心理旋轉中的內旋效應和角度效應

心理旋轉中的內旋效應和角度效應

1身體旋轉加工成功實驗一般規(guī)范以生物為對象的心理旋轉操作現在，空間認知加工的研究越來越受到重視。視覺意象是空間認知加工的一個系統(tǒng)。它可以以各種方式進行心理轉化，最典型的是基于形象的心理旋轉。作為命題表征(propositionalrepresentation)的對立面,心理旋轉這種類比表征(analogrepresentation)為空間認知加工研究提供了突破口。心理旋轉認知加工由Shepard和Metzler提出,當要求被試判斷兩個旋轉不同角度的物體/圖像(互為鏡像關系的兩個物體)是否相同時,被試的反應時和錯誤率與兩物體旋轉角度差之間存在線性函數關系。因此,一般認為心理旋轉視覺圖像如同在現實中操縱真實物體一樣,是同構的(isomorphic),即兩個圖形角度差愈大,心理旋轉所需的時間也愈長。利用不同的實驗材料,如字母、數字、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,如經典的“相同―不同”(same-differentjudgment)實驗范式、“等值判斷任務”(parity-judgmenttask)范式或稱作正像/鏡像辨別任務范式(normal-mirrordiscriminationtask);甚至不同的感覺通道的研究中,如觸覺表象心理旋轉,均得出類似結論。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,教練在進行“對側”動作示范時,學生可以先想象自己的身體或肢體表象,將其旋轉至教練的方位,或者先想象教練身體或肢體表象將其旋轉至自己的方位,再確定該動作如何做才和教練示范一樣?？偟膩碚f,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到新的位置,在這個過程中客體參照系發(fā)生旋轉,我們稱之為以物體為參照體的心理旋轉;另一種是客體保持不動,觀察者想象自己旋轉或自己身體的某一部位旋轉至新的位置,或者說旋轉身體圖式(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。這兩類心理旋轉具有許多共同特點,比如,都需要對刺激進行編碼、確定刺激物的位置、都需要進行心理旋轉等?，F實生活中的實例和研究表明,人類具有上述兩類心理旋轉操作的能力。從現象上來說,這是兩種不同類型的心理旋轉,然而,自我和物體為參照系的心理旋轉是否有行為上的不同,并且這兩類心理旋轉是否有各自的生理基礎,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,認為當使用人的身體、手腳或工具等圖片作為心理旋轉的材料時,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加工。Parsons較早利用人軀體圖片作為心理旋轉實驗材料,在其實驗中,他要求被試判斷呈現的圖片是左側軀體還是右側軀體,結果發(fā)現被試的行為數據模式與經典心理旋轉結果模式有著較大的差異。被試的反應時間和旋轉的角度雖然也存在著相關,但是,軀體圖片旋轉角度如果是人的軀體在現實中越容易做出的姿勢,其反應時就越短,反之,則反應時越長。這說明對軀體圖片的心理旋轉加工受到現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加工,結果發(fā)現對人手圖片的心理旋轉加工也受到現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,結果發(fā)現在人手的心理旋轉中,被試的行為數據結果并不支持人手圖片的心理旋轉加工受到現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。我們認為上述兩項研究結果的差異可能是實驗范式的不同導致被試采用不同的旋轉策略?？偟膩碚f,以往自我和物體為參照系的心理旋轉研究,都是期望利用不同的材料來分離,并認為自我為參照系的心理旋轉主要是由于使用軀體、手圖片等實驗材料而導致的,而使用普通物體,如字母、數字等材料引起的是物體為參照系的心理旋轉。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策略完成實驗任務。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策略來完成實驗任務。