Issuu on Google+

心理科学进展 2006,14(6):851~858 Advances in Psychological Science

数字的空间特性* 徐晓东

(南京师范大学认知神经科学实验室,南京 210097)

当要求被试对数字进行奇偶判断时,左手对小数的反应较快,而右手对大数的反应较快,该现象

被称为空间数字反应编码联合效应(SNARC 效应)。大量研究证实了 SNARC 效应的存在,该效应表明人 类对数字的加工受空间表征和空间注意的影响。该文系统地回顾了 SNARC 效应存在及其发生阶段的证据, 对比了 Simon 效应与 SNARC 效应,最后尝试着从空间注意的角度挖掘数字和空间的本质联系。 关键词

心理数字线,SNARC 效应,空间表征。

分类号

B842

1 引言——数字空间特性的发现

2 数字空间编码存在的证据 2.1 SNARC 效应的发现

数 字的出现是基于人类对计算物体数目的需 要,自从产生以来,数字在人类的生活中扮演着越

Dehaene等(1990)让被试把逐个呈现的探测

来越重要的角色。数字能表达出环境提供给人的精

数字(取自 1~99 但不包括 55)与参考数字 55 相比

确讯息。人们不仅在计算物体数目时需要借助数

较,并要求其中的一半被试,当探测数字比 55 小

字,传达空间和时间信息同样需要借助 数字概念

时用左手按键反应,比 55 大时用右手按键反应,

(比如房间的面积 6 米×5 米,2005 年 9 月 22 号

同时要求另一半被试做出相反的按键反应。结果前

星期四等)。直觉上看来,人们所进行的数字加工

一半被试的反应速度明显快于后一半被试。这种现

是一种脱离物体的纯数字符号加工,不需要空间信

象引起了他们的兴趣[2]。为了进一步探索这种奇怪

息的参与,但事实表明数字和空间存在紧密的关

现象产生的原因,Dehaene等(1993)改变了实验

系,数字加工离不开各种各样的客体,而每一客体

条件,他们用数字奇偶判断取代了原来的大小判断

都有空间分布上的特性,这些抽象于物体之上的数

任务,并且改为被试内设计[3]。结果他们再一次验

字概念自然与空间信息密切相关。另外,在学校教

证了先前的实验结果,左手对小数的反应快于对大

育中发现,那些数学成绩好的学生都具备很好的空

数的反应,而右手对大数的反应快于对小数的反

间想象和空间思维能力;很多伟大的数学家在不同

应。Dehaene等把这种数字和空间方位间的关联命

的场合都提到视觉空间表象对他们的数学思维所

名为空间数字反应编码联合效应(SNARC effect)。

起到的重要作用。这些事实说明数字编码和空间信

在此之后,很多研究者采用不同的范式和刺激类型

息加工之间存在着某种关联。但长期以来这种关联

进一步探讨了该效应,他们发现SNARC效应独立于

并没有得到人们的关注,直到 1880 年Galton在

具体的反应器,并且会在数字大小之外的刺激特性

《Nature》发表文章才明确提出数字具有空间特性。

上出现[9,11~13]。SNARC效应的发现说明数字具有空

最近十多年,随着认知科学的发展和研究手段的改

间特性,为数字和空间的关联提供了充足的证据,

进,探讨数字加工的研究不断增多,数字和空间的

目前SNARC效应已经成为研究数字和空间关系的

关系也引来越来越多的关注目光。

重要方式。 2.2 SNARC 效应的广泛性 SNARC效应独立于数字的具体表现形式和呈

收稿日期:2005-10-10 * 本研究得到高等学校全国优秀博士学位论文专项资金

现方式,自从Dehaene等(1990)在数字大小判断

(200006)和国家自然科学基金(30200082)资助。

任务中发现了SNARC效应以来,大量采用不同控制

通讯作者:刘昌,E-mail:liuchang@njnu.edu.cn 851


心理科学进展

-852-

2006 年

条件、不同刺激、不同刺激呈现和反应方式的实验

理数字线;或者存在两条不同的心理数字线,根据

都先后一致性的证明数字和空间存在着联合编码

任务要求的不同进行灵活的调整。

效应。在数字方面,无论是采用阿拉伯数字、点符

数字大小在心理数字线上的空间表征可以被

号表示的数字还是不同语言符号表示的数字(比如

自动激活,比如要求被试对数字进行奇偶判断,虽

英文数字[4]、德语数字[5]、中文数字[6,7]等),无论是

然这和大小无关,但仍会出现SNARC效应,这表明

判断数字的大小、奇偶、音素还是对称性[8,9],都有

数字的大小 表征可以被自动激活并按照大小顺序

相关研究报告SNARC效应的存在;在刺激呈现方

排列在从左到右的心理数字线上。例如,当要求被

面,无论数字是出现在中央还是单侧视野[3,10,11],无

试对一系列由红色“ⅹ”组成的线段进行对分时

[5]

