任务需求对语义水平负相容效应的影响*

王佳莹 张 明

(1东北师范大学心理学院, 长春 130024) (2苏州大学心理学系, 苏州 215123)

1 引言

负相容效应(Negative Compatibility Effect,NCE)是指在掩蔽启动范式中, 以在中央视野呈现的指向左或者右的箭头刺激作为启动项和目标项时, 当启动项和目标项指向一致时比不一致时的反应时更长, 正确率更低(Eimer & Schlaghecken,1998)。NCE的发现为了解阈下信息加工及其影响提供了新的途径。

Eimer和Schlaghecken (1998)在掩蔽启动范式中采用双箭头启动项, 以“LL”和“RR”为目标项没有得到 NCE, 这可能是由于 NCE不能通达语义加工水平, 但也可能是因为箭头启动项与任务需求无关, 因而没有影响对目标项的反应。先前有研究表明阈下信息加工可通达语义水平, 多表现为正启动(Naccache & Dehaene, 2001)。但也有研究报告了负的阈下语义启动, 如周仁来和杨莹(2004)的研究以掩蔽颜色词为启动项, 以颜色刺激为目标项, 在长SOA条件下观察到了反转的Stroop效应。Bennett,Lleras, Oriet和Enns (2007)采用情绪面孔也得到了负启动效应。阈下语义启动方向可能受研究范式、刺激项目关系、启动强度、任务需求、时程等多种影响因素制约, 因而是否存在语义水平的 NCE仍需探讨。

认知心理学领域中的传统自动化观点认为阈下信息加工属于自动加工, 不受自上而下认知控制影响, 无需认知资源参与(Posner & Snyder, 1975)。但后来有研究指出传统观点认为的自动化过程是有条件的自动化, 在一定程度上受认知控制的调节,需要认知资源的参与(Boy & Sumner, 2010; Boy,Husain, & Sumner, 2010)。因此, 尽管一般认为NCE是无意识自动化现象(Klapp, 2005; Schlaghecke &Eimer, 2006), 但也可能受内源性认知调节影响,受到自上而下认知控制过程制约(Klauer, 2010)。Klapp和Haas (2005)在箭头掩蔽启动范式下要求被试对中性目标项进行完全自由反应, 没有发现反应偏向, 但是当在目标项中混合了箭头时, 启动项变得与任务需求相关, 自由反应任务出现反应偏向,说明任务需求对 NCE的出现起重要作用。Eimer和 Schlaghecken (1998)采用字母目标项没有得到NCE, 也可能是因为箭头启动项与任务需求无关导致的。

但任务需求影响 NCE的发生阶段尚不明确,既可能发生在阈下启动信息加工阶段又可能发生在反应阶段。如果任务需求对 NCE的影响发生在启动项加工阶段, 则可能是因为任务需求诱发的认知状态影响了对阈下启动项的加工。具体地说, 就是认知系统根据当前任务需求进行调整, 选择性地加工那些完成当前任务所需的信息。只有当任务需求与阈下启动项相关时, 启动项才会得到加工或得到较深程度的加工, 进而影响对目标项的反应。而当启动项与任务需求无关时, 则可能不会得到深入的加工。

任务需求对 NCE的影响也可能发生在反应阶段, 阈下启动信息可能只影响对相关任务的反应。也就是说, 无论当前任务需求是什么, 认知系统对相同阈下启动项的加工都是一样的, 但是只有当任务需求与启动信息相关时, 对启动项的加工才会在反应中表现出来。任务需求对 NCE的影响究竟发生在加工阶段还是反应阶段尚不明确, 因而需要进一步的探讨。

为进一步考察是否存在语义水平 NCE及任务需求的影响机制, 本研究采用ERP研究技术, 结合掩蔽启动范式和Go-Nogo研究范式, 同时以反应时和 ERP成分为指标进行了实验研究。通过在不同Block中设置不同类型的目标项来调节阈下语义启动项与任务需求的关系。通过比较行为结果及 Go条件下的ERP成分考察是否存在语义水平NCE及任务需求影响的阶段。同时, Go和Nogo试次随机出现, 可以认为在两种试次中被试对启动项和掩蔽项的加工是一样的。因此可以通过比较不同任务需求下Nogo条件的ERP成分来排除反应的影响, 考察任务需求影响语义水平 NCE的阶段。如果不同任务需求下Nogo条件的ERP成分出现差异, 说明任务需求通过调节自上而下认知控制影响对启动项和掩蔽项的加工, 进而影响 NCE; 如果没有差异,任务需求的影响则可能发生在反应阶段, 是由于阈下启动项只能影响对同一类别信息的反应导致的。

