任務轉換對SNARC效應的抑制

葉 晶

(上海師范大學教育學院，上海 200030)

1 問題提出

Dehaene等人(1993)要求被試判斷呈現在顯示器中央的阿拉伯數字的特定屬性(數量大小或奇偶性)并快速且準確地做出按鍵反應時發現，人們總是用左手對小數字反應更快，用右手對大數字反應更快，這種左手-小數字和右手-大數字之間的反應聯結與被試的反應標準無關，作者把這一現象命名為SNARC效應(spatial-numerical association of response codes effect)(Dehaene,Dupoux,& Mehler,1990;Dehaene,Bossini,& Giraux,1993)。SNARC效應并非阿拉伯數字加工中的特有現象，其廣泛存在于各類符號數字(如用2，two，二表示數量2)和非符號數字(如用兩個手指，兩個圓點等表示的數量2)(Cho,Bae,& Proctor,2012;Fischer,Riello,Giordano,& Rusconi,2013;Fumarola,Da Pos,& Umiltà,2014;Holmes,Lourenco,2011;Ishihara,Keller,Rossetti,& Prinz,2008;Kirjakovski,Utsuki,2012;Nuerk,Moeller,Klein,Willmes,& Fischer,2011;Tan,Dixon,2011)以及非數字的有序刺激(如字母、月份、系列學習的圖片等等)(Dodd,der Stigchel,Leghari,Fung,& Kingstone,2008;Gevers,Reynvoet,& Fias,2003;Jonas,Taylor,Hutton,Weiss,& Ward,2011;Previtali,de Hevia,& Girelli,2010)的認知加工之中。比如Previtali,de Hevia和Girelli(2010)在被試按規定順序學習完一系列圖片之后要求被試確定隨機呈現的圖片在學習系列中的位置時發現被試用左手對系列前面的圖片反應更快，用右手對系列后面的圖片反應更快，在學習系列刺激的加工中出現SNARC效應。就SNARC效應產生原因，目前學術界有兩種廣為認可的原因：一是數字大小信息所致，即人們在長時記憶中按照數字大小把數字從左向右或從右向左表征(表征方向與被試的閱讀和寫作習慣有關)在心理數字線上導致數字認知中出現SNARC效應(Dehaene,et al.,1993； Fumarola,Da Pos,& Umiltà,2014；Kirjakovski,Utsuki,2012；Nuerk,Moeller,Klein,Willmes,& Fischer,2011；Restle,1970)；二是順序信息所致，即刺激本身所攜帶的順序信息被激活引起SNARC效應(Fischer,Mills,& Shaki,2010;Fias,van Dijck,& Gevers,2011;Ginsburg,Gevers,2015;Huber,Klein,Moeller,& Willmes,2016;Lonnemann,Linkersd?rfer,Nagler,Hasselhorn,& Lindberg,2013;Shaki,& Fischer,2008)。

