元認知的領域特殊性：來自知覺和高階層次的證據 *

鄧春婷 劉 巖

(1 遼寧師范大學心理學院，大連 116029) (2 遼寧省兒童青少年健康人格評定與培養協同創新中心，大連 116029)(3 徐州工程學院心理咨詢中心，徐州 221018)

1 引言

元認知（metacognition）是指人們對自我認知過程的認知，包括對自己的認知能力、當前正在發生的認知過程和兩者之間相互作用的認知，以及在這種認知基礎上的自我監督、計劃與調節（Flavell, 1979）。簡單地說，元認知是“對認知的認知”（Flavell, 2000）。近年來，隨著元認知研究的不斷深入，我們對其本質的理解逐漸趨近其核心問題，即元認知究竟是一種領域一般性（domain-generality）能力還是領域特殊性（domain-specificity）能力？領域一般性理論起源于皮亞杰的“發生認識論”，認為元認知能力不僅僅針對特定單一的領域，它可以從一個領域轉移到另一個領域，在不同領域中都是通用的，而且不會因任務的不同而不同（Chiappe & MacDonald,2005； Frost, Armstrong, Siegelman, & Christiansen,2015）；而領域特殊性理論起源于“模塊理論”，認為元認知能力具有特定性，這種進化而來的心理機制只負責解決特定的適應性問題（Alcock, 2009）。

近期，有研究者將元認知劃分為知覺元認知（perceptual metacognition）和高階元認知（higherorder metacognition）（Baird, Smallwood, Gorgolewski, &Margulies, 2013； Baird, Cieslak, Smallwood, Grafton, &Schooler, 2015； Deroy, Spence, & Noppeney, 2016；Fitzgerald, Arvaneh, & Dockree, 2017； McCurdy et al.,2013； Molenberghs, Trautwein, B?ckler, Singer, &Kanske, 2016； Pescetelli, Rees, & Bahrami, 2016； Valk,Bernhardt, B?ckler, Kanske, & Singer, 2016），并通過對二者的比較來探討元認知的領域一般性和領域特殊性問題。前者是指以感知覺任務（比如視覺判斷任務等）為基礎任務，個體對自身在此任務上的表現進行元認知監控與評估（Fleming, Weil,Nagy, Dolan, & Rees, 2010； Valk et al., 2016）；后者是指以高階認知任務（比如記憶檢索、共情心理理論等）為基礎任務，個體對自身在此任務上的表現進行元認知監控與評估（Baird et al., 2013； Valk et al., 2016）。二者均體現了個體對任務表現的監控與評估。有行為研究發現，知覺和高階認知任務上的元認知能力之間不相關，表明兩任務上的元認知能力具有特定性（Fitzgerald et al., 2017；Fleming, Ryu, Golfinos, & Blackmon, 2014）。還有研究發現，知覺元認知和高階元認知在神經機制上也存在分離（Baird et al., 2013, 2015； Valk et al., 2016）。這些證據都支持元認知具有領域特殊性的觀點。

同時，也有研究支持元認知具有領域一般性。Song 等人（2011）采用兩種不同的視知覺任務（對比度辨別任務和方向辨別任務）對元認知進行測量。結果顯示，兩任務上的元認知能力之間存在顯著相關。但是這種行為上的相關并不能充分說明元認知具有領域一般性，也有可能是由于涉及不同任務的腦區之間存在連接機制。McCurdy等人（2013）的行為實驗也發現了不同任務上元認知能力的相關性，但腦成像結果則揭示了知覺元認知和高階元認知的腦區定位和皮質結構是不同的，但都會涉及到楔前葉（precuneus），所以研究者推斷行為上的相關很可能是由楔前葉在兩個腦區之間的連接導致的。對于Song 等人（2011）的研究結果，另一種解釋是評估方法可能存在缺陷。該研究采用了type Ⅱ的受試者工作特征（ROC）曲線去評估被試元認知能力，有研究表明這種計算方法不能排除任務表現的影響（Fleming & Lau,2014）。而用M ratio 的方法（Maniscalco & Lau,2012）去評估被試的元認知能力則能很好地排除一階表現的影響（Fleming & Lau, 2014）。

