吳彥文

（天水師范學院 教師教育學院，甘肅 天水 741001）

一、引言

在日常生活中，人們很少單調(diào)地重復操作一種任務，更多的是交替操作兩個或兩個以上的任務。心理不應期（psychological refractory period，簡稱PRP）效應的研究發(fā)現(xiàn)，當被試對兩個相繼出現(xiàn)的任務做出快速的按鍵反應或口頭報告時，如果這兩個任務呈現(xiàn)的起點時間間隔（stimulus onset asynchrony，簡稱SOA）較短時，任務2（T2）的反應時（RT2）顯著增加，SOA越短RT2越長。在最短的SOA范圍內(nèi)，RT2隨著SOA的變短而線性延長。但任務1（T1）的反應時（RT1）則不受SOA長短變化的影響（如圖1所示），短SOA條件下出現(xiàn)的RT2顯著延遲的現(xiàn)象即PRP效應。[1]PRP效應描述了兩個任務在時間或空間上非常接近呈現(xiàn)條件下兩個任務被同時或相繼加工的現(xiàn)象。[2]

圖1 PRP效應示意圖

Pashler（1984）提出的反應選擇瓶頸（response-selection bottleneck,簡稱 RSB） 模型[3]認為，任何一個任務的加工過程都由知覺識別、反應選擇（中心瓶頸）和反應執(zhí)行3個獨立的處理階段組成（如圖2所示）。反應選擇屬于瓶頸階段，知覺識別和反應執(zhí)行屬于非瓶頸階段，人能同時處理兩個任務的非瓶頸階段，也能同時處理一個任務的瓶頸和另一個任務的非瓶頸階段，但無法同時處理兩個任務的瓶頸階段，也就是說在T1的反應選擇結(jié)束之前，T2的反應選擇無法進入瓶頸得到加工。這樣，在較短的SOA條件下，當T1正在進行其反應選擇加工時，T2的反應選擇加工前將有一個認知空閑（cognitive slack）期。SOA越短，認知空閑期越長，理論上來講，SOA減少多少時間，T2將在認知空閑期內(nèi)等待多少時間，因而短SOA條件下PRP曲線的斜率為-1或接近-1。[4]

圖2 RSB模型加工示意圖

按照RSB模型的假設，當T1占據(jù)中心瓶頸時，T2無法開始反應選擇，只有T1完成了其反應選擇加工，中心瓶頸被釋放后T2才被允許進入瓶頸中并開始其反應選擇，因為簡單T2和復雜T2的知覺加工都在等待T1釋放中心瓶頸的認知空閑期內(nèi)完成，所以在短SOA條件下，簡單T2條件下的RT2和復雜T2條件下的RT2不會有顯著的差別（圖2中②和③）。但在較長SOA條件下，由于T1已經(jīng)完成了其反應選擇加工后T2才進入瓶頸的，那么簡單T2由于其知覺加工時間較短，復雜T2其知覺加工時間更長，因此簡單T2條件下的RT2顯著快于復雜T2條件下的RT2（圖2中④和⑤）。

目前絕大多數(shù)PRP效應的研究集中在較簡單的知覺判斷任務中，且大量的PRP效應研究發(fā)現(xiàn)在知覺加工中普遍存在著瓶頸的限制機制。[5-8]那么，能否找到一種繞過瓶頸限制的方法，以提高人類對信息的處理效率是當代心理學家關(guān)注的焦點。McCann等人認為，將高低音辨別任務（T1）與詞匯加工任務（T2）結(jié)合起來可能是克服瓶頸限制的有用方法。[9]當前自動化加工的研究發(fā)現(xiàn)，自動化加工具有不受中樞資源限制、不受其他加工過程干擾以及與其他加工過程能并行進行等特性[10]，這是否意味著如果實驗中操縱的T2具有自動化加工特征，那么T2是否由于不會額外占用中樞資源，就能避免和T1共同競爭有限的中樞資源，從而繞過瓶頸的制約？

