视觉搜索任务:集合大小、理论与训练研究
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由 Optics Trainer 团队根据已发表的研究撰写,所有来源均列于下方。
视觉搜索任务要求您在干扰物中尽快、准确地找到目标,例如在其他字母中找到一个红色的 T。心理学家用它研究注意力,临床医生在卒中后使用基于搜索的测试和扫描训练。本文最后介绍 Optics Trainer 的短暂闪现搜索游戏 Circle Spot、C Count 和 Middle Match。
什么是视觉搜索任务?视觉搜索实验如何进行
在 Jeremy Wolfe 2021 年描述的经典实验室版本中,您要报告目标是否出现在其他项目之中,约一半的试次中目标存在。研究者改变出现的项目数量(称为集合大小),并记录每种情况下的反应时间和错误。
集合大小效应是主要发现。对于某些搜索,增加干扰物几乎没有影响:目标似乎会“跳出来”,反应时间斜率接近每项 0 毫秒。对于另一些搜索,随着项目增加,搜索时间大致呈直线上升。Wolfe 举的例子是在数码字体的 5 中找数码字体的 2:目标不存在时斜率约为每项 90 毫秒,存在时约为一半,因为平均而言,您在找到目标前大约检查了一半的项目。
特征搜索与联合搜索,以及引导搜索
Ulric Neisser 在 1963 年发表了视觉扫描实验,Wolfe 2021 年的综述指出,主要的搜索规律是在 20 世纪 60 和 70 年代发现的。Wolfe 写道,这些规律构成了特征整合理论的基础,该理论由 Anne Treisman 和 Garry Gelade 在 1980 年提出。
按后来研究者的描述,该理论认为颜色和朝向等基本特征在整个视野中并行处理,所以由单一特征定义的目标会跳出来。而由特征组合(联合)定义的目标,例如在红色横条和绿色竖条中找红色竖条,需要注意力来绑定其特征,因此项目要逐个检查。
引导搜索是对此的回应。1989 年,Wolfe、Cave 和 Franzel 测试了联合搜索,发现对许多未经练习的人来说,斜率太平缓,不符合严格的逐个搜索。三重联合搜索甚至更容易。他们提出,并行的特征处理会把注意力引向可能的目标。2021 年的版本“引导搜索 6.0”列出了五种引导来源:您要找的是什么、什么突出、近期经历、奖励,以及场景的结构和意义。
日常生活中的视觉搜索与在线视觉搜索测试
Wolfe 举的日常搜索例子包括:吃饭时找叉子、开车时发现出口标志、放射科医生阅片,以及安检人员检查行李。
这类筛查工作是对罕见目标的搜索,这就涉及流行率效应。在 2005 年发表于《Nature》的论文中,Wolfe 等报告,当目标很罕见时,即使它出现,人们也常常漏掉。Mitroff 和 Biggs 2014 年的一项研究使用了智能手机游戏 Airport Scanner 中的数百万个试次,发现对极其罕见物品的检出率非常低。
临床医生也使用基于搜索的纸质测试。划消测验要求您划掉一页中的每个目标。在 2001 年一项纳入 35 名空间忽略患者的研究中,字母划消和铃铛测验各漏诊 6% 的病例,而线段二等分测验漏诊 40%。
在线视觉搜索测试可以显示集合大小效应,但不同网站的分数无法比较。2021 年一项关于在线实验平台的研究发现,整体计时尚可,但记录的反应时间平均滞后约 80 毫秒,在某些设置上可达 100 毫秒。我们没有找到经过验证的在线视觉搜索测试常模。
视觉搜索训练:练习研究发现了什么
人们在所练习的搜索任务上会变快。1995 年,Sireteanu 和 Rettenbach 报告,一些起初需要逐个检查的搜索,在几百个试次后变成了跳出式搜索。他们 2000 年的后续研究发现,这种学习能保持数月,并迁移到其他搜索任务、视野中的其他位置,以及两眼之间。联合搜索在长期练习后也变得更高效。
在 1997 年的一项研究中,Ahissar 和 Hochstein 发现,在简单版跳出任务上的学习能迁移到新的朝向和位置,而在较难版本上的学习则更局限于训练过的朝向和位置。
2013 年的一项研究把视觉搜索游戏用作工作记忆训练的活性安慰剂;我们的工作记忆训练游戏指南介绍了这项研究。Daniel Simons 领导的 2016 年综述发现,大量证据表明人们在训练过的任务上进步,而对日常生活的证据很少;我们的视觉脑力训练指南对其做了总结。
卒中后的视觉扫描训练:偏盲与忽略
卒中后,有些人两眼会失去同一侧的半边视野(同向偏盲),有些人则不再注意空间的一侧(空间忽略)。视觉扫描训练教人有意识地把眼睛移向受影响的一侧,常使用搜索显示。
2019 年一项关于卒中后视野缺损的 Cochrane 综述找到 4 项研究(193 名参与者),比较了扫描训练与对照或安慰剂。综述发现低质量证据表明扫描训练改善了视觉问卷中的生活质量,并有低或极低质量证据表明对视野、扩展日常生活活动、阅读或扫描能力没有效果。2021 年一项关于忽略的 Cochrane 综述纳入 65 项试验、1,951 名参与者,并将视觉干预对持久日常功能的证据评为非常不确定。
