（基础心理学专业论文）不同注意条件下感数和计数的erp研究.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以。求实、创新”的科学精神从事研究工作 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所傲的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：彳亳堡垒。五 日瓤专叶岳坫 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索：有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 作者签名：蚴 日期5 中鬈 不同注意条件下感数和计数的e r p 研究 摘要：关于感数与计数在行为数据上表现出的分离现象，有很多解释理论，其中一种很受关 注的解释认为，感数计数分离主要源于它们对注意资源需求的不同，计数是一种系列加工 过程，必须借助于空间注意的转换，而感数是一种前注意性质的平行加工过程，无需注意参 与，这种解释得到了行为和部分脑成像研究的支持，但另有一些研究没能发现感数和计数问 的区别，最近的一项行为研究发现感数现象也受到注意条件的影响。鉴于这些争论以及目前 研究中存在的局限和不足，我们采用了时间分辨率较高的e r p ( 事件相关电位) 技术，并 借用对注意条件控制较好的注意瞬脱范式( a t t e n t i o n a lb l i n k ) ，进行了进一步的研究。本研 究比较了不同注意状态下大小数加工的脑电和行为数据变化情况。实验结果显示，无论是注 意资源充足还是匮乏条件，大小数加工分离的现象并没有发生变化；在对注意资源需求上， 大小数加工都受注意资源的影响，在注意资源匮乏条件下，不仅大数诱发的e r p 成分受到 抑制，小数诱发的e r p 成分同样受到抑制；在时间进程上，双任务注意资源匮乏条件下大 小数的加工进程都遭到延迟。综合这些实验结果可以看出感数并非是一种不需注意参与的前 注意平行加工过程，感数和计数的分离并非源自它们对注意资源需求的不同。 关键字；感数，计数，注意瞬脱，e r p a ne r p s t u d yo fs u b i t i z i n g c o u n t i n gd i c h o t o m yu n d e r d i f f e r e n ta t t e n t i o n a lc o n d i t i o n s a b s i r c l a v a r i e t yo ft h e o r e t i c a la c c o u n t sf o rt h es u b i t i z i n g - c o u n t i n gd i s s o c i a t i o nh a v eb e e np r o p o s e d ， a m o n gw h i c ho o ci n f l u e n l i a lh y p o t h e s i sf o c u s e so ot h ea t l e n t i o n a ld i s t i n c t i o nb e t w e e ns u b i t i z i n g a n dc o u n t i n g a c c o r d r i gt ot h i sv i e w , c o u n t i n gi sas e r i a lp r o c e s s , e m p l o y m e n to fs p a t i a la t t e n t i o n j sc r u c i a lt oi t , w h i l es u b i t i z i n gi sap r e a t t c o f i v ep r o c e s s i tr e c r u i t sn os p a t i a la t t e n t i o n - r e l a t e d p r o c e s s h o w e v e r , t h i se x p l a n a t i o nw a sc h a l l e n g e db y o n cr e c e n tp e ts t u d y , w h i c hi n d i c a t e st h a t s u b i t i z i n ga n dc o u n t i n gh a v en od i f f e r e n c e i na c t i v a t i a gt h ea t t e n t i o nr e l a t e do c c i p i t o p a r i e t a l n e t w o r k t h ep r e s e n ts t u d yw a sd e s i g n e dt oi n v e s t i g a t ew h e t h e rs p a t i a la t t e n t i o ni sc r u c i a lf o r s u b i t i z i n