工作記憶中位置和數量信息對SNARC效應的影響

安 龍 陳小萍

（咸陽師范學院教育科學學院，咸陽 712000）

工作記憶中位置和數量信息對SNARC效應的影響

安 龍 陳小萍

（咸陽師范學院教育科學學院，咸陽 712000）

為了探討工作記憶的位置和刺激意義信息對SNARC效應的影響。本研究將工作記憶范式與go／no-go技術相結合，考察工作記憶的提取和保持兩種情況下識記項目的位置和意義信息對SNARC效應和序列位置效應產生何種影響。結果發現，工作記憶的保持和提取條件下均出現了SNARC效應，序列位置效應均未出現，但在提取情況下工作記憶位置信息對目標反應產生線性趨勢影響。結果說明，SNARC是長時記憶表征受到激活的結果，序列位置效應是在線加工過程中建立起來的。

工作記憶；位置；數字；數字—空間編碼

1 問題提出

近年來，學者們就數字認知與空間表征關系做了大量探討，尤其是在Dehaene等人提出了數字空間聯合編碼效應 （Spatial Numerical Association of Response Codes，SNARC）之后［1］，該領域一舉成為數字認知研究的研究熱點。Dehaene采用被試內設計，選取阿拉伯數字1至9作為實驗材料，要求被試對出現在屏幕中央的數字進行又快又準地奇偶按鍵選擇。結果發現，當數字小于5時左手按鍵判斷速度快于右手，而當數字大于5時右手按鍵速度較快。研究者將這種數字空間關聯現象稱為數字空間聯合編碼效應（以下稱為SNARC）。該效應表明，人們對數字進行表征和加工時，似乎存在一條從左至右的心理數字線（mental number line），小數字的識別與表征在心理數字線的左側，大數字則被表征在右側。心理數字線的空間走向表明數字的語義信息與空間位置信息存在一定程度上的耦合關系。

自Dehaene的研究之后國內外學者圍繞該效應做了大量工作。潘運等人利用內源性和外源性注意范式考察兩種線索不同注意條件下中小學生的SNARC效應［2］，結果發現在內源性和外源性兩種條件下中小學生表現出來的SNARC效應隨年齡增長而增大，且外源性線索的影響更大。也有學者從具身認知及社會環境的角度出發考察SNARC效應的加工機制，張麗等人將奇偶判斷任務、go／no-go任務和合作環境結合起來考察身體形式與社會環境是否會對SNARC效應產生影響［3］，結果發現SNARC效應是數字表征與身體姿態共同作用的結果，且社會環境也有影響。最后，潘運還專門探討了不同工作記憶內容對SNARC會產生何種影響［4］。結果發現漢字信息條件下SNARC效應存在視覺空間和言語空間兩種編碼形式，而在英語條件下只有視覺空間編碼。可見國內學者對注意、具身認知以及工作記憶類型與SNARC效應的關系進行了相關探索。

國外學者主要圍繞該效應的普遍性、靈活性及影響因素等方面展開了研究。他們采用不同的實驗任務、刺激流程和反應方式都證明了數字與空間存在這種數字與空間的關聯性。另外，也有研究表明SNARC效應是十分靈活的。在Fias等人的研究中，當刺激材料的取值范圍是4～9時，左手對數字5的反應速度快于右手；而當取值范圍為1～5時，右手對數字5的反應較快［5］。在Bachtold的報告中，研究者研究被試想象鐘表盤上的數字，結果出現SNARC效應的反轉，即右手對小數字反應較快，左手對大數字反應快［6］。上述研究表明，SNARC效應的出現與當前的實驗任務和實驗環境有關。也有研究表明，SNARC與個體的文化和書寫習慣有關。Shaki和Fischer的研究中，俄語—希伯來語雙語者在完成不同類型的閱讀材料后，其SNARC效應略有差異：完成俄文 （從左至右）閱讀后出現典型的SNARC效應，但在完成希伯來文（從右至左）閱讀后SNARC效應明顯減弱，甚至消失［7］。

由上述研究可知，數字與空間之間的關聯是建立在數字大小程度的變化之上的，而且SNARC效應的靈活性似乎表明該效應是在線任務加工過程中建立起來的。工作記憶可能在SNARC建立的過程中發揮著重要的作用，而且已有實證研究表明工作記憶與SNARC之間存在著密切關系［8，9］。

