特征与合取的视觉搜索
来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学
人们如何在杂乱的视觉场景中找到物体？试想一下，例如在凌乱的书桌上寻找钥匙、在杂货店中找出看起来最成熟的水果、当你记不清停车位置时找到自己的汽车，或在机场出口处找到一位老朋友。显然，对视觉感知的理解将在任何相关解释中发挥作用，而…
1. 刺激设计
- 实验包含两种类型的试验。在一半的试验中——即特征搜索试验——参与者需要在蓝色条中寻找一个红色条。因此生成40组显示画面，每组中随机放置一个红色条，同时随机放置3、6、9或12个蓝色条。蓝色条的数量即为干扰项负荷。每种负荷条件下的试验数量应相等（本例中为各10次）。
- 实验还需要包含目标缺失试验，即不包含搜索目标（本例中为红色条）的试验。同样生成40组此类试验，每种干扰项负荷各10次。按负荷分类的目标存在与目标缺失试验应类似于图1所示的示例。
图1： 弹出式视觉搜索的示例显示画面。 上排显示包含目标（单个红色条）的试验。下排显示不包含目标，即目标缺失的试验。非目标项（即干扰项）的数量从左到右依次增加。 - 另一半试验将涉及特征结合搜索。在该情况下，观察者需要寻找一个朝向为-45°（即向左倾斜，而非向右）的红色条。同样，干扰项负荷将变化，包括3、6、9或12个。但在这种情况下，干扰项分为两种类型：朝向为-45°的蓝色条，以及朝向为+45°（即向右倾斜）的红色条。每次试验将同时包含这两类干扰项，并同样设置目标缺失的试验（图2）。
图2：结合视觉搜索的示例显示画面。 上排显示包含目标（一个向左倾斜的红色条）的试验。下排显示不包含目标，即目标缺失的试验。非目标项（即干扰项）的数量从左到右依次增加。
2. 实验步骤
- 将特征搜索和联合搜索试验分别安排在不同的试验组中进行。部分参与者先进行特征搜索试验，其余参与者先进行联合搜索试验。两种试验类型的基本流程相同。
- 为安排实验顺序，需将目标出现/不出现的试验与干扰项负荷随机交错排列，使整个实验由一系列不可预测的试验组成。
- 在每次试验中，持续显示刺激材料，直到参与者判断该次试验中是否存在目标。指定一个按键（如“M”键）用于“存在”反应，另一个按键（如“Z”键）用于“不存在”反应。
- 要求参与者在尽可能快速反应的同时，避免出错。
- 使用实验软件（如ePrime）或编程环境（如MATLAB），记录参与者在每次试验中的反应及其反应时间。由此可验证参与者的回答是否正确，并分析其反应耗时。
3. 分析
- 实验结束时，将数据输出至电子表格，内容应包括参与者回答是否正确、反应时间以及每项试验的参数。 即，是呈现试验还是未呈现试验，在特征搜索或联合搜索区块中，以及干扰项的数量。
- 根据条件（特征条件与结合条件）和干扰物负荷，分别计算参与者在所有目标出现试验中的反应时间平均值。
- 请注意，目标缺失试验的结果不会被分析。之所以包含这些试验，是为了防止参与者在每次试验中都直接按“存在”键，而无需真正寻找目标。但需查看整体表现，以确保参与者保持注意力并尽力完成任务。通常情况下，如果参与者在目标缺失试验中的正确率低于75%，则不分析其反应时间数据。
- 主要的分析问题涉及联合搜索试验与特征搜索试验之间反应时间的差异。随着干扰项数量的增加，联合搜索试验的反应时间应显著延长；而特征搜索试验的反应时间则应相对不受影响。
视觉注意是指专注于图像中某一部分的能力。为了研究人们如何在杂乱的视觉场景中关注物体，心理学家采用一种称为视觉搜索的实验范式。
视觉搜索实验通常有助于研究人员解释为何某些物体易于发现，而其他物体则较难发现。
使用视觉搜索范式，本视频将演示如何为实验设计和识别刺激材料， 以及执行、分析和解读结果。
设计刺激材料时，需构建一对在显示内容上非常相似但搜索难度不同的条件。可参考“特征搜索”与“组合搜索”之间的经典对比示例。
在特征搜索条件下，设计一些试验，其中目标与其周围的干扰项（即分心物）仅通过单一特征进行区分。例如，目标为一条红色条形，而所有干扰项均为蓝色条形。参与者应能高效地找到目标，因为目标会迅速“跳出”视野，即使干扰项数量从3个、6个、9个增加到12个蓝色条形，搜索效率仍应保持较高。
在组合搜索条件下，设计一些试验，其中目标与干扰项具有某些相似特征。例如，目标为一条方向为-45°的红色条形，而红色和蓝色的干扰项均为方向+45°的条形。在这种情况下，参与者应感到搜索更加困难，因为相似性导致目标无法产生“跳出”效应。
在每种搜索条件下，分别创建40个试验，分为目标存在和目标不存在两种情况。确保每种干扰项数量（3、6、9或12个条形）各包含10个试验。将所有试验随机交错排列，以确保每种搜索类型的序列具有不可预测性。
实验开始时，先运行“特征搜索”和“组合搜索”任务。采用平衡设计，使部分参与者首先进行特征搜索任务，而另一些参与者则先完成组合搜索任务。
让参与者坐在计算机前，指定“M”键表示目标出现的反应，“Z”键表示目标未出现的反应。告知参与者应尽快按下相应按键以完成每个试验，同时尽量避免错误。
在每次试验过程中，记录参与者的反应是否正确，并记录反应时间。将结果输出至电子表格中。
当参与者完成两种搜索类型后，检查其在目标缺失试验中的整体表现，以确保参与者注意力集中。对于这些试验中正确率低于75%的参与者，应予以排除。
在确认达到标准表现后，按搜索条件（特征搜索与联合搜索）和干扰项数量，分别对每位参与者在所有目标存在试验中的反应时间进行平均。
