基于主体和客体的空间参照框架对数字-空间联结的影响 *

2019-06-23邹昌浪

心理与行为研究 2019年5期

潘运杨阳邹昌浪陈衍龙女

(贵州师范大学心理学院，贵阳 550025)

1 问题提出

数字认知领域研究强调数字加工与空间认知之间存在着紧密联结（Ginsburg, van Dijck, Previtali,Fias, & Gevers, 2014）。Dehaene 等（1990, 1993）的实验发现在数字大小比较任务或奇偶判断任务中，被试会表现出左手对小数字反应较快，右手对大数字反应较快，并将该现象命名为空间-数字联合反应编码（Spatial-Numerical Association of Response Codes，SNARC）效应。目前关于SNARC效应的主要解释有：一是心理数字线假设（mental number line），认为在人脑中存在一条从左到右、从小到大逐渐递增的固定数字线，数字按大小被表征在心理数字线上，小数字被表征在心理数字线的左侧位置，大数字被表征在右侧位置（Dehaene et al., 1993; Shaki, Fischer, & Petrusic, 2009）。二是言语-空间编码观（verbal-spatial coding account），认为SNARC 效应是源于言语分类概念“小”和“左”、“大”和“右”之间存在联结导致的（Gevers, Verguts, Reynvoet, Caessens, & Fias, 2006;Gevers et al., 2010; Proctor & Cho, 2006; Santens &Gevers, 2008）。三是从工作记忆角度解释，认为SNARC 效应可能是源于数字在工作记忆中的系列位置，序列起始位置激活了更快的左侧反应，而末尾位置则激活了更快的右侧反应（Fias, van Dijck, & Gevers, 2011）。

此外，还有研究者尝试从空间参照框架的角度来解释SNARC 效应的产生机制，并认为空间参照框架在SNARC 效应产生过程中有着重要的作用（Viarouge, Hubbard, & Dehaene, 2014; Mourad &Leth-Steensen, 2017）。空间参照框架是个体表征空间方位的方式（Freksa, Habel, & Wender, 1998）。O’Keefe 和Nadel（1978）根据参照物不同，将其分为两种：一是自我中心参照框架（egocentric reference frame），即以自身为参照物，以自身与客体的相对位置来编码空间方位。当个体位置改变时就需要重新表征物体的空间方位信息（Simonnet,Vieilledent, & Tisseau, 2013）。如有研究发现个体的手、眼睛、脚或头部等都会影响SNARC 效应（Schwarz & Keus, 2004; Wood, Nuerk, & Willmes,2006; Wood, Willmes, Nuerk, & Fischer, 2008）。二是非自我中心参照框架（allocentric reference frame），即以太阳、地球经纬线，或某一地表特征（如,山、河、江等）为参照物，以环境与客体的关系来编码物体的空间方位（ N ú ñ e z & C o r n e j o,2012）。这种参照框架提供了稳定的空间方位信息（Jiang & Swallow, 2013）。如 Viarouge 等（2014）研究发现当指导语强调以反应键为参照框架时，无论被试是否双手交叉按键反应，均出现了显著的SNARC 效应；但当指导语强调以手为参照框架时，只有在双手交叉条件下发现SNARC 效应。而Viarouge 等（2014）在实验中将反应键置于船型反应框的两侧，要求被试不考虑自身的实际空间环境，而以船头方向作为参照框架来完成数字奇偶判断，结果没有发现SNARC 效应。对此研究者认为指导语激活的基于船的参照框架可能减弱了其它空间参照框架的影响，但它没有激活以客体为中心的参照框架。

