听觉通道下节奏对节律时间期待的影响

时间：2024-06-19

陈驭婷, 徐之涵

（宁波工程学院外国语学院, 浙江宁波 315211）

0 引言

我们生活的环境中有很多具有节律性时间信息的事件，如随着音乐节拍跳舞，按照同一节拍鼓掌等，人们能够利用这些有规律的时间信息来预测目标事件何时出现, 这种能力被称为节律时间期待。前人和笔者以往的研究发现，当目标事件出现的时间与预期一致时，个体表现出更快的反应速度和更高的辨别正确率，即时间期待效应[1-6]。

节律时间期待通常被认为是自动化的，无意识的加工过程[7-10]。如DOLORES D 等人使用双任务范式，结果发现节律时间期待效应没有受到双任务的干扰，证明了其自动化的加工机制[11]。然而，他们采用的是基于听觉节律的视觉工作记忆任务。根据多资源模型(multi-resources model)[12]，当两个同时执行任务中的刺激共享相同的感觉通道时干扰最大。因此，是否是由于两个任务涉及不同感觉通道导致的节律时间期待经受住了工作记忆任务的干扰，受到了质疑。随后CUTANDA D 等人采用了基于听觉节律的听觉工作记忆任务，进一步验证了节律时间期待的自动化加工过程[13]。

但是以往关于节律时间期待的研究大多集中在小于1 s 的时间间隔范围[4,11,13-18]。很少考察节奏对节律时间期待的影响。节奏即节律序列的速度，通常表示节律序列中连续刺激之间的时间间隔。在笔者之前的研究中，通过双任务范式，设置了500 ms、2 500 ms、3 500 ms 3 种时间间隔构成的节律序列，探讨了不同时间间隔构成的节律时间期待的加工机制。结果发现在500 ms 和2 500 ms 时间间隔下，节律时间期待属于自动化加工机制，而3 500 ms 条件下涉及了注意资源的参与[19]。然而该研究采用的是基于视觉节律的视觉工作记忆任务，以往研究表明听觉比视觉通道更具有加工时间信息的优势，听觉对于时间信息相比视觉更敏感[20-22]。因此听觉通道下，节奏对节律时间期待加工机制的影响尚待进一步探究。

综上所述，本研究的目的是验证听觉通道下，节律时间期待是依赖于无意识的自动化加工，还是需要注意控制的参与，并探索其加工机制是否会随着节奏的变化而发生改变。本研究采用了双任务的实验范式，500 ms、2 500 ms、3 500 ms 3 种时间间隔，被试同时完成目标检测任务（主要任务）和工作记忆任务（次要任务）。目标检测任务用来检测节律时间期待效应，被试被要求对刺激序列后呈现的听觉目标刺激尽快做出反应。工作记忆任务中，被试被要求记忆1 组字母。如果节律时间期待需要注意资源的参与涉及受控加工，那么主要任务中的时间期待效应应该会受到双任务的干扰而被减弱，因为两个并行的任务竞争有限的注意资源。如果节律时间期待依赖于自动加工，则不会受到双任务的干扰[23-25]。本研究预期在500 ms 和2 500 ms 时间间隔下，时间期待效应可以抵抗双任务干扰。相反，在3 500 ms条件下，时间期待效应会受到双任务的干扰而被减弱。

1 试验条件及方法

1.1 实验仪器与材料

实验采用E-prime 软件来进行材料的呈现和被试反应时的记录。所有声音刺激为Audacity 产生的纯音，响度约为70 db。所有视觉刺激都显示在27 寸的电脑显示器中央，分辨率为1 920×1 080，背景为灰色(RGB：180 180 180)。在单任务和双任务条件中，每个试次都以一个注视点(黑色“+”，0.6°×0.6°)开始，该注视点在整个试次持续呈现。随后呈现由5 个或6 个（在不同试次中随机呈现）声音刺激组成的声音刺激序列，每个声音刺激的呈现频率为700 Hz，呈现时长为250 ms，设置不同数量的声音刺激，以防止目标刺激被完全预测。这一声音刺激序列包含规律和非规律序列（在不同试次中随机呈现）。在规律序列中，刺激间间隔(Interonset Interval)固定为 500 ms(快速)、2 500 ms（中速）或 3 500 ms（慢速）。在非规律序列中，刺激间间隔为 300、400、500、600、700 ms(快速)；1 500、2 000、2 500、3 000、3 500（中速）；2 100、2 800、3 500、4 200、4 900 ms（慢速），每种速度条件下 5 个时间间隔的顺序是在不同试次中随机呈现的。目标刺激为400 Hz 的纯音，呈现100 ms。此外，在双任务条件下，在声音刺激序列之前呈现1 组由辅音字母随机产生的6 个不同字母，所有字母由女性声音口述，每个字母以500 ms 依次呈现。

