SNARC效应研究进展述评：基于研究方法视角

张裕鼎 谭玉鑫 张 翀

(湖北大学， 湖北 武汉 430062)

日常生活中，我们无时不刻都在与数字打交道。于是，“人脑是如何表征和加工数字的？”这一问题引起了心理学家的浓厚兴趣，而数字与空间的关系正是其中一个重要方面。Galton于1880年最早发现人们倾向于利用空间特征来描述数字大小及其变化。例如，有人用带箭头的垂直或水平的直线来表示数值大小；有人通过空间距离来表示数值大小之间的差异；也有人根据线段的长短来表示数值大小等。但数字与空间关系问题的研究长期以来缺乏实质性进展。直到1990年，Dehaene等人采用大小判断任务进行实验研究，结果发现当数字大小与空间位置反应(左、右手)一致时(小数用左手反应，大数用右手反应)，反应速度明显快于不一致时(小数用右手反应，大数用左手反应)[1]。此后,Dehaene等人又采用奇偶判断任务进行研究，发现左手对小数反应较快、右手对大数反应较快的结果再次出现[2]。于是，他们便把这种数字与空间的关联称为“空间数字反应编码联合(Spatial Numerical Association of Response Codes)”效应，简称SNARC效应。

目前，有关SNARC效应起源、特点、影响因素、理论模型、发生阶段、脑机制等方面的研究正不断深入，已经成为数学认知研究的一大热点。相关研究综述也开始出现。如，潘运等综述相关研究发现，SNARC效应主要受数字刺激、空间信息、文化因素和年龄特点等因素的影响[3]。但以往有关SNARC效应的综述，多以研究主题进行组织，基于研究方法的考察尚不多见。因此，本文拟从研究方法的视角考察SNARC效应的最新研究进展，并梳理主要争议问题，为未来研究提供有益的启示。

一、基于不同研究方法的SNARC效应研究进展

(一)行为学实验法

自SNARC效应提出以来，大部分研究者均采用行为学实验法进行研究，其因变量指标主要是反应时和正确率。所采用的研究范式可分为直接探测范式和间接探测范式。直接探测范式主要是指Dehaene采用的大小判断范式和奇偶判断范式[1-2]，右手对大数的反应更快，左手对小数的反应更快，即直接表明了数字表征的空间特性，也正是他们首次把这种数字与空间的关联命名为“SNARC效应”。间接探测范式包括任务转换范式，即与任务重复相比较，任务转换导致反应时明显增长；Fischer范式，即先给被试呈现一个与任务判断无关的数字(如1、2、8或9)，接着在视野左侧或右侧呈现一个无意义方块，要求被试对无意义方块作出反应，结果发现当小数字(1和2)出现在注视点位置时，被试对呈现在视野左侧方块的反应更快，而当大数字(8和9))出现在注视点位置时，被试对呈现在视野右侧方块的反应更快，表明对小数字的加工能够自动激活左侧空间注意，对大数字的加工能够自动激活右侧空间注意，间接证明数字加工能够引起空间注意的自动分配[4]；此外还有Gevers范式、刺激分类范式、暂时顺序判断任务等。

基于大量的行为学实验，研究者提出了SNARC效应的理论模型。对此，主要有两种解释——视觉空间编码(Visuospatial Coding)理论和言语空间编码(Verbal-spatial Coding)理论。视觉空间编码理论以心理数字线(Mental Number Line)来解释SNARC效应，即认为人们在头脑中把数字表征为一条从左到右的线，小数在左，大数在右，如此，才出现了左手对小数的反应较快,右手对大数的反应较快的现象[2]。奇偶判断任务和找中点任务中都出现了SNARC效应(找中点任务表现为用X组成的字符串能准确找到中点，用阿拉伯数字2和9组成的字符串找到的中点分别偏左和偏右)。这说明即使任务与数字大小没有直接关系，只要任务中存在与数字大小有关的信息，心理数字线表征就会被自动激活。但心理数字线模型也具有不稳定性。如Bächtold等发现，把数字当成直尺上的刻度时，存在SNARC效应；而把数字看成钟表上的时刻时，SNARC效应发生了反转[5]。由于钟表上的时刻是顺时针、数字由小到大环形排列的，所以用心理数字线模型难以解释这一现象。

