視覺注意力能否分裂之議題

李仁豪 葉素玲

視覺注意力分裂（split）之議題旨在探討注意力能否做不連續的空間分佈。理論上，此議題應可從空間為基（space-based）與物體為基（object-based）之爭論來思考。由於部分的空間為基理論採取單一探照燈比喻（spotlight metaphor），這隱含了注意力的空間分佈是連續的；反觀物體為基理論並未對注意力的空間特性有何預設立場[1]，因此若能瞭解注意力究竟能不能分裂抑或在什麼情況下能分裂、或不能分裂，則也許可以部分地來解決空間為基與物體為基之間的爭論。此外，本質上注意力能否分裂之議題實是在探討空間注意力的形狀或範圍，若能釐清注意力能或不能分裂之關鍵，相信這必能對注意力的空間分佈特性有更進一步的瞭解[2]。

基本上我們對於注意力研究的立場如下：

第一，基於相信心理現象乃根於生物現象，我們認為視覺比喻才是瞭解注意力種種特性或機制之關鍵，而不是探照燈比喻。視覺比喻的要旨在於注意力就如眼睛一般，兩者有極為類似的特性或者密不可分的關係；若要瞭解注意力，那可從眼睛的構造、功能、轉動、或運動設定等來推知[3]。

第二，人是「動」物，所以這「動」這個特性絕對是決定著我們如何「看」這個世界的主因。因此，運動系統是非常重要的，其可能是決定著注意力運作的根本原因[4]。

第三，人只能有一個心智、一個自我意識，所以儘管外界有如此眾多龐雜的物體，但注意力一次只能處理一個[5]。

第四，人有自由意志，所以行為目標或內在目標導向將決定人該注意什麼、處理什麼[6]。

這些主張或許可說是種形而上的基本信念，然而它絕對是會影響著吾人對心理學的研究。如果不能清楚地知道自己的科學信仰，或對心理學的基本主張，那麼研究可能就沒有了一個中心主軸，因而所浮現的景象可能是很模糊的。將心理學裡的許多心理現象綜合在一起，絕不等於這些現象的總和；要是沒有一個先決的整體觀，那麼即便每個小現象都是很清楚，但將之結合起來的結果恐怕只是如瞎子摸象般的不可知（這些對人心智的看法部分反映在李仁豪（2000）的台灣大學心理系碩士論文內）。

回到主題，對於注意力分裂與否的問題，我們是採Posner空間提示派典（spatial cueing paradigm）為研究方法[7]。實驗結果發現注意力不能分裂，這與其它同樣是用空間提示作業的研究結果基本上是一致的。同時，Yeh (1999)用注意力能影響圖形後效的作用來探討注意力分裂與否的問題時，也發現注意力是不能分裂的。不過這與用非空間提示派典，抑或以物體或物體特徵辨識為受試者作業的研究結果不符，也即用此類作業所做出的結果通常是注意力可以分裂。因此，注意力分裂與否的關鍵之一可能是作業需求。另外還有其它注意力能分裂的基本要件，例如：處於兩目標物之間的無關刺激或干擾物不能具有突現（abrupt onset）之特性、抑或是受試者必須要抑制此無關刺激等等，不過這還沒有定論，有興趣者可參見以下幾篇論文，如：Hahn & Kramer (1995); Kramer & Hahn (1998); Awh & Pashler (2000)。

[1]物體為基理論的大意是：在前注意力階段裡，視覺系統會對外界刺激做類聚（grouping）的處理，而注意力會就這些類聚做取捨的工作，並從中選擇物體出來(Neisser, 1967; Kahneman & Henik, 1977, 1981)。依此理論的看法，注意力應該沒有特定的形狀、範圍或大小，因為這必須端視注意力所處理的物體之物理特性而定。就注意力是否可分裂來說，若物體特性為空間不連續，則注意力分裂，若物體特性是空間連續，則注意力不分裂。依大部分類聚律則的基本內涵，我們可推測注意力理應經常分裂。但若觀察外界一般的真實物體，那我們知道大部分的物體是具有空間連續的特性，只有極少數的物體是屬於空間不連續的，如：雙眼、雙耳等；另有空間不連續情況是，物體被遮蓋所引起的空間不連續，如：在雲裡飛行的飛機、草叢中的動物等。因此，從這樣的觀點分析，注意力應是較常在連續的狀態才對，分裂的情況會較少。但無論如何，即便在極少數情況之下物體才會屬空間不連續，物體為基理論仍舊會預測注意力是可以分裂。

[2] 就目前所知，注意力的形狀範圍可能為圓形(Eriksen & Hoffman, 1972)、橢圓形(Pan & Eriksen, 1993)、手鐲形狀(Egly & Homa, 1984; Juola et al., 1991)、以左右或上下左右視野為範圍(Hughes & Zimba, 1985; 1987)或根本不是以上所述的任何形狀（LaBerge, 1983; LaBerge & Brown, 1989; Castiello & Umilta, 1990; Yeh, 1999）、甚至於其形狀可能是變化多端的（Yantis, 1992）。因此，注意力似乎沒有固定的空間範圍形狀，我們的研究(Yeh, Chen, & De Valois)也顯示注意力並非圓形、橢圓形，而較支持沒有固定的形狀。