| 研究 | 设计 | 对象 | 训练 | 报告的结果 |
|---|---|---|---|---|
| Rowe 2025(SEARCH),Int J Stroke | 双盲随机试验,英国 34 个卒中单元 | 161 名卒中后偏盲稳定的成人 | 扫描训练或假训练,每天至少 30 分钟,每周 7 天,持续 6 周 | 两组都有改善;第 26 周时各项结局组间无差异。作者提出可能存在安慰剂效应 |
| de Haan 2015,PLoS One | 随机,等待名单对照 | 49 名脑损伤后视野缺损者 | 代偿性水平扫描训练 | 行走时对侧方目标的检测和避障更好;阅读、计数或搜索测试无变化 |
| Roth 2009,Neurology | 随机,两个活性组 | 28 名偏盲患者 | 6 周扫视搜索训练(数字搜索)或闪烁刺激 | 只有搜索训练组盲侧的搜索时间缩短;两组的视野大小都没有变化 |
| Pambakian 2004,J Neurol Neurosurg Psychiatry | 前后对比,无对照组 | 29 名偏盲患者,无忽略 | 20 次每日居家搜索显示训练 | 搜索反应时间缩短,日常生活任务更快,自述有改善;视野未变 |
短暂呈现搜索与有效视野
在短暂呈现搜索中,显示闪现后消失,所以您无法转动眼睛去看。这把搜索与有效视野(UFOV)联系起来,即您一眼能获取信息的范围。Karlene Ball 等在 1988 年一篇题为“Age and visual search: expanding the useful field of view”(年龄与视觉搜索:扩大有效视野)的论文中研究了它。他们发现老年人的有效视野较小,经练习后部分恢复。
UFOV 训练后来在面向老年人的 ACTIVE 试验中得到测试。我们的视觉脑力训练和周边视觉训练指南介绍了 ACTIVE,以及关于定位偏离中心的短暂目标的动作类电子游戏研究。
Circle Spot、C Count 和 Middle Match:短暂闪现搜索游戏
Circle Spot 和 C Count 仿照短暂呈现视觉搜索设计,Middle Match 与有效视野任务相似。三者都要求您在闪现的显示中,从干扰物里找到目标。
- Circle Spot 仿照带定位的短暂呈现搜索。在一个网格上,一个 O 出现在朝向不同方向的 C 之中,然后全部消失,您点击 O 所在的位置。随着关卡提升,符号更多、C 更小、闪现更短,因此集合大小和呈现时间都会变化。O 在 C 中是否会跳出来没有经过测试。
- C Count 仿照带计数的搜索。一张卡片显示目标方向,然后带有 C 的方块从水中短暂升起。您数出缺口朝向目标方向的 C,并从四个数字中选出答案。随着关卡提升,方块更多,有些关卡留给您计数的时间更短。
- Middle Match 与有效视野任务相似,不同之处在于由中心的 C 决定您要在外圈找哪个 C。中心 C 和一圈 C 同时闪现;外圈中恰好有一个 C 与中心 C 朝向相同,您点击它所在的位置。随着关卡提升,外圈的 C 更多、半径更大、闪现更短。
- 三款游戏都有可选的双眼模式:在手机、平板或电脑上使用红蓝眼镜,或在 Meta Quest 上使用内置功能。它们计算积分,并在每次回答后调整关卡,而不是记录反应时间斜率。任何分数都是练习结果,不是临床测量。
Optics Trainer 的定位
Optics Trainer 是一套视觉与脑力训练游戏,支持 iPhone、iPad、Android、网页浏览器和 Meta Quest,应用界面提供中文。Circle Spot 和 C Count 仿照上文介绍的视觉搜索任务设计,Middle Match 与有效视野任务相似,三者都让您挑战在短暂闪现中找到目标。
本文介绍的任何研究都没有测试过这些游戏。它们不是测试或测量,不给出反应时间斜率或常模,也不是治疗或诊断手段。它们未获得 FDA 许可,也未在中国注册为医疗器械,也不能替代卒中后医嘱的扫描训练或康复。我们不声称它们会改变注意力、周边视觉、驾驶、阅读或日常生活。眼球运动的临床测量,请参阅我们临床网站上的 Optics Tracker(英文)。
Optics Trainer 不能替代专业诊断或医嘱治疗。关于您的具体情况,请咨询眼科医生或视光师等专业人士。手机和平板应用提供 7 天免费试用,免费网页账户每天可玩 3 次。之后,移动端和网页端的价格为:中国区 App Store 每月 ¥98(网页版在付款时显示价格),也提供年度订阅。VR 版在 7 天免费试用后,价格以当地货币显示在 Meta Quest Store 中。
常见问题
心理学中的视觉搜索任务是什么?
