阻斷范式中時間結構線索對預測運動的影響

分類號 B842

1引言

在日常生活中，人們通常需要準確估計運動客體何時到達某一位置，進而來指導其未來的運動行為（Teichmannetal.，2021），例如接球、過馬路或剎車以避免障礙物等，判斷運動客體何時到達某一目標位置的任務稱為視覺運動推斷任務。在實驗室中，研究者通常使用預測運動（prediction motion）范式來探究視覺運動推斷任務的加工機制。在預測運動范式中，個體需要判斷被遮擋的運動客體何時到達目標位置，然后進行按鍵反應（Makin，2018）。

人類是如何對遮擋后的運動客體進行加工的？最初，研究者使用tau理論（郭秀艷等，2000；Lee，1976；Leeetal.，1983）來解釋個體在預測運動任務中的加工機制。Tau理論認為運動刺激在個體視網膜上成像的夾角與這個夾角的變化率之間的比值（t）可以推斷出刺激到達個體的剩余時間（唐日新 等，2010）。例如，當運動刺激向觀察者運動時，從某一時刻起刺激到達個體的剩余時間可以通過該公式τ=2θ/d（2θ）/d（t） 來獲得（其中 θ 為物體在視網膜上成像的夾角， d（2θ）/d（t） 為夾角的變化率）。然而該理論只適用于刺激與個體之間發生相對運動，并且需要運動刺激與個體的眼睛發生碰撞。自然界中需要做出反應的運動多數都不是正對個體的眼睛，因此這在很大程度上限制了tau策略的應用。目前，越來越多的研究者開始使用認知策略來解釋個體對預測運動任務的加工過程（Bauresetal.，2021；Lawetal.，1993）。認知策略指出個體在對運動任務進行時間估計時會依據客體的運動信息建立一種運動表征來模擬其運動規律，然后推測未來某一時間點運動客體到達的位置（Watamaniukamp;McKee，1995）。例如，Makin和Poliakoff（2011）發現個體在可見階段對運動刺激的速度表征能夠決定其在預測運動任務中的績效。劉瑞光和黃希庭（1991）的研究指出，距離、速度和加速度等因素會顯著影響個體的任務績效。具體表現為，較短的遮擋距離能夠提升個體的任務績效；在速度方面，個體在快速運動條件下的任務績效顯著高于慢速條件；而當客體處于加速運動狀態時，同樣能顯著提高個體的任務績效。根據認知策略模型，隨著刺激在可見部分運動距離的增加，個體對其視覺速度信息的表征將會越來越準確，因此任務績效會隨著可見部分運動距離的增加而提高。然而，有研究發現當刺激在可見部分和遮擋部分的距離相同時，被試的反應偏差更小，績效更高（Baures，Balestra，etal.，2018）。這一結果暗示著時間這一變量在預測運動任務中可能發揮著重要作用，且認知策略難以對此進行有效解釋。

時間作為運動客體的一種重要屬性，長期以來一直沒有得到預測運動領域研究者的直接關注。廣義上的時間結構（timestructure，T）是指信息在時間維度上的分布模式。在認知心理學領域，時間結構的分類方式對于解釋其在運動任務中的作用至關重要（Spenceretal.，2003;Zelaznik etal.，2002）。其中，基于刺激呈現時間規律的結構，常見于實驗室中以固定頻率呈現的單音或視覺刺激。這種結構為個體提供了穩定的時間預期線索，有助于個體在運動任務中進行節奏性的感知與反應調節（Hoveet al..2010）。例如在研究中，以固定頻率閃爍的視覺刺激可作為時間參考，幫助被試調整運動節奏。基于刺激變化規律的結構，如周期性地調制刺激的某一物理屬性，其變化的周期性和規律性使得個體能夠依據先前的刺激變化模式來預測后續變化，從而在運動任務中提前規劃動作，體現了時間結構的可預測性特征（Hoveetal.，2013）。以往研究發現，不論是基于刺激呈現還是基于刺激變化規律的時間結構都具有節律性、層級性和可預測性三種基本特性（胡瑞晨等，2019），并且個體能夠利用時間結構的這些特性來促進客體識別（Milleretal.，2013）、知覺組織（Alaisamp;Blake，1998）、無意識加工（Bauer et al.，2009）及注意分配（Jonesamp;Boltz，1989）等認知過程。盡管在其他情境中還存在基于句法規律的時間結構（如自然語言和音樂等），但不在本研究涉及的運動任務范疇內，因此本文不過多討論。

在預測運動領域，研究者根據刺激的運動規律提出了時間結構的操作性定義一一時間結構是指刺激在可見和遮擋部分運動時間的比值（秦奎元等，2022；Changamp;Jazayeri，2018）。時間結構相同（T=1.0） 是指刺激在可見階段運動的時間與遮擋階段運動的時間相等；時間結構不相同 （T≠1.0） 是指刺激在可見階段運動時間和遮擋部分運動時間不等。已有研究表明時間結構對預測運動任務表現具有顯著影響（Qinetal.，2022），當時間結構相同時（T=1.0） ，個體的任務績效會顯著優于時間結構不同的條件 （T≠1.0） 。預測運動范式中的時間結構相同與時間估計任務中的時間間隔被等距分割在形式上存在相似性。研究發現，在時間估計任務中當時間間隔被等距分割時被試的時間估計績效更好（Jazayeriamp;Shadlen，2010）。在預測運動任務中，時間結構相同也能夠提升被試的任務績效（秦奎元等，2022）。這表明在這兩種情形下個體可能使用了相似的加工方式。然而兩者之間也存在明顯的差異，其中時間間隔側重于探討在一般的計時任務中不同時間間隔分割方式對績效的影響，其應用范圍較為廣泛；而本研究的時間結構相同概念是在預測運動任務情境下，基于刺激可見與遮擋部分運動時間的特定關系提出的，聚焦于運動過程中不同階段時間的比例關系，更具任務特異性。

