雙重編碼線索中字母類空間-數字反應編碼聯合效應的加工機制

摘 要 為探究字母類空間-數字反應編碼聯合（Spatial-Numerical Association of Response Codes， SNARC）效應的加工階段及雙重編碼線索（言語、視覺）的影響，以大寫字母作為實驗材料，以字母表為參考系，采用字母順序判斷任務，同時誘發字母類SNARC效應、Stroop效應（發生于語義表征階段）和Simon效應（發生于反應選擇階段）。結果發現：（1）字母類SNARC效應分別與Stroop效應和Simon效應產生交互作用，這說明基于順序信息的字母類SNARC效應同時存在于語義表征階段和反應選擇階段。（2）在言語編碼和視覺編碼線索的協同作用下，順序信息能夠穩健地誘發字母類SNARC效應。

關鍵詞 字母類SNARC效應；Stroop效應；Simon效應；編碼線索；順序信息

分類號 B842.1

DOI：10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2025.05.006

1 引言

SNARC效應自Dehaene等（1993）首次在數字材料中發現以來，一直是認知心理學領域的熱點話題。該效應表現為小數字與左側空間反應更快關聯，大數字與右側空間反應更快關聯（Deha-ene et al.， 1993）。這一現象被解釋為人類對數量的空間表征具有心理數字線的內在特性，反映了數量信息與空間反應的自動化聯結（Fischer amp; Shaki， 2014）。然而，在確立了SNARC效應在數量材料中的普遍性后，研究者開始關注SNARC效應是否也存在于非數量材料，尤其是只具有順序信息的字母材料（王鋮鋮等， 2024）。

Gevers（2003）首次使用8個大寫英文字母作為刺激材料，要求被試以字母表作為參考系，判斷刺激材料在“O”之前還是之后，結果發現，在“O”之前的字母（E、G、I、L）用左手反應更快，而在“O”之后的字母（R、U、W、Y）用右手反應更快，即出現了字母類SNARC效應，這意味著順序信息可獨立于數量屬性誘發空間表征。不僅如此，順序信息相較于數量信息在SNARC效應中更具有優勢，順序信息更容易激活空間表征（黃珂， 2024）。這一觀點得到了王強強等人（2025）的支持，該實驗通過采用啟動范式啟動字母的數量信息，使得字母同時包含數量和順序信息，且兩者之間不具共變性，從而有效分離數量和順序信息的作用。結果發現，數量和順序線索在SNARC效應中的作用機制不同，且隨著任務情景的變化而變化。當認知任務指向與順序線索和數量線索均無關的任務時，順序線索的加工依然可以誘發SNARC效應，但數量線索的加工似乎不能或不足以誘發SNARC效應，說明順序線索更易誘發SNARC效應。基于上述研究，字母作為僅含有順序信息的非數量材料具有其獨特研究價值，其加工機制也成為相關領域的研究趨勢。

編碼線索理論是理解數字空間表征的重要指導，其核心在于探討數字如何通過不同的編碼方式與空間信息建立聯結（張琦， 2022; Gevers et al.， 2010）。目前尚未有研究明確提出，只具有順序信息的字母是如何通過不同的編碼方式來與空間信息進行聯結。本文將以此作為理論基礎，探究編碼線索在字母空間表征中的動態作用。近年的研究主要聚焦于言語編碼和視覺編碼在空間表征中的作用機制。言語編碼（verbal-spatial coding）是指通過語言符號（如“左”和“右”）與數字大小（如“小”和“大”）之間的聯結來實現數字的空間表征。Gevers等（2010）提出，言語編碼通過將數字的大小信息與空間方向的言語標簽（如“左”對應“小”，“右”對應“大”）相聯結，從而形成數字空間表征。這種編碼方式強調語言符號在數字空間聯結中的中介作用，認為數字的空間表征是通過語言概念的聯結實現的。例如，在SNARC效應中，小數字與“左”的聯結、大數字與“右”的聯結可能源于語言中“小-左”和“大-右”的概念關聯（Proctor amp; Cho， 2006）。視覺編碼（visuospatial coding）則強調數字在心理數字線（mental number line）上的空間位置表征。心理數字線理論認為，數字在大腦中的表征方式是一條從左到右遞增的連續線，小數字位于左側，大數字位于右側（Dehaene et al.， 1993）。這種編碼方式通過數字在心理數字線上的位置與物理空間位置的映射來解釋SNARC效應。小數字被表征在心理數字線的左側，因此與左側空間反應更快；大數字被表征在右側，因此與右側空間反應更快（Fischer et al.， 2010）。言語編碼和視覺編碼的激活程度依賴于具體的實驗條件和任務背景。在言語任務指令下，被試更傾向于使用言語編碼，即使此時出現了物理空間線索，也未發現典型的SNARC效應（潘運等， 2020）。而在空間任務指令下，視覺編碼則更具優勢，被試會將數字大小與物理空間位置直接聯結，從而表現顯著的SNARC效應（李夢霞等， 2021）。

