心理旋轉(zhuǎn)中的內(nèi)旋效應(yīng)和角度效應(yīng)

心理旋轉(zhuǎn)中的內(nèi)旋效應(yīng)和角度效應(yīng)

1身體旋轉(zhuǎn)加工成功實驗一般規(guī)范以生物為對象的心理旋轉(zhuǎn)操作現(xiàn)在，空間認(rèn)知加工的研究越來越受到重視。視覺意象是空間認(rèn)知加工的一個系統(tǒng)。它可以以各種方式進(jìn)行心理轉(zhuǎn)化，最典型的是基于形象的心理旋轉(zhuǎn)。作為命題表征(propositionalrepresentation)的對立面,心理旋轉(zhuǎn)這種類比表征(analogrepresentation)為空間認(rèn)知加工研究提供了突破口。心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工由Shepard和Metzler提出,當(dāng)要求被試判斷兩個旋轉(zhuǎn)不同角度的物體/圖像(互為鏡像關(guān)系的兩個物體)是否相同時,被試的反應(yīng)時和錯誤率與兩物體旋轉(zhuǎn)角度差之間存在線性函數(shù)關(guān)系。因此,一般認(rèn)為心理旋轉(zhuǎn)視覺圖像如同在現(xiàn)實中操縱真實物體一樣,是同構(gòu)的(isomorphic),即兩個圖形角度差愈大,心理旋轉(zhuǎn)所需的時間也愈長。利用不同的實驗材料,如字母、數(shù)字、無意義多邊形、二維和三維圖形、身體和手腳圖片;不同的實驗范式,如經(jīng)典的“相同―不同”(same-differentjudgment)實驗范式、“等值判斷任務(wù)”(parity-judgmenttask)范式或稱作正像/鏡像辨別任務(wù)范式(normal-mirrordiscriminationtask);甚至不同的感覺通道的研究中,如觸覺表象心理旋轉(zhuǎn),均得出類似結(jié)論。然而,人類視覺系統(tǒng)可以以多種方式編碼和加工表象,既可以以環(huán)境或物體為參照系,也可以以自我為參照系。比如,教練在進(jìn)行“對側(cè)”動作示范時,學(xué)生可以先想象自己的身體或肢體表象,將其旋轉(zhuǎn)至教練的方位,或者先想象教練身體或肢體表象將其旋轉(zhuǎn)至自己的方位,再確定該動作如何做才和教練示范一樣。總的來說,在觀察者和客體都不發(fā)生任何實際位移和運動的情況下,觀察者要想象從另一注視點所能觀察到的客體狀態(tài)時,有兩種旋轉(zhuǎn)策略:一種是觀察者自己保持不動,想象客體或客體中的一部分旋轉(zhuǎn)到新的位置,在這個過程中客體參照系發(fā)生旋轉(zhuǎn),我們稱之為以物體為參照體的心理旋轉(zhuǎn);另一種是客體保持不動,觀察者想象自己旋轉(zhuǎn)或自己身體的某一部位旋轉(zhuǎn)至新的位置,或者說旋轉(zhuǎn)身體圖式(bodyschema)至新的位置,這個過程我們稱之為以自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)。這兩類心理旋轉(zhuǎn)具有許多共同特點,比如,都需要對刺激進(jìn)行編碼、確定刺激物的位置、都需要進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)等。現(xiàn)實生活中的實例和研究表明,人類具有上述兩類心理旋轉(zhuǎn)操作的能力。從現(xiàn)象上來說,這是兩種不同類型的心理旋轉(zhuǎn),然而,自我和物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)是否有行為上的不同,并且這兩類心理旋轉(zhuǎn)是否有各自的生理基礎(chǔ),一直成為近年來的研究熱點。起初,研究者一般使用不同的材料來喚起不同類型的心理旋轉(zhuǎn),認(rèn)為當(dāng)使用人的身體、手腳或工具等圖片作為心理旋轉(zhuǎn)的材料時,往往引起他們稱之為運動表象(Motorimage)加工,或稱自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)加工。Parsons較早利用人軀體圖片作為心理旋轉(zhuǎn)實驗材料,在其實驗中,他要求被試判斷呈現(xiàn)的圖片是左側(cè)軀體還是右側(cè)軀體,結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試的行為數(shù)據(jù)模式與經(jīng)典心理旋轉(zhuǎn)結(jié)果模式有著較大的差異。被試的反應(yīng)時間和旋轉(zhuǎn)的角度雖然也存在著相關(guān),但是,軀體圖片旋轉(zhuǎn)角度如果是人的軀體在現(xiàn)實中越容易做出的姿勢,其反應(yīng)時就越短,反之,則反應(yīng)時越長。這說明對軀體圖片的心理旋轉(zhuǎn)加工受到現(xiàn)實中人體生理機制約束。Parsons系統(tǒng)地研究了人手圖片的心理旋轉(zhuǎn)加工,結(jié)果發(fā)現(xiàn)對人手圖片的心理旋轉(zhuǎn)加工也受到現(xiàn)實中人手的生理機制約束。然而,Kosslyn等人直接比較了人手圖片和三維無意義物體的心理旋轉(zhuǎn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)在人手的心理旋轉(zhuǎn)中,被試的行為數(shù)據(jù)結(jié)果并不支持人手圖片的心理旋轉(zhuǎn)加工受到現(xiàn)實中人手的生理機制約束。在以上兩項研究中,盡管使用的材料是都有人手圖片,然而,使用的實驗范式卻不同,前者是LR范式,而后者是SD范式。我們認(rèn)為上述兩項研究結(jié)果的差異可能是實驗范式的不同導(dǎo)致被試采用不同的旋轉(zhuǎn)策略。總的來說,以往自我和物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)研究,都是期望利用不同的材料來分離,并認(rèn)為自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)主要是由于使用軀體、手圖片等實驗材料而導(dǎo)致的,而使用普通物體,如字母、數(shù)字等材料引起的是物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)。