心理旋转能否引发刺激的SNARC效应

刘雍江，左全顺，杨 欢

数字是人们日常生活中普遍接触到的符号，它具有空间属性，可影响人们在某些任务（如奇偶判断、大小比较）中的表现。反映数字具有空间属性的直接证据来自SNARC效应（Spatial-Numerical Association of Response Coded effect），它最早由DEHAENE等人发现［1-2］，表现为被试左手对小数字的反应快于右手，右手对大数字的反应快于左手的事实。心理数轴的假设对此现象的解释是，人们内心存在一条模拟的心理数轴，数字按其数量大小依次表征在这条数轴上，即小数字表征在数轴左侧，大数字表征在数轴右侧［1］。

SNARC效应到底是基于刺激的数量信息还是顺序信息，尚未达成一致结论。有研究者在数字大小［3-5］、面积大小比较中发现SNARC效应［6］，说明数量信息加工可引发SNARC效应。也有研究者在数量大小判断任务中未发现SNARC效应［7-8］，而在英文字母［9-10］、月份［10］、星期数［11］等非数字型材料中发现SNARC效应，表明SNARC效应的产生可能依赖于刺激的顺序信息而非数量信息。此外，另有研究发现，SNARC效应存在一个发展的过程，儿童从三年级开始才能在奇偶判断中表现出该效应［12］，这和他们是否熟练掌握和理解奇偶信息有关。对于低年级儿童而言，实验任务较难，错误率高，难以表现出SNARC效应。这表明任务难度可能是SNARC效应的一个影响因素。

此外，人们对数字的不同表象，能影响数字的空间表征。比如，BACHTOLD等人要求被试将数字想象为尺子和钟面上数字，分别与6进行距离判断和顺序判断，结果发现两种方向不同的SNARC效应［13］。该研究要求被试形成对数字的静态表象，并进行数字的语义加工，没有涉及表象的操作。表象的操作比表象过程复杂，比如心理旋转（mental rotation），不仅需要形成刺激的表象，还需要对表象进行旋转加工。SHEPARD等人将心理旋转看作是真实物理旋转的一种类似物，或者说是一个类比过程［14］。研究者普遍认为它指的是一种想象自己或客体旋转的空间表征能力［15］，作为人类空间认知的基本操作，可作为衡量空间认知能力的重要指标之一［16-17］。那么，人们在对刺激的表象进行操作（如心理旋转）的过程中，能否激发刺激的空间表征呢？

已有研究发现，数量信息和顺序信息均可能是引发SNARC效应的关键信息。并且，在使用注意转移范式的研究中，数字能表现出注意SNARC效应，而字母能否表现出注意SNARC效应，取决于字母的顺序信息是否得到加工［9］。这可能说明数字的浅加工中，数字的关键信息易被激活，而出现SNARC效应；而字母的浅加工中，其关键信息不易被激活而不出现SNARC效应。这有待于寻求更多的实证依据。对此，本研究借鉴COOPER和SHEPARD研究中的实验任务［18］，考察高中生对不同旋转度数的中文数字和英文字母作正反判断（未涉及刺激关键信息的加工）时，数字和字母进行空间表征的难易，并探讨其中可能的原因。

一、实验一：中文数字心理旋转与SNARC效应检验

（一）方法

1.被试。贵州省某中学高一年级学生34名，男生17名，女生17名，平均年龄为15.67岁，标准差为0.57岁，所有被试均为右利手，且裸眼视力或矫正视力正常。

2.实验设计。采用2（数字大小：一、二为小数；八、九为大数）×2（手：左手、右手）×4（旋转度数：0°、90°、180°、270°）。因变量为反应时。

3.实验材料及仪器。材料为中文数字一、二、八、九，字体为宋体艺术字，字号为48。注视点为“+”，字号为40。数字和注视符颜色为黑色，屏幕背景为白色。注视点和数字的位置均在屏幕中央。实验程序用E-prime 2.0编制，所有实验均在安装了Windows 7系统，分辨率为1 920*1 080的24英寸台式电脑上完成。