论采用的是视觉呈现还是听觉呈现刺激方式 ,都

[4,16]

出现了标准的SNARC效应;在反应方式上,不少研

数字单词“two”和“nine”构成时,被试给出的中

究者报告SNARC效应出现在使用双手反应、语言反

分点会分别偏向中心的左侧和右侧,这说明虽然数

应和眼动反应的实验中[10,11,12]。除数字以外,Gevers

字大小和目标任务无关,它在心理数字线上的空间

等(2003)采用字母和月份作为刺激材料,结果仍

位置表征还是被自动激活,引起空间注意的偏转,

然出现了SNARC效应[13]。由此看出数字和空间的

造成错误判断。

,他们能够准确划分;然而当线段改为由英文

联系不是一种偶然现象,它存在于多样的数量加工

数字Stroop实验表明,当要求被试判断两个数

中,具有相当的稳定性。

字的物理大小时,尽管要求被试忽略数字的大小,

2.3 心理数字 线——数字空间表征的动态性和自

数字大小信息还是会对其物理大小判断产生干扰。

动性

但有人[17]认为数字Stroop干扰实验不能充分说明数 人们在进行数字运算时倾向于把小数排列在

字大小表征的自动性,因为数字量的大小和其物理

视野的左侧,把大数排列到视野右侧,好像大脑中

大小属于同一客体的不同属性,在进行物理大小判

有一条固定的数字线,人们参考这条线把数字从左

断时,数量大小信息可能已经得到了一定程度的加

到右按照递增的方式依次排列开来。于是Dehaene

工。为此,Fias等(2001)改进了实验范式,一个

等把它形象地比喻为“心理数字线”,并认为心理

实验中他们把数字作为无关的背景刺激,要求被试

数字线的空间走向反映了空间信息对数字编码的

判断置于数字上的目标图形的方位,结果仍然出现

影响

[3,14,17]

。心理数字线的发现在心理表征层次上

支持了数字的空间分布特征。

了SNARC效应[18] ,这说明虽然数字大小是无关任 务,它的空间表征还是被自动激活并影响了对目标

后来Dehaene等发现数字的空间编码方式并不

任务的判断,心理数字线在激活上的自动性和动态

是固定不变的,数字在心理数字线上的表征具有相

性,进一步说明了数字空间加工的普遍性和灵活

当程度的弹性。根据当前任务的需求,心理数字线

性。

可以进行动态调整,Dehaene(1993)采用数字奇

综合上述研究,SNARC 效应的发现使人们相

偶判断研究了加工阿拉伯数字 0~9 所产生的空间效

信数字和空间关联的存在,数字的这种空间特性还

应,他把数字分为 0~5 和 4~9 两种范围,结果发现

具有相当的稳定性,它不受刺激呈现条件和反应类

如果把数字 4 和 5 放在 0~5 系列中,右手反应要比

型的影响,只要实验中存在和数字大小有关的信

左手反应快,但是当放到 4~9 的系列中时出现相反

息,这些数字的空间表征就会被自动激活;心理数

[3]

的情况 。这说明心理数字线可以按照当前任务的

字线的发现进一步支持了数字在心理空间上的分

具体要求进行动态调整。这种动态性还表现在不仅

布特征,大小数是按照空间关系组成一条心理数字

个位整数可以被表征在心理线上,多位数甚至负数

线,只要反应手的空间信息和数字大小在心理数字

同样可以被心理数字线所表示[14,15]。此外,Schwarz

线上的空间信息一致,反应就会加快;而且数字和

[11]

和Keus的实验结果显示

,除了存在水平方向的心

理线外,还存在垂直走向的心理线,在这条垂直走 向的心理线上大数位于上方小数位于下方,这就让 人想到数字的空间表征可能存在着二维空间的 心 理表征图(Internal number map)而不是仅有一条心

