1～6秒時距認知分段性特征*

尹華站 李 丹 陳盈羽 黃希庭

(1重慶師范大學教育科學學院, 重慶沙坪壩 401331) (2西南大學心理學部, 重慶北碚 400715)

1 前言

自上世紀八九十年代以來, 研究者開始系統關注一個重要的科學問題：數秒以內時距認知是否具有分段性？對于不同時距, 人們加工機制和表征方式不同, 這稱為時距認知的分段性(黃希庭, 李伯約,張志杰, 2003)。迄今為止, 圍繞這一主題, 學術界涌現出兩類假說：非分段性假說和分段性假說。前者主張不同長度的時距認知機制一致(Church,1984), 后者則主張不同長度時距認知的機制不一致,分界點涉及3～5 s、2～3 s、1 s、1/2 s及1/3 s等(Fraisse,1984; Musterberg, 1889; Lewis & Miall, 2003a; Michon,1985; P?ppel,1997)。近些年來, 研究者對1 s以內與1 s以上之間的加工機制差異探討較多(Cellini, Fabbri,Martoni, Tonetti, & Natale, 2014; Cordes, & Meck,2014;Gupta, 2014; Hayashi, Kantele, Walsh, Carlson,& Kanai, 2014), 而對1 s以上時距認知的分段性問題的探討方興未艾。基于此, 本研究主要探討1 s以上時距認知的分段性問題, 這不僅為兩類假說提供可能新證據, 繼而為徹底揭示1 s以上時距認知機制奠定初步基礎, 而且也為人類合理運用時距認知規律, 指導生活實踐提供理論參考。

分段性假說主要體現在Fraisse和P?ppel等的觀點上。Fraisse指出, 時間知覺范圍大約過了上述限度, 我們對持續時間的認知就不是對現實的復制,而只能對長時記憶進行重構, 這是時間估計或時間記憶(Fraisse, 1984)。時間知覺與“知覺到的現在”的內涵大致相同。P?ppel認為“知覺到的現在”的上限就是意識的限度, 在該限度內, 相繼的事件信息可以被整合成為一個單元, 或一個“格式塔” (gestalt),在這個格式塔所決定的時間范圍內, 意識才得以體現。意識的限度約為3 s鐘, 不同人“知覺到的現在”是不同的, 有的人為2 s, 有的人可能是4 s (P?ppel, 1997)。

不同領域的研究均提供了1 s以上時距認知具有分段性的證據。在一系列涉及動作事件任務、語言加工任務、感覺運動同步任務、雙可圖識別任務及節奏感識別任務的研究中, 發現2～3 s可能是一個關鍵的時間節點(Schleidt, Eibl-Eibesfeldt, & P?ppel, 1987;Kien & Kemp, 1994; Mates, Müller, Radil, & P?ppel,1994; Gomez, Argandona, Solier, Angulo, & Vazquez,1995; Szelag, 1997; Szelag, von Steinbüchel, Reiser,Gilles de Langen, & P?ppel, 1996; Szelag, Kowalska,Rymarczyk, & P?ppel, 1998)。當然, 一系列采用心理物理法的時間信息加工研究也提供了類似的證據。研究發現, 500 ms至2 s標準時距的韋伯系數是相當穩定的(Kristofferson, 1976), 對于人類而言, 估計200 ms至2 s范圍內的時距, 韋伯系數大約是標準時距的10% (Hirsh, Monahan, Grant, & Singh, 1990)。同時在另一些研究中發現標準時距長于2～3 s時,韋伯系數會顯著地增加, 這可能意味著人類對估計時距的敏銳性在2 s以上會發生改變(Woodrow, 1930)。另外, 腦損傷研究(Kagerer, Wittmann, Szelag, & von Steinbüchel, 2002)、藥理學研究(Wittmann et al., 2007)、ERP研究(Elbert, Ulrich, Rockstroh, & Lutzenberger,1991)等均證實了1 s以上時距認知具有分段性, 分段臨界點大約在2～3 s。

非分段性假說則體現在Church (1984)等的觀點上。這一觀點雖然沒有直接斷定數秒以內時距認知不具有分段性, 但都主張數秒以內時距加工機制均采用以“內部時鐘”為核心思想的系列模型來解釋, 譬如標量計時模型。該模型認為人類判斷時間包括時鐘、記憶和決策三個水平。時鐘階段通過起搏器以一定的頻率產生脈沖, 在起搏器和累加器之間有一開關, 注意時間特征時開關閉合, 脈沖通過開關進入累加器。累加器對脈沖進行累加。記憶階段由工作記憶和參照記憶組成, 累加器把有關的時間信息傳送至工作記憶和參照記憶中, 并形成相應的時間表征。決策階段主要對工作記憶中的當前時距和參照記憶中的時距表征進行比較, 進而完成判斷(Church, 1984)。當然, 在一項元分析研究(Eisler,1976))、雙任務研究(Fortin & Couture, 2002)和ERP研究(Gibbons & Rammsayer, 2004)中沒有發現1 s以上時距認知具有分段性的證據。

