不同熟练度双语者非语言任务转换的差异<br/>——来自ERP证据*

不同熟练度双语者非语言任务转换的差异
——来自ERP证据*

2015-02-05姜淞秀刘兴宇七十三杨伊生

心理学报 2015年6期

姜淞秀李杰, 刘兴宇七十三杨伊生

(1内蒙古师范大学教育科学学院, 呼和浩特 010020) (2内蒙古自治区心理学重点实验室, 呼和浩特 010020)

1 前言

双语经验对认知能力的影响是语言认知神经科学关注的焦点问题。从积极影响角度看, 双语经验对个体中央执行功能具有促进作用, 会导致双语者在语言与非语言的认知任务中表现出优势效应(李莹丽, 吴思娜, 刘丽虹, 2012)。转换能力是中央执行功能具体体现的一个方面, 它涉及多种任务、操作或心理定势间的来回变化, 也称为认知灵活性(Miyake, Friedman, Emerson, Witzki, & Howerter,2000)。

关于语言转换能力的对比研究发现, 无论熟练还是非熟练双语者进行语言转换任务时, 转换序列的命名时间(语言产生)或按键反应时间(语言理解)皆比非转换序列的长, 研究者称之为语言转换代价(Meuter & Allport, 1999)。但熟练双语者在完成语言转换任务中的转换代价显著小于非熟练的双语者(Prior & Gollan, 2011 语言转换实验); 熟练双语者由一语转换到二语的转换代价与二语转换到一语的转换代价无显著差异, 表现为转换代价的对称性,而非熟练双语者从不熟练的二语转换到一语的转换代价显著大于从一语转换到二语的转换代价, 表现为转换代价的非对称性(Costa & Santesteban,2004; Costa, Santesteban, & Ivanova, 2006), 意味着熟练双语者更容易完成语言间的转换。语言认知心理学认为, 语言转换代价源于心理词典字词识别系统之外(Thomas & Allport, 2000; Orfanidou &Sumner, 2005), 语言转换的过程类似于任务转换的过程, 实际上是任务策略转换, 转换代价并非人类语言系统所特有, 而是完成直觉上相冲突的任务转换时所不可避免的普遍特征。近来, 来自脑功能成像的研究显示出执行非言语任务转换时会激活语言转换时的相应区域, 如左额下回、额叶中回、前扣带回和左尾状核(Price, Green, & von Studnitz,1999; Garbin et al., 2010; Hosoda, Hanakawa, Nariai,Ohno, & Honda, 2012), 这些研究都表明语言转换与任务转换过程可能存在相同的机制(崔占玲, 张积家, 2010)。

如果语言转换和任务转换的实质相同, 那么语言转换中必然会涉及到非语言任务转换中所需的执行功能或神经网络。也就是说, 双语者在语言使用中获得的优势势必会在非言语任务转换中表现出来。因此, 研究者开始聚焦于双语者在非言语任务转换中的特点研究。早期的研究始于双语儿童的维度改变卡片分类任务(Dimensional Change Card Sort task, DCCS), DCCS任务除了需要抑制控制能力外, 同时也需要被试在心理定势或任务中转换的能力。当对4～5岁的双语和单语儿童进行DCCS任务研究时, 发现双语儿童转换到新维度更具有优势(Bialystok, 1999; Bialystok & Martin, 2004)。研究者认为熟练或早期的双语者存在一种非特定控制机制, 由于双语者在日常生活中需要使用这一控制机制不断地管理两种语言, 因此这一控制机制得到了增强, 必然也会促进与之相关的非言语认知能力,并在相关任务操作方面表现出一定的优势效应(Bialystok, 2001)。

