主動性控制在語言轉換線索加工階段的作用

路瑤　張穎穎　陳寶國

摘要 利用ERP技術，考察個體的主動性控制在語言轉換線索加工階段的作用。實驗采用線索化的語言轉換范式，要求漢英雙語者根據線索使用漢語或英語對圖片進行命名，記錄線索加工階段的腦電成分。采用AX連續(xù)執(zhí)行測驗（AX-Continuous Performance Test）中AY試次的錯誤率作為主動性控制參與程度的指標。結果發(fā)現，在線索呈現后的200-350ms和350-500ms兩個時間窗口，轉換試次比重復試次誘發(fā)了更負的N2波幅和晚期負波，而且AY試次的錯誤率可以顯著地預測轉換試次的N2和晚期負波的波幅。結果表明，語言轉換的線索加工可區(qū)分為由主動性控制調節(jié)的兩個階段，即“與非目標語言任務圖式的分離”和“轉入目標語言任務圖式”的階段。本研究為主動性控制參與語言轉換過程提供了直接的實驗證據。

關鍵詞 漢英雙語者，語言轉換，主動性控制，線索加工。

分類號 B842.1

1問題提出

在現實生活中，當個體面對多種信息的輸入，需要集中注意力于特定的信息，才能快速的識別它。例如，當你去火車站接朋友，如果能獲得一些他的線索，如衣服的顏色，那么你可能在眾多的出站旅客中快速地找到他。集中注意力于特定的事物，同時抑制那些干擾或者無關信息，是認知控制的重要功能。對于雙語者或者多語者來說，他們需要根據不同交流對象或情境選擇使用特定的語言，這個過程中需要認知控制的參與。認知控制雙機制模型（Dual Mechanismas of Control）認為，認知控制分為主動性控制和反應性控制兩種（Braver，2012）。主動性控制是一種自上而下的加工過程，以目標驅動的方式優(yōu)化知覺和記憶，保持和目標相關的信息。反應性控制是一種自下而上的加工過程，以刺激驅動的方式激活相關目標。

許多研究者采用AX連續(xù)執(zhí)行測驗（AX-Continuous Performance Test，簡稱AX-CPT）測量主動性控制和反應性控制參與的程度（Lee&Park;，2006；Locke&Braver;，2008；Ophir，Nass，&Wagner;，2009；Paxton，Barch，Racine，&Braver;，2008）。在AX-CPT中，向被試呈現線索目標探針（probe，簡稱“探針”）字母對。線索和探針均為任意字母（除去和X相似的兩個字母，K和Y），只有當線索字母A和探針X同時出現的時候才做yes反應，其他的組合BX、AY、BY均做no反應（這里的B代表除A以外的所有其他字母，Y代表除X以外的所有字母）。線索和探針之間有三個分心字母實現目標保持。目標試次（AX）出現的頻率為70%，BX，AY，BY分別出現10%。每種條件出現頻率的不對等性可以將主動性控制與反應性控制分離。在該測試中，AY的錯誤是由對線索A保持較高激活造成的錯誤，主要是由主動性控制造成的錯誤（見到A字母預期做yes反應），AY試次的錯誤率高，代表主動性控制參與的程度高。而BX的錯誤則是由于對探針字母X即時反應，主要是由反應性控制造成的錯誤（chatham，Frank，&Munakata;，2009；Morales，Gomez-Ariza，&Bajo;，2013）。因此AY的錯誤率可以作為考察主動性控制參與程度的指標。