綜上所述, 目前關于1 s以上時距認知的分段性(2～3 s的分段臨界點)的證據仍存在分歧。本研究擬準備采用兩條較新穎的途徑探討該問題。第一條途徑是通過比較高、低工作記憶容量(memory working capacity, WMC)的被試在完成1～6 s時距加工的表現來推斷時距認知的分段性。WMC是指個體進行在線信息加工過程中同時保持的信息量, 這一指標可以綜合體現個體的工作記憶存儲能力、信息加工效率及注意控制能力(McCabe, Roediger, McDaniel,Balota, & Hambrick, 2010)。第二條途經是通過比較被試在完成1～6 s時距加工的通道效應(視覺和聽覺)來推斷時距認知的分段性。回顧以往文獻, 僅有一項研究采用過這兩條途經(Ulbrich, Churan, Fink, &Wittmann, 2007)。在這項頗具代表性的研究中, Ulbrich等招募了21至84歲的被試, 然后采用Corsi-block測試甄別出高低空間WMC的兩組被試, 比較這兩組被試對1～5 s的聽覺和視覺時距進行復制的成績,結果發現復制聽覺時距時, 兩組被試在1～3 s差異不顯著, 在4 s和5 s WMC大的被試復制時距長; 復制視覺時距時, 兩組被試在1 s、2 s和4 s差異不顯著,在3 s和5 s WMC大的被試復制時距長。然而, Ulbrich等(2007)研究可能存在有待商榷之處。(1)被試的篩選：在Ulbrich等(2007)的實驗中, 篩選出的高、低WMC被試僅是根據兩組被試在Corsi-block測試得分上存在統計學差異, 這不意味著兩組被試是“真正”的高、低WMC個體。(2)WMC的測量：Corsi積木測驗是測量視覺一空間工作記憶容量的經典任務, 主要應用于測量成年人(Smyth & Scholey, 1992)、兒童(Orsini, Schiappa, & Grossi, 1981)和神經心理障礙患者(Vilkki, Hoist, ?hman, J., Servo, & Heiskanen,1989)的視空間工作記憶。而在Ulbrich等(2007)的實驗中涉及視覺和聽覺信號的呈現, 所以要測量工作記憶容量就必須兼顧視覺工作記憶和聽覺工作記憶兩個方面更為合適。(3)額外變量的干擾：不能排除生理節律等無關因素的干擾。在Ulbrich等(2007)的實驗中, 高WMC組年齡顯著小于低WMC組。年老被試的生理節律周期也下降了, 因此年老被試在復制任務中低估時距, 也可能是由于內部時鐘(與生理節律成正相關)速度變慢的影響所致(Block,Zakay, & Hancock, 1998)。

基于此, 本研究擬設計實驗1(時間復制任務)和實驗2(時間產生任務)來探討1 s以上時距認知的分段性問題。實驗1在Ulbrich等(2007)研究的基礎上進行了三個方面的改變：其一, 自變量的測量。在一項研究中, 自變量的測量應該與該研究的目的是一致的。Corsi積木測驗是測量視覺一空間工作記憶容量的經典任務, 主要應用于測量成年人(Smyth &Scholey, 1992)、兒童(Orsini et al., 1981)和神經心理障礙患者(Vilkki et al., 1989)的視空間工作記憶。本研究的目的之一是在于考察不同工作記憶容量的個體在完成視覺和聽覺通道計時任務的表現, 所以要測量出來的工作記憶容量就必須兼顧視覺工作記憶和聽覺工作記憶兩個方面。操作廣度任務和對稱廣度任務恰好分別就是兩種常見的聽覺工作記憶任務和視覺工作記憶任務, 且經常被研究者搭配使用(Conway et al., 2005; Unsworth, Redick, Heitz,Broadway, & Engle, 2009)。其二, 自變量水平的操縱。在Ulbrich等(2007)的實驗中, 對WMC的操縱僅是根據Corsi-block測試得分上統計學差異而區分出高、低WMC兩個水平, 這樣未必能夠充分體現自變量的效應。所以, 本研究通過收集大樣本正常成年個體的WMC數據, 期待尋找符合正態分布的樣本群體, 以確保找到“真正”意義的高、低WMC組被試, 對WMC的水平進行充分的操縱; 其三,額外變量的控制。為了避免生理節律(內部時鐘等)的差異所帶來的對復制時距的額外影響, 本研究盡可能采用年齡相對較小、年齡區間相對較窄的被試群體(19～35歲), 而Ulbrich等(2007)的實驗被試年齡跨度為21～84歲。根據Fraisse和P?ppel的理論假說, 2～3 s以上時間估計受工作記憶及信號通道的影響, 2～3 s以下時間知覺少受注意和工作記憶及信號通道的影響, 那么實驗1可以預期高WMC的個體較低WMC的個體復制2～3 s以上時距會更長,而復制2～3 s以下時距不存在顯著差異。復制2～3 s以上的聽時距較視時距更長, 復制2～3 s以下的聽時距與視時距無顯著差異。Baudouin, Vanneste, Isingrini和Pouthas (2006)認為不同時間估計方法基于不同加工機制, 時間產生法主要與內部時鐘的速度和注意監控有關, 而時間復制法更多地依賴于注意監控和工作記憶。實驗2擬要求被試完成時間產生任務,旨在為時距加工分段性尋找新的證據。實驗2預期高WMC的個體較低WMC的個體產生2～3 s以上時距會更短, 而產生2～3 s以下時距不存在顯著差異。產生2～3 s以上的聽時距較視時距更短, 產生2～3 s以下的聽時距與視時距無顯著差異。

2 實驗1 1～6 s時距復制加工分段性特征研究

2.1 目的

實驗1以高、低WMC組的個體為被試, 要求他們完成1～6 s的聽時距和視時距復制任務, 為1 s以上時距認知的分段性提供新證據。

2.2 方法

2.2.1 被試

本實驗中招募的被試是來自事先通過測試被區分出的低WMC和高WMC兩組群體。所有被試都來自重慶市沙坪壩區大學城虎溪校區的當地社區的居民或者重慶師范大學、重慶科技學院、重慶醫科大學等學校的在校本科生, 年齡介于19～35歲,均簽訂了知情同意書。為了篩選“真正”的高WMC和低WMC個體, 課題組曾花費1年多時間收集了1000多名被試的WMC測驗的數據(操作廣度任務和對稱廣度任務得分), 這些分數一致被認為呈現出正態分布。

操作廣度任務和對稱廣度任務均是把WMC界定為一種與執行控制有關的領域普適性能力的常用測試(Conway et al., 2005; Unsworth et al., 2009)。操作廣度任務是一項針對WMC的言語測試。在測試中, 首先給被試學習一系列聽覺呈現的字母(譬如F, H, J, K, L, N, P, Q, R, S, T和Y), 然后, 安排被試完成3～7個方程式(每次測試中學習與回憶之間的方程式數量是隨機變化的), 繼而要求被試通過鼠標在一個4×3的填滿12個字母的柵格中按鍵, 以按著原來順序回憶剛才學習的字母。為了保證所回憶字母的相對位置, 當被試對某一個字母不能回憶時,按空格鍵代替(Unsworth, Heitz, Schrock, & Engle,2005)。在該測試中, 采用嚴格的系列位置計分法,在1個正確的系列中報告正確1個項目得1分。譬如, 如果學習的字母是JRKT, 報告“JRK”得3分,報告“空格鍵RKT”得3分, 但報告“RKT”得0分。計分由計算機程序自動完成。這種評分方法產生的WMC分數已被證明具有良好的信度和效度(Conway et al., 2005)。操作廣度任務的得分范圍為(0, 75)。

