（发展与教育心理学专业论文）中文数字加工的特点研究.pdf

两南大学硕十学位论文 摘要 皇曼曼燃烂曼曼曼鼍黑邕曼曼曼笪舞i 一 一i 一 一r i i i i i i i i i ii i i i i i i i ii 皇! ! 曼燃 中文数字加工的特点研究 发展与教育心理学专业硕士研究生曹碧华 指导教师：李红教授 摘要 数字豹数量可以耀不同的符号形式进行表征( 例如s i x ，6 ，v i ，六等) 。在以西方口语数 字和阿拉伯数字为刺激的研究中很多研究者发现了两个缀典的心理效应：符号效应和距离效 应。然而，对中文数字加工的研究尚无一致结论。众所周知，中文数字是音形义结合的统一 体，与阿拉伯数字共享较多知觉与表义特征，其加工过糕是否与艇拉伯数字存在明显的绩效 差异? 数字的不同符号形式是否会影响剑数量的语义加工? 这是目前数字加工研究的热点之 一。本研究通过两个实验，以嚣拽 鑫数字、孛文小写数字帮中文丈写数字三穗不嚣的数字符 号系统中的位数为刺激材料，分别采用传统的数字奇偶判断任务、大小比较任务考察中国 入在加工中文小写数字、中文大写数字和阿拉伯数字时麓否存在符号效应和距离效应，戳及 不周的数字符号是否会影响语义加工，并提供了来自行为学和e r p 两方面的证据。 实验一采用数值为l 8 的中文小写数字( 如“六”) 、中文大写数字( 如“陆”) 和阿 拉馋数字( 如“6 ”) 为刺激材料，让被试判断目标零l 激楚奇数还是偶数。结果表明，不论错 误率还是反应时均发现了符号效应。中文大写数字、中文小写数字、阿拉伯数字的加上绩效 逐级提赢。 实验二里现了数值为l 珥和6 9 的中文小写数字、中文人写数字和阿拉伯数字三种数字刺激 材料，要求被试刿断目标刺激是l 9 5 人还是比5 小，并记录e r p 结采。结聚表明，先有符号效应， 然后才出现了距离效应，支持了d e h a e n e ( 1 9 9 6 ) 数字比较的系列加工模型。语义加工时都激 活了枕一颞叶隧域和下顶n t 区域，而与数字的符号无关。然而，巍发生距离效虑时，符号主效 癍以及符号与距离的交互作闺始终存在，这表明了阿拉煞数字可能秘中文数字怒以不磁的方 式表，怔的，谢义加工要受到符号的影响。 关键词：中文数字符号效应距离效应符号依赖性 两南大学硕十9 伊论文 a b s t r a c t t h en u m e r i c a lp r o c e s s i n go fc h i n e s en u m b e rw o r d s m a jo r ：d e v e l o p m e n t a la n de d u c a t i o n a lp s y c h o l o g y s p e c i a l t y ：c o g n i t i o nd e v e l o p m e n t s u p e r v i s o r ：p r o f l ih o n g n a m e ：c a ob ih u a a bs t r a c t n u m e r i c a lq u a n t i t yc a nb er e p r e s e n t e di nm u l t i p l es u r f a c ef o r m a t s ( e g ，s i x ，6 ，v i ， 六) m a n yp e r v i o u ss t u d i e sh a v ed e m o n s t r a t e dt w ow e l l k n o w ne f f e c t s ：n o t a t i o ne f f e c t a n dd i s t a n c ee f f e c t a sau n i q u es y m b o lw i t hac o n s t a n t l y - s i z e ds q u a r ea r r a yi nw r i t t e n ， c h i n e s e w o r dn u m e r a l sr e p r e s e n ti n t e g r a t i v ei n f o r m a t i o no fg r a p h e m i c ，p h o n e m i ca n d i d e o g r a p h i c t oi n v e s t i g a t en o t a t i o ne f f e c ta n dd i s t a n c ee f f e c tb e t w e e nc h i n e s e w o r d n u m e r a l sa n da r a b i cd i g i t s ，w ea s k e dp a r t i c i p a n t st oj u d g et h ep a r i t ya n dn u m e r a l c o m p a r i s o nt a s ko fc h i n e s en u m b e rw o r d sa n da r a b i cd i g i t sb yt w oe x p e r i m e n t s r e s p e c t i v e l y ，p r