大量研究表明，雙語者無論是語言理解還是語言產出，兩種語言均會被同時激活（Bialystok，Craik，&Luk;，20l 2；Costa et a1.，2012；Costa，Caramazza，&Sebastian-Galles;，2000；Green，1998；Marian，Spivey，&Hirsch;，2003；Thierry&Wu;，2007）。由于雙語同時激活，雙語者在使用目標語言時，需要抑制非目標語言的干擾，因此抑制控制能力在雙語轉換過程中發(fā)揮著重要的作用（劉歡歡，陳寶國，2015；Hosoda，Hanakawa，Nariai，Ohno，&Honda;，2012；Liu，Rossi，Zhou，&Chen;，2014；Liu，Liang，Dunlap，Fan，&Chen;，2016；Liu et a1.，2017；Proverbio，Leoni，&Zani;，2004；VerhoeC Roelofs，&Chwilla;，2009）。例如，Liu等人的研究中（Liu eta1.，2016），直接通過訓練被試的抑制控制能力考察抑制控制在漢英雙語轉換過程中的作用。研究結果發(fā)現，高抑制控制能力者無論在前測，還是在訓練后的后測階段，轉換代價都是對稱的，而低抑制控制能力者前測階段轉換代價是非對稱的（L2轉換到L1的代價大于L1轉換到L2的代價），后測階段轉換代價變?yōu)閷ΨQ的。作者認為，抑制控制能力在雙語轉換中發(fā)揮著重要的作用。Liu等人（2017）的后續(xù)研究進一步發(fā)現，抑制控制能力在兩個人面對面談話的雙語轉換情境中，同樣發(fā)揮著重要的作用。

研究者一般采用線索化的語言轉換范式（cuedlanguage switchingparadigm），考察抑制控制能力在語言轉換過程中的作用。在該范式中，首先給被試呈現某種線索（例如，某種顏色的方塊），然后要求被試根據線索對隨后出現的圖片或者數字等刺激進行命名。例如，紅色的方塊使用母語命名，藍色的方塊使用第二語言（L2）命名。Liu等人（Liu et a1.，2014）使用該范式，將雙語者區(qū)分為高抑制控制能力組和低抑制控制能力組，使用ERP技術考察了一般領域的抑制控制能力在語言轉換中的作用。結果發(fā)現，高抑制控制能力者，L2轉換試次比Ll轉換試次誘發(fā)更大的晚期正成分（latepositive component，LPC），而在低抑制控制能力組則沒有這樣的表現，說明了抑制控制能力在語言轉換中的作用。

Liu等人（Liu et a1.，2014，2016）區(qū)分的抑制控制能力更多是一種反應性的抑制，是刺激出現后以自下而上的方式抑制干擾刺激，而且語言轉換的研究，研究者更多關心的是圖片刺激呈現后抑制控制能力的作用（Linck，Sehwieter，&Sunderman;，2012；Liu et a1.，2014）。然而在現實生活中，雙語者需要更好地監(jiān)測兩種語言，以選用恰當的語言，減少語言間的沖突，這時需要調用自上而下的主動性控制。

目前對于主動性控制在語言轉換過程中作用的研究較少。Costa等人的研究（Costa&Santeste-ban;，2004）操縱了線索刺激之間的時間間隔（500ms或800ms），發(fā)現隨著線索刺激之間時間間隔的增長，語言轉換代價（反應時）減小。但由于反應時反映的是加工過程的最終結果，該研究并不能從時間進程的角度對主動性控制的作用給出解釋，因此它只能間接地說明主動性控制的調節(jié)作用。Mayr等人（Mayr&Kliegl;，2003）使用線索一圖片命名范式考察線索出現后相關的ERP成分。結果發(fā)現，在線索呈現450-500 ms后，轉換條件出現一個正波，說明存在一個轉換線索呈現之后的預備加工階段。Verhoef等人的研究（Verhoef，Roelofs，&Chwilla;，2010）發(fā)現，在線索呈現后200-350ms的時間窗口，L2轉換試次相較于L2重復試次誘發(fā)了更大的負波；在350-500 ms的時間窗口，母語和L2的轉換試次相較重復試次均產生更大的負波。研究者認為，語言轉換需要內源性的控制，這種控制分為兩個階段，一是從前一個試次的任務分離，二是轉入下一個新的任務。這一研究揭示了語言轉換線索加工階段內源性控制的作用。這里的內源性的控制和主動性控制的含義是類似的，都是指以目標驅動的方式保持和目標相關的信息，是一種自上而下的加工過程。但這一研究并沒有操縱個體的主動性控制能力，只是根據線索加工階段出現的ERP成分推測主動性控制在語言轉換過程中的作用。

綜上所述，截至目前，并沒有直接的證據證明主動性控制在語言轉換任務中的作用，而主動性控制的作用主要體現在線索加工階段。因此，本研究旨在探討主動性控制在語言轉換線索加工階段的作用。具體來講，本研究采用線索化的語言轉換范式（或者線索圖片命名范式），記錄線索呈現后的ERP成分，以AX-CPT任務中AY試次的錯誤率作為主動性控制參與程度的指標。將AY試次的錯誤率作為自變量，ERP成分的波幅作為因變量做回歸分析。根據前人的研究（Verhoefet a1.，2010），如果主動性控制可以區(qū)分為兩個不同的階段，那么，AY試次的錯誤率應該能夠預測反映主動性控制的ERP成分。