空间的相互作用是一种自动灵活的过程。

3 数字空间编码的发生阶段 对于数字空间编码发生阶段的探讨,可以更直 接的展示出空间信息参与数字编码的具体进程,从


第 14 卷第 6 期

数字的空间特性

-853-

而有利于清晰的认识数字和空间相互作用的过程

关系称为“类似SNARC效应”,以区别SNARC效

和本质。这主要是通过探讨SNARC效应的发生过程

应),却出现了数字大小和反应手位置间的交互作 用,即SNARC效应。这表明数字的出现位置并不影

来实现的。 关于SNARC效应的发生阶段有不同的看法,

响其空间表征的形成过程,也说明SNARC效应至少

Dehaene和Tlauka等发现SNARC效应是独立于后期

不是出现在早期的刺激呈现阶段,而是和反应相关

的反应阶段,他们认为SNARC效应发生在早期的刺

的晚期阶段。那么具体是反应的选择阶段还是反应

激呈现阶段

[1,3]

。近两年来另有一些研究者提出和

的执行阶段呢?Schwarz和Keus(2004)对此进行

Dehaene等不一致的观点,他们发现SNARC效应并

了验证[11]。鉴于双手水平方向反应和数字大小存在

不出现在早期的刺激呈现阶段,而是出现在和反应

很强关联,他们采用眼动来代替双手进行反应,并

相关的晚期阶段[10,20,21]。那么数字的空间编码到底

对比了两种反应方式。如果确实是由于反应手和数

起源于哪个阶段?是呈现刺激的早期阶段还是与

字的关联导致了SNARC效应,那么在使用眼动反应

反应相关的晚期阶段?如果是晚期阶段的话,那么

的实验中就不该出现SNARC效应,结果却发现,眼

具体是反应的哪个阶段呢?

动的反应时和错误率都表现出标准的SNARC效应。

3.1 行为研究

这说明SNARC效 应是出现在刺激呈现后的知觉表

持SNARC效应早期起源论的研究者认为,在刺 激呈现阶段,数字出现的空间位置和数字大小在心

征阶段(与反应相关的早期选择阶段)而不是最后 的反应执行阶段。

理数字线上的空间位置共同引起了SNARC效应,与

从时间进程方面,Fischer等(2003)发现数字

采用何种反应方式无关。Tlauka发现数字出现位置

空间表征的自动激活会影响空间注意的转移,但这

的不同会影响SNARC效应[1],当数字的出现位置和

必须是在刺激呈现后的 400~750ms,当延迟期短于

其在心理数字线上的位置一致时被试的判断速度

400ms或者超过 1000ms时,注意转移效果消失[19]。

加快,比如被试对左侧视野中小数的反应速度要快

这进一步说明数字对空间信息发生作用的时间进

于右侧视野中的小数,因为出现在左侧视野中的小

程既不是在刺激知觉阶段,也不是最后的反应执行

数和小数在心理数字线上的空间位置是一致的,这

阶段,而是处在中间的反应选择阶段。

会加快反应;而如果小数出现在右侧的话就与心理

3.2 电生理研究

数字线的空间走向相反,这会使反应延长;此外,

行为研究只能借助于间接方法对SNARC效应

研究者还发现改变反应方式和类型并不影响

的发生阶段进 行推测,所以 它只能够大致 说明

SNARC 效 应 的 出 现 。 这 些 结 果 让 Tlauka 等 得 出

SNARC 效 应 的 发 生 阶 段 , 要 想 更 精 确 的 定 位

SNARC效应起源于早期知觉阶段的结论。与此相

SNARC效应,就需要借助电生理的研究方法。电生

反,晚期起源论的研究者认为,数字大小在心理数

理方法 通常在被试进行数字加工的同时记录并比

字线上的心理表征位置和反应手的位置共同决定

较不 同时间段 的脑电活动, 这样不仅能够 确定

了SNARC效应的出现与否,它与数字刺激出现的方

SNARC效应是否发生在反应相关的阶段,而且能够

位无关。

直接确定它是起源于反应选择阶段还是反应执行

最近几年的行为研究结果

[10,22,23]

大部分都支持

阶段。Keus等(2004)采用双手反应的方式,要求

SNARC效应出现在反应阶段的假说,但是这些研究

被试判断数字 奇偶性的同时 记录头皮相关 点的

在操纵变量方面都有自己的不足,要么刺激出现在

EEG[20] 。锁定于反应的ERPs显示,头皮记录点Cz

同一个位置上,要么采用的反应方式相同,缺少在

和Pz出现显著的SNARC效应 ,它在反应之前的

同一实验中将刺激位置和反应位置综合起来考虑

380ms出现,持续140ms左右;锁定于刺激的ERPs

的研究。鉴于这些不足,Keus和Schwarz(2005)

显示,在记录点Cz和Fz数字大小和反应手之间没有

改进了实验程序,他们对比了数字出现在中央和单

显著交互作用(Keus认为锁向刺激的epochs平均更

侧两种条件,同时也比较了用手和语言进行反应的

好地反映了与 刺激相关的效 应;锁向于反 应的

[10]