目前對漢字的研究發(fā)現(xiàn)，漢字的形、音、義都存在著無意識自動激活的現(xiàn)象。[11-12]這意味著在雙任務加工中，如果T2是能自動激活的漢字，那么就應該會出現(xiàn)漢字繞過瓶頸制約的問題。也有研究發(fā)現(xiàn)，漢字頻率在漢字識別中起著核心作用，熟悉的、使用頻率高的高頻漢字相比較那些熟悉度低、較少使用的低頻漢字更容易得到識別。[13]這意味如果漢字受瓶頸機制的限制，那么低頻漢字受到的瓶頸制約機制是否顯著高于高頻漢字呢？帶著這種疑問，本研究兩個實驗以高頻和低頻漢字為材料，探討低加工水平和高加工水平條件下不同使用頻率的漢字是否受到瓶頸制約的問題。

二、實驗一：漢字低加工水平條件下的瓶頸制約機制

探討對漢字進行外在顏色判斷，漢字在低加工水平條件下不同使用頻率的漢字是否受到瓶頸制約的問題。

（一）研究方法

1.被試

本科生31名，男9名，女22名，視力或矯正視力正常，聽力正常，沒有參加過類似的實驗。

2.實驗儀器和材料

本實驗在聯(lián)想奔Ⅳ計算機上完成，所有刺激均呈現(xiàn)在17英寸顯示器上，顯示器分辨率為1024×768，刷新率為75Hz。聽覺材料為持續(xù)150ms的低音和高音，低音的頻率為300Hz，高音頻率為1000Hz，位速1144Kbps，音頻采樣大小16位，音頻采樣級別44kHz，立體聲。實驗前讓被試傾聽并判斷能否清晰地辨別出高音和低音，無法分辨者不能參加實驗。正式實驗中的視覺材料為32個不同使用頻率的漢字，高頻黑色、低頻黑色、高頻紅色、低頻紅色漢字各8個，高頻字的使用頻率從0.00837～0.05851，平均字頻為0.02197，低頻字的使用頻率從0.00023～0.00464，平均字頻為0.00157，對高頻字和低頻字的使用頻率進行了獨立樣本t檢驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者的差異顯著，t（30）＝6.02，p＜0.001，Cohen's d＝2.13。為了防止筆畫數(shù)對實驗任務產(chǎn)生混淆，本研究對高頻字和低頻字的筆畫數(shù)進行了匹配，高頻字的筆畫數(shù)從5～11劃，平均筆畫數(shù)為7.63劃，低頻字的筆畫數(shù)從4～10劃，平均筆畫數(shù)為7.63劃，對兩組字的筆畫數(shù)進行了獨立樣本t檢驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者的差異不顯著，t（30） ＝0.00，p＝1.00，Cohen's d＝0.03。所有的視覺刺激均呈現(xiàn)在白色背景上。

3.實驗設計

T2中的自變量均采用4（SOA：50ms、150ms、300ms、800ms）×2（漢字頻率：高頻、低頻）被試內(nèi)設計。因變量包括T1和T2的反應時和正確率。為了檢驗T2對T1是否產(chǎn)生的影響，對T1的數(shù)據(jù)也按照和T2同樣的4×2被試內(nèi)設計的方式整理并檢驗。

4.實驗程序

實驗程序用E-prime1.1軟件編制。每次實驗開始時，首先在屏幕中央出現(xiàn)持續(xù)時間為500ms的注視點“＋”，接著出現(xiàn)500ms的空屏，空屏后出現(xiàn)持續(xù)時間為150ms的聲音刺激。聲音刺激后的50ms、150ms、300ms或800ms出現(xiàn)視覺刺激，持續(xù)時間為200ms，視覺刺激消失后出現(xiàn)2300ms的空屏等待被試做出按鍵反應。對T1，要求被試聽到低音用左手中指按z鍵，聽到高音用左手食指按x鍵；對T2，要求看到黑顏色的字用右手食指按小鍵盤1鍵，看到紅顏色的字用右手中指按小鍵盤2鍵。告知被試對兩個任務都要進行快速且準確的反應，但必須優(yōu)先對T1做出反應。當聲音刺激和視覺刺激在2.5s內(nèi)沒有做出反應時，該次實驗的反應數(shù)據(jù)不被記錄，算作一次錯誤反應。正式實驗前被試先完成48次練習，只有練習正確率達到90%以上才能進入正式實驗，沒有達到標準者重新開始練習，直至達到實驗要求。正式實驗中沒有反饋信息，中間休息3次，休息時間由被試自己確定，整個實驗過程持續(xù)約35分鐘。

