第三節 結構優勢效應

前面已經指出，過去的知識經驗對知覺有重要的作用，并常表現為上下文效應。模式識別也與上下文有密切關系，一個模式常常不是孤立地出現，而是處于與其他模式或刺激的相互聯系之中。這種上下文的作用隨著模式識別研究的開展而受到重視。現在已經發現，識別一個字詞中的字母的正確率要高于識別一個單獨的同一字母，這個現象稱作字詞優勢效應（Word-Superiority Effect）；識別一個“客體”圖形中的線段要優于識別結構不嚴的圖形中的同一線段或單獨的該線段，這種現象稱作客體優勢效應（Object-Superiority Effect）；而識別一個完整的圖形要優于識別圖形的一個部分，這稱作構型優勢效應（Configural-Superiority Effect）。此外還確定字母優勢效應（Letter-Superiority Effect），即識別字母的一個組成線段要優于識別單獨的該線段。這些效應都表明上下文，或者嚴格地說，整體的結構在模式識別中所起的有利的作用，可統稱為結構優勢效應。這種效應與人的知覺組織有密切關系，極有可能揭示出了人的知覺和模式識別的重要特點。這方面的問題引起心理學家的興趣和重視。

一、字詞優勢效應

這個效應是Reicher（1969）首先在實驗中確定的。他用速示器給被試呈現一組刺激材料。這些材料可以分為3類（圖2-15），一類為一個或兩個單個字母；另一類為一個或兩個由4個字母組成的字詞；第三類為一個或兩個由4個字母組成的無意義的字母串（非字詞）。每次試驗時，先給被試呈現一個注視點，然后短暫地呈現上述刺激材料中的一種，緊接著呈現掩蔽刺激（）和供選擇的兩個字母。這兩個字母的位置對應于所要測試的刺激材料中的字母的位置。要求被試回答這兩個字母中的哪一個是剛才在刺激材料中的這個位置上看見過的，記錄其正誤。供選擇的兩個字母在刺激材料為一個字母，一個字詞或一個非字詞時，置于相應字母的上方，否則另一個在下方。刺激呈現時間分為短、中、長3種。對每一個被試來說，這3種呈現時間是分別測定的：短的呈現時間為達到60%正確辨認率所需的時間，長的呈現時間為達到90%正確辨認率的時間再加5ms，中等呈現時間為短-長的呈現時間的中點值。因此，每個被試實際看刺激的時間是不同的，全部實驗應用的呈現時間的范圍為35～85ms。實驗過程又分兩種：一種有先行信息（Precue），即在每次試驗前，將兩個供選擇的字母口頭告訴被試；另一種則事先不告訴，只在刺激呈現之后再呈現供選擇的字母（Postcue），程序一如前述。實驗得到的結果見圖2-16。結果表明，無論事先告訴或不告訴供選擇的字母，識別字詞中的一個字母要優于識別單個字母或非字詞中的字母，正確率分別高出約8%，差異均達到統計學的顯著水平。這種實驗結果顯示了字母識別中的字詞優勢效應。

圖2-15 Reicher的實驗程序和刺激材料

圖2-16 Reicher的字母識別實驗的結果

應當指出，Reicher在安排刺激材料時，力圖限制字詞的冗余信息的作用。他的做法是這樣的：如果呈現的字詞為WORD，而要測試的是該字的第四個字母D，那么呈現供選擇的兩個字母就為D和K。這樣，字詞中的前3個字母WOR對后面選擇D或K就不會提供額外的信息，因為WORK也是一個英文字詞，而且同樣也是常見的。這種安排對字詞材料的實驗是有益的和必要的，但它的作用也只限于本組實驗的范圍之內。

Reicher認為，字詞優勢效應不能用單個字母比字詞忘得快來解釋，因為即使事先將供選擇的兩個字母告訴被試，也仍然會出現字詞優勢效應。可是后來Thompson和Massaro（1973）發現，事先將供選擇的字母告訴被試，字詞優勢效應就不出現。Reicher還指出，字詞優勢效應也不是由于字詞在速示器中的刺激面積比字母大，容易使人看見，因為4個字母組成的字詞和非字詞有一樣的刺激面積，而字詞的實驗成績高于非字詞。照Reicher看來，字詞優勢效應的出現是由于字詞具有意義。他曾經報道，在他的全部9名被試中，有一人的實驗結果與字詞優勢效應相反，即識別單個字母要優于識別字詞中的字母，此人將4個字母組成的一個詞只看作4個單個字母，而不看作一個詞，但其余被試都將4個字母組成的詞看作詞。這兩種不同的知覺方式對字詞優勢效應的作用，確實提示字詞意義的重要性。Johnston和McClelland（1974）也證實，這兩種知覺方式對字詞優勢效應有不同的作用。