然而,以往研究忽略了即使使用人手、身體照片、工具等材料,被試也可以利用以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略完成實驗任務(wù)。因而,過去的研究很少能夠證實被試究竟是采用自我還是物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略來完成實驗任務(wù)。Zacks等人利用相同的實驗材料(人身體圖片),構(gòu)建不同的實驗任務(wù)(SD任務(wù)和LR任務(wù)),以期通過相同的材料不同的實驗任務(wù)分離出自我和物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)。在SD實驗任務(wù)中期望產(chǎn)生以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)(每次同時呈現(xiàn)兩幅圖片),因為在此任務(wù)中被試需要比較相對于他們自身而言的兩個外在物體,被試無需改變自我參照系。在LR任務(wù)中期望產(chǎn)生以自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)(每次呈現(xiàn)一幅圖片),因為在此任務(wù)中每次只呈現(xiàn)一幅旋轉(zhuǎn)了不同角度的軀體圖片,這是相對于被試自我為參照系的空間位置變化,因而被試可能通過想象自己身體旋轉(zhuǎn)至圖像位置來完成實驗任務(wù)。實驗結(jié)果表明,在SD范式下,被試的行為數(shù)據(jù)結(jié)果與以往結(jié)果一致,即隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大,被試的反應(yīng)時間也越長。但是在LR任務(wù)中,卻發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時并沒有隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大而增長。隨后進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),這兩類心理旋轉(zhuǎn)其反應(yīng)時與空間能力測驗得分的相關(guān)系數(shù)也存在著較大差異。然而,盡管Zacks通過兩種實驗任務(wù)來分離兩類心理旋轉(zhuǎn)是成功的,但是由于其實驗設(shè)計和實驗材料的局限性(二維的人身體線性圖),其結(jié)果差異很可能是由于被試完成兩類實驗任務(wù)時采用多種加工策略而導(dǎo)致的。在SD任務(wù),被試可能采用整體的旋轉(zhuǎn)策略,而在LR任務(wù)中,被試可能利用“特征分析”的策略來完成任務(wù),因而,在SD任務(wù)中出現(xiàn)了心理旋轉(zhuǎn)的標(biāo)志“角度效應(yīng)”,而在LR任務(wù)中卻沒有出現(xiàn)“角度效應(yīng)”。LR任務(wù)中沒有出現(xiàn)角度效應(yīng)可由“注視點獨立理論(Viewpoint-invarianttheory)”來解釋,由于二維人身體線性圖具有明顯的抽象特征、以及其身體線性圖片存在著可能的姿勢與不可能姿勢相互混雜,同時LR任務(wù)中存在直立狀態(tài)的身體圖片,這些均有可能造成被試在LR任務(wù)中更多采用“特征分析”策略完成任務(wù),較少或者不用“旋轉(zhuǎn)策略”,從而使LR任務(wù)中沒有出現(xiàn)角度效應(yīng)。目前,越來越多的證據(jù)表明以自我為參照系和以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)各自有著不同的生理基礎(chǔ),但是,這兩類心理旋轉(zhuǎn)在行為上分離的有力證據(jù)并不多,且兩類參照系心理旋轉(zhuǎn)加工的生理基礎(chǔ)研究往往都混雜著這兩類參照系,即盡管使用的材料是人身體或人手的圖片并不能保證引起的是自我為參照系的心理加工,甚至是兩類參照相互混雜。本研究借鑒Zacks利用同種實驗材料,不同實驗任務(wù)來分離自我與物體為參照系的方法,在實驗設(shè)計和實驗材料上作了進(jìn)一步的改進(jìn)。本研究選擇人手三維模型這一特殊對象作為心理旋轉(zhuǎn)實驗材料。在實驗設(shè)計上將“旋轉(zhuǎn)方向”作為自變量,進(jìn)行分析,期望“旋轉(zhuǎn)方向”而不是“角度效應(yīng)”在兩類不同實驗任務(wù)中存在差異,以此來推論兩類任務(wù)是否真正分離出自我和物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)。兩個實驗人手模型所做姿勢都是人手在現(xiàn)實中可以做出的姿勢。這些改進(jìn)避免了加工方式(整體旋轉(zhuǎn)和特征分析)與旋轉(zhuǎn)方式(自我旋轉(zhuǎn)與物體旋轉(zhuǎn))的交互作用。同時在本研究實驗一的LR任務(wù)中,沒有設(shè)置豎直狀態(tài)手的圖片。這樣可以避免被試記住豎直狀態(tài)手(0°)的特征,從而避免被試將不同方向手的圖片旋轉(zhuǎn)至直立位置再與短時記憶中豎直狀態(tài)手的表象作類比推理。本研究總的目的在于,采用相同的實驗材料,構(gòu)建不同的實驗任務(wù),通過“旋轉(zhuǎn)方向”在兩類不同實驗任務(wù)中是否存在差異來檢驗兩類任務(wù)是否真正分離出自我和物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn),從而從行為上驗證人手圖片是否具有雙重角色,即在兩種經(jīng)典的心理旋轉(zhuǎn)實驗任務(wù)中使用相同的人手圖片是否可以引發(fā)兩類不同參照系的心理旋轉(zhuǎn)加工。實驗一研究目的在于確定以人手圖片作為心理旋轉(zhuǎn)的材料,構(gòu)建LR任務(wù)是否會引發(fā)被試采用以自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略。