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不同AGI的研究路线对比简化版：《AGI（具身智能）路线对比》，欢迎各位参与讨论、批评或建议。
一．基本概念
1.定义
动量表示物体质量与其速度的成绩。根据动量定理，如一个带有动量的物体想要停下，需要在阻力的制动下作用一段时间，即Ft=mv，F为阻力，t为停下需要的时间，m为质量，v为速度。显然根据该定理物体是无法在瞬间停下的。在心理学上，表征动量是一种心理现象，它是指当观察一个运动物体时，物体突然消失，观察者对该物体消失位置的记忆会沿运动方向发生一定的前移。
2.研究范式
主要有两类研究范式对表征动量进行研究。
第一类是诱导运动范式。在Freyd和Finke（1984）的实验中，对被试先后呈现3个静止的长方形，每个呈现250ms。前两个长方形称为诱导刺激，第三个长方形是需要被试记住的，称为记忆刺激。三个长方形按顺序分别表征了长方形以顺时针或逆时针旋转的三个位置，如图1所示。之后会出现测试刺激，测试刺激可能出现的位置有三种，一种是按照前三个刺激的运动方向继续前进一定的位置，对应图中的1；一种是沿着运动方向倒退一定的位置，对应图中的3；最后一种是与记忆刺激一致，即不前进也不后退，对应图中的2。实验发现，被试更加倾向于将前进的位置（第一种可能）判断为记忆刺激的位置。这表明，在被试的心理世界中，运动物体保持了运动的趋势，这与真实世界物体保持运动趋势的现象类似，从而导致被试对目标的位置或状态表征发生了前移。
图1
第二种是平滑运动范式。Hubbard和Bharucha（1988）对被试呈现一个关于小球沿着水平或者垂直方向运动的动画，然后小球在某个位置上突然消失。被试需要做的是用鼠标指出小球消失的位置。实验发现，被试更倾向于将小球定位为消失位置在继续运动后才能达到的位置，简单点说，就是被试将位置判断为消失位置的前进位置。事实上，动画也是由一张张静态图片构成，当静态图片出现的频率足够高时（至少每秒24帧），静态图片看起来就像是连续的动画一样。因此平滑运动呈现的动画和诱导动作呈现的静态图片的区别在于呈现图片的频率。
二．分类
表征动量有狭义和广义之分，狭义的表征动量是指运动记忆项的位置会沿运动方向发生前移，它所描述的是其对运动物体定位的影响。而广义的表征动量，除了表征动量外，还包括表征重力、表征摩擦力和表征向心力（翟坤和张志杰，2011）。
1.表征重力
关于表征动量的一些实验中发现了一些很有趣的现象。如在垂直方向上，当客体向下运动时，其产生的前移程度比向上运动所产生的更大（Hubbard和Courtney，2010）；在水平方向上，当客体左右运动时，除了会产生一个沿运动方向的前移，还会产生一个向下偏移的量（类似于抛物运动）（Hubbard和Bharucha，1998）。另外，向下旋转会比向上旋转产生更大的前移（Munger和Owens，2004）。Hubbard（1995）认为刺激向下前移的现象与重力定律一致, 因此将其称为表征重力。同时，这也证明了表征动量和表征重力能共同作用于物体的定位。Hubbard（2008）对静止物体进行了研究，发现被试对物体的定位产生了向下前移的现象，因为静止物并无动量，这说明表征重力与表征动量是独立存在的。Kerzel（2003）的实验中设置了两种实验条件，一种是对运动物体进行视觉跟踪，这时该物体始终处于中央凹的位置；另外一种是使眼睛固定，这时运动物体处于外周视觉中。结果发现不论是那种条件都产生了表征重力现象。
2.表征摩擦力
Hubbard（1995）发现了表征摩擦力。研究者在实验中设置了三种条件，第一种是无背景，即只有一个运动客体处于一个完全空白的屏上；第二种是有一个平面置于运动物体之下，并与其接触；第三种是有两个表面，分别位于物体之上和物体之下，且均与其接触。实验发现，物体在两个表面的情况下偏移量最小，一个表面的次之，无背景的偏移量最大。这表明，被试主观的将接触面作为了摩擦面（实际上动画平面不会产生摩擦力，而且实验也并未提示被试：物体与表面接触处有摩擦力），Hubbard（1995）将这种造成前移量减少的主观摩擦力称为表征摩擦力。表征摩擦力会减少沿运动方向的前移量，而且摩擦面越多前移量减少得就越多。另外，物体在斜面向下的前移量要大于物体在平面的，这表明表征摩擦力可以与表征重力一起作用于物体的位置表征。
