Psychological Science：空间注意的动态切换不影响客体特征捆绑

俄亥俄州立大学心理系在Psychological Science发文称：即使注意焦点不断转移，客体的不同特征依然能被成功捆绑，其中单一的空间注意焦点在特征捆绑过程中起着至关重要的作用。视觉场景中存在大量客体，每个客体均包含许多特征（例如颜色、形状、纹络），这些特征可以被捆绑为一个有意义的客体。空间注意在特征捆绑过程中起着非常重要的作用，尤其是注意焦点对特征捆绑非常重要。然而，视觉注意往往不是单一、静止的，注意焦点会不断转移。该研究主要探讨当空间注意不断转移时，客体的特征是否能成功捆绑。

实验一主要通过空间提示线索来操纵注意焦点状态：注意焦点维持在某一空间位置（注意维持）、注意焦点从一个位置转移至另一个位置（注意转移）、分离出两个注意焦点（注意分离）。

实验二主要在实验一的基础上，要求被试报告目标刺激的位置。

研究结果表明：注意分离条件下难以有效形成特征捆绑，但在注意转移条件下则能维持特征捆绑。

1、背景

视觉场景中存在大量客体，每个客体均包含许多特征（例如颜色、形状、纹络等），而这些特征可以被整合为一个有意义的客体。空间注意在这种特征整合中起着非常重要的作用，其中精确的注意焦点对客体特征整合尤为重要。

特征捆绑包括非空间特征间的整合（特征-特征捆绑）、以及非空间特征和空间特征的整合（特征-位置捆绑）。特征捆绑失败会损害视知觉过程。当注意资源不足，特征捆绑失败时往往会导致虚假捆绑（illusory conjunctions），例如一个绿色的正方形和红色的圆形会被表征为一个绿色的圆。之前研究发现空间注意单侧缺陷患者报告更多的虚假捆绑，这表明特征整合需要完整的空间视野。还有研究人员发现空间拥挤会导致更大的交换错误，即报告其它位置客体的特征。

一个有关特征捆绑的模型提出：当注意窗口小而精确时，多特征会被整合为一个完整的客体，但是当注意窗口弥散且覆盖多个位置时，各特征可能会被独立编码，特征整合失败。也就说是精确的注意焦点对特征捆绑能否成功十分重要。

然而，视觉注意几乎不会是单一和静止的。在视觉场景中存在多个客体，客体间均有多个特征，且注意是不断转移和脱离的。那么空间注意的动态变化会如何影响客体整合呢？

为了探讨上述问题，该研究主要采用测量知觉特征扭曲的范式来探讨不同空间注意条件下的多特征捆绑。在实验过程中，屏幕上呈现多个不同特征维度的客体，被试需要重新报告目标特征的颜色和朝向（joint-continuous-report paradigm）。实验一主要通过空间提示线索，并对注意焦点状态进行操纵：注意焦点维持在某一空间位置、注意焦点从一个位置转移至另一个位置、分离出两个注意焦点。实验二则主要在实验一的基础上，要求被试报告目标刺激的位置。

2.方法

2.1 被试

实验一共招募23名被试（18-30岁），其中包括11名男性。实验二共招募25名被试（18-21岁），其中包括13名男性。所有被试视力或矫正视力正常，无色盲，色弱，接受课程学分或每小时10美元的报酬，并根据俄亥俄州立大学机构审查委员会提供知情同意书。

2.2 程序

采用Eyelink 1000采集注视点位置，被试距离屏幕的距离为60cm，且对头部位置进行固定。刺激通过基于Matlab的Psychophysics Toolbox进行呈现。屏幕刷新率为85HZ, 分辨率为1280*1280像素。屏幕通过Minolta CS-100色度计对颜色进行校准。