雖然大部分研究都傾向于支持元認知能力具有領域特殊性。但是此類研究仍存在一個無法回避的問題：證明元認知具有領域特殊性的研究測量元認知采用的兩個基礎任務分屬不同領域，即知覺和高階認知領域，差異較大。換言之，元認知具有領域特殊性的結果有可能是因為基礎任務之間的差異性引起的；而得出元認知能力可能具有領域一般性的研究，測量元認知采用的兩個基礎任務屬于同一領域（如知覺領域）。所以有可能因為基礎任務相似性的差異而導致了研究結果出現分歧。針對這種可能性，本研究將分別考察個體在完成知覺元認知和高階元認知任務時，同一領域不同任務上的元認知表現是否具有一致性。同時，為了進一步探測任務差異性是否影響元認知能力的領域性問題，我們將考察個體在同領域中高度相似的兩個任務上元認知表現之間的關系。

本研究的目的是探討元認知到底是領域一般性能力還是領域特殊性能力。之前有研究者通過比較知覺領域內不同視知覺任務上的元認知之間的關系，對知覺元認知是否具有領域一般性進行了探討，但是高階元認知是否也具有類似的特點并沒有研究進行考察。因此本研究不僅采取最新量化元認知的指標來驗證知覺元認知的領域性問題，而且首次探討了高階元認知的領域一般與領域特殊性問題。本研究試圖為元認知究竟是一種領域一般性能力還是領域特殊性能力的這個理論問題提供更加清晰的理解和更可靠的實證支持，對于厘清當前元認知研究的理論分歧，揭示元認知的本質與內涵，以及探索元認知的培養模式，都具有重要的理論價值和實踐意義。

本研究由三個實驗組成。實驗1 將采用Song等人（2011）的研究范式和修正后的M ratio 的評估方法（Maniscalco & Lau, 2012），探討在知覺領域不同的視知覺任務上（對比度辨別任務和方向辨別任務），元認知能力之間是否存在關聯。實驗2 將采用根據Baird 等人（2015）的研究改編的研究范式，考察在高階認知領域中認知內容不同的任務上（詞語記憶檢索任務和圖片記憶檢索任務），元認知能力之間是否存在關聯。實驗3 將采用McCurdy 等人（2013）和Baird 等人（2015）研究中的研究范式，考察在高階認知領域中認知內容相同，但呈現方式不同的任務上（單個詞呈現的記憶檢索任務和多詞呈現的記憶檢索任務），元認知能力之間是否存在關聯。如果個體在同一領域內（知覺或高階元認知）兩個不同任務中的元認知能力均相關顯著，說明元認知可能具有領域一般性；如果在每個領域內兩個不同任務中的元認知能力都沒有出現顯著相關，則說明元認知能力是具有領域特殊性的，并且不會受到基礎任務相似性的影響。

2 實驗1 不同知覺任務上元認知能力之間的關系

2.1 方法

2.1.1 被試

在校大學生26 人，年齡范圍為19-25 歲，平均年齡22.40 歲，視力或矯正視力正常。所有被試均自愿參加實驗，都簽署了知情同意書，實驗結束后獲得一定的報酬。

2.1.2 實驗設計

實驗為單因素兩水平（任務類型：對比度辨別任務，方向辨別任務）被試內設計。

2.1.3 實驗材料

實驗使用E-prime 程序控制，刺激在電腦顯示屏（22 英寸，1600×900 像素的分辨率）上進行呈現，視距保持在67 厘米。在兩個任務中，視覺刺激均由六個垂直的光柵組成（直徑是2.8 度視角，對比度20%），并圍繞著一個中心視標排列成一個圓形的樣式（6.9 度的偏心率）（Song et al., 2011）。

