延长视觉刺激编码时间有益于视觉记忆
原文作者： Xinyu Li and Zijun Xiong 单位：浙江师范大学
摘要：一般认为视觉工作记忆(VWM)的存储容量是有限的，只能存储3 - 4个项目。然而，最近对真实世界客体的研究，通过提供证据证明真实世界客体的VWM能力不是固定的，而是随着编码时间的延长而增加的，从而挑战了这一观点(Brady, Stouml;rmer，Alvarez，2016)。关键的是，在这项研究中，没有观察到随着编码时间的延长，简单颜色的存储增加。Brady等人(2016)认为，相对于颜色，对真实世界客体的更大容量是由于真实世界客体的额外概念信息。与Brady等人的方法基本相同，在实验1-3中，我们无法复制他们的基本发现。相反，我们发现对简单颜色的视觉记忆也得益于延长编码时间。实验4发现对熟悉对象和不熟悉对象的编码时间效益规模是相同的，说明增加的概念信息对这种效益没有贡献。我们得出结论，无论刺激类型如何，视觉记忆受益于延长编码时间。
关键词：视觉工作记忆； 长时记忆； 编码时间效应；真实世界客体
人类视觉记忆系统，尤其是视觉工作记忆和视觉长时记忆是人类认知的基础。它们的容量非常重要，因为它们与整体认知能力密切相关。基本的观点认为视觉长时记忆的容量非常大，假设可以容纳上千个有无数细节的客体(Brady, Konkle, Alvarez, amp; Oliva, 2008; Konkle, Brady,Alvarez, amp; Oliva, 2010)，然而视觉工作记忆的容量是有限的(e.g., Cowan, 2001)，并且假设在几百毫秒的时间呈现后可以维持3-4个项目(Bays, Gorgoraptis, Wee, Marshall, amp; Husain, 2011; Luck amp;Vogel, 1997)。然而，最近对真实世界客体的研究，通过提供证据证明对真实世界客体的视觉工作记忆容量不是固定的，而是随着编码时间的延长而提高，这对后一种观点提出挑战。(Brady, Stouml;rmer, amp; Alvarez, 2016)。
Brady等人(2016)表明，当编码时间延长时，人们能够记忆真实世界的物体，而在编码简单的刺激(如颜色)时却没有发现这样的好处。他们认为，与简单刺激相比，真实世界的物体有额外的概念信息，这可能与VWM的编码时间效益有关。然而，这种好处也可能仅仅是由于VLTM系统的参与，它具有非常大的容量，并且被认为在编码真实对象中扮演着重要的角色(Brady, Konkle,Oliva, amp; Alvarez, 2009)。
为了研究VLTM的参与，Brady等人(2009)采用电生理记录并测量对侧延迟活动(CDA)。因为CDA振幅随着存储对象的数量而增加，并与个体的记忆容量相关(Vogel amp; Machizawa, 2004)，一般认为CDA提供了VWM中主动存储的神经信号。重要的是，当记忆信息进入视觉长时记忆时，CDA消失了(Carlisle, Arita, Pardo, amp; Woodman, 2011)。Brady等人发现，当观察者被要求记住5种而不是3种真实世界的物体时，CDA振幅增加，而当存储5种而不是3种简单的颜色时，没有发现这种效果。这些发现表明，VWM可以存储三个以上的真实世界对象，而简单颜色的VWM容量被限制在三个。
尽管Brady等人(2016)认为真实世界的对象存储在一个活跃的VWM系统中，但他们并没有排除这些对象也存储在VLTM中的可能性。也就是说，参与者可以同时使用两种不同的记忆系统来在视觉记忆中存储更多的东西。例如,Brady等人(2016)声称“当前的数据不排除现实世界的物体也会导致比简单刺激更好的情景性长期记忆表征的想法(除了在主动工作记忆系统中更好的表征)”(p. 7462)。此外，应该指出的是，Quirk和Vogel(2017)未能复制Brady等人的关键CDA结果(更多的参与者和更多的试验，以增加统计力)。他们在3个和5个真实世界的物体之间没有显示出可靠的差异(Brady et al.，2016年采用了相同的刺激集)。此外，他们未能复制关键的行为发现，而是表明随着编码时间的延长，记忆性能提高了简单的颜色和现实世界的物体。这些在重复基本效应上的失败使得关于在VWM中为真实世界物体提供更多容量的结论不那么令人信服。
