唐丹丹　彭微微　楊青松　陳安濤　陳雪飛

摘要 在色-詞Flanker任務(wù)中，研究者采用2：1映射設(shè)計(jì)能構(gòu)造兩類沖突：刺激沖突和反應(yīng)沖突。然而，這兩類沖突所涉及的神經(jīng)機(jī)制還不清楚。本研究采用2：1映射設(shè)計(jì)，記錄了31個(gè)健康成人被試完成色-詞Flanker任務(wù)時(shí)的行為和腦電數(shù)據(jù)。反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)顯示了明顯的刺激沖突和反應(yīng)沖突。事件相關(guān)電位結(jié)果表明，中頂部P3峰值與刺激沖突有關(guān)，峰潛伏期能預(yù)測(cè)反應(yīng)沖突。所以，中頂部P3反映了刺激沖突和反應(yīng)沖突的神經(jīng)機(jī)制。

關(guān)鍵詞 2：1映射設(shè)計(jì)，色-詞Flanker任務(wù)，事件相關(guān)電位，P3。

分類號(hào) B842.5

1前言

在認(rèn)知控制研究中，當(dāng)個(gè)體完成一致性任務(wù)時(shí)，如Flanker任務(wù)（Eriksen&Eriksen;，1974）、Simon任務(wù)（Simon，1990）和Stroop任務(wù)（Stroop，1935），相對(duì)于干擾刺激和目標(biāo)刺激一致（congru-ent，c或CO）的條件，被試在兩者不一致（in-congruent，I）條件下的行為反應(yīng)更慢，錯(cuò)誤率可能更高。即在I條件下，被試表現(xiàn)出明顯的行為沖突，沖突量可用I-C來(lái)計(jì)算。

采用2：1映射設(shè)計(jì)（2：1 mappingdesign，兩種刺激對(duì)應(yīng)一個(gè)反應(yīng)鍵）（De Houwer，2003；Eriksen&Eriksen;，1974）可將一致性任務(wù)中的I條件進(jìn)一步細(xì)分為刺激不一致（stimulus incongruent，SI）和反應(yīng)不一致（response incongruent，RI）兩種條件。在sI條件下，干擾刺激和目標(biāo)刺激不同，但是它們所激活的反應(yīng)相同；在RI條件下，干擾刺激和目標(biāo)刺激不同，它們所激活的反應(yīng)也不同。由此，干擾刺激和目標(biāo)刺激之間的沖突可分解為發(fā)生在刺激加工水平上的刺激沖突（stimulus conflict，SC）和發(fā)生在反應(yīng)輸出水平上的反應(yīng)沖突（responseconflict，RC）（Kornblum，Hasbroucq，&Osman;，1990；van Veen，Cohen，Botvinick，Stenger，&Carter;，200 1；Zhang，Zhang，&Kornblum;，1999）。在反應(yīng)時(shí)或錯(cuò)誤率上，可用SI-CO和RI-SI來(lái)分別量化這兩類沖突。

維度重疊（dimensional overlap，DO）模型對(duì)SC和RC的產(chǎn)生提出了合理的解釋（Kornblum eta1.，1990；Kornblum&Lee;，1995）。該理論認(rèn)為，在一致性任務(wù)中，刺激同時(shí)包含了兩個(gè)維度，一個(gè)維度與任務(wù)相關(guān)（目標(biāo)維度），另一個(gè)維度與任務(wù)無(wú)關(guān)（分心維度）。在刺激反應(yīng)映射規(guī)則的作用下，這兩個(gè)維度會(huì)出現(xiàn)不同程度的重疊，從而產(chǎn)生沖突。如果重疊只發(fā)生于目標(biāo)刺激和分心刺激的加工階段，那么這兩個(gè)維度將激活相同的反應(yīng)，從而只產(chǎn)生SC。如果重疊出現(xiàn)在目標(biāo)刺激和分心刺激的反應(yīng)輸出階段，那么這兩個(gè)維度將激活不相同的反應(yīng)，從而產(chǎn)生RC。在一致性任務(wù)中，研究者通常設(shè)計(jì)c和I兩種條件。然而，在這樣的設(shè)計(jì)中，在I條件下，重疊既出現(xiàn)在目標(biāo)刺激和分心刺激的加工階段，又出現(xiàn)在反應(yīng)輸出階段。所以，I條件既包含了SC，又包含了RC。為了考察這兩類沖突的產(chǎn)生機(jī)制，研究者通常聯(lián)合采用一致性任務(wù)和2：1映射設(shè)計(jì)。