（二）結(jié)果

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析前剔除T1和T2小于200ms和大于2000ms以外的極端反應時數(shù)據(jù)。由于T1和T2的平均正確率均在95%以上，故對正確率不再做進一步的處理和分析。各處理條件下T1和T2的反應時如表1和表2所示。

表1 不同SOA條件下聲音任務的反應時（ms）及標準差

表2 不同SOA條件下視覺任務的反應時（ms）及標準差

1.聲音任務（T1）

對T1反應時的方差分析結(jié)果表明，SOA的主效應顯著，F(xiàn)（3,90）＝11.72，p＜0.001，η2p＝0.28，SOA為50ms、150ms、300ms和800ms條件下T1的反應時分別為844ms、836ms、849ms和934ms，配對比較發(fā)現(xiàn)，SOA為800ms時的反應時與SOA為50ms、150ms、300ms時的反應時兩兩比較差異均達到了顯著水平（p＜0.05），50ms、150ms和300ms三種SOA條件下的反應時兩兩比較差異不顯著（p＞0.05），說明SOA的變化對T1的加工過程產(chǎn)生了顯著影響。漢字頻率的主效應以及SOA和漢字頻率的交互作用均不顯著（p＞0.05）。

2.視覺任務（T2）

對T2反應時的方差分析結(jié)果表明，SOA的主效應顯著，F(xiàn)（3,90）＝232.24，p＜0.001，η2p＝0.89，隨著SOA縮短，RT2線性遞增，PRP效應非常顯著，SOA為50ms、150ms、300ms和800ms條件下的反應時分別為917ms、806ms、707ms和567ms，配對比較發(fā)現(xiàn)，不同SOA條件下的反應時兩兩比較差異均達到了顯著水平（p＜0.001）。漢字頻率的主效應以及SOA和漢字頻率的交互作用均不顯著（p＞0.05）。

3.聲音任務和視覺任務的相互關(guān)系

為了檢驗T1和T2之間是否產(chǎn)生相互影響，對各SOA條件下T1和T2的反應時數(shù)據(jù)進行進一步整理和分析，圖3為T1和T2反應時的交互效應圖。方差分析結(jié)果表明，T1和T2的交互作用顯著，F(xiàn)（3,90）＝214.63,p＜0.001,η2p＝0.88，進一步的簡單效應分析發(fā)現(xiàn)，SOA為150ms條件下T1和T2反應時的差異不顯著，其余三種SOA條件下T1和T2的差異均顯著，分別為50ms：F（1,30）＝10.83，p＝0.003；300ms：F（1,30）＝42.32，p＝0.000；800ms：F（1,30）＝104.45，p＝0.000，這表明T1和T2之間產(chǎn)生了實質(zhì)性的相互影響。

圖3 不同SOA條件下T1和T2的反應時及標準誤

（三）討論

實驗一發(fā)現(xiàn)，當SOA縮短時，RT2線性遞增，PRP效應非常顯著，說明在較短的SOA條件下，當被試對T1聲音任務正在進行反應選擇加工時，對漢字的認知加工被顯著延遲，SOA越短，對漢字的認知延遲越多，這一點證明了在重疊的雙任務加工中，即使是具有自動化加工特征的漢字也無法繞過瓶頸的限制，這一結(jié)果完全支持RSB模型的假設。但實驗一在RT1上發(fā)現(xiàn)SOA的主效應顯著，說明SOA的長短變化對T1的加工過程產(chǎn)生了顯著影響。實驗一還發(fā)現(xiàn)T1和T2之間存在顯著的交互作用，說明兩個任務的認知加工相互影響、相互制約，這一結(jié)果并不支持RSB模型的預測。

