“現(xiàn)在”有多長：空時距知覺的分段性研究

于 曉 琳，黃 希 庭，陳 有 國，邱 俊 杰

(西南大學 心理學部，重慶市 400715)

一、引 言

在日常生活中，人們總會不假思索地使用“現(xiàn)在”這個詞，但“現(xiàn)在”的定義是什么？它只是過去與將來的分界線，還是有其自身的時間長度？這引發(fā)了哲學家和心理學家們的思考。波佩爾認為：“‘現(xiàn)在’——也就是我們的意識——猶如架在時間這匹駿馬上的鞍子，我們坐在上面，像兩面人似得前后張望：向著過去，也向著將來。”[1]這種認為“現(xiàn)在”本身具有時間長度的觀點得到了普遍認同。那么心理的現(xiàn)在(psychological now)究竟有多久？該問題與時間知覺具有相同的內(nèi)涵[2]。

時間知覺(time perception)是對客觀現(xiàn)象的持續(xù)性和順序性的感知[3]，與工作記憶密切相關(guān)。工作記憶(working memory)作為唯一可進行有意識加工的記憶階段，負責暫時保持和處理包括字母、數(shù)字、圖形、面孔和空間位置等多種類型的信息[4]。時間作為一種特殊的信息，也可在工作記憶中得到暫時保持，這就涉及到“現(xiàn)在”的上限。因為，工作記憶的容量十分有限，從最早發(fā)現(xiàn)平均容量為7±2[5]到后來被修正為4[6]，都表明工作記憶只能保持一定限度的時間長度，即為“現(xiàn)在”的上限。Fraisse對相關(guān)研究進行了總結(jié)，認為心理的現(xiàn)在不超過5s，平均在2～3s[7]。波佩爾也提出，只有在約3s的時間范圍內(nèi)，信息才能被整合為一個單元或時間上的“格式塔”，成為心理的現(xiàn)在的內(nèi)容[1]?？梢?，該限度以內(nèi)的一段時間可被人們知覺為現(xiàn)在，超過該限度則被排除在現(xiàn)在之外，成為過去。這導致處于該分界線上下的時間知覺存在分段性，可能對應著不同的時間加工方式。

然而，“現(xiàn)在”的限度并非一成不變，該限度會受哪些因素影響越來越引起研究者們的關(guān)注。早期研究雖對此進行了一些有意義的嘗試，但限于行為研究的局限性，難以深入到內(nèi)部表征進行探討。近來，研究者發(fā)現(xiàn)大腦神經(jīng)振蕩活動對維持工作記憶的表征起重要作用[8-10]，為該問題提供了新途徑。Chen等[11]和Yu等[12]先后采用腦電圖(EEG)技術(shù)對視、聽時距在工作記憶保持過程中的神經(jīng)振蕩特點進行了考察，首次從電生理角度表明“現(xiàn)在”的限度受到感覺通道的影響。其中，人們從視覺通道體驗的“現(xiàn)在”的上限是3s[11]，聽覺通道則為2s[12]。對于該發(fā)現(xiàn)，研究者認為其原因是人們對來自不同通道的時距知覺本身存在差異，即聽覺信號總是比客觀等長的視覺信號知覺為更長，該通道效應在以往研究中被多次證實[13-14]。由此，容量有限的工作記憶所能保持的聽覺時距比視覺更短，導致分界線更短。值得注意的是，有研究發(fā)現(xiàn)，在時距知覺中，比上述視聽知覺差異更明顯的效應發(fā)生在不同時距類型之間[15]，這意味著以不同時距類型呈現(xiàn)的“現(xiàn)在”限度很可能也具有差異，這是本研究主要關(guān)注的問題。