o v i d i n gb e h a v i o rd a t aa n de r pe v i d e n c ef o rn o t a t i o ne f f e c ta n d d i s t a n c e e f f e c t i ne x p e r i m e n t1 ，w ep r e s e n t e dt h r e ed i f f e r e n tn u m e r a ls y m b o l s ：c h i n e s en u m b e r w o r di nl o w e rc a s e ( c h - l ) ，c h i n e s en u m b e rw o r di nu p p e rc a s e ( c h 一功a n da r a b i c d i g i t si nn u m e r i c a lv a l u ef r o m1 t o8 ，a n da s k e dp a r t i c i p a n t st oj u d g et h et a r g e ts t i m u l i w h e t h e rw a se v e no ro d d t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h en o t a t i o ne f f e c te x i s t e db o t hi n e r r o rr a t ea n dc o r r e c tr e a c t i o nt i m e t h ee r r o rr a t ew a st h eh i g h e s tf o rt h ec h u ， w h e r e a st h ea r a b i cn u m b e rs h o w e dt h el o w e s te r r o rr a t e t h er e a c t i o nt i m ew a st h e l o n g e s tf o rt h ec h i n e s en u m b e ri nu p p e rc a s e ，w h e r e a st h ea r a b i cn u m b e rs h o w e dt h e s h o r t e s tr e a c t i o nt i m e i ne x p e r i m e n t2 ，t h r e en o t a t i o ns t i m u l i ：a r a b i cd i g i t s ，c h la n dc h - uw e r e p r e s e n t e d p a r t i c i p a n t sw e r ea s k e dt oj u d g ew h i c ht a r g e tn u m e r a l ( n u m e r i c a lv a l u e s1 - 4 a n d6 9 ) w a s ”s m a l l e ro rl a r g e rt h a n5 ”w h i l ee v e n t - r e l a t e dp o t e n t i a l s ( e r p s ) w e r e r e c o r d e d t h ee l e c t r o p h y s i o l o g i c a lr e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h ev o l t a g ea c t i v i t ya s s o c i a t e d w i t hn u m e r i c a ls e m a n t i cp r o c e s s i n gw a sl a r g e s ta c r o s st e m p o r o o c c i p i t a la n di n f e r i o r i i 两南人硕十学伊论文 a b s t r a c t p a r i e t a le l e c t r o d es i t e sr e g a r d l e s so fi n p u tf o r m a t s ，a n dt h a tt h es t a g eo fi d e n t i f i c a t i o n b e g a ne a r l i e ra n dt h es t a g eo fs e m a n t i cp r o c e s s e sb e g a nl a t e r ，s u p p o r t i n gd e h a e n e s s e r i a l s t a g em o d e l n e v e r t h e l e s s ，n o t a t i o ne f f e c ta n dn o t a t i o nb yd i s t a n c ei n t e r a c t i o n w e r es t i l lo b s e r v e da tt h es t a g eo fn u m e