Zacks等人利用相同的實驗材料(人身體圖片),構建不同的實驗任務(SD任務和LR任務),以期通過相同的材料不同的實驗任務分離出自我和物體為參照系的心理旋轉。在SD實驗任務中期望產生以物體為參照系的心理旋轉(每次同時呈現兩幅圖片),因為在此任務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任務中期望產生以自我為參照系的心理旋轉(每次呈現一幅圖片),因為在此任務中每次只呈現一幅旋轉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至圖像位置來完成實驗任務。實驗結果表明,在SD范式下,被試的行為數據結果與以往結果一致,即隨著旋轉角度的增大,被試的反應時間也越長。但是在LR任務中,卻發(fā)現反應時并沒有隨著旋轉角度的增大而增長。隨后進一步研究發(fā)現,這兩類心理旋轉其反應時與空間能力測驗得分的相關系數也存在著較大差異。然而,盡管Zacks通過兩種實驗任務來分離兩類心理旋轉是成功的,但是由于其實驗設計和實驗材料的局限性(二維的人身體線性圖),其結果差異很可能是由于被試完成兩類實驗任務時采用多種加工策略而導致的。在SD任務,被試可能采用整體的旋轉策略,而在LR任務中,被試可能利用“特征分析”的策略來完成任務,因而,在SD任務中出現了心理旋轉的標志“角度效應”,而在LR任務中卻沒有出現“角度效應”。LR任務中沒有出現角度效應可由“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任務中更多采用“特征分析”策略完成任務,較少或者不用“旋轉策略”,從而使LR任務中沒有出現角度效應。目前,越來越多的證據表明以自我為參照系和以物體為參照系的心理旋轉各自有著不同的生理基礎,但是,這兩類心理旋轉在行為上分離的有力證據并不多,且兩類參照系心理旋轉加工的生理基礎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,不同實驗任務來分離自我與物體為參照系的方法,在實驗設計和實驗材料上作了進一步的改進。本研究選擇人手三維模型這一特殊對象作為心理旋轉實驗材料。在實驗設計上將“旋轉方向”作為自變量,進行分析,期望“旋轉方向”而不是“角度效應”在兩類不同實驗任務中存在差異,以此來推論兩類任務是否真正分離出自我和物體為參照系的心理旋轉。兩個實驗人手模型所做姿勢都是人手在現實中可以做出的姿勢。這些改進避免了加工方式(整體旋轉和特征分析)與旋轉方式(自我旋轉與物體旋轉)的交互作用。同時在本研究實驗一的LR任務中,沒有設置豎直狀態(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,構建不同的實驗任務,通過“旋轉方向”在兩類不同實驗任務中是否存在差異來檢驗兩類任務是否真正分離出自我和物體為參照系的心理旋轉,從而從行為上驗證人手圖片是否具有雙重角色,即在兩種經典的心理旋轉實驗任務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加工。實驗一研究目的在于確定以人手圖片作為心理旋轉的材料,構建LR任務是否會引發(fā)被試采用以自我為參照系的心理旋轉策略。實驗一研究的邏輯是:在LR任務中,如果被試采用自我為參照系的心理旋轉策略,那么被試會想象自己的手旋轉到圖像位置,因而旋轉加工過程會受到人手生理機制的約束。因此,實驗一應引起較強的“內旋效應”,即旋轉不同角度的左右手圖片,識別向自己身體內側旋轉的左右手圖片比識別向身體外側旋轉的左右手圖片既快又準。實驗二研究目的在于采用與實驗一相同的實驗材料,構建SD任務是否會引發(fā)被試采用以物體為參照系的心理旋轉策略。在實驗二的SD任務中,左側永遠是豎直的左右手圖片,而右側是旋轉了不同角度的左右手圖片,被試的任務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策略完成實驗任務,那么被試會想象右側圖片將其旋轉至直立位置,再與左側圖片比較。由于被試是想象圖片旋轉至直立位置,而不是想象自己的手旋轉到圖片位置,因而不應受到現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中不應存在顯著的“內旋效應”,即識別向身體內側旋轉的左右手圖片與識別向身體外側旋轉的左右手圖片,它們的反應時和正確率沒有顯著差異。