【大腦S02E02】看看沙灘上的貝殼和飛翔的海鷗 注意力其實比你想得還多元?

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想像你走在海灘上,你眼睛所見和餘光所及,其實都彰顯了不同注意力的運作特質哦!注意力究竟分為哪些類型?過去的科學家又如何進行相關實驗的呢?一起聽聽這一集的大腦好好玩。(Pixabay)
想像你走在海灘上,你眼睛所見和餘光所及,其實都彰顯了不同注意力的運作特質哦!注意力究竟分為哪些類型?過去的科學家又如何進行相關實驗的呢?一起聽聽這一集的大腦好好玩。(Pixabay)

這個實驗是Dear Aunt Jane Experiment。在這個實驗中,受試者左耳聽到的3個字依序是Dear、seven、Jane。相對應的同一時間點上,右耳聽到的3個字依序是nine、aunt、six。然後受試者被要求去注意並覆述左耳中的字串。

原本以為,受試者應該會成功的覆述出左耳中的Dear、seven、Jane?沒想到,受試者竟然聽到並覆述出了 Dear Aunt Jane。也就是說,受試者雖然努力的去注意左耳中的字串,但是大腦卻自己把左右耳中語意相關的字串連起來,把右耳中應該被忽略的Aunt這個字也抓了出來。

【大腦S02E02】看看沙灘上的貝殼和飛翔的海鷗 注意力其實比你想得還多元?

各位聽眾朋友大家好,歡迎收聽大腦好好玩,我是節目主持人謝伯讓,用科學故事,讓腦說話。我們今天要來介紹的主題是「注意力」。什麼是注意力?在介紹注意力之前,先讓我們透過以下的情境,來看看我們在日常生活中的注意力是怎麼運用的。

想像一下自己走在沙灘上,這個沙灘是個一望無際的乾淨沙灘,沙灘上只有沙,沒有其他人,也沒有其他物體,所以你的注意力很自然地分散,然後眼睛遠眺著遠方。走著走著,忽然間沙灘上出現了一個奇怪的物體,於是你集中注意力,開始盯著這個物體看,仔細檢視後,你發現原來沙灘上是一把壞掉的雨傘。於此同時,你還注意到雨傘旁邊有一個貝殼,為了不要踩到貝殼,於是你把視線轉向貝殼,要確定自己行經貝殼旁時不會一腳踩到,同時,你還用眼角餘光看到了天上有一隻海鷗,但是由於海鷗平常看多了,你已經是見怪不怪,再加上海鷗對人沒有什麼攻擊性,所以你雖然用餘光注意到海鷗,但是你完全沒有用正眼看向海鷗。

至此,在這個短短的沙灘散步的例子中,我們已經看到了注意力的各種型態。其中至少有3種分類方法,每一種分類方法都可以把注意力分成2種。所以總共至少就有6種注意力的特徵。

沙灘上的傘、貝殼與天空中的海鷗 注意力其實超多元?

第1種分類方法,就是用注意力是集中或分散,來把注意力區分成兩類。

當我們把注意力集中在某個事物上,可稱之為選擇性注意力(selective attention),意即我們可以主動選擇某個物體,然後把認知資源投注在它上面。例如當沙灘上突然出現物體時,我們可以選擇去仔細端詳這個物體,以幫助我們辨識出它到底是什麼東西。這種就是選擇性注意力。

相對的,當注意力不集中在單一事物,而是分配在好幾個不同事物上時,那就是分配性注意力,英文稱作divided attention。以剛剛的例子來說,分配性注意力就是我們在端詳沙灘上的雨傘的時候,同時將一些注意力拆開,分配給旁邊的貝殼,這樣才能在走路時避開貝殼以免踩到。這樣拆開注意力,並同時分配給2個或好幾個不同物體的能力,就是分配性注意力。

除了透過注意力是否集中在一個物體上,以區分出「選擇性注意力」和「分配性注意力」之外,還可以透過有沒有移動眼睛來區分注意力。

比方說,當你光明正大的移動視線端詳你想要注意的東西時,這就叫做外顯注意力(overt attention)。但有時候,當我們懶得移動視線時,其實可以不用移動視線,而只用餘光去注意的,比方說剛剛沙灘上我們用餘光去看海鷗的例子,就叫做內隱注意力(covert attention)。有時候,我們不想讓別人發現我們在注意他,因此只用餘光觀察對方而不直接用眼睛看,這也是內隱注意力的例子。

