自上而下的因素对掩蔽启动中自动加工过程的影响*

宋 娟 吕 勇

(天津师范大学心理与行为研究院, 天津 300074)

1 引言

1.1 掩蔽启动范式实现的自动加工过程

1.1.1 自动加工

自动加工是指大脑对无意识登记的信息的加工过程(Axelrod, Bar, Rees, & Yovel, 2014), 是指在不需要被试的有意注意和行为控制的条件下某些信息结点的自动激活及自动反应(Schneider &Shiffrin, 1977)。

在生活中, 对于熟悉的信息可以达到无意识觉知和再现。例如, 在无意识、非注意状态下对某些信息的加工可以是自动化的。例如听着音乐工作, 过后发现对音乐的旋律可以很好的记忆并再现(哼唱)出来。对熟练的动作也可以达到自动化反应。例如, 赛车手在比赛过程中一系列超快速的操作和反应是自动化完成的。

自动知觉信息的激活、自动语义信息的激活和自动反应过程的激活都属自动加工的过程。实现自动加工的研究范式有很多, 例如掩蔽启动范式、任务分离范式、加工分离范式、序列学习范式、Stroop色词干扰范式、内隐联想测验以、人工语法范式等等(e.g. Van den Bussche et al., 2013)。

1.1.2 掩蔽启动

掩蔽启动范式是引发信息的无意识自动加工的重要手段之一。视觉掩蔽是指一个快速呈现的刺激(即目标刺激)在另一个快速呈现的刺激的作用下(即掩蔽刺激)可视性减弱或消失的过程。在掩蔽启动的范式中, 掩蔽启动刺激/受掩蔽的启动刺激(masked prime)为受到掩蔽的不能有意识知觉的刺激, 对它的加工是自动化的。对掩蔽启动刺激的自动知觉信息的激活、自动语义信息的激活或自动运动反应的激活可以影响对目标刺激的知觉注意、语义加工或运动反应。目标刺激和掩蔽刺激之间的呈现间隔在30～70 ms之内时, 掩蔽的效果较为显著。

掩蔽启动研究方式多种多样。掩蔽启动刺激、掩蔽刺激(mask)和目标刺激(target)出现的顺序可以根据任务要求来设定, 掩蔽刺激可以出现在掩蔽启动刺激的前面或后面。掩蔽反应启动是指当掩蔽启动刺激引发的反应与对目标刺激的反应相同时, 对目标刺激的反应速度加快, 反应时缩短;当掩蔽启动刺激引发的反应与对目标刺激的反应不同时, 对目标刺激的反应速度减慢, 反应时增加的过程(Kiefer, Morschett, Schönfeldt-Lecuona,Spitzer, & Kammer, 2013)。掩蔽重复启动是指掩蔽启动刺激与目标刺激在刺激属性(形状、大小、颜色等)、空间位置等因素上完全相同时, 产生的启动效应(Trumpp, Traub, Pulvermüller, & Kiefer,2014)。例如, 掩蔽启动刺激是在屏幕中间呈现的大写字母 A, 目标刺激也是在屏幕中间呈现的大写字母A, 两者之间呈现掩蔽刺激。

1.1.3 掩蔽启动范式实现自动加工的原理

掩蔽启动效应发生的理论假设是没有达到意识层面的信息也可以被选择性的加工。由于对掩蔽启动刺激的加工是无意识的, 所以为自动加工。如果先出现的掩蔽启动刺激与后面的目标刺激在某些方面相似, 被试对目标刺激的相关信息的加工和锁定得到易化, 产生启动效应。如果先出现的掩蔽启动刺激与后面的目标刺激不相似,被试则会自动忽略掩蔽启动刺激登记的某些无意识信息, 启动效应不产生。通过掩蔽启动范式的操作, 能够实现对知觉信息、语义信息和运动反应过程的自动加工。

