第三节 结构优势效应

前面已经指出，过去的知识经验对知觉有重要的作用，并常表现为上下文效应。模式识别也与上下文有密切关系，一个模式常常不是孤立地出现，而是处于与其他模式或刺激的相互联系之中。这种上下文的作用随着模式识别研究的开展而受到重视。现在已经发现，识别一个字词中的字母的正确率要高于识别一个单独的同一字母，这个现象称作字词优势效应（Word-Superiority Effect）；识别一个“客体”图形中的线段要优于识别结构不严的图形中的同一线段或单独的该线段，这种现象称作客体优势效应（Object-Superiority Effect）；而识别一个完整的图形要优于识别图形的一个部分，这称作构型优势效应（Configural-Superiority Effect）。此外还确定字母优势效应（Letter-Superiority Effect），即识别字母的一个组成线段要优于识别单独的该线段。这些效应都表明上下文，或者严格地说，整体的结构在模式识别中所起的有利的作用，可统称为结构优势效应。这种效应与人的知觉组织有密切关系，极有可能揭示出了人的知觉和模式识别的重要特点。这方面的问题引起心理学家的兴趣和重视。

一、字词优势效应

这个效应是Reicher（1969）首先在实验中确定的。他用速示器给被试呈现一组刺激材料。这些材料可以分为3类（图2-15），一类为一个或两个单个字母；另一类为一个或两个由4个字母组成的字词；第三类为一个或两个由4个字母组成的无意义的字母串（非字词）。每次试验时，先给被试呈现一个注视点，然后短暂地呈现上述刺激材料中的一种，紧接着呈现掩蔽刺激（）和供选择的两个字母。这两个字母的位置对应于所要测试的刺激材料中的字母的位置。要求被试回答这两个字母中的哪一个是刚才在刺激材料中的这个位置上看见过的，记录其正误。供选择的两个字母在刺激材料为一个字母，一个字词或一个非字词时，置于相应字母的上方，否则另一个在下方。刺激呈现时间分为短、中、长3种。对每一个被试来说，这3种呈现时间是分别测定的：短的呈现时间为达到60%正确辨认率所需的时间，长的呈现时间为达到90%正确辨认率的时间再加5ms，中等呈现时间为短-长的呈现时间的中点值。因此，每个被试实际看刺激的时间是不同的，全部实验应用的呈现时间的范围为35～85ms。实验过程又分两种：一种有先行信息（Precue），即在每次试验前，将两个供选择的字母口头告诉被试；另一种则事先不告诉，只在刺激呈现之后再呈现供选择的字母（Postcue），程序一如前述。实验得到的结果见图2-16。结果表明，无论事先告诉或不告诉供选择的字母，识别字词中的一个字母要优于识别单个字母或非字词中的字母，正确率分别高出约8%，差异均达到统计学的显著水平。这种实验结果显示了字母识别中的字词优势效应。

图2-15 Reicher的实验程序和刺激材料

图2-16 Reicher的字母识别实验的结果

应当指出，Reicher在安排刺激材料时，力图限制字词的冗余信息的作用。他的做法是这样的：如果呈现的字词为WORD，而要测试的是该字的第四个字母D，那么呈现供选择的两个字母就为D和K。这样，字词中的前3个字母WOR对后面选择D或K就不会提供额外的信息，因为WORK也是一个英文字词，而且同样也是常见的。这种安排对字词材料的实验是有益的和必要的，但它的作用也只限于本组实验的范围之内。

Reicher认为，字词优势效应不能用单个字母比字词忘得快来解释，因为即使事先将供选择的两个字母告诉被试，也仍然会出现字词优势效应。可是后来Thompson和Massaro（1973）发现，事先将供选择的字母告诉被试，字词优势效应就不出现。Reicher还指出，字词优势效应也不是由于字词在速示器中的刺激面积比字母大，容易使人看见，因为4个字母组成的字词和非字词有一样的刺激面积，而字词的实验成绩高于非字词。照Reicher看来，字词优势效应的出现是由于字词具有意义。他曾经报道，在他的全部9名被试中，有一人的实验结果与字词优势效应相反，即识别单个字母要优于识别字词中的字母，此人将4个字母组成的一个词只看作4个单个字母，而不看作一个词，但其余被试都将4个字母组成的词看作词。这两种不同的知觉方式对字词优势效应的作用，确实提示字词意义的重要性。Johnston和McClelland（1974）也证实，这两种知觉方式对字词优势效应有不同的作用。