实验1流程如图1a所示，实验共包括注意维持（HoldTrials）、注意转移（Shift Trials）、注意分离（Split Trials）三种条件。

注意维持条件：首先借助眼动实时反馈数据，确定被试有效注视屏幕中央白色注视点达到1000ms后，在四个空间位置中随机呈现一个持续时长为250ms的线索；接着空屏1100ms，然后呈现持续时长为50ms的组合刺激，其包括四种不同颜色和朝向，其中一个刺激为目标刺激（T，始终呈现在线索提示位置），一个为关键非目标刺激（N1，与目标相邻，且落在注意转移条件的第一线索位置或注意分离条件的另一个线索位置），一个为相邻非目标刺激（N2），还有一个对角线非目标刺激（N3）；接着呈现200 ms的掩蔽；随后要求被试报告目标刺激的颜色和朝向；最后屏幕中央同时呈现被试报告以及刺激实际呈现位置（基于眼动反馈），其持续1500ms。

注意转移条件与注意维持基本一致，所不同的是，线索化其中一个位置后，间隔1000 ms再线索化另外一个位置，被试需将注意焦点转移到最新的位置。

注意分离条件与注意维持基本一致，所不同的是，同时线索化2个位置，并需要被试同时注意这两个位置。

实验2流程如图1b所示，实验流程和实验条件与实验1基本一致，所不同的是：一方面使目标刺激的位置出现的情况增加到16种，再者在注意维持，转移阶段要求被试额外报告目标刺激所在位置。

在实验1中，被试需要完成7-10个block注意维持，转移条件混合试次，其中每个条件各包括112-160个试次。此外，还需完成4-5个block注意分离条件试次，包括128-160个试次。实验1对注意维持/转移条件与注意分离条件下的试次呈现顺序进行了平衡处理。

在实验2中，被试需要先完成5-8个block注意维持，转移条件混合试次，其中每个条件包括112-160个试次。紧接着，完成3-4个block注意分离条件试次，其包括96-128个试次。

图1 实验1，2流程

联合特征分析（Joint-feature analyses）

对于每个试次，响应误差为连续探测报告和所提示目标之间的角度偏差，每个特征维度均有不同的范围（θC= 颜色偏差, 范围 = −180° 到 180°; θO= 朝向偏差, 范围 = −90° 到 90°; θL = 位置偏差, 范围= −180° to 180°）。使用混合模型方法（mixture-modeling approach）计算特征捆绑数量。在每个单一特征维度中，被试反应可归为报告目标（T），误报三个非目标（N1, N2, N3）的任意一个，随机猜测（U）中的任意一种。建立颜色和和朝向的分布概率模型，并同时拟合两个特征维度的响应。见表1。

表1 单一特征维度中混合模型反应分布

实验1主要评估了两种联合颜色-朝向的混合模型：全联合模型（the full joint model）：对5种报告类型（T, N1, N2, N3和 U）在颜色和朝向维度上建模，共生成25个模型，29个参数。由于全模型参数过多，为了在被试内层面进行分析，该研究进而对个体数据在简单模型（the simple model）上进行拟合，共生成9个模型，4个参数。见表2。

表2 简单，复杂联合混合模型的反应分布

两种模型的联合特征响应分布为P(­θC,­θO ) =∑mαmPm。其中θC，θO为每种特征维度的响应误差，m为联合颜色-朝向反应组合的数量，αm为每个反应组合的概率。Pm为联合概率密度分布。

采用马尔科夫链蒙特卡洛方法拟合联合特征响应分布。共模拟15,000个后收敛样本，并使用后验分布来计算每个参数的最大似然估计值，以及95％的最高密度区间（HDI）。该研究中，主要对简单模型进行分析：为每个被试、每个试次进行参数估计，接着采用频率显著性测试进行评估。使用Bonferroni方法对多重比较进行校正。

实验2主要评估了颜色、朝向和位置的三重特征混合模型，该模型包括了20种颜色-朝向，位置组合，以及3个参数。该模型的联合特征响应分布为P(­θC,­ θO,θL ) =∑mαmPm。θC，θO，θL为每种特征维度的响应误差，αm为每个反应组合的概率。Pm为联合概率密度分布。见表3。

表3 三重联合混合模型的反应分布

2.3结果

通过对刺激颜色和朝向的探测，来计算不同条件下刺激的多个特征报告错误是否存在相关（捆绑成功）还是无关（捆绑失败）。相关的目标反应 (Correlated Target)代表报告的特征都属于目标刺激的特征。相关的交换反应 (Correlated Swap) 代表报告的特征均属于非目标刺激（N1, N2,N3）的特征。独立错误（Independent Error）代表只报告了目标刺激的一个特征。图2a表示不同反应类型的预测分布，图2b和图2c则为每种注意条件的真实反应的分布。

