绍，可以理解实验心理学研究中理论和实验之间相辅相成的紧密联系。

一、过滤器理论与双耳分听技术
注意的过滤器理论是有关注意机制最易于理解的理论解释，该理论最早是由布罗德本特（Broadbent，1958）提出来的，后来的研究者们又对这个理论进行了补充和发展。

该理论认为，既然注意在行为上的特点就是人们能选择一部分信息进行加工，而忽略其他信息（就像酒会中我们有选择地倾听当前的谈话而忽略其他谈话声），那么，不妨将注意理解为人类信息加工系统中的一个瓶颈或阀门，来自外界的大量信息中只有少量能通过这个瓶颈，注意就像过滤器一样只允许一部分信息通过瓶颈。

为了具体说明过滤器理论，研究者发明了双耳分听技术，这一技术的本质是让被试的双耳同时听见不同的信息。

在双耳分听技术基础上的一系列实验研究，试图对注意过滤器理论的关键问题作出回答，即：注意过滤器对信息进行选择的位置究竟是在感觉阶段、分析阶段还是反应阶段？不同的双耳分听技术实验对这个问题作出了不同的回答，从而又将过滤器理论细分为：早期选择模型、中期选择模型（衰减模型）和晚期选择模型。

（一）早期选择模型
1958年，英国著名心理学家布罗德本特设计了最早的双耳分听实验对注意进行了研究，并据此提出了早期选择模型。

该模型认为，注意瓶颈位于信息加工的早期阶段，以避免中枢系统超载。

在这个瓶颈中作为过滤器的注意对进入的信息加以调节，选择一些信息进入高级分析阶段，其余信息则可能暂存于记忆中，然后迅速衰退。

通过过滤器并进入高级分析水平的信息再接受进一步的加工，从而被识别和存储。

这种过滤器类似于高保真听力设备中的交叉滤波器。

它是按“全或无”方式进行工作的，即接通一个通道的同时关闭所有其他通道。

韦尔福德（Welford，1959）因此称其为单通道模型（如图6－1）。

在这个模型中，过滤器的选择作用不是随机的，只有新异的、较强的和具有生物意义的刺激才易于通过，并最终受到注意。

后来布罗德本特又强调期待的作用，凡为人所期待的信息容易受到注意。

另外，他还进一步指出，该过滤器位于语义分析（知觉）之前。

故而布罗德本特的过滤器模型被称为早期选择模型。

图6－1布罗德本特的单通道过滤器模型
按照早期选择模型，不管有多少通道同时向人的信息加工系统输入信息，在同一时间能够通过注意过滤器的只能是一个通道中的信息。

如果人们必须接收来自多个通道的信息，注意过滤器就只能快速地在各个通道间切换，而这些切换动作必定带来信息输入的不完全。

因此布罗德本特借助双耳分听技术来验证早期选择模型。

所谓双耳分听就是指让被试的双耳同时分别听到两个分离的相互独立的声音，通常用立体声耳机来实现。

在布罗德本特的一个实验中，被试两耳同时听到一定的刺激，例如，左耳—6、2、7，右耳—4、9、3，“6和4”、“2和9”、“7和3”是分别同时出现的。

数字的呈现速度为2个／秒。

要求被试或是以耳朵为单位分别再现，或是以双耳同时接收的信息顺序成对再现，或是随意再现。

结果发现，分别再现的正确率为65%，成对再现的正确率为20%；而随意再现时则被试多采取分别再现。

布罗德本特认为这样的实验结果支持了早期选择模型：每只耳朵都可以看成一个通道，每一个通道的信息都是单独储存的，过滤器允许每个通道的信息单独通过，所以以耳朵为单位的分别再现被优先选择，且其效果也优于通道之间不停转换的成对再现的效果。

后来，彻里（Cherry，1953）和默瑞（Moray，1959）等的实验也分别证明了注意选择的单通道效应。

另外，早期选择模型还得到了电生理学实验的支持，这在后面介绍电生理学的研究方法时会具体介绍。

但是，也有一些实验结果与早期选择模型不相吻合。

牛津大学的两名学生格雷和韦德伯恩（Gray & Wedderburn，1960）发现，当在双耳分听实验中安排一些有意义的材料时，例如，左耳—OB、2、TIVE，DEAR、5、JANE；右耳—6、JEC、9，3、AUNT、4，被试不是按耳朵为单位再现，而多是按意义再现，即从两只耳朵分别接收的音节组成词（objective），或由单词组成一个短语（dear aunt Jane）。

