快速閱讀訓(xùn)練對基于視覺定向搜索的注意力影響：ERP 研究 *

李恒平 何勝昔 劉正奎

(1 中國科學(xué)院心理研究所，中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100101) (2 深圳市衛(wèi)生健康發(fā)展研究中心，深圳 518028)

1 引言

快速閱讀通常被認為起源于20 世紀初的美國。它將閱讀的文字以組或行、塊為單位進行整體閱讀，充分調(diào)動人的左右腦功能，將書面文字信息對眼睛產(chǎn)生光學(xué)刺激之后形成的整體文字圖像，直接傳送到大腦，以圖像的形式記憶，之后再通過左右腦協(xié)調(diào)處理將文字圖像解析出來，進行文字的復(fù)述和理解，是一種“眼腦直映”式的閱讀方式（克里斯蒂安·格呂寧, 2015）。心理學(xué)界對此研究大致分為兩類：一類研究注重探討快速閱讀的微觀機制，對閱讀速度與人的眼動模式進行研究，奧·庫茲涅佐夫和列·赫羅莫夫（1985）以及袁威（2004）認為眼睛在閱讀過程中的運動方式，影響著閱讀速度，包括視幅狹窄、視時過長和回視現(xiàn)象等，致力于通過改變眼動模式提高閱讀速度；另一類研究注重探討快速閱讀的信息加工機制，呂勇、閆國利、陳連燕和范曉紅（2000）提出“自下而上”、“自上而下”、“相互作用”三種模型。

劉婧（2019）對國內(nèi)近10 年眼動研究進行梳理后發(fā)現(xiàn)：眼動研究在國內(nèi)一直保持著較高的熱度，眼動技術(shù)在眾多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者 深入研究有關(guān)理論，提出了漢語快速閱讀的方法，實踐中取得了一定成效?？焖匍喿x的訓(xùn)練方法主要有：以提高眼動速度與擴大視野寬度為目標的視覺訓(xùn)練、改變傳統(tǒng)閱讀過程中影響閱讀速讀的習(xí)慣、抓關(guān)鍵詞等閱讀技巧練習(xí)、使用快速閱讀訓(xùn)練軟件進行練習(xí)等（程瑋, 2016; 胡雅茹,2014; 王嘉星, 2017; 閆國利, 何立媛, 宋子明,2016）。訓(xùn)練中要求讀者把注意力集中在更整體的水平上，逐漸形成固定的閱讀程序，從“水份”極重的信息中，迅速篩選出有用信息，從而提高閱讀效率。

研究者普遍認為，注意的高度集中是進行快速閱讀的基礎(chǔ)，注意的篩選使得只有部分信息被感覺系統(tǒng)所加工，在快速閱讀的過程中讀者充分調(diào)用了注意的選擇、集中與分配等功能（閆國利,呂勇, 2002）。而有關(guān)快速閱讀的訓(xùn)練方法對兒童注意功能影響的研究并不多見，這引發(fā)了筆者的思考：一方面，通過改變眼動模式提高閱讀速度的訓(xùn)練，讀者在信息篩選過程中，注意是否會受到線索提示的影響而發(fā)生快速轉(zhuǎn)移，對任務(wù)加工起到易化作用，從而降低認知資源的占用率？另一方面，以組塊為單位進行整體閱讀的訓(xùn)練，使讀者把注意力集中在更整體的水平上，形成固定的閱讀程序，信息加工模式由控制性逐漸轉(zhuǎn)向自動化，這種轉(zhuǎn)變對注意機制的運行有什么影響？

腦成像研究發(fā)現(xiàn)，后上頂葉皮層（PSPL）與數(shù)字處理有著密切關(guān)系，而大腦皮層（cerebral cortex）是產(chǎn)生注意的最高部位，大腦皮層的前額葉和頂葉正是在信息選擇中發(fā)揮重要作用的區(qū)域（彭聃齡, 2019）。王慧媛（2009）認為注意定勢就是觀察者對于特定任務(wù)或者接受特定信息的一種準備狀態(tài)，那些與注意定勢特征相同的非預(yù)期項更有可能被覺察?；诖?，本研究使用舒爾特數(shù)字方格作為材料，采用視覺目標搜索范式，以搜索特定數(shù)字為任務(wù)，運用ERPs 技術(shù)進行記錄、分析。實驗任務(wù)中的注意物（指定數(shù)字）與非預(yù)期物（其他數(shù)字）的特征相同，減少了注意定勢對基本任務(wù)加工的影響，這也與快速閱讀訓(xùn)練材料的特征、訓(xùn)練情境高度相似。被試均為小學(xué)階段兒童，他們對阿拉伯?dāng)?shù)字的辨認能力基本相同，排除了實驗材料對于被試的難度差異性。

