雙價(jià)效應(yīng)及其認(rèn)知機(jī)制*

杜瑋瑋 宋 婷 李富洪

?

雙價(jià)效應(yīng)及其認(rèn)知機(jī)制*

杜瑋瑋1宋 婷1李富洪2

(1遼寧師范大學(xué)腦與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中心, 大連 116029) (2江西師范大學(xué)心理學(xué)院, 南昌 330022)

任務(wù)轉(zhuǎn)換時(shí), 如果一個(gè)刺激不僅包含當(dāng)前任務(wù)的特征還包含另一任務(wù)的關(guān)聯(lián)特征, 這樣的刺激被稱為雙價(jià)刺激。雙價(jià)刺激能影響個(gè)體對(duì)單價(jià)刺激的加工, 使個(gè)體對(duì)后續(xù)所有單價(jià)刺激的反應(yīng)減慢, 這種現(xiàn)象被稱為雙價(jià)效應(yīng)(bivalency effect)。研究者發(fā)現(xiàn)雙價(jià)效應(yīng)具有一定的普遍性和穩(wěn)定性。對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的理論解釋主要有情境捆綁說(shuō)和基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型。雙價(jià)效應(yīng)的產(chǎn)生與額外視覺(jué)特征的提取及自上而下的認(rèn)知控制調(diào)整有關(guān), 前者主要與顳?頂聯(lián)合區(qū)的激活有關(guān), 后者主要與背側(cè)前扣帶回以及前輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的激活相關(guān)。

雙價(jià)效應(yīng); 沖突; 認(rèn)知控制; 背側(cè)前扣帶回; 認(rèn)知機(jī)制

任務(wù)轉(zhuǎn)換是執(zhí)行控制領(lǐng)域中一種主要的研究范式。任務(wù)轉(zhuǎn)換研究中, 通常使用多種實(shí)驗(yàn)刺激探究轉(zhuǎn)換代價(jià)的加工機(jī)制。最常用的刺激僅具有單一的維度特征, 如顏色、字母大小寫等, 這種刺激被稱之為單價(jià)刺激(univalent stimuli)。具有兩個(gè)任務(wù)相關(guān)維度特征的刺激(圖1)被稱為雙價(jià)刺激(bivalent stimuli)。研究表明, 在任務(wù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中, 雙價(jià)刺激比單價(jià)刺激的反應(yīng)時(shí)更長(zhǎng), 且表現(xiàn)出更大的轉(zhuǎn)換代價(jià)(Allport, Styles, & Hsieh, 1994), 且雙價(jià)刺激會(huì)影響后續(xù)單價(jià)刺激的加工(Egner & Hirsch, 2005; Woodward, Meier, Tipper, & Graf, 2003)。

Woodward等人于2003年首先研究了雙價(jià)刺激對(duì)單價(jià)刺激的影響。研究者依次呈現(xiàn)數(shù)字(1~9)、紅色或藍(lán)色的符號(hào)(如###)和字母三種單價(jià)刺激, 要求被試判斷數(shù)字奇偶性、符號(hào)顏色和字母大小寫。雙價(jià)刺激為書寫紅色或藍(lán)色的字母, 被試需要忽略字母的顏色, 判斷其大小寫。實(shí)驗(yàn)包含單價(jià)block和混合block：?jiǎn)蝺r(jià)block中是三種單價(jià)刺激; 而混合block中, 數(shù)字、顏色以及80%的字母任務(wù)為單價(jià)刺激, 其余字母任務(wù)為雙價(jià)刺激。實(shí)驗(yàn)按照單價(jià)block、混合block、單價(jià)block的順序進(jìn)行。結(jié)果表明, 混合block中單價(jià)刺激的反應(yīng)時(shí)顯著長(zhǎng)于兩個(gè)單價(jià)block中單價(jià)刺激的平均反應(yīng)時(shí), Woodward等人(2003)將這種現(xiàn)象定義為雙價(jià)代價(jià)(bivalency cost), 后來(lái)又被稱為雙價(jià)效應(yīng)(Meier, Woodward, Rey-mermet, & Graf, 2009)。

1 雙價(jià)效應(yīng)的特點(diǎn)

1.1 雙價(jià)效應(yīng)的普遍性和穩(wěn)定性

Meier等人(2009)采用與Woodward等人(2003)相同的實(shí)驗(yàn)范式, 使用不同的任務(wù)和材料也發(fā)現(xiàn)了雙價(jià)效應(yīng)。在其實(shí)驗(yàn)1中, 研究者將數(shù)字(1~8)、彩色符號(hào)(#,$,%,&)以及字母(p, n, s, d)作為單價(jià)刺激, 要求被試判斷數(shù)字奇偶性、符號(hào)顏色和字母大小寫。字母任務(wù)中的20%以紅色或藍(lán)色的字體呈現(xiàn)作為雙價(jià)刺激, 被試需要忽略字母的顏色, 判斷其大小寫。同時(shí), 研究者設(shè)置了1000 ms和2000 ms的刺激間隔考察其對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響。結(jié)果表明, 三種任務(wù)都存在雙價(jià)效應(yīng)且兩種間隔條件下不存在顯著差異。為了防止顏色信息對(duì)數(shù)字任務(wù)的影響, 在實(shí)驗(yàn)2中, 研究者將數(shù)字任務(wù)以聽(tīng)覺(jué)形式呈現(xiàn), 不改變其它兩種任務(wù)的呈現(xiàn)方式。結(jié)果表明, 數(shù)字任務(wù)依然存在雙價(jià)效應(yīng), 說(shuō)明雙價(jià)效應(yīng)不受刺激呈現(xiàn)方式的影響。為了進(jìn)一步驗(yàn)證雙價(jià)效應(yīng)的普遍性, Meier等人(2009)在實(shí)驗(yàn)3中將實(shí)驗(yàn)任務(wù)和材料做了改變, 將符號(hào)(#, $, %, &)、數(shù)字以及字母作為單價(jià)刺激, 要求被試判斷符號(hào)字體大小(20號(hào)或180號(hào)字體)、數(shù)字奇偶性以及元音或輔音字母。雙價(jià)刺激為字體是20號(hào)或180號(hào)的字母, 被試需要忽略字母的字號(hào), 判斷其為元音或輔音。同樣研究者設(shè)置了1000 ms、3000 ms和5000 ms的刺激間隔考察其對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響, 結(jié)果表明, 不同實(shí)驗(yàn)任務(wù)和刺激間隔條件下都存在雙價(jià)效應(yīng)。

