视觉运动Simon效应及认知Simon效应影响因素及机制
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视觉运动Simon效应及认知Simon效应影响因素及机制摘要Simon效应是指与反应要求无关的刺激位置和反应位置在同侧时,个体反应更快更准确的现象。
对于Simon效应的产生机制,大多数研究者认为,在不同实验情境中获得的Simon效应有共同的产生机制。
但是,越来越多的证据显示,在刺激形式、排列方式、刺激一反应规则以及反应方式等因素的影响下,存在两种不同性质的Simon效应,即视觉运动Simon效应和认知Simon效应。
视觉运动Simon效应源于刺激位置自动激活其同侧反应所产生的影响,认知Simon 效应源于转译生成的编码间的相互干扰,两者分别与背侧通路和腹侧通路的加工有关。
关键词Simon效应;反应时分布;单侧化准备电位;视觉运动Simon效应;认知Simon效应分类号B8421 引言刺激反应相容性(stimulus ResponseCompatibility’SRC)是影响人类动作控制和反应选择的重要因素之一,它由Fitts和Seeger于1953年首次提出。
具体而言,当对空间位置(左侧或右侧)做空间反应(按左键或右键)时,刺激位置和反应位置在同侧(左侧按左键佑侧按右键:一致条件)较之对侧(左侧按右键,右侧按左键:不一致条件)反应更快、正确率更高(e.g.,Proctor&Lu,1999;梁娟,金志成,2007)。
此时,空间位置为靶刺激。
1967年,Simon和Rudell发现一种特殊的刺激反应相容性现象。
当个体对刺激的非空间特征(如,颜色、形状等)做空间反应(如,按左键或右键、口头报告左或右)时,刺激呈现的空间位置对其操作成绩(反应时和正确率)有明显影响,这种任务后来被命名为Simon任务(Hedge&Marsh,1975)。
比如,在一个标准的Simon任务中(图1),要求被试对颜色做按键反应(红色按左键、绿色按右键),同时忽略颜色呈现的空间位置。
当颜色块随机地呈现在屏幕的左侧或右侧时,被试的反应受到颜色呈现位置的影响:当颜色呈现的位置与其指代的反应在同侧(红色在左侧、绿色在右侧)时的操作成绩,显著地优于颜色呈现的位置与其指代的反应在对侧(红色在右侧,绿色在左侧)时的操作成绩。
此时,空间位置为非靶刺激。
刺激呈现的位置与其指代的反应在同侧时为一致条件(图1左),在对侧时为不一致条件(图1右)。
一致条件下的反应时通常短于不一致条件下的反应时,后者减去前者所得反应时之差即为Simon效应。
从Simon效应发现至今,研究者们发现当操控刺激形式和呈现方式,比如,刺激形式为视觉或听觉(e.g.,Roswarski&Proctor,2003),,排列方式为水平或垂直(e.g.,Vallesi,Mapelli,Schiff’’Amodio,&Umilta,2005;Wiegand&Wascher,2005)时,可以产生Simon效应。
此外,当反应方式不同时,比如,反应为按键(e.g.,Ansorge&Wirer,2009)、口语报告(e.g.,Wfihr,2006)、单手移动(e.g.,Wiegand&Wascher,2007a)、双手交叉按键(e.g.,Wallace,1971;Wascher,Schatz,Kuder,&Verleger,2001,),也会出现Simon效应。
在Simon效应产生机制的众多理论解释中,最具有代表性的为双通道理论模型和反应辨别假说。
双通道理论模型(Iani,Rubichi,Gherri,&Nicoletti,2009)认为,Simon效应源于受控(间接)通路和自动(直接)通路的相互影响。
相关的刺激属性(比如,颜色)在受控通路中通过短时联结激活任务所要求的反应,无关的刺激位置在自动通路中通过长时联结自动激活其同侧的反应。
如果这两条通路中所激活的反应一致,则反应加快;如果不一致则产生冲突进而延迟反应。
反应辨别假说则认为,Simon效应主要源于工作记忆中表征刺激位置和表征反应位置编码间的交互作用(Ansorge&WUhr,2004;Wfihr&Ansorge,2007;Wtihr,Biebl,&Ansorge,2008;Zhao,Chen,&West,2010)。
虽然这两种理论对Simon效应产生机制有不同观点,但是在各自角度下,他们都认为在不同实验情境中获得的Simon效应有共同的产生机制。
然而,通过反应时分布分析(Response TimeDistribution Analysis)和单侧化准备电位(Lateralized ReadinessPotential,LRP)分析,近年来有研究(Wascher et al.,2001;Wiegand&Wascher,2005,2007a,2007b)发现在不同实验操作中存在两种不同性质的Simon效应。
Wascher等人(2001)发现:视觉刺激的Simon任务,在双手正常放置反应条件下,Simon效应随着反应时延长而减小,且不一致条件会出现LRP 的早期偏移;但双手交叉反应和听觉刺激条件下,Simon效应却随着反应时延长逐渐增大,且不一致条件不会出现LRP 的早期偏移。
