Simon效應對空間-數字反應編碼聯合效應的抑制作用*

金桂春王有智王 麗

（1陜西師范大學心理學院，西安 710062） （2天水師范學院教師教育學院，天水 741001）

Simon效應對空間-數字反應編碼聯合效應的抑制作用*

金桂春1,2王有智1王 麗1

（1陜西師范大學心理學院，西安 710062） （2天水師范學院教師教育學院，天水 741001）

采用Simon效應研究范式，以阿拉伯數字為實驗材料，三個實驗分別要求被試判斷呈現數字的空間位置、顏色和大小，系統考察Simon效應、空間-數字反應編碼聯合效應的加工特點以及兩者之間的關系。結果發現： （1）三個實驗中，不管采用何種判斷標準，被試總是對左側的數字按左鍵反應更快，對右側的數字按右鍵反應更快，數字加工中出現Simon效應；而對不同大小的數字按左鍵和按右鍵的反應時差異均不顯著，數字加工中均未出現SNARC效應。 （2）Simon效應和SNARC效應不同質，兩者的加工機制也互不相同，而且Simon效應對SNARC效應具有抑制作用。 （3）Simon效應與SNARC效應相比，Simon效應相對更穩固，SNARC效應則相對更靈活，易受知覺信息變化的影響。

Simon效應，SNARC效應，空間表征，抑制。

1 引言

Dehaene，Bossini和Giraux（1993）要求被試快速判斷呈現的數字奇偶性并用左右手分別按左右鍵的反應時發現，不管數字奇偶性如何，被試總是用左手對小數字反應更快，用右手對大數字反應更快，他們把這種效應命名為空間-數字反應編碼聯合效應 （spatial-numerical association of response codes,SNARC效應）。后續研究進一步發現，SNARC效應廣泛地出現在各種符號形式的數字加工中，具有很大的穩定性和普遍性，并能被自動地加工 （胡林成,熊哲宏,2011;辛自強,李丹,2013; Nuerk,Moeller,Klein,Willmes,&Fischer,2011; Tan&Dixon,2012;Kirjakovski&Utsuki,2012; Fumarola,Da Pos,&Umiltà,2014）。

當然SNARC效應并非絕對穩定，隨著實驗情境的變化SNARC效應也會表現出相應的靈活性。當要求被試把阿拉伯數字想象成西經經度數或表盤上的時間數字時，數字加工的SNARC效應方向會發生反轉，致使被試用左手對大數字反應更快，用右手對小數字反應更快 （金桂春,王強強,王有智,吳彥文,2016;B?chtold,Baumüller,& Brugger, 1998）。讓被試系列學習一些數字并記住每個數字的系列位置后對系列中的數字進行加工時，系列前面的數字左手反應更快，系列后面的數字右手反應更快，出現系列位置的類SNARC效應，數字大小加工中SNARC效應反而會消失 （van Dijck&Fias, 2011;Lonnemann,Linkersd?rfer,Nagler,Hasselhorn, &Lindberg,2013;Ginsburg&Gevers,2015）。

早在SNARC效應發現之前，就有研究發現，當人們對左側空間或右側空間呈現的刺激物的空間屬性或非空間屬性 （如顏色）做出反應時，刺激物的空間屬性會得到自動激活，從而引起左側空間的刺激物按左鍵反應比按右鍵更快，右側空間的刺激物按右鍵比按左鍵反應更快，這種現象被稱為Simon效應 （Simon&Small,1969;Chen&Proctor, 1995;宋曉蕾,游旭群,2006;王力,張明亮,張櫟文,陳安濤,2012）。

SNARC效應的發現掀起了學界對SNARC效應和Simon效應關系的激烈爭議。有學者認為SNARC效應是Simon效應的變體，SNARC效應是由于數字大小的空間編碼與雙手反應的空間維度重疊引起，而Simon效應是由刺激位置的空間編碼和雙手反應的空間維度重疊引起，二者在本質上具有內在的一致性 （Kornblum,Hasbroucq,&Osman, 1990;Gevers&Lammertyn,2005）。也有學者認為SNARC效應不是Simon效應簡單的變體，Simon效應方向會隨著反應時的延長而發生反轉，而SNARC效應不易受反應時延長的影響，由此可以說明，數字表征和空間表征依靠不同的神經環路（Mapelli,Rusconi,&Umilta,2003）。那么，Simon效應和SNARC效應本質上是否相同，是否具有相同或相似的加工機制呢？如果這兩種效應不同，當數字的大小和數字呈現的空間位置在認知過程中都得到激活，對個體的認知加工過程會產生怎樣的影響呢？這些問題有待于進一步研究。對這些問題的研究對深入認識SNARC效應和Simon效應的內在性質及其兩者的本質聯系意義重大。