2.1.4 實驗流程

實驗在一個光線較暗的房間進行。如圖1 所示，依據已有研究（Song et al., 2011），兩個任務都包含5 個block，每個block 包含90 個trials。在每個trial 中，視覺刺激圖片呈現兩次，每次呈現200 毫秒，兩屏刺激之間的間隔是500 毫秒。在兩次呈現的刺激圖片中，有一屏六個光柵是完全相同的；而另一屏的六個光柵中有一個光柵與其他五個不同。這個光柵在任務1 中是對比度更高（對比度辨別任務），而在任務2 中是方向不同（方向辨別任務）。這個特異光柵出現的空間位置和時間間隔是隨機的。要求被試做一個二選一的迫選判斷，判斷特異光柵出現在先后呈現的哪屏視覺刺激中，沒有時間限制。完成視知覺的客觀判斷后，被試還要在一個1（低信心）到6（高信心）的等級量表上給出其視知覺決策的信心等級（Fleming et al., 2010）。

2.1.5 數據分析方法

采用M ratio 指標評估被試的元認知能力，即Mratio =meta-d'/d'（Maniscalco & Lau, 2012）。其中meta-d'=z（H2）-z（FA2），d'=z（H1）-z（FA1）。H 和FA 是根據被試一階迫選判斷的正誤和二階信心等級判斷的高低（Fleming et al.,2010； Fleming & Lau, 2014），依據信號檢測論進行計算的。

H1用個體正確再認信號的次數除以信號刺激的總數，FA1用個體把噪音當作信號的次數除以噪音刺激的總數，然后對H1和FA1進行分數轉換，轉換成z（H1）和z（FA1），z 表示的是累積正態分布的倒數，最后用z（H1）減去z（FA1）就得出了d' 。

H2用個體高信心（等級為4、5、6 的信心判斷）時正確判斷的次數除以正確判斷的總數，FA2用個體高信心時錯誤判斷的次數除以錯誤判斷的總數，然后對H2和FA2進行分數轉換，轉換成z（H2）和z（FA2），最后用z（H2）減去z（FA2）就得出了meta-d' 。

該計算方法將一階敏感性作為分母，排除了個體一階反應對元認知能力可能的影響，具有較好的代表性，被研究者廣泛采用（Baird et al., 2013,2015； Fitzgerald et al., 2017； McCurdy et al., 2013）。

2.2 結果與分析

首先剔除無效數據。有被試在信心判斷時全部選擇單一數字等級，而且信心判斷的時間很短。因為視覺任務在難度上具有難、中、易三等級，被試將不會完全確定或完全不確定他們給出的視知覺決策是正確的，所以剔除信心判斷時全部選取單一數值的被試6 人。被試在兩種視知覺任務上的一階表現和元認知能力（M ratio）的描述性統計如表1 所示，沒有出現天花板和地板效應。

首先，我們需要確定元認知監測的兩個基礎任務之間是否是相互獨立的。相關分析發現，被試在兩種視知覺任務上的一階表現（正確率）具有中等程度的相關，但不顯著（r=0.34, p=0.146），說明兩個視知覺任務具有一定的相似性，但是又相對獨立。如果用傳統的計算方法去量化元認知能力，會受到個體的基礎任務表現的影響，從而產生混淆（Galvin, Podd, Drga, & Whitmore, 2003），所以本研究采用了Mratio 為指標的評估方法，試圖排除潛在因素的混淆（Maniscalco & Lau, 2012）。

表 1 不同視知覺任務的描述性統計

為了考察不同知覺任務上元認知能力之間的關系，我們對對比度辨別任務和方向辨別任務上的M ratio 值進行了相關分析。結果發現，兩視知覺任務上的元認知能力相關不顯著（r=0.06，p=0.793），表明知覺領域不同視知覺任務上的元認知能力在個體內是分離的。而且兩任務上的客觀表現（正確率）與對應的元認知能力之間不相關（對比度辨別任務: r=-0.23, p=0.340； 方向辨別任務: r=-0.01, p=0.957），表明量化后的元認知能力不受一階表現的影響，說明M ratio 為指標的評估方法確實能很好地排除一階表現的影響。