還有第3種區分注意力的方法:注意力被引發的方式是「主動」或「被動」。如果,轉移注意力的原因是我們自己發起的,比方說我們在沙灘上先注意雨傘,後來注意到一半,才決定休息一下抬頭看看天空,或是回頭看看自己的腳印。這種注意力轉移的方式,是我們自己主動發起的,我們稱之為內源導引注意力(endogenous attention)。相對的,如果注意力是被外在刺激所被動吸引過去的,我們就稱之為外源導引注意力(exogenous attention),比方說海灘上突然晴天霹靂,出現閃電打雷,那我們的注意力就會被吸引過去。或是突然出現海嘯,我們的注意力也會被動地吸引過去,這就是外源導引注意力。

因此,我們至少有3種區分方式,每一種都可以把注意力區分成2種類別。如果以注意力集不集中來區分,就可以區分成選擇性注意力和分配性注意力。如果以有沒有動眼睛來區分,就可以區分成外顯注意力和內隱注意力。如果以驅動注意力的源頭來區分,則可以區分成內源導引注意力和外源導引注意力。

注意力像聚光燈還是漏斗? Broadbent的早期選擇模型

簡單區分專有名詞後,那麼認知心理學家究竟是怎麼去思索和研究注意力的。

首先,我們要馬上來反省一下,剛剛的分類方式,到底有沒有問題。例如剛剛的第一種分類方法是以注意力的集中與否,把注意力區分成選擇性注意力和分配性注意力。這種分類方式,好像已經理所當然假設,注意力一定可以被分散、被分配。

但事實上真的是如此嗎?比方說,有沒有可能,注意力其實不能被分配,注意力只是像舞台上的一個聚光燈一樣,它不能被分散或分配到兩個以上的目標,而只能快速的在好幾個目標上轉移。

還有一個有趣的問題:那沒有被注意到的資訊,有被大腦處理嗎?這些資訊是像船過水無痕一樣就消失了?還是其實仍然有進入大腦,且進入腦中的資訊處理歷程?

早期的研究怎麼說?1953年,英國的心理學家Colin Cherry發表了早期關於注意力的一項知名研究。這項研究的方法非常簡單,而且非常有效地顯示出注意力的特質。Cherry讓受試者戴上耳機, 左耳和右耳分別聽到不同人說的不同語句。例如左耳可能聽到一位男性在描述公園中的景象。右耳則是聽到一位女性在談論哲學。受試者被要求即時覆述左耳聽到的內容。比方說如果左耳聽到有人說:「有一隻黃色的狗在追松鼠」,那受試者就要馬上覆述「有一隻黃色的狗在追松鼠」。

Cherry做這個實驗的目的,就是想要知道,當受試者全神貫注的在聆聽並覆述其中一隻耳朵中的聲音內容時,另外一隻耳朵中沒有被注意到的內容,到底會不會被大腦處理?受試者還能處理這些沒被注意的內容嗎?還是完全無法處理?

結果發現,受試者幾乎完全無法處理沒被注意到的內容。他們頂多只知道,沒被注意的內容是女性的聲音,但是其中的故事情節和語意,幾乎完全答不上來。其中有些不斷重複高達35次的字,受試者也完全不知道這些字曾經出現過。

有鑑於此,Donald Broadbent提出了早期關於注意力的第一個流程圖模型理論。這位Broadbent就是我們之前提到過,促成認知革命的4位重要學者中的其中一位。

Broadbent認為,資訊進入大腦,馬上就會由注意力來負責篩選重要的訊息。只有被注意到的訊息,才能繼續通往下一關被進行處理。由於Broadbent認為這個注意力篩選資訊的階段發生得非常早,所以這個模型被稱為早期選擇模型(early selection model)。而且注意力的功能在這裡就像是一個篩選器、一個瓶頸一樣只能讓少量訊息通過,所以也叫做瓶頸模型(bottleneck model)。