對稱廣度任務是一項針對WMC的視覺空間測試。在測試中, 首先給被試學習一系列依次出現在一個4×4柵格中的紅色正方形, 然后, 安排被試完成2～5次黑白圖片對稱判斷(每次測試中學習與回憶之間的對稱圖形判斷數量是隨機變化的), 繼而要求被試通過鼠標在一個4×4的空柵格中按鍵, 以按著原來順序回憶剛才學習的紅色方塊。為了保證所回憶紅色方塊的相對位置, 當被試對某一個方塊不能回憶時, 按空格鍵代替(Unsworth et al., 2009)。在該測試中, 采用嚴格的系列位置計分法, 在1個正確的系列中報告正確1個項目得1分。譬如, 如果學習的紅色正方形是□□□□, 報告□□□(三個正方形位置均正確, 且屬于前三個正方形的位置)得3分, 但是報告□□□(三個正方形位置均正確, 但不屬于前三個正方形的位置, 而是后三個正方形的位置)得0分, 然而報告成“空格鍵□□□” (三個正方形位置均正確, 且是后三個正方形的位置)依然可得3分。對稱廣度任務得分范圍為(0, 42)。

所有被試在兩項WMC任務得分如下(原始分數)：操作廣度作業：M=59.75,SD=12.15, 對稱廣度作業：M=28.64,SD=8.49。兩項WMC任務之間得分相關顯著,r=0.58,p< 0.001。每個被試每項WMC任務的得分都被轉化為Z分數, 繼而求得兩項WMC任務的Z分數平均值, 形成復合Z得分。依照個體復合Z分數在所有復合Z分數分布中所處的位置, 篩選出高WMC個體和低WMC個體, 復合Z分數最高的25%為高WMC組, 最低的25%為低WMC組。之后實驗1、2的被試均從篩選出的高WMC組和低WMC中隨機選取。

最后確定參加實驗1的被試44名(22名高WMC,12名女性; 22名低MWC, 14名女性)。兩組被試在WMC得分上差異顯著,t(42)=?15.24,p< 0.001 (高WMCM=0.99,SD=0.18; 低WMCM=?1.18,SD=0.22)。所有被試均熟悉計算機基本操作, 事先并不知道實驗目的, 也未參與過類似實驗, 并被告知實驗結束之后會獲取一定費用。被試無既往精神疾病或神經功能障礙史, 均為右利手。

2.2.2 設備和刺激材料

奔騰Ⅳ (1024 MB內存64 MB顯存3.2 GHz處理器, 21″顯示器, 1024×768分辨率)一臺, 標準MS鍵盤。采用E-Studio (E-prime V2.0)編寫實驗程序,并收集數據。為了避免被試容易疲勞, 且研究發現無意識顏色知覺對時距判斷無顯著影響(Hays,Huybers, & Varakin, 2014), 實驗將Ulbrich等(2007)研究中編碼階段和復制階段的白色刺激和黃色刺激分別調整為黑色正方形和灰色正方形, 正方形的邊長為1 cm; 聽覺材料為通過揚聲器(SONY CD 450)呈現的響度為45 dB的, 頻率分別為1000 Hz和1200 Hz的正弦波。

2.2.3 實驗設計

采用2×2×6混合設計。WMC (高、低)為被試間變量, 通道(視覺、聽覺)和時距長度(1 s、2 s、3 s、4 s、5 s和6 s)為被試內變量。因變量指標是平均時間復制長度、時間復制準確性和時間復制變異性。平均時間復制長度, 即每一種客觀時距條件下, 多次復制的平均值; 準確性用復制比率表示, 即每一種條件下主觀復制時距長度除以客觀時距長度, 復制比率大于1表明高估時間, 小于1表明低估時間, 等于1表明準估時間; 變異性用變異系數表示, 即每一種條件下主觀復制時距標準差除以平均值, 變異系數越大意味著變異性越大。

2.2.4 實驗程序

練習階段開始之前, 通過指導語告知被試在時距加工過程中不要采用數數等策略, 這種方法已經在以往研究中被證實是預防數數策略最有效的(Rattat & Droit-Volet, 2012)

刺激流程如圖1所示, 首先在屏幕中央呈現一個紅色詞組”準備”, 待被試準備好之后, 按回車鍵繼續實驗。空屏500 ms后, 出現一黑色正方形(或1000 Hz的純音), 黑色正方形(純音)呈現的總時間隨機選取1～6 s時距之一, 要求被試記住黑色正方形(純音)呈現的整體時間長度。接著空屏1500 ms,最后屏幕上立刻出現一個灰色正方形(或1200 Hz的純音), 當覺得灰色正方形和黑色正方形(或兩個純音)持續時間相等時, 按回車鍵。練習實驗時, 每個被試完成12種處理的測試, 每種測試重復2次,共計24次。目的在于讓被試熟悉實驗刺激的流程。正式試驗階段, 包括4個視覺復制任務組塊和4個聽覺復制任務組塊, 每個組塊30次測試, 總共需要完成240次測試, 視覺復制任務組塊和聽覺復制任務按照ABBA的順序在被試間平衡, 整個實驗過程大概持續約40～50 min。實驗結束之后, 主試對實驗過程(如是否出現疲勞、誤答、程序顯示及任務完成過程中的感受問題)進行詢問和記錄。

