大小判斷任務(wù)中正負(fù)號及其異同對SNARC效應(yīng)的影響*

韓 萌 毛新瑞 蔡夢彤 賈 茜 郭春彥

(首都師范大學(xué)心理系,北京市“學(xué)習(xí)與認(rèn)知”重點實驗室,北京 100048)

1 引言

空間想象對數(shù)學(xué)創(chuàng)造具有重要意義。早在1880年,Galton首次明確提出數(shù)字具有空間特性。隨后,Dehaene 等人(Dehaene,Dupoux,&Mehler,1990)首次發(fā)現(xiàn)了SNARC (Spatial-Numerical Association of Response Codes)效應(yīng)。SNARC效應(yīng)即被試對數(shù)字做按鍵反應(yīng)時,對于較小的數(shù)字,按左鍵的速度快于按右鍵;對于較大的數(shù)字,按右鍵的速度快于按左鍵(Dehaene,Bossini,&Giraux,1993)。研究者大多用“心理數(shù)字線(Mental number line)”來解釋該效應(yīng)(Gibson &Maurer,2016;Hartmann,Grabherr,&Mast,2012;Shaki &Fischer,2014),即人們將數(shù)字表征在一條自左到右的“心理數(shù)字線”上,數(shù)字在心理數(shù)字線上的表征位置對應(yīng)反應(yīng)鍵的空間位置,當(dāng)兩者位置一致時被試反應(yīng)加快。根據(jù)數(shù)字在心理數(shù)字線上的空間位置與反應(yīng)鍵的空間位置的對應(yīng)關(guān)系,可以區(qū)分一致反應(yīng)方式與不一致反應(yīng)方式：一致反應(yīng)方式即反應(yīng)鍵的空間位置與數(shù)字在心理數(shù)字線上的表征位置一致,左鍵對應(yīng)小數(shù)、右鍵對應(yīng)大數(shù);不一致反應(yīng)方式即反應(yīng)鍵的空間位置與數(shù)字在心理數(shù)字線上的表征位置相反,左鍵對應(yīng)大數(shù)、右鍵對應(yīng)小數(shù)。SNARC效應(yīng)則表現(xiàn)為一致反應(yīng)方式快于不一致反應(yīng)方式。自SNARC效應(yīng)提出以來,大量研究運用多種刺激材料(Jonas,Taylor,Hutton,Weiss,&Ward,2011;Shaki,Petrusic,&Leth-Steensen,2012;van Dijck &Fias,2011)、實驗任務(wù)(Hartmann&Mast,2017;Hoffmann,Hornung,Martin,&Schiltz,2013;Mills,Rousseau,&Gonzalez,2014)及反應(yīng)方式(Fernández,Rahona,Hervás,Vázquez,&Ulrich,2011;Riello &Rusconi,2011;Rusconi,Bueti,Walsh,&Butterworth,2011)驗證并擴(kuò)展了SNARC效應(yīng)。

多項研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)數(shù)字材料異號時,大小判斷任務(wù)中存在明顯的符號捷徑機(jī)制(Sign shortcut mechanism) (Krajcsi &Igács,2010)。符號捷徑機(jī)制表現(xiàn)為被試能夠以數(shù)字符號作為判斷依據(jù),僅憑借正負(fù)號差異就可以迅速做出大小判斷,將負(fù)數(shù)判斷為“小”而將正數(shù)判斷為“大”。先前行為研究僅能夠表明符號捷徑機(jī)制可以加速被試的判斷,但是這一機(jī)制以何種形式影響SNARC效應(yīng)并不清楚。深入探究符號捷徑機(jī)制,明確這一機(jī)制對 SNARC效應(yīng)發(fā)生時間和大腦皮層定位的影響,對探究正負(fù)號及其異同對SNARC效應(yīng)的影響具有重要意義。當(dāng)數(shù)字材料同號時,研究者在正數(shù)條件下得到了標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的SNARC效應(yīng)(Hoffmann et al.,2013;Rusconi et al.,2011),但是對負(fù)數(shù)條件下的SNARC效應(yīng)存在爭論,主要結(jié)果可以分為三類,分別是：正常的SNARC效應(yīng)(Shaki &Petrusic,2005,混合條件)、反轉(zhuǎn)的SNARC效應(yīng)(孔風(fēng),趙晶晶,游旭群,張宇,2012;Nuerk,Iversen,&Willmes,2004)以及無SNARC效應(yīng)(Dodd,2011;Fischer &Rottmann,2005,Exp.2)。針對這些結(jié)果,主要存在兩種對立的解釋：個體發(fā)展論假說(Ontogenetic Hypothesis)和系統(tǒng)進(jìn)化論假說(Phylogenetic Hypothesis)。個體發(fā)展論假說與系統(tǒng)進(jìn)化論假說都認(rèn)為負(fù)數(shù)是后天習(xí)得的,但是兩者卻從不同角度預(yù)測了負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上的表征。個體發(fā)展論假說從SNARC效應(yīng)與負(fù)數(shù)的起源相似性出發(fā),認(rèn)為既然負(fù)數(shù)與 SNARC效應(yīng)都是后天形成的(G?bel,Shaki,&Fischer,2011;Shaki et al.,2012;Yang et al.,2014),那么負(fù)數(shù)就能夠在心理數(shù)字線上獨立表征而不需要正數(shù)作為中介。負(fù)數(shù)包括數(shù)量與負(fù)號,負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上的表征同樣依賴數(shù)量與負(fù)號。正數(shù)表征在心理數(shù)字線右側(cè),負(fù)數(shù)表征在左側(cè);實際值較小的負(fù)數(shù)(如–9、–8)表征在實際值較大的負(fù)數(shù)(如–2、–1)的左側(cè)。個體發(fā)展論假說預(yù)測,被試對實際值較小的負(fù)數(shù)做左鍵反應(yīng)更快,對實際值較大的負(fù)數(shù)做右鍵反應(yīng)更快,因此表現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的 SNARC效應(yīng)(Shaki &Petrusic,2005,混合條件)。系統(tǒng)進(jìn)化論假說從正數(shù)與負(fù)數(shù)的不同起源出發(fā),認(rèn)為既然負(fù)數(shù)是后天習(xí)得,而正數(shù)的認(rèn)知來自遺傳和進(jìn)化(Feigenson,Dehaene,&Spelke,2004;Fischer,2003),那么負(fù)數(shù)就無法獨立表征而必須依賴先天習(xí)得的正數(shù)。雖然負(fù)數(shù)包括數(shù)量與負(fù)號,但是負(fù)號并不會對負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上的表征產(chǎn)生影響,負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上僅表征數(shù)量。系統(tǒng)進(jìn)化論假說認(rèn)為,負(fù)數(shù)依據(jù)絕對值進(jìn)行表征,絕對值較小的負(fù)數(shù)(如–1、–2)表征在絕對值較大的負(fù)數(shù)(如–8、–9)的左側(cè)。系統(tǒng)進(jìn)化論假說預(yù)測,被試對絕對值較小的負(fù)數(shù)按左鍵更快,而對絕對值較大的負(fù)數(shù)按右鍵更快,因此表現(xiàn)出反轉(zhuǎn)的SNARC效應(yīng)(高在峰等,2009;孔風(fēng)等,2012)。

