時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)的ERP研究*

張 鋒，蘇 丹，陳 有 國

(1.河南大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院心理學(xué)系，河南 開封 475004；2.西南大學(xué) 心理學(xué)部，重慶市 400715)

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時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)的ERP研究*

張 鋒1，蘇 丹2，陳 有 國2

(1.河南大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院心理學(xué)系，河南 開封 475004；2.西南大學(xué) 心理學(xué)部，重慶市 400715)

采用事件相關(guān)電位(ERP)技術(shù)探討時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)的神經(jīng)生理機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無啟動時N1潛伏期和波幅顯著高于有啟動時的潛伏期和波幅，無啟動時P1波幅在PO7處顯著大于有啟動時的波幅，有啟動時P2波幅顯著高于無啟動時的波幅。因此，時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)發(fā)生在早期感覺加工和有意識知覺加工階段，與N1、P1和P2有關(guān)。

時序知覺；重復(fù)啟動效應(yīng)；事件相關(guān)電位(ERP)

一、前 言

時序是指人們將兩個或兩個以上的事件知覺為不同的順序[1]。時序加工缺陷與誦讀困難、失語癥和言語學(xué)習(xí)損傷有關(guān)[2-4]，時序知覺是言語加工等高級認知能力的基礎(chǔ)[5]。認知神經(jīng)研究結(jié)果顯示，時序知覺的腦神經(jīng)基礎(chǔ)涉及P2波幅[6]、大腦右側(cè)PPC[7]和TPJ[8]。研究還發(fā)現(xiàn)，聽覺提示對視覺時序知覺加工效應(yīng)與C1、P1、N1、P2和N2有關(guān)[9]，在視覺和觸覺跨通道的時序判斷任務(wù)中受到注意的視覺刺激產(chǎn)生了P1、N1、P2、N2和P300[10]。

時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)是指在時序判斷任務(wù)中把重復(fù)啟動的靶刺激知覺為比未被重復(fù)啟動的靶刺激先出現(xiàn)的現(xiàn)象[11]。但是，最近研究發(fā)現(xiàn)時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)存在反轉(zhuǎn)，也就是說，啟動效應(yīng)在兩個靶刺激出現(xiàn)順序不同時存在差異，在被啟動的靶刺激先出現(xiàn)時產(chǎn)生啟動效應(yīng)的反轉(zhuǎn)(負向的啟動效應(yīng))，在未啟動的靶刺激先出現(xiàn)時存在正向的啟動效應(yīng)。這說明時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)的作用機制包括知覺增強過程和時序知覺判斷的抑制過程[12-13]，可以采用雙加工表征匹配調(diào)節(jié)假說加以解釋[14]。但該結(jié)論僅來自行為研究，尚未有研究考察時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)的神經(jīng)生理機制。考慮到ERP技術(shù)具有高時間分辨率的特點，對時序信息加工過程的分析可以精確到毫秒，能更好揭示重復(fù)啟動效應(yīng)的時間進程，本研究將采用ERP技術(shù)對此進行初步探討。

在ERP研究中，時間間隔較短的刺激序列會導(dǎo)致前面刺激的波形對后面刺激的波形產(chǎn)生干擾，使ERP波形失真變形，一般可以采用Adjacent Response(Adjar)技術(shù)進行矯正[15]。最近有注意瞬脫(attentional blink)研究采用無關(guān)探測技術(shù)(irrelevant-probe technique)消除波形重疊問題[16]，其基本原理是：呈現(xiàn)探測刺激的ERP波形反映了對探測刺激和在快速序列視覺呈現(xiàn)任務(wù)中其他項目的反應(yīng)的總和，沒有呈現(xiàn)探測刺激的ERP波形只反映了對其他項目的反應(yīng)，對探測刺激的反應(yīng)可以通過將呈現(xiàn)探測刺激的ERP波形減去沒有呈現(xiàn)探測刺激的ERP波形所得的差異波而獲得，從而消除了刺激呈現(xiàn)間隔時間過短對探測刺激的ERP波形所造成的干擾。所以，本研究在借鑒快速刺激序列ERP研究的方法學(xué)基礎(chǔ)上，采用無關(guān)探測技術(shù)和ERP相減法來消除波形的重疊。

二、方 法

(一)被試

12名大學(xué)生被試(7名男生，5名女生，年齡范圍是19～25歲，平均年齡22歲)。所有被試的視力或矯正視力正常，右利手，身體健康，無大腦疾病，填寫知情同意書后進行實驗，在完成實驗后付給一定報酬。