預測運動任務有兩種常見的任務范式：遮擋范式或阻斷范式。在遮擋范式中，個體需要判斷被遮擋的運動刺激何時到達某一目標位置，并及時按鍵;在阻斷范式中，個體需要判斷被遮擋后重新出現在目標位置上的刺激在時間上是提前還是延遲。遮擋范式任務簡單直接，需要的試次數量也相對較小，因此以往研究大都采用遮擋范式來探究時間結構對預測運動的影響（例如Baures，Balestra，etal.，2018;Qinetal.，2024）。然而，研究者發現在遮擋范式中個體有可能利用刺激運動方向信息與注視方向形成的夾角的變化率來估計運動刺激的到達時間，這意味著遮擋范式中時間結構對個體任務績效的提升作用，可能受到了運動方向與注視方向夾角變化率的干擾。與之不同的是，阻斷范式具有獨特的性質，在該范式中運動刺激從被遮擋到出現在目標位置之間的時間間隔處于動態變化之中。這種變化使得運動方向與注視方向形成的夾角的變化率難以對預測運動任務產生影響，從而有效避免了這一干擾因素。該設計克服了遮擋范式的局限，能夠更精準地揭示時間結構的作用。

因此，本研究擬采用阻斷范式探究時間結構對預測運動任務的影響。由于目前尚未有研究者使用阻斷范式來探究時間結構在預測運動任務中的作用，因此實驗1首先采用經典的阻斷范式任務，運動刺激從起點向目標位置運動，當其到達遮擋點后被遮擋，一段時間后運動刺激出現在目標位置，此時被試需要判斷運動刺激是提前還是延后到達了目標位置。然而，經典的阻斷范式無法避免視覺運動速度對被試任務績效的干擾。因此在實驗2中，我們剝離了視覺速度線索，探究時間結構線索對預測運動任務的影響。實驗3采用隨機呈現范式來探索時間結構線索對預測運動任務影響的穩定性，進一步證明時間結構線索在預測運動任務中的作用。綜上，本研究通過阻斷范式首次系統考察時間結構對預測運動任務的影響，其創新性體現在以下兩方面：在研究視角上，時間作為運動客體的重要屬性，在預測運動領域長期未得到直接關注。本研究聚焦于時間結構在預測運動任務中的作用，豐富了預測運動領域的研究視角。在研究范式上，本研究采用阻斷范式，其運動刺激從被遮擋到出現在目標位置之間的時間間隔動態變化，有效避免了運動方向與注視方向夾角變化率對任務的干擾，能更精準地揭示時間結構的作用。在理論層面，本研究補充和完善了認知策略理論。認知策略指出個體依據客體運動信息建立運動表征來推測其未來位置，但難以解釋時間在預測運動任務中的作用。本研究想要驗證時間對個體在預測運動任務中判斷準確性和敏感性的影響，這拓展了認知策略模型的時間維度解釋，為構建統一的時空整合框架奠定了實證研究的基礎。此外，本研究也拓展了時間結構在認知領域的應用。以往研究表明時間結構在客體識別、知覺組織等認知過程中發揮作用。本研究進一步驗證了時間結構在預測運動任務中的作用，拓展了時間結構在認知心理學領域的應用范圍，有助于深入理解時間結構在不同認知任務中的作用機制和共性特征。

2 實驗1：在阻斷范式中探究時間結構對預測運動任務的影響

2.1 方法

2.1.1 被試

采用G*Power3.1軟件計算樣本數量，參考以前的研究，設置中等效應量 f=0.30 ，當樣本量達到20人時，時間結構效應的統計檢驗力在 a=0.05 時可以達到0.80。為了防止樣本流失，本實驗招募25名在校大學生作為被試，其中男性11名，女性14名，年齡范圍為19～22歲。所有被試視力或矯正視力正常，均為右利手，且均沒有參加過類似實驗。該研究通過了陜西師范大學關于人類被試研究的學術倫理委員會審批，被試在實驗開始之前簽署了知情同意書，實驗后給予相應報酬。2名被試因總正確率低于 70% 且單個條件正確率低于 60% 被剔除，因此本實驗共收集23名被試的數據。

2.1.2 實驗任務

在本實驗中（連續實驗）中，一個藍色小方塊由起點向右側目標位置運動，當運動到遮擋點后藍色方塊被遮擋，一段時間后藍色方塊出現在目標位置（如圖1左圖）。被試需要判斷藍色小方塊是提前還是延遲到達目標位置，并按下對應的按鍵。在該任務中，遮擋部分的長度始終保持為 8^° 視角的長度，可見部分的長度分別為4°， 8^° 和 12^° 視角。藍色方塊的運動速度在每個試次中都保持不變，因此其在可見階段和遮擋階段運動時間的比值（時間結構）分別為0.5，1.0和1.5。

圖1實驗1和實驗2示意圖。實驗1中運動刺激從起始點向目標位置運動，當其到達遮擋點后被遮擋，一段時間后運動刺激出現在目標位置，被試需要判斷運動刺激提前還是延后到達該位置。實驗2任務形式與實驗1相似，不同之處在于運動刺激在起始點和遮擋點之間的運動過程也被遮擋。圖中都是以時間結構相同 （T=1.0） 為例。彩圖見電子版，下同