2旋轉角度的定義實驗一采用經典的LR任務的變式,每次呈現一只在平面上旋轉不同角度的左手或右手背側圖片,讓被試判斷所呈現的圖片是左手還是右手。旋轉方向根據手相對于身體的方向劃分為向內旋轉(向身體中線方向旋轉)與向外旋轉(偏離身體中線方向旋轉)。為了消除物體為參照系的影響,防止被試以0°為參照,旋轉角度沒有設置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°。實驗目的是為了探討在LR任務范式條件下,采用手的圖片作為心理旋轉材料,被試在左右手判斷時是否受現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策略完成LR任務。2.1調查研究對象23名西南大學各專業(yè)在校大學本科生(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進行,實驗采取封閉的小團體測試,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綠色虛擬的左右手圖片,背景為黑色。所呈現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。左右手分別只呈現背側圖像,作平面旋轉,旋轉的中心是在3Dmax軟件中構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、右旋轉角度實驗采用2(左右手圖片)×2(旋轉方向)×3(旋轉角度)完全被試內設計。3個自變量分別是:(1)左右手圖片:左手圖片,右手圖片;(2)旋轉方向:向內旋轉和向外旋轉,對于左手來說,順時針旋轉0°~180°為向內旋轉,180°~360°為向外旋轉,對于右手來說,順時針方向0°~180°為向外旋轉,180°~360°為向內旋轉;(3)旋轉角度:45°、90°、135°。因變量為反應時和正確率。2.4計算機自動記錄并進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一張旋轉不同角度的左手或右手圖片,等待被試反應,在被試做完反應后,呈現800ms的等待時間,然后進入下一輪試驗。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。被試的任務是判斷呈現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正確率和反應時。為避免產生Stroop效應,不對左右手按鍵作平衡。被試首先按指導語練習24次,接著進行正式的實驗。正式實驗分兩組,每組每種條件重復呈現10次,呈現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旋轉角度主效應分析數據分析時剔除反應時在三個標準差之外的數據。左右手圖片,旋轉方向和旋轉角度總的平均反應時和正確率結果見下圖2和圖3。對反應時進行2(左右手圖片)×2(旋轉方向)×3(旋轉角度)重復測量方差分析,結果表明:左右手圖片主效應顯著,F(1,22)=33.894,p<0.001,該主效應是由于右手圖片的反應時短于左手圖片63.42ms;旋轉方向主效應顯著,F(1,22)=25.68,p<0.001,旋轉方向主效應顯著是由于內旋的反應時快于外旋96.651ms;旋轉角度主效應顯著,F(2,44)=41.108,p<0.001,三個旋轉角度反應時分別是:45°=629.45ms,90°=693.67ms,135°=766.65ms;交互作用只有旋轉方向和旋轉角度達到顯著性水平,F(2,44)=6.212,p<0.01,其它交互作用均不顯著。對正確率進行2(左右手圖片)×2(旋轉方向)×3(旋轉角度)重復測量方差分析,結果表明:旋轉方向主效應顯著,F(1,22)=10.96,p<0.01;旋轉方向主效應顯著是由于內旋的正確率高于外旋轉正確率8.7%;旋轉角度主效應顯著,F(2,44)=31.79,p<0.001,三個旋轉角度正確率分別是:45°=96.5%,90°=93.6%,135°=86%;但左右手圖片正確率主效應不顯著,F(1,22)=0.092,p>0.05。左右手圖片和旋轉方向、左右手圖片和旋轉角度、旋轉方向和旋轉角度兩者交互作用,以及左右手圖片、旋轉方向和旋轉角度三者交互作用均達到顯著水平。