冲突观察范式下冲突适应的机制*

唐丹丹,郭海辉,刘培朵,孟迎芳

(1.福建师范大学心理学院,福州 350117;2.遵义师范学院教师教育学院,遵义 563006;3.江西省教育评估监测研究院,南昌 330008;4.西南大学心理学部,重庆 400715)

1 引言

以往研究通常采用一致性任务(Egner,2007),如Stroop任务、Flanker任务和Simon任务来考察冲突适应(conflict adaptation)(Gratton,Coles,& Donchin,1992)。例如,Stroop任务要求被试只判断色词的颜色,当色词的颜色和字义不一致时(incongruent,I)就会产生冲突,此时被试对颜色的判断反应时显著长于、错误率显著高于色词的颜色和字义一致(congruent,C)条件(MacLeod,1991)。这种不一致所带来的冲突受到先前试次是否一致的调节。如果先前试次为不一致试次,当前不一致试次所带来的冲突显著小于先前试次为一致试次带来的冲突,此即冲突适应(Gratton et al.,1992)。

冲突监测理论提出,冲突适应涉及到认知系统对冲突的自上而下的控制调整(Botvinick,Braver,Barch,Carter,& Cohen,2001;Botvinick,Nystrom,Fissell,Carter,& Cohen,1999)。当冲突出现时,前扣带回(anterior cingulate cortex,ACC)首先监测到该冲突信息,并将该信号传递给负责冲突解决的背外侧前额叶(dorsal lateral prefrontal cortex,dlPFC),使之自上而下地调用认知资源以有效解决冲突。然而,随后研究发现,一些自下而上的因素对冲突适应也有贡献,如刺激-反应重复引起的特征整合效应(Hommel,Proctor,& Vu,2004;Mayr,Awh,& Laurey,2003)、反应执行引起的反应转换效应(Kenner et al.,2010;Reuter,Philipp,Koch,& Kathmann,2006)和大比例的一致试次(Mayr &Awh,2009)等。

为排除这些自下而上的因素对冲突适应的影响,唐丹丹等提出基于Stroop任务和字母Flanker任务的冲突观察范式来探讨“纯净的”冲突适应(Tang,Hu,& Chen,2013;Tang,Hu,Li,Zhang,& Chen,2013;唐丹丹,陈安涛,2012,2013;唐丹丹,刘培朵,陈安涛,2012)。结果在两类任务中都获得了冲突观察诱发的显著冲突适应。以Stroop任务为例,该范式包括配对先后呈现的观察任务(观察色词颜色,但不做反应)和反应任务(对色词颜色做反应,同时忽略字义)。由于整个试次序列中,任意前后两个试次之间没有任何刺激-反应的重复,排除了刺激-反应重复引起的特征整合效应的影响(Hommel,Proctor,& Vu,2004;Mayr,Awh,& Laurey,2003)。由于一致和不一致比例为1:1,可排除试次比例的影响(Mayr &Awh,2009)。该范式最大的优势在于观察任务不需要做反应,可排除反应执行引起的反应转换效应(Kenner et al.,2010;Reuter et al.,2006)。因此,采用该范式得到的冲突适应更“纯净”。

近年来,冲突适应的分布特征得到了研究者的关注。例如,Tang等(2022)分别采用Stroop任务(Stroop,1935)、单词Flanker任务(Chen,Tang,& Chen,2013)和字母Flanker任务(Eriksen &Eriksen,1974)考察了冲突适应的分布特征。结果发现,在Stroop任务和单词Flanker任务中,冲突适应量服从正态分布(高斯分布)。然而,在Tang等(2022)的研究中,被试在每个试次中都需做反应。本研究疑惑的是,如果被试在前一个试次只观察冲突而不做反应,那么去除反应的影响后,即在冲突观察范式下,冲突适应的分布特征是否会有所不同?对该问题的探讨可为冲突监测理论提供普遍性和稳固性证据。

因此,该研究基于Stroop任务(实验一)、单词Flanker任务(实验二)和字母Flanker任务(实验三)设计了冲突观察范式,从冲突观察角度集中探讨冲突适应及其分布特征。该研究不仅能发展经典的冲突适应研究范式,而且能揭示冲突适应的分布特征,从而为认知控制研究提供新思路。