Reicher的這項研究受到廣泛的注意并引出一系列的研究。Wheeler（1970），Smith和Haviland（1972），Johnston和McClelland（1974）等許多心理學家的實驗研究都證實字詞優勢效應的存在。現在已經積累了許多有意義的實驗結果，并且提出了對字詞優勢效應的各種解釋。Rumelhart和Siple（1974）指出，對字詞中的某一個字母，只要看到這個字母的一部分就可排除其他選擇，而得到正確的識別。例如，在上述字詞WORD中，對最后的一個字母D，被試只要看到D下部的曲線D，就可以正確將它識別為D。因為在英文中，前3個字母為WOR的4字母間只有WORD、WORK、WORM、WORN和WORT，當被試看了WOR之后再看到D，他就知道這第四個字母是D；而對單個字母D，被試即使看到同樣的D，也不會知道這個字母是B，D，C，Q或O。這意味著在有上下文WOR的條件下，看字母D并不一定比看單個字母D要好，而是可以更好地進行推論。由此可見，Rumelhart和Siple用借助于上下文而進行推理來解釋字詞優勢效應。這種解釋強調上下文以及有關綴字規則的知識的應用。有一些實驗結果支持這種解釋。Baron和Thurston（1973）發現，如果無意義的字母串是符合綴字規則并可讀出來的，這種非字詞中的字母與字詞中的字母在正確識別率上沒有顯著差別。這說明綴字規則和推理的作用。前面提到的兩種知覺方式的不同作用也與推理有關，只有將呈現的幾個字母看成一個詞才能進行推理，否則就不可能。對字詞優勢效應的另一種解釋著眼于字詞和字母的不同編碼。Mezrich（1973）在研究中發現，被試在這種實驗中，在作出反應之前常有將字詞讀出來的傾向，而對單個字母則較少這種傾向。他還進一步確定，如果要求被試將所呈現的字詞或單個字母都讀出來，那么字詞優勢效應將不出現，兩者的正確識別率是相近的。另一方面，Johnston和McClelland（1973）發現，如果在Reicher的實驗中，不用掩蔽刺激，那么也不會出現字詞優勢效應。這兩方面的實驗結果合在一起，就會使人想到，字詞優勢效應是由于字詞和單個字母的編碼不同所致：字詞是語音編碼的，而單個字母是視覺編碼的，視覺編碼易受視覺掩蔽的干擾，而語音編碼則不受視覺掩蔽的干擾，因而字詞中的字母識別要優于單個字母。此外，還可以從整體加工和局部加工來說明字詞優勢效應。前面已經談過Navon的實驗。如果現在將字詞看作整體，而將單個字母當作局部，那么字詞將先得到整體加工，然后再有局部加工。但是，單個字母卻沒有這種整體加工。這樣就使字詞中的字母的識別優于單個字母。以上3種解釋的著眼點不同，但都有一定道理。這個情況表明，字詞優勢效應是一個復雜的知覺現象，它可能涉及知覺或模式識別過程的不同方面和不同水平的加工。推論說強調的是以過去知識經驗為基礎的自上而下的加工。編碼說以信息的內部表征為核心，而最后一個解釋依據整體加工和局部加工的區分。這些解釋未必是互相排斥的，然而現在還不能很好地將它們結合起來。這個問題與對一般知覺過程的理解密切有關，需要進一步研究。對于字詞優勢效應來說，弄清楚它具有知覺性質還是反應性質也是很重要的。