1.2 被试对象

16 名某学院本科生参与了实验。17～19 岁，平均年龄18.1 岁（标准差0.57）。所有被试都是右利手者（惯用右手），视力或矫正视力正常，听力正常，无脑部损伤史。完成实验后被试获得少量报酬。

1.3 程序和任务

实验在宁波工程学院认知神经科学实验室的暗室中进行，被试舒适地坐在椅子上，眼睛正对电脑显示器中央位置，视线距离屏幕中心约60 cm。被试得到了口头和书面的实验说明。每名被试需要完成两个实验（单任务和双任务实验），每个实验包含1 个练习组和6 个正式实验组，每组包含18 个试次。单任务和双任务的执行顺序在被试间平衡。图1 提供了这两个任务的示意图。

单任务实验的流程如图1(a)所示：在每个试次开始时，呈现一个注视点500 ms、3 000 ms 后随机呈现规律或不规律的声音刺激序列。在该序列结束250 ms、2 250 ms 或者3 250 ms 后呈现400 Hz目标刺激，当目标刺激出现时，被试被指示尽快按下“↑”键。在10%的试次中，目标刺激不出现(catch trial)，以此避免“冒险函数”效应（hazard function），即在目标尚未出现的情况下，随着时间的流逝，目标刺激出现的条件概率逐渐增加[26]。最大响应时间为1 200 ms。

双任务实验的流程如图1(b)所示：与单任务不同的流程在于，在呈现规律或不规律序列之前，被试需要记住一组6 个字母，每个字母以500 ms 依次呈现。在对400 Hz 目标刺激做出反应之后，会听到一个单独的字母500 ms。如果这个字母包含在6 个字母组中，则被试被指示按“←”键，如果该字母没有出现在前面的字母组中，按“→”键。最大响应时间为5 000 ms。在被试作答后，呈现反馈500 ms，蓝色的“correct”或红色的“incorrect”，提供关于记忆准确性的反馈。

图1 实验流程示意图： (a)单任务; (b)双任务

1.4 实验设计与数据分析

实验采用 2(任务：单任务、双任务)×2(节律性：规律、非规律)×3(节奏速度：500 ms、2 500 ms、3 500 ms)的混合设计。其中，任务、节律性和节奏速度均是被试内变量。因变量为被试的反应时。

反应时被定义为从目标刺激出现到第一次可观察到的反应之间的持续时间。练习组和目标刺激不出现的试次的数据被排除在分析之外。预期反应(在目标刺激呈现前的反应)、遗漏反应(被试没有对目标刺激做出反应)，以及＜150 ms 或＞1 200 ms 的反应时也被从分析中剔除（0.61%）。其余正确的反应时进行 2(任务：单任务、双任务)×2(节律性：规律、非规律)×3(节奏速度：500 ms、2 500 ms、3 500 ms)的重复测量方差分析。在随后的分析中，本研究还检验了时间期待效应(指规律条件减去非规律条件的反应时)，进行 2(任务：单任务、双任务)×3(速度：500 ms、2 500 ms、3 500 ms)的重复测量方差分析。