这个结果表明，过滤器可能通过不止一个通道的信息。

由于早期选择模型无法解释此类实验结果，因此有关注意机制的理论不久就被更新了：在新的理论中，尽管注意的功能仍然被比作信息加工系统中的瓶颈，但该瓶颈的位置后移了。

（二）中期选择模型（衰减模型）
特雷斯曼（Treisman，1964）对双耳分听技术进行改进，设计了追随耳实验，并提出了注意的衰减模型。

所谓追随耳实验，其实就是要求被试在双耳分听过程中始终复述某一个耳朵听到的信息，并且忽略所有来自另一耳朵的信息。

这两个耳朵被分别称为“追随耳”和“非追随耳”。

按照早期选择模型，非追随耳信息应当完全被忽略，不可能得到高级的语义加工。

但是追随实验的结果却显示：非追随耳的信息也可以得到高级分析。

由此特雷斯曼认为，过滤器并非依“全或无”的原则工作，而是按衰减方式进行的；不是只允许一个通道（追随耳）的信息通过，而是既允许追随耳的信息通过，也允许非追随耳的信息通过，只是非追随耳的信号受到衰减，强度减弱了。

但若这些减弱的非追随耳信号具有特别的意义（比如自己的名字），具有较低的阈值，那么仍可得到高级加工而被最终识别。

她还提出，影响记忆中各个项目阈限的因素不仅包括上下文、指示语等刺激特点方面的情境因素，还包括个性倾向、项目意义以及熟悉程度等高级分析水平的状态因素。

可见，特雷斯曼与布罗德本特不同，她重视中枢系统的二次选择功能（如见图6－2）。

图6－2特雷斯曼的衰减模型
特雷斯曼设计了一系列实验来验证这个理论。

实验中，当她给被试两耳呈现的材料同为英文小说时，非追随耳的信息可以得到一定的识别；但当给非追随耳呈现的信息为生物化学材料时，则难以识别。

前者是因为追随耳信号所激活的项目使非追随耳的相同或相近项目的阈限降低了。

在英法双语被试的实验中，她再次证明了这个问题。

因为法语差者中只有2%的被试知道非追随耳中的法语信息，而法语好者则为55%。

总之，特雷斯曼的模型强调：（1）信息是大量输入的，这与早期选择模型一致；（2）加工过程是“衰减”式的；（3）过滤器的位置有两个，一为语义分析之前的外周过滤器，一为语义分析之后的中枢过滤器。

可见，特雷斯曼强调了中枢过滤器的作用，因而又被称为中期选择模型。

（三）晚期选择模型
追随耳实验的实验设计遭到了一些有力的批评，例如，实验者要求被试对一个耳朵的信息进行出声复述，而对另一耳朵的信息则不必复述，这种操作本身就将两个通道在实验开始时就置于不公平的地位上。

因此，批评者指出，实验中追随耳和非追随耳在实验结果上的差异很可能是由复述这一额外变量的混淆造成的。

也就是说，注意选择所在的位置可能并不在信息加工的早期，也不在中期，而是在晚期。

这就是晚期选择模型。

晚期选择模型是由多伊奇等（Deutsch & Deutsch，1963）首先提出的。

他们认为，多个输入通道的信息均可进入高级分析水平，得到全部的知觉加工。

信息加工瓶颈位于知觉和工作记忆之间。

因此，注意不在于选择知觉刺激，而在于选择对刺激的反应。

他们设想，中枢的分析结构可以识别一切输入，但输出是按其重要性来安排的，只对重要的刺激反应，而对不重要的刺激则不反应。

此外，这种重要性的安排有赖于长期的倾向、上下文和指示语等，并且其衡量标准还随新刺激的不断输入而变动。

后来，诺曼（Norman，1968，1976）又进一步对此模型进行了修订。

他认为，一些东西之所以未被注意、未被说出，是因为个体一味地注意和反应其他东西，从而使它们在识别之外未得到继续加工（如从记忆中提取等）的缘故。

晚期选择模型由于强调反应的选择，因而又被称为反应选择模型（如见图6－3）。

图6－3多伊奇—诺曼的反应选择模型
晚期选择模型也得到了一些实验的支持。

在哈德威克（Hardwick，1969）的实验中，让被试同时注意双耳，当从右耳或左耳听到随机呈现的靶子词时，要分别作出反应。

结果两耳对靶子词的反应率都超过50%，达到59%～68%，且两耳差异不显著。

1974年，希夫林（Shiffrin）等的实验也支持了此反应选择模型。

总之，这些实验结果都提示，无论是单耳还是双耳都能识别输入的信息，只要所处的条件相同，就能有相同的识别率。

由于晚期选择模型强调输入的所有信息都得到了加工，所以能解释注意分配现象；又由于储存在长时记忆（long-term memory,简称LTM）中的这些项目激活阈值很低，所以也能解释特别有意义的信息易引起人注意的现象。