圖1 混合block中刺激呈現(xiàn)示例

注：要求被試判斷幾何圖形的顏色、數(shù)字奇偶、字母大小寫; 圖中的字母a具有“顏色”與“小寫”兩個(gè)屬性, 是雙價(jià)刺激; 刺激上方的文字為正確答案(在實(shí)驗(yàn)中并不出現(xiàn))。彩圖見(jiàn)電子版。

雙價(jià)效應(yīng)除了不受材料和呈現(xiàn)方式的影響外, 還不受按鍵設(shè)置以及年齡的影響。例如, Rey-Mermet和Meier (2012b)將數(shù)字、顏色和字母作為刺激材料, 并設(shè)置了反應(yīng)按鍵重疊和非重疊兩種條件。在按鍵重疊的條件下, 要求被試對(duì)數(shù)字、顏色和字母三種任務(wù)按b或n鍵; 非重疊條件下, 要求被試對(duì)數(shù)字任務(wù)按b或n鍵, 顏色任務(wù)按v或m鍵, 字母任務(wù)按c或“, ”鍵。結(jié)果顯示, 反應(yīng)鍵重疊和非重疊條件下, 三種任務(wù)都存在雙價(jià)效應(yīng)且大小相似。此外, 雙價(jià)效應(yīng)還存在于不同的年齡群體中。對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的研究大都以大學(xué)生為對(duì)象, 而在Meier, Rey-Mermet, Woodward, Müri和Gutbrod (2013)以老年人為被試的研究中, 也發(fā)現(xiàn)了雙價(jià)效應(yīng), 說(shuō)明雙價(jià)效應(yīng)在年輕人以及老年人群體中都是普遍存在的。

后續(xù)研究者采用相同的范式以及不同的實(shí)驗(yàn)材料, 都發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定的雙價(jià)效應(yīng)(Grundy & Shedden, 2014a; Grundy et al, 2013; Rey-Mermet & Meier, 2012a, 2014; Rey-Mermet, Koening, & Meier, 2013)。綜上所述, 雙價(jià)效應(yīng)具有普遍性和穩(wěn)定性, 不受刺激特征、呈現(xiàn)方式、反應(yīng)鍵以及年齡的影響。

1.2 非沖突性和時(shí)間持久性

雙價(jià)效應(yīng)的非沖突性指不僅與雙價(jià)刺激有沖突特征的單價(jià)刺激(如圖1中的字母和顏色刺激)存在雙價(jià)效應(yīng), 與雙價(jià)刺激沒(méi)有沖突特征的單價(jià)刺激(圖1中的數(shù)字刺激)也存在雙價(jià)效應(yīng)。雙價(jià)效應(yīng)的另一重要特點(diǎn)是具有時(shí)間持久性。Meier等人(2009)在研究中設(shè)置了1000 ms、2000 ms、3000 ms以及5000 ms的刺激間隔, 結(jié)果顯示, 即使刺激之間的間隔為5000 ms時(shí), 雙價(jià)效應(yīng)依然存在并可以持續(xù)20 s。

雙價(jià)效應(yīng)的非沖突性和時(shí)間持久性主要表現(xiàn)在雙價(jià)刺激產(chǎn)生的后效應(yīng)(after-effect)。為了驗(yàn)證對(duì)新異刺激的朝向反應(yīng)是否可以解釋雙價(jià)效應(yīng), Rey-Mermet和Meier (2013)在研究中對(duì)比了新異單價(jià)刺激和新異雙價(jià)刺激引起的后效應(yīng)之間的差異。研究者采用的單價(jià)刺激是數(shù)字、紅色或藍(lán)色的符號(hào)以及字母, 要求被試判斷數(shù)字奇偶性、符號(hào)顏色以及字母大小寫。在新異單價(jià)block中, 新異刺激為綠色或黃色的字母; 而新異混合block中, 新異刺激為紅色或藍(lán)色的字母, 要求被試忽略字母的顏色, 只判斷其大小寫。結(jié)果顯示, 新異單價(jià)和新異雙價(jià)刺激的反應(yīng)時(shí)不存在顯著差異, 說(shuō)明二者引起的朝向反應(yīng)相似。盡管如此, 兩種新異刺激引發(fā)了不同的后效應(yīng)。主要表現(xiàn)為, 與單價(jià)block中單價(jià)刺激相比, 新異雙價(jià)刺激引發(fā)了三種單價(jià)任務(wù)反應(yīng)的持續(xù)減慢, 出現(xiàn)了典型的雙價(jià)效應(yīng)。新異單價(jià)刺激最初也引起了三種任務(wù)的反應(yīng)減慢, 而隨后反應(yīng)時(shí)減慢只表現(xiàn)在與新異單價(jià)刺激有共同特征(字母任務(wù))的任務(wù)中。Rey- Mermet和Meier (2013)認(rèn)為這些結(jié)果說(shuō)明, 雙價(jià)效應(yīng)的時(shí)間持久性和非沖突性并非源于個(gè)體對(duì)新異刺激的朝向反應(yīng)。