Reicher的这项研究受到广泛的注意并引出一系列的研究。Wheeler（1970），Smith和Haviland（1972），Johnston和McClelland（1974）等许多心理学家的实验研究都证实字词优势效应的存在。现在已经积累了许多有意义的实验结果，并且提出了对字词优势效应的各种解释。Rumelhart和Siple（1974）指出，对字词中的某一个字母，只要看到这个字母的一部分就可排除其他选择，而得到正确的识别。例如，在上述字词WORD中，对最后的一个字母D，被试只要看到D下部的曲线D，就可以正确将它识别为D。因为在英文中，前3个字母为WOR的4字母间只有WORD、WORK、WORM、WORN和WORT，当被试看了WOR之后再看到D，他就知道这第四个字母是D；而对单个字母D，被试即使看到同样的D，也不会知道这个字母是B，D，C，Q或O。这意味着在有上下文WOR的条件下，看字母D并不一定比看单个字母D要好，而是可以更好地进行推论。由此可见，Rumelhart和Siple用借助于上下文而进行推理来解释字词优势效应。这种解释强调上下文以及有关缀字规则的知识的应用。有一些实验结果支持这种解释。Baron和Thurston（1973）发现，如果无意义的字母串是符合缀字规则并可读出来的，这种非字词中的字母与字词中的字母在正确识别率上没有显著差别。这说明缀字规则和推理的作用。前面提到的两种知觉方式的不同作用也与推理有关，只有将呈现的几个字母看成一个词才能进行推理，否则就不可能。对字词优势效应的另一种解释着眼于字词和字母的不同编码。Mezrich（1973）在研究中发现，被试在这种实验中，在作出反应之前常有将字词读出来的倾向，而对单个字母则较少这种倾向。他还进一步确定，如果要求被试将所呈现的字词或单个字母都读出来，那么字词优势效应将不出现，两者的正确识别率是相近的。另一方面，Johnston和McClelland（1973）发现，如果在Reicher的实验中，不用掩蔽刺激，那么也不会出现字词优势效应。这两方面的实验结果合在一起，就会使人想到，字词优势效应是由于字词和单个字母的编码不同所致：字词是语音编码的，而单个字母是视觉编码的，视觉编码易受视觉掩蔽的干扰，而语音编码则不受视觉掩蔽的干扰，因而字词中的字母识别要优于单个字母。此外，还可以从整体加工和局部加工来说明字词优势效应。前面已经谈过Navon的实验。如果现在将字词看作整体，而将单个字母当作局部，那么字词将先得到整体加工，然后再有局部加工。但是，单个字母却没有这种整体加工。这样就使字词中的字母的识别优于单个字母。以上3种解释的着眼点不同，但都有一定道理。这个情况表明，字词优势效应是一个复杂的知觉现象，它可能涉及知觉或模式识别过程的不同方面和不同水平的加工。推论说强调的是以过去知识经验为基础的自上而下的加工。编码说以信息的内部表征为核心，而最后一个解释依据整体加工和局部加工的区分。这些解释未必是互相排斥的，然而现在还不能很好地将它们结合起来。这个问题与对一般知觉过程的理解密切有关，需要进一步研究。对于字词优势效应来说，弄清楚它具有知觉性质还是反应性质也是很重要的。