g t og e tm o r et i m ec o u mo fb r a i na c t i v i t y , u s e dh i g h e rt e m p o r a lr e s o l u t i o n e v e n t - r e l a l e dp o t e n t i a l s ( e r p s ) w ee f f e c t i v e l ym a n i p u l a t e da t t e n t i o n a lg e s o t l r c ea l l o c a t i o nb y u s i n ga t t e n t i o n a lb l i n kp a r a d i g m u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h ep r e s e n ts t u d ys h o w st w om a j o r f i n d i n g s f i r s t ，m a n i p u l a t i o no fa t t e n t i o n a f f e c t sn o to n i yc o u n t i n gb u ta l s os u b i t i z i n g ，a n d a t t e n t i o ni sr e q u i r e di nb o t hs u b i t i z l n ga n dc o u n t i n g s e c o n d ，t h es u b i t i z i n g - c o u n t i n gd i s s o c i a t i o n i sn o td u et ot h ed i f f e r e n t i a ld e m a n d sf o ra t t e n t i o n a lr e s o n f c e si nt h et w op r o c e s s e s k e yw o r d s ：s n b i t i z i n g ；c o u n t i n g ；a t t e n f i o n a lb l i n k ；e r p 2 前言 在对物体的列举任务中研究者发现一个普遍存在的现象：当列举项目的数量少于4 个时，被试无需努力瞬间就能正确报告出物体的数目，但是当刺激物的数目在3 个以上时， 被试作出报告的速度和正确率都迅速下降。k a u f m a n ( 1 9 4 9 ) 把这种对小数的快速而准确的 识别能力称为感数( s u b i t i z i n g ) ，意思是指一瞬间就能感知视野中少量刺激的数目。一旦物 体的数目超出感数范囝，就需要采用另外一种加工策略计数。相对来说计数过程较慢且 容易出错一般情况下，采用哪一种加工策略是由物体数目和任务条件决定的，如果任务要 求快速反应且刺激的数目在感数范围之内，被试就会采用感数策略；而如果给予被试的反应 时间非常充分或者刺激的数目较多，该种条件下被试就会采用计数策略。除了在成年人身上 发现感数现象之外，研究者还发现刚出生几个月的幼儿甚至黑猩猩、老鼠、鸽子等动物同样 具有区分小数目的能力( 如f e i g e n s o ne t a l , 2 0 0 2 ：m a t s u z a w a l l 9 8 5 ：d a v i s h e ta l ，1 9 8 6 ) 。 这说明感数并不是人类特有的加工能力，某些动物也具有快速识别小数的能力。感数现象的 一个最突出特征体现在行为数据的反应时和正确率指标上，在感数范围内每增加一个刺激， 反应时只增加5 0 m s 左右( 感数并非必然出现在3 个项目上，它受个体差异以及不同实验条 件的影响，大多数实验研究发现人的感毅范围在3 个左右) ，但是当呈现项目数超出感数范 围时，每添加一个项目，被试的反应时间延长2 5 0 m s 左右。 感数对于人类具有特殊意义，它使人们能够快速感知物体的数目，一些研究甚至发现 感数是几童数感念和数能力形成的基础( 如：c l e m e n t se la l , 1 9 9 9 ；b e n o i te ta l ，2 0 0 4 ) 。感数 与计数的分离现象已经引起了研究者的极大关注，早些时候一些研究者认为，感数之所以特 殊是因为感数范围内的刺激容易组成有规则的图形，比如两点形成一条线，三点构成一个三 角形，这些熟悉的模型和人类大脑中存储的模式相似，因此容易被快速辨认。另有一些研究 者发现感数的范围和人类短时记忆的容量非常相近，而且它们都受个体差异的影响，这些人 认为小数加工过程之所以高效准确正是由于人类短时记忆的作用。近些年，随着认知神经科 学，尤其是注意神经科学的发展，e r p 、t m r i 等先进研究手段的出现，让研究者有可能从 神经机制过程和神经动态过程详细考察注意过程的各个加工环节，在此基础上研究者提出了 膨拄蔚，瑾窟绦席、瑾意贫臻嘴馕拦等一系列概念来描述注意加工的不同特性。受此启发， 一些研究者开始转向从注意的角度思考感数和计数的关系。