任务转换对SNARC效应的抑制

叶 晶

(上海师范大学教育学院，上海 200030)

1 问题提出

Dehaene等人(1993)要求被试判断呈现在显示器中央的阿拉伯数字的特定属性(数量大小或奇偶性)并快速且准确地做出按键反应时发现，人们总是用左手对小数字反应更快，用右手对大数字反应更快，这种左手-小数字和右手-大数字之间的反应联结与被试的反应标准无关，作者把这一现象命名为SNARC效应(spatial-numerical association of response codes effect)(Dehaene,Dupoux,& Mehler,1990;Dehaene,Bossini,& Giraux,1993)。SNARC效应并非阿拉伯数字加工中的特有现象，其广泛存在于各类符号数字(如用2，two，二表示数量2)和非符号数字(如用两个手指，两个圆点等表示的数量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)以及非数字的有序刺激(如字母、月份、系列学习的图片等等)(Dodd,der Stigchel,Leghari,Fung,& Kingstone,2008;Gevers,Reynvoet,& Fias,2003;Jonas,Taylor,Hutton,Weiss,& Ward,2011;Previtali,de Hevia,& Girelli,2010)的认知加工之中。比如Previtali,de Hevia和Girelli(2010)在被试按规定顺序学习完一系列图片之后要求被试确定随机呈现的图片在学习系列中的位置时发现被试用左手对系列前面的图片反应更快，用右手对系列后面的图片反应更快，在学习系列刺激的加工中出现SNARC效应。就SNARC效应产生原因，目前学术界有两种广为认可的原因：一是数字大小信息所致，即人们在长时记忆中按照数字大小把数字从左向右或从右向左表征(表征方向与被试的阅读和写作习惯有关)在心理数字线上导致数字认知中出现SNARC效应(Dehaene,et al.,1993； Fumarola,Da Pos,& Umiltà,2014；Kirjakovski,Utsuki,2012；Nuerk,Moeller,Klein,Willmes,& Fischer,2011；Restle,1970)；二是顺序信息所致，即刺激本身所携带的顺序信息被激活引起SNARC效应(Fischer,Mills,& Shaki,2010;Fias,van Dijck,& Gevers,2011;Ginsburg,Gevers,2015;Huber,Klein,Moeller,& Willmes,2016;Lonnemann,Linkersdörfer,Nagler,Hasselhorn,& Lindberg,2013;Shaki,& Fischer,2008)。

虽然刺激本身携带的大小信息或顺序信息可以用来解释很多刺激认知加工中出现的SNARC效应。但是SNARC效应具有灵活性，即左手和右手对同一数量或顺序刺激的相对反应速度会随着实验情景的变化而改变(Dehaene,et al.,1993;Fischer,Mills,& Shaki,2010;van Dijck,Fias,2011;Shaki,Petrusic,& Leth-Steensen,2012;王强强,康静梅,兰继军,2015；王强强,安宝霞,吴彦文,兰继军,2016)。简单地借用大小和顺序信息，甚至学术界已经证实的其他因素依然很难解释以下SNARC效应消失的现象：第一、为什么采用go-no/go实验范式时，数字加工中的SNARC效应会消失。如van Dijck等人在被试学习完一个数字序列后，随机呈现1-10这些数字，要求被试只判断学习序列中的数字的奇偶性，对学习序列中未出现的数字不予反应时发现数字认知加工中SNARC效应消失(van Dijck,& Fias,2011)。Ginsburg等人(2015)采用同样的实验范式进一步验证了这一现象(Ginsburg,Gevers,2015)；第二、为什么数字和字母混合呈现会导致数字和字母认知加工中SNARC效应消失。比如王强强等人把数字和字母混合后随机呈现给被试，要求被试判断呈现的刺激是数字还是字母或判断呈现的数字和字母是什么颜色时，数字和字母加工中均未出现SNARC效应(王强强,安宝霞,吴彦文,兰继军,2016)。前人研究发现，当刺激大小信息或顺序信息被直接或间接地激活后在刺激的认知加工中都会出现SNARC效应(Dehaene,et al.,1993;Dodd,et al.,2008;Kirjakovski,Utsuki,2012;Previtali,de Hevia,& Girelli,2010;王强强,康静梅,兰继军,2015)。van Dijck等人(2011)和Ginsburg等人(2015)要求被试判断特定数字的奇偶性，可以使数字大小信息间接地激活，王强强等人要求被试判断数字大小和字母的前后顺序，这种任务安排足以直接地激活数字大小和字母的顺序(这点在作者实验中也得到了验证)，但是他们的研究结果却发现数字和字母加工中均未出现SNARC效应。这种现象用已有的理论假设难以解释。笔者结合前人研究，对van Dijck等人(2011)，Ginsburg等人(2015)和王强强等人(2016)研究结果深入分析发现，采用go-no/go实验范式时会引起被试认知任务的转变，比如呈现学习序列中的数字时被试的任务是判断数字的奇偶性，呈现学习序列中未出现的数字时被试的任务是不做任何反应。同样，当把数字和字母混合呈现后随机呈现时，被试的实验任务也会随着刺激的转变而变化，比如呈现数字时，被试的任务是判断数字大小，当随机呈现字母时，被试的任务会转换成判断字母的相对位置。基于上述分析，笔者觉得上述情境中数字和字母加工中SNARC效应的消失很有可能与任务转换有关。因此，笔者提出以下假设：任务转换对SNARC效应有抑制作用。并且设计实验对该假设进行验证。对该假设的研究，对进一步探讨SNARC效应加工机制有重要的理论价值。