一般认为NCE体现了对一致反应的抑制过程,与行为抑制控制过程密切相关的两个 ERP成分是额中央区的N2和中央顶区的P3, 故本研究在分析ERP结果时主要关注N2和P3成分。Go任务中有目标项出现, 存在启动项-目标项之间的一致或不一致关系。这与经典NCE研究范式相似, 可以预期一致条件下比不一致条件下反应更慢, 反应时更长,因而在 ERP分析中也主要关注两种条件下加工速度上的差异, 故在Go条件下分析潜伏期。在Nogo任务中没有目标项出现, 不存在一致和不一致关系,也就不存在一致比不一致反应更慢的负相容效应,故加工速度上不应该表现出差异。但对启动项和掩蔽项的加工应该是同 Go条件下一样的, 此时关注的是任务需求相关和任务需求无关两种条件下对相同刺激(启动项和掩蔽项)加工程度上的差异, 故拟分析平均波幅。

2 方法

2.1 被试

在校大学生18人(男生8人, 女生10人), 年龄18～28岁, 平均年龄23.33岁。所有被试视力或矫正视力正常, 均为右利手, 之前未参加过类似的实验。

2.2 仪器和材料

注视点为黑色圆点, 视角 0.2°×0.2°; 启动项为汉字“左”或“右”, 视角 1.0°×1.0°; 掩蔽项由汉字“左”和“右”叠加而成, 视角 1.0°×1.0°; 目标项为汉字(“左”或“右”)或双箭头(“<<”或“>>”), 汉字视角1.0°×1.0°, 双箭头视角 1.1°×0.6°。

实验在隔音室中单独进行。实验程序在 Dell Optiplex 755计算机上运行, 显示器为 21英寸Iiyama MA203DT Vision Master Pro 513, 分辨率为1024×768, 刷新频率100 Hz。屏幕背景为白色, 刺激项为黑色, 所有刺激均呈现在屏幕中央。

ERP记录采用Neuroscan系统, 采用根据国际10-20系统扩展的64导电极帽。以双侧乳突的平均值为参考, 在记录时所有电极以置于左乳突的参考电极为参考, 在离线分析时以置于右乳突的有效电极进行再参考, 即从各导联信号中减去 1/2该参考电极所记录的信号。每个电极与头皮之间的电阻小于5 kΩ。EEG数据记录参数为采样率为500 Hz的AC采样, 连续记录时滤波带通0.1～100 Hz。以分别位于双眼外侧 1.5 cm处的电极记录水平眼电(HEOG), 以位于左眼上下1.5 cm处的电极记录垂直眼电(VEOG)。对EEG数据进行离线处理时, 根据被试眼动的大小矫正VEOG和HEOG, 并充分排除其他伪迹。离线滤波的低通为30 Hz (24 dB/oct),波幅大于±5 μV者被视为伪迹自动剔除。连续数据分段以启动刺激呈现前200 ms至启动刺激呈现后800 ms为分析时程, 以启动刺激呈现前200 ms作为基线进行基线校正。潜伏期的计算根据启动项呈现时间进行。

采用SPSS 17.0统计软件对行为数据以及ERP波形的测量指标进行重复测量方差分析。

2.3 实验设计

2×2×2的被试内实验设计, 自变量为：(1)是否要求被试做出反应, 有两个水平, Go水平下要求被试做出反应, Nogo水平下要求被试不做出任何反应, 为组内变量; (2)启动项指示方向与目标项要求的正确反应之间的关系, 有一致和不一致两个水平,为组内变量; (3)目标项的种类(启动项与任务需求相关性), 有双箭头(任务需求无关条件)、汉字(任务需求直接相关条件)两个水平, 为Block间变量。