2研究方法

2.1被試

在校大學生29名（男性11名），平均年齡22.4歲（SD 2.7），母語為漢語，第二語言為英語，均為非英語專業(yè)。被試大學英語四級成績500以上，六級成績550分以下，并要求完成牛津填空測驗（Oxford Placement Test，OPT）。在OPT測驗中，被試需要完成25道單選題和25道完形填空選擇題，每題1分，共50分，被試的平均成績?yōu)?0分（SD 3.5）。被試完成兩種語言聽、說、讀、寫熟練度的5點量表的自我評定（1表示非常不熟練，5表示非常熟練）。漢語聽、說、讀、寫的評定分數分別為4.85（SD=0.37），4.50（SD=0.51），4.35（SD=0.59），4.05（SD=0.60）；英語的分數分別為3.05（SD=0.76），2.95（SD=0.69），3.45（SD=0.60），2.90（SD=0.55）。被試開始學習英語的年齡為10.45歲（SD=1.56）。由自我評定和OPT測驗的成績可知，被試的英語屬于中等熟練程度。

2.2實驗設計

2（語言：漢語，英語）×2（試次：重復試次，轉換試次）被試內設計。

2.3材料

命名的圖片為72張簡筆畫，選自張清芳和楊玉芳（2003）修訂的Snodgrass等人的圖片庫（Snodgrass&Vanderwart;，1980），這些圖片均為具體性和熟悉性很高的圖片，并提前讓被試對圖片熟悉性進行評定。采用10點量表，1代表非常不熟悉，10代表非常熟悉。漢語命名圖片的平均熟悉度為8.9（SD 0.7），英語命名圖片的平均熟悉度為7.8（SD=1.2），兩者不存在顯著差異（p>0.1）。共180個試次，包含L1重復（重復L1）、L1轉換（L2轉換到L1）、L2重復（重復L2）、L2轉換（L1轉換到L2）試次四種條件，每種條件各45個試次。

2.4程序

采用E-Prime2.0軟件編寫AX-CPT任務程序。首先在計算機屏幕上呈現線索紅色字母300 ms，然后分別呈現三個分心白色字母，各300 ms，然后呈現探針紅色字母，每兩個字母間呈現1000 ms空屏。每個試次出現的字母均不重復，被試需要對三個分心字母均做出no反應，按“N”鍵，然后在探針出現后做出反應。只有當線索為A，探針為x（占全部試次的70%），被試才能做出yes反應，按“Y”鍵，其余的試次均做no反應。每個被試經過練習后進入正式實驗。正式實驗共4個Block，每個Block有100個試次，AX共280試次，AY、BX、BY各40試次，記錄探針字母判斷的反應時和正確率。

語言轉換實驗中，首先呈現線索250 ms，如果線索為紅色方塊則用漢語對接下來呈現的圖片進行命名，如果線索為藍色則用英語進行命名。接下來呈現500 ms的空屏，然后呈現圖片250 ms。刺激呈現后呈現空屏1000 ms，該階段被試準備命名，但不需要說出，接下來呈現“*****”，被試看到星號后又快又準地對刺激圖片進行命名。若在3000ms內被試未做出反應，程序會自動跳到下一個試次。電腦屏幕為17英寸，分辨率為1024×768，連接PSTSR-BOX反應盒，反應盒連接麥克風。被試首先完成AX-CPT任務，之后完成語言轉換任務。

2.5EEG數據采集與處理

采用NeuroScan4.3系統(tǒng)，按照國際10-20系統(tǒng)擴展的64導電極帽（Ag/AgCl電極）記錄EEG信號。參考電極為左側乳突電極，離線數據處理時轉為雙側乳突平均為參考。同時記錄水平與垂直眼電以便后期去除偽跡。濾波帶通為0.05-100 Hz，離線低通濾波為30 Hz，采樣頻率為500 Hz。所有被試的頭皮電阻降至5 kΩ以下。對眨眼偽跡以及波幅超過±90μV的偽跡進行了矯正和濾除。將每一被試在每一條件下所有試次（frial）進行疊加。分段（Epoch）則為刺激呈現前200ms到刺激呈現后1000 ms，并以刺激呈現前200 ms作為基線。參考Verhoef等人的（Verhoefet a1.，2010）研究，重點考察線索呈現后200-350 ms和350-500 ms的時間窗的腦電成分，選取前部電極（F1、FZ、F2、FC1、FCZ、FC2）和后部電極（CP1、CPZ、CP2、Pl、PZ、P2）作為興趣區(qū)（ROI）。