这是一项在干扰物中寻找目标并尽快作出反应的任务。研究者改变项目数量(称为集合大小),并测量反应时间和错误如何变化。
视觉搜索中的集合大小效应是什么?
它是指搜索时间随项目增加而发生的变化。对跳出式目标,斜率接近零。对较难的搜索,时间大致呈直线上升;Wolfe 报告,在 5 中找 2、目标不存在时,约为每项 90 毫秒。
特征搜索和联合搜索有什么区别?
在特征搜索中,目标只在一个特征(如颜色)上不同,常会跳出来。在联合搜索中,目标由特征组合定义,如颜色加朝向。Treisman 的理论提出联合搜索是逐个进行的;Wolfe 的引导搜索模型则提出特征信息会引导搜索。
日常生活中有哪些视觉搜索的例子?
吃饭时找叉子、开车时发现出口标志、放射科医生检查影像,以及安检人员检查行李。罕见目标更容易被漏掉,这称为流行率效应。
可以在线做视觉搜索测试吗?
许多网站都提供,它们可以显示集合大小效应。分数取决于项目、设备和浏览器计时,我们也没有找到经过验证的在线视觉搜索测试常模,因此分数无法与他人比较,也不能用来诊断任何问题。
卒中后的视觉扫描训练有帮助吗?
2019 年的一项 Cochrane 综述发现低质量证据表明生活质量更好,对视野没有效果。2025 年一项纳入 161 人的试验发现,扫描训练与假训练之间没有差异。请咨询您的卒中或视觉康复团队。
有视觉搜索游戏吗?
有。Optics Trainer 的 Circle Spot 和 C Count 仿照短暂呈现搜索任务设计,Middle Match 与有效视野任务相似。它们没有在这些研究中测试过,不是测试,也不是治疗。
参考来源
- Treisman AM, Gelade G. A feature-integration theory of attention. Cogn Psychol. 1980
- Neisser U. Decision-time without reaction-time: experiments in visual scanning. Am J Psychol. 1963
- Wolfe JM, Cave KR, Franzel SL. Guided search: an alternative to the feature integration model for visual search. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 1989
- Wolfe JM. Guided Search 2.0: a revised model of visual search. Psychon Bull Rev. 1994
- Wolfe JM, Horowitz TS. Five factors that guide attention in visual search. Nat Hum Behav. 2017
- Wolfe JM. Visual search: how do we find what we are looking for? Annu Rev Vis Sci. 2020
- Wolfe JM. Guided Search 6.0: an updated model of visual search. Psychon Bull Rev. 2021
- Wolfe JM, Horowitz TS, Kenner NM. Rare items often missed in visual searches. Nature. 2005
- Mitroff SR, Biggs AT. The ultra-rare-item effect: visual search for exceedingly rare items is highly susceptible to error. Psychol Sci. 2014
- Ferber S, Karnath HO. How to assess spatial neglect: line bisection or cancellation tasks? J Clin Exp Neuropsychol. 2001
- Anwyl-Irvine A, et al. Realistic precision and accuracy of online experiment platforms, web browsers, and devices. Behav Res Methods. 2021
- Sireteanu R, Rettenbach R. Perceptual learning in visual search: fast, enduring, but non-specific. Vision Res. 1995
- Sireteanu R, Rettenbach R. Perceptual learning in visual search generalizes over tasks, locations, and eyes. Vision Res. 2000
- Ahissar M, Hochstein S. Task difficulty and the specificity of perceptual learning. Nature. 1997
- Pollock A, et al. Interventions for visual field defects in people with stroke. Cochrane Database Syst Rev. 2019
- Longley V, et al. Non-pharmacological interventions for spatial neglect or inattention following stroke and other non-progressive brain injury. Cochrane Database Syst Rev. 2021
- Rowe FJ, et al. A randomized controlled trial of Scanning Eye trAining as a Rehabilitation Choice for Hemianopia after stroke (SEARCH). Int J Stroke. 2025
- de Haan GA, et al. The effects of compensatory scanning training on mobility in patients with homonymous visual field defects: a randomized controlled trial. PLoS One. 2015
- Roth T, et al. Comparing explorative saccade and flicker training in hemianopia: a randomized controlled study. Neurology. 2009
- Pambakian AL, et al. Saccadic visual search training: a treatment for patients with homonymous hemianopia. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2004
- Ball KK, et al. Age and visual search: expanding the useful field of view. J Opt Soc Am A. 1988
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