2.4 实验程序

实验程序采用 E-Prime 2.0软件编制, 每个被试单独在实验室内进行实验, 实验中要求被试眼睛距屏幕约为60 cm, 一直注视屏幕中央刺激出现的位置, 对目标项按键反应。

每个试次中实验流程如下(图 1)：(1)首先在屏幕中央呈现注视点“· ”400～1000 ms; (2)接着呈现指向左或者右的启动项“左”或“右”20 ms; (3)然后呈现汉字“左”和“右”叠加的掩蔽项100 ms; (4)最后呈现空屏或者目标项100 ms。要求被试在有目标项出现时(Go试次)既快又准地做出反应, 在没有目标项出现时(Nogo试次)不做任何反应。双箭头目标项条件下, 目标项为指向左或右的双箭头, 要求对“<<”用左手食指按左箭头键, 对 “>>”用右手食指按右箭头键; 在汉字目标项条件下, 目标项为汉字“左”或“右”, 要求对“左”用左手食指按左箭头键, 对“右”用右手食指按右箭头键。

正式实验分两组进行, 一半被试先完成箭头判断任务, 一半被试先完成汉字判断任务。每组实验开始前进行16次练习, 练习达标后进行720个试次,其中包括4种条件, 每种条件重复180次, 所有变量条件均随机呈现。正式实验中每完成120个试次休息一次, 共需时间约50 min。

完成上述两组实验后, 被试完成启动项辨别任务。在100个试次中只呈现双箭头启动项和双向叠加双箭头掩蔽项, 启动项呈现时间为20 ms或200 ms, 掩蔽项呈现时间为100 ms, 要求被试对启动项做出辨别反应。

3 结果与分析

3.1 行为结果与分析

对Go条件下正确率和正确反应的平均反应时进行分析结果见表1。

启动项辨别任务中, 20 ms的启动项辨别正确率为 51.78%, 与随机水平 50%差异不显著。实验结束后, 询问被试是否看到启动项, 所有被试均报告看不到或者看不清。说明被试不能觉察20 ms启动项的方向, 正式实验中的启动项是有效的阈下刺激。

图1 实验流程图

表1 Go 任务中对不同目标项的平均反应时(ms)和正确率(%)

对反应时的重复测量方差分析表明：一致性主效应显著,

F

(17) = 32.63,

η

= 0.66,

p

<0.01。一致条件下的反应时显著长于不一致条件下的反应时。目标项类型主效应显著

F

(17) = 129.00,

η

= 0.88,

p

<0.001。一致性与目标项类型交互作用显著

F

(17)= 36.99,

η

= 0.69,

p

<0.01。进一步简单效应分析表明：相关任务条件下, 一致性效应显著,

F

(17) = 36.36,

η

= 0.68,

p

<0.01。一致条件下的反应时显著长于不一致条件下的反应时, 差异为26.22 ms。无关任务条件下,一致性效应不显著。一致条件下的反应时和不一致条件下的反应时无显著差异, 差异为1.66 ms。对正确率的重复测量方差分析表明：一致性主效应显著,

F

(17) = 18.90,

η

= 0.53,

p

<0.01。一致条件下的正确率显著小于不一致条件下的正确率。目标项类型主效应显著

F

(17) = 18.00,

η

= 0.51,

p

<0.01。一致性与目标项类型交互作用显著

F

(17) =24.33,

η

= 0.59,

p

<0.01。进一步简单效应分析表明：相关任务条件下, 一致性效应显著,

F

(17) = 25.89,

η

= 0.60,

p

<0.01。一致条件下的正确率显著低于不一致条件下的正确率, 差异为 4.10%。无关任务条件下,一致性效应不显著。一致条件下的正确率和不一致条件下的正确率无显著差异, 差异为0.30%。

行为结果表明, 在 Go试次中, 任务需求相关条件下出现语义水平的 NCE, 无关条件下则没有出现。说明存在语义水平的NCE, 即对阈下语义启动信息的加工影响了对后继语义辨别任务的反应,表现为启动项和目标项指向一致条件下的反应更慢。同时, 这种语义水平的NCE受到任务需求的影响, 只有当任务需求与启动项相关时才表现出来。