近来, 采用任务转换范式对双语者的非语言转换能力的研究结果表明, 同语言转换一样, 任务转换在两个任务间转换时也存在转换代价。对其来源的机制研究存在有三种观点：任务设置重构、任务设置惯性及刺激-反应联结竞争(黄四林, 林崇德,2009)。随着研究的深入, 研究者认为这三个理论可能分别发生在任务转换的不同时间阶段中, 共同影响任务转换代价。为了有效整合任务设置重构和惯性理论, 研究者提出了任务线索范式(Task-Cueing Paradigm)。该范式中包含两个线索, 每个线索对应一个任务, 根据线索提示进行相应的任务反应。这样可以分别操纵线索到刺激间的时间间隔(Cue-Stimulus Interval, CSI)和反应到线索间的时间间隔(Response-Cue Interval, RCI)观察转换代价的变化, 分别研究任务设置重构和惯性理论。任务设置重构也被称之为内源性准备过程, 强调执行控制在转换过程中的作用。该观点认为当转换到当前任务时, 需要进行一个任务设置的重构过程, 该过程包含转移注意, 抑制之前的任务设置, 激活当前任务设置, 将反应规则提取到工作记忆中以改变之前的反应规则, 正是这一额外过程产生了代价。研究者发现如果在进行转换前(即刺激出现前)有充分时间准备, 则转换代价显著减少, 即当CSI增加时,转换代价会减小, 当CSI大于600 ms时, 转换代价趋于渐近线, 转换代价不再减小, 基本完成内源性准备。Monsell和Mizon (2006)称这种减小现象为RISC (Reduction In Switch Cost, RISC)效应, 该效应被认为是内源性控制过程的指标。任务设置惯性强调前一任务设置激活的延迟效应, 其研究指标是RCI。Meiran, Chorev和Sapir (2000)分别操纵RCI和CSI, 发现两个间隔的延长, 转换代价都显著减少, 并发现当RCI大于600 ms后延迟效应会迅速消散。他认为二种形式减少的内在机制不同, CSI反映了对即将任务的准备, 而RCI反映了之前任务设置激活的延迟。Prior和MacWhinney (2010)使用任务线索转换范式要求英语单语和不同双语大学生(包括汉-英、韩-英、西班牙-英、俄-英、粤-英)根据两种不同的线索提示对刺激进行颜色和形状的判断任务, 线索到刺激出现的时间间隔为250 ms, 发现双语者在转换序列(trials)中双语者比单语者的反应时快, 重复序列中无差异, 双语者的转换代价显著小于单语者。Prior和Gollan (2011)使用同样的任务转换范式对日常语言间转换频率高的西班牙-英语双语者和转换频率低的汉-英双语者进行研究, 测试语言转换能力和非言语转换能力, 语言转换中要求被试根据线索对呈现的数字进行母语或二语命名, 非言语任务转换同Prior和MacWhinney(2010)的研究, 发现西班牙-英语双语者在语言转换和任务转换中转换代价皆小, 证实了Bialystok的观点。

但有研究提出Prior的研究范式存在一定缺陷,在常规的任务线索转换范式中, 任务转换时线索也是转换的; 而任务重复时线索也是重复的, 这样会使得任务转换与线索转换相混淆(Logan & Bundesen,2003; Mayr & Kliegl, 2003), 即转换代价混入了线索转换代价, 因此, 双语者的优势效应也许不是存在于任务转换方面, 而有可能是更易对线索进行编码解释或可能由于双语者更易从线索提示中获得警觉效应所致(Costa, Hernández, & Sebastián-Gallés,2008)。所以, 有研究者对实验范式进行改进, 提出线索任务2:1转换范式(task-switching paradigm with a 2:1 mapping between cues and tasks)。该范式有4个线索, 每两个线索对应一个任务, 从而将线索转换代价从任务转换代价中分离出来。Monsell和Mizon(2006)采用线索任务2:1转换范式开展了系列实验,在实验4中固定RCI的同时设置了两个CSI：140 ms和790 ms, 观察从短时CSI到长时CSI转换代价的减小效应, 即RISC效应。结果发现, 转换代价由短CSI时的192±13 ms下降至长CSI时的47±9 ms, 表明存在RISC效应, 转换代价随着CSI的增加而减小。这一结果表明由于线索任务2:1转换范式中, 线索在重复和转换序列中都是转换的, 使其任务转换代价不被线索转换混淆, 可以较好的测量出任务转换中的内源性准备效应。