(二)實驗材料

正方形和正菱形，邊長都是4cm，兩個圖形之間的距離是9cm。啟動圖形與靶圖形的形狀相同，邊長是2cm。

(三)實驗設(shè)計

2×2的被試內(nèi)設(shè)計。自變量是：(1)啟動：有啟動、無啟動；(2)匹配：匹配、不匹配。匹配指首先出現(xiàn)的靶圖形與啟動圖形相同(被啟動的靶圖形先出現(xiàn))，不匹配指首先出現(xiàn)的靶圖形與啟動圖形不同(未啟動的靶圖形先出現(xiàn))。

(四)實驗程序

實驗程序采用E-Prime軟件編制。被試在實驗室內(nèi)單獨進行實驗，與顯示器(17英寸顯示器，刷新頻率75 Hz)的距離約為100cm。

在實驗中，首先在屏幕中央呈現(xiàn)注視點“+”400～800ms，接著在啟動條件下呈現(xiàn)啟動圖形(無啟動條件下沒有啟動圖形)28ms，隨機間隔100～200ms后，依次隨機在屏幕的上方和下方分別呈現(xiàn)兩個靶圖形28ms(SOA為42 ms，84 ms和126 ms)。為采用ERP相減技術(shù)增加了一個實驗條件：在有啟動條件下，首先呈現(xiàn)啟動刺激，然后呈現(xiàn)兩個靶刺激，第一個靶刺激為空白圖形，第二個靶刺激為方形或者菱形。

在第二個靶圖形消失后屏幕中央出現(xiàn)一個小“+”，要求被試判斷哪個靶圖形先出現(xiàn)。方形先出現(xiàn)按“1”、菱形先出現(xiàn)按“2”(或按鍵分配與之相反)；空白圖形先出現(xiàn)按“E”。被試通過練習(xí)熟悉實驗程序后進行正式實驗。每名被試在正式實驗中完成60個條件(2靶圖形×2靶圖形呈現(xiàn)位置×3SOA×5)，重復(fù)15次，共900次試驗。實驗時間大約50分鐘。

(五)ERP記錄和分析

采用德國Brain Products公司的ERP記錄與分析系統(tǒng)，按國際10～20系統(tǒng)擴展的64導(dǎo)電極帽記錄EEG，以雙耳乳突連線為參考電極，雙眼外側(cè)安置電極記錄水平眼電，右眼上下安置電極記錄垂直眼電。各電極處頭皮電阻在5KΩ以下。濾波帶通為0.01～100Hz，采樣頻率為500Hz/導(dǎo)。

離線處理數(shù)據(jù)并自動校正眼電，充分排除偽跡，波幅大于±80μV自動剔除。根據(jù)實驗的目的和理論假設(shè)，將分析在第一個靶圖形出現(xiàn)后所誘發(fā)的ERP，分析時程是第一個靶圖形出現(xiàn)后500 ms，基線是第一個靶圖形出現(xiàn)前200 ms。根據(jù)無關(guān)探測技術(shù)和ERP相減法的原理，有啟動條件下的第一個靶圖形的ERP是通過含有兩個靶圖形的試驗所獲得的ERP減去第一個靶圖形為空白圖形的試驗所獲得的ERP而得到的差異波。根據(jù)相關(guān)文獻[9-10]，選擇5個電極(PO3/PO4、OZ、PO7/PO8)進行2(匹配)×2(啟動)×5(電極)的重復(fù)測量方差分析，運用Greenhouse Geisser法校正p值。

三、結(jié) 果

(一)行為結(jié)果

在不同條件下的被啟動的靶圖形先出現(xiàn)的判斷頻率見表1。重復(fù)測量方差分析的結(jié)果表明，匹配的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(1，11)=83.07，p<0.001；啟動的主效應(yīng)不顯著，F(xiàn)(1，11)=0.35，p=0.564；啟動與匹配的交互作用顯著，F(xiàn)(1，11)=11.26，p=0.006。簡單效應(yīng)檢驗結(jié)果顯示，不匹配條件

(p=0.018)和匹配條件(p=0.017)都存在顯著的啟動效應(yīng)，這說明重復(fù)啟動效應(yīng)在時序知覺判斷任務(wù)中是穩(wěn)定存在的，在不匹配時存在正向的啟動效應(yīng)，而在匹配時則存在啟動效應(yīng)的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

表1 被啟動的靶圖形先出現(xiàn)的判斷頻率：M(SD)

(二)ERP結(jié)果

ERP數(shù)據(jù)顯示，第一個靶圖形引發(fā)了三個非常清晰的ERP波：P1(60～120 ms)、N1(110～210 ms)、P2(220～350 ms)。圖1是第一個靶圖形在電極OZ處的ERP總平均圖。