2.1.3 實驗設計和程序

實驗程序用Psychopy3.0編制。本實驗采用單因素3水平（T：0.5，1.0，1.5）被試內實驗設計。其中T=1.0 為時間結構相同條件， T=0.5 和 T=1.5 為時間結構不相同條件。在該任務中，每個試次開始后屏幕上首先呈現黑色背景，包含運動的起點，遮擋點和目標位置（右側豎線）。經過 0.2～0.5s 的隨機延遲后，藍色小方塊從起點開始向目標位置勻速運動，當其到達遮擋點后被遮擋，遮擋一段時間后，藍色方塊出現在目標位置。被試需要判斷藍色方塊是提前還是延后到達了目標位置，提前按F\"鍵，延后按J\"鍵。在該任務中，三種時間結構條件下遮擋點前的長度分別為 4^° 5 8^° 和 12^° 視角，遮擋點后的長度固定為 8^° 視角，同時將藍色小方塊的運動速度固定為 5.33^°/s ，因此，運動刺激在可見階段的運動時間分別為0.75，1.5和 2.25s 。在遮擋階段的運動時間為1.5s（理論到達時間），因此產生三種時間結構，分別為0.5，1.0，1.5。然而在實驗中，藍色小方塊進入遮擋階段后0.8，1.1，1.2，1.45，1.55，1.8，1.9和2.2s （實際到達時間）會出現在目標位置。其中0.8，1.1，1.2和1.45s表示藍色小方塊提前出現在目標位置，1.55，1.8，1.9和2.2s表示藍色小方塊延后出現在目標位置，實際到達時間和理論到達時間的差異分別為-0.7， -0.4 ， -0.3 ， -0.05 ，0.05，0.3，0.4和0.7s 。三種時間結構中都包含以上8種遮擋時間，因此本實驗共包括24種處理，每個處理重復20次，因此正式實驗共包含480個試次。在正式實驗開始之前，被試先進行練習，每種處理練習一次，共24個練習試次。完成實驗1平均需要80分鐘。

2.1.4 數據分析

計算每個被試在不同時間結構條件下按“J\"鍵（延后反應）的百分比，使用R語言的邏輯回歸來擬合被試的反應曲線（Linaresamp;López-Moliner，2016），進而計算每個被試的主觀相同點（pointofsubjectiveequality，PSE）和最小可覺差（just noticeable difference，JND）。PSE是指擬合曲線的y軸為 50% 時對應的 x 軸的數值，當PSE等于0時說明被試反應與理論值相同，與0的距離越大說明被試的偏差越大。當PSE為正值時表示被試傾向于提前按鍵，低估運動刺激的到達時間；當PSE為負值時表示被試傾向于延遲按鍵，高估運動刺激的到達時間。然而，PSE值只能說明被試反應的傾向性，并不能代表被試在預測運動任務中判斷的準確程度，因此使用被試PSE值的絕對值（absolutePSE，aPSE）來代表被試任務估計的準確程度，其值越小代表被試的估計越準確，并對其進行統計檢驗，探究不同時間結構條件下被試任務績效的高低。JND是指擬合曲線的 75% 和 25% 對應的 x 軸的差異的一半，也被稱為半四分位差（semi-interquartiledifference）。JND反應了被試對不同時間結構的敏感程度，其值越小說明被試對該條件下的時間結構敏感性越高。在對本實驗進行單因素三水平重復測量方差分析時，使用Mauchly球形檢驗檢查數據是否滿足球形假設，當違反球形假設時使用Greenhouse-Geisser進行校正。

2.2 實驗結果

被試在實驗1中的PSE如圖2A所示，對被試的PSE值進行單因素重復測量方差分析發現，被試在不同時間結構條件下的PSE值差異顯著， F（2，44）= 27.64， plt;0.001 ， η_p²=0.557 。事后檢驗顯示，被試在T=0.5 時的PSE 值顯著大于 T=1.0 （plt;0.001 和T=1.5 （plt;0.001） ；被試在 T=1.0 和 T=1.5 時的PSE差異也顯著， p=0.002 ，表明被試在不同時間結構條件下的反應傾向性差異顯著。

圖2被試按鍵為\"延后到達\"百分比的邏輯函數擬合曲線圖。A、B、C分別代表實驗1，實驗2和實驗3

圖3A圖為被試在實驗1中三種時間結構條件下的aPSE對比圖，B圖是被試在實驗1中三種時間結構條件下的 JND對比圖。 ^*plt;0.05 ^**plt;0.01 ， ^***plt;0.001 ，以下同。

對被試在不同時間結構條件下的aPSE值進行單因素重復測量方差分析，探究其在不同時間結構條件下的績效差異，結果顯示被試在不同時間結構條件下的績效存在顯著差異（如圖3A）， F（2， 44）= 6.3 38，p=0.010 η_p²=0.225 。事后檢驗顯示，被試在T=1.0 時的aPSE顯著小于 T=0.5 （p=0.002） 和 T= 1.5 （p=0.001 ，這表明被試在時間結構相同條件下的任務績效顯著高于時間結構不同時的績效；被試在 T= 0.5 和 T= 1.5 時的aPSE 差異不顯著， p= 0.348，表明被試在兩種時間結構不同條件下的績效差異不顯著。

對被試在不同時間結構條件下的JND進行單因素方差分析發現，被試在不同時間結構條件下的JND 差異顯著（圖3B）， F（2，44）=5.33 ， p=0.015 η_p²=0.195 。事后檢驗顯示被試在 T=1.0 時的JND顯著小于 T=0.5 （p=0.007） 和 T=1.5 （p=0.017） ，表明被試對時間結構相同條件更敏感，更能覺察在時間結構相同條件下任務的變化；然而JND在 T= 0.5和 T=1.5 條件下的差異不顯著， p=0.363 。表示被試對兩種時間結構不同條件下的敏感度沒有顯著差異。

2.3 討論

實驗1發現時間結構線索能夠顯著影響被試在預測運動任務中的績效。對PSE分析發現當 T=0.5 時，相較于 T=1.0 和 T=1.5 ，個體傾向于提前按鍵，低估運動刺激的到達時間；當 T= 1.5 時，相較于T=1.0 時，個體傾向于延遲按鍵，高估運動刺激的到達時間。該結果顯示時間結構能夠影響被試的反應傾向，時間結構相同為被試提供了明確且穩定的外部節奏線索，減少了被試估計的不確定性，因此其偏差較小。而當 T=0.5 時，被試可能過度依賴可見段形成的表征，而忽略了遮擋部分可能更長的運動時間，從而低估了運動時間；當 T=1.5 時則相反，因此高估了運動時間。