随后通过绘图展示数据，横轴为干扰项数量，纵轴为特征搜索和联合搜索条件下的平均反应时间。特征搜索任务的反应时间受干扰项数量影响较小，而联合搜索的反应时间则随干扰项数量增加呈线性增长。此外，在干扰项最少（三个）的情况下，两种搜索的反应时间均约为200毫秒。这表明，启动搜索并做出反应需要相对固定的准备时间。
现在您已经熟悉了如何设置视觉搜索实验，可以应用这种方法来回答更具体的研究问题。
我们的视觉系统面临的主要挑战之一，是多种视觉特征的复杂整合。在全部为蓝色的条形中寻找一个红色条形很容易，因为只有颜色信息是相关的。
然而，当寻找具有多个不同特征（如朝向和颜色）的物体时，需要投入更多的注意力将这些特征绑定在一起。
例如，研究人员利用视觉搜索的特性，来改进医生在查看X光片或MRI扫描图像时寻找特定征象的方式。
此外，视觉搜索方法也影响着美国运输安全管理局（TSA）工作人员在机场对乘客行李扫描图像的检查过程。
您刚刚观看了JoVE关于开展视觉搜索实验的介绍视频。现在，您应该已经很好地掌握了如何为两种不同类型的视觉搜索条件创建视觉搜索刺激材料，如何实施实验，以及最后如何分析和解释实验结果。
你还应该了解在杂乱的书桌上寻找钥匙或在杂货店中找出看起来最成熟的水果时所需的那种注意力类型。
感谢观看！
视觉注意是指专注于图像中某一部分的能力。为了研究人们如何在杂乱的视觉场景中关注物体，心理学家采用一种称为视觉搜索的范式。
通常，视觉搜索实验可以帮助研究人员解释为什么某些物体容易被找到，而其他物体则较难被发现。
通过使用视觉搜索范式，本视频将演示如何设计和识别实验刺激材料，以及如何执行实验、分析和解释结果。
设计刺激材料时，需构建一对在显示内容上非常相似但搜索难度不同的条件。可以参考“特征搜索”与“属性结合搜索”之间的经典对比示例。
在特征搜索条件下，设计仅由单一特征将目标与周围干扰项（即分心物）区分开来的试验。此处目标为红色条，所有干扰项均为蓝色条。参与者应能高效地找到目标，因为即使干扰项数量从三个、六个、九个增加到十二个蓝色条，目标仍能迅速“跳出”视野。
在联合搜索条件下，设计目标与干扰物具有相似性的试验。此处，红色目标条的方向为 -45°，而红色和蓝色的干扰条方向均为 +45°。在这种情况下，由于相似性无法产生“显著突出”的效果，参与者会发现搜索更加困难。
在每种搜索条件下，创建两组各40次的试验，其中目标出现或不出现。确保每种干扰物数量（3、6、9或12个条形）各包含10次试验。将所有试验随机交错排列，以确保每种搜索类型的序列不可预测。
实验开始时，先运行特征搜索和联合搜索任务。采用平衡设计，使部分参与者首先进行特征搜索，而另一些参与者则先完成联合搜索。
让受试者坐在计算机前，指定“M”键表示目标出现的反应，“Z”键表示目标未出现的反应。向受试者说明，应尽快按下相应的键以完成每次试验，同时尽量避免错误。
每次试验中，记录参与者反应的正确与否，以及反应时间。将结果输出至电子表格中。
在参与者完成两种搜索任务后，需检查其在目标缺失试验中的整体表现，以确保参与者注意力集中。若参与者在这些试验中的正确率低于75%，则应将其排除。
在确认达到标准表现后，根据搜索条件（特征搜索与组合搜索）和干扰项负荷，分别计算每位参与者在所有目标出现试次中的反应时间的平均值。
随后通过绘制特征搜索和联合搜索条件下不同干扰项负荷的平均反应时间来生成图表。特征搜索任务的反应时间受干扰项负荷的影响较小。相比之下，联合搜索的反应时间随干扰项负荷的增加而呈线性增长。此外，当干扰项最少（三个）时，两种搜索的反应时间均约为 200 毫秒。这表明，启动搜索并做出反应需要相对固定的时长。
现在您已经熟悉了如何设置视觉搜索实验，可以应用这种方法来回答更具体的研究问题。
我们的视觉系统面临的主要挑战之一是多种视觉特征的复杂整合。在所有蓝色条中寻找一个红色条很容易，因为只有颜色信息是相关的。
然而，在寻找具有多个不同特征（如朝向和颜色）的物体时，需要投入更多的注意力将这些特征整合在一起。
例如，研究人员应用视觉搜索特性来改进医生在查看X射线或MRI扫描图像时寻找特定征象的方式。
此外，视觉搜索方法会影响运输安全管理局（TSA）工作人员在机场对乘客行李扫描图像的检查方式。
您刚刚观看了 JoVE 关于进行视觉搜索实验的介绍视频。现在，您应该已经很好地掌握了如何为两种不同类型的视觉搜索条件制作视觉搜索刺激材料，如何开展实验，以及最终如何分析和解释实验结果。
你还应该了解在杂乱的桌面上寻找钥匙或在杂货店中找出外观最成熟的水果时所需的注意力类型。
感谢观看！
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Q1: What is the difference between feature search and conjunction search?
Feature search involves finding a target distinguished by a single feature, like a red bar among blue bars, where the target pops out quickly regardless of distractor load. Conjunction search requires finding a target sharing similarities with distractors, such as a red bar at -45° among red and blue bars at +45°, making the search more difficult and dependent on distractor quantity.