雙階段加工模型理論為字母類SNARC效應的加工機制提供了關鍵研究框架：字母類SNARC效應是否遵循雙階段加工模型，即其空間表征是否同時涉及語義表征階段和反應選擇階段。該理論認為SNARC效應同時涉及語義表征和反應選擇兩個階段，并系統闡釋了數字空間聯結的加工機制（顏麗珠等， 2022）：在語義表征階段，刺激的順序或數量屬性被轉化為抽象的空間表征。例如，在數字任務（1-9）中，數字“3”的“較小”屬性被映射到左側空間，而“7”的“較大”屬性被映射到右側空間（Dehaene et al.， 1993）。這一階段的加工本質上是符號化的，依賴長時記憶中的語義網絡（如心理數字線）或數量概念的自動化提取（Nan et al.， 2021）。而在反應選擇階段，空間表征進一步轉化為具體的動作指令；左側空間表征激活左手按鍵反應，右側空間表征激活右手反應（Proctor amp; Cho， 2006）。這一階段涉及空間信息與動作系統的直接聯結，且易受任務情境干擾（如反應規則沖突）。

近年來，大多研究會將SNARC效應同Stroop效應與Simon效應結合起來，通過加因素法則探究SNARC效應的加工階段（Egner amp; Hirsch， 2005; Li et al.， 2014; Nan et al.， 2021; Zhang et al.， 2020）。Li等人（2014）基于維度重疊模型的研究表明，刺激-刺激沖突主要涉及任務相關和無關刺激維度之間的語義干擾，獨立于刺激-反應沖突。空間文字Stroop任務涉及文字位置（如“上”或“下”）和空間文字（如“up”或“down”）之間的空間信息沖突被證實主要在語義表征階段產生影響。據此，本研究利用背景漢字“前”/“后”，通過引發語義相關刺激（“前”和“后”）與任務相關刺激（字母順序）之間的沖突來操縱Stroop效應。Yan等人（2021）將Simon效應歸類為刺激-反應型效應，認為其發生在反應選擇階段。該研究團隊通過字母旋轉方向與空間位置之間的關系來對Simon效應進行操作化，驗證了Simon效應與SNARC效應之間存在交互作用，而與Stroop效應無交互作用，表明Simon效應獨立于語義表征階段，發生在反應選擇階段。基于此，本實驗也將通過字母旋轉方向來操縱Simon效應。根據加因素法則，若SNARC效應與Stroop效應產生交互作用，即說明SNARC效應發生在語義表征階段；若與Simon效應產生交互作用，即表明SNARC效應發生在反應選擇階段；若SNARC效應與兩者均產生交互，則說明SNARC效應既發生在語義表征階段，也發生在反應選擇階段。

基于上述研究基礎，本研究通過整合多任務范式，以大寫字母為實驗材料，結合Stroop效應（語義表征）與Simon效應（反應選擇），系統考察字母類SNARC效應的加工階段及其編碼機制。任務要求被試以字母表為參考系（長時記憶的穩定表征）進行左右手按鍵反應，同時忽略背景漢字（“前”或“后”）與字母旋轉方向（工作記憶的動態調整）的干擾。根據雙階段加工模型理論（Nan et al.， 2021）和編碼線索理論（Gevers et al.， 2010），本研究提出三個假設：第一，字母類SNARC效應與Stroop效應存在顯著交互，說明順序信息的空間表征依賴語義表征階段的言語編碼線索；第二，字母類SNARC效應與Simon效應存在顯著交互，說明反應選擇階段需視覺編碼線索強化空間和動作的聯結；第三，當Stroop條件與Simon條件均不一致時，雙重線索沖突將導致字母類SNARC效應消失，說明其穩定性依賴編碼線索的協同支持。通過分析字母類SNARC、Stroop和Simon效應間的交互作用，首次系統揭示字母類SNARC效應的雙階段加工特性，為拓展雙階段模型至非數量材料提供實證支持。此外，結果也有助于厘清言語編碼與視覺編碼在字母空間表征中的動態關系。