。结果发现在单侧数字—双手反应的实验

,这说 epochs平均更好地反映了和反应相关的效应)

中,没有出现数字大小和数字出现位置间的交互作

明刺激引起的电位平均没能引起SNARC效应。另

用(Tlauka把刺激出现位置和数字大小间的一致性

外,为进一步确定SNARC效应是发生在反应选择阶

效果


心理科学进展

-854-

段还是准备或执行阶段,Keus根据SNARC一致或不 一致条件(即出现标准的SNARC效应还是倒置的

2006 年

4 从SNARC效应和Simon效应的对比看数 字的空间特性

SNARC 效 应 ), 研 究 了 侧 准 备 电 位 ( Lateralized

Simon效应与SNARC效应很相似,它也涉及到

readiness potential:LRP),侧准备电位能反映出反

前后两种空间信息的一致性问题,所以通过对比

应的准备和执行情况。他们在执行阶段前的380ms

Simon效应,有利于我们更进一步了解SNARC效应

发现了SNARC效应,反应准备通常在反应执行前的

实质及其产生的原因。

200ms出现,这说明SNARC效应的出现阶段应该在

不少研究者把SNARC效应看成是Simon效应

反应准备和执行之前。Gevers等采用LRP和p300双

的一种特例,并认为它们可能涉及同一种加工机制

重指标所得的结果[21]和Keus的相一致,他们发现无

[25]

论是SNARC一致还是不一致条件,p300的峰值并没

准的视觉Simon效应中,被试用双手对呈现在单侧

有显著差别,锁向反应的LPR显示,无论是SNARC

视野的颜色刺激进行反应,结果出现在左侧视野的

一致还是不一致,两种条件下的起始潜伏期(Onset

刺激,左手反应快于右手(一致快于不一致),而

latencies)都是在反应前的140ms左右,这正好对应

对出现在右侧视野的刺激,右手反应快于左手,

���反应选择阶段。虽然Gevers和Keus都认为SNARC

Simon效应中尽管刺激的呈现位置和目标任务无

效应 发生于反应选择阶段,但是他们在对SNARC

关,但是它会干扰目标任务作业(比如颜色判断)。

效应的解释却不相同,Keus等采用斯腾伯格提出的

SNARC效应和Simon效应有很多相似之处,比如在

加因素逻辑(Additive factor logic:AFM logic) ,认

两个效应中,刺激的无关维度信息(SNARC效应中

为从刺激呈现到反应遵循的是一种单路线加工方

的数字大小,Simon效应中刺激的呈现位置)会自

式,而Gevers在最近的几个相关研究

[21~23]

。Simon效应会出现在听觉和视觉实验中,在标

中都采用

动激活各自的空间编码(数字空间编码和位置空间

双路线平行加工来解释SNARC效应,双路线是建立

编码),两种条件下都会出现类似的空间编码一致

在 Kornblum 提 出 的 维 度 重 叠 理 论 ( Dimensional

性效应[26],即:对于Simon效应,刺激呈现位置和

[24]

。就SNARC效应来

反应手方位一致条件下反应快于不一致条件;对于

讲,数字大小和反应方位之间存在维度重叠,它们

SNARC效应,数字在心理线上的表征位置和反应手

都涉及一个空间维度,Gevers认为数字大小加工是

位置一致条件下反应快于不一致条件。Gevers等认

overlap theories)基础之上的

[21]