綜合正確率和反應時的數據來看沒有出現反應時與正確率權衡現象,反應時間與正確率的相關系數r=-0.045,表明隨著旋轉角度的增大,反應時間增長,同時正確率隨之而下降,且內旋轉比外旋轉既快又準確。反應時只存在旋轉方向和旋轉角度交互作用顯著,其它交互作用均不顯著,進一步的簡單效應分析顯示,內旋轉和外旋轉在旋轉45°、90°、135°條件下平均反應時均差異顯著(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,內旋轉和外旋轉反應時的差異也增大,左右手圖片在45°條件下,內旋轉比外旋轉快52.818ms,在90°條件下,內旋轉比外旋轉快113.29ms,在135°條件下,內旋轉比外旋轉快123.837ms。由于正確率所有的交互作用均達到顯著性水平,因此分別對達到顯著性的交互作用作進一步的簡單效應分析。對左右手圖片×旋轉方向交互作用的簡單效應分析表明,在左手圖片條件下,內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,內旋轉和外旋轉正確率差異極其顯著,F(1,22)=16.85,p=0.000。結合圖3可見在左手的條件下內旋轉與外旋轉正確率的差異小于在右手的條件下內旋轉與外旋轉的正確率差異。對左右手圖片×旋轉角度交互作用的簡單效應分析表明,在旋轉角度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角度交互作用顯著是由于旋轉角度主效應引起的。對旋轉方向×旋轉角度交互作用的簡單效應分析顯示,在旋轉角度為45°的條件下,內旋轉和外旋轉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,內旋轉和外旋轉正確率差異顯著,F(1,22)=7.07,p=0.014,F(1,22)=22.97,p<0.001,隨著旋轉角度的增大,內旋轉的正確率和外旋轉的正確率差異也越來越大(45°時,內旋轉正確率比外旋轉高3.4%,90°時,內旋轉比外旋轉高6.9%,135°時,內旋轉比外旋轉高15.9%)。對左右手圖片×旋轉方向×旋轉角度三者交互作用的正確率簡單效應分析顯示,在左手圖片旋轉45°和90°的條件下,內外旋轉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135°的條件下,內外旋轉正確率差異顯著,F(1,22)=6.39,p=0.019。而右手圖片旋轉45°下,內外旋轉差異不顯著,F(1,22)=3.22,p=0.087,在右手圖片旋轉90°和135°的條件下,內外旋轉差異顯著,F(1,22)=8.10,p=0.009,F(1,22)=27.53,p<0.01。2.6身體心理旋轉的差異從本實驗結果來看,向內旋轉與向外旋轉的正確率和反應時都呈現顯著的差異,旋轉方向(即內旋和外旋)對左右手判斷影響顯著,存在著顯著的“內旋效應”,即不管是左手圖片還是右手圖片,識別向內旋轉(趨向軀體中線)手的圖片比識別向外旋轉(偏離軀體中線)手的圖片,其反應時和正確率指標都顯示出既快又準(見上圖2、圖3)?！皟刃痹谝延形墨I中很少有報告。之所以產生“內旋效應”,我們認為是由于被試想像自己的手旋轉到圖片位置,與現實中手做旋轉運動一樣,想象自己手旋轉也受到現實中人手生理機制約束,向軀體內側旋轉快于向軀體外側旋轉。此推論也得到了實驗后被試內省報告結果支持,在本實驗任務中,有19名被試報告自己手在大腦中轉來轉去,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至直立位置再作判斷。從行為數據結果和內省報告結果可見大部分被試都旋轉自己手表象至圖片中手的位置再作判斷。本實驗結果產生的“內旋效應”與Parsons等人的研究結果是一致的,說明被試在完成左右手的識別任務中,受到自己手影響。此結果也在其它實驗材料的心理旋轉研究中得到間接支持。Petit和Harris研究了現實中生理上可實現的姿勢和現實中生理上不可能實現的姿勢心理旋轉差異狀況,盡管在這項研究中,實驗材料的熟悉度沒有控制好,但是其反應時結果也表現出受到現實中人手的生理機制約束或限制,即識別生理上可以實現的姿勢比識別生理上不可能實現的姿勢既快又準。Fiiorio等人的研究,也發(fā)現在手的心理旋轉中,對于左手圖片來說,順時針旋轉240°的手的照片識別最難,而對于右手來說,順時針旋轉120°的手的照片識別最難。但本研究的結果與Sauner等人的研究結果不完全一致,他們研究發(fā)現在只呈現掌心(Palm)圖片的條件下,對左手圖片來說,順時針旋轉203°的圖片識別最難,而對于右手掌心圖片來說,順時針旋轉157°的圖片識別最難。