圖1 實驗1的刺激流程

2.3 結果與分析

以平均時間復制長度為指標, 進行WMC (被試間變量)、通道(視覺、聽覺)和時距長度(被試內變量)的重復測量方差分析(見圖2)。結果表明, WMC主效應顯著,F(1,43)=20.01,p< 0.001,=0.34。時距長度主效應顯著,F(5,215)=737.72,p< 0.001,=0.42。事后檢驗發現, 6 s的平均時間復制長度依次顯著長于5 s、4 s、3 s、2 s及1 s,ps < 0.001。通道主效應顯著,F(1,43)=13.33,p< 0.001,=0.36。WMC與時距長度交互效應顯著,F(5,215)=5.68,p<0.001,=0.51。簡單效應分析發現, 1 s和2 s條件下, 高低WMC組復制時間無顯著差異,ps> 0.05。3 s、4 s、5 s及6 s條件下, 高WMC組復制時間顯著長于低WMC組,ps < 0.001。通道與時距長度交互效應顯著,F(5,215)=8.41,p< 0.001,=0.54。簡單效應分析發現, 被試復制1 s和2 s視時距與復制聽時距無顯著差異,ps > 0.05, 被試復制3 s、4 s、5 s及6 s的聽時距顯著長于復制同一客觀長度的視時距,ps < 0.001。其他效應均不顯著。

圖2 高、低WMC組個體復制1～6 s的平均時距

以復制比率為指標, 進行WMC (被試間變量)、通道(視覺、聽覺)和時距長度(被試內變量)的重復測量方差分析(見圖3)。結果表明, WMC主效應顯著,F(1,43)=15.95,p< 0.001,=0.31。時距長度主效應顯著,F(5,215)=28.67,p< 0.001,=0.43。事后檢驗發現, 6 s的復制比率依次顯著大于5 s、4 s、3 s、2 s及1 s,ps < 0.001。通道主效應顯著,F(1,43)=14.22,p=0.001,=0.31。WMC與時距長度交互效應顯著,F(5,215)=2.45,p=0.043,=0.49。簡單效應分析發現, 1 s和2 s條件下, 高、低WMC組復制比率無顯著差異,ps > 0.05。3 s、4 s、5 s及6 s條件下, 高WMC組復制比率顯著高于低WMC組,ps < 0.001。通道與時距長度交互效應顯著,F(5,215)=11.42,p< 0.001,=0.37。簡單效應分析發現, 被試復制1 s和2 s視時距與復制聽時距的復制比率無顯著差異,ps > 0.05, 被試復制3 s、4 s、5 s及6 s的聽時距的比率系數顯著大于復制同一客觀長度的視時距,ps < 0.001。其他交互效應均不顯著。

圖3 高、低WMC組個體復制1～6 s的比率系數

以變異系數為指標, 進行WMC (被試間變量)、通道(視覺、聽覺)和時距長度(被試內變量)的重復測量方差分析(見圖4)。結果表明, WMC主效應顯著,F(1,43)=18.92,p< 0.001,=0.38。時距長度主效應顯著,F(5,215)=28.67,p< 0.001,=0.43。事后檢驗發現, 6 s的變異系數依次顯著小于5 s、4 s、3 s、2 s及1 s,ps < 0.001。通道主效應顯著,F(1,43)=24.23,p< 0.001,=0.32。WMC與時距長度交互效應顯著,F(5,215)=15.35,p< 0.001,=0.47。簡單效應分析發現, 1 s和2 s條件下, 高低WMC組變異系數無顯著差異,ps > 0.05。3 s、4 s、5 s及6 s條件下, 高WMC組變異系數顯著小于低WMC組,ps < 0.001。通道與時距長度交互效應顯著,F(5,215)=13.48,p< 0.001,=0.35。簡單效應分析發現, 被試復制1 s和2 s視時距與復制聽時距的變異系數無顯著差異,ps > 0.05, 被試復制3 s、4 s、5 s及6 s的聽時距的變異系數顯著小于復制同一客觀長度的視時距,ps < 0.001。其他交互效應均不顯著。

圖4 高、低WMC組個體復制1～6 s的變異系數

2.4 小結

實驗1通過比較高、低WMC組被試在完成1～6 s視、聽時距加工的成績, 旨在為1 s以上時距認知的分段性尋找新證據。實驗1結果發現, 不管哪種WMC類型的被試均表現出高估短時距, 低估長時距的趨勢,這與以往多項研究結果一致(Rammsayer &Lima, 1991; Szelag, 1997; Kagerer et al., 2002)。實驗1結果還發現, 高、低WMC組在平均復制時距、復制比率及變異系數上均存在主效應, WMC越高的被試平均復制時距越長、復制比率越大、變異系數越小。這可能意味著高WMC個體存儲信息容量大,加工信息的變異性較小。同時還發現WMC與時距長度的交互作用以及通道與時距長度的交互作用(1 s、2 s與3 s、4 s、5 s及6 s表現出不同趨勢)。根據Fraisse(1984)和P?ppel (1997)的理論假說, 2～3 s以上時間估計受工作記憶及信號通道的影響, 2～3 s以下時間知覺少受注意和工作記憶及信號通道的影響。上述結果明顯與Fraisse (1984)和P?ppel (1997)的理論假說是吻合的。

時間產生法是一種不同于時間復制法的方法,涉及認知過程不完全相同。時距產生法由主試給定具體的靶時距值(如2 s) 讓被試控制刺激呈現的時距。時距復制法首先由主試呈現一個刺激時距, 然后被試復制一個同樣長短的操作時距。Baudouin等(2006)的研究認為不同的時間估計方法基于不同的加工機制, 時間產生法主要與內部時鐘的速度和注意控制有關, 而時間復制法更多地依賴于注意監控和工作記憶。實驗2擬采用時間產生法要求被試完成時間加工任務, 旨在為1 s以上時距加工分段性提供新證據。

3 實驗2 1～6 s時距產生加工分段性特征研究

3.1 目的

實驗2以高、低WMC組的個體為被試, 要求他們完成1～6 s聽時距和視時距產生任務, 為1 s以上時距加工分段性提供新證據。

3.2 方法

3.2.1 被試

從符合要求的被試選取被試48名(24名高WMC,14名女性; 24名低WMC, 10名女性)。兩組被試在WMC得分上差異顯著,t(46)=21.15,p< 0.001 (高WMCM=1.01,SD=0.167; 低WMCM=?1.09,SD=0.124)。所有被試均熟悉計算機基本操作, 事先并不知道實驗目的, 也未參與過類似實驗, 并被告知實驗結束之后會獲取一定費用。被試無既往精神疾病或神經功能障礙史, 均為右利手。

