異族效應(yīng)影響工作記憶的比較過程：來自ERP的證據(jù)*

王 慈 丁曉偉 高在峰 尹 軍 水仁德

(浙江大學(xué)心理與行為科學(xué)系，杭州 310007)

異族效應(yīng)影響工作記憶的比較過程：來自ERP的證據(jù)*

王 慈 丁曉偉 高在峰 尹 軍 水仁德**

(浙江大學(xué)心理與行為科學(xué)系，杭州 310007)

以往有關(guān)異族效應(yīng)的研究主要聚焦在其在知覺階段的加工機(jī)制，尚未有研究探討異族效應(yīng)對(duì)工作記憶加工過程的影響。本研究采用延遲匹配范式，以反映比較過程中表征沖突的前額N2為指標(biāo)，對(duì)異族效應(yīng)影響工作記憶比較過程的機(jī)制進(jìn)行了探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，異族效應(yīng)調(diào)節(jié)人臉在工作記憶中的比較過程：本族人臉較異族人臉可誘發(fā)更負(fù)的前額N2。該研究為異族效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制提供了新的可能解釋。

異族效應(yīng) 工作記憶 前額N2

1 引 言

在日常生活中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)較本族人的面孔，其他種族(如白種人)的人臉面孔彼此較相似、較難區(qū)分。該現(xiàn)象首先由Feingold(1914)發(fā)現(xiàn)，隨后研究揭示該現(xiàn)象普遍存在。研究者將該現(xiàn)象稱為“異族效應(yīng)”(other race effect;Malpass & Kravitz,1969;Meissner & Brigham,2001)，并在近幾十年來得到了深入而廣泛的研究(for reviews see Meissner & Brigham,2001;Sporer,2001)。目前有關(guān)異族效應(yīng)的研究主要探討異族效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)個(gè)體在加工本族面孔與異族面孔上存在顯著區(qū)別，如人們對(duì)本族面孔的加工較異族面孔更加具有整體性(holistic)的加工傾向(Horry,Cheong,& Brewer,2015;Michel,Rossion,Han,Chung,& Caldara,2006;Rhodes,Tan,Brake,& Taylor,1989；Stahl,Wiese,& Schweinberger,2008;Tanaka,Kiefer,& Bukach,2004)。

以往有關(guān)異族效應(yīng)的研究均默認(rèn)該效應(yīng)屬于一種知覺效應(yīng)，故所有研究均在知覺層面探討異族效應(yīng)的相關(guān)機(jī)制(e.g.,Caldara,et al.2003;Ito,Thompson,& Cacioppo,2004；Loffler,Yourganov,Wilkinson,& Wilson,2005)。筆者認(rèn)為，分析比較不同的人臉不僅涉及對(duì)面孔的簡(jiǎn)單知覺加工，個(gè)體還往往需要將先前出現(xiàn)的人臉存儲(chǔ)在工作記憶(working memory)中，以便將其同正在觀察的人臉刺激比較來發(fā)現(xiàn)異同(e.g.,Bruce & Young,1986;Gao & Bentin,2011)。然而，迄今尚未有研究探討異族效應(yīng)對(duì)工作記憶加工過程的影響。該問題的探討，對(duì)探明異族效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制具有重要的理論意義。

為此，本研究擬就異族效應(yīng)對(duì)工作記憶加工過程的影響進(jìn)行初步探討。工作記憶的加工一般包括編碼、存儲(chǔ)和比較等過程(Todd & Marois,2004)，工作記憶的比較機(jī)制在辨別人臉的過程中與異族效應(yīng)可能存在更為密切的關(guān)系，因此本研究聚焦于探討異族效應(yīng)對(duì)工作記憶比較過程的影響。為了精確反映工作記憶比較階段的加工特性，筆者采用高時(shí)間分辨率的腦電技術(shù)來考察面孔的工作記憶加工過程。

考慮到前額N2被認(rèn)為是可反映工作記憶比較過程的腦電成分(Yin et al.,2011;Yin,Gao,et al.,2012)，筆者擬采用該成分作為主要指標(biāo)進(jìn)行探討。前人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作記憶中存儲(chǔ)的表征與知覺輸入表征不一致時(shí)，會(huì)在前額誘發(fā)一個(gè)比一致時(shí)更負(fù)的N2成分(e.g.,Folstein & Petten,2008;Gao,Li,Yin,& Shen,2010;Wang et al.,2000,2001)。盡管已有較多關(guān)于N2的工作記憶研究，但是這些研究主要采用顏色和形狀等刺激(e.g.,Gao et al.,2010;Yin et al.,2011)。目前，僅Chu等(Chu,Wang,& Wang,2007;Zhang,et al.,2001)采用人臉刺激為材料進(jìn)行了初步探討。他們一致發(fā)現(xiàn)，順次呈現(xiàn)的兩張人臉不同時(shí)會(huì)誘發(fā)更負(fù)的前額N2。然而，尚未有研究探討異族效應(yīng)是否調(diào)節(jié)前額N2。筆者預(yù)測(cè)，由于異族效應(yīng)的影響，個(gè)體對(duì)本族人臉間的區(qū)別可能更易覺察，因此，較異族人臉而言本族人臉?biāo)T發(fā)的N2潛伏期可能會(huì)更早，幅值更大。