先前研究多存在方法上的不足,這主要表現(xiàn)為：當(dāng)采用奇偶判斷任務(wù)時,被試會忽略數(shù)字正負(fù)而直接判斷奇偶性(Nuerk et al.,2004);當(dāng)0作為基線數(shù)字時,被試僅通過目標(biāo)數(shù)字正負(fù)就可以做出大小判斷(Fischer &Rottmann,2005);當(dāng)在屏幕左右兩側(cè)同時呈現(xiàn)數(shù)字對時,數(shù)字出現(xiàn)的空間位置以及語義一致性效應(yīng)會對 SNARC效應(yīng)造成干擾(Fischer,2003;Shaki &Petrusic,2005)。語義一致性效應(yīng)即在數(shù)字比較任務(wù)中,當(dāng)比較對象為較大數(shù)字對時(如+8、+9),則被試選擇大數(shù)字比選擇小數(shù)字更快;當(dāng)比較對象為較小數(shù)字對時(如+1、+2),則被試選擇小數(shù)字比選擇大數(shù)字更快。語義一致性效應(yīng)對SNARC效應(yīng)的影響主要體現(xiàn)在當(dāng)同號數(shù)字對以與心理數(shù)字線空間一致的方式呈現(xiàn)時(如+4、+9或–9、–4),如果要求選擇較小的數(shù)字,則左手反應(yīng)是語義一致的,因此左手對小數(shù)反應(yīng)更快;如果要求選擇較大的數(shù)字,則右手反應(yīng)是語義一致的,因此右手對大數(shù)反應(yīng)更快,從而表現(xiàn)出 SNARC效應(yīng)。當(dāng)同號數(shù)字對以與心理數(shù)字線空間不一致的方式呈現(xiàn)時(+9、+4或–4、–9),如果要求選擇較小的數(shù)字,則右手反應(yīng)是語義一致的,因此右手對小數(shù)反應(yīng)更快;如果要求選擇較大的數(shù)字,則左手反應(yīng)是語義一致的,因此左手對大數(shù)反應(yīng)更快,從而出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的SNARC效應(yīng)。該范式混淆了反應(yīng)手與語義,其結(jié)果實際反映了語義一致性效應(yīng)而非SNARC效應(yīng)。

對于SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間,行為研究主要有兩種觀點,分別認(rèn)為發(fā)生在刺激呈現(xiàn)階段(Tlauka,2002)以及反應(yīng)相關(guān)的晚期階段(Daar &Pratt,2008)。電生理技術(shù)又進(jìn)一步將SNARC效應(yīng)鎖定在反應(yīng)選擇階段(Gevers,Ratinckx,De Baene,&Fias,2006;Keus,Jenks,&Schwarz,2005)。Keus等(2005)以1～9 (排除5)的數(shù)字為刺激材料,要求被試執(zhí)行奇偶判斷任務(wù)。對較小數(shù)字(1、2、3、4)按左鍵、較大數(shù)字(6、7、8、9)按右鍵為一致反應(yīng)方式,對較小數(shù)字按右鍵、較大數(shù)字按左鍵則為不一致反應(yīng)方式。研究采用LRP成分來區(qū)分SNARC效應(yīng)發(fā)生于反應(yīng)選擇階段或是反應(yīng)準(zhǔn)備與執(zhí)行階段。在一致反應(yīng)與不一致反應(yīng)條件下,如果 LRPs的開始時間存在差異,則 SNARC效應(yīng)發(fā)生于反應(yīng)準(zhǔn)備與執(zhí)行階段;如果 LRPs的開始時間并無差異,則SNARC效應(yīng)發(fā)生于反應(yīng)選擇階段。鎖定于反應(yīng)的分析表明,Cz和Pz這兩個電極上出現(xiàn)了數(shù)字大小與反應(yīng)按鍵的交互,即出現(xiàn)了 SNARC效應(yīng),該效應(yīng)出現(xiàn)于反應(yīng)執(zhí)行前380ms,持續(xù)140ms以上;鎖定于刺激的分析表明,Pz電極在520～635ms出現(xiàn)了SNARC效應(yīng)。因為平均反應(yīng)時為515ms,所以這一結(jié)果說明 SNARC效應(yīng)發(fā)生于反應(yīng)相關(guān)的階段。對 LRPs的分析發(fā)現(xiàn),一致反應(yīng)方式與不一致反應(yīng)方式的鎖定于反應(yīng)的 LRPs并無顯著差異,這說明SNARC效應(yīng)并未出現(xiàn)于反應(yīng)準(zhǔn)備階段,因此必然涉及先前反應(yīng)選擇階段的加工。Gevers等(2006)利用P300和LRP得到了和Keus相似的結(jié)果,證明SNARC效應(yīng)發(fā)生于反應(yīng)選擇階段。雖然這兩個研究能夠借助 ERP技術(shù)的高時間分辨率說明SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間,但這兩個實驗均運用奇偶判斷任務(wù),采用正數(shù)作為刺激材料。因此,對于采用大小判斷任務(wù)或者負(fù)數(shù)作為實驗材料時的SNARC效應(yīng)是否仍發(fā)生于反應(yīng)選擇階段還需進(jìn)一步探討。

