性别和情境危险程度对行人危险知觉的影响：来自ERP 的证据 *

朱 鹏 常若松

(辽宁师范大学心理学院，大连 116029)

1 引言

危险知觉（hazard perception）是指在交通环境中“阅读道路”（read the road）和预期即将到来事件的能力或者情境意识（situation awareness）（Haworth & Mulvihill, 2004）。近些年它被定义为对较高可能导致事故的道路危险事件的识别、评估及反应过程（Crundall et al., 2012）。研究发现危险知觉是影响行人事故风险的一个重要因素（Hill,Lewis, & Dunbar, 2000）。因此，行人危险知觉受到了各领域研究者的关注，探讨危险知觉的影响因素及其机制成为必要。

Rosenbloom， Mandel， Rosner 和Eldror（2015）的研究显示性别是影响行人危险知觉的重要因素，男性的危险知觉能力显著高于女性。事实上，在诸多行人行为研究中均发现了性别差异。例如，无论是儿童还是成人，男性都更倾向于冒险过街（Hamed, 2001; Rosenbloom, 2006;Rosenbloom & Wolf, 2002）；分心行为对于女性的过街安全存在消极影响（Thompson, Rivara,Ayyagari, & Ebel, 2013），而男性在分心时会补偿更多的安全行为（如，查看道路交通状况）（Walker,Lanthier, Risko, & Kingstone, 2012）。值得注意的是 ，以上研究均来自对行人外显行为的观测，而性别在危险知觉加工过程的哪个阶段对其产生影响尚未明晰。

情境危险程度可能是另一影响危险知觉的重要因素。尽管尚未有研究考察情境危险程度对于行人危险知觉的影响，但是在现实的交通环境中，行人过街时会穿越川流不息的交通流，需要及时觉察的危险很可能并非一开始便出现在行人的视野范围内，而是处于发展变化的某一阶段。因此，行人在不同时间面对情境的危险程度并不相同，例如带来危险的车辆距离行人位置较远与已行驶到行人位置，这两种情境的危险程度是不同的。因此，区分不同危险程度情境以考察其对行人危险知觉的影响是十分必要的。

随着当今认知神经科学技术的发展，事件相关电位技术（event-related potential, ERP）为考察危险知觉的认知神经机制提供了新的手段。ERP 具有高时间分辨率的特点，借此可以进一步了解行人对于危险信息的加工在不同时间阶段的特点。N1 成分是在刺激出现后110～140 ms 内诱发的一个负偏向脑电成分（Kissler & Herbert, 2013），它是早期视觉选择性注意的重要指标（Mangun,1995），反映了大脑对特定空间位置注意加工的自动增强（Doallo et al., 2005）。N1 成分的潜伏期代表认知加工开始的早晚或加工速度的快慢，潜伏期越短，则自动化加工的程度越高（O a d e s,Dittmann-Balcar, Schepker, Eggers, & Zerbin, 1996），而其波幅反映了视觉的辨别加工过程（Vogel &Luck, 2000）。P3 成分是一种峰值在300 ms 左右的正偏向脑电成分（Sutton, Braren, Zubin, & John，1965），其波幅与认知加工过程中的注意资源分配正相关（Donchin & Coles, 1988），反映了对当前刺激注意资源的调节。行人危险知觉的差异可能会体现在不同时间进程中的加工阶段上，而N1 和P3 成分分别表征了认知加工过程中早期阶段的视觉加工以及晚期阶段的注意资源分配。因此，本研究将分别考察早期视觉加工阶段（N1 成分）和注意分配阶段（P3 成分）上，性别和情境危险程度对于行人危险知觉的影响。

交通危险情境包含威胁性信息，涉及负性情绪的加工过程。相关研究显示，女性具有负性情绪加工优势（Hall, 1978; Hofer et al., 2006; Kirouac &Dore, 1985; Orozco & Ehlers, 1998; Wrase et al.,2003），且对于威胁性信息的加工主要发生于视觉信息加工的早期阶段，而此阶段属于依赖于低频轮廓信息的自动化加工（LeDoux, 2009; van Le et al.,2013; Vuilleumier, Armony, Driver, & Dolan, 2003）。因此，在早期视觉信息加工阶段，女性很可能更加具有危险知觉的加工优势，而男性的危险知觉优势应该发生在之后的信息加工阶段。人类对极端危险刺激的加工具有优先性，这是由于极端危险刺激具有显著生存意义，会激活个体的回避系统（Rozin, Haidt, & Fincher, 2009）。因而预期极端危险情境更具加工优势。当然，行人危险知觉的上述两个影响因素可能并非完全独立发生作用，而是存在交互影响。觉察极端危险情境对于个体具有十分重要的生存价值，无论哪种性别均需对该类情境进行快速地认知加工，也可能不存在性别差异，当情境的危险程度降低后性别差异才会显现出来。情境危险程度很可能就是性别影响行人危险知觉的一个调节变量，且这种调节作用在危险知觉的不同加工阶段可能并不相同，因而，区分不同认知加工阶段以考察行人危险知觉的差异是十分必要的。但目前关于性别和情境危险程度影响行人危险知觉的神经机制研究非常罕见，关于二者交互作用的神经生理学证据更是欠缺。

