工作记忆中的注意焦点转换：更新和背景存取过程

Advances in Psychology 心理学进展, 2020, 10(4), 455-464

Published Online April 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ap https://doi.org/10.12677/ap.2020.104057

Switching of the Focus of Attention in Working Memory: Processes of Updating and Context Access

Yunjia Zheng1, Gengdan Hu2*

12

Received: Mar. 12th, 2020; accepted: Apr. 15th, 2020; published: Apr. 22nd, 2020

Department of Applied Psychology, Guangdong University of Finance, Guangzhou Guangdong Department of Psychology, Tongji University, Shanghai

Abstract

The study investigated processes of updating and context access in switching of the focus of atten-tion in working memory. Two experiments required participants to apply successive operations to three digits in working memory. Experiment 1 consisted of two operating sequences. In “retrieval and updating sequence”, participants had to retrieve one of three digits, and update this digit. “Retrieval sequence” only required participants to retrieve the digits, but without the requirement to update the digits. Results showed that switching costs were larger in “retrieval and updating sequence” than in “retrieval sequence”. Experiment 2 required participants to use the results of equations to replace one of three digits, and two operating conditions were consisted. The results of equations were the same as the digits it replaced for “non-updating condition”, and different for “updating condition”. Results showed that switching costs were larger in “updating condition” than in “non-updating condition”, and switching costs were significant in “non-updating condition”, in which only context access was included. The present results demonstrated that processes of updating and context access were involved in switching of the focus of attention.

Keywords

Working Memory, Switching of the Focus of Attention, Updating, Context Access

工作记忆中的注意焦点转换：更新和背景存取过程

郑允佳1，胡耿丹2*

*通讯作者。

文章引用: 郑允佳, 胡耿丹(2020). 工作记忆中的注意焦点转换: 更新和背景存取过程. 心理学进展, 10(4), 455-464. DOI: 10.12677/ap.2020.104057

郑允佳，胡耿丹

12

广东金融学院应用心理学系，广东 广州 同济大学心理学系，上海

收稿日期：2020年3月12日；录用日期：2020年4月15日；发布日期：2020年4月22日

摘 要

本文考察工作记忆中注意焦点转换的更新和背景存取过程。两个实验要求被试在工作记忆中暂时储存三个数字，并对这三个数字进行一系列运算。实验1设置两种运算序列：“提取且更新序列”要求被试每次提取三个数字中的一个，并对这一数字进行更新；“提取序列”只要求被试提取数字，而无需对数字更新。结果显示，“提取且更新序列”中的转换代价大于“提取序列”中的转换代价。实验2要求被试每次使用一个算式的结果替代三个数字中的一个，并设置两种运算条件：在“更新条件”下，算式的结果与被替代的数字不同；在“非更新条件”下，算式的结果与被替代的数字相同。结果显示，“更新条件”下的转换代价大于“非更新条件”下的转换代价；在“非更新条件”下，注意焦点只需在背景位置之间转换，也存在显著的转换代价。两个实验的结果说明，注意焦点转换包括更新和背景存取过程。

关键词

工作记忆，注意焦点转换，更新，背景存取

Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Open Access

1. 引言

一种被广泛接受的观点认为，在工作记忆中存在一个信息加工的核心机制——注意焦点(focus of at-tention)，注意焦点在任一时刻只能指向一个工作记忆项目进行加工(Garavan, 1998; Oberauer, 2002)。因此，当需要连续对多个项目加工时，就需要注意焦点在这些项目之间转换。考察注意焦点转换现象对于理解工作记忆的内在机制具有重要的意义。例如，近年来一种新的工作记忆模型——同中心模型(the concentric model)将注意焦点作为其核心概念之一(Oberauer, 2002; Oberauer & Hein, 2012; Oberauer, Souza, Druey, & Gade, 2013; Oberauer & Lin, 2017)。