圖1 第一個靶圖形在OZ的ERP總平均圖

對N1潛伏期進行2(匹配)×2(啟動)×5(電極)的重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，啟動主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(1，11)=10.58，p=0.008。其它主效應(yīng)及交互作用不顯著(ps>0.05)。N1波幅的分析結(jié)果顯示，啟動(p=0.016)和電極(p=0.003)的主效應(yīng)顯著，OZ的波幅顯著大于PO3、PO4、PO7、PO8(ps<0.05)。匹配主效應(yīng)和所有交互作用不顯著(ps>0.05)。

P1潛伏期的重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，主效應(yīng)及交互作用不顯著(ps>0.05)。P1波幅的分析結(jié)果表明，電極的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(4，44)=6.14，p=0.001，PO3、PO4、PO7、PO8的波幅顯著大于OZ(ps<0.001)；啟動和電極的交互作用顯著，F(xiàn)(4，44)=7.50，p<0.001。簡單效應(yīng)檢驗結(jié)果表明，在PO7無啟動波幅顯著大于有啟動波幅(p=0.027)；有啟動條件下，PO3的波幅顯著大于OZ(p=0.009)，PO4的波幅顯著大于PO7(p=0.031)；無啟動條件下，PO3、PO4、PO7、PO8波幅顯著大于OZ(ps<0.01)。其他交互作用不顯著(ps>0.05)。

P2潛伏期的重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，主效應(yīng)及交互作用不顯著(ps>0.05)。P2波幅的分析結(jié)果顯示，匹配主效應(yīng)邊緣顯著，F(xiàn)(1，11)=4.72，p=0.053，啟動(p=0.016)和電極(p=0.002)主效應(yīng)顯著。匹配和啟動交互作用邊緣顯著，F(xiàn)(1，11)=4.72，p=0.053，匹配(p=0.008)和不匹配(p=0.037)時的啟動效應(yīng)顯著。匹配和電極交互作用顯著，F(xiàn)(4，44)=2.63，p=0.047，匹配條件下，PO3的波幅顯著大于PO7(p=0.022)和PO8(p=0.006)，PO4的波幅顯著大于PO8(p=0.003)；不匹配條件下，PO3的波幅顯著大于PO7(p=0.020)和PO8(p=0.003)，OZ(p=0.009)和PO4(p=0.001)的波幅顯著大于PO8。啟動和電極交互作用不顯著(p=0.069)。電極、啟動和匹配的交互作用顯著，F(xiàn)(4，44)=2.63，p=0.047。簡單效應(yīng)檢驗結(jié)果表明，PO7/匹配條件的啟動效應(yīng)邊緣顯著(p=0.053)，OZ/匹配條件(p=0.007)和OZ/不匹配條件(p=0.024)的啟動效應(yīng)顯著，PO4/匹配條件的啟動效應(yīng)顯著(p=0.016)，PO8/匹配條件(p=0.001)和PO8/不匹配條件(p=0.012)的啟動效應(yīng)顯著。PO3/有啟動條件的匹配效應(yīng)顯著(p=0.047)，PO8/有啟動條件的匹配效應(yīng)顯著(p=0.004)。

四、討 論

已有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重復(fù)啟動對時序知覺具有顯著影響，但其影響依據(jù)首個靶刺激的不同(與啟動圖形是否匹配)有所差異，在未啟動的靶刺激先出現(xiàn)(即與啟動刺激不匹配)時存在顯著的啟動效應(yīng)，在被啟動的靶刺激先出現(xiàn)(即與啟動刺激相匹配)時則產(chǎn)生啟動效應(yīng)的反轉(zhuǎn)(即被啟動的靶刺激被判斷為先出現(xiàn)的頻率不是增加而是減少了)，這是以往研究所沒有觀察到的[12-14]。目前，并未有ERP研究探討時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)的神經(jīng)生理機制，本研究對此進行了考察。為消除刺激間隔較短引發(fā)的ERP波形重疊問題，借鑒有關(guān)的研究方法[16]，采用無關(guān)探測技術(shù)和ERP相減技術(shù)排除重疊問題導(dǎo)致的“污染”。具體來說，在有啟動情況下增添了第一個靶刺激為空白圖形的實驗條件。在沒有呈現(xiàn)空白圖形的條件下記錄的ERP反映了對第一個靶圖形的反應(yīng)與對其他圖形的反應(yīng)的總和，在呈現(xiàn)空白圖形條件下記錄的ERP只包含對其他圖形的反應(yīng)。將沒有呈現(xiàn)空白圖形試驗的ERP減去呈現(xiàn)空白圖形試驗的ERP所得到的差異波，就得到了沒有失真變形的第一個靶圖形的ERP，確保了實驗結(jié)果的可靠性。

