（基础心理学专业论文）stroop范式下两位数表征的erp研究.pdf

义转化为抽象的心理数字线进行表征，由于信息存储的方式不同，两位数的加工 机制不同于一位数。 数量物理一致性效应和个位十位协调性效应是数字s t r o o p 实验范式中的两 个重要现象。数字s t r o o p 任务中的数字刺激具有数量维度和物理两个维度的信 息，具有数量物理大小一致或不一致条件，当两维度的信息不一致时，产生冲突 效应，而当两维度的信息一致时，出现易化效应，这种效应被称为数量物理一致 性效应，它包括大小一致效应和明暗一致效应。两位数的数字对分为协调和冲突 两个条件：十位和个位都较大的数字对为协调条件，例如4 25 7 ，4 5 且2 7 ： 十位较大而个位较小的为冲突条件，例如4 76 2 ，4 2 。冲突条件的反 应时显著长于协调条件，这种现象被称为个位十位协调效应。 e r p 技术可以记录两位数加工过程中的脑电成分：p 3 0 0 主要反映了数字属 加工的程度；n 4 0 0 是语义关联信息处理的电信号；l r p 代表了 反应之前的动作准备和反应启动。数量物理一致性效应和个位十 体现在这些成分潜伏期和波幅的变化上。本研究假设两位数既有 分加工，分别表现为数量物理一致性效应和个位十位协调效应。 被试，设计了两个e r p 实验来验证这些假设。 两位数形状比较的实验任务，脑电仪记录被试的反应时、潜伏期 的分析表明：在反应时以及p 3 0 0 、l r p 的潜伏期、波幅上，大 著，表明两位数以整体形式进行表征；在p 3 0 0 、n 4 0 0 和l r p 波幅上，个位十位协调效应显著，说明两位数存在部分加工：脑 ，左右半球以相互协同分工的方式对两位数进行自动加工。 两位数明暗比较的实验任务。统计结果表明：在反应时和p 3 0 0 、 波幅上，明暗一致性效应显著，表明两位数的数量信息以整体 i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 9 31 形式加工；在同样的反应指标上，个位十位协调效应显著，提供了两位数部分加 工的证据；脑区分析显示，两位数的加工需要两半球的共同作用。 综上所述，s t r o o p 范式下两位数表征的e r p 研究证实了实验假设。在数量 自动加工任务中，两位数的力n - r - 表现出数量物理一致性效应和个位十位协调效 应，表明两位数的加工存在整体和部分两种表征方式。本研究从理论上加深了我 们对两位数加工方式的理解，揭示了两位数的心理表征机制。这些发现丰富了数 字加工的理论，也有助于指导学校数学教学研究和发展数学思维能力。 关键词：两位数；数量表征；大小一致性效应；明暗一致性效应；个位十 位协调效应；e r p 研究 i i a ne r ps t u d yo nt h er e p i t e s e n 玑气t i o no f t w o d i g i tn u m b e ri ns t r o o pp a r a d i g m ： a bs t r a c t n u m e r a lr e p r e s e n t a t i o nm a i n l yi n v o l v i n gi nn u m b e rp r o c e s s i n gr e f e r st ot h e a w a r e n e s sa n du n d e r s t a n d i n go fn u m b e r , w h i c hr e m a i n st h ef o c u si nm a t h e m a t i c a l c o g n i t i o n i no n e d i g i ta r a b i cn u m e r a l sp r o c e s s i n g ，i n d i v i d u a l st r a n s f o r ms p e c i f i c m a g n i t u d eo rn u m b e rt oa b s t r a c t l ym e n t a ln u m b e rl i n e d u et ot h ed i f f e r e n tt y p e so f i n f o r m a t i o nr e c o r d i n g ，t h ep r o c e s s i n gm e c h a n i s mo f t w o d i g i ti sd i f f e r e n tf r o mt h a to f o n e d i g i tn u m b e r t h em a g n i t u d ea n dp h y s i c a ls i z ec o n g r u e n c ye f f e c ta n du n i t - d e c a d ec o m p a t i b l e e f f e c