Brady等人(2016)认为，延长编码时间的好处在于，与简单的颜色相比，真实世界的物体包含额外的概念信息。然而，与简单的颜色相比，真实世界的物体不仅有额外的概念信息，而且更为复杂。也就是说，它们的感知复杂性可能发挥了作用，尤其是在辨别任务中。对于简单的颜色，被试只根据一个维度进行判断，而对于真实的物体，他们可以根据多个维度(如形状、颜色、纹理、材质)进行比较。尽管之前的研究已经表明，感知复杂性本身只会导致记忆表现不佳(Alvarez amp;amp;Cavanagh, 2004;Awh, Barton,Vogel, 2007)，这可能不是编码时间延长时的情况。也就是说，随着感知的复杂性增加，观察者可能会利用多个维度作为编码和检索真实世界对象的线索，从而带来编码时间延长的好处。
本研究旨在探讨视觉记忆的编码时间效益是否与刺激类型有关。如上所述，与简单的颜色相比，真实世界的物体有额外的概念信息和额外的感知复杂性，这两者都可能有助于提高记忆性能。因此，研究被记忆刺激的知觉复杂性和/或概念信息是否有助于这些益处是很重要的。首先，我们用大致相同的范式重复了Brady等人(2016)的基本发现，在实验中，被试被要求记忆真实世界的物体或简单的颜色，并以不同的编码时间(0.2 s、1s或2s)呈现。我们进一步探讨了编码时间效益对视觉记忆的潜在影响因素，重复了实验1的临界颜色条件。实验4，我们展示了熟悉或不熟悉的真实世界物体，它们具有相同的知觉复杂性，这使我们能够在控制知觉复杂性的同时，研究概念信息在编码时间效益中的作用。
实验1
在本实验中，我们重复了Brady等人(2016) 的主实验，来研究延长编码时间的益处是否只存在于真实世界的物体中，还是也存在于简单的刺激(颜色)中。
方法
被试。从浙江师范大学招收18名视力正常或矫正后视力正常的女性受试者，平均年龄19.7岁。样本量是根据Brady等人(2016)预先确定的。在样本量相对较小的情况下(12)，真实世界物体显著斜率的临界p值已经小于.001。因此，我们在当前和后续的实验中选择了更大的样本量，同时也确保了被试之间的条件能够得到平衡。该程序符合浙江师范大学心理学系科学与伦理评审委员会批准的通用程序。
设备和刺激。在测试过程中，参与者被要求将下巴放在一个与21英寸(约合1.35厘米)距离65厘米的颏托上。灯光昏暗的实验室里的彩色显示器。刺激表示和响应收集由用Python编写的自定义脚本控制。实验材料选用彩色方块和真实物体，以白色背景(122cd /m2)呈现。颜色块（1°*1°）从9种等亮度的颜色中随机选择，沿圆周均匀分布（CIE-LAB），颜色空间（居中于L=70，a=5，b=0，半径为40）。每个图像为真实世界的物体（2°*2°），从在线图像数据库(https://bradylab.ucsd.edu/stimuli.html)中下载，由Brady和他的同事们发明。刺激可以出现在6个位置，沿一个以显示中心为中心、半径为4°的不可见圆的圆周均匀分布。
过程和设计。实验过程与Brady et al.(2016)的实验1完全相同。被试被要求记住一组真实世界的物体或简单的颜色，同时执行一个口头任务(排练两个数字)，以确保视觉记忆被激活，而不是口头记忆(见图1)。首先，两个数字表示1秒，然后是1秒的间隔。然后是六种需要记忆的材料(即颜色方块或真实世界的物体)呈现0.2秒，1s，或者2s。在另一个0.8秒的间隔后，一个回溯线索(即一个粗点)被呈现0.5秒，以指示待探测的项目。在探测显示中，两个项目被显示在探测项目位置的略微上方或下方，参与者被要求通过按“向上箭头”或“向下箭头”键来指出哪个项目在样本显示中显示（即做出[两种选择的被迫选择]判断）。最后，按下键盘上相应的数字键，输入前面显示的两位数字的和。
在对颜色进行测试时，我们选择了一种新颖的探针颜色，这种颜色与原始颜色有明显的区别(定义为两种颜色在CIELAB颜色空间上的距离为180°;参见图2，左面板，为例)，并没有出现在原来的显示。对于真实世界的物体，测试了两个条件: (a)将一个物体与另一个明显不同的物体进行对比测试(例如，一个你见过的苹果与一个背包;请看图2中面板的示例)，(b)一个对象被测试与另一个来自同一类别的范例(例如，一个面包对另一个面包;参见图2右面板中的示例)。因此，采用3(编码时间:0.2 s、1 s、2 s)* 3(探头类型:颜色、对象、细节对象)被试内设计。对于每种编码时间和每种探测类型，参与者在不同的区块进行测试，每个区块包括7个练习试验和33个测试试验。九个区块的顺序在参与者之间是平衡的。
