儿童、青年与老年人在知觉和高阶元认知监控上的年龄差异

《心理学》2023年第07期/儿童、青年与老年人在知觉和高阶元认知监控上的年龄差异【摘要】元认知是以监测和控制为核心的动态调节活动。本研究以9岁儿童、年轻人和老年人为研究对象，分别采用选点任务和词对学习任务，在知觉元认知和高阶元认知层次考察元认知监测和控制及其关系随年龄变化的特点。结果显示：(1)儿童的知觉元认知和高阶元认知监控能力大都低于年轻人；(2)老年人的知觉元认知能力与年轻人相似，但高阶元认知能力则低于年轻人；(3)老年人和年轻人一样能够在记忆监测中利用控制线索，而9岁儿童尚未表现出这种能力。本研究从发展的角度，支持了知觉元认知与高阶元认知能力具有领域特殊性的理论假设，并对监测和控制的关系发展进行了讨论。 1引言 元认知是对认知的认知(Flavell，1979)，它对学习过程进行监测和控制，对个体的认知发展有着重要的意义(Roebers&Schneider，2005)。元认知监测是个体对自己的能力、知识和认知表现的评估能力，可以通过绝对准确性和相对准确性来评估。绝对准确性是主观判断的任务表现与其实际表现间的差异，反映了个体对当前任务掌握程度的评估。相对准确性是个体对记得好和记得差的项目进行区分的能力(徐楚等，2017)。元认知控制是对认知活动的调控和管理，包括策略的选择和执行(Nelson&Narens，1990)。近些年，研究者将元认知进一步划分为：知觉元认知(perceptualmetacognition)和高阶元认知(higher-ordermetacognition)。前者以感知觉加工(如视觉判断等)为基础任务，后者则以高阶认知加工(如记忆检索、共情和心理理论等)为基础任务(Deroyetal.，2016；邓春婷，刘岩，2019)。对元认知能力的毕生发展研究涉及到不同的年龄阶段(Gouravajhalaetal.，2020；Steineretal.，2020)，但主要集中在高阶元认知上。 首先，儿童知觉元认知的研究较少。O’Leary和Sloutsky(2019)发现，7岁组儿童知觉监测的相对准确性和控制能力均好于5岁组，但不如成年人。高阶元认知(如记忆监测能力)的雏形在4岁左右出现(Liuetal.，2018)，在小学阶段有较快的发展(贾宁，代景华，2012)。相对于一至二年级的儿童，三至六年级的儿童在根据难度进行记忆监测时表现更好，他们预测自己在困难任务中正确回忆的可能性要低于简单任务(Koriatetal.，2009)。在控制能力上，小学二年级学生不能根据难度分配学习时间，而四年级儿童能够给困难的项目分配更多的学习时间。这种趋势随儿童年龄的增长变得更加明显(刘希平，方格，2005)。由此可见，三年级是儿童记忆监测和控制能力发展的关键时期(Koriatetal.，2009；Redshawetal.，2018)。由于知觉元认知的发展研究相对较少，为了便于比较，本研究将选择小学三年级学生(9岁左右)作为两个研究的儿童组样本。 其次，对于元认知的老化研究也主要集中在高阶元认知(如记忆监测)上。有研究发现，老年人的记忆监测能力出现了衰退，其绝对准确性比年轻人要低(Cauvinetal.，2019)。还有研究发现，在自定步调学习(根据自己的需要分配学习时间)时，老年人区分材料学习程度的能力(监测的相对准确性)也在下降(Danielsetal.，2009；Thomasetal.，2011)。而在学习时间固定的情况下，老年人元认知监测的相对准确性并没有下降(Hertzogetal.，2010)。这可能是因为相比固定时间学习，自定步调学习需要的认知资源更多，对老年人的要求也更高。相似的，对于元认知控制的老化研究也出现了不一致的结果。当选择时间只有1分钟时，老年人无法像年轻人一样根据记忆监测选择困难的项目进行重学(Price&Murray，2012)。但学习时间较为充沛时，老年人的表现与年轻人相似，他们能够根据记忆监测分配学习时间(Hinesetal.，2009)。这说明学习时间是否充足是影响老年人元认知控制的重要因素。综上，高阶元认知的老化研究相对丰富，但元认知监测和控制能力在老年阶段是否衰退仍存争议，这可能与学习时间是否可控，是否充足有关。而知觉元认知的老化特点尚未见系统研究。因此，本研究目的之一是考察老年人在知觉和记忆任务中元认知监测和控制的年龄特点。 