ta r et h et w oi m p o r t a n tp h e n o m e n ai ns t r o o pe x p e r i m e n t a lp a r a d i g m t h es t i m u l i i nn u m e r i c a ls t r o o pt a s kh a v em a g n i t u d ed i m e n s i o na n dp h y s i c a ld i m e n s i o n ，a n dt w o c o n d i t i o n so fc o n g r u e n ta n di n c o n g r u e n ti nm a g n i t u d es i z ea n dp h y s i c a ls i z e t h e i n c o n s i s t e n c eo ft h et w od i m e n s i o n sc a u s e sc o n f l i c te f f e c t ，w h e r e a st h ec o n s i s t e n c eo f t h et w od i m e n s i o n sl e a d st of a c i l i t a t i o ne f f e c t t h i se f f e c ti sk n o w na sc o n g r u e n c y e f f e c to fm a g n i t u d es i z ea n dp h y s i c a ls i z e ap a i ro ft w o d i g i tn u m b e rd i v i d e si n t o c o m p a t i b l ea n di n c o m p a t i b l ec o n d i t i o n ：ag i v e nn u m b e rc o m p a r i s o ni sd e f i n e da s u n i t - d e c a d e - c o m p a t i b l ei fb o t hc o m p a r i s o n sb e t w e e nt e n sa n du n i t sl e dt ot h es a m e d e c i s i o n ( e g ，f o r4 2 _ 5 7 ，b o t h4 5a n d2 7 ) i nc o n t r a s t ，an u m b e rc o m p a r i s o ni s d e f i n e da su n i t d e c a d ei n c o m p a t i b l e ，i ft h et w oc o m p a r i s o n sf o ru n i t sa n dt e n sl e a dt o d i f f e r e n td e c i s i o n s ( e b ，gf o r4 7 _ 6 2 ；4 2 ) i n c o m p a t i b l en u m b e rp a i r sa r e r e s p o n d e dt om o r es l o w l yt h a nc o m p a t i b l en u m b e rp a i r s ，w h i c hi sc a l l e du n i t - d e c a d e c o m p a t i b l ee f f e c t e r pt e c h n o l o g yc a nr e c o r dt h ee e gd u r i n gt w o d i g i tn u m b e rp r o c e s s i n g ：p 3 0 0 m a i n l yr e f l e c t st h er e c o g n i t i o nt ot h en u m b e ra t t r i b u t ea n dd e g r e eo fa t t e n t i o n ；n 4 0 0 l e c t r i cs i g n a lo fi n f o r m a t i o np r o c e s s i n gt os e m a n t i ca s s o c i a t i o n ；l r pi sa o fm o t o rc o r t e xa c t i v a t i o n ，a n di ti n d i c a t e ss e l e c t i v em o t o rp r e p a r a t i o na n d i i i r e s p o n s ei n i t i a t i o nb e f o r ea no v e nr e s p o n s ei sg i