工作記憶是一個短時間內編碼、保持、提取和加工的綜合系統。其編碼和保持功能是信息在線加工的重要保障［10］。一些研究考察了在工作記憶中保持不同種類的信息（語言、視空）會對SNARC產生何種影響。此類研究中，實驗情景是要求被試一面保持住語義或者視空信息，一面完成奇偶數的判斷任務［11］，或者完成數字大小比較任務［8］。結果在保持信息的類型和在線任務類型方面出現了實驗性的雙分離：在數字大小比較任務時，保持在工作記憶中的視空信息會影響SNARC效應而語義信息卻不會；在奇偶判斷任務中，語義信息可以影響SNARC而視空信息則不會。可見，實驗任務情景下的數字空間關聯需要調動工作記憶的資源：在奇偶判斷條件下的SNARC效應需要工作記憶中的語音環參與其中，而在大小比較任務時需要視空模板的資源介入。

近期也有一些研究關注工作記憶在數字空間關聯中的作用［9，12，13］。例如，在Van Dijck等人的研究中，首先讓被試記住一個隨機數字串，然后對目標數字進行奇偶判斷。

結果發現，當要求被試對工作記憶中的數字進行判斷時SNARC效應并未出現，但卻出現了序列位置效應（ordinal position effect）：左手對位于隨機數列開端的數字反應快，右手對末尾的幾個數字反應快。在該項研究的實驗2中，要求被試按照水果和蔬菜的類別對隨機出現的單詞進行分類反應，結果也出現了序列位置效應。左手對工作記憶序列開端的幾個單詞反應較快，反之亦然。進一步分析后發現，在單詞分類任務下得到的序列位置效應與奇偶判斷任務下得到的SNARC效應存在顯著相關性。這樣的研究結果讓我們有理由推測工作記憶中的位置信息而非語義信息是產生SNARC效應的關鍵。Ginsburg等人進一步發現［13］，在工作記憶提取條件下出現序列位置效應，但是在保持情況下序列位置效應消失，而SNARC效應出現。可見在工作記憶信息的保持和提取條件下，SNARC效應出現了實驗性分離：實驗進程中那些被保持在工作記憶中的信息將在長時記憶中維持激活狀態，而那些需要被提取的信息會在實驗過程中與反應輸出形成暫時性聯結。

綜上所述，當前研究就SNARC效應存在的爭議有二：一是加工機制。有人認為SNARC是個體長期經驗的結果，如書寫習慣和文化差異；也有人認為數字空間的耦合是在線加工過程中個體為了提高反應效率而形成的暫時性聯結，如SNARC效應的靈活性和情景性。二是影響因素。通過仔細考察可以發現，以往關于工作記憶對SNARC效應的影響性研究多采用go／no-go任務，實驗結果表明在保持信息階段（只有go條件）出現了SNARC，而在提取階段（go與no-go兼有）未出現SNARC效應，卻出現序列位置效應［12，13］。從任務屬性來講，go／no-go屬于認知控制性加工任務，其控制性加工的特點可能會掩蓋了原本已經表現出來的SNARC效應。從實驗設計上講，前人研究均為被試內設計，這樣會在實驗中產生較大的練習效應。因此，本研究在改進Van Dijck等人研究范式的基礎上繼續考察工作記憶的語義信息和位置信息是否會對SNARC效應產生影響。實驗以阿拉伯數字為材料，探索在go／no-go兩種不同條件下的工作記憶信息是否會對SNARC和序列位置效應產生影響。

2 實驗

實驗采用工作記憶與奇偶數判斷相結合的研究范式，考察在工作記憶保持和提取兩種情況下是否會出現SNARC效應。與早期研究不同的是，將數字奇偶判斷與左右手按鍵反應的關聯設置為被試內變量，但是go和no-go條件為被試間變量。如此可以在避免練習效應的條件下完成對SNARC效應和序列位置效應的比較。

2.1 方法

2.1.1 被試

31名在校本科生（男女），年齡18～23歲（M＝21.2，SD＝1.3）。其中工作記憶保持組16人，工作記憶提取組15人。身體健康，無精神病史，均為右利手，視力及矯正視力正常，未參加過同類型實驗，對實驗目的并不知曉。實驗結束后獲得一定量的報酬。