先前的事件相關(guān)電位（event-relatedpotentials，ERPs）研究發(fā)現(xiàn)，在Flanker任務(wù)中，c條件下的P3波幅比I條件下的P3波幅更大（Doucet&Stelmaek;，1999）。由于Botvinick等人（Botviniek，Cohen，&Carter;，2004；Braver，Batch，Gray，Molfese，&Snyder;，2001）提出，沖突是任務(wù)難度的一個(gè)典型特征（Gevins，Smith，McEvoy，&Yu;，1997；Posner&DiGirolamo;，1998），所以P3波幅可能與任務(wù)難度有關(guān)，任務(wù)越難，P3波幅越?。≒icton，1992）。另外，Purmann等人采用Flanker任務(wù)考察了沖突加工的時(shí)間過(guò)程（Purmann，Badde，Luna-Rodriguez，&Wendt;，2011）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，I條件下的P3峰潛伏期比c條件下的P3峰潛伏期更長(zhǎng)。由于P3峰潛伏期是量化刺激評(píng)估所需時(shí)間的指標(biāo)（Kutas，McCarthy，&Donchin;，1977），所以Flanker任務(wù)中的沖突可能發(fā)生在刺激評(píng)估過(guò)程中。

綜上所述，采用基于色-詞Flanker任務(wù)（Chen，Tang，&Chen;，2013）的2：l映射設(shè)計(jì)，本研究以中頂部（centro-parietal region）P3為ERPs指標(biāo)（Polich，2007），揭示了SC和RC的神經(jīng)機(jī)制。

2方法

在Tang，Hu，Lei，Li和Chen等人（2015）的研究中，研究者采用基于色詞Flanker任務(wù)（Chen eta1.，2013）的2：l映射設(shè)計(jì)和前測(cè)練習(xí)后測(cè)范式，在時(shí)頻域（time-frequencydomain）上揭示了練習(xí)對(duì)SC和RC的影響及其神經(jīng)振蕩機(jī)制；在時(shí)域（time domain）上，對(duì)于SC和RC，P3平均波幅不受練習(xí)因素的影響。另外，研究者只利用了前測(cè)和后測(cè)的數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)的利用率很低?；谶@些考慮，本研究對(duì)Tang等人（2015）的行為和ERPs數(shù)據(jù)重新進(jìn)行了分析。

2.1被試

31名18-26歲的健康成人（21名女性）自愿報(bào)名參加本實(shí)驗(yàn)。他們的平均年齡為22歲，標(biāo)準(zhǔn)差為2歲。所有被試均口頭報(bào)告為右利手，視力或矯正視力正常，在此之前沒(méi)有參加過(guò)類似實(shí)驗(yàn)，且對(duì)本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮翢o(wú)知情。所有被試在環(huán)境舒適的實(shí)驗(yàn)室里單獨(dú)參加測(cè)試，并在實(shí)驗(yàn)前填寫知情同意書，實(shí)驗(yàn)完成后得到一定報(bào)酬。

2.2實(shí)驗(yàn)儀器與材料

采用計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)刺激，計(jì)算機(jī)的顯示器為聯(lián)想LX-GJ556D，17寸彩顯，分辨率為1024～768，顏色為真彩色，刷新率為85 Hz，屏幕背景為黑色。實(shí)驗(yàn)程序由E-prime心理學(xué)軟件（美國(guó)匹茲堡）編制運(yùn)行，被試的反應(yīng)由QWERTY鍵盤記錄。被試距屏幕的距離約為60 cm。