尽管SNARC 效应是数字-空间联结的研究热点，也有研究者采用不同的实验任务（Bull,Marschark, & Blatto-Vallee, 2005; Hartmann, Gashaj,Stahnke, & Mast, 2014; Mourad & Leth-Steensen,2017）、实验材料（Hung, Hung, Tzeng, & Wu, 2008;Kopiske et al., 2016; Viarouge, Hubbard, & Dehaene,2014）和反应方式（Holmes & Lourenco, 2012;Müller & Schwarz, 2007; Schwarz & Keus, 2004）以及空间方向（Gronau, Izoutcheev, Nave, & Henik, 2017;Hung et al., 2008）进行了验证，但只有少数研究从空间参照框架的角度来考察SNARC 效应。如Mourad和Leth-Steensen（2017）在实验中设计了参照框架与按键反应方位的一致或交叉六种条件，即HH（想象水平的空间参照框架后做水平按键反应）、HV（想象水平的空间参照框架后做垂直按键反应）、VH（想象垂直的空间参照框架后做水平按键反应）、VV（想象垂直的空间参照框架后做垂直按键反应）、PP（想象近远的空间参照框架后做近远的按键反应）和PH 条件（想象近远的空间参照框架后做水平的按键反应），且在这六种条件中，HH 和PP 是参照框架与按键反应方位一致，而其他都是参照框架与按键反应方位交叉，被试的任务是将数字想象成水平或垂直的排列作为参照框架，之后进行大小判断，结果发现只在HH 和PP 条件下出现了SNARC 效应。对此，研究者认为二维空间中的垂直实际上是近远的空间参照框架，而空间参照框架与反应键方向的一致是产生SNARC 效应的必要条件。

综上，虽有部分研究探讨了空间参照框架对SNARC 效应的影响，但还是存在有待探讨的问题。有研究通过想象数字排列来探讨基于主体空间参照框架对SNARC 效应的影响，如Mourad 和Leth-Steensen（2017）。根据 Shelton 和 McNamara（2004）观点将空间参照框架和反应键进行一致和交叉匹配设计，即将SNARC 效应中的非自我中心参照框架和自我中心参照框架进行一致和交叉的匹配，结果只在非自我中心参照框架和自我中心参照框架一致的情况下出现了SNARC 效应。由于Mourad 和Leth-Steensen（2017）的研究只考虑了一种想象的空间参照框架，那么是否存在着一种与之相对应的实物参照框架对SNARC 效应产生影响呢？此外，在基于客体为空间参照框架的研究中，Viarouge 等（2014）将反应键置于船型反应框的两侧，要求被试不考虑自身的实际空间环境，而以船头方向作为参照框架来操作数字奇偶判断，结果没有发现SNARC 效应。虽然Viarouge 等（2014）的实验没有获得预期结果，但基于主体和客体的空间参照框架对SNARC 效应的影响是否有差别呢？这些都是值得探讨的问题。为此，本研究基于Mourad 和Leth-Steensen（2017）的实验范式设计了HH（水平想象或水平呈现排列顺序，水平按键）、HP（水平想象或水平呈现排列顺序，近远按键）、PH（近远想象或近远呈现排列顺序，水平按键）和PP（近远想象或近远呈现排列顺序，近远按键）四种条件，以探讨基于主体和基于客体的空间参照框架对SNARC 效应的影响。研究假设主要有：（1）在基于主体的空间参照框架条件下，HH 和PP 条件出现SNARC 效应；（2）在基于客体的空间参照框架条件下，也只有HH 和 PP 条件出现 SNARC 效应。

2 实验 1：基于主体的空间参照框架对SNAPC 效应的影响

2.1 研究目的

考察HH、HP、PH 和PP 条件下的主体空间参照框架对SNARC 效应的影响。

2.2 方法

2.2.1被试

82 名在校大学生，48 名男生，34 名女生，年龄范围为 18～23 岁（M=20.03, SD=1.07）。所有被试均为右利手，视力或矫正视力正常，无精神病史，均未参加过类似实验。实验后有一定报酬。

2.2.2实验材料

以1～9 除5 外的阿拉伯数字为材料，5 作为标准刺激（0.6°视角）。采用 E-prime 2.0 进行编程，在17 英寸的SONY 计算机（分辨率为1024×768像素，刷新率为60 Hz）显示屏中央呈现实验材料。