實驗一研究的邏輯是:在LR任務(wù)中,如果被試采用自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略,那么被試會想象自己的手旋轉(zhuǎn)到圖像位置,因而旋轉(zhuǎn)加工過程會受到人手生理機制的約束。因此,實驗一應(yīng)引起較強的“內(nèi)旋效應(yīng)”,即旋轉(zhuǎn)不同角度的左右手圖片,識別向自己身體內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)的左右手圖片比識別向身體外側(cè)旋轉(zhuǎn)的左右手圖片既快又準(zhǔn)。實驗二研究目的在于采用與實驗一相同的實驗材料,構(gòu)建SD任務(wù)是否會引發(fā)被試采用以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略。在實驗二的SD任務(wù)中,左側(cè)永遠(yuǎn)是豎直的左右手圖片,而右側(cè)是旋轉(zhuǎn)了不同角度的左右手圖片,被試的任務(wù)是判斷這對圖片是否是同一只手。如果被試采用以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略完成實驗任務(wù),那么被試會想象右側(cè)圖片將其旋轉(zhuǎn)至直立位置,再與左側(cè)圖片比較。由于被試是想象圖片旋轉(zhuǎn)至直立位置,而不是想象自己的手旋轉(zhuǎn)到圖片位置,因而不應(yīng)受到現(xiàn)實中人手生理機制的約束,即在以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)中不應(yīng)存在顯著的“內(nèi)旋效應(yīng)”,即識別向身體內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)的左右手圖片與識別向身體外側(cè)旋轉(zhuǎn)的左右手圖片,它們的反應(yīng)時和正確率沒有顯著差異。2旋轉(zhuǎn)角度的定義實驗一采用經(jīng)典的LR任務(wù)的變式,每次呈現(xiàn)一只在平面上旋轉(zhuǎn)不同角度的左手或右手背側(cè)圖片,讓被試判斷所呈現(xiàn)的圖片是左手還是右手。旋轉(zhuǎn)方向根據(jù)手相對于身體的方向劃分為向內(nèi)旋轉(zhuǎn)(向身體中線方向旋轉(zhuǎn))與向外旋轉(zhuǎn)(偏離身體中線方向旋轉(zhuǎn))。為了消除物體為參照系的影響,防止被試以0°為參照,旋轉(zhuǎn)角度沒有設(shè)置0°(0°定義為與被試操作時空間上平行的角度,即在平面上是直立的)和180°。實驗?zāi)康氖菫榱颂接懺贚R任務(wù)范式條件下,采用手的圖片作為心理旋轉(zhuǎn)材料,被試在左右手判斷時是否受現(xiàn)實中人手生理機制的約束,從而間接地推斷被試采用何種旋轉(zhuǎn)策略完成LR任務(wù)。2.1調(diào)查研究對象23名西南大學(xué)各專業(yè)在校大學(xué)本科生(男11人,女12人)。年齡18~24歲,所有被試的視力正?；虺C正正常,身體健康,右利手。被試均未參加過類似實驗,所有參加實驗的被試均獲得少量報酬。2.2模型建立和實驗過程整個實驗在日光燈保持充分照明的行為實驗室內(nèi)進(jìn)行,實驗采取封閉的小團(tuán)體測試,每個被試一個小房間,每次五個被試同時做。被試坐在距離計算機屏幕75cm處,實驗材料是在計算機屏幕上呈現(xiàn)綠色虛擬的左右手圖片,背景為黑色。所呈現(xiàn)的左手或右手模型的手指形狀如同孔雀指,即大拇指與食指捏在一起,其于三個手指呈豎直狀,形如Seurinck和Vingerhoets研究中使用的手的圖形。左右手分別只呈現(xiàn)背側(cè)圖像,作平面旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的中心是在3Dmax軟件中構(gòu)建手的模型時中確定的重心,以手的中心Z軸分別向左或向右平面旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°。豎立方向的手大小為14cm×8cm,視角約為10.73°。共有圖片12張,左手圖片和右手圖片各6張。所有實驗均在Dell奔Ⅳ計算機上完成,顯示器17英寸,分辨率為800×600,刷新率為75Hz。實驗材料用3DMAX建模繪制,實驗程序用E-Prime1.1編制。2.3左、右旋轉(zhuǎn)角度實驗采用2(左右手圖片)×2(旋轉(zhuǎn)方向)×3(旋轉(zhuǎn)角度)完全被試內(nèi)設(shè)計。3個自變量分別是:(1)左右手圖片:左手圖片,右手圖片;(2)旋轉(zhuǎn)方向:向內(nèi)旋轉(zhuǎn)和向外旋轉(zhuǎn),對于左手來說,順時針旋轉(zhuǎn)0°~180°為向內(nèi)旋轉(zhuǎn),180°~360°為向外旋轉(zhuǎn),對于右手來說,順時針方向0°~180°為向外旋轉(zhuǎn),180°~360°為向內(nèi)旋轉(zhuǎn);(3)旋轉(zhuǎn)角度:45°、90°、135°。因變量為反應(yīng)時和正確率。2.4計算機自動記錄并進(jìn)行實驗實驗流程如圖1所示:(1)首先在黑色的屏幕正中央呈現(xiàn)一個視角約為0.5°的白色“十”字注視點200ms;(2)隨后是一個隨機時間為500~1000ms的黑屏;(3)在屏幕正中央注視點處出現(xiàn)一張旋轉(zhuǎn)不同角度的左手或右手圖片,等待被試反應(yīng),在被試做完反應(yīng)后,呈現(xiàn)800ms的等待時間,然后進(jìn)入下一輪試驗。在整個實驗過程中均要求被試始終把注視點放在屏幕中心的“十”字上。被試的任務(wù)是判斷呈現(xiàn)的圖片是左手還是右手。如果是左手圖片,按“F”鍵,如果是右手圖片,按“J”鍵(見圖1)。計算機自動記錄被試按鍵反應(yīng)正確率和反應(yīng)時。為避免產(chǎn)生Stroop效應(yīng),不對左右手按鍵作平衡。