而在只呈現手背圖片的條件下,沒有出現上述非對稱性結果。產生差異的原因是在Sauner等人的實驗中,手的圖片正面、背面都是隨機呈現的,出現了Stroop效應,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。本實驗結果也出現了角度效應,與大多數以普通物體為材料的心理旋轉研究結果一樣,隨著角度的增加需要的反應時間也越長,正確率也越低,這表明被試有心理旋轉加工的過程。然而,當采用手等圖片作為心理旋轉的材料時,并非總是出現角度效應,如Parsons在研究中發(fā)現了旋轉角度與反應時之間較強的線性函數關系。而Zack采用身體圖片構建“左右判斷”任務,并沒有發(fā)現隨著角度的增大需要更長的反應時。各個實驗結果不一致的原因可能是由于不同的實驗材料導致被試采用不同的加工策略。在心理旋轉加工中,存在著兩種策略,一種是整體旋轉或部分旋轉策略,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“整體的旋轉策略”完成實驗任務,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。然而,對于本實驗產生的“內旋效應”可能有另一種解釋。因為,根據已有文獻研究表明手、工具、身體等作為心理旋轉的材料時,被試采用以自我為參照系的心理旋轉策略完成實驗任務。因此,“內旋效應”可能是由于使用了人手圖片作為心理旋轉材料而引起的,與LR心理旋轉加工實驗范式無關。對于產生顯著的內旋效應是否與實驗任務本身有聯系,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,構建SD心理旋轉加工實驗范式,探討在此種實驗任務條件下,是否同樣會引起“內旋效應”,從而間接推斷在SD實驗任務中,被試是采用自我還是物體為參照系的心理旋轉策略完成實驗任務。3內旋效應與實驗任務的關系實驗一的結果表現出顯著的內旋效應,表明被試在完成LR任務時受到了現實中人手生理機制的約束,被試想象自己手旋轉至圖像位置,以自我為參照系的旋轉策略完成實驗任務。然而,造成顯著的內旋效應是否與實驗任務本身有聯系,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,構建經典的SD實驗范式的變式,左側永遠是豎直方向的左右手圖片(標準刺激),右側是旋轉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時,是否也受到現實中人手生理機制的約束,即被試是否采用同樣的旋轉策略來完成實驗二任務。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。3.2設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因素被試內設計,2(匹配狀況)×2(左右手圖片)×2(旋轉方向)×3(角度)。4個自變量分別是:(1)匹配狀況:匹配,即左側和右側圖片是同一只手的圖片;不匹配,即左側和右側圖片不是同一只手圖片。(2)左右手圖片:即右側呈現的比較刺激是左手圖片或右手圖片。(3)旋轉方向:右側呈現的比較刺激是旋轉不同角度的左手或右手圖片,分兩個水平:向內旋轉,向外旋轉。對于左手圖片來說,順時針方向0°~180°為向內旋轉,180°~360°為向外旋轉,對于右手圖片來說,順時針方向0°~180°為向外旋轉,180°~360°為向內旋轉;(4)旋轉角度:比較刺激向內或向外旋轉45°、90°、135°。因變量為反應時和正確率。每次同時呈現兩張圖片,左側呈現的手的圖片永遠是直立方向,而右側是旋轉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,屏幕中央出現一個白色的十字形注視點“+”(200ms),隨后再呈現500~1000ms的黑屏。黑屏結束呈現兩張手的圖片,左側永遠是豎直的左手或右手圖片,右側是旋轉了不同角度左手或右手圖片,右側圖片在平面內以順時針和逆時針方向分別旋轉了45°、90°、135°。刺激呈現后要求被試在保證正確的前提下,盡快做出反應。當右側圖像與左側圖像相同時,即呈現的兩張圖片同是左手或右手,被試右手按“M”鍵,當右側圖像與左側圖像不是同一只手,被試左手按“V”鍵。