眼动研究：先验知识对年轻人和老年人主动视觉和记忆的影响

Jordana S. Wynn等人在Journal of Experimental Psychology:General杂志发文，采用眼动方法研究了先验知识对年轻人和老年人主动视觉和记忆的影响。

文献导读：

该研究使用眼动方法来探究先验知识在多大程度上影响老年人的视觉搜索策略，以及这种影响对场景模式不一致（即某个物体并未出现在预先知识所假设的位置，比如厨房的锅应当在灶台上，但是出现在了地板上）记忆的影响。为了解决研究问题，作者设计了年轻人和老年人在真实场景的四个重复搜索模块中搜索位于与模式一致或与模式不一致位置的目标物体的实验任务。

为了区分从生活经验中获得的模式知识和从实验的时间进程中获得的统计规律，作者在每个场景类别（比如厨房）中操纵目标（某个物体）的场景模式一致性（这个物体会出现在该场景中应当出现的位置时具有场景模式一致性）中的新场景，使搜索目标在100%、50%或0%的搜索数目中位于一致的位置。在搜索任务之后，被试执行两个意外的记忆任务，要求他们指出目标物体的位置(位置任务)，并从一系列不同的物体中识别目标物体(物体任务)。考虑到衰老与情景记忆和抑制能力下降以及对先验知识的依赖程度增加有关，作者预测老年人将比年轻人更容易受到目标场景模式不一致的影响。相对于年轻人，老年人应该在不一致的搜索试次中显示出更长的搜索时间，并对与模式一致的区域有更多的观察。在目标不一致的搜索实验中，与模式相关的干扰会导致后续记忆任务的表现较差。

摘要：

日常生活中，我们总是依靠先验知识来预测我们周围的世界，比如在哪里寻找和定位常见的物体。然而，在视觉搜索中同样重要的是在搜索失败时，将会对依靠先验知识的视觉搜索过程进行抑制，这种抑制能力能够使人们在根据先验知识进行的视觉搜索失败时更快速的对目标物体进行重新搜索。

越来越多的证据表明，与年轻人相比，老年人很难回忆起情景记忆并抑制先验知识，即使这些知识会妨碍当前的任务。然而，目前我们对年龄变化对视觉搜索的影响仍然不清楚。

在本研究中，使用眼动方法来研究过度依赖先验知识是否会改变老年人在视觉搜索过程中的注视模式和表现。年轻人和老年人在现实场景中寻找一致或不一致位置的目标物体。实验结果与预期一致，发现被试对在一致位置的目标比在不一致位置的目标检测得更快，这种效果在老年人中增强。对观测到的行为分析显示，先验知识效应在搜索过程中较早出现，并在整个搜索过程中持续存在，老年人相对于年轻人对一致性区域的观看量更大，这表明实时加工模式偏差随着年龄的增长而增加。最后，年轻人和老年人对一致目标的位置和不一致目标的识别能力都表现出记忆增强，在搜索过程中通过模式引导观看，可以预测年轻人在这两项任务中对模式一致目标的记忆较差。研究结果表明，老年人对先验知识的过度依赖对主动视觉和记忆都有影响。

方法

被试

年轻人（YA）：24名，年龄范围18-32。

老年人（OA）：24名，年龄范围63-81。老年人要求在实验前完成Montreal认知评估（蒙特利尔认知评估）。

刺激

刺激来自12个不同室内场景类别的72幅自然场景图。每个场景都包含一个与场景语义相关的目标物体(例如，厨房里的水壶)，其中每一种室内场景类别都有6张包含同一个目标的不同版本（图2B）。选择目标物体是为了让被试根据之前的经验对目标的期望位置有所了解。每个场景都包含了一个与该场景一致和一个不一致的目标物体，其中一致的场景包含的目标物体在一个预期的(一致的)位置，不一致的场景包含目标物体在一个意外的(不一致的)位置(参见图1)。一致和不一致目标的相对位置在同一类别的场景中是一致的。例如，每个一致性厨房的灶台上都有一个目标壶，而每个不一致性厨房的地板上都有一个壶。场景内和场景间的目标在大小和位置上是平衡的。