2 影響雙價(jià)效應(yīng)的因素

2.1 沖突特性對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響

2.1.1 按鍵沖突

沖突數(shù)量是反映沖突特征的一個(gè)重要方面。在雙價(jià)效應(yīng)的研究中, 操縱沖突數(shù)量的一種方法是呈現(xiàn)按鍵一致和不一致的雙價(jià)刺激。前者指雙價(jià)刺激的兩個(gè)特征對(duì)應(yīng)的按鍵相同, 后者指雙價(jià)刺激的兩個(gè)特征對(duì)應(yīng)不同的按鍵(如圖1, 要求被試對(duì)紅色圖形按F鍵, 藍(lán)色圖形按J鍵; 大寫字母按F鍵, 小寫字母按J鍵。圖中的雙價(jià)刺激a具有紅色和小寫兩個(gè)特征且對(duì)應(yīng)不同的按鍵, 即為不一致的雙價(jià)刺激)。為此, 我們不難發(fā)現(xiàn), 與一致的雙價(jià)刺激相比, 不一致的雙價(jià)刺激還包含了按鍵沖突。

關(guān)于按鍵沖突對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響, 不同研究者得出了不同結(jié)論。有的研究者認(rèn)為, 雙價(jià)效應(yīng)不受按鍵沖突(即沖突數(shù)量)的影響。如：Rey-Mermet和Meier (2014)對(duì)一致和不一致雙價(jià)刺激的研究顯示, 雖然不一致雙價(jià)刺激的反應(yīng)時(shí)顯著長(zhǎng)于一致的雙價(jià)刺激, 但二者之后的單價(jià)刺激存在相似的雙價(jià)效應(yīng)。而Grundy和Shedden (2014a)的研究則發(fā)現(xiàn), 相對(duì)于一致的雙價(jià)刺激, 不一致雙價(jià)刺激引起了更大的雙價(jià)效應(yīng)。因此Grundy和Shedden認(rèn)為, 對(duì)沖突數(shù)量的操縱會(huì)影響雙價(jià)效應(yīng)的大小, 沖突越大, 引發(fā)的雙價(jià)效應(yīng)越大。雖然兩個(gè)研究得出了完全相反的結(jié)論, 但是, 我們發(fā)現(xiàn), 與Rey-Mermet和Meier (2014)的實(shí)驗(yàn)相比, Grundy和Shedden (2014a)在實(shí)驗(yàn)中將雙價(jià)刺激的位置進(jìn)行了偽隨機(jī)且雙價(jià)刺激后有較多的單價(jià)trial, 同時(shí)對(duì)按鍵做了平衡, 這些操作顯然能更好地控制額外變量。因此, 我們認(rèn)為其結(jié)論可能更加可靠。

2.1.2 任務(wù)轉(zhuǎn)換沖突

沖突的來(lái)源是沖突的另一特征。除了按鍵沖突, 任務(wù)轉(zhuǎn)換沖突也是沖突的重要來(lái)源。Rey- Mermet和Meier (2012a)考察了任務(wù)轉(zhuǎn)換和任務(wù)重復(fù)對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響。在其實(shí)驗(yàn)中, 將符號(hào)(#, %, &, $)、數(shù)字(1~4)和字母(A, P, T, U)作為刺激材料并按照AABBCC的形式呈現(xiàn), 要求被試分別判斷符號(hào)的字體大小、數(shù)字奇偶性和字母的大小寫。實(shí)驗(yàn)1中, 刺激呈現(xiàn)順序?yàn)榉?hào)、數(shù)字和字母。其中, 雙價(jià)刺激為字體或大或小的字母, 要求被試忽略字母的字體大小(20號(hào)或180號(hào)字體), 判斷其大小寫(如A或a)。實(shí)驗(yàn)2的任務(wù)呈現(xiàn)順序?yàn)榉?hào)、字母和數(shù)字。此外, 雙價(jià)刺激為字體或大或小的數(shù)字, 要求被試忽略數(shù)字的字體大小, 判斷數(shù)字奇偶性。實(shí)驗(yàn)3的刺激呈現(xiàn)順序?yàn)樽帜浮?shù)字和符號(hào), 而雙價(jià)刺激則為字體或大或小的數(shù)字, 且要求被試忽略數(shù)字奇偶性關(guān)注字體大小。實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)了包含兩種沖突的單價(jià)刺激(轉(zhuǎn)換條件下且與雙價(jià)刺激有共同特征), 一種沖突的單價(jià)刺激(重復(fù)條件下與雙價(jià)刺激有共同特征或轉(zhuǎn)換條件下與雙價(jià)刺激沒(méi)有共同特征)以及沒(méi)有沖突的單價(jià)刺激(重復(fù)條件下與雙價(jià)刺激沒(méi)有共同特征)。結(jié)果顯示, 在三個(gè)實(shí)驗(yàn)中, 符號(hào)、數(shù)字和字母三種任務(wù)在轉(zhuǎn)換條件下的反應(yīng)時(shí)顯著長(zhǎng)于重復(fù)條件, 證明存在轉(zhuǎn)換代價(jià)。更重要的是, 與雙價(jià)刺激有相關(guān)特征的單價(jià)刺激(如實(shí)驗(yàn)1中的字母和符號(hào)刺激)在轉(zhuǎn)換和重復(fù)的條件下存在相似的雙價(jià)效應(yīng)。但是, 與雙價(jià)刺激沒(méi)有相關(guān)特征的單價(jià)刺激(如實(shí)驗(yàn)1中的數(shù)字刺激), 僅僅在轉(zhuǎn)換條件下出現(xiàn)了雙價(jià)效應(yīng), 而在重復(fù)條件下雙價(jià)效應(yīng)則有所減小。這些結(jié)果說(shuō)明沖突對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的產(chǎn)生是必要的, 但是沖突數(shù)量和沖突的來(lái)源并不能影響雙價(jià)效應(yīng)的大小。