Broadbent提出的這個「早期選擇模型」,有沒有獲得什麼證據的支持呢?確實有一些證據,支持Broadbent的早期選擇模型。比方說,在一項研究中,科學家讓受試者戴耳機,聆聽方式類似剛剛提過的Cherry 實驗,就是注意其中一耳的聲音,然後忽略另一耳的聲音。然後同時用腦電圖去量測受試者在聽到某個特定語詞時候的大腦反應,結果發現,如果這個特定的目標語詞是出現在受試者注意聽的那隻耳朵中,腦電圖的反應就會比較強。相對的。如果這個特定的目標語詞是出現在受試者不注意聽的那隻耳朵,腦電圖的反應就會比較弱。

當我們去比較「有注意」跟「沒注意」這兩種腦波波形的差異時,就可以發現兩種腦波在語詞出現後的大約80毫秒的時候就開始出現差異。也就是說,當一個資訊進入大腦後,注意力可以對資訊產生作用的時間點大約是80毫秒後,由於這個速度算是相當快,因此支持了Broadbent的早期選擇模型。

我們總結一下Broadbent的理論和影響。根據Broadbent在50年代的實驗和理論,當時許多人對於注意力的籠統概念大概就是以下4點:

第1:沒有被注意到的資訊,就不會被大腦所處理。沒有專心聽的,基本上就是宛如耳邊風。

第2:這種當作耳邊風聽不到的現象,是因為注意力在資訊處理的早期階段就介入。注意力就像是過濾器或瓶頸一樣,只有被注意到,才會進到資訊處理的下一關。

第3:當時沒有其他已知的因素會影響注意力。

第4:注意力無法被分配到兩耳,因為在Cherry的這種雙耳實驗中,受試者只能一次專心注意聽其中一個耳朵的內容,不能一次同時注意聽2個耳朵的內容。

修旦幾勒! 早期選擇模型的潛藏問題

來自50年代的實驗,以及根據這樣實驗所提出的理論,其實即使在現代,我們乍聽之下,都還算合理對吧?實驗中受試者只能專注聽一邊,沒注意聽的資訊無法被處理,然後Broadbent因此推論這是因為注意力在資訊處理的早期就介入,並扮演著過濾或是瓶頸角色。聽起來好像沒什麼大問題。

不過呢,科學的演進就是這樣,根據現有資料所提出的理論,一開始聽起來都很合理,但是當新的現象或資料出現時,就是考驗理論的時候。如果一個理論無法解釋新現象,那就表示該理論有問題。

關於Broadbent理論的潛藏問題,大家其實可以在這邊先暫停一下,自己思索想一想,看看能不能發現其中的問題。其實我們生活中有許多現象,就已經是Broadbent理論無法解釋的異例。只要你仔細觀察,應該不難發現這些現象。

究竟是哪些現象,讓Broadbent的理論面臨到挑戰?

首先,我們要挑戰的,就是剛剛的第1個結論。剛剛提到:沒有被注意到的資訊,就不會被大腦所處理。我們把它簡稱為「不注意,就沒處理」命題。也就是沒有專心聽的,基本上就是宛如耳邊風,沒被大腦處理。事實真的是這樣嗎?沒有被注意到的資訊,真的完全沒有被大腦處理嗎?

要反駁「不注意,就沒處理」的這個命題,其實不難,只要找到某些「不注意,但卻有被大腦處理」的這一類反例就可以了。

關於這一點,當科學家重新檢視Cherry在1953年的經典實驗時,就已經發現了可以挑戰這個命題的證據。在原始實驗中,Cherry其實有指出,雖然受試者無法回報沒被注意的那隻耳朵中的語言內容,但是受試者其實可以回報說話的人的性別。換句話說,雖然語意沒有被處理,但是語音的音頻高低和聲音特質,仍然可以在受試者不注意聽的情況下被大腦捕捉到。

由此可知,沒有去注意的內容,仍然有部分訊息可以被大腦所處理。

第2個,可以用來反駁的證據,就是在1959年的一項研究發現,如果在受試者沒注意聽的耳朵中,出現了受試者自己的名字,大約有1/3的受試者可以偵測得到。這個現象,我們又稱之為雞尾酒派對效應。就是我們在吵雜的派對中大聲與人聊天時,如果旁邊有人不經意的提到自己的名字,我們常常可以很敏銳的偵測到自己的名字。

這個現象顯示出,有些刺激或資訊,即使我們沒有刻意去注意,仍然有較高的機會可以被大腦偵測到。所以同樣的,這也是一個「不注意,但卻有被大腦處理」的例子。

第3,還有一個知名的實驗結果,也可以用來反駁「不注意,就沒處理」的說法。這個實驗就是Dear Aunt Jane Experiment。在這個實驗中,受試者左耳聽到的3個字依序是Dear、seven、Jane。相對應的同一時間點上,右耳聽到的3個字依序是nine、aunt、six。然後受試者被要求去注意並覆述左耳中的字串。