然而，由于该模型假定所有的输入信息都被中枢加工，所以是不经济的，而且它也无法解释客观存在的早期选择现象。

早期选择
中期选择
晚期选择
图6－4三种模型的信息选择位置
（采自黄希庭，1991）
对注意选择的位点到底是在早期还是在晚期还是有争论的，而中期选择模型则是一个折中的理论，因此要在两类理论中说出哪一个正确，是很困难的任务，因为很可能两者都并不完全正确。

例如，在默瑞（1959）的实验中，要求被试跟随一只耳朵中呈现的信息而忽略另一只耳朵中的信息。

结果被试往往不能记住非追随耳中呈现的信息，但是却可以觉察并记住自己的名字。

晚期选择理论认为这一结果表明注意是在知觉完成之后起作用的，因为非注意信息的语义内容可以影响它是否被记住。

但是，早期选择理论的支持者却认为：人们对熟悉的刺激（如自己的名字）有更低的感觉阈限，结果，对非注意刺激的部分感觉的衰减导致对大多数感觉输入的操作很差，但不会导致对自己名字的操作变差。

可见，对选择位点的研究是有困难的，要真正了解注意阀门在信息加工中的位置，还有赖于实验方法的不断改良。

二、资源限制理论与可证伪标准
资源限制理论是由卡内曼（1973）最初提出的。

他把注意看做心理资源，认为人的心理资源总量是有限的，注意的有限性不是过滤器作用的结果，而是受到了从事操作的有限心理资源的限制。

注意的功能就是资源分配（因此该理论也称为资源分配理论）。

如果一个任务没有用尽所有的资源，那么注意可以同时指向另外的任务。

后来，诺曼和博布罗（Norman & Bobrow,1975）又通过对资源限制的区分进一步精确化了心理资源的概念。

他们提出了“材料限制”和“资源限制”的划分。

所谓材料限制是指其作业受到任务的低劣质量或不适宜的记忆信息的限制，因而即使分配到较多的资源也不能改善其作业水平。

例如，在强噪音背景下觉察某一特定声音，如果该声音过弱，那么即使分配较多的资源，也是难以觉察的。

而资源限制是指其作业受到所分配资源的限制，一旦得到较多的资源，这种过程便能顺利进行。

因此，两个同时进行的作业，若对资源的总需求量超过中枢能量，就会发生干扰。

这时的两个作业水平受互补原则决定，即一个作业应用的资源增加多少就会使另一个作业可得的资源减少多少（如图6－5）。

图6－5卡内曼的资源限制理论
约翰逊和海因茨（Johnson & Heinz，1979）在双耳分听实验中证明了资源限制理论。

实验中，他们要求被试追随靶子词（不固定在某一只耳朵中出现）。

自变量为靶子词与非靶子词之间的感觉可辨度（高/低）和语义可辨度（高/低）。

因变量为被试对非靶子词的回忆情况。

结果发现，不管语义可辨度的高低，非靶子词回忆的数量，在低感觉可辨度下的多于高感觉可辨度下的。

其原因在于，低感觉可辨度下，非靶子词应用了较多的资源，进行了较深的加工。

资源分配理论为注意的研究提供了方便的术语。

例如，同一个术语既可以用来描述几个刺激之间的资源分配，又可以描述几个任务间的资源分配。

这一理论还可以解释某些特定的不需要有限注意资源的任务，这类任务包括一些似乎不需要注意的任务（如呼吸）和经过一段时间的训练后需要的注意日益减少的任务（如打字）。

此外，这一理论还可以很容易地扩展到包含多重资源库的假设（Navon & Gopher，1979；Wichens，1980）。

就是说，任务A和任务B可能需要一种资源，而任务C和任务D可能需要另一种不同的资源，这导致A和B同时执行或C和D同时执行时的相互干扰，而当A和C同时执行时则不发生干扰。