4.实验程序。电脑屏幕正中央首先呈现一个固定的注视点“+”，300 ms后随机呈现一个未旋转或旋转一定角度的正写（如“⇀”）或反写中文数字（如“↼”），被试按键作出正反判断或达到4 000 ms后数字消失，进入1 000 ms空屏，之后开始进行下一试次。被试一共需要完成两部分测试，一部分要求被试用左手按“D”对正写数字，右手按“K”对反写数字做反应；另一部分正、反写数字的按键分配相反。两部分测试按照ABBA的方式进行被试间平衡。所有测试开始前均要先练习，正确率达到80%以上再进行正式测试。被试在两部分测试间可休息4分钟。除去练习，被试需要完成共192个试次，整个实验用时约需15分钟。

（二）结果与分析

剔除被试错误反应及正确反应的平均反应时加减3个标准差之外的反应时数据。34名被试在不同旋转度数下，左右手对大小数字做正反判断的平均反应时和标准差见表1。被试的平均正确率为90.29%。不存在正确率和反应时代偿。r=0.066，p＞0.05。

表1 不同旋转度数下手对数字的反应时与标准差（ms）

对34名被试的反应时数据进行2×2×4的重复测量方差分析，分析结果发现：手的主效应不显著：F（1,33）=0.09，p=0.77。数字大小主效应不显著：F（1,33）=0.41，p=0.53；旋转度数主效应显著F（3,99）=110.45，p=0.00，事后检验分析发现，不同旋转度数下的反应时关系为：0°＜270°＜90°＜180°，出现心理旋转效应。刺激旋转180°时，正反写判断所需反应时最长，其次是90°，再次是270°，需时最短的是0°（具体可参见图1）。手和数字大小的交互效应不显著：F（1,33）=0.24，p=0.63；手和度数的交互效应不显著：F（1,33）=1.93，p=0.13；数字大小和度数的交互效应不显著：F（1,33）=0.11，p=0.94；手和数字大小和度数的交互效应不显著：F（1，33）=1.34，p=0.27。

图1 中文数字不同旋转度数下的反应时

为了进一步厘清不同旋转度数下，左右手对不同数字的反应是否存在差异，分别对0°、90°、180°和270°条件下反应时进行2（手：左手vs右手）×2（数字：大数字vs小数字）的重复测量方差分析。结果显示，在0°条件下，手的主效应显著：F（1,33）=6.02，p=0.02，η2p=0.15；数字大小主效应不显著：F（1,33）=0.10，p=0.76；手和数字大小的交互效应显著：F（1,33）=5.70，p=0.02，η2p=0.15，交互作用图见图2。简单效应分析发现，左手对小数字的反应时（974.92±276.29 ms）显著低于右手对小数字的反应时（1 056.46±301.87 ms），p=0.006；左手对大数字（1 006.00±188.91 ms）和右手对大数字（1 005.92±165.83 ms）的反应时没有显著差异，p=0.99，表现为半SNARC效应。手和数字在90°、180°、270°条件下交互作用检验值分别为：F（1,33）=0.05，p=0.83；F（1，33）=0.55，p=0.46；F（1,33）=0.18，p=0.68。说明这三种情况下，手和数字的交互作用不显著，未出现SNARC效应。

图2 旋转度数为0度时手和数字的交互作用

过去的研究表明，字母等顺序性材料亦可表现出SNARC效应。即左手对顺序靠前的字母反应更快，右手对顺序靠后的字母反应更快。为了进一步寻找心理旋转能否引发SNARC效应的证据。本研究使用字母材料，进行第二个实验。