原本以為,受試者應該會成功的覆述出左耳中的Dear、seven、Jane?沒想到,受試者竟然聽到並覆述出了 Dear Aunt Jane。也就是說,受試者雖然努力的去注意左耳中的字串,但是大腦卻自己把左右耳中語意相關的字串連起來,把右耳中應該被忽略的Aunt這個字也抓了出來。

由此可知,沒有被注意的語詞,大腦應該仍然有處理,唯有如此才能在最後去進行語意比較,然後找出語意相關的語詞讓受試者聽到。

所以,再一次的,這是一個「沒注意,但卻有被大腦處理」的例子,可以用來反駁「沒注意,就沒處理」的命題。

激發門檻低 雞尾酒派對裡「你的名字」怎麼被發現?

由此可知,Broadbent的過濾或瓶頸理論有問題。有鑑於此呢,另一位心理學家提出了一個修改版本的理論。這位心理學家就是注意力領域中大名鼎鼎的 Anne Treisman。這位Anne Treisman,和我小有淵源,因為他是我的老師Nancy Kanwisher的老師,所以這應該稱作是我的師祖吧,還是師婆,我也搞不清楚。而且,Ann Treisman的先生也是大有來頭,她的先生是Daniel Kahnemann,也是一位知名心理學家,並且獲得了2002年的諾貝爾經濟學獎。快思慢想這本書的作者,就是Daniel Kahnemann。

那 Ann Treisman的新理論長什麼樣呢?Ann Treismann認為,由於上述3種反例都顯示出「沒注意的刺激,卻仍然有被大腦處理」,所以我們的新理論,應該要允許沒有被注意到的資訊也進入訊息處理的下一階段才對。

所以呢,Treisman就把Boradbent的過濾器或瓶頸理論,改變成所謂「減弱」理論(attenuation theory)或是「漏水過濾器」理論(leaky filter theory)。也就是說,Treisman 認為,被注意力關注到的訊號可以被增強,而沒被注意到的資訊則會減弱,不過,雖然減弱,但還是能進到下一階段。這些訊息進到下一階段中,就會進入詞庫的所在地。每個人腦中的詞庫中的每一個字詞,都有不同的激發門檻。不常用的字,激發門檻較高,就不容易被激發。常用的字,激發門檻較低,很容易被激發。自己的名字,激發門檻更低,非常容易被激發。

Treisman這麼一修改,上面3個反例就不再是反例了。比方說,雞尾酒派對效應的解釋方法就是,自己的名字雖然沒有被注意,但仍然以一種被弱化的訊息形式進入腦中的詞庫。由於自己名字的激發門檻很低,所以儘管沒有被注意到的名字只有很低的訊息強度,但還是能順利在詞庫中被激發,然後被受試者覺察到。

以上就是關於人類注意力研究的早期經典實驗和理論。

這裡在幫大家總結一下,在最早的經典注意力實驗中,受試者左右耳同時聆聽並覆述一邊耳朵聽到的話語,由於受試者主要只能聽到自己有注意聽的那隻耳朵中的訊息,因此Brodbent提出最早的過濾器瓶頸模型,主張只有被注意到的資訊才可以通過過濾器瓶頸,然後被覺察到。但後來的研究發現,過濾器瓶頸模型無法解釋,為什麼有時候某些特殊的資訊明明沒有特別注意,但最後卻仍能被我們察覺,比方說雞尾酒舞會效應,也就是舞會中的路人提到我們名字時,我們會自動察覺。

有鑑於此,Treisman就把Broadbent的模型修改成「減弱」模型(attenuation model),或是稱為漏水過濾器模型(leaky filter model),她的新模型主張注意力只是增強某些資訊,有注意到的訊息會被強化,然後沒注意到的資訊則被弱化,但兩者都可進到下一關的詞庫,最後再由詞庫中每個詞語的激發門檻,來決定是否會被激發然後被察覺。

以上就是關於注意力的早期研究。我是大腦好好玩的節目主持人謝伯讓,用科學故事,讓腦說話。我們下次再見。

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