2 实验一 Stroop任务中冲突观察诱发的冲突适应

2.1 方法

2.1.1 被试

152名健康右利手被试(女性116名),年龄范围为18～23岁,平均年龄19.49岁,标准差1.21岁。所有被试自我报告视力正常或校正后正常,未参加过类似实验,不清楚实验目的。被试在实验开始前签署知情同意书,实验结束后获得适量报酬。该实验得到遵义师范学院教师教育学院人类研究伦理委员会同意。

2.1.2 仪器和材料

实验程序采用E-Prime 2.0软件编制。所有刺激呈现在17英寸液晶显示器中央,屏幕分辨率为1024×768,颜色为真彩色,刷新率为85Hz,背景颜色为黑色。被试距屏幕的距离约为60cm,在标准QWERTY键盘上做按键反应。

实验材料为白色注视点(+或*)和红、黄、蓝、绿四个色词。其中,四个色词分别以与字义相同的颜色(一致)或与字义不同的其它三种颜色(不一致)呈现。四种颜色的RGB值分别为红(255,0,0)、黄(255,255,0)、蓝(0,0,255)和绿(0,255,0)。所有色词以中文宋体28号字呈现为屏幕中央,水平视角和垂直视角大约为1.4°×1.4°。

2.1.3 实验程序

基于Stroop任务的冲突观察范式程序见图1。该范式包含观察任务(以“*”提示)和反应任务(以“+”提示)。观察任务中,被试需观察色词的颜色但不做反应。反应任务中,被试需对色词的颜色快速且准确地做反应。红色用左手中指按“D”键,绿色用左手食指按“F”键,黄色用右手食指按“J”键,蓝色用右手中指按“K”键。

图1 实验一程序注:上图,一个试次的刺激呈现时间。下图,可能的四个连续的试次。由于仅关心从观察任务到反应任务配对的试次,所以图示仅包含一个有效试次,即iC试次,下同。

实验程序中,观察任务与反应任务配对先后呈现,根据两种任务中的色词颜色与字义是否一致,共组合成四种试次类型,即:cC、cI、iC和iI。cC指观察任务和反应任务都是一致试次;cI指观察任务是一致试次,反应任务是不一致试次;iC指观察任务是不一致试次,反应任务是一致试次;iI指观察任务和反应任务都是不一致试次。每种试次类型各80个。为控制反应定势的影响,在整个试次序列中穿插连续的观察任务和反应任务,但连续的同种任务不超过三个试次。为完全排除刺激-反应重复引起的特征整合效应的影响(Hommel et al.,2004;Mayr et al.,2003),在整个试次序列中,任意前后两个试次没有任何刺激-反应的重复;为排除一致试次和不一致试次比例的影响(Mayr &Awh,2009),将二者的比例设置为1:1。

正式实验共870个试次,分6个block呈现,每个block共145个试次。这些试次通过伪随机的方式排列,使得cC、cI、iC和iI试次各80个,共320个有效试次。为减小疲劳效应,被试每完成一个block休息两分钟,整个实验持续一小时左右。为使被试熟悉反应规则,正式实验前有一个包含64个随机排列试次的练习block,反应规则与正式实验一致。

2.2 结果

用IBM SPSS 20.0软件分析cC、cI、iC和iI试次中的反应时和错误率数据(下同),其余试次被排除。对反应时的分析,剔除错误反应的试次(占所有反应任务的5.30%)和反应时超出3个标准差之外的异常值(占所有反应任务的0.30%)。反应时结果见图2A。为揭示冲突适应的本质(Gratton et al.,1992)该实验实施以下分析。

图2 反应时和错误率结果注:A图和B图分别为实验一的反应时和错误率结果。C图和D图分别为实验二的反应时和错误率结果。E图和F图分别为实验三的反应时和错误率结果。A图、C图和E图显示了显著的冲突适应。误差线代表±1标准误(standard error of mean,SEM)。所有图例见A图。