實驗一中的RT1和RT2上都沒有出現(xiàn)漢字的頻率效應，這個結(jié)果與單任務情境下漢字頻率的研究結(jié)果不一致。當前解釋Stroop效應的平行分布加工（parallel distributed processing）模型[14]認為，字詞屬于自動化加工，不需要人的意識控制，而顏色屬于控制性加工，需要人有意識地進行控制。一方面，實驗一中在RT1和RT2上都沒有出現(xiàn)漢字的頻率效應是不是因為被試對漢字外在的顏色進行判斷時，由于顏色控制性加工的特性占用了大量的中樞資源，使被試對漢字形、音、義的加工水平都很低？另一方面，當被試對漢字的顏色進行任務判斷時，即使不激活漢字相應的形、音、義也能完成任務？如果以上兩個原因都存在，那么實驗一中出現(xiàn)的漢字受瓶頸機制的限制實質(zhì)上并沒有體現(xiàn)出漢字自動化加工的作用。為了驗證以上可能性，實驗二將采用能進一步激活漢字形、音、義等特征的高加工水平條件，以考察在該條件下不同頻率的漢字是否受瓶頸機制制約的問題。

三、實驗二：漢字高加工水平條件下的瓶頸制約機制

探討對漢字進行內(nèi)在的筆畫數(shù)多少判斷，漢字在高加工水平條件下不同使用頻率的漢字是否受瓶頸制約的問題。

（一）研究方法

1.被試

本科生22名，男8名，女14名，視力或矯正視力正常，聽力正常，沒有參加過類似的實驗。

2.實驗儀器和材料

實驗儀器同實驗一。聽覺材料同實驗一，視覺材料與實驗一不同之處在于把實驗一中所有顏色為紅色的漢字均改為黑色，多于7劃和少于7劃的漢字各有16個。

3.實驗設計

同實驗一。

4.實驗程序

基本同實驗一。不同之處在于對視覺刺激中少于7畫的漢字用右手食指按小鍵盤“1”鍵，多于7畫的漢字用右手中指按小鍵盤“2”鍵。

（二）結(jié)果

剔除T1和T2小于200ms和大于2000ms以外的極端反應時數(shù)據(jù)。由于T1和T2的平均正確率均在90%以上，故對正確率不再做進一步的處理和分析，各處理條件下T1和T2的反應時如表3和表4所示。

表3 不同SOA條件下聲音任務的反應時（ms）及標準差

表4 不同SOA條件下視覺任務的反應時（ms）及標準差

1.聲音任務（T1）

對T1反應時的方差分析結(jié)果表明，SOA的主效應顯著，F(xiàn)（3,63）＝18.39，p＜0.001，η2p＝0.47，SOA為50ms、150ms、300ms和800ms條件下的反應時分別為838ms、885ms、919ms和1076ms，存在隨SOA的延長，RT1隨之延長的趨勢。進一步的配對比較發(fā)現(xiàn)，除SOA為150ms和300ms兩種條件下的反應時差異不顯著（p＞0.05）外，其余SOA條件下的反應時兩兩差異均達到了顯著水平（p＜0.05）。漢字頻率的主效應以及SOA和漢字頻率的交互作用均不顯著（p＞0.05）。

2.視覺任務（T2）

對T2反應時的方差分析結(jié)果表明，SOA的主效應顯著，F(xiàn)（3,63）＝93.44，p＜0.001，η2p＝0.82，隨著SOA的延長，RT2呈線性遞減，PRP效應非常顯著，SOA為50ms、150ms、300ms和800ms條件下的反應時分別為922ms、871ms、778ms和659ms。進一步的配對比較發(fā)現(xiàn)，不同SOA條件下兩兩反應時的差異均達到了非常顯著的水平（p＜0.001）。漢字頻率的主效應以及SOA和漢字頻率的交互作用差異均不顯著（p＞0.05）。

