短时记忆的视觉和听觉编码.docx

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短时记忆的视觉和听觉编码

实验编号：

2021.2.8.32021学年第2学期

记忆的视觉和听觉编码

专业年级：

应用心理2021级

实验组别：

实验者：

德輝

其他成员：

实验时间：

摘要短时记忆的编码方式是认知心理学研究中的一个重要问题，存在视觉编码、听觉编码、语义编码等多种观点。

减数法是反响时研究的传统方法，应用于当代认知心理学中为探明认知加工过程提供了一条途径。

波斯纳〔Posner，1967，1969〕将减数法应用于短时记忆编码的研究中，以音同形同、音同形异、音异形异的字母对为实验材料，让被试做出同/异判断，分析其反响时，得出某些情境中短时记忆息编码的规律：

先形成视觉编码，再转化成听觉编码。

本实验将对该经典实验进展重复验证，并对实验中减数法原理的运用进展初步讨论。

关键词短时记忆视觉编码听觉编码减数法延迟时间

1引言

短时记忆〔Short-termMemory〕是指脑中的信息在一分钟之加工编码的记忆。

它建立在感觉记忆的根底上，是信息加工系统的核心。

感觉记忆中的信息是无意识的，也是未经加工的感觉痕迹，而短时记忆中的信息是来自于感觉记忆并对其进展操作、加工，是正在操作的、活动的记忆，只有当那些被加工、处理和编码后的信息才能被转入长时记忆中储存，否那么就会遗忘。

短时记忆的刺激编码方式一直是认知心理学的重要问题之一。

一般认为，关于短时记忆的编码方式有四种观点：

一、信息的编码是一听觉形式表征的，即听觉编码。

人们在对刺激信息进展编码时是根据刺激信息的名称进展编码，如果名称一样和意义一样，就作出一样判断，并与长时记忆中的信息建立联系。

二、信息编码根据外形轮廓进展，即视觉编码。

如果信息的外形轮廓一样，无论其形状、大小或其他物理特征是否一样，都会作出一样的判断。

三、信息以语义编码的形式进展加工，即根据刺激的语义特征进展编码。

四、短时记忆中同时存在上述三种或两种编码过程。

康拉德〔R.Conrad，1963，1964〕以发音相似的一系列字母为材料，要求被试进展回忆，发现被试对发音相似的字母产生的听觉混淆多于发音不同的字母，占总错误的80%。

并据此认为短时记忆的编码具有听觉性质。

之后，威克尔格伦〔Wichelgren，1965〕用数字和字母混合进展实验，也证明了短时记忆中存在听觉编码。

但这些研究未能排除语义编码在刺激编码中的作用。

考夫曼和威尔逊〔Kaufuman&Wilson〕对短时记忆的视觉编码进展了研究，对猴子进展的图形识别实验〔Kaufuman&Wilson，1971〕证明猴子进展短时记忆时，只能对刺激进展视觉编码。

波斯纳等〔Posner，1967，1969〕的实验说明，至少在局部时间，短时记忆的信息是以视觉编码形式进展的。

短时记忆的语义编码也获得了局部实验支持，如威肯斯〔Wickens，1970，1972〕对前摄抑制现象的研究，舒尔曼〔Shulman，1972〕对同一匹配中语义混淆现象的研究等。

国学者对短时记忆的编码也进展了大量的研究，尤其是汉字的编码方式。

而这些研究越来越显示：

短时记忆中可能存在视觉、听觉、语义等多种编码方式，对这些编码方式的运用会受到许多因素的影响。

莫雷〔1986〕认为，短时记忆的编码方式可能随情境而变化，如在汉字情境中采用视觉编码而在英语情境中采用听觉编码。

爱伦〔1989〕、涌〔1991〕等的实验结果也说明，不同的感觉通道〔视觉和听觉〕的刺激会改变短时记忆的编码方式。

以英语专业和非英语专业中国大学生为被试，以英文实验材料为刺激，发现非专业组被试总体上偏好于视觉编码，专业组被试总体上偏好于听觉编码。

本实验将要重复的波斯纳的经典实验也说明，在不同时间间隔下被试对刺激的编码方式有所不同。

反响时〔reactiontime〕，亦称“动作反响时〞，“反响潜伏期〞。

即从刺激呈现到有机体做出反响之间所需的最短时间。

最初的反响时研究仅仅用于测定神经的传导速度，之后渐渐被用于推断复杂的心理加工过程。

唐德斯〔F.C.Donders,1818-1889〕的反响时ABC〔ABCofreactiontime〕理论是这种应用的成功代表，其减数法的思想沿用至今；特也积极地将反响时可表征的心理过程大大拓展，但由于当时的研究水平所限，其效果并不理想。