言语空间编码理论包括极性编码理论和双路线模型。极性编码理论由Procter等于2006年提出，即在SNARC效应中，水平方向上,“小”和“左”同属负极(-)，“大”和“右”同属正极(+)；垂直方向上，“小”和“下”同属负极(-)，“大”和“上”同属正极(+)[6]。Santens和Gevers采用“远”“近”按键反应，发现对大数做出“远”的反应更快，对小数做出“近”的反应更快[7]，这支持了极性编码理论。但这一理论仍然难以解释上述找中点任务中的现象。双路线模型是由Gevers等于2005年提出的。他们认为，数字编码中存在两条路线，一条是自动对刺激和反应早先存在的联系进行编码的“快速无条件路线”，另一条是根据任务要求，为反应提供映射的“慢速条件路线”。随着刺激的呈现，两条路线都会被激活。双路线模型认为SNARC效应发生在反应选择阶段[8]。但是，Fischer等采用不涉及反应选择的一个探测任务 ，同样发现了SNARC效应。这一结果表明，SNARC效应中的数字-空间一致性不仅发生在反应选择阶段，还可能延伸到早期的认知加工阶段。所以，Wood等认为应该丰富双路线理论[9]，以便其还能解释发生在早期认知加工阶段的SNARC效应[10]。

可见，有关SNARC效应的行为学实验在某种程度上直接或间接证明了数字的空间表征特性，但其理论模型仍存在争议，需要进一步加以验证。

(二)眼动研究法

近年来，心理学家开始重视眼动与认知之间的关系，眼动技术已被广泛应用于阅读心理、工业心理、广告与消费心理、交通心理、航空心理、体育心理、发展与教育心理(含数学认知)、进化心理等领域的研究。眼动研究不仅可以完整地描绘被试在各个位置的注视轨迹，还可以通过划分兴趣区分析被试对各区域内容的关注度和加工深度。由于眼动反映的是人脑的信息加工过程，眼动模式的特点与脑的信息加工有着密切的关系，因此眼动方法能够为心理学研究提供更可靠的指标。

在SNARC效应的眼动研究中，通过眼动指标和逻辑推理，初步得出了该效应发生在独立于加工呈现方式与反应器的反应选择阶段的结论。在此基础上，司继伟等采用点阵作刺激、眼动作反应发现了SNARC效应[11]。而杨金桥等采用点阵作刺激、左右手按键作反应没有发现SNARC效应[12]。2015年有研究发现了数字与空间映射中的眼动共振效应，指出数字加工是一个眼动与数字理解同时发生的过程，进一步证明了眼动与数字加工之间的关系[13]。这些研究显示，眼动可能是研究SNARC效应更为敏感而可靠的方法。

针对数字加工过程中的数量表征方式，研究者提出了抽象编码模型、三联体模型、多元编码模型。这三个模型争论的焦点在于数字加工过程中不同数字符号的数量是否以单一抽象的编码方式进行表征。受到这一争论的影响，SNARC效应中存在的一些不一致问题也日益突显。例如，SNARC效应是发生在晚期反应的选择阶段还是执行阶段，说法不一。为此，Schwarz和Keus采用眼动方法进行了研究。如果SNARC效应必须由反应手的位置和数字的大小信息对应的心理数字线的位置共同引起，那么采用眼动反应的实验中就不会出现SNARC效应，但结果出现了SNARC效应[14]。这似乎说明SNARC效应发生在刺激呈现后的表征阶段，即反应选择阶段，而不是反应执行阶段。

鉴于眼动指标的准确性和高效性，SNARC效应的研究逐步扩展到偏常人群。有研究发现，即使是三年级数困儿童也表现出明显的SNARC效应[15]。蔡永刚等人考察了听障人群在数量大小比较任务中对四种类型符号(阿拉伯数字、中文数字、手语数字和点阵)进行数量表征的特点，结果发现听障人群的数量空间表征能力受到认知策略和灵活性以及注意水平等因素制约，落后于健听人群[16]。