在正式實驗之前進行練習,每位被試經過6min,48次練習后進入正式實驗。正式實驗分為2個組。每組共有120次試驗,共進行240次,每種條件重復10次。每組之間被試休息3min。3.5旋轉角度和旋轉方向對交互作用的影響數據分析時剔除了反應時在三個標準之外的數據。匹配狀況、左右手圖片、旋轉方向和旋轉角度總的平均反應時和正確率結果見圖4和圖5。對反應時進行2(匹配狀況)×2(左右手圖片)×2(旋轉方向)×3(角度)四因素重復測量方差分析,結果表明:匹配狀況主效應顯著,F(1,22)=28.08,p<0.001,匹配狀況主效應顯著是由于匹配條件的反應時快于不匹配條件下的反應時126.205ms。左右手圖片主效應顯著,F(1,22)=19.43,p<0.001,右手圖片的反應時快于左手圖片反應時126.38ms。旋轉方向主效應沒有達到顯著性,F(1,22)=1.68,p=0.209。旋轉角度主效應顯著,F(2,44)=77.18,p<0.001。三個角度反應時分別是:45°為850.164ms,90°為995.927ms,135°為1160.068ms,配對比較檢驗發(fā)現,45°、90°、135°三個旋轉角度兩兩之間均達到顯著性水平。交互作用只有匹配狀況×左右手圖片達到顯著性水平,F(1,22)=10.03,p<0.01,其它交互作用均不顯著。對正確率進行2(匹配狀況)×2(左右手圖片)×2(旋轉方向)×3(角度)四因素重復測量方差分析,結果表明:旋轉角度主效應顯著,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45°與旋轉90°正確率差異不顯著(p=0.915),旋轉45°與旋轉135°正確率差異顯著(p=0.049),旋轉90°與旋轉135°正確率差異顯著(p=0.001)。旋轉方向主效應不顯著,F(1,22)=1.34,p=0.259,其余主效應也均不顯著。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。綜合正確率和反應時數據來看,沒有出現反應時與正確率權衡現象,兩者相關系數r=-0.023,表明隨著旋轉角度的增大,反應時間增長,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時做進一步的簡單效應分析。結果表明,在匹配條件下,左手和右手圖片的反應時差異達到顯著性水平,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時差異也達到顯著性水平,F(1,22)=6.29,p=0.02。只是在匹配的條件下,左右手圖片的反應時差異要大于在不匹配條件下左右手圖片的反應時。正確率交互作用的簡單效應分析結果表明,在匹配條件下,左手和右手圖片的正確率差異達到顯著性水平,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旋轉角度對被試心理旋轉的影響從實驗二的結果來看,向內旋轉與向外旋轉的反應時和正確率幾乎重合(見圖4、圖5),即旋轉方向(內旋和外旋)主效應不顯著,且與旋轉方向的所有交互作用也均不顯著,不存在“內旋效應”。不管是左手圖片還是右手圖片、正確率還是反應時,內旋轉與外旋轉均沒有顯著差異,這說明在此實驗任務條件下,被試完成任務時,沒有受到現實中左右手生理機制的約束。此實驗結果與Kosslyn等人的研究結果相一致,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作外部物體,采用以物體為參照系的心理旋轉策略完成實驗任務。對于旋轉角度來說,與大多數以手或物體為材料的心理旋轉研究結果一致,隨著旋轉角度增加,需要更長的反應時間,正確率也越低,這說明被試進行了心理旋轉加工。產生此結果的原因,我們認為在SD任務中,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至圖片中手的位置,被試只是把左右手圖片當作外部物體,將其旋轉至直立狀態(tài)后,再與左邊的標準圖像進行比較判斷。此間接推理也得到了實驗后被試內省報告結果的支持,在本實驗任務中,23名被試都報告把另一圖片旋轉至直立狀態(tài)再比較,沒有被試報告旋轉自己手表象。由于旋轉的對象是外部物體,即手的圖片,因而不應受到現實中人手的生理機制約束,所以沒有產生內旋轉效應。以前研究普遍認為,以普通物體作為心理旋轉的材料,被試會采用以物體為參照系的心理旋轉策略,而以手等材料作為心理旋轉加工對象時,被試會采用以自我為參照系的心理旋轉策略。