p y l y s h y n 是最早尝试从注意角度 探索大小数分离现象的研究者之一，他认为感数现象类似于视觉注意过程中的特征识别，感 3 数过程无需注意，是一种前注意阶段特有的现象。在p y l y s h y n 之后，s a t h i a n 等人采用脑成 像技术探讨了大小数相应神经过程的异同，该研究发现与感数相比较，只有在计数条件下后 部项叶的注意脑区才被激活。除此之外p i a z z a 等也进行了类似的两项研究，但他两次的研 究结论互相矛盾早些时候的一项p e t 研究发现感数和计数所激活的大脑区域没有明显不 同，而后来的另一项i m r i 研究发现感数和计数的大脑机制存在明显差异，负责注意转移的 后部顶叶和前额皮层只在计数条件下才得到显著的激活。 鉴于当前研究的进展和不足之处，我们设计了相关研究方案。前人的研究大部分是以 行为反应时和正确率作为衡量标准，这很难详细展示出大小数加工的动态过程，为此我们采 用了e r i 技术以行为和脑电结果为双重指标；另外，虽然前人也从注意角度考察了大小数 加工和注意的关系，但这些研究主要采用间接的方法来推导出感数和注意的关系，这些方法 都没能在有效操纵注意的前提下来考察感数和注意的关系，因此在这种条件下得出的结论并 不具有充分的说服力。为了比较彻底操纵注意资源，我们选择了注意瞬脱范式( a t t e n t i o n a l b l i n kp a r a d i g m ) ，该范式能够通过调控双任务的时间间隔来达到对注意资源的有效控制。这 样就能够在不同的注意状态下来直接比较大数和小数加工的异同，以及比较大小数和注意之 间的关系，在直接操纵注意条件下得出的大小数和注意之间的关系才更具有说服力。另外， e r p 技术的高灵敏度和高时间分辨率特点能够让我们获取不同注意状态下大小数加工的详 细时间进程信息。 我们得到的行为结果验证了大小数分离现象的存在，但并不支持从注意和前注意两个 层面解释计数和感数的分离。首先，我们发现感数和计数在行为反应时和正确率上存在明显 的分离。与此一致，我们得到的e r p 结果也证实了这种分离现象，e r p 的p 3 波可以作为衡 量注意资源多寡的指标。我们发现，在注意瞬脱范式下不仅大数加工受到注意资源量的影响， 小数加工同样也受到注意资源多寡的调控；在注意资源晟为匮缺的“高瞬脱”期间，大数和 小数诱发的p 3 波的波幅和潜伏期都遭到极大的抑制和延迟。此外，我们的脑电数据还显示， 感数和计数的分离现象并不会受任务类型和注意问隔的影响，无论是从单任务变到双任务或 者是从双任务长间隔变为双任务短间隔，感数和计数仍然表现出明显的分离现象。 据此我们作出两点总结：( 1 ) 对于数字加工和注意之间的关系，不仅大数加工需要注 意参与，小数加工过程同样需要注意资源的参与，大、小数在对注意资源的需求上没有明显 不同；( 2 ) 感数和计数的确存在明显分离，但这种分离现象的根源并非源自于二者对注意资 源需求的差异。 4 第一部分感数和计数分离现象的解释理论及文献综述 到底是什么原因促成了大小数加工在行为指标上的分离呢? 长期以来这引起了心理学 家浓厚的研究兴趣，他们进行了大量的实验研究，并以此为基础提出了不同的理论来解释蘸 种数字加工所表现出的分离现象。这些解释理论的着眼点并不相同，其中有的从刺激分布的 模式差异，有的从短时记忆容量的有限性( ( 如f e i g e n s o ne ta l ，2 0 0 2 ；m a t s u z a w at ，1 9 8 5 ) ， 也有的从注意资源的有限性等方面去着手进行探索的( d a v i she ta t , 1 9 8 6 ；t r i c ke ta l , 1 9 9 3 ) 。 最近一种居于主体地位的解释观点认为。感数和计数的分离主要源于它们对注意资源占有的 不同，这些主要是受r y l y s h y n 提出的f i n s t 假说启发的研究者们，他们或者从行为实验， 或者从脑损伤病人以及脑成像研究中发现，感数和计数的不同主要源于二者在注意层面的差 异，比如病人注意脑区的损伤只会影响到小数加工而大数加工保持完整。为了进一步验证大 小数加工机制的异同，最近的无损伤脑成像研究发现大小数加工的大脑激活模式不同，这种 激活差异主要表现在和注意相关的脑区上；p i a z z a 等进行了类似验证，但他的两项成像研究 结果( p e t 和t - m r i ) 并不一致，f m r i 实验发现只有大数才能激活后部顶叶，而p e t 实验 发现大小数加工的激活脑区没有差异。除此之外，国内的罗跃嘉等也率先采用e r p 技术比 较了感数和计数脑机制的异同，他们发现感数加工具有明显的分心物效应，而计数加工则不 具有此效应该结果支持了感数和计数在功能加工层次上的分离。 综合这些从不同侧重点出发的理论，虽然都得到过过相关实验结果的支持具有一定的说 服力和可靠性，但是它们都不能够完全解释感数和计数的分离现象。对于这三种处于主要地 位的解释下面对其进行一些简要的介绍和比较。 1 1 关于感数和计数分离现象的理论解释 l j l 模式识融瞥释 m a n d l e r 和s h e b o ( 1 9 8 2 ) 认为人们对少数点数反应较快是因为当视野中的刺激数在4 个以内时。