v e n m a g n i t u d ea n dp h y s i c a ls i z e c o n g r u e n c ye f f e c ta n du n i t d e c a d ec o m p a t i b l ee f f e c tc a nb er e f l e c t e di nt h ec h a n g e s o fp 3 0 0 n 4 0 0 l r pl a t e n c ya n da m p l i t u d e i tw a sh y p o t h e s i z e dt h a tt h et w o d i g i t n u m b e ri n v o l v e db o t hh o l i s t i ca n dd e c o m p o s e dp r o c e s s i n g ，m a n i f e s t i n gi nm a g n i t u d e a n dp h y s i c a ls i z ec o n g r u e n c ye f f e c ta n du n i t d e c a d ec o m p a t i b l ee f f e c t t a k e na d u l t c o l l e g es t u d e n t sa sp a r t i c i p a n t s t w oe r pe x p e r i m e n t sw e r ed e s i g n e dt ov e r i f yt h e s e h y p o t h e s e s e x p e r i m e n t 1 e m p l o y e dp h y s i c a ls i z ec o m p a r i s o nt a s ko ft w o - d i g i ta r a b i c n u m b e r e l e c t r i c a lg e o d e s i c si n c o r p o r a t e ds y s t e mw a su s e dt or e c o r dt h er e s p o n s e t i m e ，l a t e n c y , e ta 1 t h es t a t i s t i c sa n a l y s i ss h o w e dt h a t ：i nr e a c t i o nt i m ea sw e l la st h e p 3 0 0 ，l r pl a t e n c y , a m p l i t u d e ，s i z ec o n g r u e n c ye f f e c tw a ss i g n i f i c a n t ，i n d i c a t i n ga h o l i s t i cp r o c e s s i n go ft w o - d i g i tr e p r e s e n t a t i o n ；i nt h ep 3 0 0 ，n 4 0 0a n dl r pl a t e n c y a n da m p l i t u d e ，u n i t d e c a d ec o m p a t i b i l i t yh a ds i g n i f i c a n te f f e c t ，i n d i c a t i n gt h a tt h e r e w a sd e c o m p o s e dp r o c e s s i n gi nt w o d i g i tn u m b e r ；t h et o p o g r a p h yr e s u l t ss h o w e dt h a t l e f ta n dr i g h th e m i s p h e r ea u t o m a t i c a l l yp r o c e s s e dt h et w o - d i g i tn u m b e ri nm u t u a l c o o p e r a t i o n t h el u m i n a n c ec o m p a r i s o nt a s ko ft w o d i g i tn u m b e rw a su s e di ne x p e r i m e n t2 t h er e s u l t si n d i c a t e d ：i nt h er e a c t i o nt i m ea n dp 3 0 0 , n 4 0 0l a t e n c y , a m p l i t u d e ，t h e l t l o n ：a d e n e e ； 【e r e s ：rl n n b e r s 1 z e t h e p e n s t h e t h e o r