對被試的aPSE分析發現，與時間結構不同相比，時間結構相同能夠顯著提高個體在預測運動任務中的績效，這與我們之前的研究結果一致（Qinetal.，2024）。JND的分析表明，在時間結構相同條件下被試的JND值顯著小于時間結構不同條件，表明在時間結構相同條件下，被試對不同遮擋時間的判斷更為敏感，這也說明當任務線索可靠時個體更能區分不同的時間間隔。上述結果顯示時間結構相同提高了被試的任務績效。當刺激以固定的頻率或相同間隔時長呈現時，個體就能夠根據刺激的節律性來進行任務估計。在本實驗中，在時間結構相同條件下，刺激從任務起點運動到遮擋點的時間與從遮擋點運動到目標位置的時間相同，因此具有一定的節律性。時間結構的這種節律性能夠通過誘發預期來調節注意資源的分布，基于時間規律的預期將個體的注意資源引導至特定的時間點（胡瑞晨等，2019）。研究發現人們通常對處于預期將出現在正拍的時間點上的目標刺激產生更高的探測績效。因此本實驗中，當時間結構相同時被試可能采用了運動刺激的節律性特性進行任務估計，根據刺激在遮擋點前的運動時間，將注意資源分布到何時到達目標位置的這一時刻；而當時間結構不相同時，個體無法根據有效的任務線索來分布其注意資源，從而導致其任務績效低于時間結構相同時的績效。

根據上述分析結果，本實驗表明時間結構對預測運動有顯著的影響。然而，Barnes（2008）在視覺追蹤運動任務中發現，個體能夠將刺激的視覺運動速度儲存在工作記憶系統中，當運動刺激被遮擋后，個體能夠根據工作記憶系統中的速度表征繼續追蹤刺激。也有研究使用遮擋范式發現，個體能夠根據儲存在工作記憶系統中的速度表征引導其注視點，直至刺激運動到目標位置（Makinamp;Poliakoff，2011）。Chang和Jazayeri （2018）在遮擋范式的研究中也發現當運動刺激在遮擋點之前可見時，個體不但能夠利用時間結構信息，還能夠整合視覺運動速度來提高其任務績效。由于實驗1的結果可能受到視覺速度信息的干擾，實驗2采用閃爍范式，通過掩蔽運動刺激的可見軌跡來分離視覺速度信息，從而更準確地考察時間結構對預測運動的影響。

3實驗2：時間結構在缺少視覺速度條件下對預測運動任務的影響

3.1 方法

3.1.1 被試

本實驗另外招募大學本科生29名，其中男性13名，女性16名，年齡范圍為19～21歲，所有被試均為右利手，視力或矯正視力正常，且均沒有參加過類似實驗，實驗結束后給予一定的報酬。3名被試因總正確率低于 70% 且單個條件正確率低于60% 被剔除，所以本實驗共收集26名被試的數據。

3.1.2 實驗任務，設計和程序

本實驗任務（閃爍實驗）與實驗1相似，不同之處在于藍色小方塊由起點向遮擋點運動過程中也被掩蔽（如圖1右圖），這樣做的目的是剝離視覺速度對預測運動任務績效的干擾。實驗流程如下：當被試按下空格鍵后刺激出現并停留在任務起點 0.1s， （2號隨后被掩蔽，當其到達遮擋點后再次出現0.1s，然后繼續向目標位置運動，一段時間后藍色方塊出現在目標位置。被試需要判斷藍色小方塊是提前還是延遲到達目標位置，并按相應的按鍵。實驗設計，程序和數據分析都與實驗1一致。本實驗的主要目的是分離視覺速度的影響，進一步考察時間結構線索在阻斷范式中對預測運動任務的影響。

3.2 實驗結果

被試在實驗2中的PSE如圖2B所示，對被試的PSE值進行單因素重復測量方差分析發現，被試在不同時間結構條件下的PSE值差異顯著， F（2，50） =1.13，p=0.333 ，表明被試在不同時間結構條件下的反應傾向性差異不顯著。

對被試在不同條件下的aPSE值進行的單因素重復測量方差分析發現，被試在不同時間結構條件下的aPSE 值存在顯著差異（如圖 4A）， F（2， 50）= 3.90， p=0.027 ， η_p²=0.135 。事后檢驗顯示，被試在T=1.0 時的aPSE顯著小于 T=0.5 （p=0.035） 和 T= 1.5 （p=0.012） ，這表明被試在時間結構相同條件下的任務績效顯著高于時間結構不同時的績效；被試在 T= 0.5 和 T= 1.5 時的aPSE 差異不顯著， p= 0.628，表明被試在兩種時間結構不同條件下的績效差異不顯著。

對被試在不同條件下的JND值進行單因素重復測量方差分析發現，被試在不同時間結構條件下的JND 值存在顯著差異（如圖4B）， F（2，50）=4.87 0p=0.019 ， η_p²=0.163 。事后檢驗顯示，被試在 T=Φ 1.0時的JND顯著小于 T=0.5 （p=0.017） 和 T=1.5 （p=0.019） ，表明被試對時間結構相同條件更敏感，更能覺察在時間結構相同條件下任務的變化；然而JND 在 T=0.5 和 T=1.5 條件下的差異不顯著， p= 0.281。表示被試對兩種時間結構不同條件下的敏感度沒有顯著差異。

圖4A圖為被試在實驗2中三種時間結構條件下的aPSE對比圖，B圖是被試在實驗2中三種時間結構條件下的JND對比圖。

3.3 討論

為了分離視覺速度的影響，實驗2采用閃爍范式探究時間結構線索在預測運動任務中的作用。對被試的PSE分析發現，被試在不同時間結構條件下的反應沒有明顯的傾向性。以往研究指出，被試傾向于在快速條件下低估運動刺激的到達時間，在慢速條件下高估運動刺激的到達時間，這說明被試反應的傾向性可能受到了視覺速度的影響。然而在沒有視覺速度線索的情況下，時間結構信息成為被試判斷的主要依據。被試在這種條件下可能需要更多的認知資源來處理時間結構信息，從而導致其在反應傾向性上的表現不穩定。相比于實驗1中相對直觀的速度-時間關系，實驗2中的時間結構信息單獨作用時，被試難以快速準確地利用其來形成明確的反應傾向。這可能使得被試在不同時間結構條件下的反應變得更加隨機，從而掩蓋了時間結構本身可能對反應傾向性產生的影響，最終導致PSE無顯著差異。