这些刺激点总会形成人们熟悉的模式，比如两个点形成一条线，三个点构成个 三角形，当被试看到这些小数目的黑点时。他们能够迅速识别出这些规则图形，从而也就知 觉到了点数的多少。m a n d l e r 和s h e b o 认为感数现象就是来自于对这些熟悉模式的再认，例 如，当破试看到以线性方式排列的项目时他们就会报告“2 ”，以三角形方式排列的项目时会 5 报告“3 ”。但是当项目数量在3 个以上时，模式就不能够再提供有效的信息( l o g a ne t 扎2 0 0 3 ) ， 因此被试的反应时和错误率会升高，这时就必须采用计数的加工策略。基于模式识别的解释 比较符合人们的直觉，日常生活中人们就经常借助于一些知觉模式来代替复杂计算。然而模 式识别并不能充分解释快速发生的感数现象，当出现的点数多于构成某种模式所需的最少点 数时，仍会出现感数现象，例如当3 个圆点都按线性方式捧列时，被试仍会快速报告。3 ” 而不是模式理论假设的“2 ”。此外，不支持模式识别的直接证据来自v m k 等( 2 0 0 1 ) 的t m r i 研究，该研究发现对于同一个由点构成的规则图形，当要求被试提取它们的形状信息和提取 它们的点数信息时所激活的脑结构并不相同由此看出，熟悉的模式虽然有助于识别点数， 但它并不是导致感数现象的关键因素。 l j 2i 停记忆容量解释 人们只能快速、准确列举数量有限的物体，这很容易让人想起人类容量有限的工作记忆。 因为工作记忆可以同时储存的信息总量是有限的，如果同一时间内列举的项目数超出了工作 记忆的总容量，加工过程必会受到限制，人们之所以能快速准确的报告出小数目是因为它在 工作记忆的广度之内。工作记忆的解释可以追溯到1 8 6 0 年哲学家h a m i l t o n 所进行的研究， 他认为能够同时进入意识的信息总量是有限的。此后心理学家m i l l e r 和c o w a n 等( 1 9 5 6 ， 2 0 0 1 ) 纷纷发表文章从基于记忆的理论来解释感数现象。 按照工作记忆的解释，工作记忆的负载量将决定感数现象的出现与否，只要列举项目数 不超过工作记忆的容量，无论是列举何种类型的刺激都会出现感数现象。如果采用双任务作 业让其中一种任务占用工作记忆的空间容量那么此时就不应该出现感数现象。t r i c k 等通 过增加视觉分心物的数量来增加工作记忆的负载，但这并没有使感数现象消失。另一项研究 发现( t r i c ke ta l ，1 9 9 3 ) ，被试在分心字母“x ”中能顺利产生对字母“o ”的感数现象，然 而当把分心字母“x ”换成“q ”时，对“o ”的感数现象消失。这里不能说字母。q ”比字 母“x ”所需要的记忆负载更多，因此工作记忆假说不能解释这种现象。t r i c k 等( 2 0 0 5 ) 的实验发现，在被试进行列举任务的同时进行另一项语音任务作业，这样会干扰工作记忆的 语音环，从而会影响对工作记忆中信息的储存和复述。但结果显示，这种语音抑制并没有使 空间列举任务中的感数现象消失。 因此，尽管在计数过程中需要工作记忆的参与，比如用来储存运算结果，但它对感数范 围内的列举任务并没有明显作用，所以工作记忆容量的有限性也不能很好的解释感数现象。 6 1 1 3 前注意资源的有限性和f i n s t 假说 感数和计数在反应时和错误率指标上的分离现象非常类似于视觉搜索的两种加工过程， 在视觉搜索过程中，对于颜色、方位、运动等基本特征的识别可以快速进行而无需注意的参 与，搜索这些特征靶子所需的时间不会随分心物数目的增加而延长，而对那些由两种以上特 征组成的复合特征的搜索则非常缓慢，容易出错而且需要注意的参与。t r e i s m a n ( 1 9 8 0 ) 认 为对单个特征的搜索在前注意阶段就能够完成，而对复合靶子的搜索必须借助于空间注意。 p y l y s h y n 等( 1 9 8 9 ，2 0 0 1 ) 认为感数和计数的分离非常类似于选择注意中两种加工阶段表现 出的特征。近些年，以p y l y s h y n 为代表的研究者受此启发，从注意的角度重新考察了感数 和计数的异同 为了探讨感数与计数的具体过程以及它们和注意的关系，p y l y s h y n ( 1 9 8 9 ) 在t r e i s m a n 特征整合理论基础上提出了f i n s t 理论。他认为在视觉作业中人是通过把物体赋予不同的 心理参考标记( m e n t a lr e f e r e n c e t o k e n s ) 来区分这些不同目标的，p y l y s h y n 把这种参考标记 称为f i n s t ( f i n g e r s o f i n s t a n t i a t i o n ：示例手指) ，它类似于起到指示作用的手指，向人们 提供有关物体位置和特征的信息；f i n s t 最主要的作用就是用来区分刺激项目，使每一个项 目在空间关系上具有独特的标记：f i n s t 处在前注意和注意分析之间，一方面它类似于前注 意采用平行的加工方式，另一方面它也具有注意的特征只能产生有限数量的 f i n s t s 。