2 方 法

2.1 被試

13名(8男，5女)某大學(xué)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)。所有被試均為右利手，無任何生理或者心理缺陷，視力或者矯正視力正常，年齡為19～24歲。所有被試均報(bào)告沒有和西方人存在密切接觸。

2.2 材料和儀器

刺激材料包括東方、西方面孔各80張，其中男女各半，表情中性，面部無胡須、眼鏡、痣等明顯標(biāo)志。人臉圖片經(jīng)Photoshop軟件處理到相同的形狀和大小，圖片大小設(shè)置為228×295像素。此外，明暗、對(duì)比度和空間頻率也經(jīng)過Photoshop軟件的統(tǒng)一調(diào)整。為去除頭發(fā)、耳朵、脖子等面孔外部特征的影響，面孔置于橢圓區(qū)域中(見圖1)。為避免膚色對(duì)面孔識(shí)別影響，實(shí)驗(yàn)中人臉皆采用灰階照片。實(shí)驗(yàn)時(shí)刺激呈現(xiàn)在屏幕中央(17英寸CRT)，背景為灰色；顯示器分辨率為1024×768，刷新頻率100Hz。被試通過在PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤上按鍵進(jìn)行反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行，被試距顯示器約57cm。

圖1 實(shí)驗(yàn)中所用刺激形狀示例(左邊兩張為東方面孔，右邊兩張為西方面孔)

2.3 程序

實(shí)驗(yàn)采用延遲匹配任務(wù)(見圖2)：首先在屏幕中央呈現(xiàn)一個(gè)100ms黑色“+”注視點(diǎn)，隨后呈現(xiàn)第一張面孔(S1)300ms與對(duì)應(yīng)的掩蔽刺激(通過將人臉打亂后形成，見圖2)100ms；空屏700ms后在屏幕中央呈現(xiàn)第二張面孔(S2)300ms。實(shí)驗(yàn)中S1和S2的性別、種族均保持相同；被試需判斷前后呈現(xiàn)的兩張人臉是否“相同”：相同按“J”鍵，否則按“F”鍵。實(shí)驗(yàn)記錄被試的反應(yīng)時(shí)與正確率，同時(shí)記錄腦電數(shù)據(jù)。兩個(gè)試次的時(shí)間間隔為2000～3000ms。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程示意圖

實(shí)驗(yàn)采用2(面孔種族：東方vs.西方)×2(面孔一致性：變vs.不變)的被試內(nèi)設(shè)計(jì)；每種實(shí)驗(yàn)條件80個(gè)試次，共計(jì)320次，需要40分鐘。實(shí)驗(yàn)中東方面孔與西方面孔在不同的區(qū)組呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)順序按照ABBA方式平衡。每個(gè)區(qū)組中間休息3～5分鐘。

2.4 EEG記錄和分析

本實(shí)驗(yàn)采用ESI-64導(dǎo)腦電記錄系統(tǒng)，選取61個(gè)頭皮位置，利用Ag/AgCl電極帽記錄EEG。以左眼眶額上和下部的2個(gè)電極記錄垂直眼電(VEOG)，以兩眼外側(cè)1.5cm處的2個(gè)電極記錄水平眼電(HEOG)。參考電極置于左側(cè)乳突，接地電極位于FPZ與FZ中央。腦電信號(hào)采集增益為500，A/D采樣頻率為500Hz，濾波帶通為0.05～100Hz。電極與頭皮間的電阻小于5kΩ。

腦電數(shù)據(jù)分析時(shí)首先將參考電極轉(zhuǎn)換為雙側(cè)乳突做參考，隨后采用回歸法自動(dòng)矯正眨眼等尾跡。以S2出現(xiàn)前200ms為基線，截取至S2呈現(xiàn)后800ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行低通30Hz(24dB/oct)濾波，隨后將波幅超過±75μV的EEG數(shù)據(jù)剔除。