1.2 自上而下的因素及其调节作用

1.2.1 自上而下的因素

自上而下因素的调节作用是指大脑皮层根据外界(例如有机体内外环境)不断更新的对行为的要求, 将活动设定于某种特殊的工作模式中, 从而根据要求灵活的执行认知加工活动。自上而下的因素包含注意的空间特性、注意的时间特性、任务定势(task-set)、目的(intention)、期待(expectancy)等因素, 各种因素所指的具体含义不同(Gilbert &Sigman, 2007; Miller & D’Esposito, 2005; Normand,Bouquet, & Croizet, 2013)。注意的时间特性是指在某一时间范围内注意的特定指向或变化。注意的空间特性是指注意指向的位置。任务定势指能有效完成某个既定任务的认知结构。任务定势包括：任务设定的目标(goals); 对刺激(stimulus set)的期待; 任务相关的背景; 个人的状态; 有目的的行动和注意; 以及将以上这些因素联系起来的计划(planning)。目的指对任务目标的有意表征,以及主观上对实施与任务目标相关的行为的承诺,即如何去执行某种任务(Eckstein & Perring, 2007;Forrest, Monsell, & McLaren, 2014)。这些因素可以通过被试先前的知识经验、外显的任务指示、任务背景以及与任务相关的内容来控制。

1.2.2 自上而下因素的调节作用

自上而下的因素可以对行为进行调节。自上而下因素的调节最终可以表现为反应的增强、反应的多样性和灵活性的增强、对刺激信息的选择性加工等。例如, 通过任务指导语的指示(自上而下因素), 可以引导人们注意中文词汇“动物”的结构信息(如“左右结构”)或是语义信息(如“生物的一个种类, 它们一般以有机物为食, 能感觉, 有神经, 可运动”)。

以往研究认为, 自上而下因素的调节可以影响控制加工的过程, 而自动加工是完全自动化的,不会受到自上而下因素的调节。但近年来利用掩蔽启动范式进行的研究表明, 自动加工也可受到某些自上而下因素的调节。

2 研究现状

综上所述, 通过对启动刺激的掩蔽可以研究无意识的觉知过程。掩蔽启动研究中所用的刺激物包括：数字、字母、颜色组块、词汇、图片、面孔以及箭头, 这些刺激分别通过控制掩蔽启动刺激与目标刺激之间的语义/类别联系、形状/指向联系以及情绪联系等来进行研究。

自上而下因素的调节在掩蔽启动范式实现的自动加工中的作用主要是通过掩蔽重复启动范式、掩蔽语义启动范式以及掩蔽反应启动范式来进行研究的。掩蔽重复启动范式包含对知觉信息的自动加工过程; 掩蔽语义启动范式主要包含语义信息的自动加工过程; 掩蔽反应启动范式主要包含自动的反应过程。

2.1 自动化知觉过程受到自上而下因素的调节

在知觉加工阶段掩蔽启动效应的发生主要体现在：首先, 如果掩蔽启动刺激与目标刺激的位置相同, 那么对目标刺激的反应时将会缩短, 这被称为知觉反应时启动。启动效应的发生是因为掩蔽启动刺激的位置信息得到无意识加工, 从而当目标刺激在相同位置出现时, 反应加速(Bodner& Dypvik, 2005)。

掩蔽重复启动范式中, 掩蔽启动刺激与目标刺激完全相同(例如“猫—猫”)。研究发现, 注意的空间特性对此类自动加工具有调节作用。Marzouki, Midgly, Holcomb 和 Grainger (2008)进行了ERPs研究, 在掩蔽重复启动任务之前, 通过线索将被试的注意力集中到与掩蔽启动刺激相同(即有效线索条件)或者相反的位置(即无效线索条件), 在线索与掩蔽启动刺激位置相同的条件下,重复启动效应产生。这说明对空间位置的有意注意, 会影响对掩蔽启动刺激的加工, 对掩蔽启动刺激的空间位置信息进行的是无意识自动加工。

有研究还发现不断重复出现的掩蔽启动刺激可以逐渐增加对掩蔽启动刺激自身的知觉和注意, 从而增强掩蔽启动效果(Atas, Vermeiren, & Cleeremans,2013)。这与以往研究中认为的受掩蔽的刺激不会受到注意影响的结果相反, 从某种程度上说明了自上而下的注意因素对自动知觉加工过程的影响。

对掩蔽重复启动效应的研究还有涉及任务方面的。例如, 在Martens, Schweinberger, Kiefer和Burton (2006)进行的研究中, 让被试对先前和随后出现的两张著名人物面孔进行类别判断(例如,是否都是演员)或知觉判断(面孔是否相同/重复)。在类别判断任务中, 先前的面孔在受到掩蔽的情况下, 发现重复启动效应体现在ERP早期成分上,这也说明了知觉加工阶段受到的自上而下的调节作用。