图2 联合特征空间中颜色-朝向报告。横轴为颜色响应，纵轴为朝向响应。

2.3.1 实验1结果

如图3a所示，与注意维持条件和注意转移条件相比，注意分离条件在相关的目标反应频率上更低。注意分离条件下，颜色报告和朝向报告的标准偏差显著大于其他两种条件，表明当空间注意分离时，被试对特征报告的准确率会出现显著下降。

图3 对两个实验的简单联合模型进行最大似然参数估计

如图3b所示，对三种注意条件（注意维持，转移，分离）和错误报告类型（correlated N1CN1Oswap, independent T*）进行重复测量方差分析，结果发现交互作用显著。进一步简单效应检验发现，注意分离条件的independent T* 错误率显著高于注意维持条件和注意转移条件。而注意转移条件的N1CN1Oswaps错误率显著高于注意维持和注意分离条件。这些结果表明空间注意的动态分离会导致对客体特征捆绑失败（更高的independentT* 错误率）以及空间注意的动态切换有利于维持对客体特征的整体表征（更高的N1CN1O swaps错误）。

为进一步探讨注意转移条件的交换反应错误是否局限于N1CN1O，使用全模型参数来比较所有非目标位置（例如，N1CN1O，N2CN2O，N3CN3O）的交换反应错误。结果发现，在注意转移条件，相比其他两个非目标位置（N2CN2O，N3CN3O），被试更可能将整个特征绑定的客体误报在最开始的线索化位置（N1CN1O）。而在注意维持条件下，被试对三种非目标位置的报告错误差异不显著。这些结果表明在在某些试次中，空间注意尚未从最开始的N1位置转移到正确目标位置上去。如图4所示。

图4 对两个实验的全联合模型进行最大似然参数估计

2.3.2实验2结果

在对颜色和朝向特征的报告中，实验2重复了实验1的结果（如图2，3，4中Experiment 2所示）。

图5a, b 分别代表在注意维持，转移条件下对位置报告的反应分布。对两种注意条件（注意维持，转移）和错误报告类型（N1, N2,N3, U）进行重复测量方差分析，结果发现交互作用显著。进一步简单效应检验发现，在注意转移条件下，相对于位置N2，被试更可能把目标误报为出现在位置N1上。然而，在注意维持条件下，被试没有特定的误报位置偏差。这表明对于位置报告偏差的模式与对非空间特征报告误差的模式相同。进一步分析空间注意缺失（lapses of spatial attention）下的特征捆绑，建立颜色、朝向和位置的三元模型来检测报告刺激的颜色和方向是否被绑定到该刺激的位置上。结果发现当空间注意缺失时，被试仍能正确报告该非目标刺激完全绑定的属性（颜色，方向和位置），这一结果表明即使空间注意错误地将注意转移到非目标位置时，空间注意依然会驱动特征捆绑。

图5 不同特征报告错误

总结：注意的动态转移能维持客体特征的捆绑，而注意的分离则会损害对客体特征的整体表征。单一的空间注意焦点往往能决定能否形成特征捆绑，即使该注意焦点在错误的位置上。在日常生活中，我们需要识别各种物体，而要实现成功辨别则需满足一个重要条件：对客体特征的整体感知。例如，个体可能因对客体特征的错误绑定，把一只蚂蚁的大小与狗的大小搞混了，而狗一般大小的“蚂蚁”是让人难以理解的。

该研究的亮点就在于通过采用眼动实验来向读者呈现了一个非常有趣的结果：空间注意的动态转移其实不会妨碍我们对物体特征进行捆绑，而空间注意的分离才会导致我们对物体特征捆绑失败。这一研究对注意缺陷人群甚至是精神疾病人群都具有非常重要的指导意义。

原文：

Object-Feature Binding Survives Dynamic Shifts of Spatial Attention

EW Dowd, JD Golomb - Psychological science, 2019