結果發現，即使基礎任務都屬于視知覺領域，個體在不同任務上的元認知能力表現也是不一樣的，暗示著知覺元認知具有跨任務的領域特殊性。那么高階認知領域不同的記憶檢索任務上的元認知能力之間是否也存在類似的關系呢？實驗2 將探討高階認知領域中認知內容不同的任務（詞語記憶檢索任務和圖片記憶檢索任務）之間，元認知能力是否存在相關，從而確定高階認知領域內，元認知能力是否具有領域特殊性。

3 實驗2 不同高階認知任務上元認知能力之間的關系

3.1 方法

3.1.1 被試

在校大學生30 人（5 男, 25 女），年齡范圍為17-27 歲，平均年齡為21.17 歲，視力或矯正視力正常。所有被試均自愿參加實驗，都簽署了知情同意書，實驗結束后獲得一定的報酬。

3.1.2 實驗設計

實驗為單因素兩水平（任務類型: 詞語記憶檢索任務, 圖片記憶檢索任務）被試內設計。

3.1.3 實驗材料

詞語（或圖片）記憶檢索任務分別包含320 個詞語（或圖片）。詞語刺激來源于某記憶檢索任務研究中的英文單詞，都是中性非復合名詞，詞頻在百萬分之1 到800 之間，比如草原、證書和玻璃等（Baird et al., 2015； McCurdy et al., 2013）。圖片刺激來源于世界地理圖片，比如金魚圖片、金字塔圖片等。其中在320 個詞語（或圖片）中選出的160 個詞語（或圖片）用于編碼階段。而剩下的160 個詞語（或圖片）與編碼階段的160 詞語（或圖片）都在再認階段呈現給被試（即160 個舊的是靶項目, 160 個新的是干擾項目）。這些刺激在電腦上呈現，實驗使用E-prime 程序控制。

3.1.4 實驗流程

如圖2 所示，依據已有研究（Baird et al., 2013,2015； Song et al., 2011），兩個記憶檢索任務都包括兩個階段：編碼階段和再認階段。指導語中告知被試先記憶詞語或者圖片，后面會有相應測試。在編碼階段，被試需要記憶隨機呈現的160 個詞語（詞語記憶檢索任務）或160 張圖片（圖片記憶檢索任務），詞語（或圖片）刺激呈現1500ms，并且每個刺激之間會有1000 ms 的時間間隔。在再認階段，要求被試做一個二選一的迫選判斷，判斷這個刺激是新的還是舊的，沒有時間限制。完成記憶再認的客觀判斷后，被試還要在一個1（低信心）到6（高信心）的等級量表上給出其記憶再認的信心等級（Fleming et al., 2010）。兩個任務的先后順序在所有被試內是隨機的。

3.1.5 數據分析

同實驗1。

3.2 結果與分析

被試在兩種記憶檢索任務上的一階表現和元認知能力（M ratio）的描述性統計如表2，沒有出現天花板和地板效應。

首先，我們需要確定元認知監測的兩個基礎任務之間是否是相互獨立的。相關分析發現，被試在兩種記憶檢索任務上的一階表現（正確率）具有中等程度的相關，但不顯著（r=0.26, p=0.172），說明兩個記憶檢索任務具有一定的相似性，但是又相對獨立。為了排除量化元認知能力時，個體基礎任務表現的混淆，所以同實驗1 采用M ratio 的計算方法。

表 2 不同記憶檢索任務的描述性統計

為了驗證不同高階認知任務上元認知能力之間的關系，我們對兩任務上的元認知能力進行相關性比較，結果發現兩記憶檢索任務上的元認知能力跨被試內是不相關的（r=0.27, p=0.149），表明高階認知領域中不同記憶檢索任務上的元認知能力在個體內也是分離的。而且兩任務上的客觀表現（正確率）與對應的元認知能力之間不相關（詞語記憶檢索任務: r=0.01, p=0.966； 圖片記憶檢索任務: r=0.00, p=0.984），表明量化后的元認知能力不受一階表現的影響。