任务转换(task switch)是从执行一项任务转到执行另一项任务。任务转换的经典研究范式是Jersild方法(Jersild’s method)，在整个实验研究中，要求被试完成两类任务：一种是重复任务，要求被试重复完成AAAA或BBBB任务；另一种是转换任务，该任务要求被试交替完成ABABAB任务(Allport,Styles,& Hsieh,1994;Jersild,1927)。

为了验证上述假设，本研究采用任务转换范式，将实验数字涂为黑色和绿色的数字，要求一半被试判断黑色数字的大小，绿色数字的奇偶性，(另一半被试正好相反)，深入考察任务转换对SNARC效应的影响。

2 方 法

2.1 被试

30名在校生(男10，女20)自愿参加本实验。被试年龄在18～25岁，平均为20.91±1.69岁。所有被试视力、矫正视力和色觉均正常。

2.2 材料和仪器

1-9(5除外)八个阿拉伯数字作为实验材料，字体Times New Roman，颜色有黑色和绿色两种，置于85×85像素的白底图片之上，距离眼睛47cm处的视角大小约为2.6°。本实验在联想计算机上完成，所有刺激用19寸显示器呈现，分辨率为1024×768像素，刷新频率60Hz。

2.3 实验设计

采用2(反应键：左键，右键)×8(数字大小：1～8八个水平，分别对应数字1～9，5除外)×2(任务类型：重复任务，转换任务)被试内设计，因变量为反应时和错误率。

2.4 实验程序

实验程序用E-prime 1.0编写。实验开始后首先在显示器中央出现注视点“+”，500ms后注视点会消失，并且被一个黑色或绿色的阿拉伯数字取代。当出现的数字为黑色时，要求被试判断数字大小并快速地按键做出反应。当出现的数字为绿色时，要求被试判断数字的奇偶性并快速地按键做出反应(为了排除数字颜色对实验结果的干扰，实验中要求另一半被试判断黑色数字的奇偶性，绿色数字的大小，两种判断标准在被试间平衡)。被试反应之后显示1500ms空屏后进入下一个试次。若被试在3s内未做出任何反应，数字自动消失并记为错误反应。接着显示1500ms空屏后进入下一试次，见图1。本实验参照Jersild方法，采用区组设计，把整个实验分为任务重复组和转换组。任务重复组被试把数字大小和奇偶性分类任务分开进行，任务转换组被试数字大小判断和奇偶性判断交替进行(Jersild，1927)。每个被试均要完成任务重复组和任务转换组的实验任务，但是任务重复组和转换组的操作顺序在被试间进行平衡。不管是任务重复组还是转换组，被试的反应方式均有两种：一种是左手对小数字或奇数按F键反应，右手对大数字或偶数按J键反应；另一种正好相反，两种反应方式的先后顺序也在被试间进行平衡。整个实验共640个试次，约需40分钟完成。

图1实验流程图

3 结果分析

统计分析中剔除错误反应、小于200ms和每个处理水平上3个标准差以外的反应时数据，占总数的5.94%。被试的平均错误率较低，为4.05%，且不存在反应时和错误率代偿，两者皮尔逊相关系数r(30)=-0.04，p>0.05。故对错误率不做进一步统计分析。