行為數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，時序知覺的重復(fù)啟動效應(yīng)中存在匹配效應(yīng)，在不匹配條件和匹配條件下都存在顯著的啟動效應(yīng)。這說明時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)包括正向的和負向的啟動效應(yīng)，在第一個靶圖形與啟動圖形不同(不匹配)時存在著顯著的啟動效應(yīng)；在第一個靶圖形與啟動圖形相同(匹配)時產(chǎn)生了啟動效應(yīng)的反轉(zhuǎn)，這與先前的研究結(jié)果[12-14]一致，表明時序知覺的重復(fù)啟動效應(yīng)及其反轉(zhuǎn)是穩(wěn)定可靠的。

ERP研究結(jié)果表明，時序知覺的重復(fù)啟動效應(yīng)在大腦皮層引發(fā)了N1、P1和P2波形。無啟動條件的N1波幅、P1波幅(主要在PO7處)顯著高于有啟動條件的波幅，這是因為在有啟動條件下需要對啟動圖形進行加工，而無啟動條件下則沒有啟動圖形因而無需對啟動圖形進行加工，認知資源的有限性導(dǎo)致第一個靶圖形在有啟動時的認知加工的波幅低于無啟動時的波幅。根據(jù)時間認知的分段綜合模型[17]，時序知覺屬于極短時距的范疇。與無啟動(注意)的感覺通道相比，視覺信息在啟動的感覺通道中引發(fā)了更強的和更具選擇性的神經(jīng)反應(yīng)[18]，這種選擇性注意的加工過程與P1和N1有關(guān)[19]，P1和N1反映了人類的早期感覺加工。本實驗結(jié)果說明，重復(fù)啟動效應(yīng)調(diào)節(jié)著時序知覺加工過程的N1和P1波幅，時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)與視覺的早期感覺加工階段有關(guān)。

ERP研究結(jié)果還顯示，有啟動條件下的P2的波幅顯著高于無啟動條件下的P2波幅，這是因為此時啟動圖形的加工已經(jīng)結(jié)束，第一個靶圖形隨后需要和第二個靶圖形進行時序比較；相對于無啟動條件，此時的第一個靶圖形的加工過程中包含了反應(yīng)抑制加工，因而增大了其相應(yīng)的認知負荷。匹配效應(yīng)主要表現(xiàn)在P2的波幅上，在匹配條件下(特別是在有啟動時)的P2波幅顯著高于不匹配條件下的P2波幅。根據(jù)雙加工表征匹配調(diào)節(jié)模型[12，14]，在匹配條件下的第一個靶圖形與啟動圖形相同，第一個靶圖形的知覺加工由于啟動圖形引發(fā)的表征預(yù)激活而導(dǎo)致其潛伏期較短，不匹配條件下第一個靶圖形由于沒有表征預(yù)激活過程，則潛伏期較長。而且，在第一個靶圖形與啟動圖形匹配(即相同)時，啟動圖形的反應(yīng)抑制加工過程會持續(xù)，在不匹配條件下的第一個靶圖形由于與啟動圖形不同則啟動圖形的反應(yīng)抑制加工過程就消退，導(dǎo)致匹配時的P2波幅高于不匹配時的波幅。研究[20-21]顯示，P2可能反映了感覺信息到達有意識的知覺加工機制，說明認知資源是根據(jù)刺激特征的知覺加工而進行分配的；P2反映了有意識的知覺加工。所以，時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)還與有意識的知覺加工階段有關(guān)。

五、結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，時序知覺重復(fù)啟動效應(yīng)發(fā)生在早期感覺加工和有意識知覺加工階段，與N1、P1和P2有關(guān)。

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責(zé)任編輯 曹 莉

10.13718/j.cnki.xdsk.2015.01.015

2014-11-21

張鋒，心理學(xué)博士，河南大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院心理學(xué)系，副教授。

教育部人文社會科學(xué)研究青年基金項目“青少年學(xué)生的時間認知與管理的特點及其對策研究”(10YJCXLX056)，項目負責(zé)人：張鋒；河南大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院青年科研基金項目“重復(fù)啟動效應(yīng)的機制研究”(2010-JKJJ-14)，項目負責(zé)人：張鋒。

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A

1673-9841(2015)01-0118-05