具體而言，本研究在被試接受快速閱讀訓(xùn)練前后，分別對其進行視覺搜索的ERP 測試，選擇大腦額葉、頂葉、枕葉位置具有代表性的電極點F3-F4，P7-P8，O1-O2 作為重點分析的電極點，觀測突出的ERP 成分為P130 與N120、P200 與N200，評估快速閱讀的訓(xùn)練方法對被試的注意功能發(fā)揮的具體影響。

2 研究方法

2.1 被試

以志愿者的形式，招募30 名小學(xué)生參加實驗。剔除了4 名腦電數(shù)據(jù)偽跡太多的被試，剩余26 名，其中男生14 名，女生12 名。他們的年齡在9～13 歲（11±1.7 歲），均為發(fā)育正常的普通兒童，右利手，視力正常。

2.2 實驗材料

以圖片格式的5×5 阿拉伯?dāng)?shù)字方格作為實驗材料，以搜索特定數(shù)字作為任務(wù)。數(shù)字方格圖片共240 張，每張的數(shù)字為隨機分布的1～25，圖片像素為1866×1866。使用E-Prime2.0 編程，程序在17 英寸、刷新率為85Hz 的液晶顯示器上控制呈現(xiàn)，每張圖片呈現(xiàn)時間為3s。

2.3 實驗設(shè)計

采用2（訓(xùn)練前、訓(xùn)練后）×2（定位搜索、順序搜索）的兩因素被試內(nèi)實驗設(shè)計，自變量為訓(xùn)練前后、搜索任務(wù)（定位搜索、順序搜索），因變量為反應(yīng)時、作答率和腦電。

2.4 程序

實驗分為三個階段，在快速閱讀訓(xùn)練前對被試進行視覺搜索測試，然后對被試進行為期28 天的快速閱讀訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束后進行與前測任務(wù)相同的測試。兩次測試分別記錄視覺搜索的腦電特征、反應(yīng)時，計算作答率，評估訓(xùn)練前后被試注意的變化情況。

2.4.1 快速閱讀訓(xùn)練過程

對被試進行為期4 周的快速閱讀訓(xùn)練，每天上午、下午各訓(xùn)練1 次，每次訓(xùn)練大約20～30 分鐘，共訓(xùn)練56 次。訓(xùn)練初期，對兒童進行計時練習(xí)以提高眼動速度、擴大視覺范圍，包括提升眼動速度練習(xí)、線與面的拓展練習(xí)、文字字群閱覽練習(xí)，為快速閱讀做好生理準備；然后進行抓關(guān)鍵詞、掌握重點信息的練習(xí)；最后用閱讀材料練習(xí)題庫進行整體閱讀的訓(xùn)練。在訓(xùn)練過程中要求兒童克服影響閱讀速度的習(xí)慣，如唇讀、默讀、指讀、返讀回視、搖頭晃腦、斜躺歪坐等。

2.4.2 視覺搜索任務(wù)測試

測試前被試需洗凈頭發(fā)并吹干，坐在安靜的隔離實驗室里，調(diào)整至合適的坐姿，與電腦屏幕保持70 cm 距離。實驗助理為其帶上電極帽，將電極調(diào)試到有效位置點，詳細講解即將進行的實驗步驟及注意事項，被試完全理解規(guī)則后開始練習(xí)、進行正式測試。

被試在進行快速閱讀訓(xùn)練前后各接受一次測試，測試包含兩組程序，測試任務(wù)如下。

（1）進行定位搜索，在當(dāng)前呈現(xiàn)的方格中找到數(shù)字5 后按下空格鍵，每張方格圖呈現(xiàn)時間為3 s，共120 個試次。

（2）進行順序搜索，在當(dāng)前呈現(xiàn)的方格中按順序找到數(shù)字7、8、9 后按下空格鍵，每張方格圖呈現(xiàn)時間為3 s，共120 個試次。

第一項測試任務(wù)結(jié)束后作較長時間的休息并調(diào)整電極帽，再繼續(xù)進行第二項任務(wù)測試，直至完成全部測試。

2.5 腦電記錄與數(shù)據(jù)處理

實驗使用的腦電記錄儀器為德國Brain Product公司生產(chǎn)的BP-ERP 工作站，電極設(shè)置采用國際10-20 電極配位法，使用64 導(dǎo)電極帽記錄腦電波。記錄EEG 腦電時的參考電極為FCz，地極在前額中央，在右眼外側(cè)1 cm 處、左眼下方1 cm 處分別設(shè)置電極，記錄水平眼電（HEOG）和垂直眼電（VEOG）。每個電極的頭皮電阻均低于5 KΩ，濾波帶通為0.01～70 Hz，采樣頻率為500 Hz。