2.2 自动化语义过程受到自上而下因素的调节：来自掩蔽语义启动的研究

对自动语义过程的研究体现在, 如果掩蔽启动刺激自动激活的语义网络与目标刺激所属的语义网络相同, 对目标刺激的反应会加速。在语义过程中, 掩蔽启动刺激被激活时, 相关的语义网络也被自动激活, 由于目标刺激与掩蔽启动刺激具有某些语义联系, 目标刺激相关语义网络被掩蔽启动刺激的自动激活扩散所影响, 从而使得对目标刺激的加工加速(Ulrich, Hoenig, Grön, &Kiefer, 2013)。研究包括采用字词、数字等为刺激的研究。

2.2.1 注意的作用

掩蔽语义启动刺激范式中, 注意资源调节下对掩蔽启动刺激的语义加工将影响对目标刺激的加工和反应过程。Martens和Kiefer (2009)进行的研究发现先前任务中自上而下的注意资源的分配可以影响随后掩蔽启动任务的效果,实验中要求被试在掩蔽启动任务之前,进行大写字母搜索任务,一部分搜索任务的字母串开始和结尾至少包含一个封闭曲线的字母(例如 B, g), 此种任务被视为简单任务;在相对应的复杂任务中, 字母串开始和结尾只包含不封闭曲线的字母(例如E, s)。结果发现, 在先前复杂任务的情况下, 由于注意资源的较多占用, 会导致随后掩蔽启动任务中启动效应的减弱。这说明注意资源的分配影响到了对掩蔽启动刺激语义信息的自动加工, 从而影响了启动效果。

在利用掩蔽语义启动范式的研究中, 注意的时间特性对自动语义加工也有影响(Kiefer, 2006;Kiefer & Brendel, 2006)。此项ERPs研究控制了可作为位置线索提示的掩蔽刺激(cue)与启动刺激(prime)之间的时间间隔。在线索和启动刺激之间时间间隔较短的条件下(例如 200 ms)产生较大的N400掩蔽语义启动效应; 在线索和启动刺激之间时间间隔较长的条件下(例如 800 ms)产生较小的N400掩蔽语义启动效应。说明在短间隔条件下被试的注意力没有转移, 仍然集中在线索提示的位置, 而长间隔条件下被试注意力有所转移, 对掩蔽启动刺激的加工减弱, 所以产生了较小的掩蔽语义启动效应。

研究发现, 注意的时间特性对自动语义信息的加工调节还体现在类别启动当中。类别启动范式一般要求被试判断启动刺激与目标刺激是否属于同种类别(例如“鱼—猫”), 这其中包含语义信息的加工。利用掩蔽条件下的类别启动研究发现,如果目标刺激出现在被试可以预测的时间段之内,类别启动效应可以产生(Fabre, Lemaire, &Grainger, 2007), 说明了掩蔽语义启动效应受到自上而下的注意的时间特性的调节。

2.2.2 任务因素

掩蔽语义启动范式中, 对语义自动加工产生的启动效应依赖于具体实验任务的设置(Kiefer,Adams, & Zovko, 2012)。任务设置指的是为有效地完成既定任务而建构的认知系统(Ansorge &Neumann, 2005)。研究发现任务定势对自动语义加工过程具有影响作用(Kiefer & Brendel, 2006;Martens & Kiefer, 2009; Martens, Ansorge, &Kiefer, 2011; Kiefer & Martens, 2010)。

首先, 由任务引发的注意定势可以调节掩蔽语义启动任务中的信息加工和启动效应。在Martens等(2011)进行的研究中, 通过任务要求让被试在掩蔽语义任务之前进行对先前出现的物体的知觉特征和语义信息进行注意, 这种注意使得被试可以产生不同的注意定势, 注意定势影响着随后掩蔽启动任务中对掩蔽启动刺激相关信息的加工, 从而影响着对目标刺激的启动效果。行为和神经电生理数据都显示, 当对先前物体的语义信息进行注意的时候, 随后任务的掩蔽语义启动效应才会发生。这种注意(定势)对无意识信息加工的影响受到了任务要求的调节。