被試首先按指導(dǎo)語練習(xí)24次,接著進(jìn)行正式的實驗。正式實驗分兩組,每組每種條件重復(fù)呈現(xiàn)10次,呈現(xiàn)120張圖片,兩組共240張圖片。每組之間被試休息5分鐘,整個實驗約需要25分鐘。2.5旋轉(zhuǎn)角度主效應(yīng)分析數(shù)據(jù)分析時剔除反應(yīng)時在三個標(biāo)準(zhǔn)差之外的數(shù)據(jù)。左右手圖片,旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度總的平均反應(yīng)時和正確率結(jié)果見下圖2和圖3。對反應(yīng)時進(jìn)行2(左右手圖片)×2(旋轉(zhuǎn)方向)×3(旋轉(zhuǎn)角度)重復(fù)測量方差分析,結(jié)果表明:左右手圖片主效應(yīng)顯著,F(1,22)=33.894,p<0.001,該主效應(yīng)是由于右手圖片的反應(yīng)時短于左手圖片63.42ms;旋轉(zhuǎn)方向主效應(yīng)顯著,F(1,22)=25.68,p<0.001,旋轉(zhuǎn)方向主效應(yīng)顯著是由于內(nèi)旋的反應(yīng)時快于外旋96.651ms;旋轉(zhuǎn)角度主效應(yīng)顯著,F(2,44)=41.108,p<0.001,三個旋轉(zhuǎn)角度反應(yīng)時分別是:45°=629.45ms,90°=693.67ms,135°=766.65ms;交互作用只有旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到顯著性水平,F(2,44)=6.212,p<0.01,其它交互作用均不顯著。對正確率進(jìn)行2(左右手圖片)×2(旋轉(zhuǎn)方向)×3(旋轉(zhuǎn)角度)重復(fù)測量方差分析,結(jié)果表明:旋轉(zhuǎn)方向主效應(yīng)顯著,F(1,22)=10.96,p<0.01;旋轉(zhuǎn)方向主效應(yīng)顯著是由于內(nèi)旋的正確率高于外旋轉(zhuǎn)正確率8.7%;旋轉(zhuǎn)角度主效應(yīng)顯著,F(2,44)=31.79,p<0.001,三個旋轉(zhuǎn)角度正確率分別是:45°=96.5%,90°=93.6%,135°=86%;但左右手圖片正確率主效應(yīng)不顯著,F(1,22)=0.092,p>0.05。左右手圖片和旋轉(zhuǎn)方向、左右手圖片和旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度兩者交互作用,以及左右手圖片、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度三者交互作用均達(dá)到顯著水平。綜合正確率和反應(yīng)時的數(shù)據(jù)來看沒有出現(xiàn)反應(yīng)時與正確率權(quán)衡現(xiàn)象,反應(yīng)時間與正確率的相關(guān)系數(shù)r=-0.045,表明隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大,反應(yīng)時間增長,同時正確率隨之而下降,且內(nèi)旋轉(zhuǎn)比外旋轉(zhuǎn)既快又準(zhǔn)確。反應(yīng)時只存在旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度交互作用顯著,其它交互作用均不顯著,進(jìn)一步的簡單效應(yīng)分析顯示,內(nèi)旋轉(zhuǎn)和外旋轉(zhuǎn)在旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°條件下平均反應(yīng)時均差異顯著(F(1,22)=16.44,p=0.001,F(1,22)=15.97,p=0.001,F(1,22)=25.96,p=0.000),且隨著角度增大,內(nèi)旋轉(zhuǎn)和外旋轉(zhuǎn)反應(yīng)時的差異也增大,左右手圖片在45°條件下,內(nèi)旋轉(zhuǎn)比外旋轉(zhuǎn)快52.818ms,在90°條件下,內(nèi)旋轉(zhuǎn)比外旋轉(zhuǎn)快113.29ms,在135°條件下,內(nèi)旋轉(zhuǎn)比外旋轉(zhuǎn)快123.837ms。由于正確率所有的交互作用均達(dá)到顯著性水平,因此分別對達(dá)到顯著性的交互作用作進(jìn)一步的簡單效應(yīng)分析。對左右手圖片×旋轉(zhuǎn)方向交互作用的簡單效應(yīng)分析表明,在左手圖片條件下,內(nèi)旋與外旋正確率差異接近顯著性水平,F(1,22)=3.93,p=0.06;在右手圖片條件下,內(nèi)旋轉(zhuǎn)和外旋轉(zhuǎn)正確率差異極其顯著,F(1,22)=16.85,p=0.000。結(jié)合圖3可見在左手的條件下內(nèi)旋轉(zhuǎn)與外旋轉(zhuǎn)正確率的差異小于在右手的條件下內(nèi)旋轉(zhuǎn)與外旋轉(zhuǎn)的正確率差異。對左右手圖片×旋轉(zhuǎn)角度交互作用的簡單效應(yīng)分析表明,在旋轉(zhuǎn)角度45°、90°、135°條件下,左右手圖片的正確率差異均不顯著(F(1,22)=4.16,p=0.054;F(1,22)=2.44,p=0.133;F(1,22)=2.64,p=0.118),造成左右手圖片和旋轉(zhuǎn)角度交互作用顯著是由于旋轉(zhuǎn)角度主效應(yīng)引起的。對旋轉(zhuǎn)方向×旋轉(zhuǎn)角度交互作用的簡單效應(yīng)分析顯示,在旋轉(zhuǎn)角度為45°的條件下,內(nèi)旋轉(zhuǎn)和外旋轉(zhuǎn)的正確率差異不顯著,F(1,22)=1.82,p=0.191;而在90°和135°的條件下,內(nèi)旋轉(zhuǎn)和外旋轉(zhuǎn)正確率差異顯著,F(1,22)=7.07,p=0.014,F(1,22)=22.97,p<0.001,隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大,內(nèi)旋轉(zhuǎn)的正確率和外旋轉(zhuǎn)的正確率差異也越來越大(45°時,內(nèi)旋轉(zhuǎn)正確率比外旋轉(zhuǎn)高3.4%,90°時,內(nèi)旋轉(zhuǎn)比外旋轉(zhuǎn)高6.9%,135°時,內(nèi)旋轉(zhuǎn)比外旋轉(zhuǎn)高15.9%)。