自動校正HEOG 和VEOG，波幅超過±50 μV均為偽跡，以數(shù)字方格呈現(xiàn)前200 ms 作為基線，對呈現(xiàn)前200 ms 至呈現(xiàn)后800 ms 的腦電進行分段分析，刺激產(chǎn)生的ERP 各成分明顯。采用Brain Analyzer 分析軟件處理腦電圖（EEG）數(shù)據(jù)，依據(jù)實驗設(shè)計對EEG 分類疊加，分別得到各導(dǎo)聯(lián)的ERP 波形。

實驗采用電極分區(qū)平均的方法分析ERP 數(shù)據(jù)，按前腦區(qū)和后腦區(qū)，將64 個電極分為前后兩個區(qū)域?？紤]到與視覺搜索及行為決策相關(guān)的波形主要表現(xiàn)在額葉、枕葉和頂葉，本研究重點選擇了具有代表性的電極點F3-F4，P7-P8，O1-O2 作為參與分析的電極點，觀測到突出的ERP 成分為P130 與N120、P200 與N200。根據(jù)ERP 總平均圖，各成分測量的時間窗口分別為：大腦前中部N120（80～180 ms）和P200（150～290 ms）；大腦中后部P130（90～210 ms）和N200（140～280 ms）。

行為數(shù)據(jù)使用E-Prime2.0 軟件采集。所有實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過EXCEL2007 軟件匯總后，運用SPSS22.0統(tǒng)計軟件進行分析處理。大腦前部、后部各個電極點波峰和潛伏期數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)基本符合正態(tài)分布特點，用“平均值±標準誤（Mean±S.E.）”的形式描述數(shù)據(jù)。采用單因變量ANOVA 分析，并進行事后兩兩比較（α=0.05）。

3 結(jié)果

3.1 行為數(shù)據(jù)結(jié)果

被試的前測與后測的反應(yīng)時、作答率統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表 1 訓(xùn)練前后不同任務(wù)下的反應(yīng)時（ms）和作答率（%）

數(shù)據(jù)顯示，被試進行視覺搜索測試，后測的反應(yīng)時小于前測，后測的作答率高于前測，其中順序搜索的作答率前后測對照具有顯著性?？傮w而言，經(jīng)過快速閱讀訓(xùn)練，被試的視覺搜索反應(yīng)時和測試完成度均有提升，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的離散度變小。

3.2 ERP 結(jié)果

被試在進行視覺搜索時需激活大腦的注意、認知加工等功能，參考以往研究，選擇額葉、頂葉、枕葉位置有代表性電極點F3-F4，P7-P8，O1-O2 作為重點分析的電極點。實驗中清晰地觀察到了P130 與N120、P200 與N200 等ERP 波形。

3.2.1 各成分的位置、平均潛伏期和平均波幅

對ERP 各成分的潛伏期和波幅進行ANOVA分析并作事后兩兩比較，統(tǒng)計結(jié)果如表2。

表 2 各成分的位置、平均潛伏期（ms）和平均波幅（μV）

結(jié)果顯示：（1）ERP 成分P130 在電極點P7上，被試進行定位搜索的后測潛伏期顯著長于前測，F(xiàn)(1, 51)=5.20，p=0.027；進行順序搜索的后測潛伏期也顯著長于前測F(1, 52)=5.38，p=0.024。（2）N120 在電極點P7 上，被試進行順序搜索的后測波幅顯著大于前測F(1, 52)=7.56，p=0.008。（3）P200 在電極點F3 上，被試進行定位搜索的后測波幅顯著小于前測F(1, 51)=5.09，p=0.028。（4）N200 在電極點P7 上，被試進行定位搜索的后測波幅顯著大于前測F(1, 51)=7.04，p=0.011。在其他電極點上未見顯著差異。

3.2.2 各電極點ERP 平均波形圖

前、后測中各電極點ERP 平均波形圖分別見圖1、圖2。

圖 1 定位搜索時各電極點的ERP 平均波形前后測對照

圖 2 順序搜索時各電極點的ERP 平均波形前后測對照

圖1、圖2 顯示，被試進行定位搜索和順序搜索時，在電極點F3-F4、P8、O1-O2 的ERP 平均波形后測相對于前測的波幅均減小，前后測ERP 波形在電極點P7 上相反。

