視覺短期記憶

在視覺研究中，**視覺短期記憶** **（VSTM）** 是三大記憶系統之一，其餘系統還包括圖像記憶和長期記憶 。視覺短期記憶是一種短期記憶 ，但僅限於視覺領域內的資訊。

術語「視覺短期記憶」指的是在長時間內非永久性地儲存視覺資訊的記憶。視覺空間畫板是關於視覺短期記憶的子元件，巴德利在其工作記憶理論模型中提出此概念。圖像記憶相當脆弱，會快速衰減，無法積極維持，與之不同的是，視覺短期記憶不易受後續刺激影響，可以持續數秒。另一方面，視覺短期記憶的容量極為有限，這點是視覺短期記憶與長期記憶的主要區別。

## 概述

在 20 世紀 70 年代早期，由於引入難以言語化且不太可能保存於長期記憶的刺激，這為 VSTM 的研究帶來了革命性的變革 。其基本實驗技術要求觀察者指出「在短時間分隔的兩個矩陣或圖形」是否相同。結果發現，觀察者能夠報告所發生的變化，結果為高於偶然性的顯著水準，這表明他們至少能夠在第二次刺激呈現之前，在純粹的視覺儲存中編碼第一刺激的樣貌。然而，由於所使用的刺激複雜，且變化的性質相對不受控制，因此這些實驗留下了各種問題。

例如：

* 構成視覺刺激的知覺向度中，視覺短期記憶是否只儲存了部分子集 (例如空間頻率、亮度或對比度)
* 視覺短期記憶中的知覺向度是否比其他記憶有更高的保真度
* 這些向度以怎樣的性質編碼（知覺向度是在單獨的平行通道中編碼？還是所有知覺向度都儲存為視覺短期記憶中的單個綁定實體？）

## 設定尺寸效應

目前已經對 VSTM 的容量限制投入大量研究。在一個典型的檢測變化的任務中，呈現給觀察者兩個由許多刺激組成的陣列。兩個陣列之間分隔著短暫的時序間隔，觀察者的任務是判斷第一個和第二個陣列是否相同，或者兩個顯示中是否有一個項目不同 (例如，Luck & Vogel, 1997)。性能嚴重依賴於陣列中的項數。雖然對於一個或兩個項目的陣列來說，性能通常幾乎是完美的，但是當添加更多的項目時，正確的響應總是單調地下降。已經提出了不同的理論模型來解釋 VSTM 儲存的限制，但是要區別哪個才是正確模型仍是一個活躍的研究領域。

## 心理物理模型

心理物理實驗表明，信息通過多個平行通道在 VSTM 中編碼。每個通道與特定的知覺屬性相關聯 (Magnussen, 2000)。在這個框架中，隨著設定尺寸的增加，觀察者檢測變化的能力會下降。這可歸因於兩個不同的過程

1. 如果通過不同的通道進行決策，那麼性能的下降程度通常很小，並且與在進行多個獨立決策時，所預期的下降程度相一致 (Greenlee &Thomas,1993; Vincent & Regan，1995)。
2. 如果在同一通道內做多個決策，那麼僅僅由於決策雜訊的增加，性能下降的幅度就遠遠大於預期，這是由於在同一知覺通道中做多個決策所造成的干擾 (Magnussen & Greenlee, 1997)。

然而，作為 VSTM 中設定尺寸效應 (set-size effect) 的模型，格林利 - 托馬斯模型 (Greenlee & Thomas, 1993) 有著兩個缺陷：

1. 它只是透過由一兩個元素組成的顯示來進行經驗測試。在各種不同的實驗範式中已經反覆表明，對於相對較少元素的顯示，以及相對較多元素的顯示 (超過 4 項)，設定尺寸效應會有所不同。而格林利 - 托馬斯 (1993) 模型並沒有對此作出解釋。
2. 儘管 Magnussen、格林利、托馬斯 (1997) 能夠使用該模型來預測「比起跨越不同的知覺向度做出兩個決策，當兩個決策是在同一個知覺向度做出時，將會發現更大的干擾」，但此預測缺乏嚴格的定量，無法準確預測閾值增加的大小，或對其根本原因給出詳細解釋。

除了格林利 - 托馬斯模型 (Greenlee & Thomas, 1993) 之外，VSTM 中還有兩種用於描述設定尺寸效應的重要方法。這兩種方法可以稱為樣本尺寸模型 (Palmer, 1990) 和甕模型 (urn models)(Pashler, 1988)。

它們與格林利 - 托馬斯模型的不同之處在於:

1. 將設定尺寸效應的根源歸結於決策之前的某個階段。
2. 在相同或不同的知覺向度下做出的決定在理論上沒有區別。

## 中級視覺儲存

有一些證據表明中級視覺儲存 (Intermediate visual store) 具有圖像記憶和 VSTM 的特徵。 該中級儲存器具有高容量（最多 15 個項目）和較長的儲存追蹤持續時間（最多 4 秒）。它與 VSTM 共存但並不相同，視覺刺激可以覆蓋其視覺儲存的內容（Pinto 等，2013）。進一步的研究表明其過程涉及視覺區域 V4 的參與。 