2 研究方法

2.1 被試

本研究使用G*power軟件計算樣本量，設定中等效應量，在0.05顯著性水平下達到80%統計檢驗力，表示本研究至少需要24名被試。故招募30名自愿參與實驗的在校本科大學生，男性和女性各15名，均為右利手，平均年齡為19.13±0.78歲，所有被試裸眼視力或矯正視力正常，無色盲、色弱，均為漢族人，無精神疾病歷史，在此之前均未參加過類似實驗。所有被試均在實驗前簽署了知情同意書，實驗結束后獲得相應報酬。

2.2 實驗儀器和材料

本研究采用CRT顯示器（分辨率1024×768像素，垂直刷新率75Hz），被試的眼睛與顯示器中心高度相同。所有刺激都出現在灰色面板（360×360像素）上。刺激呈現和手動反應測量由E-Prime2.0軟件控制。實驗刺激為A、B、C、E、F、G，視角為4.2 °、字體為Arial、黑色；字母的旋轉（順時針旋轉30°或–30°，0°為12點鐘方向）；背景文字（漢字：“前”或“后”，分別表示“前”和“后”），視角為8.3°，字體為微軟雅黑、紅色。字母和字符刺激呈現在屏幕中央，字母覆蓋在字符上（實驗材料見圖1）。在Simon任務中，當字母旋轉方向與反應空間位置存在兼容性時，會顯著影響被試的反應時。其中，字母順時針旋轉30°對應右側空間反應，逆時針旋轉30°對應左側空間反應；若字母的旋轉方向與反應手的空間位置一致（兼容），則反應時較短；反之，若不一致（不兼容），則反應時較長，即產生Simon效應（Nan et al.， 2021）。而言語標簽（如“左”/“右”）是通過語義-空間關聯影響反應選擇。當字符的語義信息與反應空間位置存在沖突時，就會產生Stroop效應（Proctor amp; Cho， 2006）。

2.3 研究設計

實驗采用2（字母類SNARC效應：一致和不一致）×2（Stroop效應：一致和不一致）×2（Simon效應：一致和不一致）三因素被試內設計。因變量為反應時。其中，字母類SNARC效應一致：左手對字母A、B、C反應，右手對字母E、F、G反應；字母SNARC效應不一致：左手對字母E、F、G反應，右手對字母A、B、C反應。Stroop效應一致：字母A、B、C分別覆蓋在漢字“前”上，字母E、F、G分別覆蓋在漢字“后”上；Stroop效應不一致：字母A、B、C分別覆蓋在漢字“后”上，字母E、F、G分別覆蓋在漢字“前”上。Simon效應一致：字母的旋轉方向與反應手的空間位置相同；Simon效應不一致：字母的旋轉方向與反應手的空間位置不一致。

2.4 研究程序

每次實驗開始時，呈現一個固定注視點，持續500ms，然后在一個紅色漢字上顯示一個黑色字母（順時針旋轉-30°/30°）。目標持續到被試給出反應或2000ms結束。在SNARC一致條件下，被試被要求以字母表為參考系，盡可能快速準確地按下（看到在“D”之前的字母用左手食指按“F”鍵，在“D”之后的字母用右手食指按“J”鍵），同時盡量忽略其旋轉或背景漢字。當被試按下一個按鈕時，目標消失了，然后是一個空白圖片在屏幕中央呈現1000 ms（見圖2）。實驗時長約為25分鐘。

正式實驗前，被試還需要完成一個練習階段。采用字母（A、B、C、E、F、G）作為刺激，無背景漢字，字母無旋轉，各隨機呈現兩次，由被試判斷字母的前后位置，與正式測試類似，讓被試熟悉實驗流程。達到80%正確率進入正式實驗。正式實驗由8個條件組成，每個條件由48個試次組成，總共有384個試次。

按鍵規則使用ABBA在被試間平衡，一半被試先依據字母類SNARC效應一致反應規則，再依據字母類SNARC效應不一致反應規則；另一半被試先依據字母類SNARC效應不一致反應規則，再依據字母類SNARC效應一致反應規則。

3 結果

實驗數據篩除反應時間低于150ms和超過1700ms的數據，篩除率為12%。分析八種條件下，被試正確反應的平均反應時間，并對字母類SNARC效應、Stroop效應、Simon效應開展三因素重復測量方差分析，所有方差分析的顯著性水平均設為αlt;0.05，兩兩比較采用最小顯著差異法（least significant difference， LSD）矯正，結果見圖3。