3研究結果

剔除一名AX-CPT任務中正確率低于60%的被試和一名腦電數據異常的被試，最終27名被試的數據進入分析。

3.1AX-CPT任務結果分析

在錯誤率上，試次的主效應顯著，F（3，78）=15.29，p<0.01，η²=0.37。進一步分析發(fā)現，AX試次的錯誤率（10%）顯著低于其他三種條件的錯誤率，且AY試次的錯誤率（40%）顯著高于BY試次的錯誤率（22%）。在反應時上，試次的主效應顯著，F（3，78）=70.48，p<0.01，η²=0.73。進一步分析發(fā)現，四種試次的反應時兩兩差異顯著，反應時最短的為AX試次（333ms），其次為BY試次（377 ms），再次為BX試次（442 ms），最后為AY試次（579ms）。

該結果模式與以往AX-CPT的研究結果一致（Ophir et a1.，2009；Paxton et a1.，2008），即AX試次的正確率最高，反應時最短，AY試次的正確率最低，反應時最長。本研究中，選用AY試次的錯誤率作為預測腦電成分的指標，AY試次的錯誤率高，代表主動性控制參與的程度高（Braver et a1.，2001；Morales et a1.，2013）。之所以沒有選擇AY的反應時作為主動性控制的指標是因為其反映的認知過程存在爭議（Prior，2012）。

3.2ERP數據結果

首先對200-350ms內的平均波幅（N2），做2（語言）×2（試次）×2（ROI）的三因素方差分析。語言有漢語和英語兩個水平，試次有重復和轉換兩個水平，R01分為前部和后部兩個水平。語言的主效應不顯著，F（1，26）=1.167，p>0.05，試次的主效應顯著，F（1，26）=11.98，p<0.01，η²=0.32，轉換試次比重復試次的波幅更負，ROI的主效應顯著，F（1，26）=26.52，p<0.01，η²=0.51，前部比后部有顯著更負的波幅。試次和興趣區(qū)的交互效應不顯著，F（1，26）=2.01，p>0.05。FZ電極和CPZ電極的ERP波形圖和腦地形圖如圖1所示，所有興趣電極的ERP波形圖如圖2所示。

以AY試次的錯誤率為自變量，200-350ms時間窗ERP的平均波幅為因變量做回歸分析，結果見表1。AY的錯誤率可以顯著的負向預測轉換試次的前部腦區(qū)的平均波幅，即AY的錯誤率越高，轉換試次在前部腦區(qū)的波幅越負。

對350-500 ms時間窗內的平均波幅做2（語言）×2（試次）×2（ROI）的三因素方差分析。語言的主效應不顯著，F（1，26）=0.367，p>0.05，試次的主效應顯著，F（1，26）=11.26，p<0.01，η²=0.30，ROI的主效應顯著，F（1，26）=4.55，p<0.05，η²=0.15。試次和ROI的交互效應顯著，F（1，26）=25.145，p<0.01，η²=0.49。進一步分析發(fā)現，在轉換試次和重復試次，前部腦區(qū)均比后部波幅更負，且轉換試次的前后腦區(qū)波幅差異更大。如圖1所示。

以AY試次的錯誤率為自變量，350-500ms時間窗ERP的平均波幅為因變量做回歸分析，結果見表2。AY試次的錯誤率可顯著地負向預測前部腦區(qū)重復試次、前部腦區(qū)轉換試次的平均波幅，即AY的錯誤率越高，晚期負成分的波幅越負。