所有刺激呈現(xiàn)于屏幕中央。刺激由白色的注視點(diǎn)（+）及三個(gè)水平排列的漢字（紅、綠、黃或藍(lán)；漢字之間無(wú)間隙）組成，字體為白色、宋體四號(hào)。中間的漢字是目標(biāo)刺激，兩側(cè)的漢字（意義相同）是干擾刺激。其中，干擾刺激可能與目標(biāo)刺激意義相同，也可能與目標(biāo)刺激意義不同。

2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用了基于色-詞Flanker任務(wù)的2：1映射設(shè)計(jì)（Chen et a1.，2013；De Houwer，2003；Tang eta1.，2015）。指導(dǎo)語(yǔ)告知被試忽略干擾刺激的字義，根據(jù)目標(biāo)刺激的字義又快又準(zhǔn)地做反應(yīng)。若目標(biāo)刺激為“紅”或“綠”，則被試用左手食指按Q鍵，若目標(biāo)刺激為“黃”或“藍(lán)”，則被試用右手食指按P鍵。由干擾刺激字義和目標(biāo)刺激字義的一致性可以獲得CO（如“紅紅紅”）、sI（如“紅綠紅”）和RI（如“綠黃綠”）三種刺激類型。

在正式實(shí)驗(yàn)前，所有被試完成16個(gè)練習(xí)試次，以使他們熟悉刺激反應(yīng)映射規(guī)則（這些規(guī)則與正式實(shí)驗(yàn)一致）。正式實(shí)驗(yàn)共包含7個(gè)block，第一個(gè)block和最后一個(gè)block各包含192個(gè)試次，中間五個(gè)block各包含240個(gè)試次。所有試次被隨機(jī)地排列。在每個(gè)block中，CO、sI和RI試次的數(shù)量相等。這樣的設(shè)計(jì)能保證ERPs分析中，每個(gè)條件有足夠多的疊加次數(shù)，從而提高了信噪比。另外，每完成一個(gè)block，被試休息2分鐘，以減少疲勞效應(yīng)對(duì)研究結(jié)果的影響。

2.4實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)流程圖如圖1。每個(gè)試次的刺激呈現(xiàn)順序如下：（1）300 ms的白色“+”注視點(diǎn)；（2）時(shí)間間隔在800到1000ms內(nèi)隨機(jī)變化的黑色空屏；（3）三個(gè)水平排列的漢字，被試需在1500 ms內(nèi)做出反應(yīng)，反應(yīng)之后刺激立即消失（如果被試在1500 ms內(nèi)沒(méi)有做出反應(yīng)，該試次將被記錄為錯(cuò)誤反應(yīng)的試次）；（4）時(shí)間間隔在800到1200 ms內(nèi)隨機(jī)變化的黑色空屏。

2.5腦電記錄

采用國(guó)際10-20系統(tǒng)擴(kuò)展的64導(dǎo)電極帽，以Brain Products GmbH（德國(guó)慕尼黑）記錄EEG信號(hào)。參考電極為FCz電極點(diǎn)，接地點(diǎn)在FPz和Fz的中點(diǎn)，所有電極處的頭皮電阻都在5 kQ以下。為了監(jiān)測(cè)眨眼和眼動(dòng)偽跡，在左眼下眼瞼處同步記錄垂直眼電（vertical electro-oculographic，VEOG），并在左眼眼眶外側(cè)約1 cm處同步記錄水平眼電（horizontalEOG，HEOG）。EEG信號(hào)的濾波帶通為0.01-100 Hz，采樣率為500 Hz/導(dǎo)。

2.6行為測(cè)量與統(tǒng)計(jì)分析

行為數(shù)據(jù)采用IBM SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理。對(duì)于RT的分析，本研究首先剔除錯(cuò)誤反應(yīng)的試次（占所有試次的3.78%）和錯(cuò)誤反應(yīng)后的試次（占所有試次的2.93%）；然后剔除RT超出土3SD的極端反應(yīng)試次（占所有試次的0.86%）。