時距分為兩種類型：以持續(xù)形式呈現(xiàn)的為實時距(filled interval)，以間隔形式呈現(xiàn)的為空時距(empty interval)，即分別由一個簡短的感覺事件來標記這段時間的開始和結(jié)束，而在這段時間過程中并沒有信號呈現(xiàn)的“安靜的”時距[16]。與時距知覺的視聽通道效應類似，研究者發(fā)現(xiàn)對于客觀相等的一段時距，實時距會比用兩個短音標記的空時距知覺為更長[17]，稱為實時距錯覺(filled-duration illusion)。例如，Zwicker要求被試自行調(diào)整一段連續(xù)的聲音長度使之達到與一段空時距的長度相等，發(fā)現(xiàn)人們會感到一段實時距和一段客觀上約兩倍長于該實時距的空時距等長[18]。Craig也發(fā)現(xiàn)，空時距需要比實時距長657 ms才能被知覺為與實時距相等[19]。Wearden等人的研究也表明，一段空時距的長度僅僅被知覺為客觀等長的一段實時距的55%～65%，且該錯覺隨刺激時距的增加越發(fā)明顯[15]。研究者主要采用時間知覺的內(nèi)部時鐘模型(internal clock model)[20]對實時距錯覺進行解釋。該模型認為，人腦中存在一個起搏器(pacemaker)和累加器(accumulator)，二者之間有開關(guān)(switch)相連。當個體開始計時時，起搏器以一定頻率發(fā)射脈沖，開關(guān)閉合，脈沖進入累加器進行整合，形成時間表征。研究者認為，實時距錯覺的產(chǎn)生原因可能是與空時距相比，實時距知覺過程中起搏器發(fā)射脈沖的速度更快，或開關(guān)關(guān)閉更快而打開更慢，這都使實時距累加的脈沖更多，進而知覺為更長[15，21]。有趣的是，這與視聽時距知覺的通道效應的解釋非常相似。那么空時距在工作記憶中的神經(jīng)表征是否也與實時距存在差異，并且能否用與視聽時距相同的方式進行解釋，這是本研究所要探討的問題。

考慮到Y(jié)u等[12]已對聽覺實時距進行過探討，本研究采用與以往研究[11-12]相同的matching-to-sample任務，結(jié)合腦電圖技術(shù)對聽覺空時距在工作記憶保持過程中的神經(jīng)振蕩特點(theta和alpha波)進行考察，假設如下：首先，“現(xiàn)在”的限度會受到不同時距類型的影響，即空時距在工作記憶中的表征分界線與實時距不同；其次，若引起實、空時距表征分界線差異的原因與視聽時距的原因相同，那么與實時距的表征分界線相比(2s)[12]，空時距的表征分界線將更長，即體驗到的“現(xiàn)在”的上限會長于2s。

二、研究方法

(一)被試

23名本科生自愿參加本實驗，其中男生11名，女生12名，年齡為18～26歲(平均年齡20.304±2.055歲)。均為右利手，聽力正常，視力或矯正視力正常，沒有腦部損傷或神經(jīng)系統(tǒng)疾病。實驗后給予適當報酬。

(二)材料和儀器

聽覺空時距刺激采用兩個持續(xù)50 ms的純音(1 000Hz，響度適宜約80dB，各有10 ms的淡入淡出)標記時距的開始和結(jié)束。時距長度分別為1s、2s、3s、4s?？諘r距的長度界定為第一個聲音消失到第二個聲音剛出現(xiàn)之間的時間間隔，聲音本身的持續(xù)時間不計入時距[22]。由Sennheiser耳機雙耳呈現(xiàn)。反應信號為視覺呈現(xiàn)一個白色問號，大小為2cm(1.53°)。電腦距被試約75cm。屏幕刷新頻率為85Hz。

(三)實驗程序

采用matching-to-sample任務，整個實驗共有7個blocks，每個block包括48個trials。每種時距條件包括84個trials。如圖1所示，在每個trial中，先后呈現(xiàn)兩個聽覺空時距刺激(sample刺激和probe刺激)，中間間隔3s(保持階段)。每個空時距刺激的呈現(xiàn)時間為4種時距(1～4s)中隨機一種。經(jīng)過1s間隔后，在屏幕中央出現(xiàn)一個問號(反應信號)，隨按鍵消失或經(jīng)過2s后自動消失。被試需要估計第二個空時距刺激(probe)的時距是短于、等于或長于第一個空時距刺激(sample)。在反應階段，被試分別使用食指、中指或無名指按鍵盤上的1、2或3鍵(1～3鍵依次表示probe刺激短于、等于或長于sample刺激)。其中，一半被試用左手反應，另一半用右手反應。除休息時間外，要求被試在實驗過程不能閉眼，始終注視屏幕中央的注視點。trial之間間隔2s。