3.2 ERP 结果与分析

3.2.1 Go条件下ERP成分分析

在 400～700 ms时间窗内对中央顶区位置(Cz,C1, C2, CPz, CP1, CP2, Pz, P1, P2)在Go条件下的P3成分潜伏期进行 2(一致性)×2(任务类型)的重复测量方差分析, 结果发现一致性主效应显著,

F

(1,17) = 8.60,

η

= 0.34,

p

<0.01, 一致条件下潜伏期明显长于不一致条件; 任务类型主效应显著,

F

(1, 17)= 167.16,

η

= 0.91,

p<

0.001; 交互作用显著,

F

(1,17) = 9.31,

η

= 0.35,

p<

0.01。进一步简单效应分析表明：相关任务条件下, 一致性主效应显著,

F

(1, 17)= 13.11,

η

= 0.44,

p

<0.01, 一致条件下的潜伏期明显长于不一致条件; 无关任务条件下, 一致性主效应不显著(见图2)。

图2 Go试次中两种任务需求下一致和不一致条件的ERP波形图

在 Go试次中, 相关任务中一致和不一致条件下的 P3潜伏期差异显著, 无关任务中则无显著差异, 这与行为结果相一致, 说明任务需求影响语义水平NCE, 只有任务需求相关时才出现NCE。同时,任务需求相关时的 P3潜伏期在一致条件下明显长于不一致条件下, 一般认为 P3是抑制控制加工的直接指标, 潜伏期的差异说明早在信息加工阶段,对一致和不一致条件的加工已经发生分离, 即任务需求对NCE的影响始于信息加工阶段。

3.2.2 Nogo 条件下ERP成分分析

在290～310 ms时间窗内对额中央区位置(FC1,FCz, FC2, C1, Cz, C2)的N2成分平均波幅进行2(任务型)×2(启动项)的重复测量方差分析。结果发现任务型主效应不显著, 启动项主效应不显著。交互作用显著,

F

(1, 17) = 11.47,

η

= 0.40,

p<

0.01。进一步简单效应分析表明：相关任务需求下启动项主效应显著,

F

(1, 17) = 8.60,

η

= 0.34,

p<

0

.

01; 无关任务需求下, 启动项主效应不显著(见图3)。在 450～550 ms时间窗内对中央顶区位置(Cz,C1, C2, CPz, CP1, CP2, Pz, P1, P2)的P3成分平均波幅进行2(任务型)×2(启动项)的重复测量方差分析。结果发现任务型主效应显著,

F

(1, 17) = 5.38,

η

=0.24,

p<

0.05, 相关任务条件下平均波幅显著大于无关任务条件下的平均波幅; 启动项主效应不显著,交互作用不显著(见图3)。

在 Nogo试次中, 只有在任务需求相关条件下两种启动项“左”和“右”诱发的 N2波幅差异显著, 任务需求无关条件下则无显著差异。这可能是由于任务需求无关条件下, 启动项与任务需求无关, 不能提供完成任务所需的信息, 认知系统未对其进行辨别性的加工, 因而对两种启动项的加工无差异。而当启动项与任务需求相关时, 由于包含有任务相关特征, 即含有被试为完成任务而需要搜集的信息, 认知系统才对其进行深入加工, 对不同启动项的加工表现出差异。N2的差异说明不同任务需求导致对相同阈下启动项进行不同程度的加工, 任务需求影响了阈下语义信息加工。Nogo试次中, 任务需求相关条件下的 P3平均波幅显著大于任务需求无关条件。说明任务需求影响了对启动项和掩蔽项的加工, 不同任务需求导致认知系统对相同启动项和掩蔽项进行了不同程度的加工。

图3 Nogo试次中两种任务需求下不同启动项的ERP波形图

4 讨论

Go条件下的行为结果和P3潜伏期表明存在语义水平的 NCE, 对阈下语义启动信息的加工影响了对后继语义辨别任务的反应。这种语义水平的NCE受任务需求影响, 只有在任务需求与启动项相关时才得以体现。P3潜伏期的差异说明对一致和不一致条件的加工在信息加工阶段已经发生分离,即任务需求对 NCE的影响始于信息加工阶段。Nogo条件下N2的差异说明不同任务需求会影响对阈下语义信息的加工, 即对相同阈下启动项进行不同程度的加工; P3波幅的变化也说明任务需求影响了对启动项和掩蔽项的加工, 不同任务需求导致认知系统对相同启动项和掩蔽项进行了不同程度的加工。