直到认知心理学出现，反响时又被广泛应用于探究心理活动的机制，并衍生出减数法、加因素法、开窗实验等诸多实验式。

在认知心理学中，减法反响时既可用于研究某一个信息加工阶段或特征，也可用于研究一系列连续的加工阶段。

其理论依据是：

如果一个加工过程包含另一个加工过程所没有的心理加工过程，那么两个加工过程的反响时差异可表征这个多出的心理加工过程。

但将减数法应用于心理过程的推断应高度慎重：

实验者应对实验任务引起的刺激与反响之间的一系列心理过程有比拟准确的预测，并要求两个相减的任务中共有的心理过程要严格匹配。

波斯纳等成功地应用减数法反响时实验，证明了某些短时记忆信息可以有视觉编码和听觉编码两个连续的阶段，这是认知心理学上的重大发现，同时具有很强的方法学意义。

2研究方法

2.1被试

华东师大学心理学系本科学生3名

2.2.1实验仪器

计算机及PsyTech心理实验系统

2.2.2实验材料

英文字母大写A、B和小写a、b的不同组合，其中AA〔6次〕、BB〔6次〕。

Aa（6次）、Bb（6次）、AB〔3次〕、BA〔3次〕，Ab〔3次〕、Ba（3次）共36次〔参数设置中如选72次那么重复呈现2遍；108次那么重复呈现3遍〕。

2.3实验步骤

（1）登录并翻开PsyTech心理实验软件主界面，选中实验列表中的“短时记忆的视觉和听觉编码〞。

单击呈现实验简介。

点击“进入实验〞到“操作向导〞窗口。

实验者可进展参数设置〔或使用默认参数〕，然后点击“开场实验〞按钮进入指导语界面。

可先进展练习实验，也可以直接点击“正式实验〞按钮开场。

（2）被试阅读指导语。

当被试明白实验步骤后可进展一组练习。

练习完毕后点击“正式实验〞按钮开场。

（3）实验开场后屏幕每次呈现两个字母，有3种呈现形式：

同时呈现、一个字母比另一个字母延迟0.5秒后呈现、一个字母比另一个字母延迟2秒后呈现。

3种形式随机呈现。

被试判断呈现的两个字母是否一样并作出反响，记录反响时。

（4）实验完毕，数据被自动保存。

实验者可直接查看结果，也可换被试继续试验，结果可在主界面“数据〞菜单中查看。

3结果

3.1不同类型的子母匹配在不同间隔时间下被试正确反响时的平均数和标准差

表1正确反响时的平均数和标准差

音同形同

0毫秒

音同形异

音异形异

音同形同

500毫秒

音同形异

音异形异

音同形同

2000毫秒

音同形异

音异形异

Mean

534.04

610.58

673.40

536.39

544.82

604.04

489.00

490.95

527.87

std

88.62

128.57

72.645

188.57

125.36

179.94

93.05

105.10

137.34

从图中可以看出，在刺激间隔为0ms时，音同形同、音同形异、音异形异三种不同的匹配其反响时有明显差异；随着间隔时间的增大，反响时均有所下降，并逐渐趋同，至2000ms时几乎重合为一点。

三种不同的刺激匹配下，不同间隔时间所对应的反响时差异在下列图中表达更为明显。

3.2one-wayANOVA差异检验

刺激音同形同时，三种延迟时间下反响时没有显著差异F=0.991，p=0.407，Mean=520.26，Std=132.08；刺激音同形异时，三种延迟时间下反响时有极其显著差异F=5.085，p=0.009<0.01，Mean=545.83，Std=127.32，具体分析，0ms与2000ms下的反响时有显著差异p=0.002<0.01；刺激音异形异时，三种延迟时间下反响时有极其显著差异F=6.262，p=0.003<0.01，Mean=600.72，Std=148.46，具体分析，0ms与2000ms下的反响时有显著差异p<0.001。

可见实验材料〔刺激〕同质性越强，反响时越短，差异越不显著。

间隔0ms时，三种不同实验材料反响时有极其显著差异F=11.512，p<0.001，Mean=604.67，Std=112.72，具体分析，三种不同的实验材料两两之间均有显著差异，音同形同与音同形异p=0.014<0.05，音同形异与音异形异p=0.044<0.05，音同形同与音异形异p<0.001。