,除此之外还有一条以任

为Simon效应是由于位置编码和双手反应在空间维

务需求为基础的慢速有条件线路,如果这两条线路

度上的重叠造成的,SNARC效应是由于数字大小和

能在同一个反应上会聚,作出的反应就会加快;相

双手反应在空间维度上的重叠造成的;而方位加工

反,如果两条路线对应于不同的反应,加工会延长。

和数字大小又都与空间编码有关,所以SNARC效应

一条快速的无条件线路

综合上述研究,近来的行为研究告诉人们

和Simon效应应该涉及相似的过程和机制。但是有

SNARC效应出现在反应相关的晚期阶段,电生理研

人认为两者存在明显的差异,它们对时间的要求不

究结果又进一步把数字和空间的交互作用定位在

同。研究者发现在快速反应条件下两种效应都出现

晚期的反应选择阶段,而且数字的这种空间特性是

了,但随着S-R间隔的延长,SNARC效应仍然出现,

独立于刺激的呈现形式和反应器的类型,所以在采

Simon效应却出现反转(刺激呈现位置和反应手方

用 交 叉 手 或 眼 睛 进 行 反 应 的 实 验 中 仍 然发 现了

位不一致时的反应快于一致条件)。比如Hommel等

SNARC效应。Tlauka之所以发现SNARC效应发生

发现延长目标信息(比如颜色信息)和无关信息(比

在刺激呈现阶段,可能是因为他的实验条件不够充

如与颜色判断无关的刺激位置信息)加工的时间间

分,他只采用了100和900两个数字,这很难具有说

隔会使Simon效应减少,甚至倒置,而缩短两者的

服力。另外双路线理论对SNARC效应发生过程的解

时间间隔会出现标准的Simon效应[27,28];为了操纵

释能很好体现空间信息在数字加工过程中所充当

目标信息和无关信息加工的间隔,Keus和Schwarz

的作用,无条件线路和数字大小信息的自动激活相

用数字颜色判断取代奇偶判断,颜色判断比奇偶判

吻合,所以建立在维度重叠理论基础之上的双路线

断快,所以相对于奇偶判断,颜色判断中颜色加工

加 工 比 以 加 因 素 为 逻 辑 的 单 线 路 能 更 好地 解释

和无关位置加工的间隔较短,实验结果出现了标准

SNARC效应的加工过程。

的Simon效应,但是当他们把任务换回奇偶判断时,


第 14 卷第 6 期

数字的空间特性

-855-

Simon效应消失,出现了反转的Simon效应[10]。与此

别加工,无需注意的参与,识别这几个数字时脑部

相对,SNARC效应并没受到时间间隔长短变化的影

的激活量与识别颜 色的控制条件相比没有明显差

响,体现了很好的稳定性。

别。但当刺激数量超过4时,和注意有密切关系的

SNARC效应之所以比Simon效应具有稳定性,

顶叶后部开始出现明显激活,并且激活量随任务难

是因为SNARC效应中,无关的刺激信息(即与数字

度的加大而增加[34]。研究者把加工1、2和3时出现

大小判断无关的任务)是一种隐性的数字空间表

的这种现象称为感数能力(Subitizing),并认为它

征,而在Simon效应中,无关信息是一种显性的空

只需要前注意的参与,而4个以上数目的计数加工

间位置表征;相对于位置信息,大小判断引起的空

就需要注意的调控,而且随数量的增加对注意资源

间表征更具有稳定性

[10,21]

5 数量加工与空间注意的关系 除了 SNARC 效应,空间注意也是一个值得关 注的领域。人们对空间信息的加工离不开注意的参 与,同样在数字加工过程中注意的转移和分配也是 重要的影响因素。 5.1 行为和脑成像研究 数字表征的激活能引起空间注意的转移, Fischer等先给被试呈现任务无关的数字 1、2 或 8、 9,然后要求被试对左侧视野或右侧视野的目标刺 激进行确认[19]。结果发现当注视点位置出现的是小 数 1 和 2 时,被试对出现在视野左侧的目标反应较 快,当注视点位置出现的是大数 8 和 9 时,被试对 右侧目标的反应较快。由此可以看出,数字大小和 注意密切相关,大小信息能引起空间注意的分配和 转移,而且注意转移的方向是由大小数在心理数字 线上的空间位置决定的。 自从Fischer等证实空间注意和数字加工的关 系以后,对于空间注意如何影响数字加工的研究不 断增加,Dehaene等(2003)提出了数字加工的顶 叶三回路理 论 [29] ,他们认为 双侧顶内沟 水 平段 ( Horizontal segment of the intraparietal sulcus, HIPS)负责数量加工,左侧角回(Angular gyrus) 负责和言语有关的数量操作,后顶上叶(Posterior superior parietal lobule)负责空间注意调控。后顶上 叶是空间注意定向和数量加工共同作用的脑机制, 在数字比较、估算及减数计算中,后顶上叶常常伴 随顶内沟水平段出现激活。Piazza等认为后顶上叶 主要负责与空间和时间相关的注意选择,在数量计 算中它负责协调和HIPS共同完成计算任务,但后顶 上叶并不是数量加工的特定脑区[30,31]。 为了更直接的研究数字大小表征和空间注意 的关系,Piazza等(2003)采用fMRI方法进行了探 讨,他们发现对于最经常接触的数字1、2、3的识