2.2.3实验设计

采用2（数字大小: 大于5、小于5）×2（反应手: 左手、右手）的被试内实验设计，因变量是反应时。

2.2.4实验程序

被试坐在舒适的椅子上，距离电脑屏幕50 cm。首先，被试根据主试引导，想象1 到9 号的9 个盒子按水平（H 条件）或近远（P 条件）顺序排列在被试面前的桌子上，然后通过实验指导语告诉被试按键方式；在屏幕中央会呈现注视点“+”500 ms，接着呈现空白屏幕1000 ms，最后呈现目标数字1500 ms 直到被试反应，若被试未能及时做出按键反应，1500 ms 后则自动进行下一个试次。

在每种实验条件下（如HH, HP 等），每个刺激一共出现20 次，总共有160 个试次。实验包括2 个Block。Block1 中有80 个试次，若目标数字比“5”大，左手食指按“X”或“B”键进行反应，若目标数字比“5”小，则右手食指按“M”或“6”键进行反应。Block2 中也有80 个试次，若目标数字比“5”小，左手食指按“X”或“B”键进行反应，若目标数字比“5”大，则右手食指按“M”或“6”键进行反应，以左右按键进行平衡。每个Block 前有20 个练习试次，在练习中正确率达98%以上才能进入正式实验。两个Block 在实验中随机呈现。

四种实验条件的具体设计如下：（1）HH 条件：想象1 到9 号的9 个盒子按顺序平行排列在被试面前的桌子上，数字比“5”大，左手食指按“X”键反应，数字比“5”小，右手食指按“M”键（平行的左右键），左右按键在Block 间平衡。（2）HP 条件：除按键方式不同外，即数字比“5”大，左手食指按“6”键，数字比“5”小，右手食指按“B”键（近远按键），近远按键在 Block 间平衡。（3）PH 条件：想象 1 到 9 号的9 个盒子按顺序由近及远排列在被试面前的桌子上，按键方式同HH 条件。（4）PP 条件：想象盒子排列的顺序同PH，按键方式同HH。实验条件设计如图1 所示。

2.3 结果与分析

参考Mourad 和Leth-Steensen（2017）的方法，分别考察HH、HP、PH 和PP 条件下的SNARC效应。

在HH 条件下：由于实验任务比较简单，因此22 个被试的正确率都在95%以上，剔除被试反应错误的反应时，主要分析正确反应时下的数据。被试的平均反应时见图2。

对反应时进行2×2 重复测量方差分析，结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 21）=0.82，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 21）=0.92，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用显著，F（1,21）=13.03，p＜0.05，η2=0.383。简单效应分析结果发现：当反应手为左手时，被试对大数字的反应时显著长于小数字，p＜0.05；当反应手为右手时，被试对小数字的反应时显著长于大数字，p＜0.05。

在HP 条件下：20 名被试反应准确率均在95%以上，剔除被试的错误反应试次，对正确反应的试次的反应时进行2×2 重复测量方差分析结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 19）=0.89，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 19）=3.73，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用不显著，F（1, 19）=0.03，p＞0.05。

在PH 条件下：所有被试正确率均在95% 以上，剔除被试的错误反应试次，对正确反应的试次的反应时进行2×2 重复测量方差分析，结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 19）=0.47，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 19）=0.56，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用不显著，F（1, 19）=0.01，p＞0.05。

在PP 条件下：由于所有被试正确率均在95%以上，因此只剔除错误反应，对正确反应进行分析，被试的反应时如图3 所示。

对反应时进行2×2 重复测量方差分析，结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 19）=1.56，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 19）=0.93，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用显著，F（1,19）=6.07，p＜0.05，η2=0.242。简单效应分析发现：当反应手为左手时，被试对小数字和大数字的反应时差异不显著，p＞0.05；当反应手为右手时，被试对小数字的反应时显著长于大数字，p＜0.05。

3 实验 2：基于客体的空间参照框架对SNARC 效应的影响

3.1 研究目的

考察HH、HP、PH 和PP 条件下的客体空间参照框架对SNARC 效应的影响。

3.2 方法

3.2.1被试

在校大学生80 名，其中44 名男生，36 名女生，年龄范围为18～22 岁（M=19.98，SD=0.95）。所有被试均为右利手，视力或矫正视力正常，无精神病史，均未参加过类似实验。实验后有一定报酬。