综上所述，有关行人危险知觉的差异大都来自于行为方面的证据，性别和情境危险程度对于危险知觉影响的神经生理机制尚不清楚。因此，本研究采用ERP 技术，以N1 和P3 成分为主要指标考察行人在危险知觉过程中性别和情境危险程度的神经反应差异。通过以往的研究回顾，做出如下假设：（1）早期视觉加工阶段，女性对低度危险情境更敏感；（2）在注意分配阶段，男性在危险知觉加工上更具优势；（3）极端危险情境更具有危险知觉的加工优势。

2 方法

2.1 被试

共30 名成年被试（女性17 名）参加实验，平均年龄21.2±2.93 岁。被试均为右利手，视力或矫正视力正常。被试在实验后得到适当报酬。

2.2 实验材料

截取真实交通情境视频的图片作为实验材料。视频内容来自城市市区及周边区域，在天气较好的情况下以过街行人的视角进行拍摄。使用视频编辑软件对视频进行剪辑。每个剪辑后的视频只包含一个潜在危险（危险源为行驶向行人位置的车辆），并以一个红色箭头标记出行人过街前的路边所在位置以及过街方向。最终选取16 个交通情境视频（8 个视频中存在人行横道），视频时长18～46 秒，平均时长28.1±7.5 秒。视频中交通内容在斑马线（有、无）危险源出现位置（近处、远处）以及行人视野遮挡（无、弯路、行道树、停泊车辆）上进行了平衡。

共36 名成年被试（19 名女性）对每个视频进行评定，平均年龄23.9±3.0 岁。所有参与视频评定的被试均未参加正式实验。评定的内容包括：视频情境中是否存在对行人过街带来安全威胁的危险，如果认为视频情境中存在危险，则需继续判别危险出现时间点和低度危险时间点。危险出现时间点指视频中危险源出现，危险情境开始的时间。低度危险时间点指视频中一个特定的时间点，行人如在此时间点和危险情境结束之间过街，则不能避免发生事故。此时间点处于过街的安全时段与危险时段的临界点，行人在此特定的时间点前过街相对安全，而在其之后则会发生危险。视频在此时间点的情境对于过街行人而言存在一定危险性，但与之后时间点的情境相比危险程度较低，因而称其为低度危险时间点，见图1。评定结果显示危险出现时间为3.58～13.4 秒，平均时长6.9 1±2.6 3 秒；低度危险时间为7.6 7 ～35.3 秒，平均时长17.56±7.48 秒。

图 1 时间窗口示意图

基于评定结果，截取16 个交通情境视频的图片作为实验材料。每个视频分别在三个时间点上截取图片，包括无危险情境图片（视频中危险情境结束到视频结束之间的时间点）、低度危险情境图片（视频中的低度危险时间点）和高度危险情境图片（视频中车辆已行驶到行人所在位置的时间点，代表极端危险情境），每类图片各16 张，共48 张图片材料。48 张图片统一设置为高度1920 像素，宽度1080 像素，位深度24。

2.3 实验设计

实验采用2（性别）× 3（情境危险程度）的混合实验设计，自变量为：（1）性别，指被试的性别，有女性和男性两个水平，为被试间变量；（2）情境危险程度，指图片中情境的危险程度，包括无危险情境、低度危险情境和高度危险情境三个水平，为被试内变量。因变量为行为反应的正确率和反应时，ERP 成分N1 和P3 的潜伏期和波幅。