腦成像研究表明數(shù)字的空間表征會普遍激活額葉與頂葉皮層(Cattaneo,Silvanto,Pascual-Leone,&Battelli,2009;Cutini,Scarpa,Scatturin,Dell'Acqua,&Zorzi,2014;Dormal,Dormal,Joassin,&Pesenti,2012;Rusconi et al.,2011);神經(jīng)心理學(xué)研究證明下頂葉的損傷會破壞數(shù)量表征(Dehaene &Cohen,1997),左側(cè)頂葉損傷的右視野忽視病人在數(shù)字對分任務(wù)以及數(shù)字序列任務(wù)中出現(xiàn)單側(cè)損害(Pia,Corazzini,Folegatti,Gindri,&Cauda,2009);細(xì)胞水平上的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)靈長類動物的后頂葉皮層存在離散量與連續(xù)量的神經(jīng)元集群編碼(Tudusciuc &Nieder,2007),這些研究揭示了額葉、頂葉皮層與數(shù)字空間表征的密切聯(lián)系。雖然大量研究表明額葉與頂葉皮層是數(shù)字空間關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵位置,但是數(shù)字空間關(guān)聯(lián)的表現(xiàn)形式多樣,各種形式都有自己的特點,因此,需要繼續(xù)探究不同形式間激活位置的差異。作為數(shù)字空間關(guān)聯(lián)的重要形式,SNARC效應(yīng)的激活位置是否有其獨特之處尤其值得關(guān)注。與此同時,Cohen和Dehaene (1996)發(fā)現(xiàn)左右半球的數(shù)字加工能力有明顯區(qū)別,對于割裂腦患者來說,盡管左右半球都可以閱讀并比較數(shù)字大小,但是只有左半球具有命名數(shù)字以及數(shù)字計算的能力。這樣看來,左半球在數(shù)字加工中發(fā)揮更大作用,但最近研究卻發(fā)現(xiàn)數(shù)字空間關(guān)系中存在明顯的右半球優(yōu)勢(Dormal et al.,2012;Gut,Szumska,Wasilewska,&Ja?kowski,2012)。更重要的是,雖然先前研究發(fā)現(xiàn)數(shù)字空間關(guān)系中存在左右半球分離,但是SNARC效應(yīng)是否存在這一分離以及正負(fù)號差異對左右半球分離現(xiàn)象的影響還不清楚。因此,左右半球在數(shù)字空間關(guān)系中的作用仍有待進(jìn)一步探究。

大量以個位數(shù)字為刺激材料的研究表明,數(shù)字正負(fù)號及其異同是影響SNARC效應(yīng)的重要因素。為避免先前研究中存在的方法缺陷,本研究擬采用大小判斷任務(wù)(Magnitude judgment task) (Gibson &Maurer,2016;Hoffmann et al.,2013),每次只在屏幕中央隨機(jī)呈現(xiàn)一個目標(biāo)數(shù)字(–9～+9,除去–5、0、+5),要求被試將目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字(–5或+5)進(jìn)行快速比較并做大小判斷。該任務(wù)克服了先前研究只單獨進(jìn)行同號數(shù)字比較的情況,目標(biāo)數(shù)字隨機(jī)出現(xiàn)使得被試無法忽視正負(fù)號或僅通過正負(fù)號做出判斷,因此能夠突出正負(fù)號及其異同對數(shù)字空間關(guān)系的影響;同時,大小判斷任務(wù)也不存在位置偏向以及語義一致性效應(yīng)的干擾,保證了研究的客觀準(zhǔn)確性。雖然先前研究對SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間及數(shù)字空間關(guān)聯(lián)的大腦皮層位置進(jìn)行了探討,但是仍然存在實驗方法單一,以正數(shù)刺激為主、較少涉及負(fù)數(shù)刺激等問題,對 SNARC效應(yīng)的位置特異性以及左右半球分離現(xiàn)象也知之甚少。為此,本研究采用ERP技術(shù),利用P3、LPP這兩個指標(biāo),重點探究了SNARC效應(yīng)的生理機(jī)制。P3成分對應(yīng)于早期選擇階段,反映對刺激的檢測以及評價分類過程(Conroy &Polich,2007;Polich,2003;Verleger,Ja?kowski,&Wascher,2005);LPP對應(yīng)反應(yīng)執(zhí)行階段,指示反應(yīng)的準(zhǔn)備與執(zhí)行(Sabatinelli,Lang,Keil,&Bradley,2007)。本研究既在方法上加以改進(jìn),又能夠探究負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上的表征方式,解決系統(tǒng)進(jìn)化論假說與個體發(fā)展論假說之間的爭論;細(xì)化SNARC效應(yīng)的皮層位置,探究SNARC效應(yīng)中是否存在左右半球分離以及正負(fù)號及其異同對左右半球分離現(xiàn)象的影響。因此,本研究具有重要的意義和價值。