當以普通物體作為心理旋轉的材料時,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而不是在空間內做平移,而觀察者在環(huán)境中無需要改變自己的位置,因而無需與內在參照系發(fā)生聯系,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準作比較。因而,在LR任務中,被試需要與自身作比較,而在SD任務中,被試只需與提供的標準刺激作比較。從實驗二的結果來看,盡管采用手的圖片作為心理旋轉材料,但是,在經典的SD實驗范式下,被試只需要把手圖片的表征與提供的標準刺激作比較,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,采用的卻是以物體為參照系的心理旋轉策略,從而支持了手的圖片具有雙重屬性。4被試心理旋轉的生理基礎本研究的兩個實驗,都是利用同樣的實驗材料,通過構建兩種不同的實驗任務,以內旋效應存在與否作為指標,驗證被試是否采用不同的心理旋轉策略完成這兩種不同的實驗任務,從兩個實驗的結果來看支持了最初的假設,人手的圖片作心理旋轉材料時具有雙重角色,構建不同的心理旋轉實驗任務可引發(fā)不同類型的心理旋轉。實驗一的LR任務,不管是正確率還是反應時,結果都出現了較顯著的內旋效應。說明被試在心理旋轉加工時,受到了現實中人手生理機制的約束。無論是左手圖片,還是右手圖片,向軀體內側旋轉比向身體外側旋轉又快又準。由于所有的被試都是右利手,從結果來看,對于右手圖片來說,向內旋轉和向外旋轉正確率差異最大,說明旋轉方向對被試利手的影響大于非利手。從而進一步支持了被試心理旋轉加工時是想象自己的手旋轉到圖像位置,是自我為參照系的心理旋轉。而同樣的實驗材料在實驗二的任務中卻沒有出現顯著的內旋轉效應,表明被試在完成SD任務時,沒有受到現實中人手的生理機制約束,被試只是把手的圖片當作外部物體,將其旋轉到標準刺激位置再作判斷,是以物體為參照系的心理旋轉。不僅行為數據結果支持了最初的假設,實驗后被試內省報告的結果也支持了最初的假設。綜合實驗一、二結果,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加工過程中,采用心理旋轉策略與實驗任務本身有很大的聯系。以往文獻關于自我為參照系的心理旋轉腦加工區(qū)域研究,各個研究得出的結論并不一致。分析產生不一致的原因,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,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加工策略,甚至是兩類參照系的心理旋轉相互混雜。換言之,這些聲稱自我為參照系的生理基礎研究沒有找出可靠的指標證實被試確實采用自我為參照系的心理旋轉策略完成實驗任務,如Kosslyn等人,Seurinck等人的研究。在他們的研究中,雖然也發(fā)現人手等圖片心理旋轉與普通物體的心理旋轉腦加工區(qū)域有所不同,但這種差異更有可能是加工策略不同而導致的,而不是旋轉策略不同而導致的差異,因為在上述兩項研究中,采用的是SD任務,引起的是物體為參照系的心理旋轉,但也可能有自我參照系的心理旋轉加工混雜其中。同時兩類參照系的心理旋轉加工腦機制存在以下幾種假設,一種可能是這兩類心理旋轉是由單一的空間轉換系統(tǒng)加工的(asinglespatialtransformationsystem),另一種可能是這兩類不同的心理旋轉分別有各自加工機制。兩類心理旋轉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據來看,支持的是多系統(tǒng)模型。本研究以“內旋效應”存在與否,來推論被試采用何種參照系的旋轉策略來完成心理旋轉任務。從結果來看,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,分離了兩類心理旋轉,為今后兩類心理旋轉生理基礎的比較研究提供了方法。同時,以往的文獻表明心理旋轉能力存著顯著的性別差異,甚至這種差別有其生理基礎。但是心理旋轉能力的性別差異受眾多因素影響,例如,心理旋轉材料的復雜度、試驗重復的次數,且心理旋轉能力最大的性別差異發(fā)生在心理旋轉測驗上(MentalRotationTest:MRT)等。然而在本研究的兩個實驗中均沒有發(fā)現