2.7EEG數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

2.7.1預(yù)處理

本研究采用基于MATLAB環(huán)境的EEGLAB（Delorme&Makeig;，2004）軟件（開源工具箱）對(duì)EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。首先將EEG數(shù)據(jù)重參考到雙側(cè)乳突電極。再對(duì)連續(xù)的EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行30 Hz的低通濾波和1Hz的高通濾波。然后剔除所有錯(cuò)誤反應(yīng)的試次（占所有試次的3.78%）和錯(cuò)誤反應(yīng)之后的試次（占所有試次的2.93%）。接著對(duì)剩下的EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行分段（epoch），分析時(shí)程被鎖定為從漢字呈現(xiàn)前200 ms到漢字呈現(xiàn)后1000 ms的時(shí)間窗，以漢字呈現(xiàn)前的200 ms（200 ms到0 ms）為基線校正數(shù)據(jù)。肌電（electromyographic，EMG）偽跡、放大器飽和所引起的偽跡以及其它偽跡通過(guò)手動(dòng)方法去除。眨眼和眼動(dòng)偽跡采用實(shí)證的獨(dú)立成分分析（independent component analysis，ICA）算法校正（Delorme&Makeig;，2004；Jung et a1.，2001；Makeig，Jung，Bell，Ghahremani，&sejnowski;，1997）。在所有數(shù)據(jù)集中，個(gè)別被移除的獨(dú)立成分（ICs）具有很大的眼電偽跡和前額葉的頭皮分布。這些預(yù)處理步驟與先前的研究相似（Tang，Hu，&Chen;，2013；Tang et a1.，2015；Tang，Hu，Li，Zhang，&Chen;，2013；唐丹丹，陳安濤，2013）。

2.7.2ERPs分析

（1）在CO、sI和RI條件下，分別繪制出每個(gè)電極點(diǎn)的總平均ERPs波形。

（2）基于前人對(duì)P3的研究發(fā)現(xiàn)（Polieh，2007；Tang et a1.，2015）和總平均波形圖，本研究以中頂部[（PI+Pz+P2+CPI+CPz）/5]為感興趣區(qū)域（regions of interest，ROI），在400到600 ms的時(shí)間窗內(nèi)分別測(cè)量了CO、SI和RI條件下的P3峰值（pV）和峰潛伏期（ms）。注意，將多個(gè)電極點(diǎn)處的ERPs數(shù)據(jù)進(jìn)行總平均能提高ERPs分析的信噪比（Cohen&vanGaal;，2013）。

（3）根據(jù)P3的峰潛伏期，分別繪制CO、sI和RI條件下的峰值地形圖。

（4）對(duì)P3的峰值和峰潛伏期分別進(jìn)行3水平（CO、sI和RI）的單因素重復(fù)測(cè)量ANOVA，并采用Mauehly法檢驗(yàn)球形假設(shè)：若違反了球形假設(shè)（p<0.05），再采用Greenhouse-Geisser法校正自由度（Girden，1992）。事后檢驗(yàn)采用Bonferroni法校正p值，顯著性水平設(shè)定為p<0.05。

（5）行為上，SC和RC可以分別用SI-CO和RI-SI量化，值越大沖突越強(qiáng)。ERPs上也可以分別用ERP（sI-CO）和ERP（RI-SI）表示SC和RC。為了考察ERPs（峰值、潛伏期）和RT的關(guān)系，分別對(duì)RT（si-co）和ERP（S1420）、RT（RI-SI）和ERP（RI-SI）進(jìn)行Pearson積差相關(guān)分析（雙尾）。

3結(jié)果

3.1行為結(jié)果

表1展示了CO、SI和RI三種條件下的平均RT和錯(cuò)誤率結(jié)果。

對(duì)于RT，3水平（CO、sI和RI）的單因素重復(fù)測(cè)量方差分析揭示了顯著的差異，F(xiàn)（2，60）=269.20，p<0.00l，偏η²=0.900。事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：CO

對(duì)于錯(cuò)誤率，3水平（CO、SI和RI）的單因素重復(fù)測(cè)量ANOVA揭示了顯著的差異，F(xiàn)（1.13，33.97）=34.54，p<0.001，偏η²=0.535。事后檢驗(yàn)顯示，CO和sI條件的錯(cuò)誤率都顯著小于RI條件的錯(cuò)誤率，p<0.001。所以，錯(cuò)誤率結(jié)果揭示了明顯的反應(yīng)沖突。