二、客體優勢效應

在有關字詞優勢效應研究的推動下，Weisstein和Harris（1974）研究了包含在不同圖形中的直線線段的覺察或識別。他們應用陰極射線管來呈現刺激材料。這些刺激材料含有所要覺察的靶子線段和一定的上下文圖形，見圖2-17。圖中（a）～（d）是實驗材料應用的4個靶子線段，它們的長度和寬度均相同，其差別僅在于它們相對于注視點的方位或位置不同；（e）是一種上下文圖形，（f）～（i）是含有這4個靶子線段的一組刺激圖形，是實際呈現給被試的；（j）是帶掩蔽刺激（方點）的一個圖形。從圖中可以看出，任何一個靶子線段在上下文圖形中都沒有改變其原來的長度和位置等。實驗應用的各種上下文圖形及其包含的靶子線段均見圖2-18。在實驗之前，被試要熟悉沒有上下文圖形的4個單獨的靶子線段，即（a）～（d）。實驗在暗室中進行，被試先需將雙眼對準熒光屏上的一可見的注視點，然后自己啟動開關，在熒光屏上，立即出現一個刺激圖形，即一個靶子線段和一個上下文圖形合起來的圖形（即圖2-17中的（f）～（i）），隨后出現掩蔽刺激并持續100ms，要求被試確認剛才在刺激圖形中看到的是4個靶子線段中的哪一個，并按一個相應的鍵鈕作出反應，主試給予反饋。刺激呈現的時間分3種，根據每個被試的預試結果分別確定，3種時間需分別達到50%，60%和70%的正確識別率。實際應用的呈現時間為5～44ms。靶子線段、上下文圖形和呈現時間均作了一切可能的組合，其出現的次數均相同，而且做了隨機安排。共進行了兩個實驗：第一個實驗有6名被試，用了圖2-18中（a）～（c）和（e）的刺激圖形；第二個實驗有9名被試，用了圖2-18中（a），（d），（f）刺激圖形。實驗結果是被試在3種呈現時間下的平均正確識別率。在這兩個實驗中，刺激圖形為圖2-18（a）的正確識別率分別為62.8%和68.7%，兩者無顯著差異。其他各刺激圖形的實驗結果均低于圖2-18（a），并以它們分別與圖2-18（a）的差來表示，均見圖2-18。統計表明，圖2-18（a）分別與（d）、（e）的實驗結果的差異達到顯著水平；但圖2-18（a）與（b）、（c）的差異不顯著，后來在補充實驗中，將掩蔽刺激延緩40ms呈現，并只呈現40ms，相應的差異就達到顯著水平，仍以圖2-18（a）的正確識別率為最高。這些實驗結果表明，在一個結構嚴謹的三維圖形中的線段識別起來要優于組織較差的圖形中的同一線段。這種現象類似Reicher確定的字詞優勢效應。Weisstein和Harris稱之為客體優勢效應，因為圖2-17（e）的上下文圖形看起來像一個三維的客體，并且認為三維圖形是產生客體優勢效應的重要因素。后來Williams和Weisstein（1978）進一步確定，在圖2-17的上下文圖形中的線段的正確識別率為 81%，而無上下文的單個直線的正確識別率僅為69.8%，相差達 10%。至此，客體優勢效應就可以完全類比字詞優勢效應了。