尽管眼动研究有很多优点及光明的前景，但SNARC效应眼动研究范式还有待探索与改进。

(三)脑电研究法

随着认知神经科学的发展，脑电在心理学研究中的应用越来越广泛。事件相关电位(Event-Related Potential,ERP)是一种特殊的脑诱发电位，是通过有意地赋予刺激特殊的心理意义，利用多个或多样的刺激所引起的脑电位变化，它反映了认知过程中大脑的神经电生理变化。鉴于认知脑电位能够提供可视化的证据，它被视为一种可靠的研究方法。SNARC效应发生在认知加工的哪个阶段一直存在争议，而脑电研究方法无疑在解决这些争议的过程中起了重要作用。

Dehaene和Tlauka认为SNARC效应发生在早期刺激呈现阶段。在此阶段，数字呈现的空间位置和数字大小信息对应的心理数字线的位置共同作用于SNARC效应，而与反应方式无关。当数字呈现的空间位置和数字大小信息对应的心理数字线的位置一致时，反应时更短。同时，还发现改变反应的方式和类型，不会影响SNARC效应的出现[17]。主张SNARC效应发生在晚期反应阶段的研究者认为，是数字大小信息在心理数字线上的位置和反应手的位置共同引发了SNARC效应，且与数字呈现的空间位置无关。这两种观点之间的分歧，是由于缺少在同一实验中综合考虑刺激位置和反应方式的研究。于是，Keus 和Schwarz改进实验程序，刺激位置采用中央与单侧两种条件，反应方式通过手和语言两种方式进行研究。结果表明，刺激位置并不影响空间表征的形成过程，即不影响SNARC效应[18]。也有眼动研究表明，SNARC效应发生在刺激呈现后的表征阶段，即反应选择阶段，而不是反应执行阶段[19]。

上述研究主要是基于行为学实验数据进行理论推测，大致说明了SNARC效应发生的阶段，未能进行较精确的时间定位。因此，需要借助脑电进行进一步的研究。Keus采用脑电技术，通过研究脑电波的变化，确定了SNARC效应的发生是在反应选择阶段。Keus采用奇偶判断任务，要求被试用双手反应，同时记录头皮相关电位[18]。基于反应的ERPs显示，Cz和Pz两个电极出现显著的SNARC效应；基于刺激的ERPs显示，数字大小和反应手之间没有发现交互作用，Cz和Fz两个电极未出现SNARC效应。另外，Keus根据出现标准的SNARC效应还是反转的SNARC效应，研究了侧准备电位(Lateralized readiness potential：LRP)。侧准备电位能展现反应的准备和执行情况。结果发现，在执行阶段前的380ms发现了SNARC效应，反应准备通常在反应执行前的200ms出现，这说明SNARC效应出现在反应准备和执行之前[18]。最近，韩萌等人以ERP作为测量手段，采用修正的大小判断任务，探究了数字正负号及其异同对SNARC效应的影响。ERP结果显示，SNARC效应出现在反应选择阶段。同时，SNARC效应的出现激活了额叶头皮位置，负数加工伴随左额叶的激活，而正数加工伴随右额叶的激活，说明负数与正数的空间表征具有不同的优势半球[20]。

可见，SNARC效应的脑电研究，不仅有助于澄清其发生阶段问题，还有助于探讨其脑定位。而对SNARC效应的脑定位正是fMRI方法的优势所在。

(四)fMRI研究法

功能性磁共振成像(fMRI，functional magnetic resonance imaging)是一种新兴的神经影像学技术，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。由于fMRI具有高空间分辨率的特点，所以能够对认知功能进行精确的脑定位。fMRI方法对于SNARC效应的脑机制研究，是不可或缺的，对数量加工与空间注意之间关系的研究也起到了推动作用。在SNARC效应的脑机制研究方面，Dehaene等采用fMRI发现了参与数字加工过程的三个顶叶部位，分别是：水平顶内沟(HIPS)，处理数字信息，任务越重，激活程度越高；左侧角回区(Left Angular Gyrus)，处理语言有关的数字；双侧后上顶叶系统(Bilateral Posterior Superior Parietal System)，对心理数字线上的空间起注意定向作用[21]。脑机制的fMRI研究，既可以为SNARC效应理论模型的争议提供可视化证据，也能解决其发生阶段问题，是一种非常有效的研究方法。