yo fd i g i t a lp r o c e s s i n g ；a n da l s oh e l pt og u i d ee d u c a t i o na n dr e s e a r c hi ns c h o o l m a t h e m a t i c sa n dd e v e l o pm a t h e m a t i c a lt h i n k i n ga b i l i t i e s k e yw o r d s ：t w o d i g i tn u m b e r ；n u m b e r r e p r e s e n t a t i o n ；s i z e c o n g r u e n c ye f f e c t ；l u m i n a n c ec o n g r u e n c ye f f e c t ；u n i t - d e c a d ec o m p a t i b l ee f f e c t ； e v e n t r e l a t e dp o t e n t i a ls t u d y v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一部分理论研究与文献综述1 1 数量表征：数字加工的认知神经模型1 1 1 抽象代码模型1 1 2 三重编码模型2 1 3 复杂编码模型3 2 两位数的数量表征4 2 1 两位数的表征方式4 2 2 两位数的数量表征5 2 3 两位数部分加工的证据7 第三部分实验研究17 1 实验一两位数形状比较1 7 1 1 研究目的17 1 2 研究方法17 1 3 结果与分析2 0 1 4 讨论2 7 1 5 结论2 9 2 实验二数字明暗比较2 9 2 1 研究目的2 9 2 2 研究方法2 9 2 3 结果与分析3 2 2 4 讨论3 9 2 5 结论4 0 3 总讨论4 0 3 1 两种s w o o p 任务的比较4 1 3 2 两位数字的平行加工模型：整体加工与局部加工4 2 第四部分研究总结4 3 1 研究的结论4 3 2 研究的创新之处4 3 3 研究局限4 3 4 进一步研究的建议4 3 参考文献4 6 作者攻读学位期间发表的学术论文目录5 5 学位论文使用授权声明5 7 v i i 第一部分理论研究与文献综述 数学认知是人类最重要的高级认知功能之一，同时也是人们正常生活、学习 与工作必备的基本技能。我们已经进入信息化、数字化程度日益提高的时代，因 此，认识数字并理解数量关系，获得基本的算术知识和计算技能，对于个体的发 展具有更为重要的意义。心理学关于数学认知的观点是，一切与数学有关的思维 活动都可以被看作是数学认知，它是一个涉及多个层面的复杂认知系统。目前的 研究表明，数学认知主要包括以下三个部分：数量的表征与数字加工、算术知识 的存贮与提取以及数学计算过程。这三个部分是相辅相成的：个体只有在认识并 理解数量表征的基础上才能形成算术知识并进行计算。因此，有关大脑是如何表 征数量关系的问题，即数字认矢n ( n u m e d c a lc o g n i t i o n ) l 】已经成为数学认知领域研 究的一个重点。本研究关注两位数的心理表征问题，以及两位数加工的神经机制， 采用数字比较的s t r o o p 范式，借助e r p 技术，考查两位数数量表征方式。 l 数量表征：数字加工的认知神经模型 自上世纪初以来，数字加工中数量关系和数字符号表征实质一直是众多研究 者关注的核心问题，随着研究的深入，针对数字的编码问题发展了诸多理论模型， 其中，抽象代码模型，三重编码模型和复杂编码模型最具代表性。 1 1 抽象代码模型 m e c l o s k e y 等人从认知建模的理论角度出发，提出了“抽象代码模型”。该 模型由三个基本成分和三个数字认知系统组成。三个基本成分是：数字加工、计 算和中心语义编码。数字加工的成分是指对阿拉伯数字和言语数字( v e r b a l n u m b e r ) 两种数字形式的理解和输出；计算成分包括理解运算符号、提取算术知 识和执行运算程序；而每一步数字加工和算术运算都必须通过激活中心语义表征 的成分来完成。与三个基本成分相对应的三个数字认知系统包括数字理解系统、 计算系统和反应发生系统。数量理解系统首先将数字的不同呈现形式( 如言语数 字、阿拉伯数字等) 转化成一个共同的抽象代码，然后输入到计算系统：计算系 统主要涉及最基本的数量关系和计算规则的记忆，并以抽象形式进行储存；最后， 反应发生系统再把抽象的数量储存形式还原成具体的数字符号形式【2 】。根据上述 观点，研究者认为人类大脑中只存在单一的抽象数量编码系统，各种输入数字的 第一部分理论研究与文献综述 外部形式最终都转化为统一的内部抽象编码；类似的，数字的输出过程则是将内 部的数量抽象编码转化为具体数字符号形式。与此同时，个体还具备一套独立于 内部抽象编码系统的计算程序，数学运算就是计算程序对内部抽象编码进行操 作，与数字的符号形式无关【3 1 。 