2.4 实验程序

实验过程包括练习阶段和正式实验阶段，两个阶段的实验流程相同。实验流程为先呈现任务的指导语，接下来呈现交通情境图片，在这期间被试做出反应（使用反应盒按键反应，按键顺序在被试间平衡）。被试任务为判别图片情境中是否存在危险，做出反应后图片立即消失。为了消除试次间的影响，图片消失后呈现1500～2000 ms随机不等的空屏。实验过程中，要求被试尽量减少其它动作，将左手的食指放在反应盒的“1”键上，右手的食指放在反应盒的“4”键上。

正式实验包含256 个试次，包括128 个无危险情境的试次、64 个低度危险情境的试次和64 个高度危险情境的试次。为了让被试熟悉实验流程, 实验设置了8 个试次的练习阶段，包括4 个无危险情境的试次、2 个低度危险情境的试次和2 个高度危险情境的试次。实验期间，所有试次随机呈现。

2.5 ERP 记录和数据处理

采用美国EGI 公司的生产的EEG 系统记录与分析数据，按国际10-20 系统扩展的256 导电极帽记录EEG 数据。以Cz 为参考电极，在离线分析时转换为全脑平均参考，电极与头皮接触电阻均在50 kΩ 以下，采样频率为500 Hz。双眼外侧安放水平电极（hEOG），左眼外侧水平电极为F9，右眼外侧水平电极为F10；双眼上下侧安放垂直电极（vEOG），左眼上侧垂直电极为Fp1，左眼下侧垂直电极为e241，右眼上侧垂直电极为Fp2，右眼下侧垂直电极为e238。采用EGI Net Station 5.3 软件进行离线分析。ERP 离线处理时按照0.1～30 Hz进行滤波，分段时程为刺激呈现前100 ms 至刺激呈现后600 ms，以刺激呈现前100 ms 平均波幅作为基线校正。自动矫正眼动伪迹，波幅大于±100 μV的试次被视为伪迹剔除，每个被试各实验条件的有效试次数皆不少于30 个。

根据本研究的目的和ERP 成分的特征，选择分布于枕区及双侧顶枕区的N1、顶区的P3 成分进行分析。根据以往研究，256 导电极帽的电极密度极高，相邻位置电极距离极近，因此，ERP 成分结果的取值为特定脑区内位置临近的多个电极（电极组）的平均值（Kissler & Herbert, 2013）。参考以往研究（Kissler & Herbert, 2013; Ma, Jin, &Wang, 2010），N1 成分开窗口的时间段为40～70 ms，选取电极为Oz、P5、P6、P7、P8、PO7、PO8、e85、e98、e107、e108、e117、e118、e125、e127、e138、e139、e151、e152、e160 和e171；P3 成分开窗口的时间段为350～550 ms，选取电极为 Pz、POz、e89、e90、e100、e110、e128、e129 和e130，选取电极见图2。每种成分的潜伏期为峰潜伏期，是刺激呈现至该ERP 成分时间窗口内波幅最大峰的时间；波幅采取平均波幅，是该ERP 成分时间窗口内波幅的平均值（Luck, 2009）。

3 结果

3.1 行为结果

反应数据剔除标准：（1）错误反应数据；（2）数值小于300 ms 或大于3000 ms；（3）数值不在均值加减三个标准差范围之内。采用SPSS20.0统计软件对各种实验处理水平下的正确率和反应时进行重复测量方差分析。

在正确率指标上，统计结果显示，性别和情境危险程度的主效应皆不显著（ps＞0.05），性别和危险程度的交互作用也不显著（p＞0.05）。在反应时指标上，统计结果显示，性别的主效应显著，F(1, 28)=5.49，p=0.026，η=0.16，事后比较显示，男性（0.96±0.29 s）比女性（1.19±0.28 s）的反应时更短，说明男性的危险知觉能力优于女性。情境危险程度的主效应显著，F(2, 56)=5.71，p=0.013，η=0.17，事后比较显示，高度危险情境（1±0.26 s）比无危险情境（1.12±0.29 s）或低度危险情境（1.1±0.31 s）的反应时更短（ps＜0.02），表明识别高度危险情境的速度快于低度危险情境或无危险情境。性别和危险程度的交互作用不显著（p＞0.05）。不同被试在危险知觉任务中的平均反应时间和标准差见表1。

