言语与空间任务指令对数字–空间联结编码的影响 *

潘 运 赵竹君 戴隆农

(贵州师范大学心理学院，贵阳 550025)

1 问题提出

数字与空间存在紧密联结已被最近三十年来的数字认知研究证明（Ginsburg, van Dijck, Previtali,Fias, & Gevers, 2014）。数字-空间联结现象的一个重要证据是空间-数字联合反应编码效应（spatialnumerical association of response codes effect, SNARC），即在数字大小比较或奇偶判断任务中，被试左手对小数字反应会更快，右手对大数字反应会更快（Dehaene, Bossini, & Giraux, 1993; Gibson & Maurer,2016; Morano, Riccomini, & Lee, 2019; Zohar-Shai,Tzelgov, Karni, & Rubinsten, 2017）。SNARC效应具有灵活性，因为“什么是左和右”很大程度上取决于数字刺激的区间（Dehaene et al., 1993;Shaki & Fischer, 2014）和文化因素，如阅读习惯（Göbel, Shaki, & Fischer, 2011; Guida et al., 2018;Shaki, Fischer, & Petrusic, 2009）。

心理数字线（mental number line）是数字-空间联结的一个重要解释，认为数字被心理表征在一个近似从左到右方向逐渐递增的介质上，就像数字线，小数字在左侧，大数字在右侧（Aleotti,Di Girolamo, Massaccesi, & Priftis, 2020; Dehaene et al.,1993; Fischer et al., 2016; Rugani, Vallortigara, Priftis, &Regolin, 2015）。这种解释的核心是人脑的数字心理表征从本质上是空间编码的，因此又被称为视觉空间编码说（visuospatial coding account）。心理数字线解释除SNARC 效应以外，还有其他两个证据：一是注意的SNARC 效应，即数字加工能够直接引发空间注意偏向（Fischer, Castel, Dodd, & Pratt,2003）；二是右顶叶损伤病人在说出两个数字的中位数时，通常会偏向比正确答案更大的数字（Zorzi,Priftis, & Umiltà, 2002）。但与心理数字线解释不同，言语-空间说（verbal-spatical account）认为之所以产生SNARC 效应可能是因为言语概念“左”和“小”、“右”和“大”之间存在着联结（Gevers et al., 2010; Gevers, Verguts, Reynvoet, Caessens, &Fias, 2006; Proctor & Cho, 2006; Santens & Gevers,2008）。Proctor 和Cho 的研究指出，数字-空间联结SNARC 效应的产生是因为言语概念“小”和“左”存在相同负极性，而“大”和“右”存在相同正极性。此外，Gevers 等（2006）的研究也认为由于数量标记与空间表征标记之间存在着习得性联结引起了SNARC 效应。

根据上述视觉空间编码说和言语-空间说的观点，数字-空间联结SNARC 效应的编码到底是视觉空间还是言语-空间的呢? 为了揭示这一问题，Gevers 等（2010）以阿拉伯数字和荷兰文言语标签“LINKS”（左）与“RECHTS”（右）为材料，使目标数字呈现在屏幕中央，“LINKS”与“RECHTS”随机呈现在屏幕中央左右两侧，系统考察数字-空间联结的言语-空间和视觉空间编码相对强度。在实验中，Gevers 等将“LINKS”呈现在屏幕左侧和“RECHTS”呈现在屏幕右侧定义为词语一致，将“LINKS”呈现在屏幕右侧和“RECHTS”呈现在屏幕左侧定义为词语不一致；将对小数字按左侧键反应和对大数字按右侧键反应定义为物理一致，将对小数字按右侧键反应和对大数字按左侧键反应定义为物理不一致。实验要求被试根据言语标签位置进行数字奇偶判断和大小判断任务，如果只有物理一致性主效应显著且没有交互作用，说明视觉空间编码更有优势，而言语一致性与物理一致性有交互作用说明是言语-空间编码更有优势。结果发现，无论是视觉空间还是言语-空间编码都能引起数字-空间联结，但当两者进行对抗时则言语-空间编码更有优势。根据此结果，Gevers 等认为言语-空间编码是产生数字-空间联结的主要原因。Jonas，Spiller，Jansari 和Ward（2014）在Gevers 等实验范式基础上考察了联觉（synaesthetic）与非联觉被试数字-空间联结的视觉空间和言语SNARC 效应，结果发现联觉组与非联觉组被试在行为方式上相似，均表现出SNARC效应，且SNARC 效应是以语言调节的，支持了Gevers 等的研究结论。Imbo，De Brauwer，Fias 和Gevers（2012）从个体发展角度考察了9 岁、11 岁儿童的数字-空间联结编码特点，结果发现9 岁以后儿童的数字-空间联结编码方式与成人相同，以言语-空间编码为主。此外，潘运、王馨、黄玉婷和赵守盈（2013）的研究结果发现汉字标签下数字-空间联结SNARC 效应以言语-空间编码为主，而在英文标签下主要是视觉空间编码。

