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高个子判断距离更准确:视觉空间内部表征的作用

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       由我院(第一作者单位)周柳博士和美国路易斯维尔大学何子江教授,美国俄亥俄州立大学黄丁铃教授合作完成的最新成果《Intrinsic spatial knowledge about terrestrial ecology favors the tall for judging distance》,日前在美国《科学进展》(Science Advances)杂志在线发表。该研究以心理物理实验方法所获得的数据,为地表表征作为内部空间模型在形成距离知觉中的作用提供了行为学证据。

 

 

 

       对生存环境形成恰当的视觉表征,对环境中目标对象的位置进行精确地估计判断,并以此指导个体的动作行为,是人类在与环境相互作用的过程中,得以生存的基本条件。周围环境为我们提供了丰富多样的视觉线索,然而我们基于二维的视网膜图像却远不足以建构精准的三维视觉空间。作者认为,在大脑中,存储着某种形式的关于知觉空间的内在知识或内部模型。个体以此内部空间表征为基础,对外部深度线索进行选择性的加工利用,在此基础上才能形成视空间知觉。

 

 

 

       内部空间表征是随着个体成长,在与环境不断交互作用过程中,形成的关于生活环境的知觉表征系统。因此作者假设身高不同的成年人,基于生活中长期观察地表信息的视线高度不同,形成了有所差别的地表表征模型;而据此形成的距离知觉,就会有所差异。在完全屏蔽外部线索的黑暗环境,仅提供特定线性/纹理背景的实验环境,以及自然环境等不同条件下,作者用行为任务和知觉任务分别测量了平均身高相差30cm的两组被试的距离知觉。作者发现在更依赖内部表征的条件下,高个子的确能更准确地判断距离。相较对上视野天花板信息的利用上,这种距离判断的优势更明显地表现在对下视野的地表信息的整合利用,也即是表现出了更强的地表优势。

 

 

       不同身高的被试在判断距离任务上表现出的差异,为作者的假设提供了行为学的实验证据,表明个体很可能是以地表表面为参照系来建构内部空间表征;并且,该内部表征受身高影响显著,其形成过程与个体的成长环境和生活经验密切相关。该研究是周柳在华东师范大学攻读博士学位期间工作的一部分,曾在其学位论文中有所介绍。作者还将针对个体成长过程中,内部空间表征随着身高增长和后天训练而产生的变化开展进一步的实验研究。

 

 

 

       美国《科学》(Science) 网站对此研究作了新闻报道(相关新闻链接:http://www.sciencemag.org/news/2016/08/even-when-sitting-tall-people-are-better-judging-distance)。《科学进展》在网站首页为其做了配图宣传。此研究同时也吸引了国内外媒体的关注,包括新华社在内的多家媒体在论文刊发当天就对其进行了新闻报道。

 

以下为新华社的相关报道:

    新华社华盛顿8月31日电(记者林小春)在中国,登高望远与高瞻远瞩是家喻户晓的两个成语,而中美一项新研究8月31日说,长得高的人,在判断物体的方位与距离上也更准确。

    这项研究发表在新一期美国《科学进展》杂志上。研究负责人之一、路易斯维尔大学何子江教授对新华社记者说:“基于我们的发现,人们也许可以推测,身高更高的运动员在运动场上更有优势,尤其在网球和橄榄球等运动方面,但不排除这种优势会因后天训练而改变。”

    人们对物体距离、形状、大小及方位等空间特性的判断被称为空间知觉。科学家此前发现,空间知觉不仅依赖于外来的视觉线索,还依赖于体内的内在认知能力,尤其在黑暗环境中,但对这一内在认知能力的了解不多。

    为此,何子江与华东师范大学的周柳博士等人招募了12名高个子和12名矮个子做了一系列心理物理学实验,实验在华东师范大学进行。

    为避免受视觉线索的影响,第一个实验在完全黑暗的房间里实施,在研究对象前方一定距离打开一个亮点两秒,然后让他们走上前去用手指出这个亮点的位置。第二个实验大体相同,只不过在房间的地面或天花板添加一些发光二极管指示灯。

    结果显示,虽然个头高的人也不能100%地准确指出目标亮点的位置,但总体上比个头矮的人做得更好。此外,指示灯装在地面比装在天花板上能让研究对象表现得更好。

    第三个实验在光照充足的条件下进行,让研究对象估计身前一近一远两个点的距离,结果发现个头高的人估计更准确。即便让个头矮的人站到箱子上或者个头高的人坐在椅子上,结果也不会有改变。

    何子江说,这些实验证实除了视觉线索外,大脑确实也依赖内在认知来建构空间知觉,而这个内在认知很可能以地表为参照物,受身高影响显著,其形成过程与外在环境和过去的经历密切相关。接下来,他们将探索这个内在认知是否会随着个头长高而变化,或因后天训练而改变。何子江猜测,后天训练能弥补矮个子的不足,原因很简单,因为成人大脑仍然有学习的空间。

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