綜上所述,本研究將對符號捷徑機(jī)制、負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上的表征方式、SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間以及皮層定位與優(yōu)勢半球進(jìn)行深入探討,這有助于進(jìn)一步了解SNARC效應(yīng)的神經(jīng)機(jī)制。鑒于上述討論,我們做出如下預(yù)期：(1)當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號且均為負(fù)數(shù)時,一致反應(yīng)方式快于不一致反應(yīng)方式,負(fù)數(shù)按照其實際大小進(jìn)行表征,結(jié)果支持個體發(fā)展論假說。(2)當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號時,SNARC效應(yīng)發(fā)生于反應(yīng)選擇階段;當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號時,符號捷徑機(jī)制會影響SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間,SNARC效應(yīng)不僅會出現(xiàn)于反應(yīng)選擇階段,而且可能出現(xiàn)于刺激呈現(xiàn)階段與反應(yīng)執(zhí)行階段。(3)SNARC效應(yīng)的出現(xiàn)會激活額葉與頂葉位置,并且左右半球在數(shù)字–空間關(guān)系中發(fā)揮不同作用,均表現(xiàn)出激活優(yōu)勢。

2 方法

2.1 被試

來自首都師范大學(xué)的 16名被試參加了腦電實驗(11名女生,5名男生,年齡19～27歲,平均年齡為21.88±2.47歲),為確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性,我們又招募了13名被試單獨進(jìn)行行為實驗(13名女生,年齡19～30歲,平均年齡為22.46±3.18歲)。所有被試均為右利手,視力或校正視力正常,無精神病史,身體健康。實驗結(jié)束后給予被試一定數(shù)量的報酬。本實驗已經(jīng)經(jīng)過倫理委員會批準(zhǔn)。

楚墨想送念蓉上班，卻被念蓉拒絕?！扒疤焱砩衔覜]有睡好，昨天晚上你沒有睡好，你應(yīng)該多睡一會兒?！闭f完念蓉就后悔了。為自己在這件事情上的糾纏不休。

2.2 實驗材料

實驗材料由目標(biāo)數(shù)字和基線數(shù)字兩部分組成,目標(biāo)數(shù)字為–9到+9的整數(shù)(排除–5、0、+5),基線數(shù)字為–5或+5。數(shù)字為宋體,字高為1.5°,所有數(shù)字均包含絕對值和正負(fù)號兩部分(例如,+4、–4)以平衡正數(shù)和負(fù)數(shù)的視覺復(fù)雜性。所有數(shù)字刺激均為黑色,背景為灰色。

2.3 實驗設(shè)計

本實驗為 2 (基線數(shù)字：+5、–5)×2 (正負(fù)號異同性：目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號、目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號)×2 (反應(yīng)方式：一致反應(yīng)方式、不一致反應(yīng)方式)的被試內(nèi)設(shè)計,以考察數(shù)字正負(fù)號及其異同對SNARC效應(yīng)的影響?；€數(shù)字包括+5與–5兩水平,正負(fù)號異同性包括目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號以及目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號兩水平,反應(yīng)方式包括一致反應(yīng)方式與不一致反應(yīng)方式兩水平。實驗包括 4組練習(xí)和 8組正式實驗,每組練習(xí)包含 16個試次,每組正式實驗包含96個試次。

正式實驗階段對每類試次的數(shù)量進(jìn)行了平衡,試次的出現(xiàn)順序隨機(jī)：當(dāng)基線數(shù)字為+5時,比+5大的4個數(shù)字(+6、+7、+8、+9)分別呈現(xiàn)12次,比+5 小的 12 個數(shù)字(+1、+2、+3、+4、–1、–2、–3、–4、–6、–7、–8、–9)分別呈現(xiàn) 4 次;而當(dāng)基線數(shù)字為–5時,比–5大的 12個數(shù)字(–4、–3、–2、–1、+1、+2、+3、+4、+6、+7、+8、+9)分別呈現(xiàn) 4次,比–5小的 4 個數(shù)字(–6、–7、–8、–9)分別呈現(xiàn) 12 次,以此確保每組實驗中按左鍵與按右鍵的數(shù)量相等,從而消除反應(yīng)偏向。

2.4 實驗程序

使用 15 英寸的純平顯示器呈現(xiàn)實驗材料,所有實驗材料均呈現(xiàn)于屏幕正中央。被試與屏幕的距離為70cm (視角為9°×8°)進(jìn)行實驗任務(wù),在這個過程中記錄被試的反應(yīng)時、正確率并進(jìn)行 EEG 數(shù)據(jù)采集。實驗采用修正的大小判斷任務(wù),首先通過指導(dǎo)語告知被試本組實驗的基線數(shù)字以及按鍵反應(yīng)方式;ISI為800～1000ms,在此期間于屏幕中央呈現(xiàn)注視點“+”;接著,注視點消失,顯示屏中央呈現(xiàn)目標(biāo)數(shù)字,持續(xù)時間為800ms;800ms后,再次呈現(xiàn)注視點,開始新的試次(見圖1)。被試的任務(wù)是將目標(biāo)數(shù)字與先前給定的基線數(shù)字進(jìn)行快速大小比較并按一致反應(yīng)方式或不一致反應(yīng)方式做出兩鍵判斷(左鍵為F鍵、右鍵為J鍵)。指導(dǎo)語同時強(qiáng)調(diào)速度和準(zhǔn)確性。實驗耗時大約30 min,在實驗組間給予被試時間自由休息。

