時距加工“長度效應”研究述評

摘要 所謂長度效應指隨著加工長度的變化。時距加工機制在認知或神經層面會表現出不一致。近20年來，關于時距加工是否會出現長度效應存在共同機制假設和差異機制假設兩種觀點。共同機制假設主張不同長度的時距加工認知或神經機制相同，且該機制可被標量計時模型解釋；而差異機制假設主張不同長度時距加工的認知或神經機制存在差異，2～3s、1s，1／2s及1／3s等是區別不同機制的分界位置。文章還指出四個值得思考的問題，即已獲證據的可靠性問題、判定標準的多元化問題、分界位置的確定性問題及理論模型的適用性問題。

關鍵詞 長度效應；共同機制假設；差異機制假設；標量計時模型；雙加工模型

分類號 B842

1 前言

迄今為止，盡管我們還不清楚時間信息的特定感受器，但是人類能利用時間信息適應客觀世界，譬如從音樂、言語節奏的感知到駕車，行走都需要時間信息參與，這說明人類可能存在某種特定的時間信息加工機制。由于時間的長度可以從短暫的瞬間直至永恒，因而時間信息加工機制是否隨著長度而變化是一個亟須回答的問題。所謂長度效應指隨著加工長度的變化，時距加工機制在認知或神經層面會表現出不一致(張志杰，黃希庭，2007)。自上世紀八九十年代起，時距加工的長度效應問題逐漸成為國內外研究者的關注點之一，并逐漸形成了共同機制假設和差異機制假設等兩種觀點。共同機制假設主張不同長度時距加工認知或神經機制一致(Gibbons，2004；Rammsayer，2005)，而差異機制假設則反之(Fraisse，1984；Lewis，2003；Pamela，2007；P6ppel，1997；Poppel，2004；尹華站，2008；張志杰，2006)。迄今，學界雖已積累大量實證研究，卻未見文獻系統論述過該問題。為此，本文將在整合已有文獻的基礎上對這一問題進行全面而系統地剖析。一方面為后續者研究長度效應問題提供啟發，另一方面為徹底揭示時距加工的認知神經機制奠定基礎。

2 長度效應問題研究

自上世紀八九十年代開始，部分時間心理學研究者逐漸將興趣轉移至“長度效應”問題的探討隨之涌現出大量的源自認知和神經層面的證據，這些證據分別支持了差異機制和共同機制假設。

2.1 支持“差異”機制假設的證據

研究者對于差異機制假設的探討主要表現出先提出觀點，再為觀點尋找證據的模式。Fraisse(1984)和Poppel(2004)以2～3s為界，將時距信息加工區分為時間知覺和時間估計，并提出了時間雙加工模型。由于時間信息是瞬息即逝的，不能像空間知覺那樣進行反復的感知，因此真正意義上的時間知覺和時間記憶是有所不同的。時間知覺是對時間的“直接”反映，依賴于同質刺激的自發組織，即在大約幾秒鐘的限度內，把一些相繼事件知覺為相對來說是同時的，即“知覺到現在”。時間估計指對持續時間的認知不是對現實-的復制，而只能靠同長時記憶中的體驗加以比較來加以認知。知覺到現在的上限是按照一個刺激序列可以被知覺為整體所持續的時間來衡量的。

為了驗證時距信息加工機制是否隨著長度不同而存在差異，研究者開展了一系列工作。譬如，Kagerer等人(2002)以幾組腦損傷患者為被試，要求復制1～5.5s的時距，然后對3s以上和3s以下條件所復制的時距進行曲線描述，并計算各自平均斜率，結果發現3s以下時距復制的回歸曲線較3s以上時距復制的回歸曲線更陡。更重要地是發現了時距長度和患者組別的交互作用。大腦半球前部至中央回損傷的患者3s以上時距復制曲線平均斜率較低，較其他被試有較大時距低估。這可能意味著38以下和3s以上的時距加工受損傷的腦部位的影響不同。Lewis等(2003)采用核磁共振技術探討了0.6s和3s時距辨別所激活腦區差異，研究結果表明與運動系統有關的一些腦部結構參與0.6s時距加工，而左側后扣帶回和內側頂葉在3s時距加工條件下表現出更大的激活，這項研究雖然表明了在0.6s和3s的時距加工中有共同腦結構激活，但是激活模式存在差異，這可能意味著0.6s和3s屬于兩種不同的加工機制。Pmela等人(2007)在一項研究中要求21歲至84歲的被試完成1～5s視時距和聽時距復制任務，并對所有被試的空間工作記憶能力進行了評定，選取得分最高25％和最低25％的兩組被試，試圖考察空間工作記憶能力和刺激呈現通道對時距復制的影響。結果發現，3～5s時距復制時，工作記憶能力較強的被試組復制時距較長，且存在通道效應；而1～2s時距復制結果沒有表現出這種趨勢。wittmann等人(2007)采用藥理學手段探討了5一羥色胺受體的拮抗劑二甲-4-羥色胺磷酸對時距信息加工的影響。研究采用雙盲方式對12個身體健康的志愿者分別在不同時間段，在安慰劑、中強度劑量藥物(115μg／kg)、高強度劑量藥物(250μg／kg克)等三種條件下進行了時間復制測試，結果發現2.5s以上的時距復制在安慰劑、中強度劑量藥物、高強度劑量藥物等三種條件下依次變長，2.5s以下時距三種條件無明顯變化。尹華站(2008)在另一項研究中采用雙任務作業范式，以字母回憶為非時間任務，操縱時間編碼階段的非時間加工負荷量，旨在通過考察1～6s的時距復制長度是否隨著非時間加工負荷量而變化。結果發現，1s、2s及3s基本不受字母回憶加工負荷量的影響：而4s、5s及6s時距復制長度隨著負荷量增大而變短。