二、客体优势效应

在有关字词优势效应研究的推动下，Weisstein和Harris（1974）研究了包含在不同图形中的直线线段的觉察或识别。他们应用阴极射线管来呈现刺激材料。这些刺激材料含有所要觉察的靶子线段和一定的上下文图形，见图2-17。图中（a）～（d）是实验材料应用的4个靶子线段，它们的长度和宽度均相同，其差别仅在于它们相对于注视点的方位或位置不同；（e）是一种上下文图形，（f）～（i）是含有这4个靶子线段的一组刺激图形，是实际呈现给被试的；（j）是带掩蔽刺激（方点）的一个图形。从图中可以看出，任何一个靶子线段在上下文图形中都没有改变其原来的长度和位置等。实验应用的各种上下文图形及其包含的靶子线段均见图2-18。在实验之前，被试要熟悉没有上下文图形的4个单独的靶子线段，即（a）～（d）。实验在暗室中进行，被试先需将双眼对准荧光屏上的一可见的注视点，然后自己启动开关，在荧光屏上，立即出现一个刺激图形，即一个靶子线段和一个上下文图形合起来的图形（即图2-17中的（f）～（i）），随后出现掩蔽刺激并持续100ms，要求被试确认刚才在刺激图形中看到的是4个靶子线段中的哪一个，并按一个相应的键钮作出反应，主试给予反馈。刺激呈现的时间分3种，根据每个被试的预试结果分别确定，3种时间需分别达到50%，60%和70%的正确识别率。实际应用的呈现时间为5～44ms。靶子线段、上下文图形和呈现时间均作了一切可能的组合，其出现的次数均相同，而且做了随机安排。共进行了两个实验：第一个实验有6名被试，用了图2-18中（a）～（c）和（e）的刺激图形；第二个实验有9名被试，用了图2-18中（a），（d），（f）刺激图形。实验结果是被试在3种呈现时间下的平均正确识别率。在这两个实验中，刺激图形为图2-18（a）的正确识别率分别为62.8%和68.7%，两者无显著差异。其他各刺激图形的实验结果均低于图2-18（a），并以它们分别与图2-18（a）的差来表示，均见图2-18。统计表明，图2-18（a）分别与（d）、（e）的实验结果的差异达到显著水平；但图2-18（a）与（b）、（c）的差异不显著，后来在补充实验中，将掩蔽刺激延缓40ms呈现，并只呈现40ms，相应的差异就达到显著水平，仍以图2-18（a）的正确识别率为最高。这些实验结果表明，在一个结构严谨的三维图形中的线段识别起来要优于组织较差的图形中的同一线段。这种现象类似Reicher确定的字词优势效应。Weisstein和Harris称之为客体优势效应，因为图2-17（e）的上下文图形看起来像一个三维的客体，并且认为三维图形是产生客体优势效应的重要因素。后来Williams和Weisstein（1978）进一步确定，在图2-17的上下文图形中的线段的正确识别率为 81%，而无上下文的单个直线的正确识别率仅为69.8%，相差达 10%。至此，客体优势效应就可以完全类比字词优势效应了。