3.2.2实验材料

使用标有数字 1 到 9 的正方形木块（5 cm×5 cm）作为实验材料，其余同实验1。

3.2.3实验设计

同实验1。

3.2.4实验程序

由主试引导被试在规定时间内观察标有数字1 到9 由小到大的顺序水平或近远垂直排列的正方形木块，其余程序同实验1。四种实验条件的设计除了将想象的数字改为实物呈现的数字木块外，其余也同实验1。

3.3 结果与分析

参考Mourad 和Leth-Steensen（2017）的方法，分别考察 H H、H P、P H 和 P P 条件下的SNARC 效应。

在HH 条件下：由于被试正确率均达95%以上，因此只剔除被试的错误反应，对正确反应的试次进行分析，被试的反应时如图4。

对反应时进行2×2 重复测量方差分析，结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 19）=2.52，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 19）=1.84，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用显著，F（1, 19）=24.39，p＜0.001，η2=0.562。简单效应分析发现：当反应手为左手时，被试对大数字的反应时显著长于小数字，p＜0.01；当反应手为右手时，被试对小数字的反应时显著长于大数字，p＜0.01。即被试左手对小数字的反应更快；被试右手对大数字的反应更快。

在HP 条件下：由于被试正确率均达95% 以上，因此只剔除被试的错误反应，对正确反应的试次的反应时进行2×2 重复测量方差分析，结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 19）=2.04，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 19）=2.55，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用不显著，F（1, 19）=0.05，p＞0.05。

在PH 条件下：20 个被试正确率均在95%以上，因此只剔除被试的错误反应，对正确反应的试次的反应时进行2×2 重复测量方差分析，结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 19）=0.45，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 19）=0.01，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用不显著，F（1, 19）=0.01，p＞0.05。

在PP 条件下：所有被试正确率均在95% 以上，剔除被试的错误反应，对正确反应时进行分析，被试的反应时如图5 所示。

对反应时进行2×2 重复测量方差分析，结果发现：数字大小主效应不显著，F（1, 19）=0.45，p＞0.05；反应手主效应不显著，F（1, 19）=0.10，p＞0.05；数字大小与反应手的交互作用显著，F（1, 19）=35.28，p＜0.001，η2=0.65。简单效应分析发现：当反应手为左手时，被试对大数字的反应时显著长于小数字，p＜0.001；当反应手为右手时，被试对小数字的反应时显著长于大数字，p＜0.001。即被试左手对小数字的反应更快；被试右手对大数字的反应更快。

3.4 组间分析结果

由于基于主体和客体的空间参照框架的HH、PP 两种条件下均出现了显著的SNARC 效应，为进一步考察主体和客体空间参照框架对SNARC 效应的影响，因此将主体空间参照框架和客体空间参照作为分组变量，对反应时进行2（被试间：主体的空间参照框架、客体的空间参照框架）×2（被试内：左手、右手）×2（被试内：大数、小数）的重复测量方差分析，结果发现：在HH 条件下，数字大小与反应手的交互作用显著，F（1, 40）=29.74，p＜0.001，η2=0.426；其余主效应和交互作用均不显著（ps＞0.05）。在PP 条件下，组别主效应显著，F（1, 38）=6.90，p＜0.05，η2=0.154；数字大小与反应手的交互作用显著，F（1, 38）=35.77，p＜0.001，η2=0.485；组别、数字大小和反应手三者之间的交互作用显著，F（1, 38）=6.52，p＜0.05，η2=0.1 4 6；其余主效应与交互效应均不显著（ps＞0.05）。