作为行为层面的RISC效应证实了任务转换中转换代价的来源与内源性准备有关, 那么内源性准备的过程在大脑皮层的活动上是否存在差异？由于行为反应时的限制, 不能直接描述线索到刺激间的大脑活动时间进程特点, 即内源性准备在不同CSI上存在何种表现, 因此, 有研究者开始采用事件相关电位(Event-Related Potentials, ERPs)技术,以线索锁时事件相关电位为直接测量指标, 考察CSI期间的大脑皮层的时间进程特点。多数研究发现, 在任务重复和转换条件均存在一个正波, 但是转换条件相比重复条件, 线索呈现后约400 ms左右中央-顶区出现更大的差异正波, 将其命名D-Pos(Differential Positivity, D-Pos) (Nicholson, Karayanidis,Davies, & Michie, 2006)。该波反映了任务设置重构的过程(Karayanidis, Coltheart, Michie, & Murphy,2003; Nicholson, Karayanidis, Poboka, Heathcote, &Michie, 2005), 其幅值的大小表示内源性准备过程中消耗的认知资源的大小, 幅值越小消耗越小。Nicholson等(2006)采用线索任务2:1转换范式的ERPs研究发现, 在转换序列下线索出现后450到500 ms可观察到顶叶区域存在更大的正波, 可能是任务设置重构过程发生的表现。Verhoef, Roelofs和Chwilla (2009)使用ERPs技术, 采用线索任务2:1转换范式, 通过线索预示将要命名图片所使用的语言, 结果发现两个独立的内源性控制相关的ERP成分：线索出现后的200～350 ms时窗脑区后部发现的负波和350～500 ms时窗脑区前部的负波,他们认为双语者在进行语言转换时需要将注意力转移到当前目标语言, 激活目标语言, 并抑制非目标语言。

上述不同角度的研究说明, 语言转换过程会涉及到与任务转换时的内源性准备相似的过程, 那么熟练蒙汉双语者由于不断地在两种语言间转换, 是否会促使其在非语言任务转换的内源性准备过程中表现出优势效应？而非熟练汉英双语者日常生活中转换语言的频率低, 且未形成非特定的控制机制, 那么是否在非言语任务转换中的表现与熟练蒙汉双语者存在差异？除此之外, 尽管Prior的研究中已观察到双语者在非言语任务中存在优势效应,但并未从脑皮层水平探索这一优势效应究竟源于任务转换中哪一阶段, 而已有的微观脑层面研究多数考察的是双语者在执行语言任务中的特点。鉴于此, 本研究分别从行为和脑皮层两水平对比不同熟练度双语者在非言语任务中的转换能力差异及内源性准备是否是产生差异的机制。首先, 在行为学层面上参考线索任务2:1转换范式, 通过固定RCI并操纵CSI比较不同CSI转换代价的差异即RSIC效应, 探讨熟练蒙汉双语者与非熟练汉英双语者在非语言任务中是否存在优势效应的差异。如果存在差异, 那么熟练蒙汉双语者可能会表现出转换代价小于非熟练汉英双语者, 而这种差异的出现是否由于内源性准备方面造成的呢？如果是, 则可能熟练蒙汉双语者的RISC效应大于非熟练汉英双语者。其次, 采用时间分辨力精准的脑事件电位技术, 从大脑皮层活动角度进一步深入探查任务转换优势效应的差异原因是否源于内源性准备的不同。如果内源性准备不同导致优势效应存在差异, 那么熟练蒙汉双语者在内源性准备相关脑电成分D-Pos有别于非熟练汉英双语者, 在不同CSI时间设置方面表现出不同的时间活动特点, 进而为证明语言转换和任务转换所需的执行功能或神经网络具有重合性提供科学的参考依据。

2 行为实验

2.1 目的

采用线索任务2:1转换范式, 通过操纵CSI比较熟练双语者与非熟练双语者在不同CSI间的RISC效应, 以探索其转换能力方面的优势效应是否源于内源性的准备。

2.2 研究方法

2.2.1 被试

由于任务转换中涉及多个认知过程, 工作记忆在其过程中对规则的激活、刺激的编码和提取等具有很重要的作用(侯然, 2009)。在实验前对被试进行工作记忆容量和瑞文标准推理测验, 以确保被试在工作记忆容量和智力水平上的同质性。被试具体筛选流程如下：

(1)语言背景调查：包括被试的年龄、父母受教育的水平、家庭经济水平、母语、二语的习得年龄、使用频率、日常使用情况、汉语四级成绩、二语的相关考试成绩等, 并采用李克特七点量表对被试语言的听、说、读、写能力自评。

(2)工作记忆容量测试：采用顺序广度任务(Bialystok, 2009)对被试的工作记忆容量进行测试。顺序广度任务是让被试回忆随机呈现的10到99间的数字序列, 数字序列由小呈升序增大, 数字序列中的数字无重复。当连续两个序列错误时停止测试。每当正确回忆数字序列中的一个数字时得一分,其总分作为工作记忆容量。