(1)采用配对样本T检验分别比较cC试次和iC试次的反应时、iI试次和cI试次的反应时(双尾,下同),并采用Bonferroni法校正p值(下同),以揭示反应任务中冲突适应在一致试次和不一致试次中的模式。结果显示,cC

(2)计算干扰效应,RT(iI-iC)和RT(cI-cC)。采用配对样本T检验比较二者的差异,以揭示观察任务的一致或不一致条件对反应任务的冲突的影响。关键的结果发现,RT(iI-iC)(111.88±41.68)显著小于RT(cI-cC)(131.93±38.21),t(151)=-7.53,p<0.001,Cohen’sd=0.525。

(3)计算冲突适应量(Nieuwenhuis et al.,2006):RT[(cI-cC)-(iI-iC)]。采用单样本T检验比较它和测试值0的差异,以揭示显著的冲突适应。结果发现,RT[(cI-cC)-(iI-iC)]=20.05(±32.85)显著大于测试值,t(151)=7.53,p<0.001。

(4)为测试冲突适应量的分布特征,首先计算每个被试的冲突适应量,然后采用Shapiro-Wilk测试对其实施正态分布检验。结果发现,冲突适应量的分布特征与正态分布无显著差异,W=0.994,p=0.731。

错误率结果见图2B。错误率分析方法与反应时一致。

(1)配对样本T检验结果显示,iI0.1。

(2)配对样本T检验结果发现,iI-iC(0.027±0.037)显著小于cI-cC(0.036±0.041),t(151)=-2.31,p=0.022,Cohen’sd=0.243。不再对错误率数据进行分析。

2.3 讨论

该实验在典型Stroop任务中发现了冲突观察范式下的显著冲突适应。关键的结果显示,冲突观察诱发的冲突适应体现在反应任务中的一致和不一致试次上(Egner &Hirsch,2005b;Larson,Kaufman,& Perlstein,2009)。Tang等发现(Tang,Hu,& Chen,2013;Tang,Hu,Li et al.,2013),Stroop任务中冲突观察诱发的冲突适应体现在反应任务中的一致试次上。本实验拓展了他们观察到的冲突适应模式。重要的是,该实验在冲突观察范式下首次发现冲突适应量服从正态分布,这揭示了冲突适应的个体间差异。

冲突观察范式可以运用到刺激-反应集不小于四的Stroop任务和Flanker任务中。然而,在基于单词Flanker任务的冲突观察范式下,冲突适应及其分布特征会怎样仍不清楚。为拓展实验一的结果,实验二首次设计了基于单词Flanker任务的冲突观察范式(Chen et al.,2013;Tang et al.,2022;Tang,Hu,Lei,Li,& Chen,2015),以考察冲突适应模式及其分布特征。

3 实验二 单词Flanker任务中冲突观察诱发的冲突适应

3.1 方法

3.1.1 被试

160名健康右利手被试(女性132名),年龄范围为18～25岁,平均年龄20.09岁,标准差1.15岁。其余内容同实验一。

3.1.2 仪器和材料

实验仪器同实验一。实验材料为白色注视点(+或*)和汉字(红、绿、黄、蓝)。三个水平排列的汉字组合以宋体20号呈现在显示器中央,屏幕颜色为黑色,字体颜色为白色。中间的汉字是目标刺激,侧边的汉字是分心刺激。在一致试次中,目标刺激与分心刺激相同,例如“黄黄黄”。在不一致试次中,目标刺激与分心刺激不同,例如“绿红绿”。一致试次和不一致试次的比例相同。

3.1.3 实验程序

实验程序见图3。实验设计与实验一相同。在反应任务中,被试需忽略侧边的汉字,根据中间的汉字快速且准确地做反应。红字用左手中指按“D”键,绿字用左手食指按“F”键,黄字用右手食指按“J”键,蓝字用右手中指按“K”键。

图3 实验二程序

3.2 结果

数据分析方法与实验一相同。对反应时的分析,剔除错误反应的试次(占所有反应任务的4.55%)和反应时超出3个标准差之外的异常值(占所有反应任务的1.29%)。反应时结果见图2C。