分析。根据Brady等人采用的方法计算N个待记忆项的记忆容量(K)(2016)。假设被试能够正确地回答[两种选项的强迫选择]测试在p(正确百分比)试验。在K/N试验中，他们肯定能记住被测试的项目，或者在（N- K）/N*50%试验中（机会=50%）能够正确猜出答案，当他们不记得测试的项目时。因此，通过简化公式求百分正确率，p=(K/N) (N-K/N)*0.5，容量的计算公式如下:K=N*(2p-1)。
结果
在所有实验中，对数字报告任务的平均准确度没有影响。本任务的所有实验结果在附录中提供。
每种探针类型的平均VWM容量随编码时间的函数如图2所示。重复测量方差分析(ANOVA)的平均容量变量探针类型(颜色、对象和对象的细节)和编码时间(0.2 s、1 s和2 s)表明，编码时间，F(2, 34)=30.96, p=.001, 偏eta;2=.65, 和探测类型, F(2, 34)=6.76, p=.003, 偏eta;2=.29。此外，还观察到显著的交互作用，F(4, 68)=3.96, p=.006, 偏eta;2=.19。事后比较发现，随着颜色编码时间的延长，VWM的平均容量增加，F(2, 34)=24.66, p=.001, 偏eta;2=.59；关于客体，F(2, 34)=25.42, p=.001, 偏eta;2=.6；关于有细节的客体，F(2, 34)=4.55, p=.018, 偏eta;2=.21。
我们还利用线性斜率来量化编码时间效益的系统过程。随后的计划比较表明，颜色的斜率(0.95)和物体的斜率(1.05)差异无统计学意义，t(17)=0.57, p=.565, d=0.16, 但细节物体的斜率(0.45)比颜色的斜率要小，t(17)=3.56, p=.002, d=0.81,对于物体来说，t(17)=3.0, p=.008, d=0.89。
讨论
我们关于真实世界物体和物体细节的发现完美地重复了Brady等人(2016)的实验1的发现。然而，虽然Brady等人没有观察到简单颜色的编码时间效益，但我们的结果明确显示了这种效应(参见 Quirk amp; Vogel, 2017)。事实上，在编码时间效益方面，现实世界的物体和简单的颜色之间没有可靠的差异，这表明无论刺激类型如何，延长编码时间都有利于视觉记忆。
为了确保当前的重复失败不是偶然的，我们试图重复实验2和3中的结果。此外，我们还观察到另一个有趣的发现，即在包含细节的客体条件下，编码时间的好处减少了。有人可能会说，这种减少是因为更多的细节需要编码到视觉记忆中。由于编码时间的延长,在每种情况下,一个高精确度的记忆表征已经形成，然而在物体包含细节的条件下，产生的记忆表征比没有细节条件下精确度更低，因为细节需要更多编码。但是，应该注意的是，在这两种情况下，用于编码的物体的细节是相同的。两种条件的唯一区别是，在检索细节条件下的物体时，需要比物体条件下更高精确度的记忆表征来进行判断。因此，我们认为，在这两种条件下，原始编码时间效益的规模是相同的，但当任务需要高精确表征时，在包含细节的物体条件下检索时，效益会降低。在实验2和实验3中，我们考察了检索过程中的任务需求是否对编码时间效益的降低有影响。
实验2
为了重复的目的，在一种情况下，我们采用了两个颜色探针之间相同的差值(即CIELAB颜色空间180°差)如实验1所示；在另一种情况下，我们减小了两个颜色探针之间的差异(即20°)，强迫被试在辨别任务中使用高精确度表征来做出判断。然而，我们使用了与“重复”条件相同的颜色集，以确保被试编码相同的颜色。因此，在这个实验中，需要编码的内容是一样的;唯一的区别是，在一种情况下，任务只要求相对较低的精确度，而在另一种情况下，要求较高的精确度。
方法
18名新被试(两名男性;平均年龄:20.4岁)。实验1的任务过程与实验1相同，但被试只需要记忆一组具有不同探针差异的简单颜色(180°和20°)。180°差定义为距离两探针颜色之间的CIELAB颜色空间为180
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