按照f l n s t 解释，人们只能对少数项目进行快速准确的加工是因为人们区分物体 特征的前注意系统的资源是有限的，即前注意机制只能储存有限数量的f i n s t s ，如果列举 项目数在这个范围之内就会产生感数现象，一旦超出了这个范围就必须采用另一种基于注意 的计数加工策略。 f i n s t 理论把感数分为两个加工阶段。第一个阶段是对变量的捆绑，在这一阶段f i n s t 会被赋给每个刺激项目，那些具有前注意特征的标记都可以得到f i n s t 赋值，p y l y s h y n 认 为在这一阶段被试仅仅能够意识到视野中有一些刺激项目存在，但还不能够得知刺激的具体 数量，另外在这一阶段被试必须能够把每个刺激信息从视野中彼此分离开来，使每个项目成 为一个独立的个体，以此决定采用感数策略还是计数策略来列举刺激项目；感数加工的第二 阶段是数字再认或数字反应选择，即把视野中的项目数量和语义记忆中储存的数字名称相匹 配。 一旦被试了解到感数策略不起作用时，采用注意的计数加j = 就开始了。计数过程包括如 下一些阶段：确定刺激项目不能够采用感数加工，把刺激项目分组，形成一种扫描策略，在 7 不同组间转移注意，在每一组内采用感数策略计算出项目的数量，对已经扫描过的项目进行 标记。最后算出总的项目数量。其中，判断采用计数策略、对项目进行分组、形成扫描策略 三个过程的加工非常迅速，它们不受列举项目多少的影响。但其余的子过程会随刺激项目的 增多而延长。 主张前注意资源有限的f 1 n s t 理论得到视觉运动追踪( v i s u a lt r a c k i n go fm o v i n g s t i m u l i ) 研究的支持( s c h o l le ta l ，1 9 9 9 ，2 0 0 1 ：t r i c ke ta t , i np r e s s ) 。要求被试对屏幕上出现的 圆形运动刺激进行追踪，结果发现被试平均只能对4 个左右的随机运动点进行追踪- - r 运 动圆点的数量超过4 ，被试的作业成绩明显下降。根据f i n s t 理论，这是因为前注意机制只 能对4 个左右的运动圆点作出f i n s t s 区分标记，一旦超出这个范围就必须借助于空间注意， 而人在同一时间内又只能对单个目标进行集中注意，所以人无法同时追踪4 个以上项目。此 外，t r i c k 等( 1 9 9 3 ，2 0 0 5 ) 的一系列实验也发现，当注意过程参与列举任务时，感数现象 消失了。他们认为注意条件下感数效应消失是因为f i n s t 是一种前注意特有的功能，它只 会在注意之前发生作用，一旦列举任务需要空间注意介入，f i n s t 便不会再起作用，而没有 f i n s t 标记就不会出现感数现象。 f i n s t s 理论对感数现象的解释是在模式识别和短时记忆理论基础之上发展起来的，它 们有共同之处，例如，f i n s t s 理论也强调容量限制。但是它强调的是人能够同时分离出的 刺激的数目是有限的，不是指工作记忆存储量的有限性。f i n s t s 理论更强调列举任务与注 意的关系，如果任务需要注意参与，感数现象就不会出现，而模式识别和短时记忆解释都没 有涉及到感数和注意之间存在的关联。 感数过程之所以快是因为它是一个仅涉及两个阶段的简单加工过程。而且其中一个阶 段还是采用平行的加工方式，所以它的发生速度比较快；感数对工作记忆的要求比较低，所 以它正确率较高。与此相对。计数过程包括很多阶段，而且有些阶段的加工时间会随着刺激 项目的增多而延长，比如增加列举项目会相应增加转移注意的时间、相加运算以及作出标记 的次数；此外，由于对记忆负荷要求的增加，计数过程的准确率会明显低于感数过程。相对 于模式识别和短时记忆解释，f i n s t s 理论把感数和计数详细划分为一系列具体的加工过程， 通过对比这些子过程，f i n s t s 理论对感数和计数的分离进行了解释，而模式识别和短时记 忆解释都没有探讨两种加工的具体过程。 对于另外一个通常出现的问题感数范围内的反应时仍会随项目的增加而延长。根据 感数的特点，在感数范围内似乎不应该出现这种反应时的斜率效应。f i n s t s 理论把感数过 程分成两个阶段，并分别从早期眼动的控制以及晚期的反应选择芍方面尝试着作出了解释， 8 以模式识别和短时记忆为基础的理论在解释这种现象时遇到很大困难。 到目前为止，这三种居于主体地位的解释理论，虽然从不同角度对感数现象作出了相 关解释，但这些理论都没能完全揭示出感数现象的本质。虽然相对于模式识别和短时记忆为 基础的解释，以注意为取向的f i n s t s 理论更深入的探讨了感数的过程、更多的展示出了感 数的一些特征，但f i n s t s 理论更多仍是建立在推论假设基础之上的，对前注意、前注意资 源有限性等概念。研究者仍无法作出清晰明了的定义。以注意为取向的观点认为，感数和计 数在行为反应时和错误率上表现出的分离现象主要起源于它们对注意资源需求的不同 感数是一种前注意阶段特有的属性无需注意的参与，而计数必须借助于系列注意才能顺利进 行这一结论虽然得到了部分行为实验和脑成像研究的支持，但采用直接操纵注意条件的研 究发现，注意条件的变化对感数和计数的影响并不存在明显分离，感数和计数都受到注意资 源变化的影响，这不得不让研究者重新考虑感数和注意之间的关系。 