但已有研究表明数字-空间联结并非绝对的，可能依赖于特定的任务背景信息，也可能是由不同编码之间的相互作用引起，而这些编码的激活程度取决于特定的加工任务（van Dijck, Gevers, &Fias, 2009; van Dijck, Gevers, Lafosse, & Fias,2012）。如果数字-空间联结确实依赖于特定的数字加工任务情境，那么Gevers 等（2010）、Imbo 等（2012）和Jonas 等（2014）的研究结果就还需要进一步探讨。这些研究中的实验任务只是让被试对言语标签反应，并且还要忽略这些标签所出现的物理空间位置。因此，可以认为这些实验任务的本质特征是言语的。然而，也有研究强调实验中数字认知任务指令的重要性，因为实验任务指令属性会影响数字-空间联结（Galfano, Rusconi, &Umiltà, 2006; Ristic, Wright, & Kingstone, 2007; Shaki &Gevers, 2011）。如Georges，Schiltz 和Hoffmann（2015）在实验中以1～9，不包括5 的阿拉伯数字和德文言语标签“Links”、“Rechts”为材料，采用数字大小比较任务，考察任务指令对数字-空间联结的视觉空间和言语-空间编码影响，结果发现在言语任务下有显著SNARC 效应，说明言语任务下言语-空间数字编码更占优势。那么，实验任务指令所产生的反应策略是否会导致言语-空间编码比视觉空间相对更有优势，或言语-空间编码是数字-空间联结的主要机制而不受实验任务指令的限制? 如果实验中采用的任务指令具有空间属性，那么数字-空间联结是否以视觉空间编码更占优势呢? 目前这些问题都值得进一步探讨。

综上所述，本研究参考Gevers 等（2010）和Georges 等（2015）的实验范式，采用数字奇偶判断任务，探讨言语和空间的任务指令对数字-空间联结编码的影响，并提出如下假设：（1）言语任务指令条件下，言语-空间编码在数字-空间联结更有优势；（2）空间任务指令条件下，视觉空间编码在数字-空间联结更有优势。

2 实验1：言语任务指令对数字-空间联结编码的影响

2.1 研究方法

2.1.1 被试

选取贵州某高校在校大学生32 名（男5 名），平均年龄19.69 岁（SD=0.86 岁）。所有被试均为右利手，且未参加过类似实验，视力或矫正视力正常。实验后给予一定报酬。

2.1.2 材料

实验材料为阿拉伯数字1～9（不包括5）和汉字标签（“左”、“右”）。阿拉伯数字为宋体五号，呈现在屏幕中央；汉字标签（“左”、“右”）为宋体五号，分别随机呈现在屏幕中央两侧3.5°×2°视角的矩形方框中。矩形方框间的距离为3.5°视角。实验背景为白色，数字刺激和汉字标签均为黑色。采用E-prime2.0 编程。所有实验材料均呈现在15 英寸的笔记本电脑显示器上，分辨率为1366×768 像素，刷新率为60 Hz。