3.表征向心力
Freyd和Jones（1994）对被试呈现一个在螺旋管内做螺旋运动的物体（螺旋的轨迹，如图2），之后要求被试回答当物体离开螺旋管后是做直线运动还是做曲线运动，结果发现被试从主观上更加倾向于做曲线运动，显然这是不符合客观物理规律的。在现实世界中，当客体在螺线管时由于螺旋管提供向心力，因此客体能做向心运动。当离开螺旋管时由于没有了向心力，客体应该做直线运动。Hubbard（1996）认为，在心理世界上，当客体做圆周运动时，物体除了有一个沿圆周切线方向的前移量，还有一个沿向心方向的前移量，而两个前移量分别由表征动量和表征向心力作用。
影响表征向心力的因素有如下几点：第一，Hubbard（1996）发现圆周半径增大和物体移动速度增大时，表征向心力增大；第二，当被试注视物体时（使用中央凹注意物体），沿切线方向的前移增大，沿向心方向的前移动减小；反之，当被试注视圆周中心点时（使用外周视觉注意物体），切线方向的前移量减小，向心方向的前移量增加（Kerzel，2003）；第三，物体顺时针方向比逆时针方向呈现更大的向心前移量（Freyd和Jones，1994）。
图2
三．影响因素（董蕊，2014）
影响表征动量效应的因素有很多，包括背景因素，物体自身属性的因素，另外还要保持时间间隔和刺激时间间隔等其他因素。而Hubbard（2010）提出的矢量加权平均理论认为表征动量受到多种因素的影响，假设每个因素均可以用一个矢量来表示其影响运动刺激定位的效果，那么所有因素对目标刺激偏移的共同影响就是这些因素相应地矢量之和。
1.背景因素
认知心理学研究发现，有两种类型的背景因素影响表征动量：（a）认知背景，包括观察者的信念、知识或预期；（b）物理背景，主要指地标吸引效应和闪光滞后效应。
观察者的物理知识和有关物体的概念知识都会影响表征动量。Reed和Vinson（1996）在研究中发现，目标客体为火箭时产生向上的前移量要大于目标客体为教堂的。研究者认为，这是因为大家都有着火箭是向上运动的、而教堂是静止不动的常识，同时这些常识也会被至上而下的对表征动量进行调整。Freyd和Pantzer（1995）在其研究中通过向被试呈现一个箭状的运动物体，发现如果物体移动的方向与箭头的指向相同，则向前偏移的程度就会增大，反之，如果物体移动的方向与箭头的指向相反，向前偏移的程度就会减小。
在一项实验中，将一个小的运动的物体放在一个大的静止的框里弹来弹去，并突然消失，让被试指出消失点。发现当物体快要撞上时消失，或者正在撞上时消失，被试所指位置不仅没有向前偏移，反而向后偏移，好像被试预测了球撞上边框并回弹一样。并且正在撞上时产生的向后偏移量要大于快要撞上时产生的偏移量。而在另外一项试验中，刺激物呈单方向运动，或者呈来回的振荡运动，在单方向运动时出现表征动量，如果正在转折的边缘，则出现相反的、向后的偏移。甚至对于振荡运动的声音也一样。（严然，2015）
Hubbard和Rupple（1999）在实验中使用一个实心小正方形分别以朝向或远离一个实心大正方形做水平运动。结果发现，朝着大正方形的前移量要大于远离大正方形的，这种现象被称为地标吸引效应。
2.物体的属性
物体的运动属性：当物体的速度越快时，前移量就会越大，反之则减少（Freyd和Finke，1985）。当物体做加速运动时，前移量会变大，反之则减少（Finke，Freyd和Shyi，1986）。