虽然资源分配理论适用性很强，但批评者仍尖锐地指出它的软肋：有限资源的性质通常是不明确的，这一理论仅仅说明了不同任务组之间共享一个共有的资源到何种程度，而没有探明资源的机制；更严重的一点是，资源分配理论是不能被证伪的，而可证伪性却一向被科学实验研究者奉为科学理论的必备性质之一。

按照资源分配理论，如果两个任务无法在任务作业水平不下降的情况下被同时执行，那么它们需要同一个资源；但如果没有观察到任务作业水平下降，那么它们不需要同一个有限资源。

这样一来，似乎所有注意机制都是资源分配机制，没有哪种数据不能用这种理论来解释。

可见，该理论未达到可证伪的标准。

三、特征整合理论与错觉性结合实验
特征整合理论是由特雷斯曼（1977，1980）提出的。

在解释该理论之前，必须先理解客体和特征这两个概念，特征是某个维量的一个特定值，而客体则是一些特征的结合。

例如，图形和颜色是维量，正方形和蓝色则分别是这两个维量的值，而蓝色正方形是蓝色和正方形这两个特征组成的客体。

那么隶属于同一客体的各个特征是如何结合在一起，使人们正确认识客体的呢？这就是所谓的捆绑问题（the binding problem）。

例如，当呈现一根红色竖直棒和绿色水平棒时，可以知觉到颜色维量上的红色和绿色这两个特征以及空间朝向维量上的竖直和水平这两个特征，它们可以组合成红色竖直棒和绿色水平棒，也可以组合成红色水平棒和绿色竖直棒，那么人是如何作出正确组合（捆绑）的呢？特征整合理论正是对捆绑问题给出了答案──注意的作用是特征正确组合的关键。

特征整合理论认为：在空间知觉中，要借由注意把客体的特征捆绑在一起。

特征整合理论的核心是将客体知觉过程分为两个阶段：一个是前注意阶段；一个是特征整合阶段。

在前注意阶段，知觉对特征进行自动的平行加工，无须注意；而在整合阶段，通过集中注意将诸特征整合为客体，其加工方式是系列的，即对特征和客体的加工是在知觉的不同阶段实现的。

围绕着特征整合理论，特雷斯曼做了大量实验研究。

比如，她的一个视觉搜索实验。

实验时，向被试视觉呈现1～30个不同颜色的字母，要求他们从中搜寻某一特定靶子（客体或特征），同时记录被试的反应时。

结果发现，客体靶子受项目数量的影响很大，项目数越多反应时越长；而特征靶子则几乎不受项目数量的影响。

这个结果证明了特征整合理论，因为特征的加工是平行的，而客体的加工则是系列的，所以前者反应时的变化不及后者大。

特雷斯曼还进行了一系列错觉性结合实验。

所谓错觉性结合是指在不注意的条件下，向被试呈现的不同客体的特征发生彼此交换的现象。

例如，在特雷斯曼的一个字母错觉性实验中，向被试快速呈现一些刺激卡（如图66），要求他们只注意刺激卡两侧的数字，随后，让被试先报告所看到的数字（第一作业），再报告所呈现的字母及其颜色和位置（第二作业）。

结果发现，第一作业正确率达90%以上，第二作业的正确率为52%，并且还出现了字母、颜色和位置之间的错误结合。

这说明发生了不同位置上的特征交换，即错觉性结合。

可知，前注意加工阶段中单个特征是被独立编码的，特征是处于自由漂移状态的。

图6－6字母错觉实验刺激卡
特征整合理论的另一证据，来自于一个由于双侧顶叶受损所致的有着双侧注意缺陷的患者（Robertson，Treisman，Friedman-Hill & Grabowecky，1997）。

当多个目标呈现时，该患者能够准确地报告出所呈现
的那些特征，但当被问及哪些特征属于同一个目标时，他便完全碰运气了。

所以，当目标以一个简单的特
征定义时，他能相对正常地执行搜索任务；但当目标以一组的特征定义时，他就完全失败了。

可见，在缺
乏注意时视觉系统是把目标觉察为毫无联系的一组特征，而这支持了注意的特征捆绑功能。

读者或许会发现，对注意的各种理论解释，都建立在各自的系列实验研究基础之上。

事实上，当研究者进行不同的实验，从各自的角度阐述注意的理论时，其工作本身也在试图回答有关注意的最基本问题──究竟什么是注意？显然，不同的实验过程将对注意给出不同的操作定义，这就是下一节所要讨论的问题。