2.1.3 设计

实验采用2（词语一致性：一致、不一致）×2（物理一致性：一致、不一致）的被试内设计。其中，词语一致是指标签位置和物理位置的一致，词语不一致则相反。物理一致是指反应手和数字大小的一致，物理不一致则相反。因变量为反应时。

2.1.4 程序

实验是个别进行的。单试次的流程见图1。

图1 实验流程图

在实验过程中，首先通过指导语告诉被试按键反应方式；接着，在屏幕中央呈现750 ms 的“+”注视点，注视点消失后出现言语标签200 ms；随后，呈现目标刺激3000 ms 直到被试做按键反应；之后呈现1000 ms 空白屏开始下个试次。实验过程中有自由休息时间。

实验有2 个Block，顺序随机呈现。各Block中均有20 次练习试次，正确率达到90%才进入正式实验。正式实验中每个刺激均呈现36 次，其中词语一致和词语不一致分别呈现18 次。整个实验共288 个试次。Block1 要求被试对奇数按与言语标签“左”字同侧的键进行反应，对偶数按与言语标签“右”字同侧的键进行反应，如汉字“左”在屏幕左侧按F 键，在屏幕右侧则按K 键，汉字“右”的按键规则与“左”相同。Block2 的反应方式则相反，要求被试对奇数按言语标签“右”字同侧的键进行反应，对偶数按与言语标签“左”字同侧的键进行反应。两个Block 的相隔时间为一周。

2.2 结果

参考Gevers 等（2010）的方法，首先剔除错误反应和极端数据（平均反应时两个标准差之外的反应时数据），删除数据占全部数据的6.3%。各条件下的平均反应时如图2 所示。

图2 言语任务指令条件下词语一致性和物理一致性的反应时

对反应时进行2（词语一致性）×2（物理一致性）的重复测量方差分析，如果词语一致性和物理一致性交互作用显著，表明言语-空间编码更有优势；如果物理一致性显著，且词语一致性和物理一致性交互作用不显著，表明视觉空间编码更有优势。结果发现，词语一致性主效应显著，F(1,31)=22.03，p＜0.05，=0.42；物理一致性主效应显著，F(1, 31)=6.42，p＜0.05，=0.17；词语一致性与物理一致性的交互作用显著，F(1, 31)=5.42，p＜0.05，=0.15。简单效应分析表明，词语一致时，物理一致比物理不一致平均反应时快22 ms，且差异显著，F(1, 31)=15.30，p＜0.05；词语不一致时，物理一致与物理不一致的平均反应时差异不显著，p＞0.05。说明言语任务指令条件下，数字-空间联结的言语-空间编码更有优势。

同时，参考Lorch 和Myers（1990）的方法检验SNARC 效应，即分别在词语一致和词语不一致条件下建立每位被试的各个数字与dRT（dRT=右手平均反应时-左手平均反应时）的回归方程。平均回归系数是负值且与零差异显著，说明存在SNARC效应；平均回归系数是正值且与零差异显著，则说明存在反转的SNARC 效应。结果发现，词语一致条件下平均回归系数为-8.43，且与零差异不显著[B=48.61;t(31)=-1.32,p＞0.05]，表明不存在SNARC效应；词语不一致条件下平均回归系数为-0.42，且与零差异不显著[B=-11.53;t(31)=0.07,p＞0.05]，表明也不存在SNARC 效应。如图3 所示。

3 实验2：空间任务指令对数字-空间联结编码的影响

3.1 研究方法

3.1.1 被试

选取贵州某高校在校大学生34 名（男7 名），平均年龄21.59 岁（SD=2.06 岁）。所有被试均为右利手，且未参加过类似实验，视力或矫正视力正常。实验后给予一定报酬。

图3 言语任务指令条件下的dRTs 回归分析结果

3.1.2 材料

在实验1 基础上，增加汉字言语标签“数”的catch 试次（左右两侧言语标签都是数）。如果任务中出现catch 试次，被试必须按H 键进行反应，以确保被试在对数字进行反应前加工言语标签信息（Georges et al., 2015）。其他同实验1。