r i c a lm a g n i t u d ep r o c e s s i n g ，s u g g e s t i n gt h a t c h i n e s en u m b e rw o r d sa n da r a b i cd i g i t sp r o c e s s e di nd i f f e r e n tw a y s ，a n dn o t a t i o n m i g h ta f f e c tt h es e m a n t i cp r o c e s s i n go fn u m b e r ，n a m e l yn o t a t i o nd e p e n d e n t k e yw o r d s ：c h i n e s en u m b e rw o r d s ，n o t a t i o ne f f e c t ，d i s t a n c ee f f e c t ，n o t a t i o n d e p e n d e n t i i i 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论 文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究及 学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感 谢。 学位敝储考碧年签字魄婶幺肋日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 日 硼南大学硕十学何论文1 文献综述 1 文献综述 数字是数学中最重要的基础知识，是积累数学感性经验的工具，也是形成高 级数学技能的条件。掌握与运用数字是一个复杂的认知过程，不仅要会数数，还 要知道数的含义，明白数的顺序和大小、理解数的组成、掌握数的读写法，利用 数解决问题( 林崇德，1 9 9 5 ) 。 数字加工( n u m e r i c a lp r o c e s s i n g ) 指个体加工数字刺激，形成相应的数字心 理表征，并运用其进行相应的认知加工，如数量比较、数学运算的过程。数字加 工是人类最重要的思维形式，同时也是日常生活所必需的基本能力( 张红川，董 奇，2 0 0 5 ) 。因此，数字加工的特点与脑机制也得到认知发展心理学家、比较心 理学家与神经生理学家的特别关注。 研究发现，一些动物和人类的婴儿也能自然学会并表现出其中一些数字概念 和技能，所以有研究者将数字加工能力称为人类的“核心知识系统( h a u s e r s p e l k e ，2 0 0 4 ) 。 1 1 数字加工认知系统 王1 1 小数的精确表征 给成人被试呈现4 以上的数目组，让他们准确说出数目的多少，被试的反应时 随着数目的增加而成线性增长。然而，成人被试对1 3 这些小数目的精确表征十分 迅速，盛不会随着数目的增加而出现反应时的变化。尽管对于这种对于小数目的 快速确认的本质与机制的解释尚存争议，但这种与大数表征不同的特别表明，可 能存在另一种机制决定对小数的快速确认。研究者把这一随意的无意识过程称为 “感数”( s u b i t i z i n g ) 的过程( k a u f m a n 等，1 9 4 9 ：h a u s e r & s p e l k e ，2 0 0 4 ) 。 h a u s e r 矛l j s p e l k e2 0 0 4 年指出，“感数的过程具有四个特点。第一，感数的过 程针对的数罾大小是3 或4 以内。第二，只有当数目组内的个体呈独立分布，而不 是重叠或包含时才会出现( t r i c k & p y l y s h y n ，1 9 9 3 ) 。第三，只有个体与个体被空 白空间分开，而不是用一些线条连接着时才能进行( s c h o l l & p y l y s h y n ，1 9 9 9 ；t r i c k & p y l y s h y n ，1 9 9 3 ) 。第四，只有当个体是静止或稳定连续地运动时才能进行，如 果个体不连续不稳定地出没，或碰在一起，则不会出现“感数”的过程( s c h o l l & p y l y s h y n ，1 9 9 9 ) 。 研究表明，婴儿生来就具有“感数”的能力( w y n n ，1 9 9 2 ；f e i g e n s o n & c a r e y ， 2 0 0 3 ；f e i g e n s o n 等，2 0 0 2 ) 。其中，w y n n ( 1 9 9 2 ) 的研究最为经典，他们采用期 望违背范式( e x p e c t a n c y v i o l a t i o np a r a d i g m ) ，让4 个月的婴儿看见舞台上有一只木 偶，然后用帘子把木偶遮起来，再把同原来那个木偶一模一样的另一只木偶放进 两南大学硕 j 学何论文1 文献综述 皇曼笪曼墨曼曼皇曼曼曼曼i i i i 曼曼蔓曼曼舅量曼皇曼量曼曼量量皇寡皇曼曼皇曼曼皇曼曼置曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼量皇曼皇曼曼皇曼量曼曼曼! 