2.2 練習(xí)對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響

練習(xí)也是影響雙價(jià)效應(yīng)的重要因素之一。Grundy等人(2013)將顏色、數(shù)字和字母的實(shí)驗(yàn)材料作為單價(jià)刺激, 有顏色的字母材料為雙價(jià)刺激, 結(jié)合事件相關(guān)電位技術(shù)(ERP)研究了雙價(jià)效應(yīng)及練習(xí)對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響。行為和電生理結(jié)果都顯示, 雙價(jià)效應(yīng)隨著練習(xí)的增多而減小。此外, 行為結(jié)果表明顏色任務(wù)存在最大的雙價(jià)效應(yīng)且較不容易受練習(xí)的影響。

練習(xí)對(duì)一致和不一致的雙價(jià)刺激產(chǎn)生的雙價(jià)效應(yīng)有不同的影響。Grundy和Shedden (2014a)對(duì)一致和不一致的雙價(jià)刺激的研究顯示, 一致和不一致的雙價(jià)效應(yīng)隨著練習(xí)增多都會(huì)減小。但隨著練習(xí)增加, 個(gè)體能夠準(zhǔn)確區(qū)分兩種雙價(jià)效應(yīng)并以不同的方式適應(yīng)它們, 主要表現(xiàn)為不一致的雙價(jià)刺激引起的雙價(jià)效應(yīng)較不易受到練習(xí)的影響。

3 雙價(jià)效應(yīng)的理論解釋

3.1 情境捆綁說(shuō)

情境捆綁理論(Episodic context binding)認(rèn)為, 情境的捆綁不僅包含刺激、反應(yīng)和任務(wù)特征, 還包括刺激、反應(yīng)以及任務(wù)加工的情境, 是通過(guò)記憶過(guò)程形成的關(guān)于刺激、反應(yīng)以及任務(wù)加工的復(fù)雜情境表征(Allport & Wylie, 2000; Meier et al., 2009; Meier et al, 2013)。Rey-Mermet和Meier (2012b)的研究證明了情境捆綁說(shuō)在雙價(jià)效應(yīng)中的合理性。在雙價(jià)效應(yīng)的研究中, 所有任務(wù)都使用相同的兩個(gè)按鍵, 因此對(duì)單價(jià)刺激的按鍵反應(yīng)可能會(huì)啟動(dòng)雙價(jià)刺激的加工, 從而引發(fā)認(rèn)知沖突。為了排除反應(yīng)按鍵對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響, Rey- Mermet和Meier (2012b)在研究中設(shè)置了反應(yīng)鍵重疊和非重疊兩種條件。在重疊的條件下, 所有任務(wù)使用相同的兩個(gè)按鍵, 非重疊條件下, 每個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)獨(dú)立的按鍵。結(jié)果表明, 在按鍵重疊與非重疊條件下的所有任務(wù)都存在雙價(jià)效應(yīng)且大小相似, 說(shuō)明雙價(jià)效應(yīng)不受單價(jià)和雙價(jià)刺激之間反應(yīng)鍵設(shè)置的影響, 而是受任務(wù)(或刺激)本身的特征所影響。

根據(jù)情境捆綁說(shuō), 雙價(jià)刺激出現(xiàn)的情境形成的復(fù)雜表征干擾了后面所有單價(jià)任務(wù)的加工, 個(gè)體為了應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜的情境就減慢反應(yīng)速度, 從而引起雙價(jià)效應(yīng)。Meier等人(2013)的研究進(jìn)一步支持了情境捆綁說(shuō)在雙價(jià)效應(yīng)中的加工機(jī)制。研究者以嚴(yán)重失憶癥病人和正常人為被試, 將顏色、數(shù)字和字母任務(wù)作為單價(jià)刺激, 紅色或藍(lán)色的字母為雙價(jià)刺激, 對(duì)比了兩組被試在雙價(jià)刺激后的表現(xiàn)。結(jié)果顯示與單價(jià)block相比, 正常組被試在混合block內(nèi)三種任務(wù)上都表現(xiàn)出反應(yīng)時(shí)持續(xù)減慢, 存在典型的雙價(jià)效應(yīng)。而失憶癥病人只在雙價(jià)刺激后的第一個(gè)任務(wù)中表現(xiàn)出反應(yīng)減慢, 持續(xù)時(shí)間較短。研究者認(rèn)為, 由于失憶癥病人的記憶缺陷, 導(dǎo)致任務(wù)與情境之間的捆綁受到了破壞。

3.2 基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型

基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型(History-dependent predictive model)認(rèn)為, 雙價(jià)效應(yīng)反映了認(rèn)知控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷對(duì)未來(lái)行為的調(diào)節(jié)過(guò)程(Grundy & Shedden, 2014a)。Grundy和Shedden (2014a)使用一致和不一致的雙價(jià)刺激考察了認(rèn)知負(fù)荷對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響, 結(jié)果顯示, 與一致的雙價(jià)刺激相比, 不一致雙價(jià)刺激后引發(fā)了更大的雙價(jià)效應(yīng)且一致和不一致的雙價(jià)效應(yīng)之間存在顯著差異。根據(jù)基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型, 相對(duì)于一致的雙價(jià)刺激, 不一致的雙價(jià)刺激還包含反應(yīng)按鍵的沖突, 因此會(huì)引發(fā)較大的認(rèn)知負(fù)荷從而產(chǎn)生更大的雙價(jià)效應(yīng)。

