数字加工的研究综述

张德双

摘要： 数字在人们的工作和学习中有着重要的意义，也是儿童认知发展的一项基本能力。目前，数字加工的影响因素及数字加工基本效应，已成为数学心理学和认知心理学理论探讨和实证研究的中心问题。

关键词：数字加工；记忆；认知

一、数字加工的概念

Campbell（1992） 认为，数字加工是一种表征编码的组合，它包括理解和产生各种数字形式，通过各种微量的增加来数数、检索、计算和估计简单与复杂算术问题的结果。潘运认为，数字加工是对数字刺激进行数字表征的认知加工过程，是一个试图探讨数字和算术知识如何在记忆中被组织，以及这些知识是如何获取和应用的领域。金美贞（2010）提出数字加工是个体加工数字刺激，形成相应的数字心理表征，并运用其进行相应的认知加工的过程，如数字比较、数学运算、数字估计。

可见，数字加工是人对进入人脑中的数字信息进行重新整合的认知加工过程，包括对数字意义的认知、数学法则的运用及不同数字符号的相互转换。

二、数字加工的研究方法

目前，关于数字加工的研究主要围绕在算数认知和数字认知两大领域，下面简单介绍几种经典的研究范式。

（一）数字匹配任务

数字匹配任务主要用于研究数字的自动激活，任务中要求判断先后呈现的数字是否一致，如，屏幕出现两个数字（5和6），经过短暂间隔后，屏幕出现数字（如5、6或7），要求判断后呈现的目标是否是之前呈现过的。之后，Galfano将数字匹配任务扩展到运用乘法法则来激活之后呈现的两个数字，得到了相同的结果。

数字匹配任务充分利用短时记忆在数字加工中的作用，首先，个体将先前呈现的数字刺激储存在短时记忆里，然后做出与之前出现过的刺激是否一致的判断。但Jackson对此提出了质疑，认为在匹配过程中，自动加工和意识加工之间的界线是非常不清楚的。数字匹配任务对个体认知能力要求较低，只须辨认曾出现过的数字刺激是否再次出现，因此，该任务常作为考察简单数字加工能力的手段。

（二）自我报告任务

自我报告任务主要研究算术加工中问题大小、策略使用的问题。自我报告过程中要求个体在进行数量信息加工后立即说出自己所使用的策略。首先屏幕中央呈现一个算术问题，如“3和5哪个大？”待被试回答后，要求其立即报告他们在回答该问题上所使用的方法。Imbo为被试提供了四种策略：第一种，提取，即从机体已有记忆中获取解决方案，这种方法的前提是个体已有知识储备中具有解决该问题的答案，而不须要额外的思考；第二种，计数，即通过计算某些数量信息的倍数关系获取答案；第三种，转换，即通过运用相关法则、公式来寻找问题的答案；第四种，其他，猜测或不清楚自己使用的是何种策略。

自我报告任务可以清晰地展现个体数字加工的运算思维过程，有助于了解被试已有知识和经验对数量信息整合的影响，对于探讨数字加工能力的个体差异上效果明显。

（三）启动任务

启动指暴露于某些特定的刺激或事件而导致记忆或意识中的信息的可利用性提高。Ashcraft（1987）使用启动任务来研究数字信息加工中的易化和抑制效应问题。启动任务会影响个体的数量信息加工结果，正启动会易化加工结果，负启动会抑制加工结果。

启动任务中加入了中性条件，因此可以在数量信息加工中探测到抑制效应；启动任务能够区分问题编码机制和法则提取机制，区分两种机制可以使数字加工过程机制更清晰化。

（四）数字比较任务

数字比较任务主要用来研究数字信息加工的自动化问题及数字与空间特性的关系。数字比较过程中要求被试对序列数字与标准数字作比较。首先屏幕依次呈现探测数字（如，1～9但不包括5），被试的任务是把探测数字与5作比较，若探测数字比5小，用左右手中的一个按键反应；若探测数字比5大，则用另一只手按键反应。之后，数字比较任务被扩展到数字奇偶判断中，使得该范式更加系统化、科学化。