對被試的aPSE分析發現，當時間結構相同時被試的aPSE顯著高于時間結構不同條件，這說明被試在時間結構相同時的準確性高于時間結構不同條件。JND的分析結果顯示，當缺少視覺速度線索時個體對時間結構相同條件的敏感性也顯著高于時間結構不同條件，該結果與實驗1的結果一致。本實驗不存在視覺速度線索，時間結構信息是被試判斷的主要依據。當時間結構相同時，被試同樣能夠根據時間結構的節律性進行任務估計，這使得被試在時間結構相同條件下不但表現出更為高的績效，而且展現出更高的時間結構敏感性。該結果進一步表明時間結構可能是影響被試任務估計準確性和敏感性的主要因素。

實驗2通過分離視覺速度信息來探究時間結構對預測運動任務的影響，PSE的結果與實驗1不同，但aPSE和JND的結果與實驗1相同。這說明被試反應傾向性可能受到了視覺速度和時間結構的交互影響，而任務估計的準確性和敏感性受到時間結構的影響。在接下來的實驗3中，我們想要探究時間結構對預測運動任務影響的穩定性。時間結構的穩定性主要體現在其受到干擾后仍然保持和不存在干擾時存在相似的任務績效，因此實驗3采用隨機實驗來干擾被試對時間結構的加工。當存在干擾時，如果被試的績效仍然在時間結構相同條件下保持相對優勢，這就說明時間結構在預測運動任務中存在一定的穩定性。以往的研究大多使用雙任務范式來探究干擾對不同任務績效的影響。然而，Kerzel（2003）指出注意是影響視覺運動任務的關鍵因素之一，使用雙任務范式時個體必須將一部分注意資源分配到次任務中，則該范式無法在完全注意條件下探究時間結構的穩定性。我們之前在數字預測運動任務發現，在可見階段隨機呈現運動刺激的位置也能夠降低被試的任務績效，干擾其對預測運動任務的反應（Qinetal.，2023）。因此，本研究采用隨機實驗探究時間結構在預測運動任務中的穩定性。

4實驗3：干擾條件下時間結構相同能否提高預測運動任務的績效？

4.1 方法

4.1.1 被試

本實驗另外招募大學本科生26名，其中男性10名，女性16名，年齡范圍為19～22歲，所有被試均為右利手，視力或矯正視力正常，且均沒有參加過類似實驗，實驗結束后給予一定的報酬。1名被試因總正確率低于 70% 且單個條件正確率低于60% 被剔除，所以本實驗共收集25名被試的數據。

4.1.2 實驗任務，設計和程序

本實驗任務（隨機實驗）與實驗2相似，不同之處在于在每個試次中，藍色小方塊運動到遮擋點之前都會閃爍出現，并且其閃爍的位置是隨機呈現的，這樣做的目的是干擾被試根據起點到遮擋點的時間形成穩定的時間結構（Qinetal.，2023）。當 T=0.5 時，運動刺激在起點和遮擋點之間隨機呈現1次;當 T=1.0 時，刺激在起點和遮擋點之間隨機呈現3次；當 T=1.5 時，刺激在起點和遮擋點之間隨機呈現5次。實驗流程如下：當被試按下空格鍵后刺激出現在任務起點，隨后藍色方塊勻速向遮擋點運動，在其到達遮擋點之前會隨機出現1次 （T=0.5） ，3次（T=1.0） 和5次 （T=1.5） ，當其到達遮擋點后再次出現，然后繼續向目標位置運動，一段時間后藍色方塊出現在目標位置。被試需要判斷藍色小方塊是提前還是延遲到達目標位置，并按相應的按鍵。實驗設計，程序和數據分析都與實驗1一致。本實驗想要探究在十擾條件下時間結構相同是否還能夠提高預測運動任務的績效，進而探究時間結構的穩定性。

4.2 實驗結果

被試在實驗3中的PSE如圖2C所示，對每個被試的PSE值進行分析發現，被試在不同時間結構條件下的 PSE 值差異顯著， F（2， 48）= 4.06 ， p= 0.039， η_p²=0.145 。事后檢驗顯示，被試在 T= 0.5 時的PSE值顯著大于 T=1.0 （p=0.025） 和 T=1.5 （號 （p=0.040） ；被試在 T=1.0 和 T=1.5 時的PSE差異不顯著， p= 0.335 ，表明被試在不同時間結構條件下的反應傾向性差異顯著。

圖5A圖為被試在實驗3中三種時間結構條件下的aPSE對比圖，B圖是被試在實驗3中三種時間結構條件下的JND對比圖。

對被試在不同條件下的aPSE值進行的單因素重復測量方差分析發現，被試在不同時間結構條件下的aPSE 值存在顯著差異（如圖 5A）， F（2， 48）= 9.21，plt;0.001 ， η_p²=0.277 。事后檢驗顯示，被試在T=1.0 時的aPSE顯著小于 T=0.5 （plt;0.001） 和 T= 1.5 （p=0.019） ，這表明被試在時間結構相同條件下的任務績效顯著高于時間結構不同時的績效；被試在 T= 0.5 和 T= 1.5 時的aPSE 差異不顯著， p= 0.094，表明被試在兩種時間結構不同條件下的績效差異不顯著。對被試在不同條件下的JND值進行單因素重復測量方差分析發現，被試在不同時間結構條件下的JND值存在邊緣顯著（如圖5B）， F（2， 48）=3.45，p=0.055 0 η_p²=0.126 。時候檢驗顯示，當T=1.0 時，被試在的 JND 顯著小于 T= 0.5 （p= 0.006時的值，但與 T=1.5 （p=0.084） 時差異不顯著；被試的JND在 T=0.5 和 T=1.5 條件下差異不顯著， p=0.951 ，表明在時間結構不相同條件下被試的敏感性不存在顯著差異。