对于知觉元认知和高阶元认知是否具有跨任务的领域一般性，不同研究者的看法存在差异。McCurdy等人(2013)和Song等人(2011)认为知觉元认知和高阶元认知能力是高度相关的，支持领域一般性假说(元认知能力在不同领域中都是通用的，不会因任务的不同而不同)。也有研究者认为二者并不相关，支持领域特殊性假说(特定领域的元认知只能解决特定的问题)(邓春婷，刘岩，2019)。本研究将通过比较不同年龄段个体知觉元认知和高阶元认知能力的发展变化趋势为该争论提供一定证据。如果元认知是一种领域一般性能力，那么它在知觉任务与高阶任务中的表现应该是相似的，二者发展变化的轨迹也应该是相似的；如果元认知是一种领域特殊性的能力，知觉元认知发展变化的轨迹与高阶元认知则可能不同。 除了关注不同类型元认知监测和控制各自的发展模式，我们还将进一步考察监测和控制之间关系的发展变化。Koriat等人(2006)提出元认知控制会影响监测过程。该模型认为，在自定步调学习中，个体在某一项目上花费的学习时间越长(控制)，就会认为该项目在之后回忆起来的可能性越低(监测)(Koriatetal.，2009)。有研究发现，从三年级开始，小学生利用元认知控制作为线索进行监测的能力随年龄增长逐步增强(Koriatetal.，2009)。相关的老化研究目前只有VonderLinden等人(2016)的实验。他们发现老年人在进行学习判断(学习者对学习内容在记忆测试中能够成功回忆出来的信心程度)时能够利用到元认知控制的线索。但他们的研究在经典范式(Koriatetal.，2006)的基础上给老年人提供了时间提示(即在30分钟之后的测试中，你认为自己能够正确回忆的可能性)，这可能会降低任务的难度。因此，本研究将采用经典范式，不给老年人提供时间提示，考察他们在进行学习判断时是否还能利用到学习时间的线索。 综上，本研究选取了小学三年级学生(9岁左右)，年轻人(大学生)和老年人为研究对象，考察知觉元认知和高阶元认知监测和控制的年龄差异，以及二者关系的变化模式。由于难度是体现元认知能力高低的重要变量(如具有较好元认知能力的个体会预测困难项目回忆准确性更低，进而分配更多时间进行学习)(Koriatetal.，2014)，两个实验均引入难度作为自变量。实验1使用知觉任务(选点)，考察不同年龄段个体知觉元认知监测和控制能力的差异。实验2使用记忆任务(词对学习)，除了比较高阶元认知的年龄差异外，还要考察监测与控制的关系模式随年龄的变化，即元认知监测时控制线索的利用情况。 2实验1知觉元认知监测和控制的年龄差异 2.1方法 2.1.1被试 儿童组被试来自大连市某小学三年级学生，共31人，在辨别正确率上删除3个极端值，有效被试28名，年龄范围8.8～10.4岁，平均年龄9.33岁。年轻人被试来自大连市某高校在校学生，共31人，在辨别正确率上删除一个极端值，有效被试30名，年龄范围18～27岁，平均年龄21.8岁。老年组被试来自大连市某社区，共32人，其中两名被试完成选点任务时从始至终只选择了一种颜色，分析数据时被删除，有效被试30名，年龄范围55～76岁，平均年龄64.87岁。 2.1.2实验设计 采用2(难度：简单vs.困难)×3(年龄：儿童vs.年轻人vs.老年人)的混合实验设计。其中，难度为组内变量，年龄为组间变量。因变量是辨别正确率、知觉监测的绝对准确性和相对准确性，以及元认知控制的表现。其中，辨别正确率用被试在辨别阶段正确反应的试次数除以总试次数。参考已有研究(O’Leary&Sloutsky，2019)，监测的绝对准确性通过被试对自己表现的评估减去其实际表现的绝对值的平均值来衡量，数值越小说明判断越准确。相对准确性：将被试在简单条件和困难条件下评估的正确率进行比较，用前者大于后者的人数除以总人数得到该群体监测的相对准确性水平，比例越高准确性越好。控制：被试选择简单任务的比例，比例越高控制能力越好。 2.1.3实验程序 参考O’Leary和Sloutsky(2019)的实验范式。使用MATLAB编制程序，刺激在电脑屏幕(14英寸，1366×768的屏幕分辨率)上呈现。流程如图1所示。 实验前告知被试在选择阶段自主选择点的颜色(红或蓝)，在辨别阶段会呈现相应颜色的点，要求其判断两个方框中哪个点数更多。