3.2.2 設備和刺激材料

設備同實驗1。時距產生階段采用的視覺材料為一個黑色正方形, 邊長為1 cm; 聽覺材料為通過揚聲器(SONY CD 450)呈現響度為45 dB、頻率為1000 Hz的正弦波。

3.2.3 實驗設計

采用2×2×6混合設計。WMC (高、低)為被試間變量, 通道(視覺、聽覺)和時距長度(1 s、2 s、3 s、4 s、5 s和6 s)為被試內變量。因變量指標是平均產生時間長度、時間產生準確性和時間產生變異性。平均產生時間長度, 即每一種客觀時距條件下, 多次產生時距的平均值; 準確性用產生比率表示, 即每一種條件下主觀產生時距長度除以客觀時距長度, 產生比率大于1表明高估時間, 小于1表明低估時間, 等于1表明準估時間; 變異性用變異系數表示, 即每一種條件下主觀產生時距標準差除以平均值, 變異系數越大意味著變異性越大。

3.2.4 實驗程序

刺激流程如圖5所示, 首先在屏幕中央呈現一個紅色詞組“準備”, 待被試準備好之后, 按回車鍵繼續實驗。空屏500 ms后, 屏幕上出現所要產生的目標時距(如1 s), 按壓回車鍵同時出現一個刺激(黑色正方形或1000 Hz純音), 當被試主觀感覺刺激呈現時間達到目標時距后, 即按壓回車鍵刺激消失。計算機自動記錄被試產生的時距(精確到0.1 s)。

圖5 實驗2的刺激流程

練習實驗時, 每個被試完成12種處理的測試,每種測試重復2次, 共計24次。目的在于讓被試熟悉實驗刺激的流程。正式試驗階段, 包括4個視覺產生任務組塊和4個聽覺產生任務組塊, 每個組塊30次測試, 總共需要完成240次測試, 視覺產生任務組塊和聽覺產生任務按照ABBA順序在被試間平衡, 整個實驗過程大概持續約20～30 min。

實驗結束之后, 主試對實驗過程(如是否出現疲勞、誤答、程序顯示及任務完成過程中的感受問題)進行詢問和記錄。

3.3 結果與分析

以平均時間產生長度為指標, 進行WMC (被試間變量)、通道(視覺、聽覺)和時距長度(被試內變量)的重復測量方差分析(見圖6)。結果表明, WMC主效應顯著,F(1,47)=25.64,p< 0.001,=0.37。時距長度主效應顯著,F(5,235)=694.42,p< 0.001,=0.45。事后檢驗發現, 6 s的平均時間產生長度依次顯著長于5 s、4 s、3 s、2 s及1 s,ps < 0.001。通道主效應顯著,F(1,47)=17.31,p< 0.001,=0.32。WMC與時距長度交互效應顯著,F(5,235)=12.44,p< 0.001,=0.47。簡單效應分析發現, 1 s和2 s條件下, 高低WMC組產生時間無顯著差異,ps > 0.05。3 s、4 s、5 s及6 s條件下, 高WMC組復制時間顯著短于低WMC組,ps < 0.001。通道與時距長度交互效應顯著,F(5,235)=9.14,p< 0.001,=0.43。簡單效應分析發現, 被試產生1 s和2 s視時距與產生聽時距無顯著差異,ps > 0.05, 被試產生3 s、4 s、5 s及6 s的聽時距顯著短于產生同一客觀長度的視時距,ps < 0.001。

其他效應均不顯著。

圖6 高、低WMC組個體產生1～6 s的平均時距

以產生比率為指標, 進行WMC (被試間變量)、通道(視覺、聽覺)和時距長度(被試內變量)的重復測量方差分析(見圖7)。結果表明, WMC主效應顯著,F(1,47)=18.22,p< 0.001,=0.37。時距長度主效應顯著,F(5,235)=21.42,p< 0.001,=0.41。事后檢驗發現, 6 s的產生比率依次顯著大于5 s、4 s、3 s、2 s及1 s,ps < 0.001。通道主效應顯著,F(1,47)=14.25,p< 0.001,=0.35。WMC與時距長度交互效應顯著,F(5,235)=12.46,p< 0.001,=0.44。簡單效應分析發現, 1 s和2 s條件下, 高、低WMC組產生比率無顯著差異,ps > 0.05。3 s、4 s、5 s及6 s條件下, 高WMC組產生比率顯著小于低WMC組,ps < 0.001。通道與時距長度交互效應顯著,F(5,235)=16.44,p< 0.001,=0.35。簡單效應分析發現, 被試產生1 s和2 s視時距與產生聽時距的比率無顯著差異,ps > 0.05, 被試產生3 s、4 s、5 s及6 s的聽時距的比率系數顯著小于產生同一客觀長度的視時距,ps < 0.001。其他交互效應均不顯著。

圖7 高、低WMC組個體產生1～6 s的比率系數

以變異系數為指標, 進行WMC (被試間變量)、通道(視覺、聽覺)和時距長度(被試內變量)的重復測量方差分析(見圖8)。結果表明, WMC主效應顯著,F(1,47)=20.44,p< 0.001,=0.36。時距長度主效應顯著,F(5,235)=22.29,p< 0.001,=0.46。事后檢驗發現, 6 s的變異系數依次顯著小于5 s、4 s、3 s、2 s及1 s,ps < 0.001。通道主效應顯著,F(1,47)=21.36,p< 0.001,=0.35。通道與時距長度交互效應顯著,F(5,235)=24.45,p< 0.001,=0.39。簡單效應分析發現, 被試產生1 s和2 s視時距與聽時距的變異系數無顯著差異,ps > 0.05, 被試產生3 s、4 s、5 s及6 s的聽時距的比率系數顯著小于產生同一客觀長度的視時距,ps < 0.001。其他交互效應均不顯著。