皇曼曼 去。可以看到，差别存在于两种可能事件之间：l + l = l 矛f 1 2 1 = 2 。如果婴儿具有对1 与2 这些小数的表征能力及简单的相加运算能力，则他们会预测在移丌屏幕时，期 望看到某一数量的玩偶；当违背了这一预期时他们会感到奇怪，并对不可能的事 件注视更长的时间。 尽管有研究者认为在w y n n 的研究范式罩婴儿可能并不是对物体的数目敏感，而 是对物体总量大小的敏感( f e i g e n s o n 等，2 0 0 2 ) 。但后来的研究表日y w y n n 的发现 确实有说服力，因为f e i g e n s o n 矛u c a r e y ( 2 0 0 3 ) 采用动手搜索范式( m a n u a ls e a r c h p a r a d i g m ) ，即让1 0 1 2 个月的婴儿看着两个物体先后放入一个盒子里面，然后将其 中一个物体“魔术般地 移走，要求婴儿伸手去摸盒子里面的物体。结果表明， 当物体的数量小于或等于三个时婴儿能顺利完成，但在表征四个物体时却遇到了 困难。 感数过程的本质是什么，它与计数过程究竟是同一种加工还是分属两种不同 加工系统，多年来一直存在着争论。罗跃嘉等( 2 0 0 4 ) 在电脑屏幕中心给被试呈 现若干由靶( 白色矩形) 或者靶+ 分心物( 白色圆形) 组成的刺激图片，靶的数 目分为感数( 1 3 个靶) 与计数( 4 6 个靶) ，而分心物的数目设置了三种水平： 零( 无分心物) ，与靶的数目相同及两倍于靶的数目。被试的任务是计算图片上 白色矩形的个数并对所得数目进行奇偶判断。研究发现感数加工具有明显的分心 物效应，而计数加工则不然，支持感数与计数分属两种不同数系统的观点。 1 1 - 2 大数的近似表征 给成人被试快速呈现一组包含多于5 个以上数目的刺激物，虽然不能准确说出 物体的个数，却能近似地估计物体数目的多少，这就是对大数目的表征。不只成 人能对大数进行近似表征，婴儿和一些动物也具有这种能力( d e h a e n e 等，1 9 9 8 ) 。 大量来自行为生态学和比较心理学的研究表明，鸟类、啮齿动物和灵长类动 物具备初级的数量表征能力。众多实验表明，这些动物区分数目不同的两组物体， 而且这种辨别不是基于知觉上的差异，如空间广度、持续时间等，而是基于数目 的差异。例如，在实验室里受过训练的老鼠、鹦鹉和猴子能对一组具有特别数目， 如1 3 1 5 的物体或事件做出反应；再如，未受过训练的猴子和类人猿自发地在两 组物体中辨别出数量多的那组。这些研究证明了对数量表征的能力在人类出现之 前就已经在动物身上进化而成并仍被多数脊椎动物所共有( d e h a e n e 等，1 9 9 8 ) 。 由于进化与遗传的原因，人类婴儿似乎天生就具有对数的敏感。在一系列的 研究里，给6 个月的婴儿呈现8 或1 6 个点的序列组让婴儿习惯化，然后让他们对 测试图片去习惯化，结果发现婴儿对新奇的图片注视的时间明显较长( b r a n n o n 等， 2 0 0 4 ；x u 等，2 0 0 5 )。在这些研究中，研究者控制了物体的大小、总面积、密 2 两南人学硕十学何论文1 文献综述 i i i i i i i i 懋笪曼曼曼鼍麓舅曼曼量舅黑笪舅曼曼曼燃皇曼曼曼曼嬲麓皇鼍曼曼躺鼍曼曼曼曼冀嬲皇曼曼量鼍嬲笪曼曼量鼍燃皇曼曼曼舅燃麓曼量曼曼冀舞量曼曼曼黑鼎鼍曼曼曼黑寰皇曼 集度、物体呈现时间等连续变量，所以被试习惯化与去习惯化的反应对象就魁数 鹾的变化。b r a n n o n 等2 0 0 4 年的研究还表明，在数量变化而总面积恒定的系列里， 婴儿并不能表征物体的总面积，这进一步说明，婴儿的确是对数敏感。另外，已 有研究中的动物要经过训练才表现出这种能力，瑟人类婴儿却不需要训练就表现 出了这种能力( d e h a e n e 等，1 9 9 8 ) 。 研究发现成人在对大数近似表征时遵循韦伯定律( w e b e r sl a w ) ，郄当比较 两个大数量时反应时和正确率与两个数量之间的比率相关：两数的比率越大，反 应时越小，正确率越高。此外，婴儿在表征大数时也会遵循韦伯定律( b a r t h 等， 2 0 0 3 ) 。研究发现，6 个月的婴儿能成功辨别的数目组的数髓比率为2 ：l ，如8 与 4 、1 6 与8 、3 2 与1 6 ( d e h a e n e & c o h e n ，1 9 9 7 ) 。 从上述研究可以看出，婴儿对大数与小数的加工是不同的。首先，对大数的 近似辨别结果的变化与大数间的比例有关，而小数的辨别结果却与数的绝对值大 小有关，且在3 以下才能辨荆。第二，大数的辨别不受其它连续变量，如个体的大 小、总体的大小等的影响；丽小数的辨别却要受这些变量的影响。有关小数和大 数的数量表征详见王乃弋等( 2 0 0 6 ) 的综述。此外，关于数表征存在两个不同的 系统还有来自种族学方面的证据。 1 1 3 数字加工的种族特点 p i c a 等2 0 0 4 年研究m u n d u r u k u 土族人的数字认知，这些人用的语言里只有5 以 下的数字。m u n d u r u k u 大约有7 0 0 0 入，羼住在巴西的一个自治区墨。 第一个任务是探索m u n d u r u k u 人对数字的语言表达。