实验共30个试次，辨别阶段判断正确一次得一分，判断错误一次扣一分，要求被试尽可能获得高分。 图1实验1流程图 选择阶段：屏幕两侧随机呈现红点和蓝点，要求被试通过鼠标任选一种颜色的点。红蓝两种颜色在辨别阶段中分别对应简单和困难两种难度水平，颜色和难度随机匹配。被试选择前不知道难度与颜色的对应关系。对于特定被试，在整个实验中颜色对应的难度水平始终保持不变。 辨别阶段：屏幕两侧出现灰色长方形。根据被试的选择，两侧的长方形里会呈现相应颜色的点。点消失后，要求被试判断哪一侧的点数多。简单条件下，左右两组点数的比值是1∶2，包括4∶8、5∶10、6∶12、7∶14、8∶16、9∶18、10∶20、11∶22、12∶24、13∶26。困难条件下，左右两组点数相近，包括9∶10、10∶11、12∶13、13∶14。 评估阶段：要求被试回答三个问题：(1)在辨别阶段，你认为自己选对多少次?年轻人选择百分比，儿童和老年人选择圆中阴影所占比例，均包括0、25％、50％、75％和100％；(2)选择蓝色进行的游戏，你认为自己对了多少次?(3)选择红色进行的游戏，你认为自己对了多少次? 2.2结果与分析 2.2.1辨别正确率 以难度和年龄为自变量，辨别正确率为因变量，进行重复测量方差分析。结果显示，难度主效应显著，F(1，85)=148.45，p＜0.01，=0.64，简单条件下辨别正确率显著高于困难条件。年龄的主效应，年龄和难度的交互作用均不显著，p＞0.05。 2.2.2元认知监测 以年龄为自变量，绝对准确性为因变量，进行单因素方差分析。结果显示不同年龄组在绝对准确性上没有显著差异，F(1，85)=0.11，p＞0.05。以年龄为自变量，相对准确性为因变量，卡方检验显示不同年龄组被试的相对准确性存在显著差异，(2)=8.33，p＜0.05。事后分析采用Z检验，并以Bonferroni校准p值。结果显示，年轻人和老年人的监测相对准确性好于儿童，p＜0.05，老年人和年轻人之间没有显著差异，p＞0.05。 2.2.3元认知控制 配对样本t检验发现，无论哪个年龄段的被试，和选择困难任务相比，都会更多的选择简单任务[儿童：t(27)=3.49，p＜0.01，Cohen'sd=0.67；年轻人：t(29)=6.41，p＜0.01，Cohen'sd=1.16；老年人：t(29)=2.49，p＜0.05，Cohen'sd=0.56]。以年龄为自变量，以选择简单任务的比例为因变量，进行单因素方差分析。结果显示，不同年龄之间差异显著，F(2，85)=3.14，p＜0.05，=0.07。事后分析发现，在选择简单任务比例上，年轻人高于儿童(p＜0.05)，和老年人没有显著差异(p＞0.05)。 综上，实验1主要考察了不同年龄段个体的知觉元认知表现。结果发现，儿童、年轻人和老年人知觉监测的绝对准确性没有差异，相对准确性和控制能力则随着年龄的增长而提高，在老年期没有出现明显的衰退。在实验2中，我们将考察与实验1相同年龄段个体在记忆监测和控制中的表现，从发展的视角对知觉元认知和高阶元认知的关系之争进行检验。同时，我们还将进一步探讨监测和控制之间关系的年龄变化模式，即元认知监测对控制线索的利用程度是否在不同年龄段存在差异。 3实验2高阶元认知监测和控制的年龄差异 3.1方法 3.1.1被试 儿童组被试来自郑州市某小学三年级学生，共35名，年龄范围9～10岁，平均年龄9.08岁；年轻人被试来自大连市某高校在校大学生30人，年龄范围18～25岁，平均年龄20.87岁；老年组被试来自大连市某老年活动中心，共33名，年龄范围60～96岁，平均年龄69.97岁。 3.1.2实验设计 采用2(难度：简单vs.困难)×3(年龄：儿童vs.年轻人vs.老年人)的混合实验设计。其中难度是组内变量，年龄是组间变量，因变量是回忆正确率、学习判断等级、监测的绝对准确性、相对准确性和元认知控制。其中，回忆正确率用回忆测试中正确的试次数除以总试次数。学习判断等级是每次学习词对之后被试评估自己能够正确回忆的可能性。监测的绝对准确性通过学习判断等级和回忆表现(百分比×100)之间差值的绝对值来衡量(Koriat&Bjork，2005)，值越大代表评估误差越大。监测的相对准确性采用斜率(slope)作为指标，用正确答案的信心判断平均值减去错误答案的信心判断平均值(Howie&Roebers，2010)，值越大说明相对准确性越好。