上述系列研究均表明了2～3s以內的時距信息加工不受事件屬性、工作記憶等因素影響；而2～3s以上的時距信息加工需要注意、記憶等參與。然而，對于機制的分界位置沒有達成一致意見。譬如，Grimm等人(2004)在研究中分別以200ms和1000ms為靶時距，120ms和600ms為相應偏差時距，靶時距和偏差時距比例為9：1，每一種靶時距和相應偏差時距在同一個組塊中隨機出現，要求被試先后完成無注意和注意階段的序列時距加工。結果表明，注意條件下不論短偏差時距還是長偏差時距均誘發明顯的MMN，而無注意條件下的長偏差時距無明顯MMN誘發出來，這意味著200ms與1000ms是兩種不同的機制。Lewis(2003)根據是否由動作來體現時距以及任務的連續性和可預測性等基本特征，將時距信息加工區分為1s以內“自動的計時系統”和1s以上的“認知控制”計時系統兩種機制。張志杰等人(2006)在一項以CNV為指標的時間兩分任務(時間加工任務中很少或根本不涉及動作)的研究中也證實了這點。另外，Michon等(1985)認為1／2s以內的時距信息加工具有高度知覺性質，發生迅速且不影響其他加工，并得到研究證實。Hugo等人甚至認為時距信息加工中存在1／3s以內的感覺機制和1／38以上基于肌肉知覺體驗機制(尹華站，2008)。由此可見，時距信息加工機制存在差異的觀點已得到一些研究支持，但對于不同機制的分界位置仍存在分歧。

2.2 支持“共同”機制假設的證據

自研究者逐漸將研究興趣轉移到“長度效應”問題的探討之后，一些研究者卻指出時距加工的認知神經機制可能并不存在所謂的長度效應。譬如，Eisler(1994)曾對1868年至1975年間采用時間復制任務的研究結果進行元分析發現時距加工過程中標準時距與復制時距的關系呈現出指數為-81的冪函數曲線(高估短時距、低估長時距)，這可能說明不同長度的時距加工具有共同機制。wearden n999)主張這種機制可以用標量計時模型解釋。該模型假定時距信息加工包括三個階段：內部時鐘、記憶、決策。內部時鐘被假定為由一個以一定頻率發放脈沖的起搏器和一個累加脈沖的累加器所構成，注意資源負責監控脈沖自起搏器進入累加器的過程；記憶包括存儲當前時距脈沖的工作記憶和存儲相對較重要時距脈沖的標準時距參照記憶；決策是指比較存儲在工作記憶中的當前時距和參照記憶中的重要時距(脈沖數比較)，并進而做出判斷。