Grundy和Shedden (2014b)利用ERP技術(shù)為基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。研究者使用新異單價(jià)刺激和新異雙價(jià)刺激(一致和不一致的雙價(jià)刺激)考察了刺激新異性和認(rèn)知負(fù)荷在雙價(jià)效應(yīng)中的作用。研究者以顏色、數(shù)字和字母任務(wù)作為單價(jià)刺激, 紅色或藍(lán)色的字母為雙價(jià)刺激, 古英語(yǔ)字體書寫的字母為新異單價(jià)刺激。行為結(jié)果顯示, 不一致的雙價(jià)刺激引發(fā)了最大的雙價(jià)效應(yīng)。腦電結(jié)果表明, 不一致雙價(jià)刺激引起的腦電差異的時(shí)間窗口最長(zhǎng), 并在背側(cè)前扣帶回(Dorsal anterior cingulate cortex)的激活水平最高。由此不難認(rèn)為, 雙價(jià)效應(yīng)反映了認(rèn)知控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知需求對(duì)行為的調(diào)節(jié)過(guò)程。當(dāng)認(rèn)知需求增加或減小時(shí), 認(rèn)知控制會(huì)隨之改變(Grundy & Shedden, 2014a, 2014b; Sheth et al., 2012)。

綜上, 我們發(fā)現(xiàn)情境捆綁說(shuō)和基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型之間并不互相排斥。情境捆綁假說(shuō)強(qiáng)調(diào)自上而下的認(rèn)知控制在個(gè)體對(duì)“復(fù)雜”情景反應(yīng)調(diào)整中的作用。當(dāng)出現(xiàn)雙價(jià)刺激時(shí), 以往的反應(yīng)經(jīng)驗(yàn)(即剛剛對(duì)某一任務(wù)刺激的加工, 如對(duì)符號(hào)顏色的判斷)會(huì)影響被試對(duì)雙價(jià)刺激的反應(yīng), 要求被試抑制先前加工的反應(yīng)慣性, 保持對(duì)雙價(jià)刺激任務(wù)相關(guān)特征的注意集中。雙價(jià)刺激之后, 個(gè)體并不能立刻從剛剛發(fā)生的復(fù)雜情景中脫離, 對(duì)后續(xù)刺激的加工依然表現(xiàn)出一種“謹(jǐn)慎”的反應(yīng)?；诮?jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型強(qiáng)調(diào)認(rèn)知控制系統(tǒng)對(duì)干擾特征的抑制負(fù)荷隨沖突增大而增大, 從而導(dǎo)致雙價(jià)效應(yīng)增大。這一理論可以解釋反應(yīng)按鍵沖突對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的影響, 但并不能很好地解釋雙價(jià)效應(yīng)的產(chǎn)生。可見(jiàn), 兩個(gè)理論都提及任務(wù)經(jīng)驗(yàn)在雙價(jià)效應(yīng)中的作用, 都認(rèn)為雙價(jià)效應(yīng)反映了認(rèn)知控制對(duì)行為的調(diào)節(jié)。兩者的主要區(qū)別是情境捆綁假說(shuō)認(rèn)為這種調(diào)節(jié)是自上而下的過(guò)程, 是認(rèn)知控制系統(tǒng)對(duì)“復(fù)雜”情景的適應(yīng)性調(diào)節(jié), 與反應(yīng)鍵的沖突無(wú)關(guān)。而基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型則認(rèn)為雙價(jià)效應(yīng)與反應(yīng)鍵沖突有關(guān), 正是反應(yīng)沖突的存在改變了后續(xù)trial的認(rèn)知負(fù)荷, 從而產(chǎn)生雙價(jià)效應(yīng)。

4 雙價(jià)效應(yīng)的生理機(jī)制

4.1 雙價(jià)效應(yīng)的腦區(qū)：背側(cè)前扣帶回的調(diào)控作用

背側(cè)前扣帶回(dACC)在雙價(jià)效應(yīng)中有重要的調(diào)控作用。Woodward, Metzak, Meier和Holroyd (2008)使用功能性磁共振成像技術(shù)(fMRI)研究了雙價(jià)效應(yīng)的腦機(jī)制。首先研究者將混合block內(nèi)的單價(jià)刺激與單價(jià)block內(nèi)的單價(jià)刺激對(duì)比, 結(jié)果顯示, 混合block中的單價(jià)刺激激活了dACC以及前輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(Pre-supplementary motor regions)。同時(shí)研究者將混合block內(nèi)雙價(jià)刺激與單價(jià)block中對(duì)應(yīng)位置的單價(jià)刺激進(jìn)行對(duì)比, 發(fā)現(xiàn)雙價(jià)刺激也激活了dACC, 并與雙價(jià)效應(yīng)(即混合block中的單價(jià)刺激)引起的dACC的激活沒(méi)有顯著差異。Kerns等人(2004)和Woodward, Ruff和Ngan (2006b)使用fMRI對(duì)Stroop任務(wù)中色?詞一致和不一致刺激的研究表明, 之前的沖突刺激會(huì)影響當(dāng)前的任務(wù)并引起dACC的激活。Sheth等人(2012)使用fMRI和單神經(jīng)元記錄相結(jié)合的方法也證明了這一結(jié)果, 即沖突刺激以及沖突后的任務(wù)中都引起了dACC的激活。由此可知, 雙價(jià)效應(yīng)與dACC的激活密切相關(guān)。在任務(wù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中, dACC的作用之一是監(jiān)控環(huán)境中的沖突, 通過(guò)發(fā)出打破任務(wù)慣性的信號(hào)來(lái)適應(yīng)新情境(Woodward et al, 2008)。此外, Woodward等人(2008)的研究結(jié)果是對(duì)沖突監(jiān)控理論的延伸, 當(dāng)沖突存在于之前的任務(wù)中(沖突不是由當(dāng)前的任務(wù)引起)同樣能引起dACC的顯著激活。

