言語工作記憶的保持對時間知覺的影響

畢翠華　黃希庭

摘要 采用工作記憶和時間判斷的雙任務范式，探討了言語工作記憶的保持過程對時間知覺的影響。研究中操作記憶負荷和任務之間的時間間隔（ISI：記憶刺激消失到時間判斷任務開始之間的時間間隔）。結果發現，記憶負荷越大，知覺到的時間越短，韋伯比例越低，反應時間越長；ISI越短，知覺到的時間變短，反應時間越長，這表明知覺時間和反應決策是一致的，不存在累加時間和反應判斷之間的trade-off。但是記憶負荷和IsI的交互作用不顯著。結果表明記憶負荷和IsI以不同的方式影響時間判斷，言語工作記憶的保持和時間加工共享工作記憶資源。關鍵詞言語工作記憶，保持過程，時間知覺，工作記憶資源。

分類號 B842.3

1 引言

人們對時間的加工經常受到非時間信息的干擾，很多研究者都從注意的角度來解釋預期式任務中計時成績的下降。注意閘門模型（attentional-gatemodel）整合了內部時鐘模型和注意模型，指出時間加工器和刺激加工器受到注意“閘門”的調節，分配給時間任務的注意資源越多，閘門打開的程度越大，更多的脈沖從起搏器進入累加器，知覺的時間長；反之，分配給時間任務的注意資源越少，累加的時間信息少，人們知覺到的時間變短（Zakay&Block，1997）。時間加工和注意的關系已經得到了大量研究的證明（Grondin，2010；Thomas&Weaver，1975）。近年來擴展的資源分配模型指出時間信息與非時間信息加工除了共享一般的注意資源，還共享工作記憶資源以及監控和分配這些資源的系統（Buhusi&Meek，2009）。

如果某一任務占有工作記憶資源，導致存儲脈沖的數量減少，使得人們低估時間，那么就可以說工作記憶能夠影響時間估計。Fortin實驗室的研究者對此問題進行了一系列的研究。Fortin，Rousseau，Bourque和Kirouac（1993）采用記憶搜索和時間估計的雙任務范式，首先以1個/s的速度呈現0-9個阿拉伯數字，刺激的數量為1-6個（短時記憶任務），要求被試記住每個數字，然后產生2秒的時間，在計時開始500ms后，出現1個探測數字，如果探測數字在記憶集中出現過，就在2秒時間結束時按右鍵，如果探測數字沒有出現過，就按左鍵。結果發現，隨著刺激數量的增加，產生的時間越長；而涉及少量短時記憶的視覺搜索任務對時間加工的影響較小；僅涉及一般注意資源的視覺搜索對產生的時間無影響。研究者進一步發現，當記憶刺激消失后，被試先完成時間估計任務，最后再完成記憶探測任務時，產生的時間不受記憶負荷的影響（Fortin&Breton，1995）。這說明短時記憶對時間加工的影響發生在主動性加工階段（即提取階段，指產生時間的過程中完成記憶搜索任務）而不是保持階段（指時間產生過程中僅保持記憶項目，時間任務完成后再完成記憶搜索任務），這一結果得到了后續很多研究的證明（Fortin，1999；Fortin，Champagne，&Poirier，2007；Fortin&Rousseau，1998；Fortin，Schweickert，Gaudreault，et al.，2010）。

但Fortin及其同事的研究存在一定的局限。首先，在刺激材料上，Fortin等以字母或數字作為記憶材料，發現記憶信息的保持不影響估計的時間，而其他研究發現，當記憶材料為音高、時距（Field&Groeger，2004），或者為抽象的圖形（Bi，Yuan，&Huang，2013），記憶信息的保持延長了估計的時間。言語工作記憶僅是工作記憶的一種，除此之外，工作記憶還包括視覺、空間信息；以及聽、嗅、味等多種記憶類型（Baddeley，2010；Baddeley，2012）。不同類型的記憶刺激具有不同的存儲和保持機制，因此言語信息對時間估計的結果不一定能推廣到其他記憶材料上。其次，國內的研究者（尹華站，李丹，黃希庭，2011；尹華站，黃希庭，李丹，蘇琴，李波，2012）在時間任務中采用1-6秒的時距，操作編碼階段的記憶負荷，發現1-3秒的時間復制成績不隨記憶負荷的大小而變化，4-6秒的時距估計隨著記憶負荷增大而縮短。這表明工作記憶信息保持對秒上的時距加工的影響具有選擇性。以上分析說明，工作記憶信息保持與時間估計的關系與記憶刺激的類型以及由此涉及的加工過程、時距范圍等因素有關（畢翠華，黃希庭，2012）。