记忆更新任务是考察注意焦点转换现象的经典范式。Garavan (1998)最早采用这一范式考察注意焦点转换现象。实验要求被试为两种图形(三角形和矩形)分别保持一个数字(项目)，然后对这两个数字进行一系列更新运算，每次只对其中一个数字运算。实验设置两种刺激类型，即当注意焦点对一种图形的数字更新后，下一次仍然对这一图形的数字更新(项目重复类型)；或者对另一种图形的数字更新(项目转换类型)。结果发现，项目转换类型的反应时长于项目重复类型的反应时，这种反应时之差被称为转换代价。近年来，研究者采用记忆更新任务及其变式，以转换代价为指标，从多角度考察了注意焦点转换现象(Basak & Verhaeghen, 2011; Berti, 2016; Frenken & Berti, 2018; Janczyk, 2017; Lendinez, Pelegrina, & Le-chuga, 2015; Linares & Pelegrina, 2018; Stewart, Hunter, & Rhodes, 2019; Verhaeghen, Geigerman, Yang, Montoya, & Rahnev, 2019)。

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注意焦点转换中的认知过程是一个基本的问题。上述诸多研究认为，转换代价仅仅反映了注意焦点在项目之间转换这样一种简单的过程。根据这种观点，在项目重复类型中，注意焦点连续两次指向同一个项目；但在项目转换类型中，注意焦点需要从一个项目转换到另一个项目，而转换代价与这种转换过程有关。但在记忆更新任务中，转换代价还可能受到另外两种认知过程的影响。

第一种为更新过程。在记忆更新任务中，当注意焦点在两个项目之间转换时，还需要对两个项目更新，那么这种更新过程是否影响注意焦点转换呢？在一项较早的研究中，Kessler和Meiran (2006)考察了这一问题。实验要求被试对两种图形的数字进行一系列运算，并根据连续两次运算的项目之间的关系(是否相同)设置项目重复类型和项目转换类型。实验还设置两种运算条件，以操纵项目的更新状态：在“更新条件”下，每次运算完成后，相应图形的数字会被更新；在“非更新条件”下，每次运算完成后，相应图形的数字保持不变。结果显示，两种运算条件下的转换代价差异不显著，未发现更新对注意焦点转换过程的影响。或许由于这一研究结果，后续很少有研究进一步考察注意焦点转换中的更新过程。但在Kessler和Meiran (2006)的研究中，在项目重复类型和项目转换类型中，研究者只操纵了后一个项目的更新状态，而未操纵前一个项目的更新状态。例如，当后一个项目为“更新条件”时，则将两种刺激类型定义为“更新条件”下的刺激类型，而前一个项目既可能为“更新条件”，也可能为“非更新条件”，这种设置可能会影响实验结果。

近年研究提示，当注意焦点在两个项目之间转换时，前一个项目的更新状态也可能会影响注意焦点转换过程。Ecker及合作者的一系列研究(Chang, Ecker, & Page, 2017; Ecker, Lewandowsky, & Oberauer, 2014; Ecker, Oberauer, & Lewandowsky, 2014; Singh, Gignac, Brydges, & Ecker, 2018)认为，工作记忆对项目的更新包括两种过程：一种为移除过程，即项目原有的内容需要与背景位置解除捆绑；另一种为再捆绑过程，即项目新的内容需要与背景位置重新捆绑。例如，对于数字“3~5”，当需要将3更新为8时，数字3需要与第一个系列位置解除捆绑；并且数字8需要与第一个系列位置重新捆绑。在这两种过程中，移除过程是更新的核心过程。研究还发现，项目原有的内容与背景位置的捆绑并不能被完全解除，在更新完成后，二者的捆绑痕迹会暂时储存在工作记忆中，影响接下来的更新过程(Lewis-Peacock, Kessler, & Oberauer, 2018; Oberauer & Vockenberg, 2009)。这些研究提示，当注意焦点在两个项目之间转换时，在前一个项目被更新后，该项目原有的内容与背景位置的捆绑痕迹会暂时储存在工作记忆中，而这可能影响接下来的注意焦点转换过程。因此，在考察注意焦点转换中的更新过程时，也需要对前一个项目的更新状态进行操纵，以匹配连续两个项目的更新状态。本研究的目的一为，在匹配一个刺激类型中连续两个项目的更新状态的基础上，进一步考察更新对注意焦点转换的影响。