自標量計時模型被明確提出之后，為共同機制觀點尋找新證據掀起了新一輪研究熱潮。Fortin和coutllre(2002)在研究中首先以1s／個相繼呈現數量不等(1個，3個或5個)的字母，并要求被試記住這些字母。接著在屏幕中央呈現一排中性刺激(三角形)，待被試覺得記牢字母之后，按空格鍵繼續。間隔ls之后，出現一個持續20ms的音調(785Hz)，待間隔一段時間(1.85s，2.15s，3.70s，4.30s，5.55s，6.458)之后又出現一個持續20ms的音調(785Hz)，之后中性刺激(如三角形)再次出現待被試準備好之后，按“2”鍵復制階段開始。當靶時距流逝四分之一后，出現一個探測字母，要求被試判斷字母是否在已呈現的序列中出現過。如果出現過，待復制時間等于靶時距時，按“1”鍵，否則，按“3”鍵。最后對被試判斷字母類型的結果給出反饋。結果發現所有類型的時距復制均隨著記憶項目數量增多而延長，即每一類時距加工受記憶搜索影響一致。根據標量計時模型，這可能是探測字母搜索占用了一部份認知資源，從而導致在時間信息復制時部分脈沖丟失，以致復制時距延長。Rammsayer等(2005)在另一項研究中探討了100ms和ls時距加工機制是否存在差異。實驗1、實驗2和實驗3均采用2×3的被試內設計，分別以心算任務、字母再認和圖形再認任務作為非時間加工任務。實驗1結果發現100ms和1000ms的時距比較受認知負荷的影響，隨著認知負荷增高，差別閾限顯著增大。實驗2和實驗3結果均發現100ms和1000ms的時距比較均不受認知負荷影響，差別閾限沒有呈現出隨負荷量增大而增大的趨勢。實驗4采用感覺干擾范式，對標記時距的音調強度進行了操縱，結果發現100ms和1000ms的時距比較均受音調強度影響。這意味著100ms和1000ms的時距加工機制可能一致。隨著認知神經科學的發展，電生理學和腦成像技術成為研究者重要的研究手段，Ghibbons等(2004)在一項ERP研究中要求被試對2s、4s及6s進行時間復制任務，記錄了時間編碼和復制過程誘發的CNV，結果發現編碼階段和復制階段的CNV波幅電流密度在三種條件下無顯著差異。Pouthas等(2005)在另一項采用核磁共振技術記錄了450ms和1300ms時距加工過程中的腦區激活模式，結果發現不管450ms還是1300ms時距加工過程中前運動輔助皮質、前扣帶回、額葉、頂葉以及基底神經節均出現激活，這可能意味著450ms和1300ms時距加工機制相同。后來，尹華站(2008)等在一篇綜述中指出與內部時鐘有關的神經結構有小腦、基底神經節、前額皮質、前運動輔助皮質及頂葉下回皮質等：與記憶階段有關的神經結構有基底神經節、背外側前額皮質、右側額下皮質及外側前運動皮質等；與決策階段有關的神經結構有背外側前額皮質、前扣帶回、高級顳葉皮質和基底神經節等。Mormm等(2009)采用腦成像技術研究發現激活的腦區也支持了尹華站(2008)的觀點。綜上所述，時距信息加工具有共同機制得到了一些證據的支持。

3 進一步的思考

整合已有研究文獻，我們發現四個問題仍需進一步思考：其一，已獲證據的可靠性問題；其二，判定標準的多元化問題；其三，分界位置的確定性問題；其四，理論模型的適用性問題。

3.1 已獲證據的可靠性問題

研究者曾采用多條途徑對秒至分鐘范圍內人類和動物時距信息加工機制進行過探討。一些研究支持時距信息加工具有共同機制(Fortin，2002；Gibbons，2004；Rammsayer，2005)；另一些研究支持不同長度時距信息加工機制存在差異(Lewis，2003；ulbrich，2007；wittimann等，2007；尹華站，2008；張志杰等，2006)。綜合分析上述研究，可以得出兩點啟示：首先，由研究結果推斷研究結論的嚴謹性需要加強。譬如Fortin(2002)等采用雙任務范式探討了1.85s～6.45s范圍內的時距是否具有共同機制，結果發現所有時距復制均表現出隨著字母回憶負荷量增大而延長，由此推斷時距加工不隨長度而變化；Rmsayer(2005)研究發現100ms和1s加工時受干擾任務的影響趨勢一致，于是認為時距信息加工具有共同機制。根據P6ppel等(2004)、Lewis等(2003)、Mich0D(1985)的觀點可知，推斷時距信息加工是否具有共同機制應該在研究中選取更加全面的時距。其次，研究結果的準確性值得懷疑。譬如，Gibbons等(2004)在對2、4、6s時距復制任務中編碼階段和復制階段CNV電流密度圖進行分析的基礎上，發現3種條件下無顯著差異。但這可能受被試采用計數策略，以致干擾了CNV波形特征。另外，Rammsayer(2005)研究采用靶時距較短(100ms和1s)，而即使單獨完成實驗1、實驗2、實驗3中的心算加工任務、字母再認任務和圖形再認任務所需時間分別較600ms、450ms及850ms長，且還要求被試高度關注非時間加工任務的準確率。因此在研究中非時間加工任務極有可能占主導地位，以致產生的結果值得商榷。總之，已獲證據的可靠性問題主要是一方面要注意結果本身的準確性，另一方面要注意從結果推斷結論的嚴謹性。