已有研究者用產生法或復制法，探討的是秒以上的時間范圍內，工作記憶信息保持對時間估計的影響，工作記憶信息的保持能否影響毫秒范圍內的時間知覺？Rammsayer和Ulrich（2005）采用記憶搜索和時間比較的雙任務范式，發現當被試在時間判斷過程中保持字母，時間判斷的成績不受記憶負荷的影響。Rammsayer和Ulrich（2011）發現詞語的保持僅延長了時間判斷的反應時間，但對知覺的時間無影響。這兩項研究表明，工作記憶信息的保持也不影響毫秒范圍的主觀時間。但Rammsayer等要求被試在所有時間任務結束后再回憶信息，這類記憶任務涉及長時記憶的參與，很難確定短時間內的信息保持是否影響時間知覺。

本研究采用工作記憶中常用的變化覺察范式，該范式包括三個階段：（1）記憶階段，向被試呈現1個或多個視覺刺激（記憶項），并要求被試記住；（2）保持階段，記憶項消失后，被試通過復述保持記憶項中的信息；（3）檢測階段，向被試呈現1個或多個視覺刺激（檢測項），要求被試判斷其與記憶項“相同”還是“不同”。該范式通過操作記憶項的個數、特征（記憶負荷）和保持時間，能夠有效考察各階段的心理加工特點。時間任務采用時間知覺研究領域中的兩分法（time bisection task），以主觀相等點和韋伯比率為指標，能夠反映出被試對目標時間的低估或高估。

除了記憶負荷，本研究還操作了記憶信息的編碼水平。本實驗假設記憶材料消失后，記憶負荷起作用，那么ISI越短，記憶負荷對時間知覺的影響越大；隨著ISI延長，記憶負荷的作用降低。

2 實驗過程

2.1 被試

在校大學生24名（男生10名，女生14名），年齡在18-24歲，平均年齡21.9歲，視力或矯正視力正常，無色盲或色弱。實驗后給予適量報酬。

2.2 儀器和材料

運用E-prime心理實驗軟件編寫程序，呈現刺激的儀器為17英寸顯示器，電腦屏幕的分辨率為1024×768像素，刷新頻率為85Hz。被試距離電腦屏幕57cm，屏幕背景為黑色。記憶的材料為1-9個阿拉伯數字，每個數字的大小為1.2°×1.5°，顏色為白色，屏幕背景為黑色。低負荷任務是讓被試記憶2個數字，2個數字出現在二維矩陣中的左中和右中位置；高負荷任務是讓被試記憶4個數字，4個數字分別呈現在二維矩陣中的左上、右上、左下和右下位置（水平和垂直視角各為8°）。每種記憶負荷條件下，數字的值都是不同的，隨機在9個數字中選擇。各個數字出現的頻率進行充分平衡。探測數字與記憶數字完全相同和稍有不同的比例各占50%，時間任務的圖形為白色正方形，大小為3.5cm×3.5cm。

2.3 設計與程序

實驗采用2（記憶負荷：2個、4個數字）×3（ISI：50ms，200ms，1500ms）×7（時距：400ms，600ms，800ms，1000ms，1200ms，1400ms，1600ms）的被試內設計。ISI指記憶刺激消化后到時間判斷任務開始之間的時間間隔。