圖1 實驗流程圖

2.5 EEG記錄和數(shù)據(jù)處理

本實驗采用Neuroscan公司生產(chǎn)的ESI-64導(dǎo)腦電記錄系統(tǒng)記錄相應(yīng)EEG。電極帽采用國際10-20擴(kuò)展電極位置系統(tǒng)的Ag/AgCl電極帽。左側(cè)乳突處的電極作為參考電極,右側(cè)乳突處的電極作為記錄電極。離線數(shù)據(jù)分析時,采用雙側(cè)乳突的平均作為參考。垂直眼電(VEOG)的記錄采用左眼眶上下的2個電極,水平眼電(HEOG)的記錄采用兩側(cè)外眼角處的2個電極,接地電極位于FPz和Fz之間。腦電信號采樣頻率為 500 Hz,濾波為帶通 0.05～40 Hz。每個電極與頭皮間的電阻在記錄 EEG時均小于5 k?。實驗截取–100～1000ms的腦電數(shù)據(jù),把–100～0ms的作為基線,以回歸程序?qū)φＱ蹅污E進(jìn)行校正處理(Semlitsch,Anderer,Schuster,&Presslich,1986)。疊加前剔除波幅±75μV之外的試次,并只對正確試次進(jìn)行疊加。把去除偽跡后的試次按照基線數(shù)字(+5、–5)、正負(fù)號異同性(目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號、目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號)、按鍵反應(yīng)方式(一致、不一致)三因素8種處理分別進(jìn)行疊加,經(jīng)統(tǒng)計,8種實驗處理的平均試次數(shù)為87。根據(jù)前人研究(Dormal et al.,2012;Gevers et al.,2006;Keus et al.,2005;Rusconi et al.,2011)以及對ERP波形的視覺檢測,以170～250ms、250～350ms、350～550ms、550～800ms為時間窗口,分析位置分為4個部分：左額葉(F3、FC3)、右額葉(F4、FC4)、左頂葉(P3、PO5)、右頂葉(P4、PO6)。分析時取該區(qū)域電極的平均電伏值。方差分析采用 SPSS17.0軟件包進(jìn)行,必要時采用 Greenhouse-Geisser的方法進(jìn)行校正。

利用平方根標(biāo)準(zhǔn)化程序(矢量轉(zhuǎn)化法)(McCarthy &Wood,1985)進(jìn)行地形分布分析以檢測SNARC效應(yīng)的神經(jīng)發(fā)生源。同時,使用LORETA(Low Resolution Electromagnetic Tomography)方法進(jìn)行偶極子溯源分析(Curry7.0),先前研究結(jié)果表明LORETA方法能產(chǎn)生相對準(zhǔn)確的顱內(nèi)源定位(律原,梁九清,郭春彥,2015;Guo,Duan,Li,&Paller,2006;Guo,Lawson,&Jiang,2007;Pascual-Marqui,2002)。

3 結(jié)果

3.1 行為結(jié)果

表1 大小判斷任務(wù)的行為結(jié)果(反應(yīng)時、正確率)

3.2 ERP結(jié)果

3.2.1 170～250ms

圖2 SNARC效應(yīng)的波形圖

圖3 SNARC效應(yīng)的地形圖彩圖見電子版,下同

3.2.2 250～350ms

3.2.3 350～550ms

3.2.4 550～800ms

3.2.5 地形圖分析

3.2.6 偶極子溯源分析

為了進(jìn)一步探究正負(fù)號及其異同對SNARC效應(yīng)的影響是否存在腦機(jī)制差異,將4種比較條件下“一致/不一致反應(yīng)”的總平均ERPs差異波分別導(dǎo)入具有標(biāo)準(zhǔn)MRI頭像的Curry 7.0 系統(tǒng),用LORETA電流密度法和偶極子擬合法在三殼球形模型中重建各條件在不同時間窗口的大腦顱內(nèi)活動源。地形圖顯示350～550ms時間窗口的大腦激活最為顯著。同時,在550～800ms時間窗口,當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相異并且基線數(shù)字為–5時,頂區(qū)也有顯著激活。因此,我們選取刺激呈現(xiàn)后350～550ms以及550～800ms進(jìn)行偶極子溯源分析。溯源結(jié)果如圖4所示：當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相同時(見圖4A),若基線數(shù)字為+5,SNARC效應(yīng)主要定位于右側(cè)額中回(殘差為 5.41%),若基線數(shù)字為–5,SNARC效應(yīng)主要定位于左側(cè)額上回(殘差為6.86%);當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相異時(見圖4B、圖4C),若基線數(shù)字為+5,SNARC效應(yīng)主要定位于左側(cè)額上回(殘差為 4.18%),若基線數(shù)字為–5,SNARC效應(yīng)主要定位于右側(cè)額中回(殘差為3.62%)和頂下小葉(殘差為 5.55%)。這些結(jié)果表明,SNARC效應(yīng)主要激活了額葉與頂葉皮層。

4 討論

本研究采用修正的大小判斷范式,以正負(fù)號及其異同為切入點,采用鎖定于刺激的 ERP成分對SNARC效應(yīng)進(jìn)行了探索,結(jié)果表明正負(fù)號及其異同是影響 SNARC效應(yīng)及數(shù)字加工機(jī)制的重要因素。首先,對于負(fù)數(shù)的表征機(jī)制,先前研究存在個體發(fā)展論假說與系統(tǒng)進(jìn)化論假說的爭論,本研究證明負(fù)數(shù)按其實際大小進(jìn)行表征,對比基線數(shù)字小的數(shù)字按左鍵更快,對比基線數(shù)字大的數(shù)字按右鍵更快,這支持了個體發(fā)展論假說。其次,對于SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間,先前研究中存在反應(yīng)選擇階段與刺激呈現(xiàn)階段的爭論,而本研究發(fā)現(xiàn) SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間會受到符號捷徑機(jī)制的調(diào)節(jié)。無論目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相同還是相異,SNARC效應(yīng)普遍發(fā)生于反應(yīng)選擇階段,但當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相異時,符號捷徑機(jī)制發(fā)揮作用：若基線數(shù)字為+5,SNARC效應(yīng)同時發(fā)生于刺激呈現(xiàn)階段;若基線數(shù)字為–5,SNARC效應(yīng)同時發(fā)生于反應(yīng)執(zhí)行階段。最后,本研究證實了SNARC效應(yīng)會激活額葉與頂葉皮層;大小判斷任務(wù)中的SNARC效應(yīng)出現(xiàn)左右半球分離,即負(fù)數(shù)的SNARC效應(yīng)激活左半球,正數(shù)的SNARC效應(yīng)激活右半球。

