注意的生理机制及认知理论

　　一、注意的生理机制

　　注意和其他心理现象一样，是由神经系统不同层次、不同脑区的协同活动来完成的。从19世纪中叶以来，生理学家和心理学家们进行过多方面的研究，试图揭示注意活动的复杂的神经机制。

　　(一)朝向反射

　　朝向反射(orientatingreflex)是由情境的新异性所弓|起的一种复杂而又特殊的反射。它是注意最初级的生理机制。

　　20世纪初，在巴甫洛夫的实验室里曾经发生过这样一件事:巴甫洛夫的一位助手用狗做实验，使狗形成了对声音的食物性条件反射。事后，请巴甫洛夫去实验室参观。

　　令人奇怪的是，每当巴甫洛夫在场的时候，实验就不成功，实验动物已经建立的条件反射明显地被抑制了。经过仔细分析，巴甫洛夫认为，由于他在场，狗对新异刺激物(“陌生人")产生了一种特殊形式的反射，因而对已建立的条件反射产生了抑制作用。

　　巴甫洛夫把这种特殊的反射叫朝向反射。这是人和动物共同具有的一种反射。

　　朝向反射是由新异刺激物引起的。刺激物一旦失去新异性(习惯化)，朝向反射也就不会发生了。朝向反射又是一种非常复杂的反射。它包括身体的一系列的变化，如动物把感官朝向刺激物;正在进行的活动受到压抑;四肢血管收缩，头部血管舒张;心率变缓;出现缓慢的深呼吸;瞳孔扩散;脑电出现失同步现象等。

　　在朝向反射时出现的一系列身体变化，有助于提高动物感官的感受性，并能动员全身的能量资源以应付个体面临的活动任务,如趋向活动的目标、逃离威胁个体生存的情境等。朝向反射的这种特殊作用，使它在人类和动物的生活中具有巨大的生物学意义。

　　(二)脑干网状结构

　　脑干网状结构是指从脊髓上端到丘脑之间的一种弥散性的神经网络。网状结构(eticular formation) 的神经细胞形状很复杂，大小也不等，它们的轴突较长，侧枝也较多。因此，一个神经元可以和周围的许多神经元形成突触;一处受到刺激就可以引起周围细胞的广泛的兴奋。

　　研究发现，来自身体各部分的感觉信号，一部分沿感觉传导通路(特异通路)，直接到达相应的皮层感觉区;另一部分通过感觉通路上的侧枝先进人网状结构，然后由网状结构释放一种冲击性脉冲，投射到大脑皮层的广大区域，从而使大脑产生一般性的兴奋水平和觉醒水平，使皮层功能普遍得到增强。

　　网状结构不传递环境中的特定信息，但它对维持大脑的一般性活动水平，保证大脑有效地加工特定的信号，具有重要的意义。

　　(三)边缘系统和大脑皮层的功能

　　网状结构的激活作用，使脑处于觉醒状态。没有由网状结构引起的大脑活动的普遍激活，就不可能有注意。但是，觉醒并不等于注意，用网状结构的激活作用不能充分解释注意的选择性。人选择一些信息，而离开另一些信息，是和脑的更高级的部分一边缘系统和大脑皮层的功能相联系的。

　　边缘系统(limbicsystem)是由边缘叶、附近皮层和有关的皮层下组织构成的一个统一的功能系统。它既是调节皮层紧张性的结构，又是对新旧刺激物进行选择的重要结构。一些研究表明，在边缘系统中存在着大量的神经元，它们不对特殊通道的刺激作反应，而对刺激的每一变化作反应。因此，当环境中出现新异刺激时，这些细胞就会活动起来，而对已经习惯了的刺激不再进行反应。这些神经元也叫“注意神经元”。它们是对信息进行选择的重要器官，是保证有机体实现精确选择的行为方式的重要器官。这些组织的失调，将引起整个行为选择的破坏。临床观察表明，这些部位的轻度损伤，将使患者出现高度分心的现象;这些部位严重损伤，将造成精神错乱和虚构现象，意识的组织性与选择性也会因此而消失。