间隔500ms时，三种不同实验材料反响时无显著差异F=1.121，p=0.332，Mean=561.75，Std=167.28。

间隔2000ms时，三种不同实验材料反响时无显著差异F=0.839，p=0.437，Mean=502.99，Std=113.52。

可见，随着时间间隔的增大，差异减小。

3.3UnivariateAnalysisofVariance差异检验

以时间间隔和实验材料〔刺激匹配〕为两个因素对反响时进展UnivariateAnalysisofVariance差异检验。

实验材料主效应显著F=6.892，p=0.001<0.01；时间间隔主效应显著F=10.348，p<0.001；交互作用不显著F=1.006，p=0.406。

4讨论

4.1

由图1可以看出，不同延迟时间下的反响时差异性呈现规律性变化：

随着延迟时间的加大，反响时逐渐趋同。

ANOVA检验也反映了这一点：

在0间隔的情况下，三种不同的实验材料对应的反响时，两两之间都具有显著差异，且音异形异>音同形异>音同形同；在间隔时间为500ms和1000ms时均无显著差异，且p值增大显示差异减小。

考察音同形同和音同形异两种材料的反响时变化。

这两种反响任务都是首先判断两个字符是否为同一个字母，然后去按表示“一样〞的反响键。

根据减数法的逻辑，在0间隔的情况下，音同形异任务的反响时比音同形同任务的反响时长，说明前者有后者所不具有的心理加工过程，且该过程所占用的时长就是反响时的差值。

两种操作的动作反响是一样的，区别只能发生在判断过程中。

要确认两字符是同一个字母，对于音同形同的材料可以由外形〔轮廓〕一样来确认，也可以由读音一样来确认；对于音同形异的材料只能由读音一样来确认。

外形确认需要视觉编码，读音确认需要听觉编码。

由于“确认〞是动作反响前的最后一个步骤，所以对音同形异材料进展心理加工的最后一步是基于听觉编码的读音判断。

由于字符信息是由视觉传入的，视觉编码如果存在，必然发生在听觉编码之前。

结合减数法的实验逻辑，两种反响时的差值正是多出的那种心理加工过程。

这种过程只能是听觉编码。

音同形同材料可以经由外型一样来确认，不必再经过听觉编码，节省了一步，故反响时相对减小。

随着时间间隔的延长，两种实验任务的反响时渐渐趋同，在500ms时已没有显著差异。

该过程中音同形异任务的判断步骤与0间隔情况一样；对音同形同的任务而言，反响时的相对增加意味着心理加工过程的增加，从而与音同形异任务的加工过程趋于一致。

这一增加的心理过程就是刺激的听觉编码。

这验证了该情境下短时记忆首先进展视觉编码，然后进展听觉编码的程序。

4.2

对于音异形异的实验材料，其心理加工阶段应与音同形异的材料一样：

首先经过视觉编码，视觉编码缺乏以确认两字符“一样〞还是“不同〞，随后进展听觉编码，根据读音确认两字符不同，然后作出按“—〞键的反响。

即：

视觉编码-轮廓确认，听觉编码-读音确认。

直到读音确认为不同，被试才能做出“不同〞的判断。

这就可以解释在0间隔时音异形异材料和音同形同材料在反响时上的显著差异，以及二者在500ms后的无差异。

而音异形异材料相对于音同形异材料在0间隔情况下的显著差异无法用上面的理论来解释。

因为两者的编码方式和步骤一样，所以反响时差异所代表的心理加工过程也与编码方式无关。

我们猜测：

这是由实验材料的复杂程度决定的。

本实验中，音异形异材料的构成最为复杂，有AB，Ab，aB，ab四种情况，较难随练习迅速提高反响速度。

4.3

本实验与波斯纳经典实验结果的不同之处在于随延迟时间的加长反响时的缩短。

由图2可见：

三种实验材料的情况下，反响时都随着间隔时间的延长而缩短。

方差分析也说明：

在音同形异和音异形异的情况下，延迟2000ms的反响时显著短于0间隔的反响时。

波斯纳的实验中，随着延迟的增加，音同形同材料的反响时会逐渐上升，从而与音同形异材料的反响时趋同。

这根据短时记忆的编码理论似乎很容易解释：