圖8 高、低WMC組個體產生1～6 s的變異系數

3.4 小結

實驗2通過比較高、低WMC組被試在完成1～6 s視、聽時距產生過程中的成績,旨在為1 s以上時距認知分段性尋找新證據。實驗2結果發現, 高、低WMC組在平均產生時距、產生比率及變異系數上均存在主效應, WMC越高的被試平均產生時距越短、產生比率越低、變異系數越小。同時還發現WMC與時距長度以及通道與時距長度的交互作用(1 s、2 s與3 s、4 s、5 s及6 s表現出不同趨勢)。根據Fraisse (1984)和P?ppel (1997)的理論假說, 2～3 s以上時間估計受工作記憶及計時信號呈現通道的影響, 2～3 s以下時間知覺少受注意和工作記憶及信號通道的影響。上述結果也明顯與Fraisse (1984)和P?ppel (1997)的理論假說吻合。

4 總討論

實驗1和實驗2通過比較高、低WMC組被試在完成1～6 s視、聽時距復制或者時距產生中的成績,旨在為1 s以上時距認知的分段性尋找新證據。實驗1結果發現, 高、低WMC組在平均復制時距、復制比率及變異系數上均存在主效應, WMC越高的被試平均復制時距越長、復制比率越大、變異系數越小, 這與Ulbrich等(2007)的研究結果基本一致,部分不同點在于Ulbrich等(2007)研究中, 對3 s、4 s、5 s及6 s的復制, 表現出視覺主觀時間估計(復制比率)長于聽覺主觀時間估計(復制比率), 而在實驗1中, 3 s、4 s、5 s及6 s的復制, 表現出聽覺主觀時間估計(復制比率)長于視覺主觀時間估計(復制比率), 這與多項研究發現的視、聽通道效應是一致的(黃希庭, 鄭云, 1993), 即聽覺判斷要比視覺判斷更加精確。另外, 在Ulbrich等(2007)研究中, 以變異系數為指標, 發現了時距長度和通道的主效應, 但是WMC效應只是臨界顯著, 且沒有發現其他交互效應, 而在實驗1中, 我們同樣發現了時距長度和通道以及WMC的主效應, 但是也發現了時距長度與WMC以及時距長度與通道的交互效應, 這似乎說明了實驗1的結果反映出1 s和2 s的時距加工,與3 s、4 s、5 s及6 s的加工模式不太一致。至于兩項研究的差異, 一方面可能與兩項研究對于WMC的測量不太一致, 另一方面可能也與在兩項研究中被試的個體差異性、實驗環境、實驗程序等因素無法保證完全一致有關。另外, 實驗1的結果與Fortin 和 Couture (2002)研究所發現的工作記憶負荷對1.85～6.45 s時距復制的影響無顯著差異的結果不一致。這可能是由于兩項研究中所采用的實驗程序不一致造成的。首先, Fortin和Couture (2002)在研究中采用非時間任務操縱時距復制過程中的工作記憶負荷, 而在實驗1中是以自然出現的WMC差異代替記憶負荷的操縱。其次, 在Fortin和Couture(2002)研究中操縱非時間任務的記憶負荷主要是影響時距復制階段, 而實驗1中被試之間的WMC差異是貫穿在整個實驗階段的。在這兩項研究中探測工作記憶效應的認知操作, 可能涉及不同記憶成份,執行非時間任務涉及記憶提取加工, 被認為消弱了脈沖累加過程, 導致復制時間偏短或偏長(取決于在編碼階段還是在復制階段執行非時間任務), 而WMC可能涉及用來表征標準時距脈沖的存儲加工能力。由于有限的存儲容量, 一部分脈沖可能會隨時間流逝或受非時間任務干擾而丟失。實驗1的結果支持這一點。在整個時間復制任務過程中, 被試的WMC是一種穩定的特征, 如果累加過程受到影響, 那么高、低組WMC被試應該是沒有任何差異,因為WMC對編碼階段(標準時距的脈沖累加過程)和復制階段(復制時距的脈沖累加過程)應該影響基本一致。然而, 實驗1中確實觀察到高WMC被試復制時距較長, 因此, WMC涉及關鍵記憶過程很有可能是標準時距脈沖的存儲。換言之, 高WMC的被試對信息保持的好, 導致相對長估, 低WMC被試累加脈沖更容易丟失, 導致相對低估(特別是2～3 s以上時距)。

實驗2采用時間產生任務發現, 高、低WMC組在平均產生時距、產生比率及變異系數上均存在主效應, WMC越高的被試平均產生時距越短、產生比率越低、變異系數越小。這可能是因為高WMC的個體在產生過程中注意監控較好, 累加脈沖效率較高, 所以達到目標脈沖數所需的客觀時間較少, 所以對同一目標時間(如6 s)而言, 高WMC組產生出的時間較短, 產生比率較低, 變異系數較小。實驗1和實驗2結果還發現, WMC與時距長度以及通道與時距長度的交互作用, 高、低WMC組被試在加工1 s和2 s的視、聽時距過程沒有差異, 而加工3 s、4 s、5 s及6 s視、聽時距過程存在顯著差異, 這暗示著,2～3 s以下與以上時距加工存在兩種機制, 2～3 s以下時距加工即為時間知覺, 整體性是時間知覺的一個重要特點。存在一種整合加工將3 s內信息整合一個整體(Fraisse, 1984), θ和α波參與自動時間整合加工(Chen, Chen, Kuang, & Huang, 2015)。Baddeley和Hitch (1974)提出了工作記憶模型, 該模型認為人類主要是通過中央執行系統和語音回路及視空間模板負責對認知任務過程中的信息進行暫時儲存與加工。語音回路功能在于暫時儲存聽覺和語言信息, 視空間模板功能在于保持和操縱視覺和空間信息, 中央執行器涉及這兩個系統注意控制。因此,可以說人類在加工時間信息的過程中, 也會需要進行注意控制和暫時儲存時間信息。已有研究表明時間工作記憶是不同于空間和詞語工作記憶的一種新類型的工作記憶(陳有國, 2010)。實驗1和2在工作記憶模型的基礎上提出了解釋分段性的時間工作記憶說, 其基本觀點如下：在加工2～3 s以下時距時, 人能夠將2～3 s以下的時距整合為一個整體,整合加工是在感覺記憶加工的基礎上進行的, 不受工作記憶和通道的影響; 在2～3 s以上, 時距可能以離散的形式表征, 累加過程受工作記憶和通道的影響。WMC決定了分界點的大小, 老人和小孩的WMC較正常人小, 因此他們的分界點比正常人小(Ulbrich et al., 2007) 。