认知神经心理学的研究为“抽象代码模型”提供了证据。研究发现，不能理 解数字意义的脑损伤患者，其计算任务也存在障碍，这说明数字理解是数学运算 的前提。然而另一些研究结果表明，数学计算过程与数量的表征并不是同一过程， 在临床患者身上表现出双重分离的特点。例如，w a m n p 0 1 3 等发现有些脑损伤患 者的计算任务存在明显障碍，其数字理解与产生任务的成绩与正常人群无显著差 异【4 】。这一现象在发展性数学障碍的个体身上有所表现【5 1 。综上，抽象代码的理 论模型在一定程度上反映了数学认知能力的脑机制与结构特点。 1 2 三重编码模型 在神经心理学的研究基础上，d e h a e n e 等人提出了“三重编码模型” ( t r i p l e c o d em o d e l ) 。该模型认为，数学认知包括三个功能模块：( 1 ) 数量类比 表征( a n a l o gm a g n i t u d er e p r e s e n t a t i o n ) 模块；( 2 ) 听觉言语构建( a u d i t o r yv e r b a l f r a m e ) 模块；( 3 ) 视觉形式( v i s u a lf o r m ) 模块【6 1 。研究者认为，数学认知过程 主要遵循以下原则：第一，不同的功能模块对应着不同的编码形式，如数字的听 说主要通过听觉一言语模块进行加工，而阿拉伯数字的识y l u 贝u 借助于视觉模块。 在某一模块内部，数学认知过程是基于某类特定编码的输人、加工与输出。第二， 不同的功能模块分别与特定数学认知能力相联系，如听觉一言语模块主要有计数、 数学知识的存贮、提取( 如背诵乘法表等) 等功能，视觉模块则主要负责奇偶判 断、数位操作等认知功能，数量类比表征模块与估算、数字比较等功能相关，不 同模块之间有通道相连，能够进行不同认知功能之间的切换【7 】。 与m c c l o s k e y 的抽象代码模型不同，三重编码模型认为内部编码系统是以 具体、类比的形式存在。个体数量类比表征能力是在长期的进化过程中逐步发展 形成的，是所有数学认知能力的基础。比较心理学家通过对动物的研究发现，大 鼠、鸽子、鹦鹉、海豚等以及大多数灵长类动物具有模糊的初等“数意识 ，在 其它物理参数恒定的情况下，它们能够从视觉刺激或听觉刺激序列中分辨出数量 特征，甚至一些动物还能进行简单的加减运算【8 j 。发展心理学家认为，人类新生 2 第一部分理论研究与文献综述 儿的数学认知过程表现出类似动物的“数意识”特点。例如，新生婴儿能够区分 数量大小，能够判断像1 + 1 = 3 、2 1 = 3 这样的简单运算的正误1 9 。比动物的“数 意识 优越的是，人类在“数意识”的基础上拥有一套数学符号系统，能够进行 更加复杂而精确的计算。根据三重编码模型，人类这一特点与语言功能的高度发 展密切相关。语言能力的发展使个体形成了基于数字符号系统的认知能力，如乘 法表的运用、数位操作、计数等。因此，人们日常进行的数学运算主要通过听觉 言语模块与视觉模块的相互协调完成，并不涉及量的类比模块。基于上述观点， d e h a e n e 等认为，人类数学认知能力的形成是自然进化与文化进化的双重作用的 结果，并且反过来影响先天具有的“数意识”过程。 d e h a e n e 等人采用f m r i 、e r p 等脑成像技术，从脑功能定位的角度对三重 编码模型进行了检验。在一项f m r i 研究中，他们考察了精算与估算任务所导致 的脑区活动差异。结果发现，当被试进行估算时，双侧顶内沟的激活程度更高【1 0 1 ， 说明该区域与数量的内部表征和操作相关程度更高。而在另一项e r p 研究中， 估算与精算不仅在结构上存在分离现象，而且其时间进程也表现不同。其它一些 研究进一步指出，在数学认知任务中，双侧顶内沟的激活不受数字呈现形式的影 响，并且随着问题大小的改变，双侧顶内沟的激活程度发生相应改变，这意味着 大脑中存在内部数量表征系统【l 。因此，双侧顶内沟可能是内部数量的核心表征 脑区，是个体数学认知能力的进化基础在脑结构上的表现。 1 3 复杂编码模型 一些包括c a m p b e l l 等在内的研究者认为，数学认知是一个非常复杂的系统。 数学认知不仅包括了众多成分与层次，而且随着个体经验的不断增加而发生动态 变化。因此，c a m p b e l l 等人认为抽象代码模型和三重编码模型都过于简单，只 是对数学认知进行静态描述，没有从发展变化的角度来说明问题。他们在三重编 码模型的基础上进行了扩展和深化，提出了复杂编码模型( e n c o d i n g c o m p l e x m o d e l ) 。复杂编码模型主要包括三个假设：第一，数学认知具有通道特异性，如 视觉、听觉等，数字加工并非基于单一的抽象编码。第二，数字符号形式的外部 特征对于数学认知的编码、加工与策略使用等多方面过程均有着直接的影响。