(3)瑞文标准推理测验：中国修订版本。

根据上述筛选流程, 选取非数学专业的大三学生60名, 熟练蒙汉双语者和非熟练汉英双语者各30名。熟练双语者中蒙班和汉班各半。熟练双语者母语为蒙语, 二语为汉语, 且皆过汉语四级。非熟练双语者母语为汉语, 二语为英语, 且英语成绩均未过英语四级。所有被试的家庭经济水平为中等,且农村和城市居住的人数比例相当。所有被试的工作记忆测量都能很好的完成包含5个两位数字的序列, 但是无法完成包含6个两位数字的序列; 为了确保被试在智力水平上的同质性, 选取瑞文推理得分在50～54分的被试, 实验结束后给予所有被试一定报酬。被试情况如表1。

表1 不同熟练度被试情况(M±SD)

选择汉英双语被试进行对比, 是由于非熟练蒙汉双语者较少, 而且本研究主要关注不同语言间的转换频率差异带来的优势效应, 与两种语言的种类关联不强。类似研究中单语被试者实际上也是非熟练双语者(Prior & MacWhinney, 2010; 焦江丽, 刘毅, 王勇慧, 闻素霞, 胡炳政, 2013), 故本研究中的非熟练汉英双语者也可作为单语者。

2.2.2 实验设计

本实验为2(双语者类型：熟练双语者、非熟练双语者)×2(任务序列：转换、重复)×3(CSI：0、250、600 ms)三因素混合实验设计。双语者类型为被试间因素, 其他两个皆为被试内因素。因变量为反应时。

2.2.3 实验材料及任务

实验刺激为1、2、3、4、6、7、8、9这八个数字。实验线索为红、黄、绿、蓝色的方块, 红色和黄色方块表明下一任务为数字大小判断任务, 绿色和蓝色方块表明下一任务为数字奇偶判断, 预示任务的线索类型在被试间平衡。实验的任务为数字大小判断和数字奇偶判断。数字大小判断要求被试判断呈现的数字大于“5”还是小于“5”; 数字奇偶判断要求被试判断呈现的数字是奇数还是偶数。键盘上贴上相应的标签, 如果大于5则按“大”键, 如果小于5按“小”键; 奇数按“奇”键, 偶数按“偶”键。反应键与任务的对应关系被试间平衡。实验材料由Photoshop制成图片, 每个刺激图片均为600×400像素。实验程序由E-Prime编制。CSI为block间设计, 研究表明准备时间为block间设计时更易出现转换代价的准备效应(Altmann, 2004)。为平衡block顺序效应, 三个CSI分成三种顺序组：ABC、BCA、CAB。将被试随机分配到每组中。每个CSI的block内对应的实验序列伪随机, 控制相同任务trial连续重复不超过3个, 相同靶刺激不能连续重复出现。重复序列和转换序列各半, 两个任务也各半, 分三次进行, 每次48个, 共144个trials。正式实验时间为40 min左右, 中间安排休息。

2.2.4 实验程序

参考相关文献设置不同的CSI (0 ms, 250 ms,600 ms)时间间隔, 使得被试由无法准备到能够进行部分准备再到完全准备, 旨在观察随着CSI的变化, 熟练双语者和非熟练双语者的RISC效应的差异。为了防止任务惯性的影响, 且更好地与Prior和MacWhinney (2010)的研究进行比较, 将RCI设为1350 ms, 与其研究设置相同。具体实验程序如下：

被试坐于距电脑约70 cm处, 要求仔细阅读指导语, 并在完全理解指导语后, 将双手的食指和中指按照要求放在相应的按键上, 按键进入练习阶段。首先是单任务练习, 数字大小任务和数字奇偶任务各16个trials, 然后是两个任务混合的转换练习,练习包括32个trials。实验先呈现注视点“+”350 ms,接着空屏150 ms, 当CSI为0 ms时线索和刺激同时出现, CSI为250 ms时颜色线索呈现250 ms, CSI为600 ms时颜色线索呈现600 ms, 要求被试根据线索提示准备即将进行的任务, 然后呈现目标刺激,按照线索提示的任务进行按键反应, 反应后给予正确与否的反馈, 正确提示“√”, 错误提示“×”, 反馈呈现850 ms。如此循环, 直到正确率达到90%后,进入正式实验, 正式实验不给予反馈。

表2 熟练和非熟练双语者任务转换的平均反应时和标准差(M±SD)

