你的眼睛能追上小丑手中的球嗎？——談談注意追蹤

很多朋友都會好奇我的研究方向，畢竟我學的是這麼有趣的心（算）理（卦）學。於是我們的對話通常是這樣的——

朋友：「你的研究方向是什麼呀？」

我：「嗯…視覺注意…」

朋友：「具體點？」

我：「多目標追蹤…」

朋友：「什麼意思？」

我：「比如，你在路上開車，你得同時注意對向開來的車輛，也要注意路邊的行人，在一段時間內追蹤多個物體運動的這個過程，可以說是一個多目標追蹤任務」

朋友：「那你們有什麼研究結果嗎？」

我：「嗯…比如，你要追蹤的物體運動速度越大，追蹤就會越困難」

朋友：「…這不是廢話么？」

我：「…我們關心的是為什麼，是機制…anyway, 這個雞翅好吃嗎？」

不信任自己能用三言兩語把多目標追蹤說清楚，因為擔心太簡略會丟失信息量，所以這篇獻給多目標追蹤，而且下次有朋友再問我的研究方向的時候就不一定是多目標追蹤了（不要問，這是一個悲傷的故事T T）。

什麼是多目標追蹤？

請想像小丑juggling（參見題圖）的畫面：小丑正在拋4個完全一樣的小球，假如我要求你用眼睛追蹤其中1個目標小球，10秒鐘之後你還知道哪個是目標小球嗎？你應該會很自信的說，「當然！」如果我讓你追蹤2個呢？如果小丑來回拋的小球有5個呢？如果小球運動速度非常快呢？好了，不為難你啦！我想說的是，多目標追蹤任務其實就是這麼回事。圖1展示了一個典型的多目標追蹤（multiple object tracking, MOT）任務[1]：觀察者首先會看到多個視覺特徵完全一致的物體，其中的若干個（圖1是4個）物體周圍出現閃爍表明這些是需要追蹤的目標，然後所有的物體開始獨立隨機地運動。當運動停止時，觀察者需要報告哪些物體是目標。（附上一個MOT的視頻地址，可以測試下自己的任務表現：Dr. Lana Trick - University of Guelph）。

圖1. 典型多目標追蹤任務示意[1]

視覺注意的研究往往圍繞著三個核心問題[2]：1）選擇性：我們會加工某些視覺刺激多於另一些；2）有限容量：同時加工多個刺激的能力是有限的；3）維持對視覺刺激的注意是需要努力的。因此，MOT範式的提出對注意研究是有很大意義的，因為採用該範式可以同時考察注意的這三個要素。MOT任務和一般的注意任務相比有什麼特殊之處呢？第一，MOT需要觀察者在一段時間內的注意維持，而不是像線索化任務中短暫的注意轉移。第二，MOT要求同時注意多個物體，而不是單個。第三，MOT是一個主動任務。第四，可通過追蹤負荷來直接操縱注意需求[1]。MOT任務的特殊性使其成為研究注意的一個有效工具，下面簡單總結一下有關發現：

• 一般的實驗設置中，觀察者可同時追蹤4±1個目標[3]

• 目標數量、非目標數量、物體運動速度等因素均會影響觀察者的追蹤成績[4]

• 追蹤過程中目標的短暫消失並不會影響追蹤成績[5]

• 並不是所有的特徵集都能被作為追蹤物體， 只有那些能夠被定義為視覺對象的才能追蹤, 與之相反的被知覺為客體的一部分, 比如線段的端點, 是無法被追蹤的[6]

• 觀察者的MOT表現與其在視空短時記憶任務和注意切換任務中的表現相關[4]

誰更擅長/不擅長多目標追蹤？

遊戲玩家

一項研究[7]比較了動作類電子遊戲玩家（video game player, VGPs）和非玩家（ non-video game players ,NVGPs)在MOT中的表現，結果如下（圖2）：遊戲玩家的平均準確率（84.3%）比非玩家（78.2%）更高，而這種效應在目標是3-5個時比較顯著。隨後，研究者還對非玩家進行了動作類遊戲訓練，訓練後他/她們的MOT成績得到了提高。研究者推測動作類遊戲可能增強了玩家的視覺短時記憶，從而促進了MOT任務表現。

圖2 遊戲玩家和非玩家的MOT準確率

自閉症兒童

研究者[8]招募了兩組6-10歲的兒童（自閉症組和正常發育組）參與MOT實驗，實驗任務有兩種：典型MOT和配對MOT（圖3）。兩種任務都要求被試追蹤8個圓盤中的4個。與典型MOT任務不同的是，在配對MOT任務中，每個目標（需要追蹤的圓盤）都與一個非目標（不需要追蹤的圓盤）用直線相連。

圖3 ungroupednMOT: 典型（非配對）多目標追蹤；grouped MOT：配對多目標追蹤.Phasena（階段a）: 標記目標階段; phase bn(階段b)：運動階段；phase c (階段c)：反應階段

結果發現，被試在配對MOT中的追蹤表現低於典型MOT（圖4）。這是因為在典型的MOT中，被試會通過將所有的目標知覺為一個整體來幫助追蹤（整體加工策略），而目標-非目標配對干擾了分組過程，從而降低追蹤成績。但這個研究更重要的發現是，相比於正常發育組，這種配對帶來的干擾效應在自閉症組更小。這可能是因為自閉症兒童更加偏好局部加工策略，而非整體加工策略。換句話說，正常發育的兒童因為偏好整體加工策略而在典型MOT中表現得比自閉症兒童更好，但這種優勢在配對MOT中不再出現，因為整體性在配對MOT中被破壞了。而對於原本就偏好局部加工的自閉症兒童來說，這種破壞性相對更小。