時間工作記憶說也可以對Lewis等的實驗結果進行解釋(Lewis & Miall, 2003b)。在Lewis等的實驗中, 0.6 s時距位于300 ms分界點附近, 該時距會被整合為一個整體。但由于在分界點附近, 注意對0.6 s時距的調制作用還很弱。3 s時距位于3 s分界點, 這時已經達到WMC的臨界點, 工作記憶負荷很大, 需要持續的注意維持時距加工, 所以加工3 s時距比0.6 s時距需要更多的注意資源和更大的工作記憶負荷。Lewis等的實驗結果發現, 3 s時距更加激活了前扣帶皮質和頂下葉。以往研究發現前扣帶皮質與注意控制有關(Posner & Rothbart, 2007),頂下葉皮質可能與工作記憶有關(Owen, McMillan,Laird, & Bullmore, 2005)。時間認知分段綜合模型既指出認知時間的分段性, 也指出注意和工作記憶會影響時間信息加工, 因此解釋分段性的時間工作記憶說是時間認知分段綜合模型解釋分段性的具體表現形式(黃希庭等, 2003)。

另外, 分段性的時間工作記憶說只能解釋短時距范圍的分段性, 還不能解釋更長范圍內時間認知的分段性。黃希庭等發現過去和未來具有相似的心理結構, 以秒和分為計時單位的“較近的過去”和“較近的未來”,以小時、日和月為計時單位的“近的過去”和“近的未來”, 以及以年為計時單位的“遠的過去”和“遠的未來” (黃希庭, 孫承惠, 胡維芳,1994; 黃希庭, 1998)。這些分界點的認知基礎還有待進一步研究。另外, 隨著腦磁圖等(CHEN, et al.,2015)技術等迅猛發展, 未來研究可以采用EEG分析, 以alpha波幅為指標, 為2～3 s分段臨界點尋找新證據。

5 結論

本研究證明了1～6 s時距認知具有分段性, 分段臨界點大約處在2～3 s, 且提出時間工作記憶說解釋時間認知的分段性, 該假說是時間認知分段綜合模型解釋短時距加工分段性的具體表現形式。

Baddeley, A. D., & Hitch, G. (1974). Working memory. In G. A.Bower (Ed.),The psychology of learning and motivation(pp. 48?79). New York: Academic Press.

Baudouin, A., Vanneste, S., Isingrini, M., & Pouthas, V. (2006).Differential involvement of internal clock and working memory in the production and reproduction of duration: A study on older adults.Acta Psychologica, 121(3), 285?296.

Block, R. A., Zakay, D., & Hancock, P. A. (1998). Human aging and duration judgments: A meta-analytic review.Psychology &Aging, 13(4), 584?596.

Cellini, N., Fabbri, M., Martoni, M., Tonetti, L., & Natale, V.(2014). Discontinuity in the perception of sub-second intervals.Procedia - Social and Behavioral Sciences, 126,222?223.

[陳有國. (2010). 時間知覺自動與受控加工的神經機制. 博士論文, 西南大學.]

Chen,Y.G.(2010). Neural mechanisms of automatic and controlled processing of time perception. (Doctoral dissertation, SWNU)

Chen, Y. G., Chen, X., Kuang, C. W., & Huang, X. T. (2015).Neural oscillatory correlates of duration maintenance in working memory.Neuroscience, 290(4), 389?397.

Church, R. M. (1984). Properties of the internal clock.Annals of the New York Academy of Sciences, 423, 566?582.

Conway, A. R. A., Kane, M. J., Bunting, M. F., Hambrick, D. Z.,Wilhelm, O., & Engle, R. W. (2005). Working memory span tasks: A methodological review and user’s guide.Psychonomic Bulletin & Review, 12(5), 769?786.

Cordes, S., & Meck, W. H. (2014). Ordinal judgments in the rat: An understanding of longer and shorter for suprasecond,but not subsecond, durations.Journal of Experimental Psychology: General, 143(2), 710?720.

Eisler, H. (1976). Experiments on subjective duration 1868～1975: A collection of power function exponents.Psychological Bulletin, 83(6), 1154?1171.

Elbert, T., Ulrich, R., Rockstroh, B., & Lutzenberger, W.(1991). The processing of temporal intervals reflected by CNV-like brain potentials.Psychophysiology, 28(6), 648?655.

Fortin, C., & Couture, E. (2002). Short-term memory and time estimation: Beyond the 2-second "critical" value.Canadian Journal of Experimental Psychology-Revue Canadienne De Psychologie Experimentale, 56(2), 120?127.

Fraisse, P. (1984). Perception and estimation of time.Annual Review of Psychology, 35(1), 1?37.

Gibbons, H., & Rammsayer, T. H. (2004). Current-source density analysis of slow brain potentials during time estimation.Psychophysiology, 41(6), 861?874.

Gomez, C., Argandona, E. D., Solier, R. G., Angulo, J. C., &Vazquez, M. (1995). Timing and competition in networks representing ambiguous figures.Brain and Cognition, 29(2),103?114.

Gupta, D. S. (2014). Processing of sub- and supra-second intervals in the primate brain results from the calibration of neuronal oscillators via sensory, motor, and feedback processes.Frontiers in Psychology, 5(3), 816.

Hayashi, M. J., Kantele, M., Walsh, V., Carlson, S., & Kanai,R. (2014). Dissociable neuroanatomical correlates of subsecond and suprasecond time perception.Journal of Cognitive Neuroscience, 26(8), 1685?1693.

Hays, J., Huybers, B., & Varakin, A. (2014). Coloring time!the effect of color in pictures on time perception.Journal of Vision, 14(10), 376-376.

Hirsh, I. J., Monahan, C. B., Grant, K. W., & Singh, P. G. (1990).Studies in auditory timing: 1. Simple patterns.Perception& Psychophysics, 47(3), 215?226.

Huang, X. T. (1994). Psychological structure of future time.Acta Psychologica Sinica, 26(2), 121?127.