圖4 SNARC效應(yīng)的溯源分析結(jié)果

4.1 正數(shù)的SNARC效應(yīng)與心理數(shù)字線假設(shè)

目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號時的反應(yīng)時顯著短于目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號時的反應(yīng)時,目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號時的正確率顯著高于目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號時的正確率,這可能是符號捷徑機(jī)制在發(fā)揮作用。被試可以在目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號時直接通過正負(fù)號差異做出判斷,因而反應(yīng)時縮短、正確率提高(Krajcsi &Igács,2010)。其次,基線數(shù)字為+5時的反應(yīng)時顯著短于基線數(shù)字為–5時的反應(yīng)時,基線數(shù)字為+5時的正確率顯著高于基線數(shù)字為–5時的正確率,這可能是由于數(shù)字頻率的差異。相較于負(fù)數(shù)(包括–5),正數(shù)(包括+5)在日常生活中的出現(xiàn)和使用頻率更高,因此被試對正數(shù)具有更強(qiáng)的熟悉感。研究表明,數(shù)字的使用頻率越高,被試熟悉性越強(qiáng),對該數(shù)字的提取效率越高,反應(yīng)越快(Gut et al.,2012;Kadosh,Kadosh,Henik,&Linden,2008)。當(dāng)正數(shù)(+5)作為基線數(shù)字時,被試判斷標(biāo)準(zhǔn)明確清晰,反應(yīng)也更加迅速。最后,一致按鍵的反應(yīng)時顯著短于不一致按鍵,這說明被試對比基線數(shù)字小的數(shù)字按左鍵更快、對比基線數(shù)字大的數(shù)字按右鍵更快,表明出現(xiàn)了SNARC效應(yīng)。尤其是當(dāng)基線數(shù)字為+5、目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相同時,回歸分析結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了 SNARC效應(yīng)的存在,這與先前研究所得結(jié)果一致(Hoffmann et al.,2013;Rusconi et al.,2011)。腦電結(jié)果上,SNARC效應(yīng)表現(xiàn)為在 350～550ms的時間窗口,不一致反應(yīng)比一致反應(yīng)顯著更負(fù)且均誘發(fā)了P3成分。P3成分反映對刺激的檢測以及評價分類過程(Conroy &Polich,2007;Polich,2003;Verleger et al.,2005),P3的差異說明被試在一致反應(yīng)條件與不一致反應(yīng)條件下具有不同的刺激分類模式,一致反應(yīng)條件所需的選擇及檢測努力更少,而不一致反應(yīng)條件需要更多努力才能做出反應(yīng)分類。這是因為,一致條件不存在數(shù)字的空間表征位置與反應(yīng)方式的沖突,而不一致條件存在并需要抑制這一沖突。根據(jù)心理數(shù)字線假設(shè)(Gibson &Maurer,2016;Hartmann et al.,2012;Shaki &Fischer,2014),數(shù)字在心理數(shù)字線上的表征位置對應(yīng)反應(yīng)鍵的空間位置,當(dāng)兩者位置一致時被試反應(yīng)加快。大小判斷任務(wù)激活了正數(shù)在心理數(shù)字線上的空間表征,比基線數(shù)字小的數(shù)字表征在心理數(shù)字線左側(cè),而比基線數(shù)字大的數(shù)字表征在右側(cè)。

4.2 負(fù)數(shù)表征遵從個體發(fā)展論假說

先前研究對目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同為負(fù)數(shù)(目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號、基線數(shù)字為–5)時的SNARC效應(yīng)一直存在較多爭論。本研究的行為結(jié)果表明,一致反應(yīng)與不一致反應(yīng)在該條件下并無顯著差異。這是因為較之于正數(shù),負(fù)數(shù)的表征并不穩(wěn)定。正數(shù)被知覺為大數(shù),但負(fù)數(shù)并不被知覺為小數(shù)。負(fù)數(shù)由負(fù)號和絕對值組成,負(fù)號在自動加工中代表了小數(shù),但是絕對值部分卻代表了一個更大的數(shù)。因此,兩種成分的效應(yīng)會相互干擾,使得負(fù)數(shù)的SNARC效應(yīng)難以在行為結(jié)果中表現(xiàn)出來(Ganor-Stern &Tzelgov,2008;Krajcsi &Igács,2010)。ERP技術(shù)具有很高的時間分辨率,能夠監(jiān)測加工的各個階段,從而提供關(guān)于 SNARC效應(yīng)的深層次信息。本研究的腦電結(jié)果顯示,在350～550ms時間窗口,不一致反應(yīng)比一致反應(yīng)邊緣更負(fù)且均誘發(fā)了P3。如前所述,P3的差異說明被試在一致反應(yīng)條件與不一致反應(yīng)條件下具有不同的刺激分類模式,一致條件不存在數(shù)字的空間表征位置與反應(yīng)方式的沖突,而不一致條件存在并需要抑制這一沖突。一致反應(yīng)方式要求被試對小于基線數(shù)字的數(shù)字按左鍵、對大于基線數(shù)字的數(shù)字按右鍵。與這一反應(yīng)方式相對應(yīng),小于基線數(shù)字的數(shù)字表征在心理數(shù)字線左側(cè),大于基線數(shù)字的數(shù)字表征在右側(cè)。這說明負(fù)數(shù)按照實際值而非絕對值進(jìn)行表征,該結(jié)果符合個體發(fā)展論假說。個體發(fā)展論假說認(rèn)為,負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上有獨立的空間編碼,負(fù)數(shù)按其實際大小進(jìn)行表征并必須依賴負(fù)號。因此,被試對實際數(shù)值較小的負(fù)數(shù)按左鍵更快,對實際數(shù)值較大的負(fù)數(shù)按右鍵更快(Shaki &Petrusic,2005,混合條件)。值得注意的是,支持個體發(fā)展論假說的研究者大多采用比較同時呈現(xiàn)在屏幕兩側(cè)的一對數(shù)字大小的范式,該范式被質(zhì)疑存在語義一致性效應(yīng)的干擾以及基于數(shù)字呈現(xiàn)的空間位置與數(shù)字空間表征位置一致性這一錯誤的前提假設(shè)(高在峰等,2009)。本實驗采用修正的大小判斷任務(wù),目標(biāo)數(shù)字呈現(xiàn)于屏幕中央,從而避免受到數(shù)字呈現(xiàn)的空間位置的影響。同時,要求被試將目標(biāo)數(shù)字與給定的基線數(shù)字(+5或–5)進(jìn)行比較并判斷目標(biāo)數(shù)字的大小,并不會混淆語義與反應(yīng)手,從而消除語義一致性效應(yīng)的干擾。較之于先前研究采用奇偶判斷任務(wù),被試會忽略數(shù)字正負(fù)而直接判斷奇偶性,從而得到反轉(zhuǎn)的 SNARC效應(yīng)(Nuerk et al.,2004);以0作為基線數(shù)字,被試僅通過目標(biāo)數(shù)字正負(fù)就可以做出大小判斷,從而沒有得到SNARC效應(yīng)(Fischer &Rottmann,2005)。在本研究中,正負(fù)數(shù)隨機(jī)出現(xiàn),被試無法忽視數(shù)字正負(fù)號,從而確保正負(fù)號在大小比較中發(fā)揮作用;當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字同號時,被試也無法僅通過正負(fù)號做出大小判斷,從而確保被試對數(shù)字進(jìn)行整體比較。因此,本研究能夠準(zhǔn)確反映負(fù)數(shù)在心理數(shù)字線上的表征方式。本研究利用 P3這一指標(biāo),在腦電結(jié)果中得到了負(fù)數(shù)同號比較條件下的SNARC效應(yīng),這從神經(jīng)機(jī)制層面證明了負(fù)數(shù)按其實際大小進(jìn)行空間表征,為個體發(fā)展論假說提供了新的實證證據(jù)。