第 三，每种数学认知过程都可能由多种编码形式组成，相应地，每一类编码形式也 会参与多种数学认知过程。总的来说，与三重编码模型类似，复杂编码模型赞同 第一部分理论研究与文献综述 存在多种编码系统。但是，复杂编码模型认为编码系统不是相对分离的功能与结 构模块，而是与不同认知功能相结合的复杂系统，数学认知过程由基于不同编码 的认知功能构成【1 2 1 。 c a m p b e l l 等采用一项认知心理学测验，检验了复杂编码模型。研究者选取 中英文的双语者为被试，刺激材料为汉语数字与阿拉伯数字，任务是数字命名、 数字比较、简单乘法计算。实验考察了被试使用中英两种语言回答问题时的反应 时、错误率与错误类型等指标。结果发现，在数字命名任务中，阿拉伯数字与汉 语数字差别不显著，但在数字比较与乘法任务中，阿拉伯数字的成绩显著优于汉 语数字。这表明数字的符号形式对个体的数量表征与知识提取有直接的影响。对 于阿拉伯数字和汉语数字，被试用汉语做出反应的成绩均显著优于英语。这表明 双语被试可能具有汉语和英语两种数量编码系统【1 3 1 。脑成像研究也发现，当实 验材料采用阿拉伯数字时，其数量知识的提取过程并不激活语言区域，表明数字 的符号形式可能对编码后的认知过程具有直接的影响【1 4 】。然而，另一些研究者 对复杂编码模型提出了不同的意见，如b r y s b a e t 等人的一项以英、荷双语者为被 试的研究发现，尽管两种语言形式对数量的表征存在显著影响，但对加法与乘法 任务却几乎没有影向【1 5 】。因此，个体的数学认知过程是否符合复杂编码模型的 假设，还有待进一步的研究加以检验。 2 两位数的数量表征 2 1 两位数的表征方式 4 比1 大吗? 像这样简单的问题，我们能迅速而准确的给出答案。那么，我 们是怎样做到的呢? m o y e r 和l a n d a u e r 早在1 9 6 7 年就给出了答案，数字之间的 大小比较并不是逐步进行的，即1 _ 2 3 _ 4 。如果按照逐步比较的方式，那么 较大距离数字对的比较将需要较长的时间。事实相反，大距离的数字对反应时更 短【1 6 , 1 7 】。这就是所谓的数字距离效应，顾名思义，数字之间的距离影响了数字的 比较：数字之间的距离越大，反应时越小【1 8 】。数字距离效应通常独立于呈现刺 激的物理特征，只依赖大脑中数概念信息的加工，体现了算术问题中的语义效应 距离效应的产生可能是由于激活了数量表征的类比模块，即1 心理数字线，【1 9 ，2 0 1 。 可以推测，我们在进行数字比较时，将具体数量或数字转化为抽象的心理数字线 的表征方式，然后再进行比较，在心理数字线上相邻的数字之间容易混淆，比较 4 第一部分理论研究与文献综述 难度就大，而距离远的比较难度就小，反应速度快【2 1 捌。上述观点可以解释个位 数字的比较，然而，多位数字的比较是否也像一位数一样以心理数字线的形式进 行整体表征，还是分解为成分数字进行加工? 根据p o l t r o e k 和s c h w a r t z 的研究， 个体在比较三位以及三位以上的数字时，首先将其分解为成单位数字( 例如，将 2 8 5 分解为2 0 0 、8 0 和5 ) ，然后进行比较 2 3 j 。然而，两位数的加工存在诸多争 议。 人类对阿拉伯数字的表征有两个维度：数字形态的基本表征( 即，0 、1 、 9 ) 和数字位置的幂表征( 例如，在3 6 中，3 的数值是3 x 1 0 1 ，而在6 3 中，3 的 数值是3 x 1 0 0 ) 。个位数的数值储存在语义记忆网络中，其数字形态的基本表征 属于内部表征【2 4 】。因此，在数字比较任务中，两个一位数的数量信息仅以内部 表征的形式进行比较。相反，多位数的数字位置影响了个体对数字的知觉识别， 其主要特征表现为外部表征，多位数的比较不仅涉及内部表征，而且还有外部表 征。简言之，由于信息存储的方式不同，一位数和两位数的加工机制存在差异f 2 5 】。 2 2 两位数的数量表征 2 2 1 整体加工 整体加工( h o l i s t i cm o d e l ) 观点认为，两位数是以整体数量进行表征的。在 这里，“整体 的意思是阿拉伯数字系统中，两位数的数量表征不以1 0 为单位。 整体模型的观点包括两个方面：固定变量的对数编码和等级变量的线性编码 1 2 6 2 7 2 s 。这两种编码的实质主要体现在不同任务中的问题大小效应( 解决大数问 题比小数问题更困难) ：相对于数值较小的数字，大数的反应时更长、错误率更 高【2 9 1 。固定变量的对数编码模型认为，数量是以对数形式的心理数字线表征的， 并且所有数字数量表征的变异数相等，数值较大的数字重叠部分较多，在心理数 字线上的排列较为紧凑，导致了相邻大数间的强干扰。因此，在绝对距离相同的 情况下，两个大数的数量比较的速度慢于小数。综上，根据等级变量的线性编码 观点，数字以线性方式投射到心理数字线上，其可变性与数字大小成正比。 