結果發現，即使基礎任務都屬于高階認知領域，個體在不同任務上的元認知能力表現也是不一樣的，暗示著高階元認知具有跨任務的領域特殊性。實驗1 和實驗2 中的兩個基礎任務雖然分別屬于同一領域（知覺vs.高階），但是相關并不顯著，說明同一領域的兩個任務間仍存在一定程度的差異，不能夠完全排除基礎任務的差異性對元認知判斷的可能影響。為了進一步縮小基礎任務間的差異，實驗3 將采用兩個相似的高階認知任務（單個詞呈現的記憶檢索任務和多詞呈現的記憶檢索任務），考察二者的元認知能力是否存在相關，從而確定高階認知領域內，元認知能力是否具有領域特殊性。

4 實驗3 兩個相似的高階認知任務上元認知能力之間的關系

4.1 方法

4.1.1 被試

在校大學生30 人（6 男, 24 女），年齡范圍為19-26 歲，平均年齡為23.33 歲，視力或矯正視力正常。所有被試均自愿參加實驗，都簽署了知情同意書，實驗結束后獲得一定的報酬。

4.1.2 實驗設計

實驗為單因素兩水平（任務類型: 單個詞呈現的記憶檢索任務, 多詞呈現的記憶檢索任務）被試內設計。

4.1.3 實驗材料

兩種詞語記憶檢索任務分別包含320 個詞語（單個詞呈現的記憶檢索任務）和800 個詞語（多詞呈現的記憶檢索任務）。詞語刺激的來源與實驗2 中的任務1 相同。其中單個詞呈現的記憶檢索任務同實驗2 中的任務1。而多詞呈現的記憶檢索任務在800 個詞語中選出的400 個詞語用于編碼階段，剩下的400 個詞語與編碼階段的400 詞語都在再認階段呈現給被試（即400 個舊的是靶項目,400 個新的是干擾項目）。這些刺激在電腦上呈現，實驗使用E-prime 程序控制。

4.1.4 實驗流程

如圖3 所示，依據已有研究（Baird, Cieslak, et al., 2013； Baird, Smallwood, et al., 2015； McCurdy et al.,2013），兩個記憶檢索任務都包括兩個階段：編碼階段和再認階段。指導語中告知被試先記憶詞語，后面會有相應測試。單個詞呈現的記憶檢索任務具體流程同實驗2 中的任務1。而多詞呈現的記憶檢索任務中包含8 個block，每個block 中包含一個詞語清單，詞語清單隨機呈現0.5、1 和1.5 分鐘。在編碼階段，被試需要記憶隨機呈現的包含50 個詞語的詞語清單。在再認階段，要求被試做一個二選一的迫選判斷，判斷“+”左右哪個詞語是呈現在剛剛的清單中的，沒有時間限制。完成記憶再認的客觀判斷后，被試還要在一個1（低信心）到6（高信心）的等級量表上給出其記憶再認的信心等級（Fleming et al., 2010）。兩個任務的先后順序在所有被試內是隨機的。

4.1.5 數據分析方法

同實驗1。

4.2 結果與分析

被試在兩種記憶檢索任務上的一階表現和元認知能力（M ratio）的描述性統計如表3，沒有出現天花板和地板效應。

表 3 不同記憶檢索任務的描述性統計

首先，我們需要確定元認知監測的兩個基礎任務之間的關系。相關分析發現，被試在兩種呈現方式的記憶檢索任務上的一階表現（正確率）具有顯著的相關關系（r=0.61, p＜0.001），說明兩個記憶檢索任務雖然不同，但具有很大的相似性。

為了驗證不同高階認知任務上元認知能力之間的關系，我們對兩任務上的元認知能力進行相關性比較，結果發現兩記憶檢索任務上的元認知能力跨被試內是不相關的（r=-0.32, p=0.089），表明高階認知領域中呈現方式不同的記憶檢索任務上的元認知能力在個體內也是分離的。而且兩任務上的客觀表現（正確率）與對應的元認知能力之間不相關（單個詞呈現的記憶檢索任務: r=0.01, p=0.980； 多詞呈現的記憶檢索任務: r=0.01,p=0.964），表明量化后的元認知能力不受一階表現的影響。

結果發現，即使基礎任務都屬于高階認知領域，而且具有很大相似性，個體在兩任務上的一階表現相同，但兩任務上的元認知能力表現是不一樣的，暗示著高階元認知具有跨任務的領域特殊性。