Q2: How does distractor load affect response times in visual search tasks?
In feature search, response times remain relatively unaffected as distractor load increases from three to twelve items. However, in conjunction search, response times increase linearly with distractor load. Both tasks require approximately 200 milliseconds with minimal distractors, suggesting a baseline time needed to initiate searching and respond.
Q3: What is visual attention and why is it important for visual search?
Visual attention is the ability to focus on just part of an image, selectively directing processing resources to determine whether a target is present. It is crucial for understanding why some objects are easy to find in cluttered scenes while others are difficult, making it fundamental to studying visual search paradigms.
Q4: How should you design stimuli for a visual search experiment?
Create two similar conditions that vary in search difficulty: feature search with a single distinguishing feature, and conjunction search where the target shares similarities with distractors. For each condition, generate 40 trials with target present or absent, including 10 trials at each distractor load of three, six, nine, or twelve items, randomly interleaved.
Q5: What performance criteria should you use to validate participant attention during visual search?
Examine overall performance on target absent trials to ensure participants were paying attention. Exclude any participant scoring below 75% correct on these trials. This criterion ensures data quality before averaging response times across search conditions and distractor loads for analysis.
Q6: Why is feature binding important in complex visual search tasks?
Feature binding involves integrating multiple visual features, such as color and orientation, to locate a target. Finding a red bar among blue ones requires only color information, but searching for an object with multiple features demands more attention to bind those features together, increasing search difficulty and response time.
Q7: What real-world applications does visual search research have?
Visual search principles improve how physicians search for diagnostic signs in X-rays and MRI scans, and how TSA personnel search baggage scans at airports. The paradigm also explains everyday visual tasks like finding keys on a messy desk or locating a friend in a crowded airport.