采用fMRI有效推动了数量与空间关系的研究。Fischer等的行为学实验证实了空间注意和数字加工之间存在联系，即数字大小信息会引起空间注意的分配和转移，并且其转移方向只由数字大小信息在心理数字线上的空间位置决定[4]。Piazza采用fMRI研究发现，随着数量的增加，所需要的注意资源也会增加[22]。然而，近期又有研究发现，知觉到的数字并不一定引起空间注意的自动化转换，即这些注意转换不能调节SNARC效应[23]。这也说明数量与空间的关系还存在争议，而fMRI技术有可能为解决这种争议提供新的证据。

另外，有学者通过功能磁共振成像数据的微观和宏观模式分析，证明了数字加工过程的早期和晚期都存在数值和空间信息的互动[24]；SNARC效应和SPARC效应(低音左手反应快，高音右手反应快)的相互依赖是基于语义信息的[25]；手指计数习惯和半球运动激活之间的对应关系与手指计数和数字加工的内在功能联系是一致的，所以手指计数习惯可以调节由数字诱发的运动皮层激活状况[26]。

总的来说，fMRI方法为揭示SNARC效应的脑机制及其本质提供了新的证据，也使得数量与空间关系的研究取得了跨越式的进步。

二、SNARC效应的争论及未来研究展望

目前，有关SNARC效应研究的争论主要集中在其理论解释、起源、方向性以及数量与顺序之争等方面。

(一)SNARC效应的理论解释

关于SNARC效应的理论模型，无论是视觉空间编码理论还是言语空间编码理论都只能解释一部分现象。心理数字线理论一直以来都被认为是SNARC效应的有力解释，但也有研究发现，现代中文阅读和书写习惯(从左至右、从上至下)与心理数字线表征相互独立[27]。再者，由于钟表上的时刻是顺时针、数字由小到大环形排列的，用心理数字线理论同样难以解释。双路线模型强调区分反应和语义分类的作用，很难解释没有反应区分任务(如数字对分任务)中的SNARC效应[28]。此外，近年提出的心理数字空间的三维模型表明在横轴、纵轴、矢状轴三个维度上，小的数字代表左、下和近的，而大的数字代表右、上和远的[29]。总之，当前还缺乏较为完备的SNARC效应理论模型。

(二)SNARC效应的起源

SNARC效应的起源研究涉及到先天—后天之争。从现有文献来看，支持后天的占大多数，即认为SNARC效应受后天因素(学习、文化、书写习惯等)的影响，而非受先天遗传因素的影响。例如，定险峰等人通过教授被试俄语，以此作为实验刺激，采用大小比较任务进行研究，结果证明了SNARC效应是后天学习和经验的结果[30]。支持先天的研究比较少，有研究者研究先天失明的被试，发现了SNARC效应，但是后来又有研究用具身认知的观点解释了存在于先天失明者身上的SNARC效应。Crollen等研究发现，先天失明者在双手交叉的情况下出现反转的SNARC效应，这是因为他们是根据自己的身体部位来构建坐标系的。当左手在右边时，就是在坐标中心的右边，根据心理数字线理论，在右边的左手就会对大数反应快，就出现了反转的SNARC效应，即SNARC效应是具身的[31]。纵观已有研究，可以发现有关起源问题的大部分探索，主要是以数字加工方式相同的语言(如阿拉伯数字、汉语、俄语等)为刺激，即直接展现数字大小。但并非所有语言都遵循这种加工方式，法语的数字加工就与其他语言存在差异，如法语的70表达为soixante-dix(60+10)、法语的80表达为Quatre-vingts(4×20)，需要进行一定的运算才能得出数字大小，这种加工方式是否也会影响SNARC效应呢？这为解决先天后天之争提供了新的思路。