結果表示，字母類SNARC主效應顯著，F（1， 29）=214.68， plt;0.001， η2p=0.13，字母類SNARC一致組的反應時顯著短于字母類SNARC不一致組；Stroop主效應顯著，F（1， 29）=25.24， plt;0.001， η2p=0.02，Stroop一致組的反應時顯著短于Stroop不一致組；Simon主效應顯著，F（1， 29）=538.77， plt;0.001， η2p=0.28，Simon一致組的反應時短于Simon不一致組。以上結果說明語義沖突（Stroop不一致）和空間反應沖突（Simon不一致）均對被試判斷產生顯著影響。

字母類SNARC效應與Stroop效應交互作用顯著，F（1， 29）=2780.10， plt;0.001， η2p=0.67；字母類SNARC效應與Simon效應交互作用顯著，F（1， 29）=589.75， plt;0.001， η2p=0.30；Stroop效應與Simon效應交互作用顯著，F（1， 29）=39.28， plt;0.001， η2p=0.03；字母類SNARC效應與Stroop效應與Simon效應三者交互作用顯著，F（1， 29）=3.92， p=0.048， η2p=0.003。這一結果與雙階段加工模型一致，表明字母的順序信息在語義表征階段和反應選擇階段均能穩定地誘發字母類SNARC效應。

為進一步驗證某兩因素下另一因素各水平間的差異，對結果開展簡單效應分析。結果表示，在Stroop條件一致的條件下，無論Simon條件是否一致，字母類SNARC一致組的反應時顯著短于字母類SNARC不一致組（當Simon效應一致時，SNARC效應一致與SNARC效應不一致的差值為-85.39±5.60ms；而當Simon效應不一致時，SNARC效應一致與SNARC效應不一致的差值為-27.40±0.57ms），plt;0.001，說明言語編碼線索在語義表征階段起主導作用。當Stroop條件不一致、Simon條件一致的情況下，字母類SNARC一致組的反應時顯著短于字母類SNARC不一致組（SNARC效應一致與SNARC效應不一致的差值為-38.37±1.16ms），plt;0.001，這表明當言語編碼線索失效時，字母類SNARC效應的出現依賴有效的視覺編碼線索的補償支持。但當Stroop條件和Simon條件均為不一致時，即視覺編碼線索和言語編碼線索同時失效，字母類SNARC一致組與字母類SNARC不一致組的反應時不存在顯著差異（SNARC效應一致與SNARC效應不一致的差值為-1.34±4.36ms），p=0.76，意味著此時字母類SNARC效應消失。

而在字母類SNARC條件一致的條件下，無論Simon條件是否一致，Stroop一致組的反應時均顯著短于Stroop不一致組（當Simon效應一致時，Stroop效應一致與Stroop效應不一致的差值為-9.24±4.06ms；當Simon效應不一致時，Stroop效應一致與Stroop效應不一致的差值為-25.09±4.43ms），plt;0.001，這說明言語空間線索不受視覺空間線索的影響。在字母類SNARC條件不一致的條件下，無論Simon條件是否一致，Stroop不一致組的反應時均顯著短于Stroop一致組（當Simon效應一致時，Stroop效應一致與Stroop效應不一致的差值為37.77±1.45ms；當Simon效應不一致時，Stroop效應一致與Stroop效應不一致的差值為3.64±0.30ms），plt;0.001，此時出現了字母類SNARC效應的反轉。

在字母類SNARC條件與Stroop條件均一致的情況下，Simon一致組與Simon不一致組的反應時不存在顯著差異（Simon效應一致與Simon效應不一致的差值為-2.61±4.20ms），p=0.53，這說明當言語編碼線索有效時，無效視覺編碼線索的干擾會受到抑制。當字母類SNARC條件一致和Stroop條件不一致時，Simon一致組的反應時顯著短于Simon不一致組（Simon效應一致與Simon效應不一致的差值為-26.48±1.01ms），plt;0.001，結果表明當言語編碼線索失效時，有效的視覺編碼線索發揮補償作用誘發字母類SNARC效應。當字母類SNARC條件不一致的情況下，無論Stroop條件是否一致，Simon不一致組的反應時均顯著短于Simon一致組（當Stroop效應一致時，Simon效應一致與Simon效應不一致的差值為60.61±2.62ms；當Stroop效應不一致時，Simon效應一致與Simon效應不一致的差值為26.48±1.01ms），plt;0.001，此時出現了字母類SNARC效應的反轉。