除了ACC在雙價(jià)效應(yīng)顯著激活外, 側(cè)顳?頂葉聯(lián)合區(qū)(Temporal-parietal junction)也與雙價(jià)效應(yīng)有關(guān)。Grundy等人(2013)發(fā)現(xiàn)在100~120 ms的時(shí)間窗口, 混合block中的單價(jià)刺激比單價(jià)block中的刺激波幅更負(fù), 源分析顯示, 這個(gè)成分或許反映了TPJ的活動(dòng)。TPJ在早期視覺(jué)加工中有重要作用(Evans, Shedden, Hevenor, & Hahn, 2000), 這說(shuō)明雙價(jià)刺激的出現(xiàn)也影響了認(rèn)知控制系統(tǒng)對(duì)后續(xù)單價(jià)刺激的物理特征的注意與知覺(jué)過(guò)程。

4.2 雙價(jià)效應(yīng)的時(shí)間進(jìn)程：沖突解決之后效

fMRI的研究清楚表明了dACC在雙價(jià)效應(yīng)中的重要作用。基于此, 一些研究將dACC在雙價(jià)效應(yīng)中的時(shí)間進(jìn)程進(jìn)行了進(jìn)一步探究。

首先, 研究者考察了大腦對(duì)雙價(jià)刺激的新異性及雙價(jià)效應(yīng)的早期加工, 以確定新異刺激是否為誘發(fā)雙價(jià)效應(yīng)的直接原因(Metzak, Meier, Graf, & Woodward, 2013; Rey-Mermet & Meier, 2013)。Grundy和Shedden (2014b)研究了新異單價(jià)刺激, 一致以及不一致的雙價(jià)刺激引起的腦電成分的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在刺激呈現(xiàn)后100~120 ms, 混合block中的單價(jià)刺激比單價(jià)block中的刺激波幅更正, 這個(gè)成分反映了TPJ的激活。在刺激呈現(xiàn)后300~550 ms, 混合/新異單價(jià)block中的單價(jià)刺激比單價(jià)block中的單價(jià)刺激波幅更正, 這個(gè)成分與dACC的激活相聯(lián)系。新異單價(jià)刺激只引起了dACC的活動(dòng), 并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)TPJ的激活。可能的原因是, 在混合block中, 對(duì)雙價(jià)刺激兩個(gè)線索的同時(shí)加工加強(qiáng)了對(duì)后續(xù)單價(jià)刺激特征的注意引起了TPJ的活動(dòng)。這說(shuō)明大腦在雙價(jià)效應(yīng)產(chǎn)生的早期階段(即注意調(diào)節(jié)階段)并未關(guān)注雙價(jià)刺激的新異性, 相反, 可能由于認(rèn)知控制系統(tǒng)自上而下的作用關(guān)注后續(xù)單價(jià)刺激的物理特征。此外, 不一致的雙價(jià)刺激之后的單價(jià)刺激引起的dACC的激活更強(qiáng)烈, 且腦電差異的時(shí)間窗口最長(zhǎng)。因此這一結(jié)果支持了基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型。

其次, 研究表明雙價(jià)效應(yīng)與持續(xù)性電位(Sustained potential)對(duì)應(yīng)的沖突解決過(guò)程有關(guān)。Rey-Mermet等(2013)的研究顯示, 雙價(jià)效應(yīng)與刺激呈現(xiàn)之后650 ms引發(fā)的持續(xù)的頂葉正波和額葉負(fù)波相關(guān)。研究者認(rèn)為這個(gè)神經(jīng)信號(hào)反映了SP成分, 而SP成分主要與沖突的解決有關(guān)(Larson, Kaufman, & Perlstein, 2009; Wylie, Javitt, & Foxe, 2003)。在另外兩個(gè)經(jīng)典的任務(wù), Simon和Flanker任務(wù)中也存在沖突解決, 但這兩個(gè)任務(wù)的沖突解決過(guò)程通常與N2成分相聯(lián)系, N2成分主要與反應(yīng)沖突的干擾有關(guān)(Clayson & Larson, 2012; Spapé, Band, & Hommel, 2011)。而在雙價(jià)效應(yīng)的研究中, 并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)N2成分的存在(Rey-Mermet & Meier, 2012a), 這也間接說(shuō)明反應(yīng)沖突對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的出現(xiàn)不是決定性的, 雙價(jià)效應(yīng)可能反映了沖突解決的控制過(guò)程。

再次, 在雙價(jià)效應(yīng)的研究中, 由于雙價(jià)刺激出現(xiàn)的次數(shù)太少(< 20), 研究者沒(méi)有直接將雙價(jià)刺激與單價(jià)刺激的腦電結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。Poulsen, Luu, Davey和Tucker (2005)在任務(wù)轉(zhuǎn)換的范式中發(fā)現(xiàn), 在300~600 ms的時(shí)間窗口內(nèi), 雙價(jià)刺激比單價(jià)刺激的波幅更正。Grundy等人(2013)在同樣的時(shí)間窗口, 發(fā)現(xiàn)混合block中的單價(jià)刺激比單價(jià)block中的單價(jià)刺激波幅更正。雙價(jià)刺激與混合block中的單價(jià)刺激引發(fā)的ERP成分的相似性說(shuō)明, 雙價(jià)刺激和雙價(jià)效應(yīng)引起的沖突之間有重疊的加工過(guò)程。雙價(jià)刺激引起的沖突可能繼續(xù)存在于后面的單價(jià)刺激中, 說(shuō)明認(rèn)知控制的調(diào)整不僅會(huì)影響當(dāng)前沖突加工的表現(xiàn), 也會(huì)影響沖突后的加工(Botvinick et al., 2001; Egner, 2008), 體現(xiàn)沖突解決的后效。