第二种为背景存取过程。近年研究认为，在工作记忆中，每个项目处于特定的背景位置(如系列位置)，而项目之间通过其所处的背景位置进行区分，因此，注意焦点首先需要指向一个项目的背景位置，然后才能对这一项目进行加工(Linares & Pelegrina, 2018; Oberauer & Hein, 2012; Oberauer et al., 2013; Oberauer & Lin, 2017)。例如，在Garavan的研究中，被试通常以固定顺序(如“三角形的数字—矩形的数字”)保持两个数字，注意焦点首先需要指向第一个或第二个系列位置，然后才能对该位置的数字进行运算。根据这种观点，相对于项目重复类型，在项目转换类型中，注意焦点还需要在项目的背景位置之间转换。但目前有关背景位置转换的观点仅仅是一种假设，尚未有研究直接考察这种背景存取过程。本研究的目的二为，为背景存取过程提供直接的实验证据。

综上所述，本研究考察注意焦点转换中的更新和背景存取过程，其中，实验1考察更新过程；实验2一方面进一步考察更新过程，另一方面考察背景存取过程。本研究对于深入理解注意焦点转换中的认知过程具有重要的意义。

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2. 实验1

实验1要求被试为三种颜色(红色、绿色、蓝色)分别保持一个数字，并对这三个数字进行一系列运算。根据前人研究(Ecker, Lewandowsky, Oberauer, & Chee, 2010; Lendinez et al., 2015; Linares, Bajo, & Pele-grina, 2016)，实验1设置两种运算序列：一种为“提取且更新序列”，这一序列要求被试每次提取其中一种颜色的数字，并对这一颜色的数字更新；另一种为“提取序列”，这一序列只要求被试提取颜色的数字，而无需对颜色的数字更新。每种运算序列还设置两种刺激类型：在项目重复类型中，连续的两次运算指向同一种颜色的数字；在项目转换类型中，连续的两次运算指向不同颜色的数字。通过这两种设置，一个刺激类型中连续两个项目的更新状态会被完全匹配：在“提取且更新序列”中，连续的两个项目均会被更新；在“提取序列”中，连续的两个项目均不会被更新。实验1通过比较两种运算序列中的转换代价考察更新对注意焦点转换的影响。

2.1. 研究方法

2.1.1. 被试

大学生28人(男生14人)，平均年龄21.25岁(SD = 1.11)。被试视力或矫正视力正常，之前未参加过类似实验，每位被试在实验后获得10元报酬。 2.1.2. 实验设计

2 (序列条件：“提取且更新序列”、“提取序列”) × 2 (刺激类型：项目重复类型、项目转换类型)重复测量实验设计。对序列条件和刺激类型的设置如前所述，因变量为正确率和反应时。 2.1.3. 实验仪器和材料

实验仪器为台式电脑，显示器17英寸，分辨率1024 × 768，刷新频率60 Hz。实验程序采用E-Prime 1.1编制，屏幕背景为白色，被试与屏幕距离约60 cm。实验材料包括初始数字和算术运算，初始数字在1至9之间随机选择，算术运算在“?7”到“+7”之间(不含“+0”和“?0”)随机选择。初始数字和算术运算的颜色为红色、绿色和蓝色中的一种，字体为Time New Roman格式，字号为44号。 2.1.4. 实验程序