練習實驗包括2個階段。首先呈現400ms和1600ms的白色正方形，各呈現6次，讓被試學習“短”和“長”的標準時間。然后進入第二個練習階段，此階段的任務與正式實驗相同：首先呈現2個或4個數字，要求被試盡快記住它們。然后出現白色正方形，要求記住它呈現的時間，“？”出現時判斷其與“短”的標準時間接近就按“1”鍵，與“長”的標準時間接近就按“3”鍵。最后完成記憶探測任務，如果探測刺激與開始記憶的數字完全相同，就按“z”鍵，如果稍有不同，就按“c鍵”。左手的中指和食指分別放在z、c鍵上，右手的食指和中指分別放在小鍵盤的“l”、“3”鍵上。”按鍵反應在被試間平衡。每個任務的反應之后都給予“正確”或“錯誤”的反饋。實驗開始前告知被試在判斷準確的前提下，盡快地作出反應。

練習的正確率達到80%以上方可進入正式實驗。正式實驗中，6種實驗處理在每個時距下各重復8次，共336個trial（3×2×7×8），分為4個 block，每個block之前都要求被試重新熟悉“長”、“短”的標準時間，各呈現4次。處理水平的組合在被試內完全平衡，隨機呈現。每個block之間自行休息1-2分鐘，整個實驗共需45分鐘左右。以低負荷條件為例，實驗流程見圖1。

3 結果與分析

3.1 記憶任務的結果

正確率上，各種效應都不顯著。反應時上，記憶負荷的主效應顯著，F（1，23）=201.25，p<0.001，η²_p=0.90，低負荷和高負荷條件下再認的反應時分別為818.02±37.27ms，1043.23±45.06ms；其他作用不顯著（p>0.05）。記憶負荷對正確率無影響，但影響了反應時間，記憶負荷越大，反應時越長。結果表明記憶負荷越大，記憶任務越難，記憶負荷的操作是有效的。

3.2 時間判斷任務的結果

3.2.1 時間判斷的主觀相等點

與已有的數據選擇標準一致，本研究只分析記憶任務中反應正確的trial，因為正確的反應能夠確保被試有效地保持記憶信息。反應時數據中剔除3個標準差以外的極端數據。

使用Sigmaplot10.0和SPSS15.0分析數據。以時距為橫坐標，以被試反應為“長”的比率為縱坐標，得到不同負荷和不同ISI條件下的梯度曲線（圖2和圖3），由圖可知隨著時距的不斷增加，被試判斷為“長”的比例不斷增大。

主觀相等點反應了知覺時間的準確性。用Sig-maplot10.0分別將每名被試的數據擬合成一條Sig.moid曲線，Sigmoid曲線中50%的點所對應的時距即為該被試的主觀相等點（point of subjective simulta-neity，PSS）。計算每個被試的PSS，然后以每個被試在每種條件下的PSS作為分析的數據。兩因素重復測量方差分析的結果表明，記憶負荷的主效應顯著，F（1，23）=4.42，p<0.05，η²_p=0.16，低負荷比高負荷的主觀相等點更短；ISI的主效應顯著，F（2，46）=11.97，p<0.001，η²_p=0.34。對ISI進行事后比較，發現隨著ISI的增加，主觀相等點逐漸減小。記憶負荷和ISI的交互作用不顯著，F（2，46）=1.28，p>0.05。

3.2.2 時間判斷的韋伯比例

記憶負荷的主效應顯著，F（1，23）=7.30，p<0.05，η²_p=0.24，低負荷比高負荷的韋伯比例更低；ISI的主效應不顯著，F（2，46）=0.54，p>0.05；記憶負荷和ISI的交互作用不顯著（F_s<1）。

3.2.3 時間判斷的反應時

記憶負荷的主效應不顯著，F（1，23）=1.30，P>0.05；ISI的主效應顯著，F（2，46）=3.24，p<0.05，η²_p=0.13，事后比較發現，50ms和200ms，50ms和1500ms條件下的反應時差異顯著，而200ms和1500ms之間的差異不顯著。

4 討論

被試在保持數字的過程中，完成時間判斷任務，結果發現，記憶的數字越多，記憶負荷高，知覺到的時間越短，表現為主觀相等點右移，反之，記憶的數字少，知覺到的時間長。并且，記憶負荷越低，韋伯比例越小，表明被試對時間的辨別力越強。