物体的运动方式：各种运动方式均存在表征动量，包括水平运动、垂直运动、斜线运动、旋转运动、螺旋运动（Faust，1990；Hubbard和Bharucha，1988；Hubbard，1990；Freyd和Finke，1984；Freyd和Jones, 1994；Hubbard，1996）。而不同的运动形式，对表征动量的作用不同。如水平方向的前移量大于倾斜方向的，倾斜方向的大于垂直的（Hubbard和Bharucha，1988）。在水平方向中，向右的前移量大于向左的（Halpern和Kelly，1993）
物体自身的属性：Kelly和Freyd（1987）在诱导运动范式的实验中发现，只有当物体的形状保持不变时，才会出现表征动量。如果物体的形状发生了变化（如诱导刺激先后出现矩形、沙漏形或三角形），那么表征动量消失。Hubbard（1997）发现，在垂直运动方向，当客体的体积越大时，客体垂直向下的前移量越大。而在水平方向没有发现物体体积对水平前移量的影响。研究者认为表征动量整合的是重量而不是目标大小。生活中的一般经验表明体积越大的物体重量越大，表征系统主观的或经验的同化了物理原则（即主观的"认为"体积大的物体重力就大），但这并不一定客观（重量不但受体积的影响，还受其密度影响，如很大的氢气球）（董蕊，2014）。
不同的感觉通道：有其他的一些研究证明了听觉和触觉也存在这种动量表征。Getzmann，Lewald和Guski（2004）在黑暗环境中设置了一个水平运动的声音刺激（被试无法在环境中通过视觉观察到刺激），声音刺激在运动一段距离后消失，被试需要通过听觉指出声源消失的位置。实验结果表明，相比刺激真实消失的位置，被试所指出的位置发生了前移，证明了表征动量在听觉空间中同样有效。Johnston和Jones（2006）发现了音调具有表征动量的效应，如在一段升高的音调中，被试所判断的最后时刻的音调频率发生了升高。另外，不论音调的变化是线性模式或者周期模式，这种表征动量均存在。
Hubbard和Courtney（2010）证明了听觉和视觉能交互的影响表征动量，他们设置了两个实验。在第一个实验中，声音的音调或上升或下降，黑色方块或向上运动或向下运动。声音的音调和黑色方块的运动同时向上或向下的情况称为一致条件，而音调和运动一个向上另一个向下的情况称为不一致条件。实验会对音调和运动的前移情况进行测试。实验结果发现，黑色方块的前移不受听觉运动与视觉运动是否一致的影响。但对于音调的前移，在一致条件下，运动的前移量影响着音调的前移量，该两分量相加，使音调的前移量变得更大；相反，在不一条件下，两分量部分抵消，使音调的前移量变小。研究者认为这是由于视觉对于听觉具有优势地位，因此音调的前移不能影响运动的前移，反过来则可以。第二个实验与第一个实验类似，仅将黑色方块的运动改为水平运动。由于表征重力的存在，因此黑色方块还存在一个向下的前移量。而实验结果表明，当声调降低时，即声音的音调与重力方向一致，造成黑色方块向下的前移量增加。反之，当音调升高时，则造成黑色方块向下的前移量减少。
3.其他因素
保持时间间隔（RI）：RI是诱导运动的记忆项从消失到测试项出现之间的时间。Freyd和Johnson（1987）在研究中发现，当IR小于300ms时，前移量随着IR的增加而增加。而当IR大于300ms时，前移量随着IR的增加而减少直至消失。研究者认为，存在两个过程影响着客体最后位置的记忆，一个是动量表征影响着前移量；另外一个是记忆平均效应，即对前三个诱导刺激的位置起一个平均的作用，因此会出现一个后移，该效应会在运动结束后的一段时间才会起作用。
刺激时间间隔（ISI）：ISI是指诱导运动中的刺激呈现时间。Freyd和Finke（1984）在研究中测试了不同ISI所对应的前移量，当ISI从250ms 延长到 500ms和750ms时，表征动量效应变得越来越小。要注意的是，ISI变长可以被看作是客体的运动速变慢。
错误反馈：Ruppel，Fleming和Hubbard（2009）在实验中给予了被试反馈，当被试给出的位置与真实位置存在差异时，研究者分别对被试给予两种反馈，一种是仅给出正确和错误的反馈，即只告诉被试对还是错；另外一种是更为具体的反馈，即给出错误的方向，是前移了还是后退了。实验表明，在给出具体反馈后，被试给出的前移量减少, 但效果不显著。而仅给出正确错误反馈则对被试后续成绩没有影响。这说明被试可通过具体反馈减少表征动量效应，但无法消除。