圖4 追蹤表現. ASD: 自閉症組 TD: 正常發育組；縱坐標：正確追蹤個數

多目標追蹤的神經基礎

Howe等人（VisualnAttention Lab, Harvard）09年的文章比較了4個MOT研究（包括他們自己的）的核磁結果[9]，發現有5個腦區是同時被這4個研究重複的：額葉眼動區（FEF）、前頂內溝（AIPS）、上頂葉（SPL）、後頂內溝（PIPS）和運動複合區（MT+）（圖5）。其中，FEF和SPL在MOT中很可能承擔著控制眼動的作用，且它們的激活程度不受追蹤負荷的影響。MT+區域對物體的運動很敏感，很可能在MOT中表徵了運動目標的位置。PIPS比較特殊，因為當注意靜態物體時該腦區就被激活了，而且它還與MT+存在交互。如果我們認可了MT+的作用是表徵位置的話，PIPS很可能與對物體的注意過程有關。此外，AIPS的激活程度隨著追蹤負荷的增加而增強，加上以往研究發現AIPS在主動注意中的作用，因此AIPS很可能在MOT負責主動追蹤目標。

圖5 MOT的激活腦區nAntIPS=前頂內溝，FEF=額葉眼動區，MT+=運動複合區，PIPS=後頂內溝，SPL=上頂葉，TransPS=頂骨橫溝 A. Howe等人（2009）的研究結果[9] B. Jovicich等人（2001）的研究結果[10]

整合這些結果，研究者認為MOT工作機制可能是這樣的：MT+表徵所有運動物體的位置，而PIPS為目標提供索引（就像書的目錄一樣，用來指向目標），這兩個區域的交互將物體的索引信息和位置進行綁定。AIPS在追蹤運動目標的過程中表徵除位置以外的信息，如方向和速度，並且與SPL、FEF溝通，以調節眼跳的生成和抑制[9]。當然，這個假說也有待進一步驗證。

總而言之

博爾赫斯在短篇小說《博聞強記的富內斯》中描繪了一個具有超凡記憶和感知能力的人物富內斯，但在某種意義上，他又無法思考，無法看見。因為在博爾赫斯看來，只有能忘卻才能記憶和思考；不加選擇和理解的絕對感知會導致盲目[11]。與富內斯不一樣，我們每天睜開眼面對湧來的巨大的信息流，但並沒有因此崩潰，因為「注意」這個過濾機制的存在讓我們有選擇性地加工信息，在多種信息之間分配我們有限的資源，在重要信息上維持長時間的注意。

而多目標追蹤的研究能幫助了解我們是如何做到的，以及為什麼我們不能做得更好。

「他不費多少力氣就學會了英語、法語、葡萄牙語、拉丁語。但我認為他思維的能力不很強。思維是忘卻差異，是歸納，是抽象化。在富內斯的滿坑滿谷的世界裡有的只是伸手可及的細節「。

——《博聞強記的富內斯》

參考文獻

[1]nScholl, B. J. (2009). What have we learned about attention from multiple objectntracking (and vice versa)? In D. Dedrick & L. Trick (Eds.), Computation,ncognition, and Pylyshyn(pp. 49-77). Cambridge, MA: MIT Press.

[2]Pashler,nH. (1998). The Psychology of Attention. Cambridge, Mass.: MIT Press.

[3]Culham, J. C., Cavanagh, P.,n& Kanwisher, N. (2001). Attention Response Functions: Characterizing BrainnAreas Using fMRI Activation during Parametric Variations of Attentional Load. Neuron, 32(4), 737-745.

[4]Oksama,nL., & Hy?n?, J. (2004). Is multiple object tracking carried outnautomatically by an early vision mechanism independent of higher-orderncognition? An individual difference approach. Visual Cognition, 11,631–671.

[5]Horowitz,nT. S., Birnkrant, R. S., Fencsik, D. E., Tran, L., & Wolfe, J. M. (2006).nHow do we track invisible objects?nPsychonomic Bulletin & Review, 13,516–523.

[6]VanMarle,nK., & Scholl, B. J. (2003). Attentive tracking of objects vs. substances. Psychological Science, 14,498–504.

[7]Green, C. S., & Bavelier, D. (2006). Enumerationnversus multiple object tracking: the case of action video game players. Cognition,n101(1), 217-245.

[8]Evers, K., de-Wit, L., Van dernHallen, R., Haesen, B., Steyaert, J., Noens, I., & Wagemans, J. (2014).nReduced grouping interference in children with ASD: Evidence from a multiplenobject tracking task. Journal of Autism and Developmental Disorders,n44, 1779-1787.

[9]Howe, P. D., Horowitz, T. S.,nMorocz, I., Wolfe, J. M., & Livingstone, M. S. (2009). Using fMRI tondistinguish components of the multiple object tracking task.. Journal of Vision, 9(4), 10-10.

[10] Jovicich, J., Peters, R., Koch, C., Braun, J., Chang, L.,n& Ernst, T. (2001). Brain areas specific for attentional load in anmotion-tracking task. Journal of Cognitive Neuroscience, 13,n1048-1058.

[11]Carrasco, M. (2011). Visualnattention: The past 25 years. VisionnResearch, 51(13), 1484-1525.