4 討論

4.1 行為數(shù)據(jù)討論

早在James 時代學(xué)者就指出了“隱性注意力”的存在，即人可以在不需要眼球運動的情況下，感知到周圍的物體，也就是常說的用余光看到的物體。有證據(jù)表明：人在閱讀時，眼睛掃描（saccades）是和隱性注意力共同工作的（Findlay & Gilchrist,2001），注視線索即使對目標位置沒有任何預(yù)測作用，仍能誘導(dǎo)注意發(fā)生快速轉(zhuǎn)移（趙亞軍, 張智君,2009）。面對相同的視覺搜索任務(wù)，被試訓(xùn)練后的反應(yīng)時小于訓(xùn)練前，可以推測，通過以提高眼動速度與擴大視野寬度為目標的視覺訓(xùn)練，被試在進行信息篩選過程中可能受到線索提示影響，誘導(dǎo)了注意發(fā)生快速轉(zhuǎn)移，隱性注意力發(fā)揮了越來越大的作用，在不需要或輕微的眼球運動的情況下，就能感知到周圍物體。

Kahneman（1973）研究發(fā)現(xiàn)注意對刺激的識別需要占用認知資源，當(dāng)認知資源完全被占用時，新的刺激將得不到加工（未被注意）。在此基礎(chǔ)上，Shiffrin 和Schneider（1977）把信息加工分為自動化加工和意識控制的加工。自動加工不受認知資源的限制，不需要注意的參與；控制加工受認知資源的限制，需要注意的參與。被試分別進行定位搜索和順序搜索測試，后測的作答率均高于前測，且進行順序搜索的后測作答率提升幅度具有顯著性，推測可能通過以擴大視野和組塊為單位進行整體閱讀訓(xùn)練，被試逐漸形成自動化的固定閱讀程序，提高了認知資源的利用率，從而提高了信息篩選的效率。

4.2 ERP 數(shù)據(jù)討論

Desimone 和Duncan（1995）指出，注意的選擇是由自下而上（bottom up）和自上而下（top down）兩個因素組成。自下而上的通路中，大腦內(nèi)呈現(xiàn)的信息是通過視覺通路傳遞的外界刺激原始的物理特征，如顏色、強度、方向等，這是外部環(huán)境信息驅(qū)動的注意力。自上而下的通路指的是大腦的高級聯(lián)合皮層，包括前額葉皮層（PFC）和后頂葉皮層（PPC）根據(jù)當(dāng)前任務(wù)的目標和以往的知識對視覺通路中的信息進行的調(diào)控，這是大腦內(nèi)部信息驅(qū)動的注意力。在視覺注意領(lǐng)域，Posner（1980）將注意分為內(nèi)源性注意和外源性注意，反映的正是注意的自上而下和自下而上加工。內(nèi)源性注意是根據(jù)觀察者的行為目標或意圖來分配注意，外源性注意是觀察者視野外部的信息所引起的注意定位。

ERP 代表性成分的分類中，把P100、N100 和P200 視為外源性成分，N200 和P300 為內(nèi)源性成分（林大正, 滕春芳, 2005），內(nèi)源性注意誘發(fā)了早期N100 成分和晚期P300 成分，外源性注意加強了N100 成分、P100 成分以及P300 成分（吳燕, 隋光遠, 曹曉華, 2007）。本實驗中觀察到的P130、N120、P200 屬于外源性成分，易受刺激特性的影響，反映的是注意自下而上的加工。N200 屬于內(nèi)源性成分，不受刺激特性影響，與認知有密切關(guān)系，反映的是注意自上而下的加工。