对有效反应时数据进行三因素重复测量方差分析发现反应键主效应不显著；数字大小主效应显著，F(7,203)=39.51,p<0.001,σ2=0.577；任务类型主效应非常显著，F(7,203)=109.95,p<0.001,σ2=0.791，重复任务反应时(618.71ms)远远快于转换任务反应时(893.55ms)，出现了任务转换效应，转换代价为274.84ms；反应键和任务类型交互作用显著，F(1,29)=8.61,p<0.001,σ2=0.229；反应键、数字大小和任务类型三因素交互作用也显著，F(7,203)=4.67,p<0.001,σ2=0.139，说明SNARC效应受到任务类型的制约。故接下来需进一步分析每种任务类型下的SNARC效应。其余交互作用不显著。

对SNARC效应的分析采用重复测量方差分析和线性趋势法(repeated measures ANOVA and linear trends Method)，首先分别检验数字大小与反应键交互作用是否显著。如果交互作用显著，说明有可能存在SNARC效应。然后进一步以数字为自变量，以每个数字的右手反应时减去左手反应时之差dRT为因变量做回归分析，最终确定是否存在SNARC效应以及SNARC效应的方向。若回归分析得到的回归系数与0差异不显著，说明不存在SNARC效应；若回归系数明显小于0，说明出现经典的SNARC效应；若回归系数明显大于0，说明出现反转的SNARC效应(高在峰，水仁德，陈晶，陈雯，田瑛，沈模卫，2009；Fias，Brysbaert，Geypens，& d’Ydewalle，1996；Pinhas，Tzelgov，& Ganor-Stern，2012)。对重复任务反应时分析发现反应键主效应不显著；数字大小主效应非常显著，F(7,203)=15.43,p<0.001,σ2=0.347；反应键和数字大小交互作用非常显著，F(7,203)=5.98,p<0.001,σ2=0.171。回归分析显示平均回归系数为-8.01，与0差异非常显著，t(29)=-2.93，p<0.05，说明在重复任务中出现了经典的SNARC效应，见图2。转换任务中分析发现数字大小主效应显著，F(7,203)=26.42,p<0.001,σ2=0.477；反应键主效应不显著，反应键和数字大小的交互作用也不显著。回归分析显示平均回归系数为0.14，与0差异不显著，t(29)=0.038，p>0.05，说明在转换任务中未出现SNARC效应，见图3。

图2 重复任务中被试反应时之差与标准误

图3 转换任务中被试反应时之差与标准误

4 讨 论

自Dehaene等人(1993)年发现SNARC效应以来，研究者进行了大量的实验对SNARC效应的属性和加工机制展开研究。通过学者们的不懈努力，我们虽然对SNARC效应及其加工机制有了一定的了解，但依然有一些问题困扰着研究者们。比如，我们依然不能解释为什么采用go-no/go实验范式时，数字加工中的SNARC效应会消失；为什么数字和字母混合呈现会导致SNARC效应的消失。笔者分析认为，任务转换是上述问题中SNARC效应消失的主要原因。故本研究采用任务转换范式，将数字涂为黑色和绿色两种颜色后呈现在显示器中央，要求被试判断黑色数字的大小，绿色数字的颜色(或者被试判断任务相反)，从而引起被试判断任务不变(重复组)或被试判断任务转换(转换组)，通过比较任务重复组和转换组被试的实验结果，深入考察了任务转换对SNARC效应的影响。

本研究结果发现，任务重复组被试用左手对小数字反应更快，随着数字数量的增加，重复组被试右手反应速度也随之增加，重复组被试在数字加工中出现了经典的SNARC效应。这与前人的研究结果一致(Cho,et al.,2012;Dehaene,et al.,1993;Fischer,et al.,2013;Fumarola,et al.,2014;Kirjakovski,Utsuki,2012;Nuerk,et al,2011)。由于人们按照数字大小把数字从左到右表征在心理数字线上，重复组被试在数字分类的加工任务中出现SNARC效应不足为奇。奇怪的是，当把黑色数字和绿色数字交替呈现，致使被试的判断任务也交替变化时我们的研究却发现，转换组被试在数字加工任务中未出现SNARC效应。这就说明任务转换可以抑制SNARC效应。van Dijck等人，Ginsburg等人采用go/no-go范式要求被试对随机呈现的部分数字给予反应，随机呈现的部分数字不予以反应，通过这种范式引起被试实验任务转换后，数字加工中的SNARC效应消失(van Dijck,& Fias,2011；Ginsburg,Gevers,2015)。王强强等人把数字和字母混合后随机呈现给被试，要求被试分类反应时同样发现数字和字母加工中的SNARC效应消失(王强强,安宝霞,吴彦文,兰继军,2016)。本研究研究结果进一步复制了van Dijck等人，Ginsburg等人和王强强等人的研究结果，验证了笔者假设，即任务转换可以抑制SNARC效应。