给被试呈现随机由l 1 5 个 点组成的图片，让他们用自已的土语说出图片上有多少个点。结果袭明，m u n d u r u k u 人的确只能表达小于5 的数字，但表达好像很长，需要很多音节来表达一个数。对 于大于5 的数字，他们用一些近似的语言来表达，如与“一些”、“很多”或“少量” 意义褶闻的词语来表示。有时也用一些试图表达更精确的词语，如“一手、“多 于全部手指数等。这说明m u n d u r u k u 人不日他们自己的语言来点数。 为考察m u n d u r u k u 入是否能对大数进行近似操作，研究者给被试呈现简洁生动 的非言语任务，n l 与n 2 两组物体放入罐子，要求被试估计罐子中物体的数目并与 n 3 组的物体数目比较。结果发现，所有被试部能对大数进行近似的相加运算和大 小比较，他们的回答都在概率水平以上。 最后，为研究m u n d u r u k u 人能否进行数i | 的精确操作，给被试呈现一个罐子， 往里面敖入一定数墨( 1 8 ) 的物体，然籍拶。里面拿走一部分，要求被试说出还剩 下多少个，或者比较剩下的数目与第三组物体的数目孰大孰小。结果发现，当罐 子里最初装的物体数目小于4 时，被试能基本正确地指出计算结果。如果大于4 ， 3 两南人学硕十学何论文 1 文献综述 则随着数目的增大，计算的正确率显著下降，而对照组( 以法国人为被试) 却只 是略微有一些下降。 总之，从动物、人类婴儿与m u n d u r u k u 人得到的证据来看，可能从婴儿丌始， 就已经存在两种功能不同的数概念系统：大数激活的系统表征大数群集与群集的 近似值，而小数主要激活一个对不同个体进行数字表征并追踪的系统，这一系统 或者对小数的连续量变特征进行计算，或者对序列旱个体数目进行计算( f e i g e n s o n 等，2 0 0 4 ) 。当人类婴儿获得语言之后，其数概念的发展发生的变化是掌握了自然 数概念。但是，自然数概念除了语言系统的贡献外，仍依赖于先前已经具有的两 个数系统。特别是当成人被试在完成需要表征自然数的任务中，他们也激活了对 大数的近似表征( d e h a e n e ，1 9 9 7 ) 。另外，在表征近似大数上有困难的神经学患 者也会在自然数表征与心算上有困难( l e m e r 等，2 0 0 3 ) 。这些研究表明，近似表 征大数的数系统部分地构成了人类独特的自然数概念的基础。 1 2 数字加工的理论模型 1 2 1 抽象表征模型 m c c l o s k e y 等提出了一个较为系统的抽象表征理论模型。m c c l o s k e y 等认为， 个体只存在一个内部的数字抽象表征系统，所有的数学输入，无论其外部形式如 何，个体均要将其转化为统一的内部抽象编码；同样，数学输出则是一个将内部 的抽象编码转化为外部具体形式的过程( m c c l o s k e y 等，1 9 9 1 ；m c c l o s k e y ，1 9 9 2 ； 张红川董奇，2 0 0 2 ) 。 1 2 2 三联体模型 d e h a e n e ( 1 9 9 2 ，1 9 9 5 ) 提出三联体模型( t r i p l e c o d em o d e l ) 来解释数字加 工过程。与m c c l o s k e y 模型不同，三联体模型尽管也认为个体具有内部的数字编码 系统，但这一系统并非以抽象的数字形式存在，而是以具体的、类比的形式存在。 该模型认为个人的数学认知能力核心是由三部分功能模块构成，不同模块分别基 于不同的数字编码，不同模块之间具有相应的通道，能够进行认知功能之间的切 换。个体的数学认知系统由三类模块组成：一个近似的数量表征的模块化数字系 统，一个视觉的阿拉伯数字系统和一个听觉口语编码系统。d e h a e n e 认为，不同的 功能模块分别与某些特定数学认知功能相联系，例如量的类比模块与比较、估算 等功能相联系，视觉形式的阿拉伯数字系统完成多位数运算和奇偶性判断。听觉 的言语模块主要负责数数、数学知识的存储与提取，例如运用加法和乘法等公式 表进行精确运算( 张红川& 董奇，2 0 0 2 ；南云& 罗跃嘉，2 0 0 3 ) 。 4 两南人学硕f j 学传论文 1 文献综述 1 2 3 多重编码模型 c a m p b e l l 等提出了编码复杂性模型( e n c o d i n gc o m p l e xm o d e l ) 。主要观点是 数学认知主要基于通道特异性过程( 如视觉、听觉、视动通道等) ，而非基于单 一的抽象编码；不同的数字形式对于数学认知的编码、加工与策略等多方面过程 均有着直接的影响；与三联体模型相比，编码复杂性模型尽管也赞同存在多种编 码系统，但是认为编码系统并非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，不同的数学认知过程由基于不同编码的认知功能构成。而 个体之所以具有复杂的数学认知功能，主要是由学习经验的不断修饰导致的 ( c a m p b e l l 等，1 9 8 8 ，1 9 9 2 ；c l a r k & c a m p b e l l ，1 9 9 1 ) 。 