2.1.2 實驗設計

本研究中自變量采用5（WM位置信息：1至5）×2（數字大小：大于5和小于5）×2（反應手：左和右）×2（工作記憶的保持、提取）的四因素混合設計，其中工作記憶的保持和提取兩種條件為組間變量。因變量為被試的反應時和正確率。

2.1.3 刺激材料與儀器

刺激材料為白色背景下程序的九個黑色阿拉伯數字 （1、2、3、4、5、6、7、8、9）。字體大小為 0.71°× 1.10°。所有材料呈現在一臺17寸的液晶顯示器上，屏幕分辨率為1280×1024，刷新率為85赫茲。被試眼睛距離屏幕的距離大約為60cm。實驗程序采用E-prime 2.0軟件編制。

2.1.4 實驗任務及流程

一個完整的實驗包括1個練習block和20個正式測試block，每個block由三部分組成：記憶階段、判斷階段以及再認階段。記憶階段為工作記憶編碼階段，即在屏幕中央依次隨機出現5個阿拉伯數字，要求被試按順序記住這5個數字。這5個數字呈現的時間由被試自己決定。

判斷階段分為工作記憶保持和工作記憶提取兩種情況，保持條件下，被試在進行奇偶判斷時只需要將剛才要求記憶的5個數字保持在頭腦中；提取條件下，被試只對剛才要求記憶的5個數字進行奇偶判斷，其余數字不做反應。判斷時一個完整trial的刺激順序如下：首先在屏幕中央呈現一個“+”500毫秒，之后隨機出現一個目標數字（1～9），要求被試又快又準確地對目標數字進行奇偶判斷，按鍵后數字自動消失，若被試在2秒內未做出按鍵反應，數字亦消失并進入下一個trial。兩個trial之間的ISI為500毫秒。被試按鍵的左右手平衡，工作記憶保持和提取條件下均為360個trial。每隔60次試次要求被試休息一會，整個實驗大概需要30分鐘。

再認階段，屏幕上會從左到右一次性出現5個數字，要求被試判斷這5個數字是否與記憶階段保持的數字和順序是一致的。不一致的數字串是將記憶階段的數字串順序調整之后得到的。

2.2 結果分析

2.2.1 工作記憶保持情況

將再認不正確的數據剔除，共占總trial數的5.9%；將反應時（RT）小于250ms的數據予以剔除，占總trial數的0.7%。由于目標數字5位于1～9數列的中間，因此除去對目標刺激5的反應時數據，描述統計見表1。首先考察SNARC效應。進行2（數字大小：大于5和小于5）×2（反應手：左和右）重復測量方差分析，結果發現左右手主效應顯著，F（1，15）＝11.87，p＜0.001，η2p＝0.015。右手反應時（M＝617，SD＝6）顯著快于左手（M＝628，SD＝6）；數字大小主效應顯著，F（1，15）＝24.11，p＜0.001，η2p＝0.020。被試對小數的反應時（M＝615，SD＝6）顯著快于大數（M＝630，SD＝6）。數字大小和左右手的交互作用顯著，F（1，15）＝146.17，p＜0.001，η2p＝0.109。左手對小數字的反應時（M＝605，SD＝6）快于對大數字的反應時（M＝651，SD＝7），右手對小數字的反應時（M＝626，SD＝7）慢于對大數字的反應時（M＝608，SD＝6）。說明在工作記憶保持的情況下出現了SNARC效應。

表1 不同工作記憶（WM）條件下的反應時數據（M±SD）

其次，考察序列位置效應。剔除再認不正確以及反應時小于250ms的數據，占總trial數的6.5%。剩余數據進行2（反應手：左和右）×5（工作記憶：5個位置）的重復測量方差分析。結果發現，反應手和工作記憶位置的主效應不顯著，反應手和工作記憶位置的交互作用亦不顯著，F（4，60）＝0.59，p＝0.672，η2p＝0.002。數字大小、反應手和工作記憶位置三者的交互作用顯著，F（4，60）＝3.72，p＝0.005，η2p＝0.025。交互作用兩兩比較后發現，數字大小和反應手的交互作用顯著F（1，15）＝15.63，p＜0.001，η2p＝0.097。上述結果表明，在工作記憶保持情況下保持信息的序列位置效應并未出現，交互作用是由SNARC效應引起的。