2.3 结果分析

为了控制教育背景对实验的影响, 选取的熟练双语者包含汉班和蒙班的学生, 并对两者的语言转换和任务转换的表现进行比较, 结果发现两者在反应时和正确率方面皆无显著差异, 故将两者数据合并与非熟练双语者进行比较。

被试的数据做如下处理：删除错误及其后一个trials, 删除大于3000 ms小于250 ms的数据, 删除2个标准差以上数据,平均反应时和正确率见表2。

反应时三因素混合设计方差分析：双语者类型主效应不显著,

(1, 58) = 2.96,

> 0.05; 任务序列主效应显著,

(1, 58) = 500.15,

< 0.001,

= 0.90,转换序列的RT大于重复序列的; CSI主效应显著,

(2, 116) = 144.24,

< 0.001,

= 0.713, 多重比较的结果显示：CSI为0 ms的RT显著大于CSI为250 ms和600 ms,

< 0.001; CSI为250 ms的RT显著大于CSI为600 ms,

< 0.001; 三者交互作用不显著,

(2, 116) = 2.22,

> 0.05; 任务序列与双语者类型的交互作用显著,

(1, 58) = 6.49,

< 0

05,

=0.101; CSI与双语者类型交互作用显著,

(2, 116) =4.95,

< 0.05,

= 0.08; 任务序列与CSI交互作用显著,

(2, 116) = 46.76,

< 0.001,

= 0.45。对任务序列与双语者类型交互作用进行简单效应分析表明：转换序列条件下熟练双语者RT显著小于非熟练双语者,

< 0.05。对CSI与双语者类型交互作用进行简单效应分析表明：250 ms时熟练双语者RT显著小于非熟练双语者,

< 0.05。

对转换代价进行双语者类型(熟练双语者、非熟练双语者)×CSI (0、250、600 ms)重复测量方差分析：CSI主效应显著,

(2, 116) = 46.76,

< 0.001,

= 0.71, 多重比较的结果显示：CSI为600 ms的转换代价显著小于CSI为0和250 ms,

< 0.001;CSI为0 ms的转换代价与CSI为250 ms差异不显著,

> 0.05。双语者类型主效应显著,

(1, 58) =6.49,

< 0.05,

= 0.10, 非熟练双语转换代价大于熟练双语者; CSI与双语者类型交互作用不显著,

(2, 116) = 2.22,

> 0.05。

对RISC效应进行双语者熟练类型(熟练双语者、非熟练双语者)×RISC效应的时间间隔(0～250 ms,250～600 ms)重复测量方差分析：双语者类型主效应不显著,

(1, 58) = 0.48,

> 0.05, RISC效应的时间间隔主效应不显著,

(1, 58) = 1.51,

> 0.05, RISC与双语者类型交互作用显著,

(1, 58) = 4.71,

<0.05,

= 0.08, 简单效应显示：0～250 ms的RISC效应熟练双语者显著大于非熟练双语者,

< 0.05。

正确率三因素混合设计方差分析：双语者类型效应不显著,

(1, 58) = 0.01,

> 0.05; 任务序列主效应显著,

(1, 58) = 6.50,

p <

05,

= 0.10, 转换序列的ACC小于重复序列的; CSI主效应显著,

(2,116) = 16.92,

< 0.001,

= 0.23, 多重比较结果显示：CSI为0 ms的ACC显著小于CSI为250 ms和600 ms,

< 0.001; CSI为250 ms的ACC显著小于CSI为600 ms,

< 0.001; 所有的交互作用都不显著。

2.4 讨论

由实验结果可知, CSI为250 ms时熟练双语者无论是转换序列还是重复序列的RT都比非熟练双语者的快, 并且转换代价也比非熟练双语者的小,这表明熟练双语者相比于非熟练双语者存在优势效应。但是更重要的是CSI从0 ms到250 ms期间的RISC效应, 熟练双语者更大, 即当进行准备时熟练双语者的转换代价下降地更大。这表明熟练双语者在内源性准备中获利更多, 表现出优势效应。为了能够得到更直接的证据, 采用ERPs观察CSI期间的线索锁时事件相关电位成分。