對左右手圖片×旋轉(zhuǎn)方向×旋轉(zhuǎn)角度三者交互作用的正確率簡單效應(yīng)分析顯示,在左手圖片旋轉(zhuǎn)45°和90°的條件下,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)正確率差異均不顯著,F(1,22)=0.85,p=0.365,F(1,22)=3.85,p=0.062;在左手圖片旋轉(zhuǎn)135°的條件下,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)正確率差異顯著,F(1,22)=6.39,p=0.019。而右手圖片旋轉(zhuǎn)45°下,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)差異不顯著,F(1,22)=3.22,p=0.087,在右手圖片旋轉(zhuǎn)90°和135°的條件下,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)差異顯著,F(1,22)=8.10,p=0.009,F(1,22)=27.53,p<0.01。2.6身體心理旋轉(zhuǎn)的差異從本實驗結(jié)果來看,向內(nèi)旋轉(zhuǎn)與向外旋轉(zhuǎn)的正確率和反應(yīng)時都呈現(xiàn)顯著的差異,旋轉(zhuǎn)方向(即內(nèi)旋和外旋)對左右手判斷影響顯著,存在著顯著的“內(nèi)旋效應(yīng)”,即不管是左手圖片還是右手圖片,識別向內(nèi)旋轉(zhuǎn)(趨向軀體中線)手的圖片比識別向外旋轉(zhuǎn)(偏離軀體中線)手的圖片,其反應(yīng)時和正確率指標(biāo)都顯示出既快又準(zhǔn)(見上圖2、圖3)。“內(nèi)旋效應(yīng)”在已有文獻(xiàn)中很少有報告。之所以產(chǎn)生“內(nèi)旋效應(yīng)”,我們認(rèn)為是由于被試想像自己的手旋轉(zhuǎn)到圖片位置,與現(xiàn)實中手做旋轉(zhuǎn)運動一樣,想象自己手旋轉(zhuǎn)也受到現(xiàn)實中人手生理機制約束,向軀體內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)快于向軀體外側(cè)旋轉(zhuǎn)。此推論也得到了實驗后被試內(nèi)省報告結(jié)果支持,在本實驗任務(wù)中,有19名被試報告自己手在大腦中轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去,只有4名被試報告不知道如何做的(“感覺那個樣子就左手或右手”),沒有被試報告將不同方向的手旋轉(zhuǎn)至直立位置再作判斷。從行為數(shù)據(jù)結(jié)果和內(nèi)省報告結(jié)果可見大部分被試都旋轉(zhuǎn)自己手表象至圖片中手的位置再作判斷。本實驗結(jié)果產(chǎn)生的“內(nèi)旋效應(yīng)”與Parsons等人的研究結(jié)果是一致的,說明被試在完成左右手的識別任務(wù)中,受到自己手影響。此結(jié)果也在其它實驗材料的心理旋轉(zhuǎn)研究中得到間接支持。Petit和Harris研究了現(xiàn)實中生理上可實現(xiàn)的姿勢和現(xiàn)實中生理上不可能實現(xiàn)的姿勢心理旋轉(zhuǎn)差異狀況,盡管在這項研究中,實驗材料的熟悉度沒有控制好,但是其反應(yīng)時結(jié)果也表現(xiàn)出受到現(xiàn)實中人手的生理機制約束或限制,即識別生理上可以實現(xiàn)的姿勢比識別生理上不可能實現(xiàn)的姿勢既快又準(zhǔn)。Fiiorio等人的研究,也發(fā)現(xiàn)在手的心理旋轉(zhuǎn)中,對于左手圖片來說,順時針旋轉(zhuǎn)240°的手的照片識別最難,而對于右手來說,順時針旋轉(zhuǎn)120°的手的照片識別最難。但本研究的結(jié)果與Sauner等人的研究結(jié)果不完全一致,他們研究發(fā)現(xiàn)在只呈現(xiàn)掌心(Palm)圖片的條件下,對左手圖片來說,順時針旋轉(zhuǎn)203°的圖片識別最難,而對于右手掌心圖片來說,順時針旋轉(zhuǎn)157°的圖片識別最難。而在只呈現(xiàn)手背圖片的條件下,沒有出現(xiàn)上述非對稱性結(jié)果。產(chǎn)生差異的原因是在Sauner等人的實驗中,手的圖片正面、背面都是隨機呈現(xiàn)的,出現(xiàn)了Stroop效應(yīng),同時被試需要用自己腳按鍵,干擾了被試想像自己手的運動。本實驗結(jié)果也出現(xiàn)了角度效應(yīng),與大多數(shù)以普通物體為材料的心理旋轉(zhuǎn)研究結(jié)果一樣,隨著角度的增加需要的反應(yīng)時間也越長,正確率也越低,這表明被試有心理旋轉(zhuǎn)加工的過程。然而,當(dāng)采用手等圖片作為心理旋轉(zhuǎn)的材料時,并非總是出現(xiàn)角度效應(yīng),如Parsons在研究中發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)角度與反應(yīng)時之間較強的線性函數(shù)關(guān)系。而Zack采用身體圖片構(gòu)建“左右判斷”任務(wù),并沒有發(fā)現(xiàn)隨著角度的增大需要更長的反應(yīng)時。各個實驗結(jié)果不一致的原因可能是由于不同的實驗材料導(dǎo)致被試采用不同的加工策略。在心理旋轉(zhuǎn)加工中,存在著兩種策略,一種是整體旋轉(zhuǎn)或部分旋轉(zhuǎn)策略,另一種是特征分析。由于使用材料的不同,在Parsons的實驗中,被試可能采用基于“整體的旋轉(zhuǎn)策略”完成實驗任務(wù),而在Zack的實驗中,被試可能采用“基于特征分析策略”完成實驗任務(wù)。