為進一步證實工作記憶保持狀況下的SNARC效應和序列位置效應，本文采用Fias等人的回歸分析法對數據做進一步的處理［2］：首先計算每一個目標數字或者每個工作記憶位置上的dRT（dRT＝右手RT-左手RT），然后以目標數字或者位置為自變量，dRT為因變量進入回歸方程。若回歸方程的t檢驗顯著，則效應出現；若不顯著，則效應未出現。結果發現，序列位置效應不顯著，t（14）＝0.54，p＝0.589；SNARC效應出現了，t（14）＝-5.29，p＜0.001。該結果與方差分析結果一致。

2.2.2 工作記憶提取情況

與保持階段的數據處理基本一致，剔除再認不正確的數據，占總trial的5.2%；再剔除反應時小于250ms以及奇偶判斷不正確的數據，占總trial的6.2%。由于工作記憶提取條件采用go／no-go范式，因此僅對go條件下的反應時進行數據分析。首先考察SNARC效應，與保持階段一樣，排除對目標數字5的反應時，進行2（數字大小：大于5和小于5）×2（反應手：左和右）重復測量方差分析，結果發現左右手主效應顯著，F（1，14）＝5.85，p＝0.016，η2p＝0.011。左手反應時（M＝857，SD＝12）慢于右手（M＝855，SD＝11）。數字大小的主效應極其顯著，F（1，14）＝1648，p＜0.001，η2p＝0.756。大數字的反應時（M＝846，SD＝12）顯著快于小數字（M＝865，SD＝11）。數字大小和左右手的交互作用顯著，F（1，14）＝36.25，p＜0.001，η2p＝0.064。該結果表明，在工作記憶提取情況下亦出現了SNARC效應。

為了考察序列位置效應，對go條件下的數據進行2（反應手：左和右）×5（工作記憶：5個位置）的重復測量方差分析。結果發現，左右手主效應不顯著。記憶位置主效應顯著，F（4，56）＝3.09，p＝0.015，η2p＝0.013，個體從前至后對5個工作記憶位置上的平均反應時分別為833、837、839、856、888毫秒。多項式對比檢驗（polynomial contrast）發現，工作記憶5個位置上的反應時呈線性變化趨勢，F（1，14）＝8.14，p＝0.005，η2p＝0.034。但是，左右手與工作記憶位置的交互作用不顯著，F（4，56）＝0.64，p＝0.633，η2p＝0.003。即序列位置效應未出現。數字大小、左右手和工作記憶位置的三者交互作用不顯著，F（4，56）＝1.35，p＝0.251，η2p＝0.014。與工作記憶保持情況一致，采用回歸分析法進一步考查SNARC效應和序列位置效應。結果發現SNARC效應出現，t（13）＝-3.25，p＝0.001；序列位置效應不顯著，t（13）＝-1.46，p＝0.144。回歸分析支持了方差分析的結果。這些研究結果分析表明，在工作記憶提取情況下SNARC效應仍然存在，而序列位置效應未出現。其中多項式檢驗結果表明，被試在提取情況下存在工作記憶的線性檢索傾向。

3 討論

本研究旨在考察工作記憶的意義信息和位置信息是否會對SNARC效應和序列位置效應產生影響。結果發現，在工作記憶保持情況時數字大小和反應手交互作用顯著，即出現了SNARC效應，但是反應手與工作記憶位置的交互作用不顯著，即未發現序列位置效應；在工作記憶提取情況下SNARC效應仍然出現了，然而在序列位置效應方面，雖然反應手和工作記憶位置的交互作用不顯著，但是工作記憶位置的主效應顯著，進一步檢驗后發現工作記憶五個位置上的反應時呈線性變化趨勢，即工作記憶的位置對目標刺激的搜索判斷產生了序列化的影響。

早期研究者分別提出 “心理數字線（Mental Number Line，MNL）”和 “極性編碼理論（Polarity Coding，PC）”對SNARC效應的發生機制進行解釋。MNL認為數字意義所表征的空間位置與反應鍵位置存在對應關系，若對應關系一致則SNARC效應出現，否則不會出現。PC認為個體會將刺激與反應編碼為正極（+）和負極（-）。刺激和反應極性一致時比不一致時的反應速度快，這就解釋了SNARC效應。可見，上述兩種理論都強調對刺激意義的加工。在本研究中，無論是工作記憶保持還是提取情況下個體的任務都是對目標數字的奇偶性進行判斷，忽略數字本身的數量大小意義，但實驗結果卻獲得了穩定了SNARC效應，說明該效應源于目標刺激的固有意義信息。該結果與Ginsburg等人的結果一致［14］，他們認為SNARC效應是由于長時記憶中的語義表征受到激活而導致的。此外，Van Dijck等人的研究表明，語義工作記憶負荷會干擾SNARC效應，但對序列位置效應不會產生任何影響。