進一步對線索呈現之后200-350 ms和350-500 ms的峰值潛伏期進行分析。

在時間窗口200-350 ms，語言的主效應顯著，F（1，26）=5.34，p<0.05，η²=0.17，用英語命名的試次N2出現的時間早于漢語命名試次的N2出現時間（234ms vs 246ms，t=2.31，p<0.05）。試次的主效應不顯著，F（1，26）=2.78，p>0.05；ROI的主效應顯著，F（1，26）=12.07，p<0.01，η²=0.32，前部腦區(qū)負波出現的時間早于后部腦區(qū)負波出現的時間（231 ms vs 249 ms，t=3.47，p<0.01）。交互作用均不顯著。說明在該時間窗口，語言的差異體現在了潛伏期上。

在時間窗口350-500 ms，語言的主效應不顯著，F（1，26）=1.435，p>0.05，試次的主效應顯著，F（1，26）=14.11，p<0.01，η²=0.30，轉換試次負波出現的時間早于重復試次負波出現的時間（437ms vs 449ms，t=3.76，p<0.01）。興趣區(qū)的主效應邊緣顯著，F（1，26）=4.192，p=0.051，η²=0.14。在350-500 ms的時間窗內，未發(fā)現語言間的差異。

4討論

本研究旨在考察主動性控制在語言轉換過程中的作用。研究發(fā)現，線索呈現之后，在200-350 ms和350-500 ms的時間窗口內，轉換試次相較于重復試次均產生更大的負波，說明被試對語言轉換的線索加工可能存在兩個不同的階段。以AY試次的錯誤率作為預測變量，線索呈現后的ERP平均波幅作為因變量進行回歸分析發(fā)現，在200-350 ms時間窗內，AY錯誤率顯著地負向預測轉換試次前部腦區(qū)的N2平均波幅，即AY試次的錯誤率越高，N2的波幅越負。在350-500ms時間窗內，AY試次的錯誤率顯著負向預測前部腦區(qū)重復試次和轉換試ERP平均波幅，即AY的錯誤率越高，晚期負成分的波幅越負。AY試次錯誤率和不同時間窗ERP波幅的相關支持了本研究的假設，即語言轉換線索呈現后，存在著主動性控制調節(jié)的兩個階段。

從時間進程來看，語言轉換任務中線索加工的兩個階段分別代表什么呢？Verhoef等人（Ver-hoefet a1.，2010）認為，線索加工早期階段的N2可能代表了語言轉換的準備過程，即與上一個試次的語言任務圖式相分離的過程。Verhoef等人的研究（Verhoef et a1.，2009）采用線索化的語言轉換范式，考察了準備時間間隔（線索一刺激時間間隔，CSI：interval between cue and stimulus）對語言轉換的影響。研究發(fā)現，長CSI比短CSI會誘發(fā)更大的N2波幅。研究者認為，長CSI使被試在刺激呈現之前可調用更充分的內源性控制來抑制非目標語言，因此誘發(fā)了更大的N2。這說明，在線索呈現之后，刺激呈現之前，存在一個自上而下的語言任務圖式的準備過程，N2與語言準備過程有關。這一結果和本研究的結果是類似的。

線索加工的350-500 ms時間窗出現的負成分代表什么呢？在任務轉換研究中，Nicholson等的研究（Nicholson，Karayanidis，Davies，&Michie;，2006）發(fā)現，在450-500ms時間窗內，轉換試次相較于重復試次出現了一個后部的P300成分，并且轉向（switch-fo）某任務的試次相較于轉離（switch-away）某任務的試次，P300顯著增大。研究者認為，該時間窗口代表新的任務圖式的構建階段。Morales等的研究（Morales，Yudes，Gomez-Ariza，&Baio;，2015）分別以雙語者和單語者為被試，記錄AX-CPT任務進程中的ERP成分。結果發(fā)現，在線索呈現之后的350-650ms時間窗內，小概率B線索會誘發(fā)顯著更大的P3b波幅，且雙語者比單語者的P3b波幅顯著增大，該成分代表了主動性控制過程中對目標任務的激活（Polich，2007）。然而本研究未發(fā)現P300效應，而是一個晚期負波。根據Verhoef等人（2010）的觀點，可能有以下一些原因導致語言轉換和任務轉換結果的差異。第一，以往無論是AX-CPT任務，Oddball任務，還是Nicholson等人（Nicholson et a1.，2006）的任務轉換，沖突/轉換試次出現的概率均小于非沖突/重復試次，這些任務均出現P300效應，這說明P300對于小概率刺激比較敏感，而本研究轉換和重復試次的比率是一樣的，這可能導致了P300效應的缺失。第二，任務轉換和語言轉換中刺激反應圖式的性質和難度不同。首先對于任務轉換所建立的刺激反應圖式是不自然的（例如，奇數按左鍵，偶數按右鍵），而對于圖片的命名是自然反應。其次，在任務轉換中，一種反應圖式對應多種刺激（例如，奇數、大于5、暖色都需按左鍵），而圖片的名字在每種語言中大多只有一個。Bareel6等人（Barcelo，Escera，Corral，&Perianez;，2006）認為，P300本質上代表了工作記憶中刺激反應規(guī)則的刷新。而在本研究中，圖片命名的刺激反應模式（圖片一名字）已存儲在長時記憶系統(tǒng)中，而非在工作記憶系統(tǒng)中人為建立某種規(guī)則。Verhoef等人（Verhoef et a1.，2010）的研究中，在350-500ms的時間窗口，兩種語言的轉換試次相較重復試次均產生更大的負波，他們認為，該負波可能反映了注意轉向新的語言任務。本實驗也發(fā)現了在350-500 ms時間窗口的負波，這與Verhoef等人的研究結果是類似的。