圖1 單個trial的時距呈現(xiàn)流程圖

(四)腦電記錄

采用安置Ag/AgCl電極的電極帽(Brain Products GmbH, Herrsching, Germany)連續(xù)記錄EEG。按照國際擴展10-20系統(tǒng)安置64導電極記錄腦電。另外增加兩個電極分別安置于左右乳突。左眼外側(cè)安置電極記錄水平眼電(HEOG)，右眼下方安置電極記錄垂直眼電(VEOG)。采樣速度為500 Hz。頭皮電阻均小于5 KΩ。

采用EEGLAB[23]和MATLAB(The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, USA)進行離線分析。連續(xù)的EEG數(shù)據(jù)均采用左右耳后乳突的平均值進行重參考，數(shù)字濾波為0.5 Hz高通[11，24-25]。以sample刺激(第一個聲音)開始為時間點，對連續(xù)數(shù)據(jù)以-1s到8s的窗口進行分段。每段EEG通過減去sample刺激開始前的平均電壓進行基線矯正。波幅超過±100 μV自動標記，經(jīng)觀察確認后手動刪除。采用獨立成分分析，并根據(jù)頭皮地圖和活動特點[26-27]辨別和刪除與眼動等有關(guān)的偽跡獨立成分。共保留95.76%的trials。重復測量方差分析發(fā)現(xiàn)，四種時距條件保留的trials數(shù)量無顯著差異[F(3，66)=0.427，p>0.05，ηp2=0.019]。

對已分段且無偽跡的數(shù)據(jù)進行時頻分析。采用EEGLAB探討EEG節(jié)律的trial-by-trial事件相關(guān)譜功率調(diào)制。采用3個周期、頻率為3 Hz的漢寧窗正弦小波進行時頻分析，直至線性上升為15個周期、頻率為30Hz[28]。采用事件相關(guān)譜擾動(event-related spectral perturbation, ERSP)指數(shù)計算事件相關(guān)譜功率反應的變化[29](dB轉(zhuǎn)換以sample刺激開始前-0.4s至-0.1s為基線)。圖2為sample刺激的編碼、保持階段以及probe刺激呈現(xiàn)階段的ERSP，均通過減去sample刺激開始前-0.4s至-0.1s的平均振蕩功率進行校正。

圖2 1s(A)，2s(B)，3s(C)，4s(D)空時距條件在大腦后部的ERSP總平均圖

如圖3所示，經(jīng)頻率平均后，從保持階段開始后1s至3s期間提取出穩(wěn)定的theta(4-8Hz)和alpha波(8-12Hz)活動。在新坐標系統(tǒng)中，0代表保持階段的開始。本研究根據(jù)Roberts等[25]的研究將電極點分為九個區(qū)域，即左-額葉((Fp1，AF3，AF7，F(xiàn)3，F(xiàn)5)，中-額葉(Fpz，F(xiàn)1，F(xiàn)z，F(xiàn)2)，右-額葉(Fp2，AF4，AF8，F(xiàn)4，F(xiàn)6)，左-中央(FC5，C3，C5，T7，CP5)，中-中央(FCz，Cz，C1，C2，CPz)，右-中央(FC6，C4，C6，T8，CP6)，左-后部(P3，P5，P7，PO3，O1)，中-后部(P1，P2，Pz，POz，Oz)，右-后部(P4，P6，P8，PO4，O2)。