然而,對于本實驗產(chǎn)生的“內(nèi)旋效應(yīng)”可能有另一種解釋。因為,根據(jù)已有文獻(xiàn)研究表明手、工具、身體等作為心理旋轉(zhuǎn)的材料時,被試采用以自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略完成實驗任務(wù)。因此,“內(nèi)旋效應(yīng)”可能是由于使用了人手圖片作為心理旋轉(zhuǎn)材料而引起的,與LR心理旋轉(zhuǎn)加工實驗范式無關(guān)。對于產(chǎn)生顯著的內(nèi)旋效應(yīng)是否與實驗任務(wù)本身有聯(lián)系,實驗一無法驗證,因而也就無法驗證人手等圖片具有雙重角色。實驗二利用同樣的實驗材料,構(gòu)建SD心理旋轉(zhuǎn)加工實驗范式,探討在此種實驗任務(wù)條件下,是否同樣會引起“內(nèi)旋效應(yīng)”,從而間接推斷在SD實驗任務(wù)中,被試是采用自我還是物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略完成實驗任務(wù)。3內(nèi)旋效應(yīng)與實驗任務(wù)的關(guān)系實驗一的結(jié)果表現(xiàn)出顯著的內(nèi)旋效應(yīng),表明被試在完成LR任務(wù)時受到了現(xiàn)實中人手生理機制的約束,被試想象自己手旋轉(zhuǎn)至圖像位置,以自我為參照系的旋轉(zhuǎn)策略完成實驗任務(wù)。然而,造成顯著的內(nèi)旋效應(yīng)是否與實驗任務(wù)本身有聯(lián)系,實驗一無法說明這個問題。因此,實驗二采用與實驗一相同實驗材料,構(gòu)建經(jīng)典的SD實驗范式的變式,左側(cè)永遠(yuǎn)是豎直方向的左右手圖片(標(biāo)準(zhǔn)刺激),右側(cè)是旋轉(zhuǎn)不同角度的左右手圖片(比較刺激),以此探討被試在完成此任務(wù)時,是否也受到現(xiàn)實中人手生理機制的約束,即被試是否采用同樣的旋轉(zhuǎn)策略來完成實驗二任務(wù)。3.1測試對象同實驗一,被試完成實驗一后,間隔一天,完成實驗二任務(wù)。3.2設(shè)備和材料實驗材料和儀器同實驗一。3.3左、右照片比較刺激的類型采用4因素被試內(nèi)設(shè)計,2(匹配狀況)×2(左右手圖片)×2(旋轉(zhuǎn)方向)×3(角度)。4個自變量分別是:(1)匹配狀況:匹配,即左側(cè)和右側(cè)圖片是同一只手的圖片;不匹配,即左側(cè)和右側(cè)圖片不是同一只手圖片。(2)左右手圖片:即右側(cè)呈現(xiàn)的比較刺激是左手圖片或右手圖片。(3)旋轉(zhuǎn)方向:右側(cè)呈現(xiàn)的比較刺激是旋轉(zhuǎn)不同角度的左手或右手圖片,分兩個水平:向內(nèi)旋轉(zhuǎn),向外旋轉(zhuǎn)。對于左手圖片來說,順時針方向0°~180°為向內(nèi)旋轉(zhuǎn),180°~360°為向外旋轉(zhuǎn),對于右手圖片來說,順時針方向0°~180°為向外旋轉(zhuǎn),180°~360°為向內(nèi)旋轉(zhuǎn);(4)旋轉(zhuǎn)角度:比較刺激向內(nèi)或向外旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°。因變量為反應(yīng)時和正確率。每次同時呈現(xiàn)兩張圖片,左側(cè)呈現(xiàn)的手的圖片永遠(yuǎn)是直立方向,而右側(cè)是旋轉(zhuǎn)了不同角度的左手或右手圖片。3.4正式實驗的確定實驗程序大致如下:被試坐在計算機前。頭部與屏幕相距約75cm。在每次實驗測試開始時,首先,屏幕中央出現(xiàn)一個白色的十字形注視點“+”(200ms),隨后再呈現(xiàn)500~1000ms的黑屏。黑屏結(jié)束呈現(xiàn)兩張手的圖片,左側(cè)永遠(yuǎn)是豎直的左手或右手圖片,右側(cè)是旋轉(zhuǎn)了不同角度左手或右手圖片,右側(cè)圖片在平面內(nèi)以順時針和逆時針方向分別旋轉(zhuǎn)了45°、90°、135°。刺激呈現(xiàn)后要求被試在保證正確的前提下,盡快做出反應(yīng)。當(dāng)右側(cè)圖像與左側(cè)圖像相同時,即呈現(xiàn)的兩張圖片同是左手或右手,被試右手按“M”鍵,當(dāng)右側(cè)圖像與左側(cè)圖像不是同一只手,被試左手按“V”鍵。在正式實驗之前進(jìn)行練習(xí),每位被試經(jīng)過6min,48次練習(xí)后進(jìn)入正式實驗。正式實驗分為2個組。每組共有120次試驗,共進(jìn)行240次,每種條件重復(fù)10次。每組之間被試休息3min。3.5旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向?qū)换プ饔玫挠绊憯?shù)據(jù)分析時剔除了反應(yīng)時在三個標(biāo)準(zhǔn)之外的數(shù)據(jù)。匹配狀況、左右手圖片、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度總的平均反應(yīng)時和正確率結(jié)果見圖4和圖5。對反應(yīng)時進(jìn)行2(匹配狀況)×2(左右手圖片)×2(旋轉(zhuǎn)方向)×3(角度)四因素重復(fù)測量方差分析,結(jié)果表明:匹配狀況主效應(yīng)顯著,F(1,22)=28.08,p<0.001,匹配狀況主效應(yīng)顯著是由于匹配條件的反應(yīng)時快于不匹配條件下的反應(yīng)時126.205ms。左右手圖片主效應(yīng)顯著,F(1,22)=19.43,p<0.001,右手圖片的反應(yīng)時快于左手圖片反應(yīng)時126.38ms。旋轉(zhuǎn)方向主效應(yīng)沒有達(dá)到顯著性,F(1,22)=1.68,p=0.209。旋轉(zhuǎn)角度主效應(yīng)顯著,F(2,44)=77.18,p<0.001。三個角度反應(yīng)時分別是:45°為850.164ms,90°為995.927ms,135°為1160.068ms,配對比較檢驗發(fā)現(xiàn),45°、90°、135°三個旋轉(zhuǎn)角度兩兩之間均達(dá)到顯著性水平。