4.3 符號捷徑機(jī)制影響SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間

先前研究大多表明SNARC效應(yīng)發(fā)生于反應(yīng)選擇階段(Gevers et al.,2006;Keus et al.,2005)。本研究利用鎖定于刺激的ERPs,借助P3這一指標(biāo),在多種比較條件同時存在的大小判斷任務(wù)中,在反應(yīng)選擇階段得到了 SNARC效應(yīng),為先前研究提供了新的實證證據(jù)。更重要的是,本研究表明當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相異時,符號捷徑機(jī)制會影響SNARC效應(yīng)的發(fā)生時間。行為結(jié)果顯示,目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號時的反應(yīng)時顯著短于與基線數(shù)字同號時的反應(yīng)時。腦電結(jié)果表現(xiàn)為,在 250～350ms時間窗口,當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號、基線數(shù)字為+5時,一致比不一致條件誘發(fā)了波幅顯著更小的N300;在550～800ms時間窗口,當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號、基線數(shù)字為–5時,一致比不一致條件誘發(fā)了顯著更正的 LPP。N300與注意定向有關(guān)(Neuhaus et al.,2010)。在250～350ms,一致比不一致反應(yīng)條件誘發(fā)波幅顯著更小的N300成分,這說明早在刺激呈現(xiàn)之初,一致與不一致反應(yīng)條件就存在注意定向上的差異。先前研究表明 SNARC效應(yīng)能夠引起空間注意的轉(zhuǎn)移,對較小數(shù)字的加工會使注意偏向左側(cè),而對較大數(shù)字的加工會使注意偏向右側(cè)(Goffaux,Martin,Dormal,Goebel,&Schiltz,2012;Ranzini,Lisi,&Zorzi,2016;Schuller,Hoffmann,Goffaux,&Schiltz,2014)。一致與不一致反應(yīng)條件在N300上的差異反映了SNARC效應(yīng)對注意的影響。我們推測符號捷徑機(jī)制使這種注意上的差異得以顯現(xiàn),具體來說,由于負(fù)數(shù)的出現(xiàn)和使用頻率更低,因此較之于正數(shù)更易引起注意,所以當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字異號、基線數(shù)字為+5時,電生理水平上表現(xiàn)出了SNARC效應(yīng)對注意的影響。另一方面,LPP代表反應(yīng)準(zhǔn)備與執(zhí)行(Sabatinelli et al.,2007)。在 550～800ms時間窗口,一致比不一致反應(yīng)誘發(fā)更正的 LPP,這說明一致反應(yīng)與不一致反應(yīng)存在執(zhí)行按鍵上的差異。先前研究表明SNARC效應(yīng)的方向會受到閱讀及書寫習(xí)慣的影響(G?bel et al.,2011;Shaki et al.,2012;Yang et al.,2014),而參與本研究的被試皆具有自左至右的閱讀及書寫方向,因此對小于基線數(shù)字的數(shù)字按左鍵、對大于基線數(shù)字的數(shù)字按右鍵這種一致反應(yīng)方式更熟悉。我們推測符號捷徑機(jī)制使這種按鍵反應(yīng)上的差異得以顯現(xiàn),符號捷徑機(jī)制加速了異號比較時被試的判斷,對正數(shù)的熟悉性也使這種反應(yīng)上的熟練性顯現(xiàn)出來。所以,電生理水平上表現(xiàn)出了SNARC效應(yīng)對反應(yīng)按鍵的影響。據(jù)此,當(dāng)目標(biāo)數(shù)字與基線數(shù)字正負(fù)號相異時,符號捷徑機(jī)制主要有兩種表現(xiàn)形式：當(dāng)目標(biāo)數(shù)字為負(fù)數(shù)時,符號捷徑機(jī)制誘發(fā)注意定向,使 SNARC效應(yīng)出現(xiàn)在刺激呈現(xiàn)階段;而當(dāng)目標(biāo)數(shù)字為正數(shù)時,符號捷徑機(jī)制誘發(fā)執(zhí)行按鍵的熟練性,使 SNARC效應(yīng)一直持續(xù)至反應(yīng)執(zhí)行階段。