控制：在Jordan和Knoblich（2004）的实验中，可使被试通过按键操控物体的移动速度，结果发现被试对物体速度的控制程度越高，前移量则越少。另外，如果被试可以控制目标消失的位置，表征动量现象消失。
四．产生机制（翟坤和张志杰，2010；董蕊，2014）
1.内化理论
内化理论认为，人类已经内化了运动物体的物理动量属性，使运动物体的心理表征具有与运动物体类似的物理动量。根据动量定理，运动的物体不能在瞬间停下，因此运动物体的心理表征也不能，从而可以观察到前移现象的发生（Freyd和Finke，1984）。Freyd（1993）认为表征动量反映了内部心理表征和外部世界表征的时空一致性。
2.朴素物理理论
物理原理的主观方面是指由知觉经验影响而形成的朴素物理知识或信念。Freyd和Jones（1994）发现表征动量所表征的不是真实的物体运动，而是人们内隐的朴素物理知识。一个运动的物体，在撤销其驱动力后，人们的直觉会判定该物体的运动速度会逐渐降低直到停止。这反映了运动刺激与其接触表面所产生的主观摩擦效应（该摩擦并不一定真实存在，比如在屏幕中的运动客体）。事实上屏幕出现的刺激并不存在摩擦力，因为实验也没提示表面与物体之间存在摩擦力，这种摩擦力只出现在被试的主观想象中。因此，按照物理理论的情况应该是，在没有摩擦力的情况下，物体将做匀速直线运动，而不是运动一段距离后停下。
Kozhevnikov和Hegarty（2001）发现，不论是物理专家和新手，所有被试都判断在上升运动中，小的球相比起大的球有更大的前移量，且物理专家和新手所判断的结果没有显著差异。这显然与物理定律不符，因为在同样的速度下所有质量的物体上移的距离应该相同。因此，显然他们都是利用内隐的朴素物理知识解决问题。比起新手，物理专家有着更加丰富的物理知识。但对于内隐加工和朴素物理知识，专家和新手没有区别。
多数情况下，朴素物理知识能够准确的预测物体将来的运动，这是通过大量的日常经验所推断出来的（尽管经验不总是全对），因此不管是物理专家还是新手都倾向于采用简单的、不正确的朴素物理知识来推测刺激的位移，而不是采用复杂的、准确的客观物理理论（Hubbard，2010）。
3.双加工理论
Hubbard（2005；1995；2008）提出的双加工理论。该理论认为表征动量包括自动化加工和非自动化加工两个加工过程。如果目标客体在无背景的情况下移动，朴素物理原理和客体的物理属性等影响着表征动量，决定着前移量及其方向。这是一种至下而上的自动化加工。如果目标客体在有背景的情况下移动，物理原理、认知因素或背景和概念知识共同影响前移量及其方向，这时是一种至上而下的非自动化加工。总结的说，在不提供其他信息的情况下，根据朴素物理原理产生前移；而呈现更多的认知成分如知识、信念或期望时，表征动量将随之得到修正。
双加工过程理论得到许多实证性研究的支持。Courtney和Hubbard（2008）把被试随机分为控制组（被试不会得到任何提示）、表征动量知识组（被试被告知实验与记忆有关，并被告知存在"表征动量"的存在）和表征动量校正组（被试被告知实验与记忆有关，被告知存在"表征动量"的存在，并提示被试在回答目标位置时需补偿"表征动量"的前移），考察表征动量的概念知识对动量的影响。结果发现，三组被试都有显著的向前偏移，其中控制组向前偏移程度最大，而知识组与校正组之间的向前偏移没有差异。说明概念知识影响表征动量，但不能消除表征动量现象。知识组和校正组被试的概念知识影响表征动量的加工过程，是自上而下的非自动化加工过程；而控制组被试无表征动量的概念知识，是自下而上的自动化加工过程。
4.计算理论