在一个运算序列(如图1)中，屏幕中央首先呈现“Start”提示被试集中注意，时间为800 ms。然后依次呈现红色、绿色和蓝色的初始数字。当一种颜色的初始数字呈现时，被试需要记忆这一初始数字，并在键盘右侧的数字键区域输入该数字。接下来，屏幕中央每次呈现一种颜色的算术运算。在“提取且更新序列”中，当算术运算呈现时，要求被试提取相应颜色上一次的数字，对数字进行算术运算，将运算结果作为该颜色新的数字，并立即在数字键区域输入该新的数字。在“提取序列”中，当算术运算呈现时，被试只需提取相应颜色的初始数字，对数字进行算术运算，并立即在数字键区域输入运算结果，而无需将运算结果作为该颜色新的数字。被试需又准又快地完成运算和输入过程。在一个运算序列中：算术运算共呈现9次，每次运算结果在1至9之间；为操纵刺激类型，从第二个算术运算开始，每个算术运算与上一个算术运算的颜色相同的概率设置为0.5。

两种运算序列各包括5个序列的练习和26个序列的正式实验，一半被试先完成“提取且更新序列”，另一半被试先完成“提取序列”。在正式实验中，被试在“提取且更新序列”中平均完成项目重复类型和项目转换类型各104次，在“提取序列”中分别为106次和102次。 2.1.5. 数据分析

在一个运算序列中，当连续的两次运算构成项目重复类型和项目转换类型时，只有被试对这两次运

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算均输入正确时，才将这一刺激类型计为反应正确。同时，在一个刺激类型中，将被试对后一次运算的反应时作为该刺激类型的反应时。实验1只分析正确的刺激类型的反应时。本研究将统计显著性水平设为0.05。

注：刺激1和刺激2均对绿色的数字运算，构成项目重复类型；刺激2和刺激3分别对绿色和蓝色的数字运算，构成项目转换类型。初始数字和算术运算会

一直呈现在屏幕上，直到被试按键反应后消失。反应—刺激时间间隔为100 ms。

Figure 1. An example of partial displays of stimuli in an operational sequence

图1. 单个运算序列中部分刺激呈现示例

2.2. 结果

正确率和反应时如表1，分别对正确率和反应时进行2 × 2重复测量方差分析。正确率结果显示，序列条件主效应不显著，F < 1；刺激类型主效应不显著，F(1, 27) = 2.82，p = 0.104；二者交互作用显著，F(1, 27) = 6.73，p = 0.015，η2p = 0.20。简单效应检验结果显示，在“提取且更新序列”中，项目重复类型的正确率高于项目转换类型的正确率，F(1, 27) = 11.82，p = 0.002，η2p = 0.31；在“提取序列”中，两种刺激类型的正确率差异不显著，F < 1。

Table 1. Means and standard deviations for accuracy percentage (%) and reaction times (ms) of two stimulus types in dif-ferent sequence conditions (M ± SD)

表1. 不同序列条件下两种刺激类型正确率(%)和反应时(ms)的均值和标准差(M ± SD)

项目重复类型

提取且更新序列

提取序列

正确率 91.36 ± 5.64 89.84 ± 6.06

反应时 1999 ± 445 1934 ± 360

正确率 88.76 ± 6.33 90.26 ± 6.06

项目转换类型

反应时 2661 ± 558 2122 ± 390

反应时结果显示，序列条件主效应显著，F(1, 27) = 30.66，p < 0.0005，η2p = 0.53；刺激类型主效应

η2重要的是，二者交互作用显著，F(1, 27) = 40.60，p < 0.0005，显著，F(1, 27) = 82.00，p < 0.0005，p = 0.75；η2p = 0.60。交互作用说明，在“提取且更新序列”中，两种刺激类型的反应时差异(转换代价，662 ms)大于“提取序列”中二者的差异(188 ms)。简单效应检验结果显示，“提取且更新序列”和“提取序列”

2中的转换代价均显著，分别为F(1, 27) = 120.58，p < 0.0005，η2p = 0.82和F(1, 27) = 9.95，p < 0.005，ηp

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