虽然本研究通过实验法验证了任务转化对SNARC效应的抑制作用，但是为什么任务转换会抑制SNARC效应呢？对于该问题，笔者认为可能有以下几种原因引起：第一，任务转换组中，被试需记住两套反应标准，而且难以预测即将出现的刺激采用何种反应标准。当刺激出现后被试需要先根据刺激的颜色确定采用何种反应标准，然后才能根据适当的反应标准进一步对数字进行分类反应。相比任务重复组，被试在任务转换组的整个加工过程中认知负载是相对较高。已有研究发现认知负载对SNARC效应有重要的影响(van Dijck，Gevers，& Fias，2009)。所以，任务转换组中SNARC效应的消失很有可能与该组中被试的认知负载相对较高有关；第二，大量研究发现SNARC效应具有一定的灵活性。但是在出现经典SNARC效应，或反转的SNARC效应的实验中，实验刺激在同一维度均得到了连续性激活。比如，Bächtold等人要求被试把数字想象成表盘上数字，要求被试判断呈现数字在表盘上的位置时，连续激活数字在表盘的位置后，数字加工中出现反转的SNARC效应(Bächtold,Baumüller,& Brugger,1998)。当实验刺激不能在同一维度连续性激活时SNARC效应将消失。比如van Dijck等人(2011)，Ginsburg等人(2015)采用go-no/go实验范式，要求被试判断学习序列中出现的数字的奇偶性，对学习序列中未出现的数字不做任何反应导致数字的奇偶性不能连续激活(van Dijck,& Fias,2011；Ginsburg,Gevers,2015)。同样，王强强等人把数字和字母混合呈现后随机呈现时，被试的实验任务或者是判断数字大小，或者是判断字母的相对位置，而且两种任务随机出现，致使数字大小和字母的相对位置不能被连续性激活(王强强,安宝霞,吴彦文,兰继军,2016)。从而在Dijck等人(2011)，Ginsburg等人(2015)和王强强等人的实验中SNARC效应消失。所以，通过分析可以推断，实验刺激携带的相关信息在同一维度得到连续性激活也很有可能是产生SNARC效应的充分条件。而在任务转换组，由于实验任务不断变化，致使数字大小或数字奇偶性不能得到连续性激活，从而在任务转换组中未出现SNARC效应。

尽管大量的研究发现，SNARC效应具有很大的普遍性，该效应广泛地存在于符号数字、非符号数字和非数字的有序刺激的认知加工之中。但是SNARC效应并非在所有情境中都会一成不变的出现在上述类型的刺激加工之中，该效应也带有一定的灵活性。比如被试的阅读和写作习惯(Dehaene,et al.,1993;Shaki,et al.,2009;Shaki,et al.,2011)，参考框架(Bächtold,Baumüller,& Brugger,1998;Dehaene,et al.,1993;王强强,等人,2015)和激活水平(Casarotti，Michielin,Zorzi,& Umiltà,2007;Dodd,et al.,2008)等因素都会导致SNARC效应反转或消失。本研究采用任务转换范式研究发现，任务转换可以导致SNARC效应的消失，进一步丰富了SNARC效应灵活性的研究。

此外，学术界对SNARC效应的发生阶段也存在争议。有学者认为SNARC效应发生在知觉编码阶段(Dehaene,et al.,1993;Tlauka,2002)，也有学者认为SNARC效应出现在反应选择阶段(Keus，Schwarz，2005；Keus，Jenks，& Schwarz，2005)。由于知觉编码发生在认知过程的早期阶段，反应选择发生在认知过程的后期阶段。因此我们可以推论，如果SNARC效应发生在知觉编码阶段的话，当数字大小信息得到激活后就会出现SNARC效应；相反，如果SNARC效应发生在反应选择阶段，由于受到其余信息的影响，数字大小信息得到激活后不一定必然出现SNARC效应。本研究任务转换组中，要求被试判断数字大小可以直接激活数字大小信息，要求被试判断数字的奇偶性也可以间接地激活数字的大小信息(Dehaene,et al.,1993)，但是任务转换组被试在数字认知加工中并未出现SNARC效应。如果SNARC效应发生在知觉编码阶段的话，当数字大小被直接或间接地激活后会出现SNARC效应。本研究任务转换组被试认知加工中未出现SNARC，可以排除SNARC效应发生在知觉编码阶段的可能，间接支持了SNARC效应可能发生在反应选择阶段的观点。

5 结 论

通过本研究可以得到如下结论：任务重复组被试在数字加工中出现SNARC效应，任务转换组被试在数字加工中未出现SNARC效应，说明任务转换对SNARC效应具有抑制作用。