随着时间的延迟，视觉编码的作用逐渐消失，听觉编码的作用逐渐增大，从而反响时也逐渐增加。

但仔细分析不同延迟时间下的操作任务，会发现无延迟〔0间隔〕和有延迟情况下的操作任务并不完全一样。

在无延迟的情况下，被试要在刺激呈现之后首先进展视觉编码，然后进展听觉编码，同时以最快的速度对“一样〞与“不同〞进展确认。

音同形同的材料在视觉编码的根底上即可得到确认，不及进入听觉编码环节，故反响时短于另外两种材料。

在有延迟的情况下，被试在延迟的时间段完成了第一个字母的声音编码，将较为复杂的两字母音形判断任务转化为较简单的单字母读音判断任务。

反响时由第二个字符呈现开场计数，这之后被试的心理加工仅仅是对这一个字母的注意和编码，而不像0间隔任务中对两个字母注意并编码。

根据减数法反响时理论，后者的反响时应当比前者更长。

而在延迟时间由500ms上升到2000ms时，虽然被试的操作任务和刺激的编码方式都完全一样，但反响时仍然出现下降。

我们认为：

这是由于判断策略的应用。

本实验中，作出按键反响的唯一依据是声音的异同，在进展了视觉编码的根底上，如何最快地进展比拟和确认是影响反响时的关键。

在无延迟的情况下，被试只能同时对两个字符进展编码和比拟；随着延迟的加长，被试在延迟时段中可以完成第一个字符的声音编码，设想下一个字符的声音编码的可能情形，并最终把注意集中到某一种情形，期待下一个字符的出现。

这种良好的准备是无延迟状态下所没有的，并且随着延迟的增加，准备可以做得更加充分，表现出反响时的下降。

本实验最长延迟为2000ms，至此反响时到达最低。

假设再增加多个延迟，可能会发现反响时降低到一定程度就维持恒定。

反响时肯定不能逾越生理的限制而无限减小，本实验中仅选取三种延迟，才会表现出反响时随间隔时间增大而保持降低，这类似于天花板效应。

4.4

从上面的讨论可以看出，短时记忆的编码方式表达在信息加工的过程中，受到实验材料、任务要求、操作策略等因素的影响。

首先，短时记忆的编码应当受到感觉传入形式的影响。

本实验中，刺激材料以视觉信息的形式呈现，故首先经由视觉编码，与头脑中字母的概念发生匹配，转化成相应的听觉编码，从而在短时记忆中保持并作为进一步的加工、判断的根底。

如果刺激材料非由视觉信息形式呈现，比方通过朗读向被试呈现材料，很可能最早出现的将是听觉编码。

再者，短时记忆在第一步编码之后再转化成什么形式，这受任务要求的影响，表达了一种策略性。

本实验中，对于形状不同的字母，要做出适当反响，最简单有效的判断是判断它的读音是否一样，故听觉编码是可以满足任务要求的最终编码。

如果听觉编码缺乏以满足任务要求，仍然可能对信息进展进一步加工编码〔如语义编码〕。

另一方面，字母材料在人脑中预存有清晰的、调用方便的概念，且容丰富，包含音、形、义等要素，这使得当一种编码产生，并与概念成功匹配后，可能转化成多种编码〔本实验认为转化成听觉编码〕。

如果缺乏这种概念预存，比方要求被试操作一些不常见的图形，或对颜色做出匹配，编码的形式将更加受到实验材料和任务要求的直接制约。

4.5

本实验应用了唐德斯的减数法反响时实验式，以对两个相减任务中共同心理过程的匹配为根底，成功别离了听觉编码这一单一任务特有的心理过程。

但如4.3所述，本实验中，不同时间延迟下，从开场计时到计时停顿，被试并非经历了完全匹配的心理过程。

在我们的分析中，这种差异是导致反响时随延迟增加而下降的原因。

波斯纳的实验并未考虑这种差异，并且得到了反响时随延迟增加而上升的的结果。

这需要进一步研究验证，以及对波斯纳实验的更细致全面的考察。

5结论

本实验验证了波斯纳的结论：

在某种情况下，短时记忆首先是视觉编码，然后迅速转成听觉编码。

编码方式受到实验材料形式、实验任务要求及被试加工策略等因素的影响。

不同延迟条件下心理加工过程并不能严格匹配，这将给结果的解释带来不一致。

参考文献

治良王新法.?

心理实验操作手册?

郭秀艳?

实验心理学?