图 2 枕区及双侧顶枕区成分N1 的电极和顶区成分P3 的电极

表 1 不同被试在危险识别任务中的平均反应时间和标准差（s）

3.2 ERP 结果

3.2.1 N1

潜伏期：对N1（40～70 ms）潜伏期进行2（性别）×3（情境危险程度）的两因素重复测量方差分析，统计结果显示，性别与情境危险程度的交互作用显著，F(2, 56)=4.34，p=0.018，η=0.13，简单效应分析发现，低度危险情境条件下，女性（52.14±7.39 ms）的N1 潜伏期比男性（57.85±7.73 ms）更短（p=0.049），见图3。性别和情境危险程度的主效应皆不显著（ps＞0.05）。

波幅：对N1（40～70 ms）波幅进行2（性别）×3（情境危险程度）的两因素重复测量方差分析，统计结果显示，情境危险程度的主效应显著，F(2, 56)=4.80，p=0.012，η=0.15，高度危险情境（-0.8±1.18 μV）的N1 波幅比无危险情境（-0.45±0.96 μV）或低度危险情境（-0.34±1.03 μV）更大（ps＜0.04），见图4。性别的主效应不显著（p＞0.05）。性别和情境危险程度的交互作用不显著（p＞0.05）。

3.2.2 P3

潜伏期：对P3（350～550 ms）潜伏期进行2（性别）×3（情境危险程度）的两因素重复测量方差分析，统计结果显示，性别和情境危险程度的主效应皆不显著（ps＞0.05）。性别和情境危险程度的交互作用也不显著（p＞0.05）。

波幅：对P3（350～550 ms）波幅进行2（性别）×3（情境危险程度）的两因素重复测量方差分析，统计结果显示，性别主效应显著，F(1, 28)=4.37，p=0.046，η=0.14，男性（2.48±2.42 μV）的P3 波幅比女性（0.41±2.95 μV）更大，见图3。情境危险程度的主效应显著，F(2, 5 6)=4.7 3，p=0.013，η=0.14，低度危险情境（1.62±2.93 μV）的P3 波幅比高度危险情境（0.99±2.98 μV）更大（p=0.01），见图4。另外，低度危险情境（1.62±2.93 μV）的P3 波幅与无度危险情境（1.31±2.87 μV）的差异边缘显著（p=0.083）。性别和情境危险程度的交互作用不显著（p＞0.05）。

4 讨论

4.1 行为结果分析

本研究结果显示，男性危险知觉的反应时比女性更短，说明男性的危险知觉能力优于女性。危险知觉的性别差异可能源自人类祖先在远古时期的社会分工。人类现今的认知模块是在距今一万年前的采集-狩猎时期进化而来（Buss, 1999）。在一万年前，女性负责采集植物果实，男性负责在外狩猎。对于男性而言，快速识别、评估环境中的潜在危险并对其做出反应是与生存密切相关的能力。虽然当今的社会环境不同于远古的丛林环境，性别的社会分工也与人类祖先不同，但对于知觉环境中危险的性别差异可能仍然被保留，并导致在交通环境中行人危险知觉的性别差异。

图 3 个体加工低度危险情境时在N1 成分和加工交通情境时在P3 成分上的性别差异

图 4 个体加工三类交通情境时在N1 成分和P3 成分上的差异

本研究还发现，高度危险情境比无危险情境或低度危险情境的反应时更短，表明识别高度危险情境更具有信息加工的速度优势。进行信息加工时，个体总是优先加工具有显著生存意义的极端危险刺激，激活了个体的回避系统（Rozin, Haidt,& Fincher, 2009），这种对极端危险刺激的加工优势具有重要的适应价值。在本研究中，高度危险情境对个体的生命安全具有最大的威胁性，其重要性最高，低度危险情境及无危险情境次之，因而，对于高度危险情境这种极端威胁性刺激的加工优势应是一种适应性的表现。

4.2 ERP 结果分析

4.2.1 早期视觉加工阶段：N1

本研究结果发现，低度危险情境条件下，女性的N1 潜伏期更短，表明在早期视觉信息加工过程中女性对于低度危险情境更为敏感，相对于男性，女性会更快地识别危害到生命安全的危险信息；在N1 波幅上，高度危险情境比无危险情境或低度危险情境更大，表明对极端危险情境具有加工优势。