雖然刺激本身攜帶的大小信息或順序信息可以用來解釋很多刺激認知加工中出現的SNARC效應。但是SNARC效應具有靈活性，即左手和右手對同一數量或順序刺激的相對反應速度會隨著實驗情景的變化而改變(Dehaene,et al.,1993;Fischer,Mills,& Shaki,2010;van Dijck,Fias,2011;Shaki,Petrusic,& Leth-Steensen,2012;王強強,康靜梅,蘭繼軍,2015；王強強,安寶霞,吳彥文,蘭繼軍,2016)。簡單地借用大小和順序信息，甚至學術界已經證實的其他因素依然很難解釋以下SNARC效應消失的現象：第一、為什么采用go-no/go實驗范式時，數字加工中的SNARC效應會消失。如van Dijck等人在被試學習完一個數字序列后，隨機呈現1-10這些數字，要求被試只判斷學習序列中的數字的奇偶性，對學習序列中未出現的數字不予反應時發現數字認知加工中SNARC效應消失(van Dijck,& Fias,2011)。Ginsburg等人(2015)采用同樣的實驗范式進一步驗證了這一現象(Ginsburg,Gevers,2015)；第二、為什么數字和字母混合呈現會導致數字和字母認知加工中SNARC效應消失。比如王強強等人把數字和字母混合后隨機呈現給被試，要求被試判斷呈現的刺激是數字還是字母或判斷呈現的數字和字母是什么顏色時，數字和字母加工中均未出現SNARC效應(王強強,安寶霞,吳彥文,蘭繼軍,2016)。前人研究發現，當刺激大小信息或順序信息被直接或間接地激活后在刺激的認知加工中都會出現SNARC效應(Dehaene,et al.,1993;Dodd,et al.,2008;Kirjakovski,Utsuki,2012;Previtali,de Hevia,& Girelli,2010;王強強,康靜梅,蘭繼軍,2015)。van Dijck等人(2011)和Ginsburg等人(2015)要求被試判斷特定數字的奇偶性，可以使數字大小信息間接地激活，王強強等人要求被試判斷數字大小和字母的前后順序，這種任務安排足以直接地激活數字大小和字母的順序(這點在作者實驗中也得到了驗證)，但是他們的研究結果卻發現數字和字母加工中均未出現SNARC效應。這種現象用已有的理論假設難以解釋。筆者結合前人研究，對van Dijck等人(2011)，Ginsburg等人(2015)和王強強等人(2016)研究結果深入分析發現，采用go-no/go實驗范式時會引起被試認知任務的轉變，比如呈現學習序列中的數字時被試的任務是判斷數字的奇偶性，呈現學習序列中未出現的數字時被試的任務是不做任何反應。同樣，當把數字和字母混合呈現后隨機呈現時，被試的實驗任務也會隨著刺激的轉變而變化，比如呈現數字時，被試的任務是判斷數字大小，當隨機呈現字母時，被試的任務會轉換成判斷字母的相對位置?；谏鲜龇治?，筆者覺得上述情境中數字和字母加工中SNARC效應的消失很有可能與任務轉換有關。因此，筆者提出以下假設：任務轉換對SNARC效應有抑制作用。并且設計實驗對該假設進行驗證。對該假設的研究，對進一步探討SNARC效應加工機制有重要的理論價值。

任務轉換(task switch)是從執行一項任務轉到執行另一項任務。任務轉換的經典研究范式是Jersild方法(Jersild’s method)，在整個實驗研究中，要求被試完成兩類任務：一種是重復任務，要求被試重復完成AAAA或BBBB任務；另一種是轉換任務，該任務要求被試交替完成ABABAB任務(Allport,Styles,& Hsieh,1994;Jersild,1927)。

為了驗證上述假設，本研究采用任務轉換范式，將實驗數字涂為黑色和綠色的數字，要求一半被試判斷黑色數字的大小，綠色數字的奇偶性，(另一半被試正好相反)，深入考察任務轉換對SNARC效應的影響。

2 方 法

2.1 被試

30名在校生(男10，女20)自愿參加本實驗。被試年齡在18～25歲，平均為20.91±1.69歲。所有被試視力、矯正視力和色覺均正常。

2.2 材料和儀器

1-9(5除外)八個阿拉伯數字作為實驗材料，字體Times New Roman，顏色有黑色和綠色兩種，置于85×85像素的白底圖片之上，距離眼睛47cm處的視角大小約為2.6°。本實驗在聯想計算機上完成，所有刺激用19寸顯示器呈現，分辨率為1024×768像素，刷新頻率60Hz。