綜上，當雙語者進行語言轉換時，必須根據線索動態(tài)調整其注意，而這一注意調整過程即主動性控制的過程。主動性控制可以分為兩個階段，即1）與非目標語言任務圖式的分離；2）將注意定向到目標語言任務圖式。例如，當轉換到L2時，雙語者需要將注意從母語任務圖式分離，并且將注意定向至L2的任務圖式上。從這個角度看，本研究支持了Verhoef等人（Verhoef et a1.，2010）的研究結果。但是與其不同的是，本研究通過AX-CPT任務直接考察了個體的主動性控制參與的程度。結果發(fā)現，主動性控制參與越強，那么N2和晚期負成分的波幅越大，因此本研究為主動性控制參與線索加工提供了直接的證據。在未來的研究中，應該進一步考察主動性控制在圖片刺激呈現后，對語言轉換的影響。

值得注意的是，主動性控制調節(jié)對轉換和重復條件的調節(jié)在兩階段呈現出相似的模式。在200-350 ms和350-500 ms時間窗內，AY的錯誤率均顯著地負向預測轉換試次的波幅，表明轉換試次的這兩個階段均需要主動性控制調控，將注意從上一個語言任務分離并定向于下一個語言任務。有趣的是，在350-500ms時間窗，AY錯誤率也可顯著地負向預測重復試次的波幅，即AY錯誤率越高，重復試次的晚期負波的波幅越大。這表明重復試次也調用了主動性控制。這可能是由于任務設置的影響，本研究中重復和轉換試次各占50%，所以被試需要頻繁的在保持（上一個試次的語言任務）和切換（轉入下一個語言任務）間轉換。這意味著即使當前試次不需要轉換，被試也需要付出努力保持目標以便完成命名任務。根據認知控制雙機制模型的觀點（Braver，2012；Braver，Gray，&Burgess;，2007），在主動性控制過程中，目標表征被激活，在保持目標的過程中需要不斷調整注意以避免內部或外部干擾從而保證目標順利執(zhí)行?？梢娭鲃有钥刂撇皇且粋€單一的控制過程，它包含了自上而下的注意保持，調整、轉換等不同側面。所以，在線索化的語言轉換范式中，重復試次和轉換試次可能調用了主動性控制的不同子成分，即重復條件更多調用了注意保持，而轉換條件更多調用了注意調整和轉換。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究并沒有分析圖片刺激出現后的ERP成分，未來的研究可考慮分析這些成分，揭示主動性控制對刺激呈現后語言轉換的影響。其次，本研究只是對AY試次的錯誤率和線索加工階段的ERP成分進行了回歸分析，未來的研究可考慮把被試區(qū)分為高主動性控制組和低主動性控制組，使用因素實驗設計，更好地考察主動性控制對語言轉換的影響。

5結論

語言轉換的線索加工可區(qū)分為由主動性控制調節(jié)的兩個階段，即“與非目標語言任務圖式的分離”和“轉入目標語言任務圖式”兩個階段。本研究為主動性控制參與語言轉換過程提供了直接的實驗證據。