第二节注意的操作定义
注意到底是什么？詹姆斯在他里程碑式的专著《心理学原理》中为注意下的定义是颇具代表性的：“注意是心理以清晰而又生动的形式对同时存在的若干对象中的某一些，或连续的思维的一种占有。

它的本质
是意识的聚焦和集中。

它意指离开某些事物以便有效地处理其他事物。

”（James，1890，pp．381-382）
这个注意的定义颇为得当，但仍有局限，因为它只从单一的方面定义了注意。

根据这样的定义，我们会很自然地推论，与注意对应的只是一个单一的心理过程。

事实上，注意这一术语在使用中通常有多重含义，在心理学文献中，对“注意”一词的使用也多种多样。

并且，近期的证据也一再显示，多种认知过程
都和注意有关。

因此，在实验研究中，结合不同的情况，注意有几种代表性的操作定义。

一、任务定义注意
从操作上定义注意的首选方法为任务定义注意（task-defined attention）。

下面将简要介绍何为任务定义注意以及使用任务定义注意时的关键问题。

（一）什么是任务定义注意
在任务定义注意中，研究者常常把注意定义为“是否正确地执行了某项任务”。

如图67所示的实验中，不论棒是竖直的还是水平的，如果鸽子在显示红棒时啄键被强化，而在显示绿棒时啄键不被强化，那么经过多次强化之后，鸽子便在红棒呈现时啄键，无红棒时不啄键，而根本不理会棒的方向是竖直的还是水平的。

这时，我们就可以说鸽子注意了棒的颜色而不是棒的方向，因为鸽子正确地区分了红棒和绿棒。

图6－7鸽子啄键实验的示意图
注：在该实验中，不论棒是竖直还是水平的，如果鸽子在显示红棒时啄键则强化（图中用实心条表示），如果鸽子在显示绿棒时啄键则不强化（图中用空心条表示）。

（采自Steven & Shaun，2002）
在这个例子中，注意的概念是以任务定义的。

也就是说，如果被试正确地执行了任务，那么不论正确执行任务需要哪种内部机制，被试都被认为注意了某一刺激而非其他刺激。

我们把这种注意称之为任务定义注意，它是被试在精确执行任务时发生的注意。

更确切地说，我们把任务定义注意确定为：在实验控制条件下，对某些刺激值或刺激维度而非其他刺激值或刺激维度的反应。

当注意以任务来定义时，只要被试根据任务规则对适当的刺激维度作出了反应，就被认为在注意了。

任务定义注意经常用在关心注意的结果而非注意本身的实验中。

例如，在典型的记忆实验中，实验者呈现给被试一组单词，要求他们作出语义判断。

因而，根据任务定义注意的内涵，如果被试正确地进行了语义，那么就可以认为被试注意了语义，这一注意操作对随后的回忆或再认的影响可促使研究者得出某些关于记忆过程的结论。

（二）任务定义注意的关键问题
使用任务定义注意时，经常会发生两种混淆：一种是任务定义注意与注意机制的混淆；另一种是涉及维度的任务定义注意和涉及维度值的任务定义注意的混淆。

1．避免任务定义注意与注意机制的混淆
任务定义注意有时会与注意的机制相混淆。

例如，在一个神经成像的实验中，要求被试观察几列圆点。

在一种条件下，被试必须指出圆点是红的还是绿的，而在另一种条件下，被试则必须指出圆点是向上运动还是向下运动。

如果在前一种条件下，被试以颜色为基础作出反应，而在后一种条件下，被试以运动为基础作出反应，那么就可以说被试在前一种情况中注意了颜色而在后一种情况中注意了运动──这显然是一种任务定义注意。

实验中，研究者通过测量这两种注意条件下被试大脑区域（如V4区和MT区）的神经活性来探明涉及颜色感知和运动感知的大脑区域。

实验结果如图6－8所示，V4区可能在被试注意刺激物颜色的情况下有更高的活性，而MT区则在被试注意运动方向的情况下有更高的活性。

尽管如此，研究者此时不能据此推断，V4区中包含明确的颜色注意机制而MT区中包含明确的运动注意机制；更不能得出结论认为，V4区起辨别颜色的作用而MT区起辨别运动的作用，并且这些辨别过程能由任务指导语来开启或关闭。

实际上，V4和MT区活性的变化，可能只是前期调节区域（如V1区）向这两个区域传送信息的反映而已。

因此，V4和MT区活性的变化只是任务定义注意作用的结果而不是注意的机制。