早在1 9 8 1 年，h i n r i c h s 等人使用数字比较任务考察了两位数的加工过程。 在实验中，被试将1 l 到9 9 之间的两位数与标准值5 0 或5 5 进行比较，其反应时 随着数字距离的增大而减小3 0 1 。因此，研究者认为两位数字是以整体数量形式 进行表征的。d e h a e n e 等对该结论进行了扩展研究2 0 1 。他们发现，随着数字与标 第一部分理论研究与文献综述 准值的距离增大，反应时呈对数形式减小。同时，十位和个位也分别表现出干扰 效应。为了区分两位数比较中的整体和部分加工，研究者将十位和个位数字以一 5 0 、0 、5 0 毫秒三种不同的s o a 分别呈现给被试，实验假设个位数字出现较早 的情况下，对数字加工的影响更大( 以回归曲线的斜率为指标) ，但结果表明， 个位数字在不同s o a 条件下的回归系数无显著差异，即个位出现在十位之前的 情况下，个位数字对两位数的比较没有导致造成显著的干扰，因此，研究者认为 两位数字的数量信息是被整体加工的。此外，r e y n v o e t 和b r y s b a e r t 使用掩蔽启 动的实验范式考察了阿拉伯数字的启动效应，发现在数字距离一致的情况下，一 位数和两位数表现出相同的启动效应。例如，7 对9 的启动效应与1 1 对9 的启 动效应相同。这表明，在心理数字线上，1 1 和9 、9 和7 的表征类似。研究者认 为，如果1 1 是被部分表征的，由于与9 的距离较大，十位和个位数字会削弱启 动效应，十位数和个位数一样，是以整体形式在心理数字线上表征的 3 1 】。 2 2 2 部分加工 部分加工理论认为两位数的个位和十位的数量信息是被分别表征的。与整体 加工的观点相反，两位数不是投射在单一的心理数字线上，其中的十位和个位分 别具有独立的心理数字线。从个体发展的角度来看，早期的学龄儿童能够成功解 决两位数比较的问题，这表明心理数字线是根据数字的位置值进行表征的【3 2 】。 那么个体是如何分别表征十位和个位的? 有研究者认为，单个数字的表征是计数 式的，例如，3 7 被表征为3 x 1 0 1 + 7 x 1 0 0 【3 1 。相反地，有人却认为单个数字的表征 类似于两位数总体数量的整体加工模型表征，它包含两个变量：等级变量( 线性 编码) 和固定变量( x t 数编码) 。已有研究表明，脑损伤病人对物体数量的估算 能力正常，说明一般数字以及两位数的近似数量表征确实存在【3 3 1 。部分加工的 理论认为，个体在加工两位阿拉伯数字的精确表征时，近似数量表征可能不被激 活。 如果两位数的个位和十位是以分离形式进行加工的，那么这种分离加工可能 包括两种类型：序列加工和平行加工1 25 1 。序列加工的观点认为，两位数数量的 比较涉及十位和个位上的相应数值间的比较，并且采取序列加工的方式从左向右 进行2 3 。根据平行加工的理论，两位数的个位和十位是以分离并行的方式同时 进行的【3 4 , 3 5 1 。 6 第一部分理论研究与文献综述 2 3 两位数部分加工的证据 2 3 1 十位个位协调效应 基于上述研究结果，在过去几年间，研究者普遍认同两位数加工的整体数量 表征。n u e r k 等人的研究对该结论提出了挑战。通过让被试比较两位数数字对的 大小，n u e r k 发现了个位十位协调效应。在实验中，数字对分为协调和冲突两个 条件：十位和个位都较大的数字对为协调条件，例如4 25 7 ，4 5 且2 7 ；十 位较大而个位较小的为冲突条件，例如4 7 - 6 2 ，4 2 。在这两个例子中， 数字之间的总体距离相等，即5 7 - - 4 2 = 1 5 ，6 2 - - 4 7 = 1 5 。结果显示，冲突条件 的反应时显著长于协调条件，这种现象被称为十位一个位协调效应( 简称协调效 应) 。此外，不同的刺激组之间进行匹配，协调刺激组和不协调刺激组在对数距 离、数字对距离的对数、平均的绝对距离、对数的问题大小效应方面无显著差异。 根据整体加工理论的假设，在上述控制条件下不会出现协调效应。然而，n u e r k 等人发现了阿拉伯数字的协调效应：相对于协调条件，被试对冲突条件的数字对 判断更慢1 3 6 】。 个位十位协调效应为平行加工理论提供了证据。n u e r k 和w i l l m e s 认为协调 效应由个位和十位的平行加工所致。对于冲突条件，个位和十位的分离比较导致 了不一致反应，个位和十位的平行比较起了干扰作用，反应时更慢。相反，协调 条件下，个位和十位的分离比较导致了一致反应，个位和十位的平行比较起了易 化作用，反应时更快m 】。 2 3 2 两位数的位置启动效应 早期的研究发现，启动刺激出现了语义的数字距离效应，启动效应支持两位 数的整体数量表征 2 9 3 1 1 。然而，最近的研究得出了相反地结果。r a t i n c k x 等人考 察了所有两位数的启动效应，发现启动刺激和目标刺激具有相同位置的数字时， 启动效应更加显著。例如，目标刺激为2 8 ，启动刺激是1 8 和2 1 。