1 3 数字加工的认知神经机制 1 3 1 数字加工的脑基础 近年来，e r p 与f m r i 的研究都发现数系统对数字的近似表征与顶内沟的双侧 水平部分( h o r i z o n t a ls e g m e n to f t h ei n t r a p a r i e t a ls u l c u s ，简称h i p s ) 紧密联系 ( d e h a e n e ，1 9 9 6 ；p i n e l 等，2 0 0 1 ；p i z z a 等，2 0 0 3 ：s i m o n 等，2 0 0 2 ) 。h i p s 既能 被视觉通道又能被听觉通道的数字符号激活，它是多种感觉通道的符号与非符号 数字输入通路的会聚区( e g e r 等，2 0 0 3 ) 。 一方面，研究者在神经活动正常的被试身上发现了这一结果。例如，s i m o n 等 ( 2 0 0 2 ) 为确定人类的计算与语言活动在大脑顶叶的位置，及其与抓取、眼动、 语音检测、用手指( 向某处) 等视空间任务的相对位置与重叠关系，他们使用f m r i 研究了l o 名正常成年人在单独从事这些活动时的脑活动。发现被试在从事减法运 算活动时激活了h i p s 两侧，而这一区域不与抓取、眼动、注意测试、用手指( 向 某处) 任务所激活的区域重叠。而且，在左顶内沟里与这一计算区域相邻的地方 存在一个会被计算与语音检测共同激活的区域，它是位于梭下回的i p s 左后侧区 域。 另一方面，数字运算脑基础的跨文化研究结果表明，关于数字计算功能与顶 内沟紧密联系的证据是完全可重复验证的。如果数的加工运算仅仅是- 3 中文化活 动，没有大脑生理结构的基础作用，那我们会发现计算能力在不同文化、不同教 育背景下的巨大差异。然而来自不同国家的研究不约而同地将导致数感丢失的脑 损伤部分与激活计算的脑区都锁定在顶内沟( d e h a e n e 等，1 9 9 8 ) 。 另外，关于发展性计算失能的病理学研究表明，顶内沟的数字加工功能是高 度具体的，且不会被转移到其它脑区。一些计算失能的儿童表现出对数字加工独 特的选择性缺陷，尽管这些儿童具有正常的智力、正常的语言以及获得的特殊教 两南大学硕f j 学伊论文 1 文献综述 育，但他们仍不能获得数概念，他们不得不依赖于费力的口头数数策略，即使是 “比较9 与3 的大小”或者“小鸡是否有两只脚”这类简单的问题( b u t t e r w o r t h ， 1 9 9 9 ) 。 1 3 2 其它顶叶区域的数字加工 i p s 虽然是数概念发展的重要皮层区域，但它并不是数字加工的唯一区域 ( p i a z z a d e h a e n e ，2 0 0 4 ) 。最近一个关于脑活动研究的重复分析区分出两个伴随 顶叶活动的系统。尽管这两个系统的主要功能不是数字加工，但它们经常参与到 与数有关的任务中。其中一个伴随系统位于左梭状回的语言相关区域，主要参与 数字的言语加工。在数学能力测试中，左梭状回的活动会随着测试任务对言语加 工要求的不断增加而增强。例如，这一区域在从事数字的精确计算时比其从事近 似计算的活动更强( d e h a e n e 等，1 9 9 8 ) ，当计算需要获得算术活动中的机械记忆 内容( 如乘法口诀) 时，左梭状回的活动会比不需要这些内容的计算( 如减法) 的活动更强( p i a z z a d e h a e n e ，2 0 0 4 ) 。 另一个伴随系统位于顶叶后上部的视空间区域，包括部分右颞叶区域，这些 区域不是数字加工的具体区域，主要参与数字的空间与非空间注意，在数量比较、 近似加工、数数任务中与i p s 协同活动( d e h a e n e 等，1 9 9 8 ；c o h e n 等，2 0 0 5 ；p i n e l 等，2 0 0 1 ；p i a z z a 等，2 0 0 3 ；w o j c i u l i k k a n w i s h e r ，1 9 9 9 ) 。另外，当计算需要获 得算术活动中的机械记忆内容( 如乘法口诀) 时，左梭状回的活动会比不需要这 些内容的计算( 如减法) 的活动更强( p i z z a & d e h a e n e ，2 0 0 4 ) 。但心理实验表明， 数字都有很强的序列性和因之产生的空间特性，因此，可以把数字在内部的表征 比喻成数字线，或一个由数字间的接近性组织而成的准空间( d e h a e n e 等，1 9 9 3 ； 罗文波& 罗跃嘉，2 0 0 7 ) 。所以，这一区域可能会因此而参与到数的活动之中。 1 3 3 数量编码神经元 确定数字加工脑区的同时，研究者也在考察数字加工的神经细胞。d e h a e n e 和 c h a n g e u x ( 1 9 9 3 ) 对于数字是如何在单个神经元水平上表征的基础上提出了一个 理论模型，他们认为可能存在调谐数量的“数字觉察器”。9 年后，两个电生理学的 研究首次报告了这类神经元存在的证据。 s a w a m u r a 矛n 他的同事( 2 0 0 2 ) 训练猴子连续5 次推一个杠杆，然后再把杠杆转 5 次。为防止在这个过程中用时间而不是数字决定自己何时切换动作，在一个连续 的测试罩所花时间是变化的，变化区间在2 0 至4 6 秒之间。