1 2 关于痘数和计数分离研究的文献综述 早些时候研究者主要采用行为实验，通过行为反应时和正确率衡量感数和计数的差异， 近些年随着电生理和脑成像研究方法的相继出现，研究已经不再局限于反应时和正确率这一 简单行为指标，e r p 技术、f m r i 技术以及脑损伤研究已经初步提供了感数和计数在机制层 面上的差异，以及不同注意条件对这两种加工的不同影响。下面分别从上述几方面总结一下 目前研究取得的进展，以及尚待解决的问题。 l 。2 。l 行为研究 感数现象一个最突出的特征就表现在行为反应的速度和正确率上，在感数范围内每增加 一个刺激，反应时只增加5 0 m s 左右( 感数并不全是出现在3 个项目上。它受个体差异以及 不同实验条件的影响，大多数实验研究发现人的感数范围在3 个左右) ，而当刺激的数目超 出感数范围时，每添加一个项目，被试的反应时问延长2 5 0 m s 左右。一旦刺激数目落在感 数范围内，哪怕是瞬问的呈现条件( 比如刺激仅呈现1 0 0 m s ) 被试仍然能够快速报告出刺激 的数量，但当刺激数目在3 个以上时，被试的数量加工过程开始变缓慢，并伴随错误率的急 剧增加。感数和计数在反应时和错误率上的分离非常类似于视觉搜索中前注意阶段和注意阶 段所具有的一些特性，t r e a s m a n 提出了解释选择性注意的特征整合理论，认为单一特征的 加工过程非常迅速且无须注意，在前注意阶段就能够完成；而加工复合特征相对缓慢，而且 必须借助视觉注意的参与。受此启发，一些研究者开始转向注意领域考察感数和计数现象( 如 q t r i c ke ta l , 1 9 9 3 ，1 9 9 4 ；d e h a e n ee ta l , 1 9 9 4 ；s i m o ne ta l ，1 9 9 6 ) 。由此出现了一系列的问题：感 数到底需不需要注意，感数和计数是否由不同的神经机制负责? 感数和计数分离现象的本质 是什么? 一些研究者对此显示出了极大兴趣，近些年来围绕着这些问题，他们采用各种范式 和研究方法对此进行了探讨 1 2 2 瞎或像研究 行为实验中的反应时和正确率指标反映出了感数与计数的差异，但它不能提供两种加工 过程中更确切的信息，也无法阐明感数与计数差异的加工机制，要想进一步证实并朝着解释 问题的方向努力，必须结合其它的研究手段。p e t ( 正电子发射断层扫描) 和f m r i ( 功能 磁共振成像) 以其较高的空间分辨率，通过血氧含量和局部脑血流变化指标能够客观反映出 各类任务所涉及的脑机制层面的信息。借用脑成橡技术，可以直接观察出感数和计数过程中 相关大脑皮层的活动情况。如果两种加工过程是分离的，那么它们会激活不同的大脑结构； 相反，如果两种过程是由同一种机制负责的，那么它们的激活模式也应该相同。s a t h i a n 等 ( 1 9 9 9 ) 采用p e t 技术第一个从神经机制上考察了感数和计数，他们采用了视觉搜索范式， 要求被式从总数恒定的水平和垂直栅条中报告出垂直栅条( 靶子) 的数日，结果发现当垂直 栅条的数目在1 - 4 范围内时，仅有枕叶纹外皮层的中间部分( m i d d l eo c c i p i a le x t r a s t r i a t e c o r t e x ) 出现激活；当垂直栅条数在5 - 8 范围内时，包括双侧枕中回( b i l a t e r a l m i d d l eo c c i p i t a l ) 、 项上回( s u p e r i o r p a r i e t a l ) 以及右额叶( r i g h t f r o n t a l ) 在内的大面积脑区出现明显激活。s a t h i a n 等认为当垂直栅条数较少时，列举作业类似于特征搜索过程，只需要前注意的参与；而一旦 垂直栅条的数目在4 个以上，列举任务就相当于对复合特征的搜索，该种情况必须借助于系 列注意的参与这个结果第一次从神经水平上支持了感数和计数分离的假设。 为了核实s a t h i a n 的结果，并进一步从机制水平探讨感数和计数加工，p i a z z a 等( 2 0 0 2 ) 采用p e t 技术进行了另外一项研究，他们直接给被试呈现不同数目的黑色圆点，要求其既 快又准确的说出圆点的数目。扫描结果显示，在感数和计数两种条件下被试的外纹状皮层 ( e x t r a s t r i a t e ) 、枕中回( m i d d l eo c c i p i t a l ) 以及顶内沟( i n t r a r i e t a la r e a s ) 等脑区都出现了不 同程度的激活。但这些激活模式在两种条件下并没有本质差异，只不过计数条件下的激活水 平稍高于感数条件，并且这些区域的激活强度都会随点数的增加而提高。p i a z z a 等的这一成 像结果表明感数和计数这两种范围内点数的增加会产生相同的作用，感数和计数并不存在加 工机制上的分离。这和此前磁共振研究结果不太一致。同样采用成像技术的两个研究为什么 会出现不一致的结果? p i a z z a 对此作出了解释，他认为采用p e t 技术就必须采用组块设计， l o p e t 的时间分辨率很低，另外，这两个实验中基线任务的性质并不相同，s a t h i a n 等的基线 任务需要注意参与，而他的基线任务无须注意；此外两个实验在刺激呈现时间以及眼动的控 制上存在着很大差异，这些都是影响注意分配的重要因素，可能是这些变量造成了两种不一 致的结果。