3 脑电实验

3.1 目的

使用ERPs技术考察线索到刺激出现的时间间隔期间(CSI)的大脑活动的信息, 以探寻熟练和非熟练双语者在内源性控制过程中脑神经元活动特点。

3.2 研究方法

3.2.1 被试

选取方式同实验1：熟练和非熟练双语者各11名。

3.2.2 实验设计

本实验为2(双语者类型：熟练双语者、非熟练双语者)×2(任务序列：重复、转换)×3(前后脑区：额叶、中央和顶叶)三因素混合实验设计。其中双语者类型为被试间因素, 任务序列、前后脑区为被试内因素。因变量为D-Pos的平均波幅。根据相关文献前后脑区选择额叶、中央区和顶区三个区域(Jost, Mayr, & Rösler, 2008), 为了更好地观察和比较不同线索到刺激的时间间隔中的大脑活动特点,将CSI设置为250 ms和750 ms。

3.2.3 实验程序及实验材料

实验程序、材料、被试反应方式同实验1。

3.3 数据记录与分析

3.3.1 ERPs数据记录

脑电数据通过德国BP公司生产的64导电极帽和脑电记录系统进行收集。记录参考电极为Reference点, 接地点为FPz和Fz的中点。在右眼上下放置电极, 记录垂直眼电(VEOG)。所有信号的采样率为500 Hz, 滤波带宽为0.01～40 Hz, 头皮与电极的接触电阻均小于5 kΩ。

3.3.2 ERPs数据分析

连续记录脑电数据, 将原始数据使用BP公司的Vision Analyzer Software (Version 2.0)软件进行离线分析。具体步骤如下：将记录参考电极转为TP9和TP10的平均参考; 去除眼电伪迹, 采用低通30 Hz进行滤波, 以线索呈现前200 ms到线索呈现后1000 ms为标准进行分段, 用线索呈现前200 ms的脑电作基线矫正。对同类数据进行叠加处理, 经过基线矫正和平均后得出每个被试在线索呈现后的平均脑电波形。

根据D-Pos的相关文献选取几个电极代表脑部的三个区域进行统计分析：额区(Fz、F1、F2)、中央区(Cz、C1、C2)、顶区(Pz、P1、P2)。进行2(双语者类型：熟练双语者、非熟练双语者)×2(任务序列：重复、转换)×3(脑区：额叶、中央、顶叶)三因素方差分析, 并进行Geisser-Greenhouse校正。

3.4 结果分析

线索到刺激间的时间间隔分别为250 ms和750 ms时的ERP示意图, 如图1和图2。图1中可以发现CSI短时(250 ms), 线索锁时的ERP成分与刺激锁时的ERP成分重合, 但依然在线索出现后的400 ms左右出现了一个正波。CSI长时(750 ms), 线索出现后的400 ms左右出现了一个正波。

(1) CSI为250 ms时的线索锁时的ERP分析：对D-Pos的平均波幅进行分析, 表3为熟练和非熟练双语者在CSI为250 ms条件下不同脑区的平均波幅。

图1 CSI为250 ms时熟练双语者和非熟练双语者不同脑区的平均波形图

图2 CSI为750 ms时熟练双语者和非熟练双语者不同脑区的平均波形图

表3 CSI = 250 ms时熟练和非熟练双语者不同脑区的D-Pos平均波幅(µv)

表4 CSI = 750 ms时熟练和非熟练双语者不同脑区的D-Pos平均波幅(µv)