## 參見

* 注意
* 注意力與前額葉皮層的記憶力
* 變化盲視
* 記憶
* 知覺

 

## 參考文獻

* Bays, P.M. & Husain M. (2008). Dynamic shifts of limited working memory resources in human vision. Science, 321, 851–854.
* Bennett, P.J., & Cortese, F. (1996). Masking of spatial frequency in visual memory depends on distal, not retinal, frequency. Vision Research, 36(2), 233–238.
* Blakemore, C., & Campbell, F.W. (1969). On the existence of neurons in the human visual system selectively sensitive to the orientation and size of retinal images. Journal of Physiology, 203, 237–260.
* Breitmeyer, B. (1984). Visual masking: An integrative approach. Oxford: Oxford University Press.
* Cermak, G.W. (1971). Short-term recognition memory for complex free-form figures. Psychonomic Science, 25(4), 209–211.
* Chua, F.K. (1990). The processing of spatial frequency and orientation information. Perception & Psychophysics, 47(1), 79–86.
* Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and Brain Sciences, 24(1).
* DeValois, R.L., & DeValois, K.K. (1990). Spatial vision. Oxford: Oxford University Press.
* Greenlee, M.W., & Thomas, J.P. (1993). Simultaneous discrimination of the spatial frequency and contrast of periodic stimuli. Journal of the Optical Society of America A, 10(3), 395–404.
* Lee, B., & Harris, J. (1996). Contrast transfer characteristics of visual short-term memory. Vision Research, 36(14), 2159–2166.
* Luck, S.J., & Vogel, E.K. (1997). The capacity of visual working memory for features and conjunctions. Nature, 390, 279–281.
* Magnussen, S. (2000). Low-level memory processes in vision. Trends in Neurosciences, 23(6), 247–251.
* Magnussen, S., & Greenlee, M.W. (1992). Retention and disruption of motion information in visual short-term memory. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 18, 151–156. 248
* Magnussen, S., & Greenlee, M.W. (1997). Competition and sharing of processing resources in visual discrimination. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 23(6), 1603–1616.
* Magnussen, S., & Greenlee, M.W. (1999). The psychophysics of perceptual memory. Psychological Research, 62(2–3), 81–92.
* Magnussen, S., Greenlee, M.W., Asplund, R., & Dyrnes, S. (1991). Stimulus-specific mechanisms of visual short-term memory. Vision Research, 31(7–8), 1213–1219.
* Magnussen, S., Greenlee, M.W., & Thomas, J.P. (1996). Parallel processing in visual short-term memory. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 22(1), 202–212.
* Magnussen, S., Idas, E., & Myhre, S.H. (1998). Representation of orientation and spatial frequency in perception and memory: A choice reaction time analysis. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 24, 707–718.
* Nilsson, T.H. & Nelson, T.M. (1981). Delayed monochromatic hue matches indicate characteristics of visual memory. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 7, 141–150.
* Palmer, J. (1990). Attentional limits on the perception and memory of visual information. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 16(2), 332–350.
* Pashler, H. (1988). Familiarity and visual change detection. Perception & Psychophysics, 44(4), 369–378.
* Pinto, Y., Sligte, I.S., Shapiro, K.L., & Lamme, V.A.F. (2013). Fragile Visual Short-Term Memory is an object-based and location-specific storage. Psychonomic Bulletin & Review, 20, 732-739.
* Phillips, W.A. (1974). On the distinction between sensory storage and short-term visual memory. Perception & Psychophysics, 16(2), 283–290.
* Phillips, W.A., & Baddeley, A.D. (1971). Reaction time and short-term visual memory. Psychonomic Science, 22(2), 73–74.
* Regan, D. (1985). Storage of spatial-frequency information and spatial-frequency discrimination. Journal of the Optical Society of America A, 2(4), 619–621.
* Riggs, K.J., McTaggart, J., & Simpson, A. (2006). Changes in the capacity of visual working memory in 5- to 10-year-olds. Journal of Experimental Child Psychology, 95, 18–26.
* Schiller, P.H. (1995). Effect of lesions in visual cortical area V4 on the recognition of transformed objects. Nature, 376, 342–344.
* Sligte, I.G., Scholte, H.S., Lamme, V.A.F. (2008). Are There Multiple Visual Short-Term Memory Stores? PLoS ONE, 3(2), e1699.
* Sligte, I.G., Scholte, H.S., Lamme, V.A.F. (2009). V4 Activity Predicts the Strength of Visual Short-Term Memory Representations. J Neurosci, 29(23), 7432–74
* Sperling, G. (1960). The information available in brief visual presentations. Psychological Monographs: General and Applied, 74(11), 1–30.
* Todd, J.J. & Marois, R. (2004). Capacity limit of visual short-term memory in human posterior parietal cortex. Nature, 428, 751–753.
* Vincent, A. & Regan, D. (1995). Parallel independent encoding of orientation, spatial frequency, and contrast. Perception, 24(5), 491–499.
* Wilken, P. & Ma, W.J. (2004). A detection theory account of change detection. J Vis, 4, 1120–1135.