2.3 實驗設計

采用2(反應鍵：左鍵，右鍵)×8(數字大?。?～8八個水平，分別對應數字1～9，5除外)×2(任務類型：重復任務，轉換任務)被試內設計，因變量為反應時和錯誤率。

2.4 實驗程序

實驗程序用E-prime 1.0編寫。實驗開始后首先在顯示器中央出現注視點“+”，500ms后注視點會消失，并且被一個黑色或綠色的阿拉伯數字取代。當出現的數字為黑色時，要求被試判斷數字大小并快速地按鍵做出反應。當出現的數字為綠色時，要求被試判斷數字的奇偶性并快速地按鍵做出反應(為了排除數字顏色對實驗結果的干擾，實驗中要求另一半被試判斷黑色數字的奇偶性，綠色數字的大小，兩種判斷標準在被試間平衡)。被試反應之后顯示1500ms空屏后進入下一個試次。若被試在3s內未做出任何反應，數字自動消失并記為錯誤反應。接著顯示1500ms空屏后進入下一試次，見圖1。本實驗參照Jersild方法，采用區組設計，把整個實驗分為任務重復組和轉換組。任務重復組被試把數字大小和奇偶性分類任務分開進行，任務轉換組被試數字大小判斷和奇偶性判斷交替進行(Jersild，1927)。每個被試均要完成任務重復組和任務轉換組的實驗任務，但是任務重復組和轉換組的操作順序在被試間進行平衡。不管是任務重復組還是轉換組，被試的反應方式均有兩種：一種是左手對小數字或奇數按F鍵反應，右手對大數字或偶數按J鍵反應；另一種正好相反，兩種反應方式的先后順序也在被試間進行平衡。整個實驗共640個試次，約需40分鐘完成。

圖1實驗流程圖

3 結果分析

統計分析中剔除錯誤反應、小于200ms和每個處理水平上3個標準差以外的反應時數據，占總數的5.94%。被試的平均錯誤率較低，為4.05%，且不存在反應時和錯誤率代償，兩者皮爾遜相關系數r(30)=-0.04，p>0.05。故對錯誤率不做進一步統計分析。

對有效反應時數據進行三因素重復測量方差分析發現反應鍵主效應不顯著；數字大小主效應顯著，F(7,203)=39.51,p<0.001,σ2=0.577；任務類型主效應非常顯著，F(7,203)=109.95,p<0.001,σ2=0.791，重復任務反應時(618.71ms)遠遠快于轉換任務反應時(893.55ms)，出現了任務轉換效應，轉換代價為274.84ms；反應鍵和任務類型交互作用顯著，F(1,29)=8.61,p<0.001,σ2=0.229；反應鍵、數字大小和任務類型三因素交互作用也顯著，F(7,203)=4.67,p<0.001,σ2=0.139，說明SNARC效應受到任務類型的制約。故接下來需進一步分析每種任務類型下的SNARC效應。其余交互作用不顯著。

對SNARC效應的分析采用重復測量方差分析和線性趨勢法(repeated measures ANOVA and linear trends Method)，首先分別檢驗數字大小與反應鍵交互作用是否顯著。如果交互作用顯著，說明有可能存在SNARC效應。然后進一步以數字為自變量，以每個數字的右手反應時減去左手反應時之差dRT為因變量做回歸分析，最終確定是否存在SNARC效應以及SNARC效應的方向。若回歸分析得到的回歸系數與0差異不顯著，說明不存在SNARC效應；若回歸系數明顯小于0，說明出現經典的SNARC效應；若回歸系數明顯大于0，說明出現反轉的SNARC效應(高在峰，水仁德，陳晶，陳雯，田瑛，沈模衛，2009；Fias，Brysbaert，Geypens，& d’Ydewalle，1996；Pinhas，Tzelgov，& Ganor-Stern，2012)。對重復任務反應時分析發現反應鍵主效應不顯著；數字大小主效應非常顯著，F(7,203)=15.43,p<0.001,σ2=0.347；反應鍵和數字大小交互作用非常顯著，F(7,203)=5.98,p<0.001,σ2=0.171?；貧w分析顯示平均回歸系數為-8.01，與0差異非常顯著，t(29)=-2.93，p<0.05，說明在重復任務中出現了經典的SNARC效應，見圖2。轉換任務中分析發現數字大小主效應顯著，F(7,203)=26.42,p<0.001,σ2=0.477；反應鍵主效應不顯著，反應鍵和數字大小的交互作用也不顯著。回歸分析顯示平均回歸系數為0.14，與0差異不顯著，t(29)=0.038，p>0.05，說明在轉換任務中未出現SNARC效應，見圖3。