交互作用只有匹配狀況×左右手圖片達(dá)到顯著性水平,F(1,22)=10.03,p<0.01,其它交互作用均不顯著。對正確率進(jìn)行2(匹配狀況)×2(左右手圖片)×2(旋轉(zhuǎn)方向)×3(角度)四因素重復(fù)測量方差分析,結(jié)果表明:旋轉(zhuǎn)角度主效應(yīng)顯著,F(2,22)=5.32,p<0.01。三個角度正確率分別是:45°為91.1%,90°為91.2%,135°為85.4%,配對比較分析顯示旋轉(zhuǎn)45°與旋轉(zhuǎn)90°正確率差異不顯著(p=0.915),旋轉(zhuǎn)45°與旋轉(zhuǎn)135°正確率差異顯著(p=0.049),旋轉(zhuǎn)90°與旋轉(zhuǎn)135°正確率差異顯著(p=0.001)。旋轉(zhuǎn)方向主效應(yīng)不顯著,F(1,22)=1.34,p=0.259,其余主效應(yīng)也均不顯著。匹配狀況×左右手圖片交互作用顯著,F(1,22)=6.82,p<0.05,其余所有交互作用均不顯著。綜合正確率和反應(yīng)時數(shù)據(jù)來看,沒有出現(xiàn)反應(yīng)時與正確率權(quán)衡現(xiàn)象,兩者相關(guān)系數(shù)r=-0.023,表明隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大,反應(yīng)時間增長,而正確率卻隨之下降。由于匹配狀況和左右手圖片不管是反應(yīng)時還是正確率均存在顯著的交互作用,而其它所有的交互作用均不顯著,所以我們對匹配狀況和左右手圖片交互作用的正確率和反應(yīng)時做進(jìn)一步的簡單效應(yīng)分析。結(jié)果表明,在匹配條件下,左手和右手圖片的反應(yīng)時差異達(dá)到顯著性水平,F(1,22)=31.45,p<0.001;在不匹配的條件下,左手和右手圖片的反應(yīng)時差異也達(dá)到顯著性水平,F(1,22)=6.29,p=0.02。只是在匹配的條件下,左右手圖片的反應(yīng)時差異要大于在不匹配條件下左右手圖片的反應(yīng)時。正確率交互作用的簡單效應(yīng)分析結(jié)果表明,在匹配條件下,左手和右手圖片的正確率差異達(dá)到顯著性水平,F(1,22)=8.30,p=0.009;在不匹配的條件下,左手和右手圖片的正確率差異沒有達(dá)到顯著性水平,F(1,22)=1.58,p=0.222。這說明造成匹配狀況和左右手圖片正確率交互作用顯著主要是由于在匹配狀況下,左右手圖片識別正確率差異顯著引起的。3.6旋轉(zhuǎn)角度對被試心理旋轉(zhuǎn)的影響從實驗二的結(jié)果來看,向內(nèi)旋轉(zhuǎn)與向外旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)時和正確率幾乎重合(見圖4、圖5),即旋轉(zhuǎn)方向(內(nèi)旋和外旋)主效應(yīng)不顯著,且與旋轉(zhuǎn)方向的所有交互作用也均不顯著,不存在“內(nèi)旋效應(yīng)”。不管是左手圖片還是右手圖片、正確率還是反應(yīng)時,內(nèi)旋轉(zhuǎn)與外旋轉(zhuǎn)均沒有顯著差異,這說明在此實驗任務(wù)條件下,被試完成任務(wù)時,沒有受到現(xiàn)實中左右手生理機制的約束。此實驗結(jié)果與Kosslyn等人的研究結(jié)果相一致,在其研究中,盡管使用的材料是左右手圖片,但被試只把左右手圖片當(dāng)作外部物體,采用以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略完成實驗任務(wù)。對于旋轉(zhuǎn)角度來說,與大多數(shù)以手或物體為材料的心理旋轉(zhuǎn)研究結(jié)果一致,隨著旋轉(zhuǎn)角度增加,需要更長的反應(yīng)時間,正確率也越低,這說明被試進(jìn)行了心理旋轉(zhuǎn)加工。產(chǎn)生此結(jié)果的原因,我們認(rèn)為在SD任務(wù)中,盡管使用的材料是人手的圖片,但被試沒有想象自己的手旋轉(zhuǎn)至圖片中手的位置,被試只是把左右手圖片當(dāng)作外部物體,將其旋轉(zhuǎn)至直立狀態(tài)后,再與左邊的標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較判斷。此間接推理也得到了實驗后被試內(nèi)省報告結(jié)果的支持,在本實驗任務(wù)中,23名被試都報告把另一圖片旋轉(zhuǎn)至直立狀態(tài)再比較,沒有被試報告旋轉(zhuǎn)自己手表象。由于旋轉(zhuǎn)的對象是外部物體,即手的圖片,因而不應(yīng)受到現(xiàn)實中人手的生理機制約束,所以沒有產(chǎn)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。以前研究普遍認(rèn)為,以普通物體作為心理旋轉(zhuǎn)的材料,被試會采用以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略,而以手等材料作為心理旋轉(zhuǎn)加工對象時,被試會采用以自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略。當(dāng)以普通物體作為心理旋轉(zhuǎn)的材料時,這些物體對于被試來說都是外在物體,且物體只是在中心處作旋轉(zhuǎn)而不是在空間內(nèi)做平移,而觀察者在環(huán)境中無需要改變自己的位置,因而無需與內(nèi)在參照系發(fā)生聯(lián)系,因此,其參照系是以物體為中心的。而對手等材料的心理旋轉(zhuǎn)加工,被試可能采用不同的策略,盡管手等材料對于被試來說也是外在物體,但被試表征手等材料后,需要與自身或另外存在的一個標(biāo)準(zhǔn)作比較。因而,在LR任務(wù)中,被試需要與自身作比較,而在SD任務(wù)中,被試只需與提供的標(biāo)準(zhǔn)刺激作比較。