其次, Kiefer等人进行了行为和ERPs的研究,在掩蔽语义启动任务开始之前, 让被试完成对词汇的知觉判断任务(例如, 词首或词尾字母是否为曲线封闭的字母), 或是对词汇的语义判断任务(例如, 词义是否为动物), 发现只有在先前进行语义判断的条件下(是否为动物)才会产生N400启动效应。说明先前所完成的任务的形式在一定时间范围内会对随后的掩蔽启动刺激的自动加工产生加工程度上的影响, 从而会影响掩蔽语义启动效应的发生。

Adams和Kiefer (2012)的研究还发现在掩蔽语义启动任务中, 语义任务定势(例如, 判断字词为生物/非生物)将直接决定被试是否会加工随后出现的刺激的语义信息, 先前出现的语音任务定势(例如, 判断词首或词尾字母是元音还是辅音)则不会对随后的目标任务产生掩蔽语义启动效应。

目前已有ERP研究选取任务定势因素, 利用掩蔽启动范式研究对中文词汇的加工, 探讨了自上而下的任务因素对自动语义加工过程的影响(宋娟, 吕勇, 2012a; 宋娟, 吕勇, 沈德立, 2013a)。研究采用掩蔽启动范式, 让被试在掩蔽启动任务之前对中文词汇进行语义判断任务(生物还是非生物), 或对中文词汇进行知觉判断任务(词汇中是否含上下结构的字), 在掩蔽启动任务之后让被试对中文词汇进行真/假词判断。研究发现只有在语义判断任务之后, 对掩蔽启动任务后的目标词汇进行真/假词判断时, 掩蔽启动刺激对目标刺激产生的 N400启动效应显著, 这说明对掩蔽启动刺激的加工受到了先前任务定势的影响(宋娟, 吕勇, 2012a)。通过任务指导语设定的不同任务目的同样会产生 ERP启动效应(宋娟, 吕勇, 沈德立,2013a), 例如, 可通过任务指导语设定被试关注启动刺激的语义信息(词义)或知觉信息(字体结构)。

2.3 自动化反应过程受到自上而下因素的调节：来自掩蔽反应启动的研究

自动反应过程指反应的自动激活(Kiefer et al.,2013)。掩蔽启动刺激可以激活运动反应, 产生运动准备。利用运动准备电位(lateralized readiness potentials, LRP)在此领域进行的研究颇多(Verleger,Jaskowski, Aydemir, Vander Lubbe, & Groen, 2004)。当分配给被试的对目标刺激的反应及规则与掩蔽启动刺激相同时, 对目标刺激的反应得到促进。这可能是由于对掩蔽启动刺激与目标刺激的反应都被任务设定在相同范围之内, 是刺激-反应联结的效果。无意识的反应激活或抑制可以在自我抑制机制的作用下发生(Ocampo & Finkbeiner, 2013)。

2.3.1 注意的时间特性

注意的时间特性对自动加工的调节作用体现在对注意时间的分配。掩蔽的反应启动效应主要源于直接的运动定向而没有语义加工的调节(Abrams& Greenwald, 2000; Damian, 2001)。Naccache,Blandin和Dehaene (2002)利用数字反应启动范式控制对目标刺激注意时间的分配。在此范式中要求被试比较目标刺激是否与 5相同。大于或小于5的数字分别用不同的手进行反应。被试在掩蔽启动刺激和目标刺激都大于或都小于5时反应更快, 产生反应启动效应。由于启动刺激和目标刺激在呈现时间上接近, 在反应启动中启动刺激和目标刺激都受到了注意。Naccache等人的研究认为注意对无意识自动加工的调节提供了证据。

2.3.2 任务相关的目的、背景、刺激-反应规则

任务指导语所设定的任务目的和被试对任务的期望可以影响反应启动中反应一致性效应(启动项与反应项具有相同或相反的反应)的产生。如果掩蔽启动刺激可以引发与目标刺激相同的反应,启动效应发生。掩蔽反应启动中, 启动-目标之间的反应一致性效应依赖于刺激的特征、运动反应(motor response)和将目标刺激与反应相匹配的过程。在掩蔽反应启动范式中, 有关期待的研究是在任务开始之前通过练习或指导语让被试对启动刺激的反应有一个期待, 当所期待的启动刺激与的目标刺激反应相同时, 掩蔽反应启动就会发生。