5 總討論

本研究發現，在知覺和高階元認知領域內，即使基礎任務具有一定的相似性，不同任務上的元認知在行為表現上也是分離的，表明元認知能力是具有領域特殊性的（Alcock, 2009； 戴維·巴斯,2015），它特定地針對單一特定的領域，不能從一個領域轉移到另一個領域。

近年來，一部分關于知覺元認知與高階元認知的比較研究的結果都支持元認知具有領域特殊性的觀點（Baird, Cieslak, et al., 2013； Baird,Smallwood, et al., 2015； Fitzgerald et al., 2017； Fleming et al., 2014； Valk et al., 2016），但這些研究并不能完全排除由于基礎任務的差異太大而導致研究中行為數據和成像數據都沒有相關性的這種可能。有研究采用兩個相似的視知覺任務測量元認知，對兩任務上的元認知能力進行比較發現二者之間存在顯著相關，暗示著元認知的領域一般性（Song et al., 2011）。但在此研究中采用了type Ⅱ的受試者工作特征（ROC）曲線去評估被試元認知能力，不能完全排除一階任務表現的影響（Fleming &Lau, 2014）。所以本研究實驗1 采用Song 等人（2011）的研究范式和修正后的M ratio 的評估方法（Maniscalco & Lau, 2012），對知覺領域不同任務上元認知能力之間的關系進行了探討，結果發現知覺元認知能力在任務水平具有領域特殊性，與前人研究一致（Baird et al., 2013, 2015； Fitzgerald et al., 2017），說明本研究采用的修正后的M ratio的評估方法能很好地把元認知能力與一階表現完全分離（Maniscalco & Lau, 2012； Fleming & Lau,2014），同時排除了基礎任務可能引起的混淆。

與此同時，實驗2 采用高階認知領域的兩個不同的任務對元認知進行測量，結果發現高階認知領域的不同任務上元認知能力相互獨立，與實驗1 結果一致，說明元認知能力是具有領域特殊性的。此外，實驗3 測量個體的元認知能力采用的兩個任務不僅都包括記憶過程，而且認知內容也相同，僅僅詞語的呈現方式不同，兩任務之間具有很大相似性，結果發現個體的基礎任務表現具有相關性，但高階認知領域中兩任務上的元認知能力相互獨立，表明元認知是一種領域特殊性能力。本研究的三個實驗都發現了元認知能力跨任務的分離，在一定程度上說明，前人研究中行為數據和成像數據上都沒有相關性并不是由于基礎任務的差異太大而導致的（Fitzgerald et al., 2017；Valk et al., 2016）。

綜上，本研究的結果支持不同任務中的元認知受不同元認知機制的調節的這種可能，并且每個認知過程可能被它自己的元認知系統所監控（Nelson & Narens, 1990； Shimamura, 2000），與腦損傷證據（Fleming et al., 2014）和基于體素的形態測量學結果（McCurdy et al., 2013； Valk et al., 2016）相互印證，即可分離的元認知系統由不同的神經解剖學結構所支持。本研究采用M ratio 作為評估元認知能力的指標（Maniscalco & Lau, 2012），該指標在早期研究基礎上進行了修正，現被研究者廣泛使用（Baird et al., 2013, 2015； Fitzgerald et al.,2017； McCurdy et al., 2013）。早期有研究在探測知覺元認知領域一般性與領域特殊性的時候采用了type II 的受試者工作特征（ROC）曲線去評估被試元認知能力，但此指標不能完全排除一階任務表現對元認知能力的影響；而M ratio 指標則能很好地排除個體任務表現等對元認知能力的影響。但該指標也存在一定的局限性：它無法分辨元認知能力的變化是由于什么原因造成的，也就是說，在實驗過程中，隨著試次的增加，個體對高低信心的定位會有所變化，M ratio 不能把這種變化從額外噪音中分離（Fleming & Lau, 2014）。未來研究可以對元認知的領域特殊性進行更深層次的驗證。

6 結論

在知覺和高階認知領域內，元認知能力在不同任務上均具有領域特殊性。