女性对于低度危险情境加工的速度优势可能源自情境包含的情绪信息的影响。交通危险情境会威胁到过街行人的生命安全，属于负性情绪刺激，包含着负性的情绪信息。以往行为研究表明，女性具有负性情绪识别的优势，且对情绪的敏感性更高，这种优势体现在各个年龄段（Hall,1978; Kirouac & Dore, 1985）。而神经成像研究发现，女性不仅会在情绪识别时激活更多脑区（Hofer et al., 2006; Orozco & Ehlers, 1998; Wrase et al.,2 0 0 3），而且对于情绪信息的加工速度更快（Campanella et al., 2004）。本研究结果与以往情绪研究结果相近，出现女性对危险情境的加工优势。本研究中，性别在不同危险程度情境上的差异发生在低度危险情境条件上，即危险刚出现不久，对于被试的威胁性相对较低时，表现出女性的加工优势，这可能与性别在不同负性情绪效价上的差异相关。由于高度危险情境属于极端的负性刺激，具有十分重要的生存适应性价值，个体无论哪种性别均需对该类刺激进行快速的认知加工，在N1 潜伏期上出现天花板效应。而在负性刺激效价强度减弱的情况下，女性对于危险情境的加工优势才得以显现出来。

与无危险情境和低度危险情相比，个体对高度危险情境的早期视觉辨别更容易。N1 阶段代表对刺激特征早期的自动化加工过程，较高的N1 波幅反映了对高度危险情境注意资源自动聚焦的易化。此结果可与行为结果相印证，不同危险情境在行为反应时上的差异应是源自N1 阶段高度危险情境的优势加工。这种对极端危险刺激的加工优势具有重要的适应价值。以往研究发现，人类的信息加工机制不仅优先加工远古时期就已存在的危险情境，例如对丛里中蛇的恐惧（Buss, 1999）。后天经验得知的危险，例如枪、刀和注射器这些与进化无关的现代威胁刺激同样表现出注意偏向的自动化加工（Blanchette, 2006; Fox, Griggs, &Mouchlianitis, 2007）。对于现代社会中的威胁信息可在习得其恐惧后产生相应的注意偏向（LoBue &DeLoache, 2010）。因此，对交通环境中威胁性较高的高度危险情境的加工优势应是一种适应性的表现。

4.2.2 注意分配阶段：P3

本研究发现，危险知觉过程中的注意分配上存在性别差异。无论交通环境中是否存在危险或危险程度的高低，皆表现出男性的注意偏向，即与女性相比，男性会给予交通情境（包括无危险情境、低度危险情境和高度危险情境）更多的注意资源。由此可知，在危险知觉过程中的注意分配阶段出现男性优势，女性在早期视觉阶段的加工优势并未在之后的注意分配阶段延续。此结果可用以解释以往行为研究中危险知觉的性别差异，例如，Rosenbloom 等（2015）的研究显示出男性的危险知觉能力显著高于女性。本研究结果显示，危险知觉的加工过程中，性别差异在早期视觉加工的N1 阶段业已出现，表现为女性对低度危险情境更为敏感。在加工进程到之后的注意分配P3 阶段时，女性的加工优势消失，取而代之的是男性的注意偏向。因此，男性更高的危险知觉能力应是源自注意分配阶段的优势加工。

经过N1 阶段对情境刺激特征的早期视觉自动化加工，在P3 阶段，对情境刺激的加工由意识阈限下的无意识水平转变为意识阈限上的随意注意水平，对情境内容也开始了有意识的觉察，注意资源会分配给更难以知觉的情境。在此阶段，由于个体开始觉察到三种危险情境之间危险程度的差异，从而在注意资源分配上将三者区分开来：相比于无危险情境和高度险情境，低度危险情境被给予更多的注意。低度危险情境对于过街行人而言处于安全与危险的临界点，个体需进行深入的认知评估以确定情境的危险程度。低度危险情境条件下，危险信息的觉察和确认往往需对该类刺激进行充分地知觉分析和整合，其认知加工的难度较高，由此导致低度危险情境条件诱发更大的P3 波幅。

5 结论

本研究采用ERP 技术考察了性别和情境危险程度对行人危险知觉的影响及神经机制。结果发现：（1）早期视觉加工阶段，女性对低度危险情境更敏感。低度危险情境条件下，女性的N1 潜伏期更短，表明在早期视觉加工阶段，女性对低度危险情境的加工更快；（2）男性比女性给予交通情境更多的注意。在 P3 波幅上，男性大于女性，显示出相比于女性，男性在三类交通情境中都会投入更多的注意资源；（3）情境危险程度能够调节危险知觉过程中的注意分配。在N1 波幅上，高度危险情境大于无危险情境或低度危险情境，表明对高度危险情境具有加工优势，在P3 波幅上，低度危险情境大于无危险情境或高度危险情境，代表在注意分配阶段对低度危险情境的加工更为困难。