额中央区的N2和中央顶区的P3成分是与抑制控制加工过程密切相关的两个 ERP成分。一般认为中央顶区的 P3成分是抑制控制加工的直接指标(Yuan, He, Zhang, Chen, & Li, 2008; Yu, Yuan, &Luo, 2009), 对无关信息的认知控制会导致P3波幅降低, 认知控制条件下的 P3波幅低于无认知控制条件(Chen et al., 2008)。本研究在Go条件下考察P3成分的潜伏期, 发现一致条件下P3的潜伏期更长, 也就是说一致条件下的抑制控制加工出现的更晚。在 Nogo条件下则考察 P3成分的平均波幅,Nogo条件排除了反应决策及运动准备等过程的污染,得到的是纯粹代表行为抑制控制加工的成分。结果发现在任务需求相关条件下的 P3平均波幅显著大于无关条件, 这说明在任务需求无关条件下, 启动项和当前任务需求无关, 认知系统通过抑制控制对启动项的加工来排除无关信息的干扰, 确保当前任务的顺利完成, 从而导致了无关条件下 P3波幅的降低。也就是说, 负相容效应中的阈下启动信息加工过程受到任务需求导致的自上而下认知控制加工的调节。

两种启动项在额中央区诱发的N2波幅在任务需求相关时出现显著差异, 无关时则没有差异, 这也说明不同任务需求导致认知系统对相同阈下启动项进行了不同程度的加工。进一步分析, 这可能是由于启动项与任务需求无关时, 不能为需要完成的无关任务提供信息, 所以认知系统未对其进行辨别性的加工, 因而对两种启动项的加工无差异。而当启动项与任务需求相关时, 因为携带有完成任务所需的信息, 于是认知系统对其进行深入加工, 对不同启动项的加工表现出了差异。这与对 P3成分的分析结果是一致的, 也说明任务需求影响负相容效应中对阈下启动信息的加工。

同时, 本研究在 NCE范式下以汉字作为阈下启动项, 在行为和脑电结果上都得到了阈下语义启动, 且启动方向为负, 这与NCE相一致, 说明阈下信息加工可以通达语义水平, 即存在语义水平上的NCE。以往研究中启动方向的不一致可能与实验任务、时程等有关。对比任务需求相关和无关两种条件, 发现只有当任务需求相关时, 才会出现语义水平的NCE。证明任务需求是语义水平NCE的重要影响因素, 自上而下的认知控制影响阈下语义信息加工。那么, Eimer和Schlaghecken (1998)在双箭头启动项之后呈现“LL”和“RR”目标项没有得到NCE,就并非是由于 NCE不能通达语义水平, 而是因为箭头启动项与字母辨别任务需求无关, 因而没有影响对目标项的反应, 未得到NCE。

Klapp和Haas (2005)的两种自由反应任务说明任务需求对 NCE的出现起重要作用, 本研究发现语义水平的 NCE一样受任务需求的影响, 那么任务需求的影响是发生在信息加工阶段还是反应提取阶段呢？本研究在N2、P3等非反应成分上均发现了任务需求相关和无关两种条件下的显著差异,证明在信息加工阶段, 任务需求对阈下启动信息的加工就已经产生影响了, 这种影响是通过任务需求对自上而下认知控制的调节而实现的, 并进一步影响到NCE, 即任务需求对NCE的影响始于阈下信息加工阶段, 不同任务需求下对相同启动信息的加工程度不同。

也就是说, 语义水平的 NCE受高水平认知控制调节, 而并非传统观点认为的自动化过程。这与Kiefer和Martens等的研究一致(Kiefer & Martens,2010; Martens, Ansorge, & Kiefer, 2011)。Kiefer和Martens在阈下语义启动任务前随机增加知觉或语义诱导任务, 结果前置语义诱导任务增强了后继阈下语义启动(N400), 知觉诱导任务则削弱了后继阈下语义启动, 也证明阈下语义启动受目标驱动的自上而下控制加工影响。