4 討論

本研究通過結合Stroop、Simon與字母類SNARC效應，系統考察了字母類SNARC效應的加工階段及編碼方式對字母空間表征的影響。實驗結果不僅驗證了字母類SNARC效應的雙階段加工模型，還揭示了言語和視覺編碼線索在字母類SNARC效應產生中的協同作用。字母類SNARC效應與Stroop效應（語義表征）及Simon效應（反應選擇）均存在顯著交互，支持順序信息的空間表征同時涉及語義表征和反應選擇階段。在本研究中，我們通過整合多任務范式，進一步證實了字母空間表征的動態性和靈活性。特別是本研究發現，當任務中同時存在語義沖突和空間反應沖突時，字母類SNARC效應會受到顯著影響。這與Shen等人（2023）的觀點一致，即空間表征與任務情境密切相關。Roth等人（2025）的研究也強調了長期記憶和工作記憶在SNARC效應中的協同作用。他們發現，字母的空間表征既受長期記憶中字母順序的影響，也受到工作記憶中短期序列的調節。在本實驗中，當Stroop和Simon條件均不一致時，字母類SNARC效應會消失，這是由于沖突信息較多，需要認知控制來協調不同信息的處理。認知控制在處理多重任務沖突時，會優先處理與任務相關的線索，忽略與任務無關的線索。當Stroop效應和Simon效應的線索都與任務無關時，這些沖突的線索會干擾空間表征的形成，從而導致字母類SNARC效應的消失。

進一步分析發現，在Stroop一致條件下，字母類SNARC效應顯著且獨立于Simon效應，這表明字母順序的語義表征主要依賴言語編碼線索。這一結果與Proctor和Cho（2006）的“極性對應”理論相一致，該理論解釋了言語標簽（如“左/右”）如何通過語義-空間關聯影響反應選擇，為言語編碼的主導作用提供了理論依據。同時，本實驗中，言語編碼線索（背景漢字“前/后”）直接激活了字母表的順序語義，形成“前-左、后-右”的自動化聯結，從而誘發了穩定的字母類SNARC效應。相比之下，視覺編碼線索（字母旋轉方向）的效應僅在言語編碼線索失效時顯現，說明言語編碼在字母空間表征中占據主導地位。這一發現支持了Gevers等（2010）提出的編碼線索協同機制理論，即言語編碼與視覺編碼在空間表征中既可相互獨立，又可互相協同，且言語編碼更具靈活性。

本研究系統揭示了字母類SNARC效應的雙階段加工特性，但仍存在若干局限。其一，實驗材料僅選取了部分大寫字母，未能涵蓋全部字母，某些字母（如A）的空間關聯特別強，這些字母在長期記憶中具有高度自動化的表示（Roth et al.， 2025），這可能限制了結論的全面性。未來研究可嘗試納入更多字母甚至其他符號，來進一步驗證結論的普適性。其二，任務設計上僅采用了字母順序判斷任務，相對單一。后續研究可設計如字母命名、排序等多元任務，從多維度考察字母類SNARC效應。其三，本研究運用字符作為效標引入Stroop效應，可能導致言語編碼線索在加工過程中的作用虛假夸大，未來可引入新的效標，使得言語編碼線索和視覺編碼線索的初始水平影響力一致。其四，被試群體僅為在校大學生，且均為漢族人，缺乏年齡與文化背景的多樣性。擴大被試群體范圍是未來研究的一個重要方向。其五，實驗設計雖系統整合了多種效應，但Stroop任務與Simon任務的疊加可能引入額外認知負荷，影響加工階段的純凈性。未來可采用腦電等技術，直接捕捉語義與反應階段的神經實時動態（韓萌， 2017）。其六，本研究未深入探討跨文化因素對字母類SNARC效應的影響。不同文化背景下的書寫習慣（如橫排書寫與豎排書寫）是否會影響字母的空間表征，未來研究可對此展開深入探索。其七，統計分析方法上，本研究采用了重復測量方差分析，但該方法可能存在一定局限性。未來研究可嘗試結合更精深的統計方法，如多水平模型分析、結構方程模型等，以更全面地分析數據和檢驗假設。

綜上，本研究發現字母類SNARC效應遵循雙階段加工模型理論，順序信息在言語編碼和視覺編碼線索的協同支持下可以穩健地誘發字母類SNARC效應，且言語編碼在加工過程中占據優勢。這一發現為心理數字線的理論拓展提供了新證據：順序信息的空間表征同樣遵循“左-前、右-后”的動態映射規律，表明空間聯結機制具有跨符號類型的普遍性。研究結果不僅具有其理論意義也對教育認知訓練具有應用價值。在語言教學中，通過理解字母類SNARC效應的加工機制，教育工作者可以更好地設計教學方案，幫助學生更高效地學習字母順序和相關知識。另外，研究所揭示的雙線索協同機制可為特殊人群（如閱讀障礙者）的認知干預提供新思路。例如，通過針對性訓練言語或視覺編碼通道的補償能力，改善其符號空間表征的靈活性。

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