為解決上述問題，本文采用Simon效應研究范式，以阿拉伯數字為實驗材料，通過設置不同的實驗任務對以上問題進行系統地研究。本文假設如果SNARC效應和Simon效應加工機制相同或相似，那么采用Simon效應研究范式，以數字為實驗材料，在任何實驗情境中SNARC效應和Simon效應都會同時出現或消失；如果兩種效應加工機制不同，則在實驗中會出現Simon效應和SNARC效應間的干擾現象，進而導致SNARC效應和Simon效應隨著實驗情境的變化而變化，在有些情境中可能只出現SNARC效應或Simon效應。

2 實驗一：優先啟動Simon效應時，Simon效應對SNARC效應的抑制作用

2.1 方法

2.1.1 被試

26名 （男8,女18）在校生自愿參加實驗。平均年齡為20.96±0.66歲，最大22歲，最小20歲。視力或矯正視力均正常。

2.1.2 儀器和材料

選取1-9（5除外）八個阿拉伯數字作為實驗材料，將其置于85×85像素白底圖片之上，字體Times New Roman，大小72點，47cm處視角大小為2.5°。實驗刺激呈現在14英寸筆記本電腦屏幕。分辨率1280×800像素，刷新頻率60Hz。

2.1.3 實驗設計

采用2（反應鍵:左鍵,右鍵）×2（數字大小: 1-4為小數字,6-9為大數字）×2（空間位置:左側,右側）被試內設計，因變量為反應時和錯誤率。

2.1.4 實驗程序

用E-prime1.1編制。實驗開始后在屏幕中央出現紅色的注視點 “+”，500ms后注視點消失，在注視點左側或右側5cm處 （47cm處視角大小為6.07°）隨機出現一個實驗材料。此時要求被試判斷數字呈現在左側還是右側并迅速地做出按鍵反應。被試反應后接著呈現空屏1500ms后進入下一試次。被試在3s內沒有反應視為錯誤反應后直接進入下一試次。整個實驗分為兩個部分：一部分要求被試用左手按左鍵對左側數字反應，用右手按右鍵對右側數字反應；另一部分要求被試用右手按右鍵對左側數字反應，用左手按左鍵對右側數字反應。兩個部分的先后順序在被試間進行平衡。整個實驗共144試次，包括128個正式實驗試次，16個練習實驗試次，約需10分鐘。

2.2 結果

剔除3個標準差以外和小于200ms的反應時數據，占總數的2.61%，對剩余反應時數據進行分析。由于所有被試的錯誤率均很低，平均錯誤率為1.95%±0.01，最高4.69%，最低為0，所以對錯誤率不予分析。重復測量方差分析顯示：反應鍵和空間位置交互作用顯著，F（1,25）=58.98，p＜0.001，η2=0.702，數字呈現在左側時按左鍵 （344.05± 9.49ms）比按右鍵 （413.81±12.65ms）反應更快，數字呈現在右側時按右鍵 （337.84±9.29ms）比按左鍵 （410.43±12.48ms）反應更快，出現Simon效應，見圖1；數字大小和空間位置交互作用顯著，F（1,25）=5.03，p＜0.05，η2=0.167，小數字出現在左側（376.33±9.32ms）比右側 （378.16±10.83ms）反應稍快，大數字出現在右側 （374.61±9.76ms）比左側 （377.04±10.44ms）反應稍快。其余主效應和交互作用均不顯著，本實驗未出現SNARC效應。由于數字大小和空間位置交互作用顯著，說明被試在確定數字的空間位置過程中數字大小得到了自動激活，而且數字大小的加工受到數字空間位置的影響。故需分別對左側空間和右側空間呈現數字的SNARC效應做進一步分析。分析結果發現左側數字和右側數字加工時也未出現SNARC效應。本實驗數字加工中只出現Simon效應，未出現SNARC效應。

2.3 討論

本實驗把數字隨機呈現在顯示器的左側或右側，要求被試判斷數字呈現的物理空間位置，即數字呈現在顯示器的左側還是右側，在優先啟動Simon效應的情境下考察SNARC效應的特點以及Simon效應對SNARC效應的影響。結果發現優先啟動Simon效應時數字的位置分類加工中出現了經典的Simon效應，但是數字加工中未出現SNARC效應。前人研究證實SNARC效應可以得到自動加工，即使實驗任務與數字大小無關，數字加工中也會出現SNARC效應。與前人研究相比，本實驗唯一的差異在于優先啟動了Simon效應，把數字呈現在了顯示器的左側和右側。在優先啟動Simon效應時，數字加工中未出現SNARC效應，說明Simon效應對SNARC效應有抑制作用。