元认知控制的指标是根据项目难度分配的学习时间(Koriatetal.，2014)，困难项目比简单项目分配的多则说明控制是有效的。 3.1.3实验材料 识记材料为中文线索一目标词对(共24对)，包括有意义联系(相关)词对和无意义联系(无关)词对，各12对。选取标准参考了周楚等人(2004)的研究。 3.1.4实验流程 参考经典范式(Koriatetal.，2009)，使用Eprime2.0编制程序，刺激在电脑屏幕(14英寸，1366×768的分辨率)上呈现。流程如图2所示。 学习和评估阶段：24个词对随机呈现，被试自定步调学习每一个词对。每学完一个词对后立即进行学习判断，即当出现左侧词语时，被试有多大把握能正确回忆出右侧词语。要求被试给出0～100的整十评估，数值越大，代表被试认为自己在之后进行回忆测试时正确回忆的可能性越大。 回忆测试阶段：屏幕上只呈现线索词，让被试自由回忆出目标词。年轻人自己输入目标词，儿童和老年人均是口头报告，主试进行记录。 图2实验2流程图 3.2结果与分析 3.2.1回忆正确率 不同年龄组被试行为反应的平均数和标准差见表2。以难度和年龄为自变量，回忆正确率为因变量，进行重复测量方差分析。结果表明，难度主效应显著，F(1，95)=401.61，p＜0.01，=0.81；年龄主效应显著，F(2，95)=20.04，p＜0.01，=0.3；难度和年龄的交互作用显著，F(2，95)=6.41，p＜0.01，=0.12。简单效应分析显示，无论是简单还是困难条件，年轻人的回忆正确率均好于儿童和老年人，p＜0.05。 3.2.2元认知监测 以难度和年龄为自变量，学习判断等级为因变量，进行重复测量方差分析。结果显示，难度主效应显著，F(1，95)=146.14，p＜0.01，=0.6；年龄主效应显著，F(2，95)=12.43，p＜0.01，=0.21；难度和年龄交互作用显著，F(2，95)=25.83，p＜0.01，=0.35。简单效应分析显示，简单条件下，三个年龄组的学习判断等级没有显著差异，p＞0.05；困难条件下，儿童和老年人的学习判断等级均显著高于年轻人，p＜0.01。 以难度和年龄为自变量，绝对准确性为因变量，进行重复测量方差分析。结果显示，难度主效应显著，F(1，95)=117.94，p＜0.01，=0.56，困难条件下的评估误差显著高于简单条件；年龄主效应显著，F(1，95)=8.91，p＜0.01，=0.2。采用Bonferroni进行事后分析，结果显示，年轻人的评估误差低于儿童和老年人，p＜0.01，儿童和老年人之间差异不显著。难度和年龄交互作用显著，F(2，95)=8.9，p＜0.01，=0.16，困难条件下，年轻人的评估误差低于儿童和老年人(p＜0.01)，老年人和儿童之间没有显著差异；简单条件下，三组的评估误差没有显著差异(p＞0.05)。 以年龄为自变量，斜率值(监测的相对准确性)为因变量，进行单因素方差分析。结果发现，年龄组间差异显著，F(2，95)=12.91，p＜0.01，=0.21。采用Bonferroni进行事后分析显示，年轻人的相对准确性要显著高于老年人和儿童，p＜0.05；老年人与儿童之间差异不显著。 3.2.3元认知控制 以难度和年龄为自变量，学习时间为因变量，进行重复测量方差分析。结果显示，难度主效应显著，F(1，95)=47.03，p＜0.01，=0.33；年龄主效应不显著，F(2，95)=0.79，p＞0.05；二者交互作用显著，F(2，95)=3.57，p＜0.05，=0.07。简单效应分析显示，三组均是在困难条件下的学习时间显著长于简单条件(p＜0.05)；但儿童组在不同难度上学习时间的差异(1.02)要显著小于年轻人(2.81)和老年人(1.99)，p＜0.5。这说明难度对儿童学习时间分配的影响程度要小于成年人和老年人。 3.2.4元认知监测与控制的关系 为了检验被试进行学习判断时是否可以利用到学习时间作为监测线索，我们将每个被试所有项目的学习时间排序，计算中位数上下学习判断的平均值(Koriatetal.，2006)，并进行比较。以学习时间(高于中位数vs.低于中位数)和年龄(儿童vs.年轻人vs.老年人)为自变量，学习判断等级为因变量，进行重复测量方差分析。