的需求也增高。国内刘超等(2004)也比较了不同 注意条件对数字加工的影响[6,7]。他们发现注意对大 数和小数的影响方式是不一样的。他们对比了不同 注意水平下中文数字和阿拉伯数字所产生的 SNARC效应,结果发现无论是采用内源性线索还是 外源性线索,空间注意都在SNARC效应中发挥着重 要作用,无论是哪一种注意条件,SNARC效应会随 注意强度的减弱而逐渐弱化,而且外源性注意起到 的作用要大于内源性注意,这表明自下而上的自动 化注意对SNARC效应起主要作用。这与前面Fischer 等的研究一致,即SNARC效应的发生是一种自动化 的过程。 一般认为后部顶叶皮层主要负责空间注意的 分配、转移、调控等,在涉及空间操作的任务中, 都会激活该皮层区域。在 Dehaene 的顶叶三回路理 论中,数字加工会激活顶叶后部皮层,这是因为数 字本身含有空间特征的信息,而且数字的这些空间 信息会自动激活。数字加工,尤其是复杂的数字加 工需要不断的分配和转移空间注意,这会激活负责 空间注意的后部顶叶。因此在需要注意参与的数字 加工中,比如前面提到的多于 4 个数目的计数任务, 在这种条件下如果减少可用的注意资源就会导致 作业成绩的下降。 5.2 神经心理学研究 脑损伤病人的研究为数字和空间表征的关联 提供了病理学上的依据,一侧顶叶的损伤会造成单 侧忽视症。这些忽视症病人的一个显著特征就是不 能够注意到损伤半球对侧的物体,当要求这些病人 对线段进行对分时,他们作出的中分点会偏向损伤 半球的同侧。Zorzi等(2002)要求右顶叶损伤病人 说出两个数的中位数(比如1-3、1-5、11-15)[32], 结果发现当两个数字的距离较小时,病人倾向于把 中位数偏移到心理数字线左侧(比如11-13,病人说 出的中位数10);而当两个数距离比较大时,病人 会作出偏向右侧的错误选择(比如11-19,中位数


-856-

心理科学进展

2006 年

17)。但是,没有空间忽视的右脑损伤病人以及健

现象也更具有稳定性。第三,近期的一些研究者拓

康控制组被试都没有出现这种现象,这说明心理数

展了数字和空间研究的范围,企图通过空间注意这

字线和物理线段具有相似的空间特性,也说明空间

一中介环节进一步挖掘出数字的其它空间特性。

注意的方向和心理数字线的走向是一致的,正是由

虽然很多实验都表明数字的大小和空间存在

于注意参与数字加工,后两种被试才能够顺利完成

着编码上的联系,我们也不能完全排除 SNARC 效

线段中切任务。另外,虽然这些忽视症病人不能正

应来自于数字大小之外信息的可能,因为数字的大

确地进行线段中分,但他们都能够顺利完成其它的

小信息本身隐含着与次序相关的信息,可能是次序

空间以外的数字任务作业。Bachot等(2005)采用

信息引发了数字的空间加工,也可能是大小和次序

比较大小任务研究了视觉空 间缺陷组被试的数字

信息共同引发了数字的空间加工,然而目前这方面

加工能力[33] ,结果发现SNARC效应在控制组被试

还没有得到太多的关注;现有对数字和空间关系的

身上出现,但没有出现在有视觉空间缺陷的实验组

研究还不够深入而且研究方式过于单一,虽然研究

身上,他们认为在正常被试身上,数字的大小表征

者对 SNARC 效应进行了广泛的研究,但数字的空

以空间走向的心理数字线形式呈现,实验组被试没

间特性并不都表现为 SNARC 效应,SNARC 效应也

有出现SNARC效应是因为他们在把数字表征到心

不可能向人们展示数字的所有空间特点,所以研究

理数字线上时出现了异常。

者在深入研究 SNARC 效应的同时,更应该拓宽研

脑损伤病人的研究还发现,损伤HIPS会影响到

究的空间,可以从和视觉空间有关联的任务、数字

所有需要数量参与的运算,左半球角回损伤会影响

大小有关联的任务尤其是与两者都相关的任务着

数量知识的提取,而如果损伤到后顶上回,将影响

手,这样才能积累更丰富更全面材料而不仅仅局限

到所有涉及视觉空间的数字任务。这种加工的分离

于心理数字线的单一解释;也有研究者开始从注意

已经得到相关研究的支持,比如一些病人减数运算

视角谈到数字的空间加工,但这些研究还比较浅显

能力受损但乘法知识提取保持完好;相反另一些病

且只 是局限于证明数字加工离不开空间注意的参

人能进行乘法运算但表现出减数运算困难;还有部

与,具体注意怎样调控数字加工,以及这种调控与

分脑损伤病人不能够进行线段划消任务,但他们却

注意对视觉空间作业的调控有何关系还少有研究,

能顺利完成其他数字任务,比如简单算术知识提取

现有的认识还只是限于理论上的推测。所以对于注

[30]