4.3討論

為了探究時間結構作用的穩定性，實驗3在干擾條件下探究了時間結構對預測運動的影響。對被試的PSE值分析發現當 T=0.5 時，相較于 T=1.0 和 T=1.5 時，被試傾向于提前按鍵；而被試在 T= 1.0和 T=1.5 時的按鍵沒有顯著的傾向性。隨機干擾導致被試在該任務中出現了認知資源的分配失衡。被試的注意資源被隨機閃爍的刺激位置信息吸引，需要在不同位置間頻繁切換注意力，這使得分配給時間結構信息處理的認知資源減少，從而導致被試的反應具有更大的隨機性。在 T=1.0 和 T=1.5 條件下，被試可能通過重新分配認知資源來補償隨機干擾的影響，使得PSE變化不顯著。而在 T=0.5 條件下，短間隔高度依賴快速的時間期待更新，隨機干擾破壞了這一機制，導致顯著的PSE偏差。

為了進一步證明被試在不同時間結構條件下的績效差異，對其aPSE值進行分析，結果顯示被試在時間結構相同條件下的任務績效顯著高于時間結構不同條件，這與前兩個實驗的結果一致，即時間結構能提高個體在預測運動任務中的績效。根據時間結構的特征，基本的時間結構單元能夠通過重復產生節律，也可能嵌套在更大尺度的結構單元中產生層級（胡瑞晨 等，2019）。在本實驗中，隨機出現在任務起點和遮擋點之間的運動刺激的位置能夠產生較小的時間結構單元，然而這些時間結構單元無法為被試提供有效的任務線索。因此在本實驗中被試可能需要抑制或忽略這些時間結構單元，根據更大尺度時間結構這一線索進行任務估計。當時間結構相同時，被試根據刺激從任務起點運動到遮擋點的時間間隔來誘發其預期，進而將注意資源集中到刺激何時從遮擋點到達目標位置；當時間結構不同時，時間結構無法為被試提高有效的任務線索，因此績效更低。然而，JND的分析顯示被試在T=1.0 和 T=1.5 條件間的差異不顯著 （p=0.084） 這有可能是本實驗的樣本量不足導致的統計功效偏低。雖然在干擾條件下被試也能夠根據時間結構的節律性進行任務估計，但是干擾會造成被試在該條件下的任務績效在一定程度上出現下降，導致T=1.0 和 T=1.5 這兩種條件的區分度變小，未來的研究可以增加樣本量來進一步探究這種差異。

5 綜合分析

本研究通過3個實驗分別從不同的任務形式探究了時間結構在預測運動任務中的作用，為了減少數據誤差，進一步分析時間結構對預測運動任務的影響，我們將實驗1，實驗2和實驗3結合，形成3（實驗條件：連續實驗，閃爍實驗，隨機實驗） × 3 （時間結構：0.5，1.0，1.5）混合實驗實驗設計，其中實驗條件為被試間變量，時間結構為被試內變量。

對PSE進行重復測量方差分析發現（圖6A），時間結構主效應顯著， F（1.41， 100.27）= 5.63 ， p= 0.040， η_p²=0.073 。實驗條件主效應顯著， F（2，71）= 8.4 16，plt;0.001 ， η_p²=0.192 。時間結構與實驗條件的交互作用也顯著， F（4，142）=4.65 0 p=0.001 ， η_p²= 0.116。簡單效應分析顯示當 T=0.5 時，與閃爍實驗相比，被試在隨機實驗中的PSE值顯著更大 （p= 0.005）；當 T=1.0 時，被試在隨機實驗中的PSE值顯著大于連續實驗 （p=0.002） 和閃爍實驗 （p= 0.001）；當 T=1.5 時，被試在連續實驗中的PSE值顯著小于閃爍實驗 （p=0.008） 和隨機實驗 （p= 0.023）。結果顯示在不同實驗條件下，被試的PSE值在不同的時間結構條件下存在顯著差異。

對被試的aPSE進行重復測量方差分析發現（圖6B），時間結構的主效應顯著， F（2，71）=16.42，p 0.001， η_p²=0.188 。事后檢驗顯示，當 T=1.0 時，被試的aPSE值顯著小于 T=0.5 （plt;0.001） 和 T=1.5 （plt;0.001） 條件，而 T= 0.5 和 T= 1.5 時被試的aPSE值差異不顯著， p=0.224 。并且實驗條件的主效應也顯著， F（2，72）=6.76，p=0.002 η_p²=0.160 。事后檢驗顯示，被試在連續實驗中的aPSE值顯著小于隨機實驗 （p=0.001 ，但與閃爍實驗的差異不顯著 （p=0.090） ，閃爍實驗與隨機實驗中的aPSE值差異不顯著， p=0.404 。時間結構與實驗條件之間的交互作用不顯著， F（4，142）=0.50，p=0.712

對被試的JND進行分析發現（圖6C），時間結構的主效應顯著， F（2，71）=13.28 ， plt;0.001 ， η_p²= 0.158。事后檢驗顯示，當 T=1.0 時，被試的JND值顯著小于 T=0.5 （plt;0.001） 和 T=1.5 （plt;0.001） 條件，而 T=0.5 和 T=1.5 時被試的JND值差異不顯著， p=0.800 。但實驗條件的主效應不顯著， F（2， 71）=1.20，p=0.308 。時間結構和實驗條件的交互作用也不顯著， F（4，142）=0.26 p=0.902 。

6 總討論

本研究在阻斷范式中探究時間結構線索在不同任務背景下對預測運動任務的影響。實驗1發現時間結構相同能夠顯著提高被試在預測運動任務中的準確性。然而該結果有可能受到運動刺激的視覺速度的干擾，因此實驗2采用閃爍實驗分離了視覺速度，結果顯示時間結構相同也能增加被試估計的準確性。基于前兩個實驗的結果，實驗3我們使用隨機實驗探究時間結構作用的穩定性。結果顯示即使存在干擾因素，時間結構相同也提高了被試估計的準確性，這表明在視覺通道內時間結構在預測運動任務中具有穩定性。上述實驗支持了在阻斷范式中時間結構能夠影響個體在預測運動任務中績效的假設。