结果显示，学习时间主效应显著，F(1，95)=28.73，p＜0.01，=0.23；年龄主效应显著，F(2，95)=12.54，p＜0.01，=0.21；学习时间和年龄交互作用显著，F(2，95)=3.24，p＜0.05，=0.064。简单效应分析显示，儿童在高于中位数和低于中位数下的学习判断等级没有显著差异，p＞0.05，而年轻人和老年人的差异是显著的，p＜0.01。这说明在进行学习判断时，儿童没能利用到学习时间线索，而年轻人和老年人则可以利用。 实验2表明，记忆监测的绝对准确性和相对准确性均随年龄增加先提高后下滑；元认知控制上，不同年龄段被试都能够根据材料难度的不同来分配学习时间。更重要的是，老年人和年轻人一样能够利用控制线索进行元认知监测，但9岁儿童并没有表现出这种能力。 4总讨论 4.1知觉元认知和高阶元认知的年龄差异 首先，我们比较了不同年龄段基础任务的表现。结果表明，在知觉层次的选点任务中，9岁儿童、年轻人和老年人的任务表现没有差异；而在高阶的记忆任务中，出现了回忆成绩先上升后下降的趋势，这与以往的研究结果是一致的(O’Leary&Sloutsky，2019；Siegel&Castel，2019)。 接下来，我们对知觉元认知和高阶元认知监测能力的发展(儿童)和老化(老年人)分别进行了分析。结果表明，无论是知觉元认知还是高阶元认知，无论是监测能力还是控制能力，儿童组的表现几乎都显著低于年轻人，这可能与青少年神经系统的发育进程有关，随着腹内侧前额叶皮质的不断成熟，元认知能力也会不断提升(Fandakovaetal.，2017)。但实验1也发现9岁儿童知觉监测的绝对准确性跟年轻人相似。儿童知觉元认知监测的绝对准确性和相对准确性发展趋势的差异可能与两个指标考察的能力不同有关。对知觉任务的实际表现进行评估时可利用的线索相对模糊，导致绝对准确性可提升的空间不大。而个体辨别学习程度不同的项目时(相对准确性)可以利用的线索较多。随着年龄的增长，线索的整合能力在逐步增强(Koriatetal.，2014)，所以监测的相对准确性会不断提升。 对老年人而言，知觉元认知监测的绝对准确性、相对准确性和控制能力均未出现明显的衰退，这可能是老年人多年经验积累的结果。但老年人高阶元认知(记忆监测)的绝对准确性和相对准确性都出现了下降的趋势。Cauvin等人(2019)也发现老年人记忆监测的绝对准确性出现了衰退。而老年人记忆监测相对准确性的下降则与Thomas等人(2011)和Daniels等人(2009)的研究结果是一致的。但也有研究表明，老年人和年轻人的相对准确性没有差异(Hertzogetal.，2010)。研究结果的不一致可能在于学习模式的差异。我们的研究，Thomas等人(2011)和Daniels等人(2009)的研究都采用了自我调控的学习模式。在该模式中，人们会不断监测自己的学习程度，并将目前的学习程度和自己心中的标准进行比较(Ackerman，2014)。而Hertzog等人(2010)则要求个体在固定时间学习，然后做学习判断。这种相对被动的学习方式对认知灵活性的要求比较低，可能因此没有探测到老年人相对准确性的衰退。另外，虽然老年人像年轻人一样能够根据不同难度的词对分配不同的学习时间(元认知控制)，但其回忆表现却显著低于年轻人，因此老年人元认知策略的利用效率还是在降低，这与Tullis和Benjamin(2012)的研究结果是一致的。老年人记忆监测和控制能力的下降可能与其神经系统的老化有一定关系。有研究发现，高阶元认知能力(基于记忆任务)与内侧前额叶关系密切(DoLametal.，2012)，而老年人额叶灰质的体积和白质的完整性都在下降(Ebaid&Crewther，2020)。 最后，通过对知觉元认知和高阶元认知发展特点的比较，我们发现二者虽然具有一定的相似性，但还是存在较大的差异。对儿童而言，二者的发展趋势较为相似，基本上都表现为随着年龄的增长而提高。但其老化的趋势却并不相同：知觉元认知监控能力并未出现明显的下降，但高阶元认知监控能力却均有一定程度的衰退。以往有研究发现知觉元认知和高阶元认知在神经机制上存在分离(McCurdyetal.，2013)，近些年有研究也表明，知觉元认知和高阶元认知能力并不相关(邓春婷，刘岩，2019)。因此本研究从发展的角度，进一步证实了知觉元认知与高阶元认知能力在任务水平上可能具有领域特殊性。但本