在一项研究中, 让被试进行两位数大于还是小于 55的判断。结果发现, 在被试重复练习 73大于55之后, 37作为先前没有出现过的新的掩蔽启动刺激同样也会启动被试进行大于55的反应。由此说明任务背景可以调节掩蔽启动效应的发生。产生掩蔽反应启动效应的条件即为掩蔽启动刺激与目标刺激具有一定联系(Greenwald, Abrams,Naccache, & Dehaene, 2003; 马利军, 张积家, 2005)。

Heinemann, Kiesel, Pohl和 Kunde (2010)进一步的研究发现, 在掩蔽启动任务中的对反应激活效应的调节在新手和专家被试群体中都有体现。当掩蔽启动刺激所要求的反应与目标刺激所要求的反应是应用相同的手指、或是相同手的不同手指、或是不同手的相对应一致的手指的时候反应启动效应, 这说明了任务相关的的刺激-反应联结在掩蔽启动任务中的调节作用。

在一项采用与 Greenwald等人(2003)相同的任务进行研究发现, 启动效应仅仅发生在掩蔽启动刺激和目标刺激都为数字的时候。当启动刺激为数字(如“4”)而目标刺激为描述数字的词时(如“four”), 启动效应不发生。另外本研究还发现当掩蔽启动刺激和目标刺激的组成来源于同样的数字范围4至6时掩蔽反应启动效应会发生。而当组成掩蔽启动刺激的范围超过 4至 6时, 掩蔽启动刺激不会对目标刺激产生掩蔽反应启动效应。但这种启动和自上而下因素的调节作用仅仅发生在反应上, 与语义无关, 因为描述数字的单词(例如“five”)并不能诱发对数字(例如“5”)的启动效应(Kunde, Kiesel, & Hoffmann, 2003)。

Reuss, Kiesel, Kunde 和 Hommel (2011)发现任务特定的刺激-反应联结可以被先前的掩蔽线索所激活, 这种激活发生在被掩蔽的线索与某种特定的任务相联结的时候, 这说明了有意识刺激-反应联结的激活可以被无意识自动加工的信息所调节, 甚至是自由的选择也可以受到无意识自动加工的信息的影响(Kiesel et al., 2006)。相反地,无意识自动加工反应信息也可以被自上而下有意识刺激-反应联结因素所调节。在反应启动中研究自上而下因素的调节作用, 也包括对刺激-反应规则(stimulus-response rules, S-R rules)的研究, 因为刺激-反应规则是由具体任务所设定的。在利用类别归属判断任务(parity judgement task)和ERPs技术的研究中(Fabre & Lemaire, 2005), 将描述数字的词汇作为掩蔽启动刺激(例如“three”), 阿拉伯数字作为目标刺激(例如“3”), 研究自动刺激-反应联结效应(automatic stimulus-response association,ASRA)的产生及其年龄差异。结果发现, 平均年龄20岁的青年人和平均年龄60岁的老年人在ERPs数据中显示年龄差异, 老年人在掩蔽启动刺激和目标刺激一致的情况下, 刺激-反应联结所产生的启动效应较弱, 但这种差异在行为数据上并没有显现。此研究说明了自动加工的过程受到任务设定的刺激-反应联结的影响, 且这种影响存在年龄效应。

由此可见, 无意识和有意识的刺激-反应联结信息之间存在相互调节的作用。其中, 自上而下的因素对动作的调节还体现在采用其他一些掩蔽启动范式进行的研究中。

在Martens等(2011)进行的研究中, 掩蔽视觉动作启动条件下(masked visuomotor priming)对几何图形进行判断的效果受到了自上而下的任务要求和注意定势的影响, 注意先前物体刺激的知觉特征的时候, 视觉动作的启动效果产生。在掩蔽反应启动中还有利用短程启动(short-lived priming)范式进行的有关任务目的的研究。此种范式通过两种方式控制反应启动效果的实现(Eckstein &Perring, 2007)：首先, 掩蔽启动刺激和目标刺激之间的时间间隔为100 ms左右; 其次, 一般任务采用二择一迫选任务。采用对相同刺激系列进行不同任务的方式达到按照任务要求(目的)对相同刺激进行不同的加工(例如对词汇刺激进行动物/非动物、消极/积极的评价), 使得特定的刺激属性与反应相联结, 通过反应体现掩蔽启动刺激和目标刺激之间的一致性, 促进反应启动效应的产生。此种范式中采用的刺激系列所包含的刺激数目较少, 每个刺激重复次数较多。目的是将特定的刺激与特定反应联结, 实现对反应的练习和重复。反应的时间窗口也被设定在目标刺激出现后的一个较小时间范围内(例如 330～470 ms), 要求被试快速做出反应, 这样可以使自上而下因素的调节体现在对反应或者说是对刺激-反应联结的调节中, 达到自动反应启动的效果。