[3] 有證據顯示注意力的功能與中央小窩的功能類似，皆為提高空間解析度（Yeshurun & Carrasco, 1998）；注意力的空間特性可能跟視網膜細胞接受域的特性相似，皆具有中央興奮和旁側抑制（Steinman & Steinman, 1998）；注意力的移動方式可以有斷續移動和連續移動兩種方式，這分別對應於眼睛的跳躍（saccadic）移動及平滑（smooth）移動。從演化的角度來看，視覺比喻認為注意力是從眼睛的種種機制衍生出來的，可能具有一種計畫設定眼睛機制的特性，藉此使得認知或運動系統達到更高的效率。證據顯示注意力先移到某處而眼睛才隨後趕到，以讓物體進入中央窩，使看得更清楚(Mackeben & Nakayama, 1993)、眼動的設定機制跟注意力是密切相關的(Rizzolati, Riggio, Dascola & Umilta, 1987; Sheliga, Riggio & Rizzolatti, 1994, 1995)、注意力移動的神經機制可能跟眼睛移動的機制相同（Kustov & Robinson, 1998）以及當眼動功能受損時，注意力移動也隨之失效（Posner, Cohen & Rafal, 1982）。這些都表示視覺注意力跟眼動的關係是密不可分的。

[4] 有證據顯示當破壞猴子的大腦運動皮質區域後，與之相對應的感覺細胞就失去功用了，且那猴子似乎因而產生了忽略症（neglect）（Rafal, 1998）。也有研究顯示視覺感覺細胞的接收域之大小範圍，會隨著生物體的運動方向或行為而改變，而且傳統上被認為是負責空間知覺的頂葉，實跟前額葉、前運動區有密切連結，並至少有部分的頂葉皮質區域是有關生物體對某空間運動等功能（Rizzolatti, Shelliga & Riggio, 1994; Rizzolati, Fogassi & Gallese, 1997）。Allport(1989, 1993)對此觀點有極為詳細的說明。

[5] 許多實驗發現有所謂的同物效果，這意謂著人去注意兩個物體實比只去注意一個物體還難（Duncan, 1984, 1993; Egly, Driver & Rafal, 1994; Lavie & Driver, 1996; Watson & Kramer, 1999）。那麼大腦究竟是如何對這些可能隨時進入我們意識層次的眾多物體來做取捨呢？最近的物體為基理論雖有比較明確地強調表示這一點，但仍未有一個比較完整的模型來藉以說明競爭大腦（competitive brain）是如何活動、表現的（Desimone & Duncan, 1995; Duncan, Humphreys & Ward, 1997）。要是發現人可以同時注意兩個物體，那麼這是不是在暗示著人可以有兩種意識、兩個自我呢？一心確實能兩用呢？相反的，若發現人一次只能注意一個物體，那麼最大的疑問是為何如此呢？這樣的限制對於生物體似乎沒有好處。未來研究應要以生態演化的觀點為中心，來嘗試對這個問題做解決。

[6] 比較精緻的觀點應是，生物體會依本身種族的天生需求或個人學習的後天經驗，而對各類刺激有不同的處理。其中某些具有生態意義的刺激可以不需經由注意力，或是直接擷取注意力以讓生物體作快速的反應（Triesman, 1969; Yantis & Jonides, 1984; Jonides & Yantis, 1988; Yantis & Hillstorm, 1994; Theeuwes, 1994; Yantis, 1994）。然而在一般情況下，生物體的內在目標導向會決定注意力以及運動系統的運作狀況（Yantis & Jonides, 1990; Folk, Remington & Johnston, 1992; Yantis, 1993; Bacon & Egeth, 1994; Folk & Remingtion, 1999; Rees, Russell, Frith & Driver, 1999)。更確切地說，與目標導向行為無關的外界刺激將會自動地被忽略掉，且其反應型態是不會被預先設定（programmed），唯有關係到當下目標導向的刺激或具有強烈生態意義的刺激才會被處理。

[7] 這是屬訊號偵測作業，可用來探討注意力的種種特性及機制（Posner, 1978）。這類實驗最典型的實驗程序就是：（一）凝視階段：受試者必須盯住螢幕中間的凝視點。（二）提示階段：給予空間提示刺激，它將提供有關目標物會出現在哪的訊息，其中大部分為正確訊息，少部分是錯誤訊息。（三）SOA（stimulus onset asynchrony）階段：提示刺激與目標物（target）出現的時間差。（四）反應階段：目標物會出現，這通常是指螢幕上出現光點或者某物體的明度（luminance）增加，而受試者必須對此目標物做簡單的偵測反應。通常實驗者會操弄提示刺激和SOA，以瞭解注意力在空間及時序上的運作特性。一般而言，提示刺激可分為三種。一、有效（valid ）提示刺激：此提示刺激會給予正確的位置訊息。二、反效（invalid）提示刺激：此提示刺激將給予錯誤的位置訊息。三、中性（neutral）提示刺激：此提示刺激不會提供任何有關目標物位置的訊息。這三種提示刺激出現的嘗試（trials）就分別稱為有效嘗試、反效嘗試、及中性嘗試。