本研究發現記憶負荷能夠影響時間知覺，表明工作記憶信息的保持干擾了時間知覺，這與已有的研究不一致（Rammsayer&Ulrich，2005；Rammsayer&Ulrich，2011）。不同研究的差異不可能是由記憶任務的難度造成的，因為已有的研究中記憶任務的正確率僅為80%（Rammsayer，et al.，2005）或50%（Rammsayer，et al.，2011）左右，本研究中，高記憶負荷的正確率已達96%，記憶任務更簡單。分歧的原因可能與呈現時距的通道、記憶任務的操作有關。首先，Rammsayer等（2005，2011）以聽覺呈現時距，本研究用視覺呈現時距，人們對短時間的聽覺時間比視覺時間更準確（黃希庭，鄭云，1993；Pen-ney，Gibbon，&Meck，2000；Penney&Tourret，2005；Stauffer，Haldemann，Troche，&Rammsayer，2012），聽覺呈現的時間更容易捕獲注意，相對視覺，受到額外刺激的影響較小。其次，Rammsayer等（2005）的工作記憶任務采用Steinberg系列短時記憶任務，數字以1個/800ms的速度相繼呈現；而Rammsayer等研究（2011）中，實驗結束后被試回憶記住的單詞。這兩項研究中，被試需要不斷地復述，把信息從短時記憶轉到長時記憶，長時記憶的參與可能降低了工作記憶在時間知覺中的作用。因此不同的記憶任務操作可能是造成本研究與已有研究的結果出現差異的原因。

本研究還發現，保持的時間越短（ISI越短），知覺到的時間短，導致主觀相等點的右移，反應時也增加，說明知覺時間和反應決策是一致的。記憶負荷和ISI在主觀相等點、韋伯比例和反應時上的交互作用都不顯著，表明記憶負荷和ISI以獨立的方式影響時間知覺。本研究中，實驗后調查發現，79.2%的被試報告在看到數字的時候，出聲讀出來更容易記住。對數字的編碼和保持占有語音環，只要語音環被占有，無論ISI的長短，記憶信息都影響時間知覺。說明當被試積極地加工言語信息時，語音環也參與時間加工（Franssen，Vandierendonck，&vanHiel，2006）。言語策略的使用可能是言語保持影響時間知覺的主要原因。

而ISI對時間知覺的影響可能與任務切換效應（task-switching）有關：前一個任務消耗了部分注意資源，當兩個任務時間間隔短時，注意資源未來得及從前一個任務轉移到第二個任務，進而干擾了第二個任務成績（Koch，2005；Monsell，2003）。ISI越短，心理資源從記憶任務轉移到時間任務越困難。導致時間任務的心理資源減少，而隨著ISI增加，被試有足夠的時間把記憶信息存儲起來，進行時間判斷任務時，能夠集中精力完成計時任務，因此知覺到的時間長，反應時也短。

綜合來看，無論ISI的長短，記憶信息都影響時間知覺，說明言語工作記憶任務和時間知覺共享工作記憶的語音環。而ISI對時間知覺的影響是由于中央執行功能在任務之間協調資源的不足，任務轉化困難造成的。本研究說明記憶負荷和保持時間通過占有不同的工作記憶子成分，進而影響時間知覺。研究中也存在一定的局限，首先，沒有發現記憶負荷和ISI的交互作用，可能是ISI的設定太少，今后可以增加ISI，繼續探索言語工作記憶影響時間知覺的具體機制，并借助時間分辨率高的ERP技術進一步探討言語信息的保持過程影響時間知覺的時間進程。其次，采用不同的研究方法，涉及到的加工過程不同，當采用時間信息加工的其他方法時，結論是否具有一致性，仍需要今后進一步探索。

5 結論

本研究采用雙任務范式，發現言語工作記憶負荷和保持時間都會影響時間知覺，記憶負荷越大，保持時間越短，知覺到的時間越短，反應時更長。表明言語信息的保持能夠影響時間知覺，言語工作記憶與時間加工共享工作記憶資源。