结果发现位于i p s 前上部 偏表层的神经元对数字信息会做出选择性的反应。这些神经元细胞会对某一具体 的数字( 如1 5 ) 反应，而且随着数字距离的增大，这些细胞的活动强度都会逐 6 p 可南人学硕十何论文 1 文献综述 步减弱，这正好与行为研究中发现的距离效应吻合。 上述研究表明在猴子脑中存在对动作事件数目反应的神经元，这些数目带有 序列意义。为更纯净地研究对数量进行编码的神经元，n i e d e r 等人给猕猴呈现含 有几个点( 如3 个点) 的靶刺激，然后呈现测试刺激，测试刺激含有不同的点数。 有的点数与靶刺激一样，有的不一样，让猕猴进行匹配。在训练期间，某些视觉 特征不可避免地与数字特征共同存在，然而经过训练后，猕猴都自发地把数字特 征概括到那些非数字特征受到控制的新奇刺激上去，这表明猕猴的确注意到了数 字( n i e d e r 等，2 0 0 2 ；n i e d e r & m i l l e r ，2 0 0 3 ) 。n i e d e r 等通过记录前额皮层背外 侧的神经元，发现在这一脑区里约有三分之二的神经元与1 至5 间的具体数字调 谐一致。这表明所发现的数字神经元只对数字反应，不对刺激大小、密度、间隙 与空间形式等非数字变量反应( n i e d e r 等，2 0 0 2 ) 。 有趣的是，这些猴脑中对数字敏感的神经元所处脑区似乎与人类不同。 s a w a m u r a 等( 2 0 0 2 ) 发现猴子的数字神经元存在于上顶叶，n i e d e r 等( 2 0 0 2 ) 发 现只有7 的数字神经元位顶内沟，绝大部分位于前额叶。而人类的类似研究表明 顶内沟( i p s ) 为数字加工的关键区域。n i e d e r 和m i l l e r ( 2 0 0 4 ) 又发现在i p s 区内 确实存在更高比例的数字神经元。需要注意的是，这些位于顶叶的数字神经元与 前额皮层的数字神经元有不同的潜伏期，前者约8 0m s ，而后者却达1 2 0m s 。这一 新的发现与关于数字先在i p s 抽取与表征后再传递到前额区加工的假说吻合 ( d e h a e n e & c h a n g e u x ，1 9 9 3 ) 。 此外，研究还发现数字神经元的放电潜伏期独立于所表征的数目，即与数目 的大小无关( n i e d e r & m i l l e r ，2 0 0 4 ) ，这与数目系列加工的假说不相容( g a l l i s t e l & g e l m a n ，1 9 9 2 ) ，符合平行加工的假说( d e h a e n e & c h a n g e u x ，1 9 9 3 ) 。同时， 数字神经元的调谐曲线较宽，说明它们能对数字做出近似反应，并且这种宽度与 神经元对应的数目是成比例的。因此，在行为研究中发现的韦伯定律可以在单个 神经元上得到体现( p i a z z a & d e h a e n e ，2 0 0 4 ) 。 1 4 数字加工的心理效应 1 4 1 对阿拉伯数字和西文数字的研究 数字加工有两个典型的心理效应：符号效应与距离效应。数字加工的符号效 应指不同数字符号系统，尤其是以语音为基础的口语数字( 如“f i v e ”) 和以视觉 图形为基础的阿拉伯数字( 如“5 ”) 可能在大脑的不同区域加工，且具有不同的 加工过程。一般而言，各种口语方式的数字都比阿拉伯数字的绩效逊色( j o n i d e s & g l e i t m a n ，1 9 7 2 ；a l l i s o n 等，1 9 9 4 ；d e h a e n e ，1 9 9 6 ；t e m p l e & p o s n e r ，1 9 9 8 ；p i n e l 等，2 0 0 1 ：i t o & h a t t a ，2 0 0 3 ：p l o d o w s k i ，2 0 0 3 ：d a m i a n ，2 0 0 4 ：c o h e nk a d o s h 7 两南人一硕4 - i f ：伊论文 1 文献综述 等，2 0 0 8 ) 。研究者在不同文化背景下使用不同任务考察了符号效应。d e h a e n e 等 ( 1 9 9 3 ) 要求法国大学生对阿拉伯数字和法语数字0 - 9 进行奇偶判断，结果表明被 试对法语数字的反应速度明显慢于阿拉伯数字。p l o d o w s k i 等( 2 0 0 3 ) 给英国被试 呈现1 8 的四种不同形式的符号( 英语数字、阿拉伯数字、罗马数字以及随机出现 的圆点) ，要求判断奇偶，结果也出现了典型的符号效应，被试对熟悉的英文数 字和阿拉伯数字的反应速度非常相似，都显著快于不太熟悉的罗马数字和圆点。 p i n e l 等( 2 0 0 1 ) 给法国学生呈现阿拉伯数字或法语数字3 0 9 9 并要求回答是大于 还是小于6 5 时，发现被试对法语数字的反应显著慢于阿拉伯数字。尽管p i n e l 等 在顶内沟和楔前叶分离出不依赖符号的数字比较平台，但同时也发现确实存在这 种依赖于符号的效应。他们发现，阿拉伯数字的活动强度高于口头数字的活动强 度的脑区位于右梭状回、右颞叶中部与额顶两侧。相反，口头数字的活动强度高 于阿拉伯数字的脑区位于枕叶双侧与中央前回左侧。 