3.視覺任務和聲音任務的相互關(guān)系

對T1和T2的反應時數(shù)據(jù)做進一步的分析和處理，方差分析結(jié)果表明，T1和T2的交互作用顯著，F(xiàn)（3,63）＝151.99，p＜0.001，η2p＝0.88，進一步的簡單效應分析發(fā)現(xiàn)，SOA為150ms條件下T1和T2反應時的差異不顯著（p＞0.05），其余三種SOA條件下T1和T2反應時的差異均顯著，分別為 50ms：F（1,30）＝12.47，p＝0.002；300ms：F（1,30）＝30.94，p＝0.000；800ms：F（1,30）＝67.58，p＝0.000，表明T1和T2之間產(chǎn)生了實質(zhì)性的相互影響。圖4為T1和T2反應時的交互效應圖。

圖4 不同SOA條件下T1和T2的反應時及標準誤

（三）討論

實驗二采用對漢字內(nèi)在的筆畫數(shù)多少進行判斷條件下得到了和實驗一基本相同的結(jié)果，即在T2上出現(xiàn)了非常顯著的PRP效應，說明采用能激活漢字形、音、義等特征的高加工水平條件也無法消除漢字受瓶頸制約的問題。實驗二同樣發(fā)現(xiàn)RT1隨著SOA長短變化而變化，T1和T2存在顯著的交互作用等，說明T1和T2的認知加工相互影響、相互制約。

四、綜合討論

本研究探討了在不同加工水平條件下不同使用頻率的漢字是否受到瓶頸制約的問題。按照自動化加工理論，具有自動化加工特征的漢字應該不會受到瓶頸的制約，這是因為自動化加工不受中樞資源的限制。所以當T1聲音任務正在進行反應選擇時，T2漢字應該能自動開始并完成其反應選擇加工，T1的認知加工不會對T2產(chǎn)生干擾，PRP效應應該消失或很小。然而在實驗一中，當被試對不同頻率的漢字進行外在顏色判斷時發(fā)現(xiàn)PRP效應非常顯著，故推測當被試對漢字進行外在的顏色判斷時，可能沒有激活漢字的形、音、義等特征，被試只是對漢字的顏色進行了加工，由于顏色判斷屬于控制性加工任務，需要較多的中樞資源參與，這樣T2和T1就會對有限的中樞資源進行競爭，從而導致被試對漢字進行外在的顏色判斷時出現(xiàn)了顯著的PRP效應，這樣在實驗中并沒有發(fā)揮出漢字自動化加工的價值，這可能是導致實驗一中出現(xiàn)漢字受瓶頸限制機制的重要原因。

為了進一步揭示漢字是否受瓶頸機制限制的問題，實驗二采用了對漢字有較高加工水平的筆畫數(shù)判斷任務，即當被試在評估所看到的漢字到底有多少筆畫時必定要激活該字的字形，當字形被激活后就會依次激活該字的音、義等特征，這樣就從真正意義上發(fā)揮出了漢字自動化加工的價值。從理論上來講，該加工水平條件下的漢字應該不會受到瓶頸的制約，PRP效應應該消失或很小，尤其是高頻漢字更應該不會出現(xiàn)PRP效應。

然而，本研究兩個實驗結(jié)果一致表明，只要SOA變短，則RT2被顯著延遲，實驗一中SOA為50ms和800ms時的RT2差值為350ms，實驗二中SOA為50ms和800ms時的RT2差值為263ms，說明具有自動化加工特征的漢字也無法繞過瓶頸的限制，而且高頻漢字和低頻漢字被延遲的時間幾乎是相同的，說明即使是被試熟悉的、平時使用頻率很高的高頻漢字同樣無法避免瓶頸的限制機制，說明PRP效應確實具有非常穩(wěn)健的特征。

在T1上，本研究兩個實驗結(jié)果一致發(fā)現(xiàn)，SOA長短顯著影響RT1的變化，這個結(jié)果顯然不符合RSB模型關(guān)于RT1不受SOA長短變化影響的預測。關(guān)于這一點，Tombu和Jolicoeur在2003年提出了一個替代模型，即中樞資源共享（central capacity sharing,簡稱CCS）模型[15]，該模型認為，中樞加工器一次可以處理多個刺激，但由于中樞信息處理能力有限，當兩個任務同時進行反應選擇加工時，它們必須共享有限的中樞資源，由于它們得不到充足的中樞資源，導致這兩個任務的信息處理速度都顯著下降。