圖1 判斷數字空間位置的反應時

3 實驗二：兩種效應啟動程度相當時，Simon效應對SNARC效應的抑制作用

3.1 方法

3.1.1 被試

28名 （男6,女22）在校生自愿參加實驗。平均年齡為21.29±0.71歲，最大22歲，最小20歲。所有被試視力或矯正視力正常，無色盲或色弱患者。

3.1.2 材料和儀器

實驗材料基本與實驗一相同，不同之處在于每個數字涂有黑色和綠色兩種顏色。儀器與實驗一相同。

3.1.3 實驗設計

采用2（反應鍵:左鍵,右鍵）×2（數字大小: 1-4為小數字,6-9為大數字）×3（空間位置:左側,中間,右側）被試內設計。反應時和錯誤為率因變量。

3.1.4 實驗過程

與實驗一基本相同，不同之處有以下幾點：（1）實驗材料有黑色和綠色兩種數字，要求被試判斷呈現數字的顏色； （2）實驗數字隨機呈現在注視點的左側、中間和右側； （3）本實驗總共208個試次，192個正式試次，16個練習試次，約需20分鐘。

3.2 結果

剔除3個標準差以外和小于200ms的反應時數據，占總數的1.95%，對剩余數據進行分析。由于所有被試的平均錯誤率為3.59%±0.02，反應時和錯誤率皮爾遜相關系數r=-0.17，p＞0.05，不存在反應時和錯誤率代償，故對錯誤率不予分析。對反應時數據方差分析顯示：反應鍵主效應顯著，F（1,27） =10.70，p＜0.01， η2=0.284， 右鍵反應（467.99±10.14ms）快于左鍵 （480.39±10.62ms），出現優勢手效應；空間位置的主效應顯著，F（1,27）=18.67，p＜0.001，η2=0.409，中間位置呈現數字的反應 （464.43±10.27ms）明顯快于左側位置（476.61±10.05ms）和右側位置 （481.54±10.71ms）；反應鍵和空間位置交互作用顯著，F（1,27）= 16.32，p＜0.001，η2=0.377，刺激數字呈現在左側時按左鍵 （470.08±11.55ms） 反應比按右鍵（483.13±9.31ms）更快，刺激數字呈現在中間和右側時按右鍵反應比按左鍵反應更快，中間位置按右鍵反應時為 454.49±10.48ms，按左鍵為 474.37± 10.68ms，右側位置按右鍵反應時為 466.38± 11.75ms，按左鍵為496.71±10.67ms，出現 Simon效應，見圖2。其余主效應和交互作用均不顯著，說明本實驗未出現SNARC效應。

圖2 判斷不同空間位置數字顏色的反應時

3.3 討論

實驗一優先啟動Simon效應，要求被試判斷數字呈現的空間位置，把被試的注意優先分配到對數字空間位置的加工時出現了典型的Simon效應，數字加工中的SNARC效應卻消失。實驗二進一步要求被試判斷呈現數字的顏色，把被試注意指向與空間位置和數字大小均無關的數字顏色屬性上，使得Simon效應和SNARC效應啟動程度相當，進一步考察Simon效應和SNARC效應的加工特點。結果發現實驗二中依然只出現了典型的Simon效應，未出現SNARC效應，結果進一步證實了實驗一的發現，即Simon效應對SNARC效應具有抑制作用，而且這種抑制作用在Simon效應和SNARC效應啟動程度相當的情境下依然發揮。

4 實驗三：優先啟動SNARC效應時，Simon效應對SNARC效應的抑制作用

4.1 方法

4.1.1 被試

30名 （男7,女23）在校生自愿參加實驗。平均年齡為21.23±0.63歲，最大22歲，最小20歲。所有被試實例或矯正視力正常。

4.1.2 材料與儀器

同實驗一。

4.1.3 實驗設計

2（反應鍵:左鍵,右鍵）×2（數字大小:1-4為小數字,6-9為大數字）×3（空間位置:左側,中間,右側），因變量為反應時和錯誤率。

4.1.4 實驗程序

基本同實驗一，不同之處在于實驗材料隨機呈現在顯示器左側、中間或右側，要求被試判斷呈現的數字大于5還是小于5。總共208個試次，192個正式試次，16個練習試次，約需20分鐘。