5 小結(jié)與展望

雙價(jià)效應(yīng)具有普遍性和持久性, 會(huì)受到?jīng)_突特性以及練習(xí)的影響。對(duì)雙價(jià)效應(yīng)的理論解釋主要有情境捆綁說(shuō)和基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型, 兩個(gè)理論之間并不互相矛盾。雙價(jià)效應(yīng)的產(chǎn)生與額外視覺(jué)特征的提取及自上而下的認(rèn)知控制的調(diào)整有關(guān)。前者主要與TPJ, 后者主要與dACC以及pre-SMA的激活有關(guān)。盡管當(dāng)前對(duì)于雙價(jià)效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制及可能涉及的腦區(qū)已形成一些認(rèn)識(shí), 但依然存在一些需要進(jìn)一步探索的問(wèn)題。

首先, 雙價(jià)效應(yīng)的來(lái)源尚不清楚。雙價(jià)效應(yīng)指的是雙價(jià)刺激后混合block內(nèi)所有單價(jià)刺激的反應(yīng)時(shí)減慢。以往研究者對(duì)比單價(jià)block和混合block內(nèi)單價(jià)刺激的差異, 而至今沒(méi)有研究將混合block內(nèi)即雙價(jià)刺激前后的單價(jià)刺激進(jìn)行比較。因此不能確定雙價(jià)效應(yīng)是由于雙價(jià)刺激本身還是單價(jià)和混合block之間的差異引起的。將來(lái)的研究可以比較混合block內(nèi)雙價(jià)刺激前后的單價(jià)刺激, 不僅有利于確定雙價(jià)效應(yīng)的來(lái)源, 亦可探索認(rèn)知控制系統(tǒng)在block內(nèi)和block間對(duì)沖突刺激的不同加工過(guò)程。

其次, 雙價(jià)刺激與不一致刺激所產(chǎn)生的沖突后效應(yīng)有何不同？以往研究表明雙價(jià)刺激引起的沖突后減慢具有非沖突性和時(shí)間持久性, 雙價(jià)效應(yīng)可以持續(xù)長(zhǎng)達(dá)20 s。Rey-Mermet和Meier (2016)對(duì)不一致刺激(Stroop、Flanker以及Simon任務(wù))的研究顯示, 不一致刺激引起的沖突后減慢也具有非沖突性和時(shí)間持久性, 但隨著任務(wù)進(jìn)行僅影響與沖突刺激有相關(guān)特征的刺激?？梢?jiàn)兩種沖突刺激引發(fā)的沖突后效應(yīng)極其相似。ERP研究表明, 對(duì)沖突刺激的反應(yīng)會(huì)引起dACC的激活。Stroop、Simon和Flanker任務(wù)涉及的沖突解決過(guò)程通常與N2成分相關(guān), 而對(duì)雙價(jià)刺激的研究尚未發(fā)現(xiàn)N2成分的存在。這說(shuō)明認(rèn)知控制對(duì)雙價(jià)刺激與不一致刺激的調(diào)整可能不同。但目前未見(jiàn)研究者在同一實(shí)驗(yàn)中對(duì)比這兩種沖突刺激及其后效應(yīng)。

最后, 雙價(jià)效應(yīng)關(guān)聯(lián)的腦區(qū)激活和時(shí)間進(jìn)程還需要進(jìn)一步研究。Woodward等人(2008)使用fMRI研究發(fā)現(xiàn), 雙價(jià)效應(yīng)顯著激活了dACC。在任務(wù)轉(zhuǎn)換中dACC對(duì)于打破任務(wù)慣性以調(diào)整反應(yīng)風(fēng)格有重要作用。而根據(jù)Meier等人(2013)提出的情境捆綁理論, 記憶對(duì)情境捆綁的形成有重要作用, 那么雙價(jià)效應(yīng)的產(chǎn)生應(yīng)該會(huì)引起記憶相關(guān)腦區(qū)的激活。因此, 未來(lái)研究有必要結(jié)合fMRI和ERP技術(shù)研究海馬等與記憶相關(guān)的腦區(qū)在雙價(jià)效應(yīng)中的激活情況, 以考察情境捆綁理論的合理性。如果關(guān)于刺激、反應(yīng)以及任務(wù)加工的情境捆綁存在, 那么雙價(jià)效應(yīng)涉及的認(rèn)知控制過(guò)程將不受沖突來(lái)源和沖突數(shù)量的影響, 這一發(fā)現(xiàn)是對(duì)認(rèn)知控制理論的重要擴(kuò)展和延伸。

Allport, A., & Wylie, G. (2000). Task switching, stimulus-response bindings, and negative priming. In S. Monsell & J. Driver (Eds.),(pp. 35–70). Cambridge: MIT Press.

Allport, D. A., Styles, E. A., & Hsieh, S. (1994). Shifting intentional set: exploring the dynamic control of tasks.5), 421–452.

Botvinick, M. M., Braver, T. S., Barch, D. M., Carter, C. S., & Cohen, J. D. (2001). Conflict monitoring and cognitive control.(3), 624–652.

