视觉搜索任务:集合大小、理论与训练研究

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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。

部分脑损伤后视觉扫描与搜索训练研究
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。

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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

  1. Treisman AM, Gelade G. A feature-integration theory of attention. Cogn Psychol. 1980
  2. Neisser U. Decision-time without reaction-time: experiments in visual scanning. Am J Psychol. 1963
  3. 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
  4. Wolfe JM. Guided Search 2.0: a revised model of visual search. Psychon Bull Rev. 1994
  5. Wolfe JM, Horowitz TS. Five factors that guide attention in visual search. Nat Hum Behav. 2017
  6. Wolfe JM. Visual search: how do we find what we are looking for? Annu Rev Vis Sci. 2020
  7. Wolfe JM. Guided Search 6.0: an updated model of visual search. Psychon Bull Rev. 2021
  8. Wolfe JM, Horowitz TS, Kenner NM. Rare items often missed in visual searches. Nature. 2005
  9. Mitroff SR, Biggs AT. The ultra-rare-item effect: visual search for exceedingly rare items is highly susceptible to error. Psychol Sci. 2014
  10. Ferber S, Karnath HO. How to assess spatial neglect: line bisection or cancellation tasks? J Clin Exp Neuropsychol. 2001
  11. Anwyl-Irvine A, et al. Realistic precision and accuracy of online experiment platforms, web browsers, and devices. Behav Res Methods. 2021
  12. Sireteanu R, Rettenbach R. Perceptual learning in visual search: fast, enduring, but non-specific. Vision Res. 1995
  13. Sireteanu R, Rettenbach R. Perceptual learning in visual search generalizes over tasks, locations, and eyes. Vision Res. 2000
  14. Ahissar M, Hochstein S. Task difficulty and the specificity of perceptual learning. Nature. 1997
  15. Pollock A, et al. Interventions for visual field defects in people with stroke. Cochrane Database Syst Rev. 2019
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. Roth T, et al. Comparing explorative saccade and flicker training in hemianopia: a randomized controlled study. Neurology. 2009
  20. Pambakian AL, et al. Saccadic visual search training: a treatment for patients with homonymous hemianopia. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2004
  21. Ball KK, et al. Age and visual search: expanding the useful field of view. J Opt Soc Am A. 1988

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