为了进一步控制条件，p i a z z a 等( 2 0 0 3 ) 利用事件相关功能磁共振方法，并采用 单个实验设计重新考察了感数和计数过程所涉及的脑机制。f l v l r l 结果显示，当点数从1 增 加到3 时，没有出现显著变化的脑区：但是，当点数在4 到6 范围内变化时，大脑的顶叶后 部和额叶皮层出现显著激活，而且大数加工所激活的后部顶叶和注意网络存在着重叠。这可 能是因为当点数多于3 个时，要想顺利的完成任务，就需要有一定的注意资源在这些点数间 进行转移和分配；而对小数的加工类似于视觉搜索中的特征识别，只需前注意参与而无需被 试集中注意，所以感数范围内的点数识别不会引起注意相关脑区的活动。p i a z z a 的这项研究 表明，顶叶注意系统在感数和计数中的作用是不同的，这从注意角度支持了感数和计数在神 经机制上的分离 1 2 3 神经心理学和瞎损伤病人研究 神经生理的研究数据能为感数现象提供更为单一明了的证据，一侧顶叶受损导致的同时 性失认症病人( s i m u l t a n a g n o s i a ) 存在着视觉注意缺陷，他们不能够完成注意转移和定向， 所以他们不能够同时注意到多个目标。对于此类病人的研究发现，他们很难识别同时出现的 3 个以上的目标，但对于3 个以下的刺激数目，他们却能很顺利的报告出来( d e h a e n ee t a l 。1 9 9 4 ) 。这表明感数和计数的确存在加工方式上的差别，项叶受损只是影响了病人的计数 作业，感数加工并未受到影响。另外，临床上顶叶损伤的忽视症病人，他们通常不能够报告 出呈现在忽视视野的刺激，但是他们却保留了对这些刺激的感知加工能力。一旦刺激数目落 在感数范围内，虽然他们不知道刺激物是什么，但却能正确报告出刺激的数量，但当刺激数 目在3 个以上时，他们的报告成绩又恢复到随机水平。 从上面这些研究中可以看出，感数和计数的确存在着很大的不同之处，负责它们的大脑 机制也可能存在差异，尤其是与注意密切相关的项叶脑区，p i a z z a 的f m r i 研究发现感数加 工中顶叶不起作用但在计数过程中项叶出现显著激活。脑损伤的研究也说明。没有顶叶所调 控的注意资源的参与，病人是不能够完成计数作业的( d e h a e n ee ta 1 1 9 9 4 ) 。 1 2 4e r p 嬲 总结前面的研究，大部分的研究发现感数和计数存在分离，但对这种分离现象产生的 原因存在分歧，早些时候研究者认为是刺激模式，短时记忆容量有限性等方面的原因，近期 研究者主要从注意角度考虑这一分歧认为大小数对注意资源的需求有差异。但从注意资源角 度进行探讨的相关研究并不充分，甚至同一研究者在不同实验时间内得出的结论都不一致。 尽管不少行为数据显示感数和计数存在显著差异，一些脑成像研究也从神经机制层面探讨 了这些差异，但到就目前的研究来说还不能确定感数是一种完全独立于计数的加工方式，还 不能就感数和注意的关系作出结论性的判断。结合现有的研究成果，采用具有更高时间分辨 率的e r p 技术对感数，通过对比e r p 早中成分的波幅和潜伏期，可以从时间进程上对比两 种加工过程，这样再结合脑成像研究结果有助于更全面理解感数和计数的异同。然而目前采 用e r p 技术探讨感数现象的研究屈指可数，唯有罗跃嘉等( 2 0 0 4 ) 进行了尝试。他们采用 e r p 技术记录并比较了感数和计数过程中n 1 。p 1 ，n 2 ，p 2 ，i 3 波幅和潜伏期的异同，他 们发现n 2 和p 3 波波幅及潜伏期的变化趋势在两种条件下是不同的；相比较计数，感数对 分心物的敏感性更大，在感数范围内，分心物数目的增加会引起e r p 波幅更加负性走向， 但当呈现的目标数超出了感数范围时，分心物效应不再明显。作者认为这些指标证明了感数 与计数在时间进程上的分离。该研究采用的是列举范式，在此基础上他们改变分心物的数目， 以此考察感数和计数的分心物效应。鉴于e r p 实验的限制，他们并没有采取让被试直接报 告刺激数目的方法，而是在此基础上要求被试作出奇偶性判断，另外，该研究的直接目的并 不是为了考察感数和计数是否存在注意层面上的分离，而是考察二者分心物效应的异同。因 此目前尚缺乏在操纵注意条件下直接比较大小数加工异同的研究，如果能采用调控注意资源 的一些经典实验范式，并通过各方面考虑，让实验既符合e r p 实验的条件也能够让被试直 接对刺激数目进行判断，这样就能避免奇偶判断这一深层次加工对实验结果的潜在影响，从 而更直接的展示出感数加工的时间特性。 1 0 s 当裁研究的不足以及褐嚣的提出 如上文所述，虽然也有人从注意角度探讨感数和计数现象，但这些研究都是采用直接呈 现刺激要求被试报告的方式进行，他们并没有采用传统的直接操纵注意的一些经典范式，所 以他们只能通过行为或者成像指标问接推论出感数和计数过程对注意需求的异同。这样的结 1 2 果虽然理论上行得通，但却容易得出相互矛盾的结果( 如p i a z z ae ta 1 2 0 0 2 , 2 0 0 3 ) 。