[黃希庭. (1994). 未來時間的心理結構.心理學報, 26(2),121?127.]

Huang, X. T., Sun, C. H., Hu, W. F. (1998). Psychological structure of past time.Psychological Science, 30(1), 1?4, 93?94

[黃希庭, 孫承惠, 胡維芳(1998). 過去時間的心理結構.心理科學, 30(1),1?4,93?94.]

Huang, X. T., Li, B. Y., & Zhang, Z. J. (2003). The research of the range-synthetic model of temporal cognition.Journal of Southwest China Normal University (Humanities and Social Sciences Edition), 29(2), 5–9.

[黃希庭, 李伯約, 張志杰. (2003). 時間認知分段綜合模型的探討.西南師范大學學報(人文社會科學版), 29(2), 5–9].

Huang, X. T., & Zheng,Y. (1993). An experimental study of auditory-visual modality effect in time judgement.Acta Psychologica Sinica, 25(3), 225?232.

[黃希庭, 鄭云. (1993). 時間判斷的視聽通道效應的實驗研究.心理學報, 25(3), 225?232.]

Kagerer, F. A., Wittmann, M., Szelag, E., & von Steinbüchel, N.(2002). Cortical involvement in temporal reproduction: Evidence for differential roles of the hemispheres.Neuropsychologia,40(3), 357?366.

Kien, J., & Kemp, A. (1994). Is speech temporally segmented?Comparison with temporal segmentation in behavior.Brain and Language, 46(4), 662?682.

Kristofferson, A. B. (1976). Low-variance stimulus-response latencies: Deterministic internal delays?Perception &Psychophysics, 20(2), 89?100.

Lewis, P. A., & Miall, R. C. (2003a). Brain activation patterns during measurement of sub- and supra-second intervals.Neuropsychologia, 41(12), 1583?1592.

Lewis, P. A., & Miall, R. C. (2003b). Distinct systems for automatic and cognitively controlled time measurement:Evidence from neuroimaging.Current Opinion in Neurobiology,13(2), 250?255.

Mates, J., Müller, U., Radil, T., & P?ppel, E. (1994). Temporal integration in sensorimotor synchronization.Journal of Cognitive Neuroscience, 6(4), 332?340.

McCabe, D. P., Roediger III, H. L., McDaniel, M. A., Balota,D. A., & Hambrick, D. Z. (2010). The relationship between working memory capacity and executive functioning: Evidence for a common executive attention construct.Neuropsychology,24(2), 222?243.

Michon, J. A. (1985). The compleat time experiencer. InTime,mind, and behavior(pp. 20?52). Berlin Heidelberg: Springer.

Musterberg, H. (1889).Beitr?ge zur experimentellen Psychologie:Heft 2. Freiburg, Germany: Akademische Verlagsbuchhandlung.

Orsini, A., Schiappa, O., & Grossi, D. (1981). Sex and cultural differences in children's spatial and verbal memory span.Perceptual and Motor Skills, 53(1), 39?42.

Owen, A. M., Mcmillan, K. M., Laird, A. R., & Bullmore, E.(2005). N-back working memory paradigm: a meta-analysis of normative functional neuroimaging studies.Human Brain Mapping, 25(1), 46?59.

Posner, M. I., & Rothbart, M. K. (2007). Research on attention networks as a model for the integration of psychological science.Annual Review of Psychology, 58(1), 1?23.

P?ppel, E. (1997). A hierarchical model of temporal perception.Trends in Cognitive Sciences, 1(2), 56?61.

Rammsayer, T. H., & Lima, S. D. (1991). Duration discrimination of filled and empty auditory intervals: cognitive and perceptual factors..Attention Perception & Psychophysics,50(6), 565?574.

Rattat, A. C., & Droit-Volet, S. (2012). What is the best and easiest method of preventing counting in different temporal tasks?.Behavior Research Methods, 44(1), 67?80.

Schleidt, M., Eibl-Eibesfeldt, I., & P?ppel, E. (1987). A universal constant in temporal segmentation of human short-term behavior.Naturwissenschaften, 74(6), 289?290.

Smyth, M. M., & Scholey, K. A. (1992). Determining spatial span: The role of movement time and articulation rate.The Quarterly Journal of Experimental Psychology: Section A,45(3), 479?501.

Szelag, E. (1997). Temporal integration of the brain as studied with the metronome paradigm. InTime, temporality, now(pp. 121?131). Berlin Heidelberg: Springer.

Szelag, E., Kowalska, J., Rymarczyk, K., & P?ppel, E. (1998).Temporal integration in a subjective accentuation task as a function of child cognitive development.Neuroscience Letters, 257(2), 69?72.

Szelag, E., von Steinbüchel, N., Reiser, M., Gilles de Langen,E., & P?ppel, E. (1996). Temporal constraints in processing of nonverbal rhythmic patterns.Acta Neurobiologiae Experimentalis, 56(1), 215?225.

Ulbrich, P., Churan, J., Fink, M., & Wittmann, M. (2007). Temporal reproduction: Further evidence for two processes.Acta Psychologica, 125(1), 51?65.

Unsworth, N., Heitz, R. P., Schrock, J. C., & Engle, R. W.(2005). An automated version of the operation span task.Behavior Research Methods, 37(3), 498?505.

Unsworth, N., Redick, T. S., Heitz, R. P., Broadway, J. M., &Engle, R. W. (2009). Complex working memory span tasks and higher-order cognition: A latent-variable analysis of the relationship between processing and storage.Memory,17(6), 635?654.

Vilkki, J., Holst, P., ?hman, J., Servo, A., & Heiskanen, O.(1989). Cognitive deficits related to computed tomographic findings after surgery for a ruptured intracranial aneurysm.Neurosurgery, 25(2), 166?172.

Wittmann, M., Carter, O., Hasler, F., Cahn, B. R., Grimberg,U., Spring, P., … Vollenweider, F. X. (2007). Effects of psilocybin on time perception and temporal control of behaviour in humans.Journal of Psychopharmacology, 21(1),50?64.

Woodrow, H. (1930). The reproduction of temporal intervals.Journal of Experimental Psychology, 13(6), 473?499.