(1)配对样本T检验结果显示,cC

(2)配对样本T检验结果显示,RT(iI-iC)(39.71±25.95)显著小于RT(cI-cC)(56.36±28.89),t(159)=-6.55,p<0.001,Cohen’sd=0.641。

(3)单样本T检验结果发现,RT[(cI-cC)-(iI-iC)]=16.64(±32.13)显著大于测试值,t(159)=6.55,p<0.001。

(4)Shapiro-Wilk测试结果发现,冲突适应量的分布特征与正态分布无显著差异,W=0.995,p=0.832。

错误率结果见图2D。配对样本T检验结果没有发现任何显著性差异,ps>0.1,所以不再对错误率数据进行分析。

3.3 讨论

该实验首次在单词Flanker任务中发现冲突观察诱发的冲突适应体现在反应任务中的一致和不一致试次上,并且冲突适应量服从正态分布。这些结果与实验一相同。该结果为冲突监测理论(Botvinick et al.,2001;Botvinick et al.,1999)提供了进一步的实验证据,证实了单词Flanker任务中冲突观察诱发的冲突适应起源于冲突诱发的认知控制调整(Kerns et al.,2004)。因此,该实验首次揭示了单词Flanker任务中冲突观察诱发的冲突适应及其个体间差异。

然而,单词Flanker任务不是典型Flaker任务。通常,字母Flaker任务(Eriksen &Eriksen,1974)被认为是典型Flaker任务。为在典型Flaker任务中拓展实验一和实验二的结果,实验三采用基于字母Flanker任务的冲突观察范式(唐丹丹,陈安涛,2012,2013)探讨冲突适应及其分布特征。如果实验三的结果与前两个实验一致,那就可以在三类任务中集中探讨冲突观察范式下的冲突适应及其分布特征。

4 实验三 字母Flanker任务中冲突观察诱发的冲突适应

4.1 方法

4.1.1 被试

160名健康右利手被试(女性65名),年龄范围为18～23岁,平均年龄19.91岁,标准差0.91岁。其余内容同实验一。

4.1.2 仪器和材料

实验仪器同实验一。实验材料为白色注视点(+或*)和大写字母(K、N、F和W)。5个水平排列的大写字母以22号Times New Roman字呈现在屏幕中央,视角大约为4.77°×1.15°。中间的字母是目标刺激,两侧的字母是分心刺激。在一致试次中,目标刺激和分心刺激相同(如,NNNNN)。在不一致试次中,目标刺激和分心刺激不同(如,KKFKK)。二者的比例相同。

4.1.3 实验程序

实验程序见图4。实验设计与实验一类似。在反应任务中,被试需忽略侧边的字母,根据中间的字母快速且准确地做反应。字母“K”用左手中指按“1”键,字母“N”用左手食指按“2”键,字母“F”用右手食指按“9”键,字母“W”用右手中指按“0”键。

图4 实验三程序

4.2 结果

数据的分析方法与实验一相同。对反应时的分析,剔除错误反应的试次(占所有反应任务的4.43%)和反应时超出3个标准差的异常值(占所有反应任务的1.16%)。反应时结果见图2E。

(1)配对样本T检验结果显示,cC

(2)配对样本T检验结果显示,RT(iI-iC)(18.62±23.79)显著小于RT(cI-cC)(30.44±27.66),t(159)=-4.66,p<0.001,Cohen’sd=0.641。

(3)单样本T检验结果发现,RT[(cI-cC)-(iI-iC)]=11.83(±32.09)显著大于测试值,t(159)=4.66,p<0.001。

(4)Shapiro-Wilk测试结果发现,冲突适应量的分布特征与正态分布无显著差异,W=0.991,p=0.413。

错误率结果见图2F。配对样本T检验结果没有发现任何显著性差异,ps>0.1,不再对错误率数据进行分析。

4.3 讨论

该实验在典型Flanker任务中发现了冲突观察诱发的显著冲突适应,并且冲突适应量服从正态分布,这些结果与前两个实验一致。该实验设计与唐丹丹等(唐丹丹,陈安涛,2012,2013)相同,但结果拓展了他们的研究发现。因此,该实验在典型Flanker任务中发现了冲突观察诱发的显著冲突适应,并首次揭示了其个体间差异。