從實驗二的結(jié)果來看,盡管采用手的圖片作為心理旋轉(zhuǎn)材料,但是,在經(jīng)典的SD實驗范式下,被試只需要把手圖片的表征與提供的標(biāo)準(zhǔn)刺激作比較,無需要改變自己的狀態(tài),所以并沒有引起被試采用以自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn),采用的卻是以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略,從而支持了手的圖片具有雙重屬性。4被試心理旋轉(zhuǎn)的生理基礎(chǔ)本研究的兩個實驗,都是利用同樣的實驗材料,通過構(gòu)建兩種不同的實驗任務(wù),以內(nèi)旋效應(yīng)存在與否作為指標(biāo),驗證被試是否采用不同的心理旋轉(zhuǎn)策略完成這兩種不同的實驗任務(wù),從兩個實驗的結(jié)果來看支持了最初的假設(shè),人手的圖片作心理旋轉(zhuǎn)材料時具有雙重角色,構(gòu)建不同的心理旋轉(zhuǎn)實驗任務(wù)可引發(fā)不同類型的心理旋轉(zhuǎn)。實驗一的LR任務(wù),不管是正確率還是反應(yīng)時,結(jié)果都出現(xiàn)了較顯著的內(nèi)旋效應(yīng)。說明被試在心理旋轉(zhuǎn)加工時,受到了現(xiàn)實中人手生理機制的約束。無論是左手圖片,還是右手圖片,向軀體內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)比向身體外側(cè)旋轉(zhuǎn)又快又準(zhǔn)。由于所有的被試都是右利手,從結(jié)果來看,對于右手圖片來說,向內(nèi)旋轉(zhuǎn)和向外旋轉(zhuǎn)正確率差異最大,說明旋轉(zhuǎn)方向?qū)Ρ辉嚴(yán)值挠绊懘笥诜抢?。從而進(jìn)一步支持了被試心理旋轉(zhuǎn)加工時是想象自己的手旋轉(zhuǎn)到圖像位置,是自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)。而同樣的實驗材料在實驗二的任務(wù)中卻沒有出現(xiàn)顯著的內(nèi)旋轉(zhuǎn)效應(yīng),表明被試在完成SD任務(wù)時,沒有受到現(xiàn)實中人手的生理機制約束,被試只是把手的圖片當(dāng)作外部物體,將其旋轉(zhuǎn)到標(biāo)準(zhǔn)刺激位置再作判斷,是以物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)。不僅行為數(shù)據(jù)結(jié)果支持了最初的假設(shè),實驗后被試內(nèi)省報告的結(jié)果也支持了最初的假設(shè)。綜合實驗一、二結(jié)果,表明人手的圖片具有雙重屬性,被試在對人手圖片的心理旋轉(zhuǎn)加工過程中,采用心理旋轉(zhuǎn)策略與實驗任務(wù)本身有很大的聯(lián)系。以往文獻(xiàn)關(guān)于自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)腦加工區(qū)域研究,各個研究得出的結(jié)論并不一致。分析產(chǎn)生不一致的原因,其中很重要的原因是盡管這些研究使用的材料都是手、身體等圖片,且聲稱引起的是自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn),但是,這些研究并不一定都喚起被試采用自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)加工策略,甚至是兩類參照系的心理旋轉(zhuǎn)相互混雜。換言之,這些聲稱自我為參照系的生理基礎(chǔ)研究沒有找出可靠的指標(biāo)證實被試確實采用自我為參照系的心理旋轉(zhuǎn)策略完成實驗任務(wù),如Kosslyn等人,Seurinck等人的研究。在他們的研究中,雖然也發(fā)現(xiàn)人手等圖片心理旋轉(zhuǎn)與普通物體的心理旋轉(zhuǎn)腦加工區(qū)域有所不同,但這種差異更有可能是加工策略不同而導(dǎo)致的,而不是旋轉(zhuǎn)策略不同而導(dǎo)致的差異,因為在上述兩項研究中,采用的是SD任務(wù),引起的是物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn),但也可能有自我參照系的心理旋轉(zhuǎn)加工混雜其中。同時兩類參照系的心理旋轉(zhuǎn)加工腦機制存在以下幾種假設(shè),一種可能是這兩類心理旋轉(zhuǎn)是由單一的空間轉(zhuǎn)換系統(tǒng)加工的(asinglespatialtransformationsystem),另一種可能是這兩類不同的心理旋轉(zhuǎn)分別有各自加工機制。兩類心理旋轉(zhuǎn)的腦加工機制一直存在著其單系統(tǒng)模型(unitarymodel)、等級系統(tǒng)模型(hierarchicalmodel)和雙分離模型(double-dissociationmodel)之爭,其中等級系統(tǒng)模型和雙分離模型統(tǒng)稱為多系統(tǒng)模型(multiple-systemsmodels)。然而,從這本實驗的行為數(shù)據(jù)來看,支持的是多系統(tǒng)模型。本研究以“內(nèi)旋效應(yīng)”存在與否,來推論被試采用何種參照系的旋轉(zhuǎn)策略來完成心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)。從結(jié)果來看,使用同樣的實驗材料,分別采用左右手判斷和相同不同判斷任務(wù),分離了兩類心理旋轉(zhuǎn),為今后兩類心理旋轉(zhuǎn)生理基礎(chǔ)的比較研究提供了方法。同時,以往的文獻(xiàn)表明心理旋轉(zhuǎn)能力存著顯著的性別差異,甚至這種差別有其生理基礎(chǔ)。但是心理旋轉(zhuǎn)能力的性別差異受眾多因素影響,例如,心理旋轉(zhuǎn)材料的復(fù)雜度、試驗重復(fù)的次數(shù),且心理旋轉(zhuǎn)能力最大的性別差異發(fā)生在心理旋轉(zhuǎn)測驗上(MentalRotationTest:MRT)等。然而在本研究的兩個實驗中均沒有發(fā)現(xiàn)