后來，客體優勢效應在一系列的實驗研究中得到證實（Womersley，1977；McClelland，1978；Earhard，1980）。Weisstein和 Harris的上述研究引起人們的注意，原因之一是他們在實驗中應用了線段和圖形，與Reicher所用的字母和字詞相比，顯得作業的知覺性質更加突出了。這一點確實是有意義的。但是他們把客體優勢效應與三維圖形聯系起來的看法引起異議，并且還發現影響客體優勢效應的其他因素。Earhard（1980）發現，圖形的三維性不是產生客體優勢效應的必要因素。他在實驗中應用了兩種上下文圖形，見圖2-19中（a）和（b），（c）為4個靶子線段。這里（a）可稱作表盤式上下文，（b）可稱為坐標式上下文。他得到的結果表明，在應用圖 2-19（a）和（c）的實驗中，有表盤式上下文的靶子線段的正確識別率為 81.3%，單個靶子線段的正確識別率為70.6%，兩者相差約10%，差異達到統計學的顯著水平；在應用圖2-19（b）和（c）的實驗中，有坐標式上下文的靶子線段的正確識別率為81.3%，單個靶子線段的正確識別率為71.3%，兩者的差異也是顯著的。這個實驗結果是很有意思的。從圖2-19可以看出，在這兩個上下文圖形中，一個是連通的、緊湊的圖形（表盤式）；另一個是不連通的4條短線（坐標式），而且它們看起來都是平面的圖形，都沒有或極少有立體感，然而在這兩個上下文圖形中，都出現了客體優勢效應。這無疑將客體優勢效應的研究推進了一步，同時也對Weisstein和Harris的看法提出了疑問。更加發人深思的是Earhard的另一個實驗研究。他在這個實驗中應用的上下文圖形與前述Weisstein和Harris （1974）的實驗是一樣的，但是改變了注視點在圖形中的位置，詳細情況見圖2-20。圖中列出3組實驗材料，每組都包含單獨的靶子線段和帶靶子線段的上下文圖形。其中（b）組上下文圖形中的注視點的位置與Weisstein和Harris（1974）的實驗是一樣的，但是（a）組的注視點移到靶子線段和另兩條圖形線段的交叉處，而（c）組的注視點則在遠離靶子線段的圖形一角。圖中的圓圈表明注視點所在的位置，而在實驗時并不實際呈現。得到的3組實驗結果如下：在 （b）組實驗中，有上下文圖形的靶子線段的正確識別率為81.8%，單獨的靶子線段則為69.8%，前者顯著地高于后者，出現客體優勢效應；在（a） 組實驗中，有上下文的靶子線段的正確識別率僅為 69.5%，而單獨的靶子線段反而為81.7%，單獨的靶子線段的識別要優于帶上下文的，差異達到統計學的顯著水平。這意味著，在這組實驗中，不僅沒有出現客體優勢效應，而且顯示出上下文圖形對線段識別的不利影響，可以說，出現了客體劣勢效應（Object Inferiority Effect）。在（c）組實驗中，也出現了同樣的趨勢，單獨的靶子線段的識別率比帶上下文的要高出4.2%，但差異未達到統計學的顯著水平。上述（a）組和（c）組實驗的結果清楚地說明，如果改變注視點在上下文圖形中的位置，客體優勢效應將不出現。這與（b）組實驗即Weisstein和Harris的最初實驗構成鮮明的對比。目前關于注視點位置改變的實驗還很少，難以作出一般性的結論。但是上述實驗結果至少表明，在一定條件下，注視點的位置是起作用的。Earhard依據Navon（1977）的總體分析和局部分析的觀點來解釋他得到的實驗結果。照他的看法，客體優勢效應并不依賴圖形的三維性，而是依賴總體分析的作用。總體分析是針對圖形的總體形狀的，先于局部分析起作用，而且為局部分析提供基礎，使對靶子線段的編碼、辨別、注意等局部操作易于進行。因此，在有上下文圖形時，靶子線段的識別要優于無上下文圖形的同一線段，出現客體優勢效應。Earhard進一步認為，注視點位置與局部分析的操作方式有關，即這種局部分析很可能是從注視點開始的。如果注視點周圍沒有其他線段，如Weisstein和Harris（1974）的最初實驗，那么分析過程就可以按照它固有的順序來進行，因而能較好地掌握上下文的結構和把握其細節；相反，如果注視點周圍有其他線段，那么分析過程就會受到干擾和損害，從而出現注視點位置的不同作用。這種解釋有許多還是假設性的。盡管如此，它所依據的兩種加工是有一定道理的。而Earhard確定的實驗事實無疑具有重要意義。

Klein（1978）發現，掩蔽刺激的有無以及掩蔽刺激的性質也對客體優勢效應有重要影響。他在一個實驗中，應用了兩種類似 Weisstein和Harris（1974）所用的上下文圖形，一種為結構嚴謹的，另一種為結構不嚴的，但他應用的掩蔽刺激（圖2-21（a））則與他們不同。他應用的是隨機的線段，而Weisstein和Harris（1974）所用的是有規則排列的方點（圖2-21（b））。結果發現，在有掩蔽刺激 （圖2-21（a））時，兩種上下文圖形中的靶子線段的識別率沒有顯著的差異，但不用任何掩蔽時，則兩者有顯著差異，出現客體優勢效應。后來他又應用圖2-21中的（d）和（e）兩個掩蔽刺激分別進行實驗，得到了同樣的結果，也是沒有出現客體優勢效應。Klein指出，Weisstein和Harris（1974）應用有規則排列的方點作為掩蔽刺激，Womersley（1977）應用有規則排列的水平線（圖2-21（c）），他們都在實驗中，確定了客體優勢效應，這與他的實驗結果是矛盾的，可見掩蔽刺激是有重要作用的。Klein認為，隨機的掩蔽刺激可能與上下文圖形本身有某些共同的成分，以致干擾了上下文的作用。他設想存在著兩種知覺系統。一為特征系統，它對視覺刺激的基本特征如方位、位置等敏感，并且它對靶子線段特征的反應，除受掩蔽刺激的影響以外，不因周圍的上下文如何而不同。另一個為客體系統，它不表征個別的特征，而是將刺激的諸特征整合為三維客體的總體特征，它可被三維的、結構嚴謹的刺激所激活。照他的看法，單個的線段的識別只依賴特征系統，有上下文的線段的識別既有特征系統又有客體系統的參與，故后者優于前者。但是，隨機的掩蔽刺激可能破壞客體系統中的表征，或者隨機的掩蔽刺激在客體系統提供整體的信息之前，就迫使識別系統作出反應，這樣就不會出現客體優勢效應。Klein的解釋在原則上和前面引述的Earhard （1980）的看法一樣，也是依據整體加工和局部加工，而在細節方面則強調了掩蔽刺激的作用。需要指出，不僅Klein發現不用掩蔽刺激可獲得客體優勢效應，而且前面引述的Earhard（1980）的實驗也沒有應用掩蔽刺激，但確實獲得了客體優勢效應。這與字詞優勢效應的有關研究是相反的。前面提到，Johnston和McClelland （1973）確定，如果沒有掩蔽刺激，字詞優勢效應將不出現。這個情況也許與這兩種效應的特點有關，需要進一步研究。