3 結(jié) 果

3.1 行為結(jié)果

被試辨別不同種族面孔的正確率與反應(yīng)時(shí)結(jié)果見圖3。對(duì)正確率、反應(yīng)時(shí)分別進(jìn)行2×2重復(fù)測(cè)量方差分析。

在正確率(圖3a)上，所有效應(yīng)均不顯著(ps>0.05)。

在反應(yīng)時(shí)上(圖3b)，面孔種族主效應(yīng)顯著[F(1,12)=13.779，p<0.05]，被試對(duì)同族東方面孔的反應(yīng)(M=563ms)顯著快于對(duì)異族西方面孔的反應(yīng)(M=631ms)，即存在異族效應(yīng)；面孔一致性的主效應(yīng)顯著[F(1,12)=9.610，p<0.05]，被試對(duì)不變面孔的反應(yīng)(M=588ms)顯著快于對(duì)變化面孔的反應(yīng)(M=606ms)。面孔種族與面孔一致性間的交互作用顯著[F(1,12)=5.639，p<0.05]，表明相比西方面孔(M=13ms)，被試對(duì)東方面孔變與不變的反應(yīng)時(shí)差異(M=25ms)更大。

3.2 腦電結(jié)果

根據(jù)前人研究結(jié)果(e.g.,Gao et al.,2010;Mao & Wang,2007;Wang,et al.,2000;Yin et al.,2011)，筆者選取FZ和FCZ兩個(gè)電極進(jìn)行分析。如圖4a所示，在S2呈現(xiàn)后300ms左右，面孔變化相對(duì)于不變化有更負(fù)的N2成分誘發(fā)。筆者截取240～320ms時(shí)間段的平均幅值為因變量，對(duì)N2的平均幅值進(jìn)行兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，面孔一致性主效應(yīng)顯著[F(1,12)=32.264，p<0.05]，即面孔變化條件下的波幅顯著高于不變條件；面孔種族的主效應(yīng)不顯著[F(1,12)=0.034，p>0.05]。此外，面孔一致性與種族交互作用顯著[F(1,12)=36.874，p<0.05]。簡(jiǎn)單效應(yīng)分析表明兩種種族面孔變化條件下的波幅均顯著大于不變條件[本族面孔：F(1,12)=36.88，p<0.05；異族面孔：F(1,12)=13.98，p<0.05]，即不同種族面孔變化均能誘發(fā)N2。為進(jìn)一步分析交互作用，筆者將變化條件下的波幅減去不變條件下的波幅構(gòu)建差異波(見圖4b)來分析N2的幅值大小，對(duì)兩種種族面孔的N2幅值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果表明本族面孔(東方)的N2顯著高于異族面孔[西方；t(12)=4.984，p<0.05]。

圖3 不同種族條件下的正確率(a)與反應(yīng)時(shí)(b)(誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤)

圖4 本族和異族面孔引發(fā)的N2原始圖(a)和差異波(b)

對(duì)N2的峰值潛伏期進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有效應(yīng)均不顯著(ps>0.05)，提示異族效應(yīng)不調(diào)節(jié)N2的潛伏期。

4 討 論

本研究行為結(jié)果表明被試對(duì)本族東方面孔的反應(yīng)顯著快于異族面孔，提示異族效應(yīng)存在。在ERPs上，同以往研究一致(e.g.,Gao et al.,2010;Mao & Wang,2007;Wang,et al.,2000;Yin et al.,2011)，本研究發(fā)現(xiàn)順次呈現(xiàn)的刺激不同時(shí)會(huì)在前額誘發(fā)更負(fù)的N2。更為重要的是，盡管同族與異族的前額N2潛伏期一致，但是本族面孔較異族面孔誘發(fā)了更大的前額N2，提示相比本族面孔，異族面孔發(fā)生變化時(shí)觀察者對(duì)該心理表征變化的覺察閾值更高。

筆者認(rèn)為，上述結(jié)果可能同熟悉性不同的各種族面孔在表征空間維度量上的差異有關(guān)。被試對(duì)本族面孔較異族面孔有更多的接觸，因此更加熟悉(cf.Simon,Segebarth,Ellis,& Rousset,2001)。根據(jù)Valentine等人的觀點(diǎn)，熟悉度不同的人臉表征在一個(gè)多維空間內(nèi)，但區(qū)分的維度不同(Valentine,1991；Valentine & Endo,1992)。在該表征系統(tǒng)中，中心是人臉的原型表征(一般為平均面孔)，節(jié)點(diǎn)是相互獨(dú)立的人臉表征，節(jié)點(diǎn)與人臉原型表征間的距離決定了該面孔的區(qū)分度。熟悉的人臉表征分布在維度較多的空間中，可通過多個(gè)面孔特征(如眼睛、鼻子、嘴巴、頭發(fā)等)進(jìn)行表征區(qū)分；不熟悉的面孔其表征空間維度較少，表征間差異小，區(qū)分度小。由于異族面孔相對(duì)陌生，面孔的變化引發(fā)的心理表征差異小，從而導(dǎo)致N2的幅度顯著小于本族面孔。