3.1.3 设计

除采用空间任务指令要求被试的任务只是对出现在屏幕中央的目标数字进行奇偶判断的左右手按键反应，而不用考虑所呈现的汉字标签“左”和“右”是否出现在屏幕左侧或右侧，其他实验设计同实验1。

3.1.4 程序

实验分为2 个Block，顺序随机呈现。各Block 中均有20 次练习试次（含2 次catch 试次）。正式实验中每个Block 有144 个实验试次和16 个catch 试次。整个实验共320 个试次。Block1 要求被试对奇数按左侧F 键反应，对偶数按右侧K 键进行反应，不管汉字言语标签“左”和“右”的位置。当出现catch 试次时，被试需要按H 键进行反应。Block2 的反应方式则相反。被试每完成40 个试次可自由休息一次。其他实验流程同实验1。

3.2 结果

首先，剔除错误反应和极端数据（平均反应时两个标准差之外的反应时数据）（Gevers et al.,2010），删除数据占全部数据的7.6%。各条件下的平均反应时如图4 所示。

对反应时进行2（词语一致性）×2（物理一致性）的重复测量方差分析，结果发现：词语一致性主效应不显著，F(1, 33)=0.39，p＞0.05；物理一致性主效应显著，F(1, 33)=4.28，p＜0.05，=0.12；词语一致性与物理一致性的交互作用不显著，F(1,33)=0.41，p＞0.05。说明空间任务指令条件下，数字-空间联结的视觉空间编码更有优势。

图4 空间任务指令条件下词语一致性和物理一致性的反应时

参考Lorch 和Myers（1990）的方法检验SNARC 效应，结果发现，词语一致条件下的平均回归系数为-10.74，且与零差异显著[B=51.72;t(33)=-3.83,p＜0.05]，表明存在SNARC 效应；词语不一致条件下的平均回归系数为-10.09，且与零差异显著[B=36.70;t(33)=-3.38,p＜0.05]，表明存在SNARC 效应。如图5 所示。

4 讨论

实验1 结果发现，言语任务指令条件下，词语一致性与物理一致性的交互作用显著，表明数字-空间联结的言语-空间编码更有优势。这与已有的研究结果相似。Gevers 等（2010）在实验中以阿拉伯数字和荷兰文“LINKS”与“RECHTS”言语标签为材料，要求被试在言语指令条件下操作数字大小比较和奇偶判断任务，结果发现言语-空间编码在数字-空间联结中更有优势。Imbo等（2012）的研究采用Gevers 等的实验范式，结果发现9 岁以后儿童的数字-空间联结是以言语-空间编码为主。而Jonas 等（2014）的研究结果也发现，联觉与非联觉被试的数字-空间联结SNARC效应是以语言调节的。以上结果说明言语任务指令下，数字-空间联结的编码机制受言语标签，而不受空间位置信息的影响。因为当实验任务指令需要被试根据所呈现的汉字标签“左”和“右”出现在屏幕左侧或右侧位置来做出反应时，被试会将数字大小和空间信息进行概念化，即将“小数字”与汉字标签“左”联结，“大数字”与汉字“右”联结，支持了言语-空间说。