從ERP 數(shù)據(jù)結(jié)果來看，被試進行定位搜索時，后測中P200 在電極點F3 的波幅較前測顯著減小，但后測中N200 在電極點P7 上波幅較前測顯著增大。波幅的大小決定于心理資源分配情況（Olofsson, Nordin, Sequeira, & Polich, 2008），據(jù)此推測被試通過以提高眼動速度、擴大視野寬度為目標的閱讀訓(xùn)練，可能一定程度上抑制了內(nèi)源性注意成分，激活了更多的外源性注意功能，從而易化了定位視覺搜索的任務(wù)加工，這與行為數(shù)據(jù)揭示的結(jié)論一致。被試通過以組或行、塊為單位進行“眼腦直映”式的整體閱讀訓(xùn)練，逐漸形成固定的閱讀程序，這是一個注意由控制性向自動化轉(zhuǎn)變的過程。一些學(xué)者對自動化過程提出新的理論觀點，認為自動化的過程中應(yīng)當(dāng)有當(dāng)前任務(wù)目標的參與，自動化過程可以用靈活的方式來處理所要求完成的任務(wù)（Dagenbach & Carr, 1994; Di Lollo, Kawahara, Zuvic, & Visser, 2001）。大腦對數(shù)字進行識別、篩選、排序，正是一個由任務(wù)目標牽引的控制性過程。被試在進行定位搜索和順序搜索時，P130 在電極點P7 上的潛伏期后測均顯著長于前測，在進行順序搜索時N120 在電極點P7 波幅后測顯著大于前測，可能是因為被試的視覺信息加工模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，在由控制性逐漸轉(zhuǎn)向自動化的過程中調(diào)動了更多的心理因素，加之后測的作答率提升、反應(yīng)時縮短，推測被試的任務(wù)目標、動機等內(nèi)源性注意成分對注意的自動化加工過程起到了易化調(diào)節(jié)作用。Gallwey（2009）的研究也證明了視野大小與搜索績效之間的正相關(guān)性；楊林棟、劉厚和于瑞峰（2014）發(fā)現(xiàn)，高強度、有反饋的視野培訓(xùn)能夠增大視野面積，顯著提高視覺搜索績效。

從各電極點的ERP 平均波形看，被試進行定位搜索和順序搜索時，電極點F3-F4、P8、O1-O2 的ERP 波幅后測較前測均降低，這在一定程度上應(yīng)證了行為數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，表明快速閱讀訓(xùn)練易化了視覺搜索任務(wù)的加工。值得注意的是：在電極點P7，前后測的波形方向相反，即前測的波幅跟隨腦后部其他電極點的波幅，后測的波幅跟隨腦前部其他電極點的波幅，推測訓(xùn)練后被試的前額葉功能得到激活和擴大，這在過往研究中沒有出現(xiàn)過，值得進一步深入探究。

4.3 展望

以往的研究主要將注意力作為實現(xiàn)快速閱讀的基礎(chǔ)能力，本研究在一定程度上反向揭示了快速閱讀的訓(xùn)練方法對注意力發(fā)展的可能影響，以后還要擴大實驗的樣本量，挖掘電極點P7 上更多有意義的信息。

未來還可以與中學(xué)甚至幼兒園大班、幼兒培訓(xùn)機構(gòu)合作，將快速閱讀的相關(guān)訓(xùn)練方法，如視覺追蹤訓(xùn)練、舒爾特方格訓(xùn)練、抗干擾訓(xùn)練等，融入到幼兒、青少年的游戲和學(xué)習(xí)中。此外，國內(nèi)外學(xué)者研究表明正念干預(yù)對學(xué)生的注意穩(wěn)定性和注意的轉(zhuǎn)移上有顯著性提高（吳瓊, 石林, 夏志鵬, 盧理達, 杜欣聰, 2013; Lagor, Williams, Lerner, &McClure, 2013; Semple, Reid, & Miller, 2005; Singh et al., 2016; Tang et al., 2007），可一并進行跟蹤研究，考察經(jīng)過一定周期的注意力訓(xùn)練，兒童在注意力、記憶力等方面的變化情況。

5 結(jié)論

經(jīng)過快速閱讀訓(xùn)練后，被試進行視覺搜索測試的反應(yīng)時和作答率均得到了一定程度的提高，其中進行順序搜索測試的作答率有顯著提高。

通過提高眼動速度和擴大視野寬度的閱讀訓(xùn)練，被試的前額葉功能和外源性注意功能可能得到激活和擴大，在進行視覺搜索時誘發(fā)了注意發(fā)生快速轉(zhuǎn)移，易化了信息的加工過程；以組塊為單位進行整體閱讀的訓(xùn)練，促進了被試的視覺信息加工模式由控制性向自動化轉(zhuǎn)變，而任務(wù)目標、被試的強動機等內(nèi)源性注意成分可能對信息的自動化加工過程起到了調(diào)節(jié)作用。

快速閱讀的訓(xùn)練方法對小學(xué)階段兒童的視覺注意力提升有積極影響，因此，可將這些訓(xùn)練方法進行拓展，在學(xué)前教育和中學(xué)中融入適合的訓(xùn)練內(nèi)容，解決兒童出現(xiàn)的注意力問題，幫助兒童幼升小、小升初階段的學(xué)習(xí)生活順利過渡，促進兒童身心健康的發(fā)展。