研究表明時間結構能夠影響個體對預測運動任務判斷的準確性。以往的研究也發現時間信息能夠影響個體在預測運動任務中績效，例如Tresilian（1995）使用計時策略來解釋個體在預測運動任務中的績效。計時策略認為個體在可見階段能夠依據運動刺激在視網膜上成像的變化率來預測物體到達目標位置所需的時間，而一旦物體進入視線被遮擋的區域，個體就開始對這個預測的時間點進行倒數計時（Bennettetal.，2010）。計時策略強調當運動刺激被遮擋后個體將無法感知到刺激的運動信息，從而將被動使用時間信息進行任務估計（Changamp;Jazayeri，2018）。然而在本研究中，我們發現在時間結構相同條件下被試不但估計的準確性顯著高于時間結構不同條件，其敏感性也顯著提高，這說明被試能夠主動使用時間結構這一線索來進行了任務估計，而不是被動地接受時間線索的影響（Qinet al.，2024）。

圖6A圖為被試在3個實驗中不同時間結構條件下PSE的對比，B圖為被試在3個實驗中不同時間結構條件下aPSE的對比，C圖為被試在3個實驗中不同時間結構條件下PSE的對比。誤差棒為標準誤

我們認為當時間結構相同時，個體可能依據時間結構相同條件的節律性來進行任務估計。以往的研究發現當刺激以固定頻率或相同間隔時長呈現時，個體能夠根據刺激的節律性特征來進行任務估計（Herrmann，2001）。Jones等人（2006）的研究指出等時呈現的聽覺節律信息能夠提高個體對隨后出現的聽覺刺激的敏感性；在視覺通道內，Miller 等人（2013）的研究也發現節律信息提高了個體在目標探測任務中的績效。上述研究表明人們對處于預期將出現在正拍的時間點上的目標刺激產生更高的探測績效。在預測運動任務中，當時間結構相同時，刺激從任務起點運動到遮擋點的時間與從遮擋點運動到目標位置的理論時間間隔相同，所以時間結構相同條件具有一定的節律性。這種節律性能夠通過誘發預期來調節個體的注意資源的分布（Jonesetal.，2002），將注意引導至特定時間點。因此，當刺激早于個體根據節律信息產生的時間點出現在目標位置時被試傾向于將其判斷為提前到達，而當刺激晚于該時間點出現在目標位置時被試傾向于將其判斷為延后到達。時間結構不同時個體無法使用這一線索，因此被試在時間結構相同條件下的任務績效顯著高于時間結構不同條件。然而，也有研究認為時間結構相同有可能激活了個體的內源性時間期待（Qinetal.，2024）。內源性時間期待是指個體能夠主動利用前置的時間線索將注意力集中到未來某一時間點上（Cotti etal.，201l;Coullamp;Nobre，2008）。在時間定向任務中，研究者發現當為被試提供刺激何時出現的前置任務線索時，不但能提高任務正確率還能提高被試的反應速度（Correaetal.，2004）。在預測運動任務中，相較于時間結構不相同條件，時間結構相同時的任務背景能夠為被試提供更有效的前置任務線索，因此時間結構相同也可能誘發了個體的內源性時間期待。以往的研究表明，任務的節律性通常能夠激活大腦的基底神經節（Grahnamp;Brett，2007）、輔助運動區（Chen etal.，2008）、前運動區（Bengtssonetal.，2009）以及小腦（O'Reillyetal.，2008）等腦區，而內源性時間期待主要激活大腦的右側背外側前額葉皮層（Pfeutyetal.，2003）和左側下頂葉皮層（Cottietal.，2011），因此未來研究可以使用阻斷范式結合腦成像技術對該假設進行檢驗。

實驗2分離了視覺速度的干擾來探究時間結構信息對預測運動任務的影響。結果顯示時間結構相同仍然能提高個體判斷的準確性，該結果進一步證明時間結構在預測運動任務中的作用。在實驗2中當時間結構相同時，被試同樣能夠根據時間結構的節律性進行任務估計，因此在時間結構相同時其績效顯著高于時間結構不同條件（Changamp;Jazayeri，2018）。然而綜合分析的結果顯示被試在實驗1和實驗2判斷的準確性沒有顯著差異。當不存在視覺速度線索時，運動刺激在遮擋點之前的運動過程被遮擋，僅在起點和遮擋點處閃爍呈現，這增加了任務知覺的模糊性。這種知覺模糊性的增加可能會促進個體對時間結構的加工，進而放大時間結構的作用。認知資源理論認為當任務難度增加時，個體會將有限的認知資源有限優先分配給更關鍵、更可靠的信息（Gepshteinamp;Banks，2003），對這些信息的加工也更為精細。這可能是個體在存在視覺速度線索和不存在視覺速度線索實驗中沒有出現顯著差異的原因。

為了探究時間結構作用的穩定性，我們使用隨機實驗探究了時間結構對預測運動的影響。根據時間結構的層級性特征，任務起點、遮擋點以及隨機出現在起點和遮擋點之間的運動刺激的位置能夠產生較小的結構單元（胡瑞晨等，2019），然而這些較小的層級無法為被試提供有效的任務線索，甚至隨機呈現的刺激位置干擾了對時間結構的加工。因此當個體根據時間結構進行任務估計時，需要消耗一定的注意資源來抑制或忽略這些基本的結構單元。雖然隨機呈現的位置干擾了被試對時間結構的加工，然而以往研究發現個體對節律性信息加工屬于自動化過程（Capizzietal.，2012）。當個體使用節律性線索進行任務估計時，其績效不受注意控制的影響（Sanabriaamp;Correa，2013）。前額葉皮層通常被認為是注意控制的神經基礎，研究者發現右側前額葉皮層受損的個體依然能夠使用節律信息進行任務估計（Trivinoetal.，2011）。也有研究發現使用