相反，启动刺 激和目标刺激的位置不同时，启动效应被削弱，例如，目标刺激为8 2 ，启动刺 激是7 2 和2 8 。即使启动刺激和目标刺激的数字相同，位置不同时也会出现干扰 效应，例如，目标刺激是8 1 ，启动刺激是1 8 。因此，组成两位数的个位和十位 对应的数值也被加工【3 7 】。两位数的启动效应表明，个体不仅) j n - r 两位数的整体 数量、组成数字的数量，还涉及阿拉伯数字系统中的位置和数值【3 8 】。 第一部分理论研究与文献综述 2 3 3 数字分段任务的证据 在数字分段实验中，被试的任务是说出两个数字的中数( 例如，1 和9 的中 数) 3 9 】。在这类任务的变式中，向被试呈现按升序排列的三个数字，让被试判 断中间的数字是否是两侧数字的中数，例如，3 5 - 3 8 4 1 或3 5 3 9 _ 4 1 。数字分段任 务的目的是考察内部数量表征，相对于否定刺激( 例如，3 43 94 6 ) ，肯定刺激 ( 例如，3 43 54 6 ) 更容易辨认。此外，两位数的奇偶、乘法表等非数量属性的 判断更容易( 例如。对2 12 42 7 的判断快于2 22 52 8 ) 。最近的观点认为，数字 分段任务体现了十位交叉效应。在回归分析中，十位交叉效应是自变量，十位数 表换的情况是正性，例如，3 53 84 1 ，十位数固定的情况是负性，例如，3 23 53 8 。 结果表明，该自变量能够很好的预测非分段的刺激序列，并且可以解释紧邻的数 字对( 如，3 43 53 6 ) 。因此，判断两位数的中数不仅基于数量的表征形式，还 依赖于数字的十位和个位数结构【4 0 】。 2 4 两位数加工的脑机制 反应时和正确率指标反映了两位数的认知加工特点，但不能提供加工过程中 更确切的信息，也无法阐明两位数表征的加工机制，功能磁共振成像( f u n c t i o n a l m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ，简称t 2 d r i ) 以其相对较高的空间分辨率，通过局部 脑血流变化指标客观反映出各类任务所涉及的脑机制层面的信息。借用f m r i 技 术，可以直接观察出两位数加工过程中相关大脑皮层的活动情况。p i n e l 等人发 现，个体将两位数与标准值6 5 进行比较时，双侧的内顶叶皮层( i n t r a p a r i e t a l c o r t e x ) 被激活【4 1 1 。g o e b e l 等使用f m r i 同时比较了个位数和两位数的脑区加工 特点。在实验中，被试将一位数和两位数分别与5 和6 5 进行比较，脑成像数据 显示，两种数字都激活了右侧内顶叶；相对于两位数，一位数对右侧内项叶的前 侧脑区激活程度更强，而双侧内顶叶的背侧部分在两位数条件下表现更为显著 【4 2 】 o 行为研究表明，两位数的加工特点是分别激活个位和十位的数量表征 3 2 , 3 4 , 3 6 , 3 7 , 4 0 】。在两位数协调效应中，当被试判断一对两位数的大小时，会同时比 较个位和十位，并且冲突条件的反应更慢。这表明，相对于一位数，两位数的数 量表征更加复杂。最近的一项脑成像研究考察了两位数的协调效应，揭示了十位 距离和个位数字干扰效应的特定脑区。实验采用协调效应的实验范式，定义了 8 第一部分理论研究与文献综述 f m r i 信号的个位和十位回归变量，让被试选择两位阿拉伯数字对中的大数。研 究者发现，右半球顶叶沟( i n t r a p a r i e t a ls u l c u s ，简称i p s ) 前侧的激活受到个位距 离的调节，顶叶沟的左侧、右前侧和右后侧激活水平随着十位距离的增大而增强。 这些结果证实，个位十位协调效应和十位距离的数量表征受到内项叶的影响，阿 拉伯数字的符号结构是多位数数量加工的重要决定因素 4 3 1 。r a t i n c k x 等人使用分 视野范式考察了两位数比较中半球间的相互作用。发现半球间的相互作用对两位 数比较有调节作用，即半球的相互作用对个位十位协调的刺激无显著影响，而对 个位十位冲突的刺激有着显著的促进作用，根据选择性注意的观点，左半球对两 位数进行分解式加工，右半球对两位数进行整体式加工【4 钔。 3s t r o o p 效应的e r p 研究 3 1 心理学中的e i 冲技术 事件相关电位( e v e n t r e l a t e dp o t e n t i a l ，简称e r p ) 是一种特殊的脑诱发电位， 它是与特定刺激存在固定时间关系的脑反应所形成的一系列电波。上个世纪6 0 年代，s u t t o n 提出了事件相关电位的概念，使用平均叠加技术记录头颅表面的大 脑诱发电位，进而考察认知过程中大脑的神经电生理变化【4 5 1 。 e r p 技术具有很高的时间分辨率，在揭示认知活动的时间过程方面具有优 势，是观察、研究大脑认知功能的一个重要手段。e r p 技术的发展，为探索大脑 的认知