本研究中，工作記憶保持條件下的結果與Ginsburg等人的結論是一致的，但是工作記憶提取情況下結果卻不完全一致：當要求被試只對保持在工作記憶序列中的數字進行奇偶判斷時SNARC效應依然出現，但是序列位置效應沒有出現。而在Ginsburg等人和Van Dijck等人的研究中，在工作記憶提取條件下僅出現了序列位置效應，沒有出現SNARC效應［11，13，14］。通過對比，筆者認為可從實驗設計和內在加工機制這兩個方面進行分析。首先，在實驗設計上本研究延續了前人的基本實驗范式，即將go／no-go任務和工作記憶任務相結合。與前人不同的是，本實驗中go和no-go兩種條件為被試間變量，而前人的一系列研究中這兩個實驗條件均為被試內變量。被試內設計的優勢在于控制各種無關變量的刺激，但也會帶來練習效應的干擾。例如，Ginsburg的實驗一中就考察了先導任務對后面進行的診斷任務的影響。雖然時間因素的主效應不顯著，但是從數據變化趨勢可以看出練習效應仍然產生了影響（時間主效應：前半段F（1，40）＝2.07，p＝0.16；后半段F（1，40）＝0.27，p＝0.61）。被試間設計就可避免練習效應對認知加工過程帶來的影響。另外，從任務屬性來看，go／no-go任務屬于認知控制過程，其加工過程強調個體對認知過程的有意識監控。在前人研究中由于認知控制過程的增加使得在線加工的認知資源占據優勢，從而導致序列位置效應出現；在本研究中序列位置效應雖未表現出來，但是也出現了反應時呈線性變化的趨勢。

其次，根據本研究結果，筆者推測SNARC效應和序列位置效應是作用機制不同的兩種認知加工過程。SNARC效應受到長時記憶中刺激表征的影響，而序列位置效應則是在線任務加工過程中建立起來。本研究中，工作記憶提取情況下，數字信息原本的意義得到了加工，因而產生了SNARC效應。并且，由于實驗任務的要求，被試需要對位置信息進行表征，因此才出現了工作記憶五個位置的反應時呈線性變化的趨勢。之所以序列位置效應未出現，可能是由于對位置信息進行的表征亦需要借助于數字，即用“1”代表第一個位置，用“2”代表第二個位置，以此類推。那么位置順序的表征形式與數字意義本身發生重疊，進而干擾了序列位置效應的出現，卻強化了SNARC效應。因此，從本研究結果可以看出，SNARC效應和序列位置效應的內在作用機制是不同的。

4 結論

（1）在工作記憶保持條件下出現了SNARC效應，但是序列位置效應并未出現；

（2）在工作記憶提取條件下SNARC效應仍然存在，序列位置效應未出現，但是個體表現出線性搜索的加工模式；

（3）SNARC效應源于數字意義的長時記憶表征被激活，序列位置效應是在線加工過程中逐步建立起來的，但其表征形式若與數字表征重疊，其效應本身可能無法表現出來。

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The Influence Study of Location and Quantity Information on SNARC Effect in Working Memory

An Long，Chen Xiaoping
（School of Educational Science，Xianyang Normal University，Xianyang 712000）

To investigate the influence of the position of working memory and the information of stimulus on the SNARC effect，this study combined the working memory paradigm and go／no-go technology to investigate what impact the position and meaning of memorizing project have on the SNARC effect and serial position effect，under the condition of extracting and maintaining of working memory.Results showed that the SNARC effect，but serial position effect，was found in the condition of extracting and maintaining of working memory.However，in the case of extracting，the information of location of working memory produced a linear trend on the target reaction.The results in this study indicated that SNARC was the result of long-term memory characterization was activated，serial position effect was established in the online processing.

working memory；location；number；coding of digital-space

陜西省教育科學“十二五”規劃項目（SGH13326）、陜西省教育廳項目（15JK1781）

安龍，男，講師。Email：andyanlong2008@163.com