二、实验二：英文字母心理旋转与SNARC效应检验

（一）方法

1.被试。贵州省某中学高一年级学生30名，男生15名，女生15名，平均年龄为15.72岁，标准差为0.66岁。所有被试均为右利手，且裸眼视力或矫正视力正常。

2.实验设计。采用2（字母顺序：f、h为前；t、y为后）×2（手：左手、右手）×4（旋转度数：0°、90°、180°、270°）。因变量为反应时。

3.实验材料及仪器。材料为小写字母f、h、t、y，字体为宋体艺术字，字号为48。注视点为“+”，字号为40。数字和注视符颜色为白色，屏幕背景为黑色。注视点和数字的位置均在屏幕中央。实验程序用E-prime 2.0编制，所有实验均在安装了Windows 7系统，分辨率为1 920*1 080的24英寸的台式电脑上完成。

4.实验程序。除了实验材料改为未旋转或旋转一定角度的正写（如“f”）或反写（如“f”）英文字母外，其余同实验一。

（二）结果与分析

剔除被试错误反应及正确反应的平均反应时加减3个标准差之外的反应时数据。30名被试在不同旋转度数下，左右手对字母作正反判断的平均反应时和标准差见表2。被试的平均正确率为90.54%。不存在正确率和反应时代偿。r=-0.113，p＞0.05。

表2 不同心理旋转度数下手对字母的反应时与标准差（ms）

对30名被试的反应时数据进行2×2×4的重复测量方差分析，分析结果发现：手的主效应不显著：F（1,29）=3.14，p=0.09；字母顺序主效应显著：F（1,29）=21.63，p=0.00，η2p=0.43；顺序靠前字母的反应时显著小于顺序靠后字母的反应时；旋转度数主效应显著F（3,87）=108.66，p=0.00，η2p=0.79；事后检验分析发现，不同旋转度数下的反应时关系为：0°＜90°、270°＜180°，出现心理旋转效应，刺激旋转180°时，正反写判断所需反应时最长，其次是90°、270°，需时最短的是0°（具体可参见图3）。手和字母顺序的交互效应不显著：F（1，29）=1.75，p=0.20；手和度数的交互效应不显著：F（1,29）=1.28，p=0.29；字母顺序和度数的交互效应不显著：F（1，29）=1.73，p=0.17；手和字母顺序和度数的交互效应不显著：F（1,29）=0.29，p=0.84。

图3 字母不同旋转度数下的反应时

此外，对不同旋转度数条件下的反应时分别进行2（手：左手vs右手）×2（字母顺序：字母顺序在前vs字母顺序在后）的重复测量方差分析。结果发现，手和字母顺序在0°、90°、180°、270°条件下交互作用检验值分别为：F（1,29）=1.22，p=0.28；F（1,29）=0.01，p=0.91；F（1,29）=1.31，p=0.26；F（1,29）=0.02，p=0.88。说明手和字母顺序在不同度数下不存在显著交互作用，没有出现SNARC效应。

三、讨论

（一）中文数字、英文字母心理旋转分析

本研究结果表明，被试对不同旋转度数的中文数字和英文字母做正反写判断时，出现心理旋转。当两种实验刺激旋转角度为0°，即未发生旋转时，被试反应时最短；随着刺激旋转角度增加，反应时变长。当刺激倾斜角度为180°时，反应时最长。当刺激旋转度数超过180°后，对刺激做正反判断的反应时随着旋转度数的增加而缩短。这说明旋转度数180°是一个分界点。对倾斜度数为0°到180°之间的刺激，被试对其表象进行逆时针旋转，使其复原到0°状态后，再进行正写、反写判断；对倾斜度数超过180°的刺激，被试对其表象进行顺时针旋转，使其复原到0°状态后，再进行正反判断。由于实验刺激除在倾斜角度上增加以外没有其他任何不同，根据减数法逻辑，随着角度增大而增加（未超过180°）或随着角度增加而减少（超过180°）的反应时，就是完成角度差所需的旋转时间，从而证明两个实验中都存在心理旋转现象。此结果与COOPER和SHEPARD在1973年将不同倾斜角度的正像与镜像字母R作为实验材料所进行的心理旋转实验结果相似［18］75-176。