3.2 判定標準的多元化問題

目前，研究文獻主要集中從認知層面和神經層面探討時距加工的長度效應問題，但對于判定的標準未達成統一認識。認知層面主要在于區分不同長度的時距加工是否有注意及記憶等認知加工的參與，而神經層面主要在于區分不同長度的時距加工是否激活的腦區和模式存在差異。譬如，尹華站(2008)考察了1～6s的時距復制長度是否隨著非時間加工負荷的變化而變化，結果發現1s、2s及3s基本不受字母提取加工負荷量的影響；而4s、5s及6s的時距復制長度隨著負荷量增大而變短。Koch等人(2007)采用經顱磁刺激技術探討短時距加工(400～600ms)和長時距加工(1600～2400ms)的差異，結果發現短時距加工時小腦出現激活，而長時距加工時右背外側前額皮質出現激活，Lee等(2007)在一項經顱磁刺激技術的研究中也發現了小腦在ls以下時距加工中出現激活。Lewis和Miall(2006)的研究也得出了類似的結論。其實，即使在同一層面的判定標準也可能存在差異。譬如，Pamela(2007)等在一項研究中采用因素分析技術對1～5s以內時距加工是否存在兩種機制進行了探討，結果發現1～2s時距加工存在通道非特異性，而30s時距加工是通道特異性的，從而判斷2—3s以內和以上時距加工機制不同。Noulhiane等(2009)比較了以視覺和聽覺方式呈現的1～5.5s和1～10s范圍內的時距復制任務，結果發現兩種范圍內的時距復制曲線在3s左右均發生偏轉。總之，對于長度效應的判定是從認知層面還是神經層面應該區分清楚。

3.3 分界位置的確定性問題

迄今，一些研究對于時距信息加工機制分界位置的看法有分歧。黃希庭等(2006)曾提到人類心理時間呈現出“三段”，因此時距信息加工可能也存在多個分界位置。譬如，Hugo主張l，3s以內的時距信息加工為感覺機制；Michon認為1／2s內時距信息加工具有知覺加工性質；而P6ppel強調2～3s內加工為時間知覺，2～3s以上加工為時間估計。由此可見，Hugo與Michon所認為的極可能不是同一個分界位置，這與信息加工過程存在多個階段的思想是一致的(鳳四海，2006)。另外，Michon主張的1，2s內的時距加工具有知覺的性質和P6ppel強調的2～3s內為時間知覺是不同角度的提法。前者假設人類存在特定計時器，1／2s內時距信息加工遵循其他知覺的原理；而后者假設人類加工時間主要依靠知覺在這段時間內發生的事件變化，2～3s以內的事件變化恰好能被知覺為一個整體。至于，Lewis等(2003)提到的自動計時系統和認知控制系統的區分不僅從時間長度(1s)，而且涉及是否由動作來體現時距以及任務的連續性和可預測性等基本特征，因此1s的分界位置在單純的時距信息加工(無動作參與任務)是否成立仍需慎重。總之，未來研究首先應該界定“分界位置”內涵，然后再探討時距加工長度效應問題。

3.4 理論模型的適用性問題

人類沒有特定感受器卻能對時間信息進行加工，這表明人類可能存在某種復雜的計時機制。這種機制能被標量計時模型(wearden，1999)和時間雙加工模型(P6ppel，1997，2004)所解釋。然而，標量計時模型自被提出以來一直不斷受人們的質疑，比如近20年中研究者并沒有徹底揭示起搏器的神經生理機制；該模型引進了記憶變異源和決策變異源與內部時鐘機制一起說明主觀時距的變化規律，而這恰恰讓內部時鐘機制無從直接驗證(Staddon，2005)。時間雙加工模型盡管提出兩種計時機制系統說明人類時間加工現象，但是時間長度并不局限在數百毫秒至數分鐘內，人類加工時間的范圍可以是無限的，基于此，黃希庭提出了時間認知分段綜合模型(黃希庭，李伯約，張志杰，2003)。該模型將人類時距認知的對象范疇推廣到整個時間維度的全程。總之，標量計時模型盡管能解釋數百毫秒至數分鐘范圍內大量的人類計時規律，時間雙加工模型將短時距范疇內的2—3s以下和以上的時距加工機制進行了解釋，但對于更寬范圍內的時距認知機制則還需要其他模型來進行解釋。因此，對時距認知神經機制的探討目前剛剛起步，更艱巨的任務正擺在我們面前。

致謝：感謝河北師范大學張志杰教授的寶貴建議。