后来，客体优势效应在一系列的实验研究中得到证实（Womersley，1977；McClelland，1978；Earhard，1980）。Weisstein和 Harris的上述研究引起人们的注意，原因之一是他们在实验中应用了线段和图形，与Reicher所用的字母和字词相比，显得作业的知觉性质更加突出了。这一点确实是有意义的。但是他们把客体优势效应与三维图形联系起来的看法引起异议，并且还发现影响客体优势效应的其他因素。Earhard（1980）发现，图形的三维性不是产生客体优势效应的必要因素。他在实验中应用了两种上下文图形，见图2-19中（a）和（b），（c）为4个靶子线段。这里（a）可称作表盘式上下文，（b）可称为坐标式上下文。他得到的结果表明，在应用图 2-19（a）和（c）的实验中，有表盘式上下文的靶子线段的正确识别率为 81.3%，单个靶子线段的正确识别率为70.6%，两者相差约10%，差异达到统计学的显著水平；在应用图2-19（b）和（c）的实验中，有坐标式上下文的靶子线段的正确识别率为81.3%，单个靶子线段的正确识别率为71.3%，两者的差异也是显著的。这个实验结果是很有意思的。从图2-19可以看出，在这两个上下文图形中，一个是连通的、紧凑的图形（表盘式）；另一个是不连通的4条短线（坐标式），而且它们看起来都是平面的图形，都没有或极少有立体感，然而在这两个上下文图形中，都出现了客体优势效应。这无疑将客体优势效应的研究推进了一步，同时也对Weisstein和Harris的看法提出了疑问。更加发人深思的是Earhard的另一个实验研究。他在这个实验中应用的上下文图形与前述Weisstein和Harris （1974）的实验是一样的，但是改变了注视点在图形中的位置，详细情况见图2-20。图中列出3组实验材料，每组都包含单独的靶子线段和带靶子线段的上下文图形。其中（b）组上下文图形中的注视点的位置与Weisstein和Harris（1974）的实验是一样的，但是（a）组的注视点移到靶子线段和另两条图形线段的交叉处，而（c）组的注视点则在远离靶子线段的图形一角。图中的圆圈表明注视点所在的位置，而在实验时并不实际呈现。得到的3组实验结果如下：在 （b）组实验中，有上下文图形的靶子线段的正确识别率为81.8%，单独的靶子线段则为69.8%，前者显著地高于后者，出现客体优势效应；在（a） 组实验中，有上下文的靶子线段的正确识别率仅为 69.5%，而单独的靶子线段反而为81.7%，单独的靶子线段的识别要优于带上下文的，差异达到统计学的显著水平。这意味着，在这组实验中，不仅没有出现客体优势效应，而且显示出上下文图形对线段识别的不利影响，可以说，出现了客体劣势效应（Object Inferiority Effect）。在（c）组实验中，也出现了同样的趋势，单独的靶子线段的识别率比带上下文的要高出4.2%，但差异未达到统计学的显著水平。上述（a）组和（c）组实验的结果清楚地说明，如果改变注视点在上下文图形中的位置，客体优势效应将不出现。这与（b）组实验即Weisstein和Harris的最初实验构成鲜明的对比。目前关于注视点位置改变的实验还很少，难以作出一般性的结论。但是上述实验结果至少表明，在一定条件下，注视点的位置是起作用的。Earhard依据Navon（1977）的总体分析和局部分析的观点来解释他得到的实验结果。照他的看法，客体优势效应并不依赖图形的三维性，而是依赖总体分析的作用。总体分析是针对图形的总体形状的，先于局部分析起作用，而且为局部分析提供基础，使对靶子线段的编码、辨别、注意等局部操作易于进行。因此，在有上下文图形时，靶子线段的识别要优于无上下文图形的同一线段，出现客体优势效应。Earhard进一步认为，注视点位置与局部分析的操作方式有关，即这种局部分析很可能是从注视点开始的。如果注视点周围没有其他线段，如Weisstein和Harris（1974）的最初实验，那么分析过程就可以按照它固有的顺序来进行，因而能较好地掌握上下文的结构和把握其细节；相反，如果注视点周围有其他线段，那么分析过程就会受到干扰和损害，从而出现注视点位置的不同作用。这种解释有许多还是假设性的。尽管如此，它所依据的两种加工是有一定道理的。而Earhard确定的实验事实无疑具有重要意义。

Klein（1978）发现，掩蔽刺激的有无以及掩蔽刺激的性质也对客体优势效应有重要影响。他在一个实验中，应用了两种类似 Weisstein和Harris（1974）所用的上下文图形，一种为结构严谨的，另一种为结构不严的，但他应用的掩蔽刺激（图2-21（a））则与他们不同。他应用的是随机的线段，而Weisstein和Harris（1974）所用的是有规则排列的方点（图2-21（b））。结果发现，在有掩蔽刺激 （图2-21（a））时，两种上下文图形中的靶子线段的识别率没有显著的差异，但不用任何掩蔽时，则两者有显著差异，出现客体优势效应。后来他又应用图2-21中的（d）和（e）两个掩蔽刺激分别进行实验，得到了同样的结果，也是没有出现客体优势效应。Klein指出，Weisstein和Harris（1974）应用有规则排列的方点作为掩蔽刺激，Womersley（1977）应用有规则排列的水平线（图2-21（c）），他们都在实验中，确定了客体优势效应，这与他的实验结果是矛盾的，可见掩蔽刺激是有重要作用的。Klein认为，随机的掩蔽刺激可能与上下文图形本身有某些共同的成分，以致干扰了上下文的作用。他设想存在着两种知觉系统。一为特征系统，它对视觉刺激的基本特征如方位、位置等敏感，并且它对靶子线段特征的反应，除受掩蔽刺激的影响以外，不因周围的上下文如何而不同。另一个为客体系统，它不表征个别的特征，而是将刺激的诸特征整合为三维客体的总体特征，它可被三维的、结构严谨的刺激所激活。照他的看法，单个的线段的识别只依赖特征系统，有上下文的线段的识别既有特征系统又有客体系统的参与，故后者优于前者。但是，随机的掩蔽刺激可能破坏客体系统中的表征，或者随机的掩蔽刺激在客体系统提供整体的信息之前，就迫使识别系统作出反应，这样就不会出现客体优势效应。Klein的解释在原则上和前面引述的Earhard （1980）的看法一样，也是依据整体加工和局部加工，而在细节方面则强调了掩蔽刺激的作用。需要指出，不仅Klein发现不用掩蔽刺激可获得客体优势效应，而且前面引述的Earhard（1980）的实验也没有应用掩蔽刺激，但确实获得了客体优势效应。这与字词优势效应的有关研究是相反的。前面提到，Johnston和McClelland （1973）确定，如果没有掩蔽刺激，字词优势效应将不出现。这个情况也许与这两种效应的特点有关，需要进一步研究。