在一般情況下，實驗結果會顯示有效嘗試的反應時間要快於中性嘗試，這可稱為盈餘（benefit）效果，另反效嘗試的反應時間會慢於中性嘗試，這即為虧損（cost）效果。去掉了眼動、感覺、運動等因素，並摒除內在取捨標準（criterion）的可能解釋後，學者認為這盈虧效果是注意力所導致（Posner, Nissen & Ogden, 1977; Posner, 1980; Posner et al., 1980）。有部分的研究者認為在Posner派典中，注意力是作用在某一範圍的空間上，在這範圍內所出現的任何刺激都會受到較為快速及正確之處理（Ponser et al., 1980; Tsal, 1983; Shulman et al., 1985; Shulman, Sheehy & Wilson, 1986）。Posner更是直接地將注意力比喻為是探照燈（spotlight），外界刺激只要被它「照」到，就會有較精細的處理，並主張探照燈在空間上會有佔置(engage)、移動（movement）、脫離（disengage）這三種作用方式或歷程。這探照燈模型認為在有效或反效嘗試中，注意力會移動到提示的位置，而在中性嘗試裡，注意力則不會移動到任何一處，可能擺在原來位置（也即凝視點位置）或均勻分佈（distributed）在整個螢幕上，或者頂多引發一般的警覺狀態（arousal）。基於以上的認定，探照燈模型對盈虧效果最簡單的解釋就是：因為有效提示刺激會使得探照燈移動至目標物將出現的位置，故等到目標物出現時，探照燈已經等在那裡，因而有效嘗試要比中性嘗試少了移動歷程，這就產生了盈餘效果；此外，因反效提示刺激會使探照燈移動到錯誤位置，故當目標物出現時，探照燈還得脫離原先那個位置，才能移回到目標物出現的位置，因而反效嘗試比中性嘗試多了脫離歷程及錯誤的移動歷程，這就產生了虧損效果。

這個Posner探照燈模型是有神經生理及臨床證據之支持，顯示佔置、移動、脫離這三個主要注意力歷程分別有不同的區域來負責。首先從與注意力最為相關的忽略症來觀察。眾所皆知，忽略症病人最常見的受傷區域就是頂葉，尤其是右腦的上後頂葉區，有證據顯示此區域是負責脫離作用的（Posner, Walker, Friedrich & Rafal, 1984; 1987），不過也有研究發現由頂葉掌管的注意力功能可能不只是脫離作用（Corbetta, Shulman, Miezin & Petersen, 1995; Rizzolati, Fogassi & Gallese, 1997）或者可有其它的解釋方式（Kinsbourn, 1993）。另外，注意力移動可能是由中腦（midbrain）來掌管，而佔置功能則由視丘（thalamus）來負責。如此頂葉、中腦和視丘這三個區域就構成了注意力運作的最主要之區域了。中腦（尤指上丘體）無庸置疑是跟眼動有關，所以就視覺比喻來說，這個區域同時負責注意力移動是很合理的；再者，一個區域同時負責兩個極為相關但不盡相同的功能，的確是很符合生物經濟原則。另就視丘(尤指枕核，pulvinar nucleus或網狀核，reticular nucleus)來分析，在解剖上它是除了嗅覺之外的所有感官匯整之所在，且有大量神經輸出至運動區域並跟其它有關注意力的大腦區域有相互連結；網狀核的神經傳導物主要是以GABA為主，故有抑制功能。視丘的這些種種解剖生理證據都和注意力的功能相符合，所以視丘被設想為是注意力佔置功能的區域是很合理的。儘管許多學者對視丘所扮演的角色有不同的看法，卻也一致認為視丘跟注意力是有極為密切的關係（Crick, 1984; Crick & Koch, 1990; Posner & Robath, 1991; LaBerge, Carter & Brown, 1992; Guillery, Feig, & Lozsadi, 1998）。

整體而言，觀察腦傷病人在Posner派典上的作業表現，我們可發現中腦受傷的病人會產生注意力移動的異常狀況（Rafal, Posner, Friedman, Inhoff & Bernstein, 1988），視丘受傷的病人會有注意力佔置的問題（Petersen, Robinson & Morris, 1987; Rafal & Posner, 1987），頂葉受傷的病人也會有類似注意力無法脫離的情況（Posner et al., 1984; Posner et al., 1987）。因此，基於正常行為資料並輔以這些臨床證據，探照燈模型算是一個良好的空間為基注意力模型。但由於這類實驗幾乎都只單單採用Posner派典，且此派典又強烈地偏好空間為基，故自然有其推論限制；更重要的是，注意力之佔置、移動及脫離功能並非不能與物體為基機制相容。