圖2 重復任務中被試反應時之差與標準誤

圖3 轉換任務中被試反應時之差與標準誤

4 討 論

自Dehaene等人(1993)年發現SNARC效應以來，研究者進行了大量的實驗對SNARC效應的屬性和加工機制展開研究。通過學者們的不懈努力，我們雖然對SNARC效應及其加工機制有了一定的了解，但依然有一些問題困擾著研究者們。比如，我們依然不能解釋為什么采用go-no/go實驗范式時，數字加工中的SNARC效應會消失；為什么數字和字母混合呈現會導致SNARC效應的消失。筆者分析認為，任務轉換是上述問題中SNARC效應消失的主要原因。故本研究采用任務轉換范式，將數字涂為黑色和綠色兩種顏色后呈現在顯示器中央，要求被試判斷黑色數字的大小，綠色數字的顏色(或者被試判斷任務相反)，從而引起被試判斷任務不變(重復組)或被試判斷任務轉換(轉換組)，通過比較任務重復組和轉換組被試的實驗結果，深入考察了任務轉換對SNARC效應的影響。

本研究結果發現，任務重復組被試用左手對小數字反應更快，隨著數字數量的增加，重復組被試右手反應速度也隨之增加，重復組被試在數字加工中出現了經典的SNARC效應。這與前人的研究結果一致(Cho,et al.,2012;Dehaene,et al.,1993;Fischer,et al.,2013;Fumarola,et al.,2014;Kirjakovski,Utsuki,2012;Nuerk,et al,2011)。由于人們按照數字大小把數字從左到右表征在心理數字線上，重復組被試在數字分類的加工任務中出現SNARC效應不足為奇。奇怪的是，當把黑色數字和綠色數字交替呈現，致使被試的判斷任務也交替變化時我們的研究卻發現，轉換組被試在數字加工任務中未出現SNARC效應。這就說明任務轉換可以抑制SNARC效應。van Dijck等人，Ginsburg等人采用go/no-go范式要求被試對隨機呈現的部分數字給予反應，隨機呈現的部分數字不予以反應，通過這種范式引起被試實驗任務轉換后，數字加工中的SNARC效應消失(van Dijck,& Fias,2011；Ginsburg,Gevers,2015)。王強強等人把數字和字母混合后隨機呈現給被試，要求被試分類反應時同樣發現數字和字母加工中的SNARC效應消失(王強強,安寶霞,吳彥文,蘭繼軍,2016)。本研究研究結果進一步復制了van Dijck等人，Ginsburg等人和王強強等人的研究結果，驗證了筆者假設，即任務轉換可以抑制SNARC效應。