4.2 結果

剔除3個標準差以外和小于200ms的反應時數據，占總數的1.74%，對剩余數據進行分析。由于被試的平均錯誤率為2.91%±0.02，反應時和錯誤率的皮爾遜相關系數r=0.28，p＞0.05，不存在反應時和錯誤率代償，故對錯誤率不予分析。對剩余反應時數據重復測量方差分析顯示：反應鍵主效應顯著，F（1,29）=7.62，p=0.01，η2=0.208，右鍵反應 （489.84±9.15ms） 快于左鍵 （502.17± 9.11ms），出現優勢手效應；空間位置主效應顯著，F（1,29）=25.41，p＜0.001，η2=0.467，中間位置（481.87±8.83ms）反應明顯快于左側 （503.50± 9.17ms）和右側 （502.66±9.20ms）反應；反應鍵和空間位置交互作用顯著，F（1,29）=14.44，p＜0.001，η2=0.332，刺激數字呈現在左側時按左鍵（498.59±10.00ms）反應比按右鍵 （508.42±9.30ms）更快，刺激數字呈現在中間和右側時按右鍵反應比按左鍵反應更快，中間位置按右鍵反應時為473.28±9.13ms，按左鍵為490.43±9.56ms，右側位置按右鍵反應時為 487.82±10.39ms，按左鍵為517.49±9.08ms，出現Simon效應見圖3。其余主效應和交互作用均不顯著，說明本實驗未出現SNARC效應。

圖3 判斷不同空間位置數字大小的反應時

4.3 討論

前兩個實驗要求被試判斷數字的空間位置和顏色時，在數字認知加工中出現Simon效應，未出現SNARC效應。本實驗優先啟動SNARC效應，要求被試判斷數字的大小，把被試的注意優先分配到對數字大小信息的認知加工，進一步考察直接加工數字大小時，數字SNARC效應的特點以及Simon效應能否抑制SNARC效應。結果發現，優先啟動SNARC效應時依然出現了強勁的Simon效應而未出現SNARC效應。說明Simon效應對SNARC效應的抑制作用非常強大，即使優先啟動SNARC效應時，Simon效應也能有效抑制數字加工中SNARC效應的發生。

5 總討論

SNARC效應表現為數字的心理表征的空間位置和空間反應之間的聯合，Simon效應表現為刺激（包括數字）呈現的物理空間位置和空間反應之間的聯合。Simon效應和SNARC效應間的關系一直備受爭議且這方面的研究鮮少。故本研究采用Simon效應研究范式，以阿拉伯數字為實驗材料，系統地研究了Simon效應和SNARC效應的加工特點及其相互關系。

實驗一優先啟動Simon效應，把阿拉伯數字隨機呈現在顯示器的左側或者右側，要求被試迅速地判斷數字呈現的空間位置。結果發現，被試在數字空間位置認知加工中出現了典型的Simon效應，但是數字加工中未出現SNARC效應。已有研究認為，Simon效應具有很強的穩定性，空間位置能夠得到自動加工，更何況實驗一把被試的注意優先分配到對數字呈現的空間位置的反應，所以在實驗一中出現Simon效應不難理解。而對于SNARC效應，以有研究認為，在加工數字的其他信息時 （如奇偶性），數字的大小也能得到自動激活，并導致在數字加工中出現 SNARC效應 （Dehaene et al., 1993;Hoffmann,Hornung,Martin,&Schiltz,2013）。實驗一中數字大小和空間位置的交互作用顯著，也說明實驗中數字大小信息被自動激活，但是實驗一把數字隨機呈現在顯示器的左側或右側，改變了以往研究SNARC效應的數字呈現方式，這時在數字加工中未出現SNARC效應。這一結果驗證了以往研究所發現的數字呈現方式的改變可以消除SNARC效應的結論 （王強強,安寶霞,吳彥文,蘭繼軍,2016）。原因可能是以往研究采用快速呈現刺激分類范式，整個研究一直把阿拉伯數字隨機呈現在顯示器中央。與以往研究相比，實驗一則是采用Simon效應范式，改變了以往SNARC效應中數字的呈現方式，把數字隨機呈現在左側或右側空間，從而導致在數字加工中Simon效應抑制了SNARC效應的出現。

實驗二把被試的注意指向與數字空間位置和大小均無關的數字顏色的認知加工上，在對Simon效應和SNARC效應啟動程度相當的條件下，進一步考察SNARC效應和Simon效應的加工特點。結果依然出現了Simon效應，卻未出現SNARC效應。進一步說明Simon效應對SNARC效應具有抑制作用。SNARC效應的出現是因為數字大小信息激活所致，而Simon效應的出現是因為刺激的物理空間信息激活所致。實驗二要求被試判斷數字的顏色，實驗任務與數字大小和空間位置均無關系，結果出現了Simon效應，而未出現SNARC效應，說明相比SNARC效應，Simon效應更加穩固。