三因素方差分析显示：任务序列主效应不显著,

(1, 20) = 0.14,

> 0.05; 脑区主效应显著,

(2, 40) =5.29,

< 0.05,

= 0.21; 多重比较得出：顶区的平均波幅显著大于额区和中央区,

p <

05, 额区和中央区差异不显著,

> 0.05。双语者类型主效应显著,

(1, 20) = 4.95,

p <

05,

= 0.20, 熟练双语者平均波幅小于非熟练双语者; 脑区和任务序列交互作用显著,

(2, 40) = 4.82,

p <

05,

= 0.19; 其他交互作用不显著。对脑区和任务序列交互作用做进一步的简单效应分析得出：转换序列和重复序列在顶区差异显著,

< 0.05。

(2)CSI为750 ms时的线索锁时的ERP分析：熟练和非熟练双语者在CSI为750 ms条件下不同脑区的平均波幅, 见表4。

三因素方差分析显示：任务序列主效应不显著,

(1, 20) = 0.094,

> 0.05; 脑区主效应显著,

(2, 40)= 32.04,

< 0.001,

= 0.62, 多重比较得出：顶区的平均波幅显著大于额区和中央区,

< 0.001, 中央区的平均波幅显著大于额区,

< 0.05; 双语者类型主效应显著,

(1, 20) = 5.02,

< 0.05,

= 0.20,熟练双语者的平均波幅小于非熟练双语者; 脑区和任务序列交互作用显著,

(2, 40) = 22.88,

< 0.001,

= 0.53; 其他交互作用不显著。对脑区和任务序列交互作用做进一步的简单效应分析得出：转换序列和重复序列在额区和顶区差异显著,

< 0.05。

3.5 讨论

从结果可以看出, 无论线索到刺激间的时间间隔是长还是短, 都可以发现线索出现后的400 ms后引发了一个ERP成分——D-Pos (尽管线索到刺激间的时间间隔为250 ms时, 线索引起的正波和刺激引起的正波重叠)。非熟练双语者的D-Pos的平均波幅显著的大于熟练双语者。这可能说明非熟练双语者在线索到刺激的时间间隔中, 需要耗费更大的认知资源进行内源性准备。

4 综合讨论

本研究旨在从行为层面和脑电层面探究熟练双语者的非语言任务转换优势是否来源于内源性准备过程。为了与Prior的研究中的概率保持一致,避免由于概率的不同而造成实验结果的不同。本研究中的范式类似Monsell和Mizon (2006)研究中的实验4, 删除了线索重复任务也重复的条件, 保留线索转换任务重复和线索转换任务转换这两种情况, 并且任务重复和任务转换的概率为50%。另外为了使工作记忆的负荷降为最低, 本研究采用了非重叠反应映射, 即每个任务都由一只手反应。

在行为实验中设置了三种CSI：(1) 0 ms, 即线索出现后立即呈现刺激, 被试无法进行内源性的准备; (2) 250 ms, 可以进行内源性准备但无法完成准备。(3) 600 ms, 内源性的准备基本可以完成。实验结果显示, 无论熟练双语者还是非熟练双语者的转换代价都会随着CSI的增加而逐渐减少, 证实了Monsell和Mizon (2006)的研究结果, 并验证线索任务2:1范式能够作为测量内源性准备的实验范式。对于熟练双语者和非熟练双语者在不同CSI间的比较发现, 当CSI为0 ms时, 即无法进行内源性的准备时, 熟练双语者无论转换序列还是重复序列都比非熟练双语者的反应时快, 但两者未达到显著性差异。直到CSI为250 ms时, 这种显著性才表现出来。而当CSI为600 ms时, 由于可以进行充分的准备, 这种显著性消失。对转换代价的比较发现,相比于非熟练双语者, 熟练双语者的转换代价在CSI为250 ms时转换代价更小。最重要的是RISC效应的比较, 当CSI从0 ms到250 ms时熟练双语者的转换代价下降的更大, 由100 ms下降至63 ms,RISC效应更大; 而非熟练双语者则由105 ms下降至95 ms, 转换代价几乎没有下降。而当CSI从250 ms到600 ms时, 两组双语者的转换代价都下降较大, 未达到显著性。

上述结果表明熟练双语者在内源性准备方面确实存在优势, 当两组被试无法进行准备时, 两组被试的转换代价都很大, 而当CSI为250 ms时, 可以进行部分准备时, 熟练双语者的转换代价下降更大, 在准备期间获利较多, 而当600 ms时内源性基本完成, 非熟练双语者也可以很好的进行内源性准备, 这时两组被试的差异显著性消失。行为实验表明即使在需要认知资源较多的任务间转换, 转换频率高的熟练双语者比转换频率低的非熟练双语者的表现更好, 符合实验预期。但实验中发现CSI为250 ms时, 无论是转换序列还是重复序列, 熟练双语者的RT都更快, 这与Prior和MacWhinney (2010)的研究部分一致。Prior的研究中发现转换序列的反应时存在差异, 而重复序列不存在。其原因可能是由于本研究采用线索任务2:1范式, 当任务重复时线索也是转换的, 而Prior的研究中任务重复时线索也是重复的, 因此本研究中即使在任务重复序列中, 可能也需要一定的内源性准备, 但该过程比转换序列容易, 所以依然是熟练双语者的反应时更快。另外, 也许是由于熟练双语者更易从线索提示中获得警觉效应(Costa et al., 2008), Prior的研究中任务重复时线索也重复使得熟练双语者警觉优势效应没有得到体现, 而本研究中的范式使这一效应表现出来, 未来将进一步进行验证研究。