Hubbard（2005）提出了前移的计算理论。该理论认为前移是一种适应性行为，有助于人们对物理世界的物体空间定位从而快速的作出运动反应。任何提高空间定位的准确性将有利于接触或回避某个特定刺激，从而有助于应对生存环境的适应。如草食性动物适应并准确的预期了肉食性动物将来的位置或者说其抓捕行为，才能更好的逃避天敌，达到自我保护的生存目的。
考虑一个观察者试图拦截一个移动物体的例子。当一个移动物体第一次被感知到时，它处于空间中的P1位置。对P1位置的运动物体感知将启动一系列的感知、认知和运动过程。这些过程只需花费很少的时间。在此期间，运动物体不会停留在P1位置，等待观察者处理完成；而是继续移动，当观察者的处理完成时，运动物体处于P2的位置（到达位置），观察者需要立即对到达的物体作出运动反应。如果对刺激的动作反应是最有效的（例如，成功的拦截了移动物体），那么在P1处感知到物体时，观察者坐车的动作反应应该是用以应对P2点的。P1点和P2点之间存在差距，而表征动量的前移应该是用以弥补两者之间的差距的。换句话说，在P1和P2之间架起一座桥梁，这个桥梁也就是感知和动作之间的桥梁，而这个桥梁需要动量表征的前移来搭建。再换句话说，前移可以利用P1信息来预测P2，从而作出对应的行为。
五．表征动量的扩展
后来研究发现，表征动量不仅仅只简单反映了对物理动量模式的内在表征，还存在于心理空间。于是Hubbard（2015）在基于先前对表征动量的基础上又提出其他4种类似的效应，包括操作动量、注意动量、行为动量和心理动量。
1.操作动量
与沿物体运动方向产生的记忆前移偏差的表征动量类似，操作动量反映了人们在进行算法操作时对数字空间产生一种心理偏移，如对连续加法运算结果的高估或对连续减法运算结果的低估。Dunn等（Dunn，Bernstein，de Hevia和Cassia等人，2019）向被试相继连续呈现三张数量成22、23和 24（点的数量为4个、8个和16个）依次加倍的点阵图作为启动刺激。随后启动刺激消失，屏幕左右两侧同时呈现两个探测点阵图，两张探测图片的其中一张是以"n=5"得到的点阵图（点的数量为32 个），另一侧张则是在"n=5"点阵图的基础上增加20（52个点）或减少 12（20个点）个点的点阵图。随后要求被试选择出为以正确加倍算法得到的点阵图。结果发现被试在任务中更偏向于选择多于正确点数的探测图片（52个点），即对连续倍数算法结果的高估（操作动量效应）。
2.注意动量
注意力的动量概念表明，在空间上改变注意力的方向必须首先克服当前方向的运动惯性（例如，从当前注意力方向检测目标所需的时间比从其他方向检测相同距离的目标所需的时间更少）。在典型的注意力动量实验中（Pratt，Spalek和Bradshaw，1999）， 被试需注视中央十字符号，其周围有几个相等距离的白色方块，如图3。其中一个位置呈现提示（变为黑色方块），然后很快在提示位置或另一个未提示位置上呈现目标（同样变为黑色方块）。如果目标出现在提示位置的相反方向上，那么检测该目标所需的时间比出现在其他未提示位置（提示位置的正交方向）所需的时间更短，这被称为注意力动量。更广泛地说，当相对于提示位置的注意力方向变化越大时，检测目标所需的反应时间就越长。这是因为克服与注意力最初运动方向相关的动力学惯性需要时间和努力，然后将注意力的运动方向转移到新的方向上。
图3
3.行为动量
行为动量比如行为习惯等，当不被刻意改变时，行为习惯会持续下去。
4.心理动量
心理动量表现为心理对行动结果的预期判断，如参与一场游戏对其结果的预期。如 Habbert等（Habbert，Schroeder和Markman，2020）使用大样本进行了一个线上的风险投机游戏。在每次游戏开始前，研究者都会要求参与者主观报告对当前游戏回合的投资动力和赢得奖赏的信心。结果发现，在多次连续赢得奖赏后参与者对游戏的投资的正向动力更强并对继续赢得奖赏的信心更高，赢得奖赏的信心与其投资动力呈正相关趋势；即使在没有赢得奖赏情况下具有正向投资动力的参与者更愿意冒险对下个回合进行投资且仍然抱有很强能够赢得奖励的信心。以上结果为心理动量的存在提供了证据。