图1 A.场景一致（茶壶在灶台上）

B.场景不一致（茶壶在地板上）。被试用3秒的时间来搜索和定位目标物体(由方框表示)

图2 记忆测试程序。

A.位置任务：在搜索阶段向被试呈现场景图片，被试通过鼠标点击目标物体的位置。

B.物体任务：在搜索阶段向被试呈现场景图片，被试通过鼠标点击出现的目标物体。

程序

被试先完成了一个重复的视觉搜索任务，然后完成两个意外的记忆任务。在视觉搜索任务中，被试每次对72幅场景图像搜索四次(每个block一次，总共288次)。在实验之前，要求被试在每个场景中寻找指定的目标物体，并在找到目标时按下鼠标。被试被告知他们将有多个机会搜索每个场景，但他们没有被告知他们对这些场景或目标的记忆将被测试。

在每次实验中，被试被要求在1500毫秒内说出实验目标物体的名称(例如水壶)，然后给出相应的场景图像。每个场景给被试3秒钟的时间来定位目标。为了确保不同图像之间的观看时间没有差异，不管目标是否位于屏幕上，每个场景图像都会在屏幕上停留3秒。所有被试在实验开始前完成了6个练习试验，以熟悉任务。这确保被试了解关于目标的一般形状和大小的一般任务要求和期望。

练习图像与实验中使用的场景类别相同，但不出现在实验中。鉴于某些物体有可能以多种形状出现，我们在实验之前就向被试提供了说明，以阐明这些特定物体的预期形状。例如，所有被试都被告知，他们将在办公室场景中搜索家庭电话，而不是手机或旋转式电话；在浴室场景中搜索洗手液而不是肥皂。除了这些指导，在实验过程中，如果被试不确定目标物体应该是什么样子时可以直接提问。场景图像要么是一致的，要么是不一致的，目标物体分别位于一个预期的或意想不到的位置。具有预测性的场景类别(如厨房)，该类别中100%的场景包含目标在相同(一致或不一致)位置。具有非预测性的场景类别中，该类别中100%的场景包含目标在一致或不一致位置，具有相同(50%)的概率。因此，每个场景图像都属于四个条件之一:预测一致、预测不一致、非预测一致和非预测不一致。为了控制特定场景的观看效果，被试之间的条件进行了平衡。此外，场景类别在不同的条件下是平衡的，这样在每种条件下都有相同数量的场景数。

搜索Blocks被分为4段，每段包含24个试次，每个Block总共包含72个试次。每个分段包含来自每个场景类别的两幅图像和来自每个条件的六幅图像。图像在所有Block上以相同的分段呈现，以确保重复之间的延迟在图像上是一致的。图像随机呈现在每个分段和Block内。为了在搜索任务和记忆任务之间施加一个延迟(5分钟)，被试在所有四个搜索块任务之后，在执行记忆任务之前，完成一个包含48张新图像的额外搜索块(填充任务)。

图3 热图反映了年轻人(A)和老年人(B)在一个不一致的位置搜索一个新办公场景(block1)的目标(电话)时的整体注视分布。在这个例子中，桌面作为一致的兴趣区域。注意，在本例中，老年人搜索失败（电话在左下角）。

数据分析

数据清洗：剔除每个被试的错误试次，即参与者不正确地按下鼠标的试次，这些数据被从所有分析中删除(错误试次的平均百分比:YA 2.68,OA 4.51)。在所有其他分析中，搜索失败试验的时间最长为3,000毫秒。在平均得分高于青年组平均水平2.5个标准差的基础上，将一名青年受试者从目标任务的分析中剔除。

统计检验：为了评估搜索任务的性能，作者对搜索时间(ms，目标检测的时间)进行了重复测量ANOVAs (afex package，R语言的包)。作者将搜索成功率、一致区域（感兴趣区）停留时间、一致兴趣区初次观看比例（在一致性兴趣区域结束的初始扫视的比例）和年龄作为被试间因子，将场景的可预测性作为被试内因子。由于作者使用了重复记忆的设计，所以为了更好地从上下文连续的情景记忆中区分出模式记忆，作者对block 1(新的搜索组)中的数据运行了单独的ANOVAs。对block2到block4(重复搜索组块)的数据进行了聚合处理（就是放在一起ANOVAs）。对block1上的目标检测可以使用视觉特征或指导模式的先验知识来完成，而block2 - 4上的搜索还可以从情景记忆指导中获益。作者使用lsmeans工具包进行Bonferroni矫正来完成多重比较的矫正。