Wiegand和Wascher(2005)也证实了Simon效应的不同外在表现,并在此基础上正式提出两种不同机制的Simon效应。
一种为视觉运动Simon效应(Visuomotor Simon effect).是一种同侧反应视觉运动易化而产生的短暂Simon 效应,其会随着反应时延长而减小或消失,同时在不一致条件下会出现LRP的早期偏移。
另一种为认知Simon效应(cognitive Simon effect),源于表征刺激位置和表征反应位置的认知编码在反应选择阶段的相互干扰,其会随着反应时延长而保持稳定甚至增大,并且在不一致条件下不会出现LRP的早期偏移。
2 两种Simort效应的区分指标2.1反应时分布分析反应时分布分析最早由Vincent于1912年使用,也被称为Vincentizing(张德玄,周晓林,2007),主要用来考察冲突效应量如何随着反应速度的变化而变化,是探究Simon效应潜在加工性质的最常用方法(Pellicano,Lugli,Baroni,&Nicoletti,2009)。
De Jong,Liang和Lauber(1994)最早用其评估Simon效应的时间进程,其具体方法如下:首先分别将每个被试的一致条件和不一致条件的反应时数据由小到大进行排列,并将其各自等分为五组,进而求每组的均值;然后在同组中用不一致条件的均值减去一致条件的均值,即得到每组Simon效应的大小。
以各组的平均反应时为横坐标,Simon效应的大小为纵坐标,可以作出Simon效应的反应时分布图,即Delta图(如)。
在Delta图上,可以很容易地观察出Simon效应随着时间进程如何变化。
结合反应时分布分析的结果,研究者认为:视觉运动Simon效应随着反应时延长而逐渐减小甚至消失(如图2A,水平Simon任务);而认知Simon效应随着反应时延长保持稳定或逐渐增加(如图2A,垂直Simon任务,视觉刺激在注视点上下位置随机出现,要求被试根据刺激属性按上键或下键)(Wascher et al.,2001;Wiegand&Wascher,2005,2007a,2007b)。
此外,Wiegand和Wascher(2007a)强调视觉运动Simon效应的Delta图并不一定线性下降,由于自动激活需要相应时间,Simon效应也可能会随着反应时延长先增加后减小。
比如,Delta图为倒u 曲线或者倒J型曲线,都可以看作视觉运动simon效应。
回顾以往研究的反应时分布结果,也可以发现存在这两种不同性质Simon效应。
De Jong等人(1994)实验中所得Simon效应随着反应时延长而减小(Hommel,1994),而Wascher等人(2001)发现当刺激为听觉刺激或者双手交叉反应时,Simon 效应会随着反应时延长而增大。
2.2单侧化准备电位选择性运动激活事件相关电位(ERPs,Event-related brain potentials)的新测量指标——单侧化准备电位(LRP)(Gratton,Coles,Sirevaag,Efiksen,&Donchin,1 988)——为Simon效应产生机制的研究打开了窗口。
LRP成分体现了反应手对侧运动皮层的激活,在外显反应的前几百毫秒,反应手对侧运动皮层相对于同侧运动皮层会出现较大的负波,主要反映了对与反应手同侧刺激反应的早期准备(见图2B)(Praamstra,2007;陈立翰,2008)。
采用LRP来研究Simon效应主要是受双通道理论模型中自动激活观点的启发(Leuthold,2010)。
该观点认为,无论刺激呈现的位置与反应位置是否一致,刺激位置都会自动激活其同侧的反应,使运动皮层做出反应的早期准备。
因此,当刺激位置与反应位置不一致时会出现不正确的反应激活,即LRP的早期偏移。
在标准Simon任务不一致条件下,刺激呈现后170 ms 到200 ms之间,会出现依赖于刺激位置的LRP的早期负性偏移,之后出现依赖于任务所要求反应的LRP正性偏移,进而形成Gr~ton凹陷(Gratton-dip)(如图2C,水平Simon任务);然而,在有些情况下(比如,刺激反应垂直排列,双手交叉反应等),Simon任务的不一致条件却不会出现LRP的早期偏移(Vallesi etal.,2005;Wascher et al.,2001;Wiegand&Wascher,2005)。
因此,LRP是否出现早期偏移也是区分Simon效应性质的指标:视觉运动Simon效应在不一致的条件下会出现LRP的早期偏移(如图2c,水平Simmi任务),而认知Simon效应在不一致条件下并不会出现LRP的早期偏移(如图2C,垂直Simon任务)(Wascher et al.,2001;Wiegand&Wascher,2005,2007a,2007b)。
3影响Simon效应性质的因素许多研究都发现存在两种不同性质的Simon效应,通过对比分析这些研究,我们尝试从以下四个方面来分析影响Simon效应性质的因素。
3.1刺激形式Simon任务的刺激都有两个维度:相关维度和传递空间信息的无关维度。
相关维度指定了所要求的空间反应;无关维度传递的空间信息影响所要求的空间反应。
在Simon任务中会有不同形式的刺激,有些相关维度在不同的感觉通道加工(比如,听觉刺激和视觉刺激),有些无关维度传递空间信息的方式不同(比如,物理位置,箭头,位置词)。