　　产生注意的最高部位是大脑皮层。大脑皮层不仅对皮层下组织起调节、控制的作用，而且是主动地调节行动、对信息进行选择的重要器官。对大脑额叶(frontal lobe)严重损伤的病人进行的临床观察表明，这种病人不能将注意集中在所接受的言语指令上，也不能抑制对任何附加刺激物的反应。这些病人在没有干扰的条件下能做某些事情，但只要环境中出现任何新的刺激或存在任何干扰作用，如有外人走进病房或病房中有人在说话，他们就会停止原来进行的工作，把枧线转向外来者或说话人的方向。由于注意高度分散,使他们无法完成有目的的行为。

　　人脑额叶直接参与由言语指示所引起的激活状态。它通过与边缘系统和网状结构的下行联系，不仅能够维持网状结构的紧张度，而且能够对外周感受器产生抑制性的影响。额叶损伤的病人表现出对新异刺激和环境干扰的过分敏感，可能与额叶丧失了对皮下组织的抑制作用有关。

　　近些年来，事件相关电位(event related potential, ERP)技术、脑礅图( magneti cencephalography, MEG)技术、正电子发射断层扫描(PET) 和功能磁共振成像(FMRI)等新技术不断应用于神经心理学研究。应用这些技术，人们对注意的神经机制及注意对大脑活动的影响进行了大量的实验研究。一般说来，认知活动在大脑皮层都有相应的功能区或功能单元定位，如视觉活动通常定位在大脑枕叶(occipitallobe)部位，而听觉活动则定位在颞叶(temporal lobe)区域。研究发现，当注意指向一定的认知活动时，可以改变相应的大脑功能区或神经功能单元(通常是由很多神经元组成的神经环路)的激活水平，从而对当前的认知活动产生影响。注意的这种作用可以通过三种方式来实现:①提高目标认知活动对应的神经功能单元的激活水平;②抑制目标周围起干扰作用的神经功能单元的活动;③上面两种方式的结合(LaBerge,1997)。来自PET和ERP的研究一致显示，当注意巢中在某一认知活动时，其相应的神经功能单元的活动水平增加。

　　基于已有的研究发现，拉贝奇(LaBerge, 1997)提出对某一对象的注意需要三个脑区的协同活动，这三个脑区分别是:①认知对象或认知活动的大脑功能区(功能柱);②能提高脑的激活水平的丘脑神经元;③大脑前额叶的控制区，可以选择某些脑区作为注意的对象，提高其激活水平,使激活维持一定的程度和时间。这三个脑区通过三角环路的形式结合起来，是产生注意现象的生理基础。

　　二、注意的认知理论

　　(一)注意的选择功能

　　从20世纪60年代以来，心理学家对注意的选择功能进行了大量的研究，提出了一系列理论模型。这些理论解释了注意的选择作用的实质，以及人脑对信息的选择究竞发生在信息加工的哪个阶段上。

　　1.过滤器理论

　　1958年，英国心理学家布罗德本特(Broadbent, 1958) 根据双耳分听的一系列实验结果，提出了解释注意的选择作用的一种理论:过滤器理论(filter theory)。 布罗德本特认为:神经系统在加工信息的容量方面是有限度的，不可能对所有的感觉刺激进行加工。当信息通过各种感觉通道进入神经系统时，要先经过一个过滤机制。只有一部分信息可以通过这个机制，并接受进一步的加工;而其他的信息就被阻断在它的外面，而完全丧失了。布罗德本特把这种过滤机制比喻为一个狭长的瓶口，当人们往瓶内灌水时，一部分水通过瓶颈进入瓶内，而另一部分水由于瓶颈狭小，通道容量有限，而留在瓶外了。这种理论有时也叫瓶颈理论或单通道理论。

　　2.衰减理论

　　过滤器理论得到了某些实验事实的支持，但进一步研究发现，这种理论并不完善。

　　例如，在双耳分听的研究中，有研究发现来自非迫随耳的信息仍然受到了加工(Gray,1960)。

　　基于日常生活观察和实验研究的结果，特瑞斯曼(Treisman, 1964) 提出衰减理论(attenuation thory)。衰减理论主张，当信息通过过滤装置时，不被注意或非追随的信息只是在强度上减弱了，而不是完全消失。特瑞斯曼指出，不同刺激的激活阈限是不同的。有些刺激对人有重要意义，如自己的名字、火警信号等，它们的激活阈限低，容易激活。当它们出现在非追随的通道时，容易被人们所接受。