意和数字加工的研究也值得挖掘。

6 总结和展望 综合以上研究,我们认为,目前有关数字空间 特性的研究主要集中在以下三方面:第一,探讨 SNARC 效应的产生机制。SNARC 效应的发现证明 了数字和空间的关联,引发人们对数字空间关系的 极大兴趣;SNARC 效应具有相当的稳定性和广泛 性,它不受刺激呈现条件和反应器类型的影响;在 心 理 层 次 上 , 心 理 数 字 线 的 提 出 很 好 地解 释了 SNARC 效应;对于 SNARC 效应的发生阶段行为和 电生理研究表明,在选择反应阶段空间信息开始对 数字加工发生作用。第二,比较 SNARC 效应与 Simon 效应的异同,也能够发现数字空间编码的一 些特征。Simon 效应和 SNARC 效应都包括刺激和 反应在空间方位上的一致性,只不过 SNARC 效应 不像 Simon 效应体现的是一种直观的空间一致性, 它是一种心理表征层次上的一致性,是数字大小本 身具有的特性,因此 SNARC 效应中的空间一致性

另一亟待解决的问题是关于SNARC效应的本 质,人们还不能确定到底是什么因素引发了SNARC 效应,虽然现有研究大部分都是借用心理数字线来 解释SNARC效应,但是也有不少研究者指出,可能 是由于感觉效应器和特定的刺激任务间的关联引 起了SNARC效应, 而不是数字的空间表征方式使 然。这会使人想到SNARC效应反映的可能不是数字 的内部表征特性,而是过量学习形成的一种数字和 反应间的运动联接和习惯,比如Bächtold等[35]就发 现,当被试把数字想象成为尺子上的刻度时出现了 SNARC效应,但是当让被试把数字看成是钟面上的 时刻时SNARC效应却倒置了。此外,文化因素在 SNARC效应中的作用也不容忽视,研究发现不同文 化环境下心理数字线的走向是不同的,所以文化因 素在SNARC效应中的作用应该得到将来研究的重 视,这可以从跨文化视角,综合心理数字线研究, 对比不同文化习惯下人们的数字加工特点,这样才 能加深对文化因素在数字空间表征中所起作用的


第 14 卷第 6 期

数字的空间特性

理解。

-857-

number and space in parietal cortex. Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6: 435~448

参考文献

[17] Nuerk H C, Bauer F, Krummenacher J, et al. The power of

[1] Tlauka, M. The processing of numbers in choice-reaction

the mental number line: how the magnitude of unattended

tasks. Australian Journal of Psychology, 2002, 54: 94~98

numbers affects performance in an Eriksen task. Psychology

[2] Dehaene S. Dupoux E. Mehler J. Is numerical comparison

Science, 2005, 47(1): 34~50

digital? Analogical and symbolic effects in two-digit number

[18] Fias W, Lauwereyns J, Lammertyn J. Irrelevant digits affect

comparison. Journal of Experimental Psychology: Human

feature-based attention depending on the overlap of neural

Perception and Performance, 1990, 16: 626~641

circuits. Cognitive Brain Research, 2001, 12: 415~423

[3] Dehaene S. Bossini S, Giraux P. The mental representation of

[19] Fischer M H, Castel A D, Dodd M D, et al. Perceiving

parity and number magnitude. Journal of Experimental

numbers

Psychology: General, 1993, 122: 371~396

Neuroscience, 2003, 6(6): 555~556

[4] Calabria M, Rossetti Y. Interference between number processing

and

line

bisection

a

methodology.

Neuropsychologia, 2005, 43: 779~783 [5] Nuerk H C, Wood G, Willmes K. The universal SNARC effect. Experimental Psychology, 2005, 52(3): 187~194 [6] 刘超,买晓琴,傅小兰. 不同注意条件下的空间—数字反 应编码联合效应. 心理学报, 2004, 36(6):671~680 [7] 刘超,傅小兰. 不同注意条件下大数与小数的加工差异. 心理学报, 2004, 36(3):307~314 [8] Fias W, Brysbaert M, Geypens F, et al. The importance of

causes

spatial

shifts

attention.