同时，他们还发现口头数字的反应慢于阿拉伯数字的反应。p i n e l 等推测，可 能是因为口头数字的神经反应相对于对阿拉伯数字的神经反应会有所延迟。他们 使用e r p 的高时问分辨率来检验这一推论。结果表明，第一个符号效应在刺激出现 1 2 0 m s 后被识别，在1 3 6 m s 形成一个峰值，其特点是对阿拉伯数字产生的枕叶p l 比 对口头数字产生的p 1 波幅高。一个偶极子模型表明其形态与f m r i 发现的结果十分 一致，两个对称的枕叶偶极子就能说明9 6 2 的变异。在这一阶段没有观察到语义 效应，约4 0m s 后，第二个符号效应在右枕叶的侧部出现，在1 8 4 m s 形成一个峰值 为负的n 1 。这一效应说明此阶段口头刺激的活动强度较小，且位于左侧，而阿拉 伯刺激的活动较强，位于左右两侧。直至1 2 2 0 m s ，口头数字的语义效应才出现，在 2 3 2 m s 时形成一个峰值。这种时间的滞后表明对于口头数字在行为测试中发现的至 少有1 6 9m s 的延迟中，部分是由于从口头数字中获得数量信息比从阿拉伯数字中获 得数量信息慢。 距离效应指的是当比较两个数时，距离近的两个数( 如5 9 与6 1 ) 比距离远的 两个数( 如5 9 和9 1 ) 要花更多的时间；而从神经心理学的研究来看，距离效应则 是指随着数字之间距离的增大，对这两个数进行大小比较的神经元的活动强度会 减弱。例如，呈现一个数字( 如5 9 ) ，要求被试判断这个数字是大于还是小于一个 事先确定的数字( 如6 5 ) ，并尽快地按相应的键反应。结果显示，随着距离的增加， 反应时呈单调性递减( m o y e r & l a n d a u e r ，1 9 6 7 ；d e h a e n e & a k h a v e i n ，1 9 9 5 ； d e h a e n e ，1 9 9 6 ；t e m p l e & p o s n e r ，1 9 9 8 ；p i n e l 等，2 0 0 1 ：t u r c o n i 等，2 0 0 4 ；l i b e r t u s 等，2 0 0 7 ) 。f m r i 结果表明数字距离对包含i p s 中心、i p s 后部与楔前叶两侧的顶叶 回路上的激活有显著作用，这些区域的神经活动强度随着距离的增加而半单调地 减弱。最近还有研究表明，距离效应还激活更多的前额叶脑区，如扣带前回与脑 两南人硕十学伊论文 1 文献综述 岛，这可能与数字加工相关的冲突控制有关，不过，i p s 被证明在有冲突抑制的任 务中对数量的加工有具有独立性( l i u w a n g ，2 0 0 6 ；k a u f m a n n 等，2 0 0 5 ；d a n i e l 等，2 0 0 5 ) 。此外，在一些无明确任务要求如被动地观察一些在数量上变化的方块 组，也会出现距离效应，且与i p s 的激活相关( a n s a r i 等，2 0 0 6 ) 。 1 4 2 对中文数字和阿拉伯数字加工的研究 蔡厚德( 1 9 9 6 ) 用半视野速示术考察阿拉伯数字和中文大写数字在认读、简 单相加、奇偶概念异同判断三种任务加工条件下进行的大脑两半球机能活动一侧 化效应。结果表明在简单相加和奇偶异同判断任务中出现了符号效应，被试对中 文大写数字对( 如“陆”) 的反应时明显长于阿拉伯数字对( “6 ”) 的反应时。 另外，以正确率为指标，三种任务加工均没有出现明显的大脑半球优势；但以反 应时为指标时，奇偶概念异同判断任务却出现了差异显著的左半球优势。 c a m p b e l l 等( 1 9 9 9 ) 选取了中文英文的双语者为被试，采用中文与阿拉伯数 字为刺激材料，利用数字命名、数字比较、简单乘法计算( 数学知识提取) 三项 任务，考察了被试采用中文、英文两种不同语言进行回答时的反应时、错误率与 错误类型等。结果发现，在命名任务中阿拉伯数字与中文数字并没有显著差别， 但在比较与乘法任务中却发现了符号效应，阿拉伯数字却显著优于中文数字。这 表明数学形式对个体的数量化与知识提取过程具有直接的影响。 刘超，傅小兰( 2 0 0 4 ) 考察在注意( 注视点) 与非注意( 非注视点) 条件下数 字加工的距离效应和符号效应。采用小数( 1 4 ) 和大数( 6 - 9 )的中文与阿 拉伯数字为材料，以判断数字是否大于5 为任务。实验结果表明：在注意条件下， 大小数都出现了距离效应：而在非注意条件下，只有小数出现距离效应：而在注 意条件下，大小数都没有出现符号效应；而在非注意条件下，只有小数出现符号 效应，中文数字绩效显著好于阿拉伯数字。 刘超，傅小兰( 2 0 0 5 ) 分别采用内源性注意和外源性注意实验范式，材料为小 数( 1 - - - 4 ) 和大数( 6 9 ) 的中文与阿拉伯数字，任务为判断数字是否大于5 ，考 察在注意与非注意条件下不同大小数字加工的距离效应和符号效应。结果发现： ( 1 ) 在内源性线索和外源性线索的注意条件下，大小数都出现了距离效应；但在 非注意条件下，内源性线索时的大小数都出现了距离效应，而外源性线索时只有 小数出现了距离效应，大数的距离效应明显减弱或消失。( 2 ) 在内源性线索和外 源性线索的注意条件下，大小数都没有出现符号效