2 实验结果

在双任务条件下，字母记忆测试中被试的正确率为80% (13% SD)，并且不同条件间均没有显著差异。

表1 呈现了被试在不同条件下的反应时。 2(任务：单任务、双任务)×2(节律性：规律、非规律)×3(节奏速度：500 ms、2 500 ms、3 500 ms)的重复测量方差分析表明，任务的主效应显著[F(1,15)=7.681；P=0.014；η2=0.339]，即被试在单任务条件下的反应时(364.01 ms) 要显著快于双任务条件下的反应时(405.74 ms)。节律性主效应也显著[F(1,15)=22.802；P＜0.001；η2=0.603]，即被试在规律条件下的反应时(365.62 ms)要显著快于非规律条件下的反应时(404.14 ms)。节律性和节奏的交互作用达到显著，[F(2,30)=4.561；P=0.028；η2=0.233]。另外，与本研究的预期最相关的发现是任务、节律性和节奏三因素间的交互作用显著[F(2,30)=5.654；P=0.009；η2=0.274]。简单效应分析表明：如图 2a 所示，在 500 ms 速度下，被试在单任务和双任务中都表现出规律条件的反应时显著快于非规律条件的反应时（P=0.001；P=0.002）。如图2b 所示，在2 500 ms 速度条件下，被试在单任务和双任务中同样都表现出规律条件的反应时显著快于非规律条件的反应时（P=0.007；P=0.002）。然而如图2c 所示，在3 500 ms 速度条件下，被试在单任务条件下表现出规律条件的反应时显著快于非规律条件的反应时（P＜0.001），双任务中规律条件和非规律条件的反应时无显著差异（P=0.777）。

表1 不同条件下的反应时

图2 不同条件下的反应时: (a)500 ms; (b)2 500 ms; (c)3 500 ms

关于时间期待效应(规律和非规律条件反应时之间的差异)，2(任务：单任务、双任务)×3(节奏速度：500 ms、2 500 ms、3 500 ms)的重复测量方差分析表明，速度的主效应显著[F(2,30)=4.56；P=0.028；η2=0.233]。与本研究的预期更相关的发现是任务和速度的交互作用显著；[F(2,30)=5.655；P=0.009；η2=0.274]。简单效应分析表明，如图3 所示，在500 ms 和2 500 ms 速度下，被试在单任务和双任务条件下的时间期待效应均无显著差异（P=0.411；P=0.847）。然而在3 500 ms 速度下，被试在单任务条件下的时间期待效应显著大于双任务条件下的时间期待效应（P=0.008）。

图3 不同条件下的时间期待效应

3 讨论

通过双任务范式，考察了500 ms、2 500 ms、3 500 ms 不同速度下节律时间期待的加工机制。结果发现，与双任务相比，单任务条件下被试的反应时更快，首先证实了双任务范式中工作记忆任务的有效性。其次结果显示，相比非规律条件下的反应时，被试在规律条件下的反应时显著更快，成功捕捉到了时间期待效应。此外，本研究结果发现，在500 ms 和2 500 ms 速度下，被试在单任务和双任务条件下的时间期待效应均无显著差异，说明时间期待效应没有受到双任务的干扰，暗示了自动化的加工机制。这与前人的研究结果一致[11,13,19]，验证了无论节律序列与工作记忆任务是否共享相同感觉通道，节律时间期待都不涉及受控加工，是无意识的、自动化的加工过程。此外，本研究进一步提出节律时间期待的加工机制会随着节奏速度的改变而发生变化。

本研究结果显示，在500 ms 和2 500 ms 时间期待效应没有受到双任务的影响，然而在3 500 ms速度下，被试在单任务条件下的时间期待效应显著大于双任务条件下的时间期待效应，表明时间期待效应受到了双任务的干扰被减弱，暗示了其加工机制不再是完全自动化的加工过程，需要认知资源的参与。这与笔者之前的研究结果一致[19]，但是在之前的研究中，采用的是基于视觉节律序列的视觉工作记忆任务。另外，由于之前的研究中任务（单任务、双任务）为被试间变量，因此对于3 500 ms 条件下时间期待效应的削弱是否因为被试组间差异造成的受到了质疑。此外，之前研究中的另一个争议点在于，双任务条件下，在刺激序列之前呈现一组需要被试记忆的6 个不同字母，然而在单任务条件下没有呈现任何内容直接呈现刺激序列，导致两个任务在视觉输入和认知负荷方面可能都有所不同。因此时间期待效应的减弱是由认知负荷引起的，还是仅仅由于视觉输入的不同造成的受到了质疑。本研究中任务条件作为被试内变量，规避了被试组间差异的问题，另外在单任务条件中刺激序列之前，呈现3 s 与双任务等时的固视点，排除视觉输入造成的差异。该研究的结果进一步证实了，无论视觉通道下还是听觉通道下，节律时间期待的加工机制都会随着节奏速度的变化而发生改变。