4 讨论

实验1 采用数字大小判断任务，考察基于主体空间参照框架的HH、HP、PH 和PP 四种条件下对SNARC 效应的影响，结果发现在HH 和PP 条件下发现被试对小数字左手反应更快，对大数字右手反应更快的现象，表明有SNARC 效应产生；而在HP 和PH 条件下没有发现SNARC 效应。这与Mourad 和Leth-Steensen（2017）的研究结果相一致。他们以1～9 除5 外的阿拉伯数字为材料，采用数字大小判断任务，结果发现在被试进行水平想象、水平按键（HH 条件）和近远想象、近远按键（PP 条件）的条件下发现SNARC 效应。对此，Mourad 和Leth-Steensen（2017）认为，空间特性能够自发引起数字大小的定向空间表征，当被试反应的方向与数字大小的参照框架方向一致时（如，HH 条件：水平想象、水平反应），即基于反应的自我中心参照框架和基于数字排列位置的非自我中心参照框架一致，就会产生SNARC 效应。不同的是，在Mourad 和Leth-Steensen（2017）的研究中，当要求被试从下到上垂直想象，在键盘上垂直进行按键时（即VV 条件），结果并没有出现SNARC 效应。对此，研究者认为，这是由于让被试从下到上进行垂直想象时，要求被试按“B”和“6”键进行反应，按“B”和“6”键并不是真正意义上与想象的空间方向相一致的垂直，而实际是一种近远端的反应（Winter,Matlock, Shaki, & Fischer, 2015），在这种基于反应的自我中心参照框架和基于数字排列位置的非自我中心参照框架不一致的情况下，SNARC 效应将会减弱甚至消失。在本实验1 中，PP 条件下出现了SNARC 效应，这与Mourad 和Leth-Steensen（2017）实验2 中的PP 条件一致，即被试近远端的按键反应与数字大小的近远端参照框架方向是一致的，因此出现了SNARC 效应。而实验1 中的HP 和PH 条件没有SNARC 效应出现，这可能是由于在HP 和PH 条件下，数字排列的方向和被试按键反应的方向交叉而不是相一致，也就是说基于反应的自我中心参照框架和基于数字排列位置的非自我中心参照框架方向不一致，因此没有SNARC效应出现。

在空间参照框架与SNARC 效应的相关研究中，除基于主体的空间参照框架，还有部分研究探讨了基于客体的空间参照框架对SNARC 效应的影响。如Viarouge 等（2014）以1～9 除5 外的阿拉伯数字为材料，采用数字奇偶判断任务探讨空间参照框架与SNARC 效应的关系，结果发现当指导语强调以反应键为参照框架时，无论被试是否双手交叉按键反应，均出现了显著SNARC 效应；但当指导语强调以手为参照框架时，只有在双手交叉条件下发现了SNARC 效应。为进一步考察基于客体的参照框架对SNARC 效应的影响，Viarouge等（2014）将反应键置于船型反应框的两侧，要求被试不考虑自身的实际空间环境，而以船头方向作为参照框架来完成数字奇偶判断，结果没有发现SNARC 效应。对此研究者认为指导语激活的基于船的参照框架可能减弱了其它空间参照框架的影响，但它没有激活以客体为中心的参照框架。本实验2 在HH、HP、PH 和PP 四种条件下，探讨了基于客体的空间参照框架对SNARC 效应的影响，结果与实验1 一致，只有在HH、PP 条件下出现了SNARC 效应。分析原因，可能是由于给被试呈现实物的盒子排列，要求被试进行大小判断任务时，其按键的反应方式在HH、PP 两种条件下与客体空间参照框架相对应，这就激活了以客体为中心的空间参照框架，而基于反应的自我中心参照框架和基于数字排列位置的非自我中心参照框架方向一致，因此产生了SNARC 效应。而在HP 和PH 条件下，由于为被试呈现的实物盒子与被试的按键反应并不对应，在被试进行大小判断时，可能未激活以客体为中心的空间参照框架，所以没有产生SNARC 效应。

通过比较实验1 和实验2 结果可发现在HH 条件下，基于主体的空间参照框架和基于客体的空间参照框架对SNARC 效应的影响没有差异，但在PP 条件下，它们对SNARC 效应的影响是有差异的。分析其原因可能是在HH 条件下，虽然实验开始前主试已要求被试将数字想象为从左到右、从小到大依次排列，但键盘上1～9 水平排列的数字键还是可能会干扰被试想象数字排列，而激活基于客体的空间参照框架。但在PP 条件下，实验1 和实验2 存在着相似的空间参照框架，由于实验2 是在知觉条件下，其产生的空间表象表征要比在实验1 的想像条件下更清晰，且强度更大，这导致客体的空间参照框架条件下的SNARC 效应更显著。