由于基線和保持階段之間的時間間隔在四種時距條件下并不相同，為評估統(tǒng)計分析是否受基線和統(tǒng)計時間窗口之間不同時間間隔的污染，額外對所選取的保持階段開始前-0.5s至-0.1s的時間窗口進行統(tǒng)計。以時距條件(1s，2s，3s，4s)和區(qū)域(九組)為自變量，分別對-0.5s至-0.1s和1s至3s的時間間隔的theta和alpha波進行重復測量方差分析。當不符合球形檢驗時，均采用Greenhouse-Geisser校正方法進行校正[30]。偏eta方(ηp2)用來估計ANOVA的效應量[31]。

圖3 1s，2s，3s，4s空時距條件在保持階段中的theta波(A)和alpha波(B)平均值

(一)行為結(jié)果

以時距條件(1s，2s，3s，4s)為自變量，正確率為因變量進行重復測量方差分析，發(fā)現(xiàn)時距條件主效應顯著(F(3，66)=50.616，p<0.001，ηp2=0.697)。事后檢驗發(fā)現(xiàn)，1s時距條件的正確率(M±SE：0.867±0.019)顯著高于2s(0.783±0.019)、3s(0.708±0.018)和4s(0.628±0.027)條件(ps<0.001)，2s時距條件的正確率顯著高于3s和4s條件(ps<0.001)，3s時距條件的正確率顯著高于4s條件(p<0.01)。

以時距條件(1s，2s，3s，4s)為自變量，反應時為因變量進行重復測量方差分析，發(fā)現(xiàn)時距條件主效應顯著(F(1.779，39.136)=4.308，p<0.05，ηp2=0.164)。事后檢驗發(fā)現(xiàn)，1s時距條件的反應時(495.169±29.163)與2s(508.757±31.672)無顯著差異(p>0.05)，顯著小于3s(522.573±32.861)和4s(524.135±32.396)條件(ps<0.05)。2s時距條件的反應時顯著小于3s和4s條件(ps<0.05)，3s和4s條件的反應時無顯著差異(p>0.05)。

(二)EEG結(jié)果

對保持階段開始前0.5～0.1s內(nèi)theta波進行重復測量方差分析發(fā)現(xiàn)，時距的主效應、時距與腦區(qū)的交互作用均不顯著(ps>0.05)。對保持階段開始后1～3s內(nèi)theta波進行重復測量方差分析發(fā)現(xiàn)，時距的主效應不顯著[F(3，66)=0.623，p>0.05，ηp2=0.028]，腦區(qū)的主效應顯著[F(2.014，44.298)=3.219，p<0.05，ηp2=0.128]，表現(xiàn)為在大腦后部(左-后部(0.078±0.123 dB)、中-后部(0.098±0.114 dB)和右-后部(0.111±0.109 dB)激活相對較大。交互作用的主效應不顯著[F(7.140，157.083=1.010，p>0.05，ηp2=0.044]。

對保持階段開始前0.5～0.1s內(nèi)alpha波進行重復測量方差分析發(fā)現(xiàn)，時距的主效應、時距與腦區(qū)的交互作用均不顯著(ps>0.05)。對保持階段開始后1～3s內(nèi)alpha波進行重復測量方差分析發(fā)現(xiàn)，時距的主效應顯著[F(3，66)=2.908，p<0.05，ηp2=0.117]，表現(xiàn)為1s(0.353±0.225 dB)條件下的alpha波值顯著高于2s(0.011±0.220 dB)、3s(-0.005±0.193 dB)和4s(-0.036±0.208 dB)條件(t(22)=2.113—2.641，ps<0.05)，而2s、3s和4s條件之間則無顯著差異(t(22)=0.106-0.330，ps>0.05)。腦區(qū)條件的主效應不顯著[F(2.194，48.269)=1.228，p>0.05，ηp2=0.053]，時距與腦區(qū)的交互作用顯著[F(4.898，107.753)=5.166，p<0.01，ηp2=0.190]。進一步簡單效應分析表明，時距效應主要在后部三區(qū)(左-后部、中-后部和右-后部)上顯著[F(3，66)=7.296-7.529，ps<0.01，ηp2=0.249-0.255]，而在大腦前部三區(qū)和中部三區(qū)則均不顯著[F(3，66)=0.148-1.227，ps>0.05，ηp2=0.007—0.053]。