结果

搜索任务

新场景搜索 (Block 1)

结果表明，无论是年轻人还是老年人，目标场景模式一致性都帮助视觉搜索的执行。此外，分析观看的结果表明，模式在主动视觉过程中指导眼球运动，通过眼球运动调节搜索表现。场景模式对搜索表现的行为和眼动测量的影响随着年龄的不同而不同，老年人比年轻人更依赖模式。最后，对首次眼跳的分析结果表明，年轻人和老年人的语义信息(在本例中为模式一致性)加工出现在搜索的早期(< 250ms)。

表1 按年龄和Block划分的总成功试次百分比

图4新场景搜索任务结果。

重复搜索 (Blocks 2–4)

重复搜索的结果(block 2-4)表明，即使是在以前看到的不一致的地方（即已经经历过一次这个场景了），老年人继续依赖先验知识寻找目标，而重复可以消除年轻人的模式效应，这说明了，更有效的搜寻指导(即，情景记忆)可能是不可用的，或者只是没有被使用。此外，在两组中，当预测线索先于搜索时，模式效应减弱，这表明上下文指导可以帮助搜索不一致的目标。

图4 重复搜索任务结果

记忆任务

位置记忆任务

位置记忆任务结果表明，老年人对模式的过度依赖对不一致的搜索目标的记忆有不利影响（也就是说，老年人的视觉搜索对先验知识更为依赖，难以在搜索失败时抑制这一过程），而且，可能通过防止先验知识的干扰，将不一致的信息嵌套在预测环境中来保持空间记忆。对年轻人来说，在不一致的搜索试次中，观看模式和位置记忆表现之间有很强的关系(r =0.32, 95% CI [0.01, 0.65]), 这表明，在编码模式-不一致的关联时，不能抑制的先验知识会对后续记忆产生影响。在一致性试次中没有观察到这种效应 (YA: r =-0.29, 95% CI [-0.63, 0.05];OA: r =0.06, 95% CI [-0.30, 0.42]) 老年人进行不一致的试次中也没有这种效应(r =0.28, 95% CI [-0.25, 0.92]).

图6 A.目标位置表现(距离目标中心的像素距离)由年龄和一致性决定。

B.目标位置表现(到目标的距离，以像素为单位)与观测时间中一致性兴趣区的百分比之间（按年龄和一致性）的相关性。

物体记忆任务

平均而言，与处于不一致位置的目标(M=11.164%)相比，处于一致位置的目标(M=15.591%)的观看时间占总观看时间的比例更大。事实上，在不一致的位置观看目标与目标识别表现没有显著相关 r=0.051, p=0.735. 与位置记忆任务的结果相似，在不一致的搜索实验中，模式化的观看与年轻人在目标记忆任务中的表现密切相关 (r=-0.54, 95% CI [-0.80, -0.28]; 图7B), 这表明在搜索过程中对模式的更大依赖对后续记忆有负面影响。这种效应在年轻人的一致性目标 (r=-0.01, 95% CI [-0.44, 0.42])、老年人(r=-0.19, 95% CI [-0.57,0.18])以及老年人中不一致的目标 (r=-0.16, 95%CI [-0.20, 0.54])中不显著。

图7 A.目标对象识别表现(%正确)按年龄和一致性。

B.目标识别表现(正确百分比)与观测时间中一致性兴趣区的百分比之间的相关性（按年龄和一致性）之间的相关性。

总结

视觉搜索中，由于年龄导致的从依赖情景记忆到依赖先验知识的转变，对主动视觉和记忆都产生了即时和持久的影响。未来的工作应该继续探索主动视觉和记忆之间的关系，特别是与健康老化相关的注意力偏差如何调节记忆编码和检索。

原文：

Wynn, J.S., Ryan, J. D., & Moscovitch, M. (2019, July 25). Effects of PriorKnowledge on Active Vision and Memory in Younger and Older Adults. Journalof Experimental Psychology: General. Advance online publication.