實驗三要求被試直接判斷數字的大小，在優先啟動SNARC效應的條件下，進一步考察Simon效應能否抑制SNARC效應。結果發現，在數字大小得到充分激活的情境下，數字加工中依然出現了Simon效應，而未出現SNARC效應。在優先啟動SNARC效應的條件下，Simon效應也能有效地抑制SNARC效應，進一步說明SNARC效應會受到實驗情境的影響表現出一定的靈活性，Simon效應比SNARC效應具有更加穩固的特點。

關于SNARC效應是否是Simon效應的變體這一爭議，如果兩種效應具有內在一致性的話，不管是在優先啟動Simon效應或SNARC效應還是兩種效應啟動程度相當的條件下，兩種效應都會同時存在或消失。如果兩種效應不同質，加工機制不同的話，在不同的實驗條件下兩種效應可能會出現相互影響的現象，或者一種效應會影響到另一種效應。本研究中三個實驗條件下均發現 Simon效應對SNARC效應具有抑制作用，說明 Simon效應和SNARC效應本質上不同，具有不同的加工機制，結果支持了Mapelli等人 （2003）的觀點。

此外，關于SNARC效應的發生階段，學術界也存在爭議。有學者認為SNARC效應發生在知覺編碼階段 （Dehaene et al.,1993;Tlauka,2002），也有學者認為SNARC效應出現在反應選擇階段（Keus,Jenks,&Schwarz,2005;Keus&Schwarz, 2005）。而對于Simon效應的發生階段，大量研究認為，Simon效應源于反應選擇階段 （王力等, 2012;De Jong,Liang,&Lauber,1994;Ansorge& Wiihr,2004;Melara,Wang,Vu,&Proctor,2008; Leuthold,2011）。由于知覺編碼發生在認知過程的早期階段，反應選擇發生在認知過程的后期階段，因此我們可以推論，如果SNARC效應發生在知覺編碼階段的話，當數字大小得以加工后肯定會出現SNARC效應，這種情況下，Simon效應則不會對SNARC效應產生太大影響；相反，如果其發生在反應選擇階段，Simon效應可能會對SNARC效應產生一定的影響。從本研究結果來看，雖然知覺編碼階段數字的大小信息得到主動或被動地激活和加工，但是在三個實驗中均未出現SNARC效應，而且一致發現Simon效應對SNARC效應產生了抑制作用，眾所周知，Simon效應是發生在反應選擇階段，那SNARC效應只有發生在反應選擇階段時，才可能會產生Simon效應和SNARC效應對優先注意資源的競爭，從而出現Simon效應抑制SNARC效應的現象。所以，從本研究的結果可以推測SNARC效應發生在反應選擇階段。

6 結論

通過本研究可以得出以下結論： （1）Simon效應和SNARC效應有不同的加工機制，Simon效應更加穩固，而SNARC效應相對更靈活，易受外界條件的干擾； （2）Simon效應對SNARC效應具有很大的抑制作用。

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The Inhibition of Simon Effect for Spatial-Numerical Association of Response Codes Effect

Jin Guichun1,2,Wang Youzhi1,Wang Li1

(1 School of Psychology,Shanxi Normal University,xi’an 710062;2 School of Teacher and Education,Tianshui Normal University, Tianshui 741001)

In the present study,Simon effect paradigm was used to investigate the processing characteristics of the Simon effect and SNARC(spatial-numerical association of response codes)effect and the relationship between them.The stimuli were Arabia numbers.The task of subjects was to judge numbers′location space(experiment 1),color(experiment 2)or magnitude(experiment 3)presenting in the left or right of displayer.The results showed that:1)No matter what criteria was used,Subjects always responded faster to left numbers presenting on the displayer by left key than right key.Inversely,reaction to numbers on the right of displayer were faster by right key than left key,and Simon effect survived in all experiments.But the difference between the response with the left hand to relatively small numbers and that with the right hand to relatively large numbers was not significant,no SNARC effect appeared in any experiment.2)Simon effect and SNARC effect had different processing mechanism.Simon effect can restrain SNARC effect.3)Compared to SNARC effect,Simon effect is relatively more stable,on the contrary,SNARC was relatively flexible and easily affected by the change of perceptual information.

simon effect,SNARC effect,spatial representation,inhibition.

B842.2

2016-9-9

陜西師范大學2015年高等教育教學改革研究項目 （15JG17）。

王有智，E-mail：youzhi@snnu.edu.cn。