5 总讨论

该研究在三个实验中分别采用基于Stroop任务、单词Flanker任务和字母Flanker任务的冲突观察范式考察了冲突适应的机制(Tang,Hu,& Chen,2013;Tang,Hu,Li et al.,2013;唐丹丹,陈安涛,2012,2013;唐丹丹 等,2012)。结果在三个实验中都一致地发现了显著的冲突适应模式,重要的是,冲突适应量都服从正态分布。因此,该研究再次为冲突监测理论(Botvinick et al.,2001;Botvinick et al.,1999)提供了强有力的实验证据。

冲突监测理论提出,冲突适应源于冲突诱发的认知控制的调整(Botvinick et al.,2001)。根据该理论,观察任务中的冲突信息激活了认知控制系统,被前扣带回监测到并作用于背外侧前额叶,使之执行认知控制的上调来解决冲突。因此,不一致试次之后的控制水平高,即iI和iC试次。相反,观察任务中没有出现冲突信息,就没有认知控制的上调。因此,一致试次之后的控制水平低,即cI和cC试次。观察任务中增长的控制水平导致反应任务中更强的注意偏向于目标刺激的信息加工。此时,被试可能采取高度的注意聚焦策略来加工目标刺激,导致目标刺激的加工被加强(Egner &Hirsch,2005a),分心刺激对目标刺激的影响就相对减弱。这些共同效应导致iI试次比cI 试次的反应时显著更短。另外,如果观察任务中缺乏冲突信息,就缺乏认知控制的上调,那么分心刺激对目标刺激的影响被加强。在cC试次,分心刺激的影响被加强将有利于完成反应任务,所以相对于iC试次,cC试次的反应时显著更短。综上,本研究证实,在Stroop任务和Flanker任务中,冲突观察诱发的冲突适应源于cC试次的分心刺激加工被加强或iC试次的分心刺激加工被削弱;同时iI 试次的分心刺激加工被削弱或 cI试次的分心刺激加工被加强。

在三个实验中,冲突适应都由反应任务中的一致和不一致试次决定,这与先前研究结果一致(Egner &Hirsch,2005b;Larson et al.,2009)。在Stroop任务中,颜色和字义分别是刺激的目标维度和分心维度。根据平行分布处理模型(Cohen,Dunbar,& McClelland,1990;Cohen,Servan-Schreiber,& McClelland,1992;Zhang,Zhang,& Kornblum,1999),它们分别在颜色命名通道和单词阅读通道加工,且单词阅读相对于颜色命名更有加工优势(MacLeod &Dunbar,1988;Theios &Amrhein,1989)。在Flanker任务中,侧边的单词(或字母)和中间的单词(或字母)分别是刺激的分心维度和目标维度。根据维度重叠理论(Kornblum,1994;Kornblum,Hasbroucq,& Osman,1990),目标维度和分心维度的加工通道都相同,且它们之间没有加工优势。然而,在单词Flanker任务和字母Flanker任务中,由于两类任务的刺激加工水平不同,所以任务难度不同(van Steenbergen,Band,& Hommel,2015)。因此,在Stroop任务、单词或字母Flanker任务中,任务本质和难度都不同,但该研究还是一致地获得了冲突观察诱发的显著冲突适应,且分布特征都相同。所以,三个实验共同证实了冲突观察范式下不依赖于任务类型的冲突适应。

该研究揭示冲突适应量在人群中服从正态分布。这说明对于大多数个体,冲突适应量都集中在中间区域,极端数据较少。由于冲突适应反映了个体控制冲突的能力,冲突适应量越大,说明冲突控制越好,所以该研究揭示大部分被试都具有较好的冲突控制能力。另外,正态分布模型可以揭示典型的个体差异特征,所以该研究首次揭示了冲突观察范式下冲突适应的个体间差异,使人们对Stroop任务和Flanker任务中冲突适应个体间差异的理解更加深入。

6 结论

该研究揭示冲突观察诱发的冲突适应不受任务类型影响,是任务一般的;并首次通过正态分布检验揭示了其个体间差异。因此,该研究拓展了先前研究结果,为冲突适应研究提供了新的实验证据。