　　特瑞斯曼的理论与布罗德本特的理论对过滤装置的具体作用有不同的看法，但两种理论又有共同的地方:①两种理论有相同的出发点，即主张人的信息加工系统的容量有限，因此，对外来的信息必须经过过滤或衰减装置加以调节;②两种理论都假定信息的选择发生在对信息的充分加工之前。只有经过选择以后的信息，才能受到进一步的加工、处理。

　　3.后期选择理论

　　多伊奇等入(Deutschet, al., 1963) 提出了选择性注意的另外一种观点:后期选择理论，后由诺曼(Normen 1968)加以完善。这种理论认为，所有输入的信息在进入　过滤或衰减装置之前已受到充分的分析，然后才进入过滤或衰减的装置，因而对信息的选择发生在加工后期的反应阶段。后期选择理论有时也叫完善加工理论、反应选择理论或记忆选择理论。

　　4.多阶段选择理论

　　过滤器理论、衰臧理论及后期选择理论都假设，注意的选择过程发生在信息加工的某个特定阶段上，这意味着信息加工系统是非常刻板的。约翰斯顿等人(Johnston &Heinz，1978) 提出了一个较灵活的模型，认为选择过程在不同的加上阶段上都有可能发生。这就是多阶段选择理论。这一理论的两个主要假设是:①在进行选择之前的加工阶段越多，所需要的认知加工资源就越多;②选择发生的阶段依赖于当前的任务要求。

　　多阶段选择理论看起来更有弹性，由于强调任务要求对选择阶段的影响，避免了过于绝对化的假设所带来的难题。

　　(二)注意与认知资源分配

　　1.认知资源理论

　　上面介绍的几种理论分別提出了不同的假设，试图解释注意对信息进行选择的机制。这些理论都假设注意是一个容量有限的通道，认为进入感觉器官的刺激必须经过它，才能得到后续的加工。认知资源(cognitivecapacity)理论则从另外一个角度来理解注意，即注意是如何协调不同的认知任务或认知活动的。不同的认知活动对注意提出的要求不相同。例如，对一个热练司机来说，开车是一件很容易的事，所以他可以毫无困难地一边开车一边和别人交谈。但是当交通非常拥挤时，他必须小心翼翼地开车，这时他和别人的谈话可能不得不停下来。认知资源理论认为，与其把注意看成一个容量有限的加工通道，不如看做一组对刺激进行归类和识别的认知资源或认知能力。这些认知资源是有限的。对刺激的识别需要占用认知资源，当刺激越复杂或加工任务越复杂时，占用的认知资源就越多。当认知资源完全被占用时，新的刺激将得不到加上。

　　该理论还假设，输入刺激本身并不能自动地占用资源，而是在认知系统内有一个机制负责资源的分配。这一机制是灵活的，可以受我们的控制，这样我们可以把认知资源分配到重要的刺激上。

　　2.双加工理论:自动化加工和意识控制加工在注意的认知资源理论的基础上，谢夫林等人(Shiffrin & Schneider, 1977) 进一步提出了双加工理论。该理论认为，人类的认知加工有两类:自动化加工(automatic processing)和受意识控制的加工(ontrolled processing)。 其中自动化加工不受认知资源的限制，不需要注意，是自动化进行的。这些加工过程由适当的刺激引发，发生比较快，也不影响其他的加工过程。在习得或形成之后，其加工过程比较难改变。而意识控制的加工受认知资源的限制，需要注意的参与，可以随环境的变化而不断进行调整。

　　双加工理论可以解释很多注意的现象。我们通常能够同时做好几件事，如可以一边骑自行车一边欣赏路边的风景，或是一边看电视一边织毛衣等。在同时进行的活动中,其中一项或多项已变成自动化的过程(如维持自行车平衡和织毛衣)，不需要个体再消耗认知资源，因此个体可以将注意集中在其他的认知过程上。

　　意识控制的加工在经过大量的练习后，有可能转变为自动化加工。例如，初学一种动作技能(如骑自行车)时，需要全神贯注，注意力高度集中。当经过不断练习，已经熟练掌握这一技能时，就不需要占用太多的注意了。