数字比较任务可以在短时间内为个体提供优质的数量加工空间，因此，通常作为考察年纪较小的儿童数字加工能力的主要手段。

三、数字加工的基本理论

研究者对数字加工的理论解释还尚未达成共识。下面简单介绍几种比较认可的理论。

（一）抽象代码理论

抽象代码理论认为，数字加工由三种功能独立的认知系统构成：负责编码数字输入的理解系统、计算加工系统和反应产生系统。认知系统之间的相互传递是通过一个抽象的、单独的语义数量代码来实现的。抽象代码理论强调数字加工所使用的代码是抽象的、分离的，这种抽象是通过分析与综合的途径，运用概念在人脑中再现对象的质和本质的方法，分为质的抽象和本质的抽象。

（二）优选进入编码理论

优选进入编码理论是建立在众多神经心理学个案的基础上产生的，该理论提出，人们在进行数量信息整合时，会倾向使用一种特定的编码方式。有些人倾向于视觉进入数量信息整合，而有些人则倾向于言语进入数量信息整合，方式不同，加工产生的效果不同。优选进入编码理论强调机体编码符号损坏的严重性，如果机体的符号转换编码受到损坏，那么符号信息若以该形式通过的都将受到破坏。

Seron 不赞同McClosky的语义数字表征的观点，指出，个体对数量信息的编码方式有自主选择性，当数量信息进入个体脑海后，将统一被转换为相同的代码。他从一个病人（NR）的研究中发现，该病人能够将所有的输入数字转换成一个数量表征和一个言语表征，而其他正常人则使用阿拉伯符号作为他们的优选进入代码。该结果说明数字加工并不一定是完全固定的系统来完成的，个体有优选的可能。

（三）编码复合体理论

编码复合体理论基于计算过程受数字编码过程影响的假设，提出数量信息加工整合化的观点，该理论认为个体在进行数量信息整合时存在一个编码复合体，问题的解决须要从编码复合体中整合有关题目的相关信息，如，视空间、言语和运动。此外，编码复合体理论非常注重计算的交互在信息整合中的重要地位。相互作用编码是建立在信息整合的前提下的。编码复合体整合是数字信息编码必要的加工工具，编码复合体整合的存在为信息传递和自动加工的形成提供便利。

（四）三重代码理论

Dehaene（2003） 在分析有关获得性计算障碍个案研究基础上，提出了三重代码理论。该理论认为信息加工是利用三种不同的代码方式进行的，第一种是数量的相似表征；第二种是言语理解表征；第三种是视觉阿拉伯数字形式的表征。第三种表征认为，数字是以肉眼呈现的一系列不同数字来体现的。以上可以看出，该模型指出，数学加工能力由三种不同功能的编码系统组成：数字认知系统、听觉的语言加工系统和视觉的数字加工系统。它们各司其职，相互配合。三重代码理论强调代码的确定性、标准化和稳定性，即特定的数字加工选择特定的代码方式进行。

四、数字加工研究的展望

第一，与认知神经心理学的技术相结合，如FMRI、PET和ERP技术。不仅可以从时间和空间两方面研究数字加工机制，而且可以了解数字加工过程对脑机制的影响，数据解释更全面。

第二，与观察法相结合。当前，关于数字加工的研究多采用实验室法，由于实验室实验严格控制了外部条件的影响，而忽视了个体在现实学习、生活中的具体表现，所以，可以与观察法相结合，用来补充实验室实验的缺陷。

第三，受试群体多样化。未来关于数字加工的研究可以选择一些特殊被试群体，例如，数学学习障碍儿童、注意缺陷多动障碍儿童、记忆障碍儿童等，用来解释这些特殊被试群体数字加工能力的高低、数字加工效应的表现状况及数字加工机制与其他机制（注意）的交互作用等问题，有助于更好地、有针对性地进行指导和训练，改善其数字加工能力弱的现状。

参考文献：

[1]J.D.Campbell，J.M.Clark.Cognitive number processing：An encoding complex perspective.In JID Campbell （Ed.）[M].The nature and origins of mathematical skills. Amsterdam： Elsevier， 1992：457-491.

[2]潘运.视觉注意条件下数字加工能力发展的实验研究[D].天津师范大学硕士论文. 2009， 6.

[3]金美贞，余芬芬，曹晓华.儿童数字加工绩效研究[J].人类工效学，2010， 16（2）：30-39.

[4]S.Dehaene，M.Piazza，P.Pinel，et al .Three parietal circuit its for number processing[J].Cognitive Neuropsychology， 2003， 20（3-6）： 487-506.