以往 NCE研究一般只关注反应成分单侧化准备电位(Lateralized Readiness Potential, LRP), 本研究发现 P3也可以作为衡量 NCE的有效成分。在Go条件下主要体现在潜伏期上, P3潜伏期的变化与反应时结果相一致, 任务相关时在不一致条件下更早, 说明一致条件下的加工速度慢于不一致条件。Nogo条件下则主要体现在波幅上, 说明任务需求不同时, 对阈下启动项的加工程度有所不同。以往研究一般认为P3反映任务驱动的自上而下认知控制的影响, 本研究中, 自上而下的认知控制过程在任务需求无关条件下抑制了对目标项出现之前的无关项目的加工, 因而P3波幅比相关条件下更小。

5 结论

存在语义水平上的负相容效应, 且受到任务需求的影响。自上而下任务需求对负相容效应的影响始于信息加工阶段。

Bennett, J. D., Lleras, A., Oriet, C., & Enns, J. T. (2007). A negative compatibility effect in priming of emotional faces.

Psychonomic Bulletin & Review, 14

(5), 908–912.Boy, F., Husain, M., & Sumner, P. (2010). Unconscious inhibition separates two forms of cognitive control.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107

(24), 11134–11139.Boy, F., & Sumner, P. (2010).Tight coupling between positive and reversed priming in the masked prime paradigm.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 36

(4), 892–905.Chen, A., Xu, P., Wang, Q., Luo, Y., Yuan, J. J., Yao D., & Li,H. (2008). The timing of cognitive control in partially incongruent categorization.

Human Brain Mapping, 29

(9),1028–1039.Eimer, M., & Schlaghecken, F. (1998). Effects of masked stimuli on motor activation: Behavioral and electrophysiological evidence.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 24

(6), 1737–1747.Kiefer, M., & Martens, U. (2010). Attentional sensitization of unconscious cognition: Task sets modulate subsequent masked semantic priming.

Journal of ExperimentalPsychology: General, 139

(3), 464–489.Klapp, S. T. (2005). Two versions of the Negative Compatibility Effect: Comment on Lleras and Enns (2004).

Journal of Experimental Psychology: General, 134

(3),431–435.Klapp, S. T., & Haas, B. W. (2005). Nonconscious influence of masked stimuli on response selection is limited to concrete stimulus-response associations.

Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 31

(1),193–209.Klauer, K. C. (2010). From sunshine to double arrows: An evaluation window account of negative compatibility effects.

Journal of Experimental Psychology: General,139

(3), 490–519.Martens, U., Ansorge, U., & Kiefer, M. (2011). Controlling the unconscious: Attentional task sets modulate subliminal semantic and visuomotor processes differentially.

Psychological Science, 22

(2), 282–291.Naccache, L., & Dehaene, S. (2001). Unconscious semantic priming extends to novel unseen stimuli.

Cognition, 80

,215–229.Posner, M. I., & Snyder, C. R. R. (1975). Attention and cognitive control. In R. L. Solso (Ed.),

Information processing and cognition: The loyola symposium

. New Jersey: Erlbaum.Schlaghecken, F., & Eimer, M. (2006). Active masks and active inhibition: A comment on Lleras and Enns (2004)and on Verleger, Jaskowski, Aydemir, van der Lubbe, and Groen (2004).

Journal of Experimental Psychology:General, 135

(3), 484–494.Yuan, J. J., He, Y. Y., Zhang, Q. L., Chen, A. T., & Li, H.(2008). Gender differences in behavioral inhibitory control:ERP evidence from a two-choice oddball task.

Psychophysiology, 45

(6), 986–993.Yu, F. Q., Yuan, J. J., & Luo, Y. J. (2009). Auditory induced emotion modulates processes of response inhibition: An ERP study.

NeuroReport, 20

(1), 25–30.Zhou, R. L., & Yang, Y. (2004). The difference between supraliminal and subliminal perception: Evidences from Stroop effects.

Psychological Science, 27

(3), 567–570.[周仁来, 杨莹. (2004). 阈上与阈下知觉启动之间的差异:来自Stroop效应的证据.

心理科学, 27

(3), 567–570.]