图2-17 Weisstein和Harris应用的刺激材料举例

图中白的圆点为注视点，实际实验时，应用的刺激图形为（f）～（i）。

图2-18 Weisstein和Harris应用的各种上下文图形及其实验结果

图2-19 Earhard应用的上下文图形和靶子线段

图2-20 Earhard改变注视点位置的实验材料

图2-21 客体优势效应实验中的几种掩蔽刺激

除上述的字词优势效应和客体优势效应以外，Pomerantz等人（1977）还发现构型优势效应。他们在实验中，应用了两类刺激材料，每类都含有两个刺激。其中一类是没有上下文的两个刺激，即；另一类则有上下文，即，这后一对刺激只是左侧的成分不同而已。实验时分别应用一对材料，通过速示器一次呈现一个刺激，持续200ms，要求被试进行辨别并作出相应的反应，记录反应时，结果发现，对有上下文的刺激辨别的平均反应时为421ms，对没有上下文的刺激辨别的平均反应时为444ms，前者快于后者。将这两类刺激加以比较就可以看出，分别在右侧多一个“）”，前者可看作整体，后者则可看作部分，但这两类材料中的两个刺激的差别是一样的。Pomerantz等认为，这两类刺激辨别的反应时的差别表明了构型优势效应，即图形整体比部分要易于识别。他们设想这是由于上下文与刺激构成一些新的特征所致。此外，Schendel和Shaw（1976）确定了字母优势效应。他们发现，如果要求被试辨别短暂呈现的一条短的水平线（—）和一条斜线（＼），在附加了上下文（｜｜）后，即分别构成字母H和N，那么辨别的速度和精确性均高于辨别单独的这些线段。最后，我们也可以把本章第一节中引用的Tulving，Mandler和Baumal（1964）的实验结果称作句子优势效应。他们确定在一个句子中，识别一个词要优于识别单个的该词。

以上几种结构优势效应，目前十分引人注目。一方面，它们比较集中地提出了有关知觉和模式识别的一些重大问题，如知觉组织、过去知识经验的作用、自下而上加工和自上而下加工以及整体加工和局部加工等；另一方面，至今未见成功地实现这种效应的计算机模拟的报道，这使人想到这种效应可能表明人所具有的不同于机器模式识别的特点。也可以说，正是这两方面的情况说明，结构优势效应比表面上看来要复杂得多。我们已经看到，结构优势效应有字词、图形等各种形式，可以在字母、字词和句子等不同水平上出现，并且涉及信息的编码方式和各种加工过程。这自然会导致对结构优势效应提出各种不同的解释。在目前的研究水平下，对任何一种结构优势效应，还无法肯定或否定某一种解释。应当说，对结构优势效应的研究现在还处于初期阶段，需要从不同角度进行探讨。各种结构优势效应既有共性又有个性。从共性的角度来看，在前面提出的各种解释中，那种以整体加工和局部加工为核心的假设显得最有意义，因为它可以给各种结构优势效应以统一的解释。但是，不同的结构优势效应又各有其特点，例如，编码形式问题对字词优势效应比对客体优势效应显得更为重要。一个比较圆满的解释应能将这种共性和个性结合起来。这是进一步的研究需要注意的。目前关于结构优势效应的研究主要是在视觉道内进行的，很少涉及其他感觉道。有理由设想，在其他感觉道内也会存在这种效应。此外，现在已确定的结构优势效应都是在模式识别中表现出来的，我们认为在其他的知觉活动中，也会存在类似的效应。在更广阔的领域中对结构优势效应进行深入的研究，必然会加深对一般知觉过程的理解，也将对当前存在的有关知觉的争论起重要作用。