4.4 SNARC效應(yīng)的皮層定位

先前ERP研究大多集中于對SNARC效應(yīng)發(fā)生階段的探討,較少關(guān)注 SNARC效應(yīng)的皮層定位,僅有的少量腦電研究將數(shù)字與空間關(guān)系的關(guān)鍵位置指向頂葉及額葉皮層(Schuller et al.,2014)。腦成像結(jié)果表明右側(cè)額下回、右側(cè)額葉眼動區(qū)(Rusconi et al.,2011),角回(Cattaneo et al.,2009),右側(cè)額–頂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Dormal et al.,2012)以及雙側(cè)頂內(nèi)溝(Cutini et al.,2014)等區(qū)域在不同形式的數(shù)字與空間關(guān)聯(lián)中表現(xiàn)出顯著激活。當(dāng)前 ERP結(jié)果顯示額葉皮層在大小判斷任務(wù)中發(fā)揮重要作用,溯源分析也表明SNARC效應(yīng)主要起源于額葉及頂葉皮層。這一結(jié)果證實了先前研究,豐富了腦電研究對數(shù)字空間關(guān)聯(lián)的皮層定位的認(rèn)識。

值得注意的是,地形圖比較和溯源分析皆表明數(shù)字大小判斷任務(wù)中存在左右半球分離：當(dāng)目標(biāo)數(shù)字為負(fù)數(shù)時,在左額葉,一致比不一致反應(yīng)誘發(fā)更正的腦電成分;而當(dāng)目標(biāo)數(shù)字為正數(shù)時,在右額葉,一致比不一致反應(yīng)誘發(fā)了更正的腦電成分。尤其是在同號比較條件下,負(fù)數(shù)的SNARC效應(yīng)在左額葉誘發(fā)更正的腦電成分,正數(shù)的SNARC效應(yīng)在右額葉誘發(fā)更正的腦電成分。這樣看來,左額葉與負(fù)數(shù)加工關(guān)系密切,而右額葉與正數(shù)加工聯(lián)系更密切。先前研究對于數(shù)字加工的優(yōu)勢半球存在爭論,不論是左半球優(yōu)勢還是右半球優(yōu)勢都得到了大量實證研究的支持(Dehaene,1996;Dormal et al.,2012;Gut et al.,2012)。由于這些研究所采用的數(shù)字任務(wù)不同,所以這種半球優(yōu)勢的差異可能表明不同數(shù)字任務(wù)具有不同的優(yōu)勢半球。Gut等人(2012)利用奇偶判斷任務(wù)探究了當(dāng)解決 SNARC效應(yīng)誘發(fā)的沖突時,大數(shù)字與小數(shù)字的加工是否存在差異。結(jié)果表明,當(dāng)小數(shù)字作為目標(biāo)數(shù)字時,在左半球,一致比不一致反應(yīng)誘發(fā)了更正的 P3成分;當(dāng)大數(shù)字作為目標(biāo)數(shù)字時,在右半球,一致比不一致反應(yīng)誘發(fā)了更正的P3成分。Gut等人將這一結(jié)果解釋為,沖突加工具有半球特異性,參與數(shù)字任務(wù)的機(jī)制依賴于目標(biāo)數(shù)字大小,小數(shù)字更多涉及左半球,而大數(shù)字更多依賴右半球。在本研究中,目標(biāo)數(shù)字包含負(fù)數(shù)與正數(shù),即涉及一條完整的數(shù)軸,在此數(shù)軸上,負(fù)數(shù)小于正數(shù)。當(dāng)面對由 SNARC效應(yīng)誘發(fā)的沖突時,負(fù)數(shù)作為較小數(shù)字依賴左半球,而正數(shù)作為較大數(shù)字依賴右半球。這一結(jié)果說明負(fù)數(shù)與正數(shù)表征具有不同的優(yōu)勢半球,從側(cè)面說明負(fù)數(shù)與正數(shù)具有不同的空間表征方式,負(fù)數(shù)表征并不依賴正數(shù),從而支持了個體發(fā)展論假說。本研究消除了先前研究中忽略數(shù)字正負(fù)號、僅通過數(shù)字正負(fù)做出判斷、數(shù)字出現(xiàn)的空間位置以及語義一致性效應(yīng)影響SNARC效應(yīng)等弊端,因此能夠真正體現(xiàn)正負(fù)號及其異同對SNARC效應(yīng)的影響,從而探究不同數(shù)字符號下SNARC效應(yīng)的大腦皮層分布差異。本研究證明了正數(shù)與負(fù)數(shù)在空間反應(yīng)編碼上的皮層位置差異,為正負(fù)號及其異同影響SNARC效應(yīng)提供了生理證據(jù)。

5 結(jié)論

本研究利用修正后的大小判斷任務(wù)來探究正負(fù)號及其異同對 SNARC效應(yīng)的影響。結(jié)果表明,負(fù)數(shù)表征遵循個體發(fā)展論假說;符號捷徑機(jī)制使SNARC效應(yīng)不僅發(fā)生于反應(yīng)選擇階段,而且可能出現(xiàn)于刺激呈現(xiàn)階段與反應(yīng)執(zhí)行階段;SNARC效應(yīng)會激活額葉與頂葉皮層,負(fù)數(shù)的 SNARC效應(yīng)激活左額葉皮層,正數(shù)的 SNARC效應(yīng)激活右額葉皮層?？傊?本研究既解決了負(fù)數(shù)表征機(jī)制及SNARC效應(yīng)發(fā)生時間的爭論,又發(fā)現(xiàn)了正數(shù)與負(fù)數(shù)的SNARC效應(yīng)的半球分布差異,這對全面深入地了解SNARC效應(yīng)具有重要意義。

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