圖2-17 Weisstein和Harris應用的刺激材料舉例

圖中白的圓點為注視點，實際實驗時，應用的刺激圖形為（f）～（i）。

圖2-18 Weisstein和Harris應用的各種上下文圖形及其實驗結果

圖2-19 Earhard應用的上下文圖形和靶子線段

圖2-20 Earhard改變注視點位置的實驗材料

圖2-21 客體優勢效應實驗中的幾種掩蔽刺激

除上述的字詞優勢效應和客體優勢效應以外，Pomerantz等人（1977）還發現構型優勢效應。他們在實驗中，應用了兩類刺激材料，每類都含有兩個刺激。其中一類是沒有上下文的兩個刺激，即；另一類則有上下文，即，這后一對刺激只是左側的成分不同而已。實驗時分別應用一對材料，通過速示器一次呈現一個刺激，持續200ms，要求被試進行辨別并作出相應的反應，記錄反應時，結果發現，對有上下文的刺激辨別的平均反應時為421ms，對沒有上下文的刺激辨別的平均反應時為444ms，前者快于后者。將這兩類刺激加以比較就可以看出，分別在右側多一個“）”，前者可看作整體，后者則可看作部分，但這兩類材料中的兩個刺激的差別是一樣的。Pomerantz等認為，這兩類刺激辨別的反應時的差別表明了構型優勢效應，即圖形整體比部分要易于識別。他們設想這是由于上下文與刺激構成一些新的特征所致。此外，Schendel和Shaw（1976）確定了字母優勢效應。他們發現，如果要求被試辨別短暫呈現的一條短的水平線（—）和一條斜線（＼），在附加了上下文（｜｜）后，即分別構成字母H和N，那么辨別的速度和精確性均高于辨別單獨的這些線段。最后，我們也可以把本章第一節中引用的Tulving，Mandler和Baumal（1964）的實驗結果稱作句子優勢效應。他們確定在一個句子中，識別一個詞要優于識別單個的該詞。

以上幾種結構優勢效應，目前十分引人注目。一方面，它們比較集中地提出了有關知覺和模式識別的一些重大問題，如知覺組織、過去知識經驗的作用、自下而上加工和自上而下加工以及整體加工和局部加工等；另一方面，至今未見成功地實現這種效應的計算機模擬的報道，這使人想到這種效應可能表明人所具有的不同于機器模式識別的特點。也可以說，正是這兩方面的情況說明，結構優勢效應比表面上看來要復雜得多。我們已經看到，結構優勢效應有字詞、圖形等各種形式，可以在字母、字詞和句子等不同水平上出現，并且涉及信息的編碼方式和各種加工過程。這自然會導致對結構優勢效應提出各種不同的解釋。在目前的研究水平下，對任何一種結構優勢效應，還無法肯定或否定某一種解釋。應當說，對結構優勢效應的研究現在還處于初期階段，需要從不同角度進行探討。各種結構優勢效應既有共性又有個性。從共性的角度來看，在前面提出的各種解釋中，那種以整體加工和局部加工為核心的假設顯得最有意義，因為它可以給各種結構優勢效應以統一的解釋。但是，不同的結構優勢效應又各有其特點，例如，編碼形式問題對字詞優勢效應比對客體優勢效應顯得更為重要。一個比較圓滿的解釋應能將這種共性和個性結合起來。這是進一步的研究需要注意的。目前關于結構優勢效應的研究主要是在視覺道內進行的，很少涉及其他感覺道。有理由設想，在其他感覺道內也會存在這種效應。此外，現在已確定的結構優勢效應都是在模式識別中表現出來的，我們認為在其他的知覺活動中，也會存在類似的效應。在更廣闊的領域中對結構優勢效應進行深入的研究，必然會加深對一般知覺過程的理解，也將對當前存在的有關知覺的爭論起重要作用。