有行为和 ERPs研究致力于探讨自上而下的任务因素对自动反应激活过程的影响。Kiesel,Kunde和Hoffmann (2007)发现任务相关的信息对自动反应过程的调节可以同时存在于几种刺激-反应联结及其转换之间。在宋娟等人的采用掩蔽启动范式研究中, 刺激为数字和字母, 选取与当前任务相关的规则、与当前任务无关的处于预备状态的规则为自上而下的任务因素。研究结果发现与当前任务相关的规则和与当前任务无关的处于预备状态的任务规则所设定的所有刺激系列都可以影响当前任务中的反应过程。例如部分刺激既作为掩蔽启动刺激又作为目标刺激的数字(2, 3, 7,8), 当让被试进行数字大于/小于5的判断时, 刺激-反应规则是与当前任务相关的。当作为掩蔽启动刺激的数字为1, 4, 6, 9, 目标刺激为2, 3, 7, 8时,对掩蔽启动刺激的刺激-反应规则是与当前任务无关的、但也是由当前任务所设定好的(例如1, 4同2, 3一样都小于5, 但是并不会在对目标刺激的反应序列中体现)。这两种情况下自上而下的任务因素都影响自动化反应激活过程, 影响启动效应的发生(宋娟, 吕勇, 2012b; 宋娟, 吕勇, 沈德立, 2013b)。

图1 自上而下因素的调节对自动加工的影响作用

3 小结与展望

自上而下的因素对自动加工产生的掩蔽启动效应依赖于行为计划的形成：被试将多种刺激属性确定到与当前行为反应目的和任务计划相一致的范围内, 从而使掩蔽启动刺激的相关信息得到登记, 影响对目标刺激的反应(Ansorge, Heumann,& Scharlau, 2002; Ansorge & Neumann, 2005)。没有达到意识层面的信息也可以依赖于人们当前的活动而被选择性的搜索和加工。对掩蔽启动刺激的加工是无意识的, 如果此种无意识登记的信息与任务要求相关, 就会被自动加工。即被试可根据任务相关要求将掩蔽启动刺激与目标刺激相似或相同的信息进行比对、加工, 对目标刺激的相关信息进行加工和锁定。因此, 通过任务相关、注意调节等自上而下因素对掩蔽启动效应进行操作, 可以研究自上而下的因素对掩蔽启动范式中的自动加工的影响。

综上所述, 掩蔽启动范式所引发的自动知觉、语义、反应加工过程可受到自上而下的注意、任务相关等因素的调节, 并非是完全的自下而上的、自动化的。自动加工的过程是一个包含知觉、语义、反应的整体过程。掩蔽范式中的独立研究发现, 三种自动加工过程都会受到注意和任务因素的影响, 其加工机制总结如图1所示(宋娟等, 2013a)。

自上而下的因素对意识条件下呈现的刺激和无意识掩蔽条件下呈现的刺激的调节机制还处在研究阶段, 主要有以下几方面问题有待进一步研究：第一, 注意条件下的控制加工中的所有高水平因素(例如注意时空特性、对刺激维度的注意、期望、任务目的、任务定势等)是否对自动加工有相似的影响。第二, 任务形式对反应启动、注意启动、知觉启动、语音启动的影响还尚无研究。第三, 自上而下的因素对不同范式中的自动加工过程的影响及其是否相同, 还有待研究。第四, 还应进一步利用各种脑成像技术(例如fNIRS、fMRI)研究对任务无关信息的屏蔽作用, 以及进一步确定自上而下因素的调节对有意识条件下的视觉刺激和无意识条件下的视觉刺激是否具有相同的加工机制。

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