TMS抑制背外側前額葉的興奮性不影響個體利用節律線索（Correaetal.，2014）。因此在實驗3中，雖然隨機干擾通過打亂刺激呈現的規律來占用被試的注意資源，但時間結構相同時的節律性仍使被試能夠在一定程度上保持對運動刺激到達時間的相對準確判斷。另外，綜合分析的結果也顯示，實驗3中隨機干擾雖然消耗了被試的注意資源，但其判斷的準確性和閃爍實驗沒有顯著差異，這說明在視覺通道內干擾信息并沒有影響個體在視覺運動任務中判斷的準確性。基于上述分析，我們推斷在視覺通道中時間結構對預測運動的影響具有一定的穩定性。

以前的研究發現干擾刺激通常能夠顯著影響預測運動的任務績效，例如Lyon和Waag（1995）在其研究中發現當運動刺激被遮擋后，相同或相反方向運動的干擾刺激都能夠降低被試的任務績效。也有研究發現在進行預測運動任務估計時要求被試對工作記憶任務進行反應也能影響其任務績效（Baures，Maquestiaux，etal.，2018）。然而以往研究大多采用雙任務范式來探究分心刺激對預測運動任務的影響。在雙任務范式中，被試需要在兩個任務之間分配認知資源，在處理預測運動任務的同時兼顧另一個任務的要求，這會分散對預測運動任務本身的認知資源（Oberfeldamp;Hecht，2008）。因此，該范式無法探究被試在注意資源集中在實驗任務時時間結構作用的穩定性。與雙任務干擾不同，隨機干擾通過打亂刺激的呈現位置，因此研究者能夠觀察到在時間結構受到實驗任務自身干擾的情況下（Qinetal.，2023），被試的任務績效如何變化。這有助于了解時間結構在預測運動任務中的特性，以及被試在面對不穩定時間結構時的應對策略。綜合上述分析，本研究發現時間結構在預測運動任務的作用具有穩定性，這對時間結構的三種基本特性進行了補充。

本文的3個實驗也發現，不同的實驗中時間結構對個體反應傾向性的影響并不一致。實驗1發現時間結構不同會導致被試反應傾向性的顯著差異，實驗2發現分離視覺速度干擾后時間結構單獨作用時被試反應傾向性相對穩定，實驗3則證明在干擾條件下時間結構仍能影響被試反應，盡管方式和程度有所變化。這一系列結果共同表明時間結構對個體反應傾向性的影響具有復雜性，未來需要研究者進一步梳理時間結構在不同任務形式中對個體反應傾向性的影響。

7 結論

本研究通過3個實驗系統驗證了阻斷范式中時間結構在預測運動任務中的作用。研究結果顯示與時間結構不同相比，時間結構相同能夠提高個體的任務績效。并且在視覺通道中，時間結構對預測運動任務的影響具有一定的穩定性。

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The impact of time structure cues on prediction motion tasks in the interruption paradigm

QIN Kuiyuan ^1，2 ，LIU Yu ^3，4 ， LIU Saifang34， WANG Shuo3，4，LIU Peng1，2， YOU Xuqun ^3，4 ， LI Yuan ^3，4

（ SchoolofPublicAdministration;2 SchoolofEmergency Management，Northwest UniversityXi'an727，Cl （School of Psychology，Shaanxi Normal University; 4Shaanxi Key Laboratory of Behavior and CognitiveNeuroscience，Xi'an71oo62，China）

Abstract

The capacity to precisely estimate the arrival time of a moving object at a designated point plays a crucial rolein numerous daily activities，including catching a thrown ball or avoiding obstacles during driving.This process，referred to as a prediction motion （PM） task，requires estimating the moment at which a moving stimulus reaches a specific target. The present research explores the influence of time structure on performance within the interruption paradigm of PM tasks， focusing on the effect of timing patterns on the accuracy of motion prediction.

Experiment 1 employed a continuous test to explore the influence of time structure on performance in PM tasks. 25 university students participated in a task where a blue square moved from an initial location toward a target，became temporarily hidden at an interception point，and then reappeared at the designated target. Participants were instructed to determine whether the square arived earlier or later than expected.Findings indicated that task accuracy significantly improved under a uniform time structure （T=1.0） ）compared to variable structures （T≠1.0） . These results imply that a stable time structure provides a reliable reference， enhancing the precision of motion prediction.

Experiment 2 was designed to separate the effect of visual speed on PM task performance by incorporating a flicker condition， wherein the moving stimulus became occluded before reaching the interception point.This setup eliminated access to visual speed cues，allowing for an examination of the predictive role of time structure alone.Results were consistent with those of Experiment 1，demonstrating that a stable time structure enhanced task accuracy even when visual speed data was unavailable. These outcomes indicate the significant influence of time structure on PM task performance，regardless of the availability of visual speed information.

Experiment 3 extended the investigation into the stability of the time structure effect by implementing random interference conditions. In this setup，the moving stimulus flickered unpredictably between the starting point and the interception point，thereby interrupting the formation of a stable time structure.Despite these disruptions， findings revealed that performance remained superior under a consistent time structure （T=1.0） ） demonstrating the stability of this effect. These results indicate that， even in the presence of distractions or irregularities，the regularity oftime structure continues to play a critical role in enhancing predictive accuracy.

In summary，the three experiments presented in this study consistently revealed that maintaining a uniform time structure enhances performance in prediction motion tasks.This improvement is robust across varying experimental conditions， demonstrating a notable level of stability.The results provide empirical evidence for the influence of cognitive processes in such tasks，indicating that individuals mayrely on temporal rhythm to form expectations and improve accuracy. Further neuroimaging investigations may help uncover the neural processes involved， exploring how the brain incorporates temporal cues to anticipate motion and regulate behavior.

Keywordsprediction motion task， rhythm， time structure， interruption paradigm