Clayson, P. E., & Larson, M. J. (2012). Cognitive performance and electrophysiological indices of cognitive control: A validation study of conflict adaptation.,(5), 627–637.

Egner, T. (2008). Multiple conflict-driven control mechanisms in the human brain.(10), 374–380.

Egner, T., & Hirsch, J. (2005). The neural correlates and functional integration of cognitive control in a stroop task.(2), 539–547.

Evans, M. A., Shedden, J. M., Hevenor, S. J., & Hahn, M. C. (2000). The effect of variability of unattended information on global and local processing: evidence for lateralization at early stages of processing.,(3), 225–239.

Grundy, J. G., & Shedden, J. M. (2014a). A role for recency of response conflict in producing the bivalency effect.,(5), 679–691.

Grundy, J. G., & Shedden, J. M. (2014b). Support for a history-dependent predictive model of dACC activity in producing the bivalency effect: An event-related potential study.,, 166–178.

Grundy, J. G., Benarroch, M. F. F., Woodward, T. S., Metzak, P. D., Whitman, J. C., & Shedden, J. M. (2013). The Bivalency effect in task switching: Event-related potentials.,(5), 999–1012.

Kerns, J. G., Cohen, J. D., MacDonald III, A. W., Cho, R. Y., Stenger, V. A., & Carter, C. S. (2004). Anterior cingulate conflict monitoring and adjustments in control.(5560), 1023–1026.

Larson, M. J., Kaufman, D. A., & Perlstein, W. M. (2009). Neural time course of conflict adaptation effects on the Stroop task.,(3), 663–670.

Meier, B., Rey-Mermet, A., Woodward, T. S., Müri, R., & Gutbrod, K. (2013). Episodic context binding in task switching:Evidence from amnesia.,(5), 886–892.

Meier, B., Woodward, T. S., Rey-Mermet, A., & Graf, P. (2009). The bivalency effect in task switching: general and enduring.(3), 201–210.

Metzak, P. D., Meier, B., Graf, P., & Woodward, T. S. (2013). More than a surprise: The bivalency effect in task switching.,(7), 833–842.

Poulsen, C., Luu, P., Davey, C., & Tucker, D. M. (2005). Dynamics of task sets: evidence from dense-array event- related potentials.,(1), 133–154.

Rey-Mermet, A., & Meier, B. (2012a). The bivalency effect: Evidence for flexible adjustment of cognitive control.(1), 213–221.

Rey-Mermet, A., & Meier, B. (2012b). The bivalency effect: adjustment if cognitive control without response set priming.(1)50–59.

Rey-Mermet, A., & Meier, B. (2013). An orienting response is not enough: Bivalency not infrequency causes the bivalency effect.,(3), 146–155.

Rey-Mermet, A., & Meier, B. (2014). More conflict does not trigger more adjustment of cognitive control for subsequent events: A study of the bivalency effect.,, 111–117.

Rey-Mermet, A., & Meier, B. (2016). Post-conflict slowing after incongruent stimuli: from general to conflict-specific.,(3), 611–628.

Rey-Mermet, A., Koenig, T., & Meier, B. (2013). The bivalency effect represents an interference-triggered adjustment of cognitive control: An ERP study.,(3), 575–583.

Sheth, S. A., Mian, M. K., Patel, S. R., Asaad, W. F., Williams, Z. M., Dougherty, D. D., … Eskandar, E. N. (2012). Human dorsal anterior cingulate cortex neurons mediate ongoing behavioral adaptation.(7410), 218–221.

Spapé, M. M., Band, G. P. H., & Hommel, B. (2011). Compatibility-sequence effects in the Simon task reflect episodic retrieval but not conflict adaptation: Evidence from LRP and N2.,(1), 116–123.

Woodward, T. S., Meier, B., Tipper C., & Graf, P. (2003). Bivalency is costly: Bivalent stimuli elicit cautious responding.,(4), 233–238.

Woodward, T. S., Metzak, P. D., Meier, B., & Holroyd, C. B. (2008). Anterior cingulate cortex signals the requirement to break inertia when switching tasks: A study of the bivalency effect.,(3), 1311–1318.

Woodward, T. S., Ruff, C. C., & Ngan, E. T. C. (2006b). Short- and long-term changes in anterior cingulate activation during resolution of task-set competition.,(1), 161–169.

Wylie, G. R., Javitt, D. C., & Foxe, J. J. (2003). Task switching: a high-density electrical mapping study.,(4), 2322–2342.

Bivalency effect and its cognitive mechanism

DU Weiwei1; SONG Ting1; LI Fuhong2

(1Research Center of Brain and Cognitive Science, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China) (2School of Psychology, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China)

In task switching, a stimulus containing the features of the current task and the associated features of another task is defined as a bivalent stimulus. Exposure to bivalent stimuli affects the processing of univalent stimuli, slowing the response to all subsequent univalent stimuli. This phenomenon is called the bivalency effect. Researchers have found that the bivalency effect is generally and stably observed among various tasks. The theoretical explanation of the bivalency effect mainly comprisesand the. The generation of the bivalency effect is related to the extraction of additional visual features and top-down adjustment of cognitive control. The former is mainly related to activation of the temporal-parietal junction, while the latter is mainly related to activation of the dorsal anterior cingulate cortex and the pre-supplementary motor regions.

bivalency effect; conflict; cognitive control; dorsal anterior cingulate cortex; cognitive mechanism

10.3724/SP.J.1042.2018.01969

2017-11-13

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31571118)資助。

宋婷和杜瑋瑋為共同第一作者。

李富洪, E-mail: lifuhong@jxnu.edu.cn

B842