我们认为，未来研究一方面可以关注偏常人群，运用fMRI和神经心理学方法进一步探讨；另一方面，可以继续开展跨文化研究，对阅读、书写、指算(手指计数)习惯所塑造的数字空间表征特点进行深入研究。

(三)SNARC效应的方向性

水平方向上，大部分研究都证明心理数字线遵循从左到右(由小到大)的表征方式，只有少数研究得出了相反的结论。垂直维度上，到底是小数在上大数在下还是相反，仍存在争议。根据极性编码理论，小数在下大数在上。但也有以日本人为被试的实验表明，由于日本人有自上而下的书写习惯，所以发现他们的数字表征方式是小数在上大数在下[32]。采用奇偶判断任务、左右手按键反应，呈现阿拉伯数字、简体中文数字和繁体中文数字，研究中国被试水平方向和垂直方向上的心理数字线映射问题发现，水平方向上只有阿拉伯数字表现出从左到右的心理数字线映射，垂直方向上发现明显的简体中文数字从上到下的心理数字线映射[33]。近期有研究证明了二维SNARC效应的存在，即小数呈现在左边和下边，大数呈现在右边和上边[34]。而在2015年，又有综述指出了空间与数字之间存在多维空间映射，即水平空间、垂直空间和远近空间共同构成的三维SNARC效应[29]。

从这些研究中，可以看出SNARC效应的方向性问题还存在争议，有待通过改进实验设计、采用新近技术做进一步的探讨。而SNARC效应的维度问题，是未来值得研究的一个方面。通过采用脑电、fMRI和眼动对该问题进行更精确的研究，可以进一步了解SNARC效应的本质，推进SNARC效应研究的突破与发展。

(四)SNARC效应的数量与顺序之争

数字本身除了数量信息还存在顺序信息，当实验无法分离数量信息和顺序信息时，就很难弄清楚SNARC效应到底是依赖于数量表征还是顺序表征。虽然Turconi等发现顺序判断要比大小判断对数字的空间编码更加敏感[35]，但是对数量和顺序加工的电生理学研究发现，它们表征在不同的神经网络上[36]。任杰等人的研究表明，仅具有数量信息的图形材料不能单独产生SNARC效应，当图形的数量信息和数字的顺序信息相结合或者通过学习对数量进行顺序表征后，图形材料也可以进行空间表征。因此，得出结论：顺序信息引起的空间表征是产生SNARC效应的主要原因[37]。近期又有研究发现，数字和动作共享一个大小表征系统，字母和空间定向动作共享一个顺序系统，通过感觉运动序列的学习，可以暂时改变数量的表征方式，但不能改变顺序的表征方式[38]。从这些研究中，不难看出在数字的表征中数量和顺序之间还是存在分歧。未来研究可以考虑把数字的数量信息和顺序信息分离开来探讨，采用眼动、脑电等技术进一步研究。

三、结语

SNARC效应的相关研究已经取得了一些成果，但仍存在一定的争论。未来的研究可以围绕两方面展开。一方面，可以采用眼动、脑电和fMRI这些可视化、灵敏度高而又可靠的方法进行多方法综合性研究，更精确地刻画SNARC效应的特点及脑机制。另一方面，利用元分析方法进行量化综述，发现SNARC效应的研究共识和可能的生长点。当前的综述基本上都是通过文献分析法进行的定性研究，定量综述屈指可数。元分析(meta-analysis)统计方法是对众多现有实证文献中统计量的再次统计，从而可以根据获得的统计显著性和效果大小等指标来分析变量间真实的相关或因果关系。比如上述SNARC效应的影响因素，就可以利用元分析方法进一步给出定量的结论。采用元分析方法快速准确地了解了这些争论的焦点之后，就可以发现问题，找到突破口，进而推进SNARC效应的研究。

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