（二）未旋转条件下，中文数字半SNARC效应分析

本研究发现，中文简体数字在旋转角度为0°时，出现半SNARC效应，具体为左手对小数的反应显著快于右手，左右手对大数字的反应快慢没有显著差异。结果说明在不发生心理旋转的形状正反判断任务中，小数字在心理数轴上的表征得到激活，大数字在心理数轴上的表征未得到激活。可能的原因是，本研究中“一”“二”的笔画构成比较简单，笔画数和它们代表的数量信息对应，因此，在心理旋转中，易于激活数量信息，进而激活其空间表征。而“八”“九”笔画构成相对复杂，笔画数和它们代表的数量大小不一致，难以在形状判别中激活其数量信息，并进而激活其空间表征。

（三）未旋转条件下，英文字母未出现SNARC效应分析

本研究发现，被试对未作旋转的英文字母作出形状正反判断时，未激活刺激的空间表征，表现出字母SNARC效应。这与DODD等人［9］实验一对字母的研究结果一致，与王强强等人［19］、GEVERS等人［10］及DODD等人［9］实验二对字母的研究结果不一致。这可能与本研究中字母的顺序信息未得到激活有关系。DODD等人使用注意转移任务的研究中发现，字母的顺序信息是否得到加工，是字母是否表现出注意SNARC效应的关键［9］。据此推论，本研究只要求被试加工字母的形状特征，引发SNARC效应的关键信息未得到激活，不能表现出字母SNARC效应。结合数字在未旋转条件下表现出半SNARC效应的情况可知，刺激关键语义信息的激活可能是SNARC效应出现的关键。

（四）心理旋转条件下，未出现SNARC效应分析

本研究结果表明，在发生心理旋转条件下，中文数字和英文字母均未表现出SNARC效应。这与数字奇偶判断［2，7，20］、大小判断［3-5］、字母顺序判断［9-10］及注意转移任务［21］中的研究结果不一致。可能的原因是前三个任务涉及数量信息或顺序信息的直接加工，而本研究采用不同旋转角度下刺激的正反判断任务，该任务直接加工刺激的物理形状信息，未直接加工刺激的数量或顺序信息。本研究实验任务也不同于注意转移任务，该任务要求被试看到数字线索后，对出现在左、右或者上、下的目标进行反应，涉及与数字语义信息无关的浅加工，比较容易。而本研究中刺激形状判断任务难度较大。有研究表明，任务难度对民族儿童SNARC效应的表现存在影响。本研究中心理旋转条件下的数字反应时（M90°=1 163.01 ms；M180°=1 417.12 ms；M270°=1 111.82 ms）和字母反应时（M90°=1 272.16 ms；M180°=1 580.51 ms；M270°=1 268.37 ms）高于过去研究中数字奇偶判断（M=548.94 ms，取自何清华等人［20］2015年的研究），字母顺序判断（M=597.00 ms，取自GEVERS等人［10］2003年的研究）的反应时。因此，本研究中的数字和字母，可能需要通过对刺激形状的加工，间接激活数量信息或顺序信息，才能激活刺激的空间表征。但对旋转一定角度后的刺激作出形状正反判断所需时间较长，难度较大，占用被试大部分注意资源，导致难以激活刺激的数量信息或顺序信息。亦或即使激活刺激的数量信息或者顺序信息，却因表象操作过程较长，抑制了刺激空间表征的及时表达。这有待进一步研究探明。

综合来看，在未旋转条件下，中文数字表现出半SNARC效应，而英文字母未能出现SNARC效应，这难以确信数字比字母更容易进行空间表征。此外，刺激关键信息（数量信息，抑或是顺序信息）的激活可能是刺激产生SNARC效应的关键，且实验任务难度可能是SNARC效应的一个影响因素。

四、结论

1.中文数字和英文字母均出现心理旋转现象；2.在未发生心理旋转的条件下，中文数字（一、二、八、九）表现出半SNARC效应，英文字母未表现出SNARC效应；3.中文数字和英文字母在旋转情况下未表现出SNARC效应。