图5 空间任务指令条件下dRTs 回归分析结果

实验1 结果中无论是词语一致还是不一致时均未发现SNARC 效应。这与已有研究结果并不完全一致。Gevers 等（2010）、Imbo 等（2012）、潘运等（2013）的研究结果发现，词语一致条件下出现了SNARC 效应，而词语不一致条件下出现了反转的SNARC 效应。但Jonas 等（2014）的研究在联觉与非联觉被试的词语一致和不一致条件下均未发现SNARC 效应。这可能与研究采用不同的数字加工任务有关。Gevers 等、Imbo 等、潘运等的研究均采用了数字大小比较任务，而Jonas 等的研究采用的是奇偶判断任务。数字大小比较任务中的目标数字在空间上被分类成“左”（如，比“5”小的数字被表征在左侧）和“右”（如，比“5”大的数字被表征在左侧），数字大小比较任务具有视觉空间表征属性（Bächtold, Baumüller, &Brugger, 1998; Herrera, Macizo, & Semenza, 2008）。与具有视觉空间表征的数字大小比较任务不同，奇偶判断任务将数字标为“奇数”或“偶数”，是典型的言语任务，且这种任务产生的是言语的数字-空间联结（Jonas et al., 2014）。因此，当被试需要在言语任务指令下完成数字奇偶判断任务时，虽能形成“小数字”与标签“左”和“大数字”与标签“右”的联结，但仍未能形成将小数字与左侧空间、大数字与右侧空间的联结。

Georges 等（2015）的研究发现言语任务指令下言语-空间数字编码更有优势，空间指令下虽然言语-空间和视觉空间机制均可不同程度上被激活，但较之于言语-空间编码，视觉空间编码能够产生更强的数字-空间联结。这说明言语-空间编码并非数字-空间联结唯一或主要的加工机制，因为联结的认知来源不仅依赖于言语-空间的加工机制，也取决于与数字关联的空间编码。特别是在视觉空间条件下，当任务是要求被试执行数字大小与物理空间的联系时，这种数字-空间联结的视觉空间编码将被激活。与实验1 不同，实验2 结果发现空间任务指令条件下，物理一致性主效应显著，且词语一致和不一致时均出现了SNARC 效应，表明视觉空间编码更有优势。说明空间任务指令下，数字-空间联结的编码机制受空间位置信息，而不受言语标签的影响。因为当实验任务指令需要被试只对出现在屏幕中央的目标数字进行奇偶判断的左右手按键反应，而不用考虑所呈现的言语标签“左”和“右”是否出现在屏幕左侧或右侧时，此时被试会将小数字与左侧空间相联结，将大数字与右侧空间相联结，从而产生了SNARC 效应，支持了视觉空间编码说。

尽管已有研究发现言语-空间编码比视觉空间编码机制更有优势，但需要注意的是这些结果在很大程度上是基于言语-空间标签的任务指令所导致的言语-空间加工策略引起的（Georges et al.,2015）。因此，通过在Gevers 等（2010）实验范式基础上增加空间任务指令可进一步检验和证明任务指令变化是否对数字-空间联结编码产生影响，以及数字与空间表征紧密联结的认知机制。为此，本研究的实验1 和实验2 分别通过操作言语和空间两种实验任务指令，探究了任务指令对数字-空间联结编码的影响，结果发现言语任务指令条件下，言语-空间编码更有优势，而空间任务指令条件下视觉空间编码更有优势。说明数字-空间联结编码确实受到任务指令的影响，且被试会根据任务指令所设置的情景选择言语-空间或视觉空间编码对数字进行空间联结。任务指令的这种重要性不仅在于它可激活数字-空间联结中的言语-空间和视觉空间编码，同时也反映了SNARC 效应的编码策略。如Bächtold 等（1998）在实验中要求被试在想象直尺或钟面之后执行数字大小分类任务，结果发现直尺指令条件下，观察到SNARC 效应；而钟面指令条件下，观察到反转的SNARC 效应。这些结果证明了数字-空间联结具有灵活性，说明任务指令和任务背景会影响SNARC 效应的编码机制和数字编码策略的方向性（Fischer, 2006）。

5 结论

本研究条件下，可得出如下结论：（1）言语任务指令下，词语一致性与物理一致性的交互作用显著，且词语一致和不一致时均未发现SNARC效应，表明数字-空间联结的言语-空间编码更有优势。（2）空间任务指令下，物理一致性主效应显著，且词语一致和不一致时均出现了SNARC 效应，表明视觉空间编码更有优势。（3）数字-空间联结编码受任务指令影响，被试会根据实验任务指令所设置的情景选择言语-空间或视觉空间编码对数字进行空间联结。