如圖4所示，在保持階段開始后1～3s的時間間隔中，theta和alpha波功率在大腦后部功率最大。

圖4 1s，2s，3s，4s時距條件在保持階段中的theta和alpha波振蕩活動的地形圖

EEG結(jié)果表明，在工作記憶的保持階段，2s、3s和4s時距條件的alpha波波幅均顯著低于1s條件，不同時距條件的theta波波幅卻無顯著差異，這與以往研究一致[11-12]，均發(fā)現(xiàn)不同時距條件在alpha波而非theta波上表現(xiàn)出分段性。同時，與實時距的表征分界線相比(2s)[12]，本研究發(fā)現(xiàn)空時距表征的分界線為1s，這支持本研究的假設一，即空時距在工作記憶中的表征分界線與實時距不同，說明“現(xiàn)在”的限度會受到不同時距類型的影響。然而，空時距的表征分界線短于實時距[12]與假設二不符，說明引起實、空時距表征分界線差異的原因很可能與視聽時距分界線差異的原因不同。

如引言所述，時距知覺的視聽通道效應與實時距錯覺分別描述的是不同通道和不同類型的信息在時距知覺上具有差異的現(xiàn)象。以往研究者傾向采用相似的原因?qū)Χ哌M行解釋，但多停留在理論層面，缺少實驗證明。本研究首次對空時距的神經(jīng)表征進行探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)空時距的表征分界線為1s，說明工作記憶最多只能保持1s長度的空時距，即體驗的“現(xiàn)在”的上限是1s，短于實時距[12]，這不能用實時距錯覺進行解釋。波佩爾認為，“現(xiàn)在”經(jīng)驗的形成有賴于大腦的一種時間整合機制。該整合機制將系列事件融合成知覺單元，一旦兩事件間的時間間隔超過一定限度(“現(xiàn)在”的時間長度)，該整合單元就會解體[1]。我們認為，實、空時距間的差異不僅僅體現(xiàn)在知覺長度上，二者的呈現(xiàn)方式也具明顯差異：與實時距的持續(xù)呈現(xiàn)相比，人們更容易將標記空時距開始和結(jié)束的兩個刺激知覺為兩個獨立的事件，而非一個整體。這可能使空時距在工作記憶中被保持為一個整體單元的難度更大，最終導致空時距表征分界線更短。研究發(fā)現(xiàn)，6歲兒童可與成人一樣較準確的復制出1s的實時距，但很難復制出空時距，即只能復制出空時距的其中一個聲音標記，或復制出兩個快速連續(xù)的聲音標記。研究者認為，他們很可能只能覺察到空時距兩聲音標記的相繼性(即知覺為兩個獨立的事件)，而難以知覺二者之間標記的時距長度(即整合為一個主觀結(jié)構(gòu))[7]。在本研究中，當兩聲音標記間隔在1s以內(nèi)時，人們很容易將先后的兩標記整合為一個主觀結(jié)構(gòu)，作為一個整體保持在工作記憶中。然而一旦刺激間隔超過1s，人們則無法進行整合，而將兩刺激知覺為兩個獨立的事件，1s即為人們體驗到的由空時距形式呈現(xiàn)的“現(xiàn)在”的限度。

本研究從神經(jīng)表征的層面為理解實、空時距的差異提供了新視角，發(fā)現(xiàn)時距類型是影響“現(xiàn)在”的限度的因素之一，也表明不同影響因素之間的內(nèi)部機制不能一概而論，還需未來研究進行深入探討。此外，需要說明的是，與EEG結(jié)果不同，1～4s時距條件在行為結(jié)果上并未表現(xiàn)出分段性。主要原因是由于行為研究的結(jié)果會綜合受到時距信息的編碼、保持和決策階段影響，而EEG結(jié)果卻能將上述三階段進行分離，從而單獨考察不同時距條件在保持階段的分段性，后者顯然在考察“現(xiàn)在”的限度這一問題上更具優(yōu)勢[11-12]。

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