本研究兩個實驗中發(fā)現(xiàn)的RT1隨SOA長短變化而變化的結(jié)果可以用CCS模型做出合理的解釋，即在較短的SOA條件下，由于T1和T2的反應選擇階段發(fā)生了重疊，被試在處理T1反應選擇的同時也在處理T2的反應選擇，這時T1和T2的反應選擇都將得不到100%的中樞資源，因此RT2顯著延遲，在T2上出現(xiàn)了顯著的PRP效應。T1的處理速度也因為中樞資源的減少而變慢，但由于實驗任務強調(diào)對T1的優(yōu)先加工權(quán)，所以被試會策略性地在T1上分配更多的中樞資源（比如90%），這時被試對T1反應選擇的延遲要顯著小于對T2反應選擇的延遲，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)結(jié)果上則出現(xiàn)RT1受SOA的影響要遠遠小于RT2受SOA的影響。

本研究兩個實驗結(jié)果還一致發(fā)現(xiàn)在T1和T2上都沒有出現(xiàn)顯著的漢字頻率效應，可能的原因有以下兩點：（1）被試的文化程度高。本研究的對象是本科生，由于該研究對象對漢字的學習和接觸非常頻繁，所以即使是低頻漢字，被試對它們的熟悉程度仍然很高，再加上在重疊的雙任務加工中，被試要將有限的中樞資源分配到兩個任務上，但由于實驗強調(diào)對T1的優(yōu)先加工權(quán)，當被試策略性地在T1上分配了較多的中樞資源后，T2只能得到極少的中樞資源，在T2上極少的中樞資源分配可能導致被試對高頻和低頻漢字的加工速度差異不顯著，反映在高頻和低頻漢字的RT2上就不會出現(xiàn)顯著差異了。（2）實驗中漢字出現(xiàn)的頻次高。由于本研究實驗材料中選擇的高頻漢字和低頻漢字各有16個，每個漢字在實驗中出現(xiàn)8次，較少的漢字數(shù)量以及較高的出現(xiàn)頻次導致被試對這些漢字有較大的練習效應，即使是低頻漢字，也因為較高的出現(xiàn)頻次使被試對它們的反應趨向自動化，這也可能是導致漢字的頻率效應在T1和T2上都沒有出現(xiàn)的重要原因，關(guān)于這一點在后續(xù)的研究中需要通過增加漢字的數(shù)量做進一步的驗證。

為了驗證T1和T2的認知加工是否相互影響，本研究兩個實驗對各SOA條件下的RT1和RT2數(shù)據(jù)做了進一步的處理和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RT1和RT2的交互作用非常顯著，說明在以漢字為材料的PRP效應研究中，除了T1的認知加工對T2的認知加工產(chǎn)生了顯著影響外，T2的認知加工也反向地對T1的認知加工產(chǎn)生了顯著影響，這一點同樣不能用RSB模型來解釋，但用CCS模型可以做出較合理的解釋，但CCS模型卻無法解釋為什么隨著SOA的延長，RT1出現(xiàn)延長的趨勢，這預示著在重疊的雙任務加工中，語義加工任務和知覺判斷任務的信息處理可能存在著較大的差異，因此對雙任務的加工機制還需要做進一步的精確檢測。

五、結(jié)論

綜合以上數(shù)據(jù)結(jié)果與分析，本研究得到在重疊的雙任務加工中信息處理的如下結(jié)論：（1）具有自動化加工特征的漢字也無法避免瓶頸的限制機制，PRP效應具有非常穩(wěn)健的特征。（2）兩個任務的認知加工過程相互影響、相互制約，存在實質(zhì)性的交互作用。（3）雙任務發(fā)生相互干擾的原因在于中樞加工階段的信息處理能力有限，當兩個任務共享有限的中樞資源時，雙方都得不到充足的中樞資源，導致他們的信息處理速度都顯著下降。