本研究通過考察工作記憶中存儲(chǔ)的面孔與當(dāng)前知覺到的面孔進(jìn)行比較的過程，為異族效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制提供了新的神經(jīng)學(xué)依據(jù)。以往此類研究大多采用與人臉編碼相關(guān)的N170作為指標(biāo)(Foreman,Vizioli,Rousselet,& Caldara,2010；Vizioli,Rousselet,& Caldara,2010；Walker,Silvert,Hewstone,& Nobre,2008；Wiese,Stahl,& Schweinberger,2009)，而本研究首次采用反映工作記憶比較的前額N2，并發(fā)現(xiàn)該成分可敏感揭示異族效應(yīng)加工過程中的不同腦機(jī)制。更為重要的是，以往眾多研究中被試不需主動(dòng)加工面孔，故其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能僅反映了不同種族面孔的底層知覺加工過程(Magnussen,Idas,& Myhre,1998;Gegenfurtner & Sperling,1993)。在日常生活中，人們并非僅對(duì)面孔進(jìn)行知覺，而通常需要將當(dāng)前知覺到的面孔與記憶中的表征進(jìn)行比較，以便有效地實(shí)現(xiàn)面孔識(shí)別。本研究在S1后采用掩蔽和空屏(700ms)，可最大限度地避免知覺表征的干擾，其加工要求有工作記憶的參與，最終需形成記憶表征，能夠更完整地體現(xiàn)日常生活中人臉識(shí)別的過程。

此外，本研究對(duì)于理解人臉在工作記憶中的比較過程亦具有重要啟發(fā)意義。Zhang等(2001)發(fā)現(xiàn)，人臉刺激在工作記憶的比較過程中會(huì)順次出現(xiàn)N2、N400兩個(gè)ERP成分；而一般的視覺刺激比較僅會(huì)誘發(fā)一個(gè)N2成分。Zhang等以此提出人臉的比較過程不同于一般刺激，具有兩個(gè)比較環(huán)節(jié)，可能屬于人臉加工的一種特性。然而，筆者認(rèn)為，上述結(jié)果可能與Zhang等人所采用的實(shí)驗(yàn)刺激有關(guān)。在其研究中，所有的人臉刺激都包含有發(fā)型等無關(guān)的內(nèi)容，這些人臉無關(guān)的信息可能干擾了真實(shí)的人臉比較過程。在本研究中，筆者對(duì)人臉材料進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，發(fā)現(xiàn)同一般刺激相同，人臉的變化過程中亦僅能誘發(fā)一個(gè)N2成分，且該成分的誘發(fā)潛伏期并不受異族效應(yīng)的調(diào)節(jié)。因此，筆者認(rèn)為，至少在工作記憶的比較環(huán)節(jié)上，人臉同一般刺激相同。

5 結(jié) 論

本研究獲得以下結(jié)論：異族效應(yīng)對(duì)人臉在工作記憶中的比較過程存在影響，本族人臉較異族人臉可以誘發(fā)更負(fù)的前額N2。本研究為異族效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制提供了新的神經(jīng)學(xué)證據(jù)。

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Other Race Effect Influences Comparison Process in Working Memory:An ERP Study

WANG Ci,Ding Xiao-wei,GAO Zai-feng,YIN Jun,SHUI Ren-de

(Department of Psychology,Zhejiang University,Hangzhou 310007,China)

Previous studies predominately investigated the perceptual mechanisms underlying the other race effect,however,no study has explored whether the other race effect modulates the face processing in working memory (WM).The current study addressed this issue by focusing on the comparison process of WM.In a delayed matching-to-sample paradigm,we presented two faces sequentially with 700 ms blank interval between.Anterior N2 was taken an index to reflect the comparison process in WM.We found that the anterior N2 was elicited when the two sequentially presented faces were different,regardless of their races.Critically,the own-race face evoked a significantly larger N2 than the other-race face,suggesting that the other race effect modulates the comparison process in WM.

other race effect,working memory,anterior N2

國(guó)家自然科學(xué)基金(31271089,31170974,31170975,61431015)

B842

A

1006-6020(2015)-03-0219-07

** 通信作者：水仁德，男，浙江大學(xué)副教授，E-mail:rshui@zju.edu.cn。