雖然本研究通過實驗法驗證了任務轉化對SNARC效應的抑制作用，但是為什么任務轉換會抑制SNARC效應呢？對于該問題，筆者認為可能有以下幾種原因引起：第一，任務轉換組中，被試需記住兩套反應標準，而且難以預測即將出現的刺激采用何種反應標準。當刺激出現后被試需要先根據刺激的顏色確定采用何種反應標準，然后才能根據適當的反應標準進一步對數字進行分類反應。相比任務重復組，被試在任務轉換組的整個加工過程中認知負載是相對較高。已有研究發現認知負載對SNARC效應有重要的影響(van Dijck，Gevers，& Fias，2009)。所以，任務轉換組中SNARC效應的消失很有可能與該組中被試的認知負載相對較高有關；第二，大量研究發現SNARC效應具有一定的靈活性。但是在出現經典SNARC效應，或反轉的SNARC效應的實驗中，實驗刺激在同一維度均得到了連續性激活。比如，B?chtold等人要求被試把數字想象成表盤上數字，要求被試判斷呈現數字在表盤上的位置時，連續激活數字在表盤的位置后，數字加工中出現反轉的SNARC效應(B?chtold,Baumüller,& Brugger,1998)。當實驗刺激不能在同一維度連續性激活時SNARC效應將消失。比如van Dijck等人(2011)，Ginsburg等人(2015)采用go-no/go實驗范式，要求被試判斷學習序列中出現的數字的奇偶性，對學習序列中未出現的數字不做任何反應導致數字的奇偶性不能連續激活(van Dijck,& Fias,2011；Ginsburg,Gevers,2015)。同樣，王強強等人把數字和字母混合呈現后隨機呈現時，被試的實驗任務或者是判斷數字大小，或者是判斷字母的相對位置，而且兩種任務隨機出現，致使數字大小和字母的相對位置不能被連續性激活(王強強,安寶霞,吳彥文,蘭繼軍,2016)。從而在Dijck等人(2011)，Ginsburg等人(2015)和王強強等人的實驗中SNARC效應消失。所以，通過分析可以推斷，實驗刺激攜帶的相關信息在同一維度得到連續性激活也很有可能是產生SNARC效應的充分條件。而在任務轉換組，由于實驗任務不斷變化，致使數字大小或數字奇偶性不能得到連續性激活，從而在任務轉換組中未出現SNARC效應。

盡管大量的研究發現，SNARC效應具有很大的普遍性，該效應廣泛地存在于符號數字、非符號數字和非數字的有序刺激的認知加工之中。但是SNARC效應并非在所有情境中都會一成不變的出現在上述類型的刺激加工之中，該效應也帶有一定的靈活性。比如被試的閱讀和寫作習慣(Dehaene,et al.,1993;Shaki,et al.,2009;Shaki,et al.,2011)，參考框架(B?chtold,Baumüller,& Brugger,1998;Dehaene,et al.,1993;王強強,等人,2015)和激活水平(Casarotti，Michielin,Zorzi,& Umiltà,2007;Dodd,et al.,2008)等因素都會導致SNARC效應反轉或消失。本研究采用任務轉換范式研究發現，任務轉換可以導致SNARC效應的消失，進一步豐富了SNARC效應靈活性的研究。

此外，學術界對SNARC效應的發生階段也存在爭議。有學者認為SNARC效應發生在知覺編碼階段(Dehaene,et al.,1993;Tlauka,2002)，也有學者認為SNARC效應出現在反應選擇階段(Keus，Schwarz，2005；Keus，Jenks，& Schwarz，2005)。由于知覺編碼發生在認知過程的早期階段，反應選擇發生在認知過程的后期階段。因此我們可以推論，如果SNARC效應發生在知覺編碼階段的話，當數字大小信息得到激活后就會出現SNARC效應；相反，如果SNARC效應發生在反應選擇階段，由于受到其余信息的影響，數字大小信息得到激活后不一定必然出現SNARC效應。本研究任務轉換組中，要求被試判斷數字大小可以直接激活數字大小信息，要求被試判斷數字的奇偶性也可以間接地激活數字的大小信息(Dehaene,et al.,1993)，但是任務轉換組被試在數字認知加工中并未出現SNARC效應。如果SNARC效應發生在知覺編碼階段的話，當數字大小被直接或間接地激活后會出現SNARC效應。本研究任務轉換組被試認知加工中未出現SNARC，可以排除SNARC效應發生在知覺編碼階段的可能，間接支持了SNARC效應可能發生在反應選擇階段的觀點。

5 結 論

通過本研究可以得到如下結論：任務重復組被試在數字加工中出現SNARC效應，任務轉換組被試在數字加工中未出現SNARC效應，說明任務轉換對SNARC效應具有抑制作用。