a t k i i l s o n 等人( a t k i n s o ne ta l ，1 9 7 6 ：a l s t o ne ta l ，2 0 0 4 ；w a t s o ne ta l ，2 0 0 5 ) 考察了不同注意状态和大小 数加工的关系，但他们对注意的操控并不够直接彻底，而且单一的行为指标缺乏敏感性，无 法揭示数字加工过程中的动态信息。要想直接考察注意和大小数加工的关系，可以比较不同 注意条件下大、小数加工的差异，以及不同注意条件下大、小数分离现象的变化。为了创造 出一种比较理想的注意控制条件，我们借用了注意瞬脱范式，相关研究已经证明注意瞬脱范 式能够较有效的控制注意资源分配( v o g e le t a l , 1 9 9 8 ：a c x l u a e t a l , 2 0 0 6 ) ，在注意瞬脱期内， 注意资源严重匮乏，这样就可以直接比较出大小数加工的注意效应。为了能够展示出不同注 意状态下大小数加工的详细进程，我们采用e r p 记录被试大小数作业过程中的脑电变化。 具体来说，本实验有两个目的：( 1 ) 考察感数是否需要注意一感数是前注意特有的平行加 工过程，还是需要注意参与的系列加工过程；( 2 ) 注意是否是造成感数计数分离的主要因 素。 第二部分研究方法 2 1 研究目的 采用注意瞬脱范式作为控制注意资源分配的方法，以此比较不同的注意条件下，感数 和计数是否存在行为数据和脑电信号上分离现象，感数过程是否需要注意的参与，以及考察 注意条件的改变是否会影响到感数和计数的分离。 2 2 被试 2 0 名年龄在2 2 - 2 6 岁之间的在读硕士研究生。由于反应时过长和错误率过高，其中两 位被试的数据被剔除。剩下1 8 位被试平均年龄2 3 8 岁( s d = - - 1 9 ) ，其中男9 人女9 人， 均为右利手，身体健康无神经系统或精神系统疾病，没有脑部损伤史，视力或者矫正后的视 力正常，实验完成后每位被试获得酬劳5 0 元。 2 3 刺激材料和实验程序 实验前，采用自编利手调查问卷选取右利手被试参与实验，以控制由于利手差异而造成 按键反应时差异。实验刺激是由大写英文字母( 水平视角1 3 。，垂直视角1 0 。1 8 0 ) 和黑 色圆点1 - 6 个( 视角0 5 。) 。字母分为黑色辅音字母和绿色元音字母两种类型，绿色元音字 母只有a 和u ，黑色辅音字母包括除f 、k 、q 、y 之外的所有英语字母表中的大写辅音字 母，所有刺激都在计算机屏幕中央呈现。在快速视觉呈现系列刺激中会出现两个与分心辅音 字母不同的靶刺激t 1 和t 2 ，其中t l 可能是元音字母a 也可能是u ，t 2 是1 - 6 范围内的 任一种点数刺激。当正式开始双任务实验时，先在屏幕中央出现一个注视点5 0 0 m s ，1 5 0 0 m s 的间隔后快速呈现字母系列和靶刺激。所有字母的呈现时间均为5 0 m s ，字母间s o a 4 0 m s ， t 2 点数刺激呈现1 5 0 m s ，紧随t 2 的是两个呈现时间均为l o o m s 的随机点掩蔽刺激，之后 出现2 0 0 n l s 的空屏，接着先后出现对t 2 和t 1 任务作出反应的提示信息，被试首先需要既 快又准确的判断提示信息和t 2 点数是否一致，然后再判断下一个提示信息和t 1 字母是否 一致，t 1 判断要求在2 s 内完成即可( 见图1 ) 。按键反应后提示信息消失，下一个系列开始。 与此不同的是，在单任务中，t 1 刺激照常出现但不要求对其进行反应，仅对t 2 任务作出判 断，其他条件保持和双任务一致。在两种任务中，元音字母可能出现在系列呈现字母中的第 1 4 8 或者第1 4 个位置，t 1 - t 2 之间可能间隔2 个( 1 a 9 3 ) 或者6 个( 1 a 9 7 ) 辅音字母。对左右 手按键反应进行被试问平衡。 本实验包括双任务和单任务两种任务类型，双任务中要求被试分别对t 1 和t 2 刺激都 进行反应，而作为对比条件的单任务中，被试只需对黑色点数作出反应，忽略绿色元音字母。 正式实验中，双任务和单任务分为8 个组块以随机的方式出现，每种组块类型呈现之前会出 现相应的提示信息，组块之间允许被试作短暂的休息。本实验中总5 7 0 个t r i a l s ，双任务4 种条件( 数字类型2 k r l - t 2 间隔2 ) 各有6 1 个t r i a l s ；单任务4 种条件( 数字类型2 x t l - t 2 间隔2 ) 各有3 6 个t r i a l s 。此外，为了去除快速呈现刺激中前后脑电的重叠得到纯粹的t 2 诱发e r p 成分，本实验对双任务和单任务分别设置了相应的基线任务( 双任务两种基线条件 各有6 1 个啊a k 单任务两种基线条件各有3 0 个t r i a l s ) 。在基线任务中，t 2 位置上的黑色 圆点被空屏取代，其他条件包括反应要求保持不变。单、双基线任务和各自对应的实验任务 混合随机出现。 圉1 快速视觉系列呈现剌激，在双任务中按照时间顺序先出现1 1 再出现配，呈现完毕后要求被试快速对 t 2 任务作出正确判断，接着判断t 1 任务( 双任务) 。 2 4e r i p 记录参数 采用n e u r o s c