从脑电数据结果来看, 实验中ERPs波形图显示当CSI为250 ms时, 线索锁时与刺激锁时成分发生重叠, 这一现象与任务转换的ERPs研究一致(Jost et al., 2008; Nicholson et al., 2006)。波形图显示无论CSI为250 ms还是750 ms, 重复和转换序列中线索出现后400 ms左右都引发了一个正波,反映了预先任务设置重构的过程, 例如初始化新的任务设置等(Nicholson et al., 2005; Nicholson et al.,2006)。其幅值的大小表示内源性准备过程中消耗的认知资源的大小, 幅值越小消耗越小。比较熟练和非熟练双语者的D-Pos波幅差异发现, 无论CSI为250 ms还是750 ms, 非熟练双语者D-Pos的平均波幅要显著的大于熟练双语者, 可能说明CSI为250 ms时, 无法进行充分准备, 非熟练双语者相比于熟练双语者需要耗费大量的认知或注意资源。当CSI为750 ms时, 能够充分的准备时, 非熟练双语者尽管可以完成内源性的准备, 但是依然需要消耗大量认知资源才能在行为层面上达到与熟练双语者相似的表现。

综合实验数据来看, 当CSI从250 ms增至600 ms时, 熟练双语者降幅比非熟练双语者大, 但RISC效应未达到显著性差异。然而, 脑电层面的结果却发现在CSI为750 ms时D-Pos的平均波幅存在显著性差异, 即熟练双语者小于非熟练双语者。这表明当CSI增至可完全进行充分准备时, 在宏观的行为层面仅显示出两种双语者RISC效应上存在差异的趋势, 然而脑电的数据结果却证实了显著性差异的存在, 即熟练双语者在内源性准备方面比非熟练双语存在优势的差异性可在微细、精确的大脑皮层活动方面寻找到更客观依据。因此, 无论行为指标RISC效应还是脑电层面上D-Pos成分的对比, 均表现为熟练双语者在内源性准备中获利更多, 从行为与脑电两水平证实内源性准备可能是熟练双语者优势效应的原因之一。

上述实验结果符合双语表征竞争加工假设的理论。在日常交流过程中, 双语者的两种语言表征都处于激活状态, 为了有效的表达和交流, 他们需要有意识地选择目标语言和持续性地抑制非目标语言。而任务转换的内源性准备过程中, 也需要对之前反应规则进行抑制, 选择和激活当前的反应规则, 将注意力转移到当前任务。因此, 语言转换和任务转换过程中可能涉及同样的执行功能或神经网络, 而熟练双语者由于日常生活中的大量练习,使其在非语言任务转换内源性控制过程中表现出优势效应。将本研究行为与脑电结果综合起来, 说明熟练双语者在一般操作任务的早期表现出更大的效应(250 ms), 而心理活动过程早期阶段的转移注意、抑制等认知力是执行控制的组成成分, 语言转换的特定经验可能促进了这些认知力的提高, 进而在一般非语言任务中表现出共同认知资源的优势效应。即双语经验对个体中央执行功能的促进作用具有一般性和非特异性特点。

实验结果显示任务序列主效应不显著, 尽管转换序列的幅值比重复序列的大, 但并未达到显著性。有研究表明根据任务情况(例如, 任务难度的增加)重复序列也会有与转换序列相似程度的准备过程的参与(Kiesel et al., 2010), 而本实验存在4个线索, 任务难度比单线索的任务大, 因此可能导致任务序列主效应不显著。

此外, 值得进一步思考的问题是, 既然语言控制过程中会涉及到执行控制, 那么是否可以在语言教学过程中, 引入执行功能训练来促进二语的学习。自从认知可塑性概念出现后, 随着执行功能研究的发展, 执行功能已成为认知干预的一个新的目标能力, 对执行功能各成分的训练和干预研究正逐渐成为研究焦点。目前关于二语学习的训练多集中在元认知策略的训练, 根据执行功能发展的年龄特征, 采用何种执行功能训练以及如何在语言环境中进行执行功能训练, 这些问题都是未来需要深入研究的。

5 结论

行为实验发现熟练双语者存在转换优势效应,且熟练双语者在CSI从0 ms到250 ms的RISC效应更大, 说明这种优势效应可能源于内源性准备;脑电层面的研究表明优势效应存在于内源性准备过程, 在时间进程方面显示出不同差异。

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