Nature

[20] Keus I M, Jenks K M, Schwarz W. Psychophysiological evidence that the SNARC effect has its functional locus in a response selection stage. Cognitive Brain Research, 2005, 24: 48–56 [21] Gevers W, Ratinckx E, De Baene W, et al. Further evidence that the SNARC effect is processed along a dual-route architecture: Evidence from the Lateralized Readiness Potential. Experimental Psychology, 2006, 53(1): 58~68 [22] Gevers W, Verguts T, Reynvoet B, et al. Numbers and space: A computational model of the SNARC effect. Journal of

magnitude information in numerical processing: Evidence

Experimental

from the SNARC effect. Mathematical Cognition, 1996, 2:

performance, 2006, 32(1): 32~44

95~110

of

Psychology:

Human

Perception

and

[23] Gevers W, Caessens B, Fias W. Towards a common

[9] Fias W. Two routes for the processing of verbal numbers:

processing architecture underlying Simon and SNARC effects.

Evidence from the SNARC effect. Psychological Research,

European Journal of Cognitive Psychology, 2005, 17(5):

2001, 65: 250~259

659~673

[10] Keus I M, Schwarz W. Searching for the functional locus of

[24] Kornblum S,Hasbroucq T,Osman A. Dimensional overlap:

the SNARC effect: Evidence for a response-related origin.

Cognitive basis for stimulus-response compatibility-A

Memory & Cognition, 2005, 33: 681~695 [11] Schwarz W, Keus I M. Moving the eyes along the mental

model and taxonomy. Psychological Review, 1990,97: 253-270

number line: Comparing SNARC effects with saccadic and

[25] Gevers W, Caessens B, Fias W. Is the SNARC effect an

manual responses. Perception & Psychophysics, 2004, 66(4):

instance of the Simon effect? A reconsideration. European

651~664 [12] Fischer M H, Warlop N, Hill R L, et al. Oculomotor bias induced by number perception. Experimental Psychology, 2004, 51(2): 1~7 [13] Gevers W, Reynvoet B, Fias W. The mental representation of ordinal sequences is spatially organized. Cognition, 2003, 87: B87~B95 [14] Nuerk H C, Willmes K, Fias W. Perspectives on number processing. Psychology Science, 2005,47(1): 4~9 [15] Fischer M H, Rottmann J. Do negative numbers have a place on the mental number line? Psychology Science, 2005,47(1): 22~32 [16] Hubbard E M, Piazza M, Pinel P, et al. Interactions between

Journal of Cognitive Psychology (in press) [26] Gevers W, Lammertyn J. The hunt for SNARC. Psychology Science, 2005, 47(1): 10~21 [27] Mapelli D, Rusconi E, Umiltà C. The SNARC effect: an instance of the Simon effect? Cognition, 2003, 88(3): B1~B10 [28] Hommel B. The relationship between stimulus processing and response selection in the Simon task: Evidence for a temporal overlap. Psychological Research, 1993, 55: 280~290 [29] Dehaene S, Piazza M, Pinel P, et al. Three parietal circuits for number processing. Cognitive Neuropsychology, 2003,


心理科学进展

-85820: 487~506

2006 年

[33] Bachot J, Gevers W, Fias W, et al. Number sense in children

[30] Piazza M, Dehaene S. From number neurons to mental

with visuospatial disabilities: orientation of the mental

arithmetic: the cognitive neuroscience of number sense.

number line. Psychology Science, 2005, 47(1): 172~183

Chapter for The Cognitive Neurosciences, Third Edition by

[34] Piazza M, Giacomini E, Bihan D, et al. Single-trial

Michael S. Gazzaniga, 2004

classification of parallel pre-attentive and serial attentive

[31] Behrmann M, Geng J J, Shomstein S. Parietal cortex and attention. Current Opinion in Neurobiology, 2004, 14: 212~217

processes using functional magnetic resonance imaging. The Royal Society, 2003, 270: 1237~1245 [35] Bächtold D, Baumüller M, Brugger P. Stimulus-response

[32] Zorzi M, Priftis K, Umiltà C. Neglect disrupts the mental number line. Nature, 2002, 417 (6885): 138-139

compatibility in representational space. Neuropsychologia, 1998, 36(8): 731~735

The Spatial Character of Number Xu Xiaodong,

Liu Chang

(Lab of Cognitive Neuroscience, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)

Abstract: When participants judge the parity of presented digits, left-hand responses are faster for numerically small numbers, whereas right-hand responses are faster for large numbers. This association of numbers with space was termed Spatial-Numerical Association of Response Codes (SNARC effect). A number of experiments have proved this effect, It indicates that both spatial representation and attention influence the course of human number processing. This paper systematically reviewed the evidences of SNARC effect and its functional locus , then SNARC and Simon effects were contrasted. In the end, attention perspective was considered to further explore the essence of spatial-numerical association Key words: Mental number line, SNARC effect, Spatial representation.


数字的空间特性(刘昌2006)