3.2ERPs結(jié)果

圖2展示了CO、SI和RI三種條件下的ERPs結(jié)果。圖2A展示了CO、SI和RI條件的總平均ERPs波形圖和P3峰值地形圖。由圖2A可知，在400到600ms的時(shí)間窗內(nèi)，CO、SI和RI條件都引發(fā)了明顯的中頂部P3成分，且峰值呈現(xiàn)出依次減小的趨勢(shì)，但峰潛伏期依次增加。

對(duì)于P3峰值，3水平（CO、SI和RI）的單因素重復(fù)測(cè)量方差分析顯示了顯著的差異，F(xiàn)（2，60）=11.87，p<0.001，偏η²=0.283。事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：SI

對(duì)于P3峰潛伏期，3水平（CO、SI和RI）的單因素重復(fù)測(cè)量方差分析顯示了顯著的差異，F(xiàn)（2，60）=20.48，p<0.001，偏η²=0.406。事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：CO

圖2B直觀展示了CO、SI和RI條件下的P3峰值和峰潛伏期。由圖2B可知，P3峰值明顯受到刺激沖突影響，而其峰潛伏期明顯受到反應(yīng)沖突影響，這與統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。

為了進(jìn)一步考察ERPs和行為RT的關(guān)系，本研究分別以RT_（SI-CO）和ERP_（SI-CO）為變量、RT_（RI-SI）和ERP_（RI-SI）為變量進(jìn)行了Pearson積差相關(guān)分析（雙尾）。對(duì)于中頂部P3峰值，結(jié)果沒(méi)有顯示顯著的相關(guān)，p>0.1。而P3峰潛伏期差異P3_（RI-SI））能穩(wěn)定地預(yù)測(cè)反應(yīng)沖突RT（RI-SI），r=0.470，p=0.008（圖2C）。

4討論

本研究采用基于色詞Flanker任務(wù)的2：1映射設(shè)計(jì)，揭示了SC和RC的神經(jīng)電生理特征。RT結(jié)果發(fā)現(xiàn)了顯著的SC和RC，這與先前的研究結(jié)果一致（Chen et a1.，2013；Tang et a1.，2015）。ERPs結(jié)果表明，對(duì)于中頂部P3（400到600 ms），（1）CO條件下的峰值顯著大于SI和RI條件下的峰值；（2）RI條件下的峰潛伏期顯著長(zhǎng)于SI和CO條件下的峰潛伏期。并且P3峰潛伏期差異P3_（RI-SI）與RT差異RT_（RI-SI）呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)果共同表明，在色詞Flanker任務(wù)中，SC和RC的產(chǎn)生涉及到中頂部P3峰值和潛伏期的變化。

4.1行為發(fā)現(xiàn)

RT結(jié)果顯示了明顯的SC和RC。這表明，在色詞Flanker任務(wù)中，同時(shí)存在兩類沖突。SC可能發(fā)生在目標(biāo)漢字和分心漢字的刺激加工階段，RC的產(chǎn)生可能是因?yàn)槟繕?biāo)漢字和分心漢字所激活的反應(yīng)不同，從而出現(xiàn)了反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)。

錯(cuò)誤率結(jié)果顯示了明顯的RC。由表1可知，三種條件下的錯(cuò)誤率都很低，可能出現(xiàn)了地板效應(yīng)?？紤]到本研究采用的是基于色詞的Flanker任務(wù)，實(shí)驗(yàn)材料是紅綠黃藍(lán)四個(gè)漢字，并且被試是大學(xué)生，因此任務(wù)難度小，從而導(dǎo)致很低的錯(cuò)誤率。

4.2ERPs發(fā)現(xiàn)

4.2.1P3峰值

有研究采用Flanker任務(wù)發(fā)現(xiàn)，c條件下的P3波幅比I條件下的P3波幅更大（Doucet&Stelmack;，1999）。由于I條件下包含了沖突，所以任務(wù)的難度更大（Botvinick et a1.，2004；Braver et a1.，2001），這暗示P3波幅與任務(wù)難度有關(guān)，任務(wù)越難，P3波幅越?。≒icton，1992）。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于中頂部P3（400到600 ms），CO條件下的P3峰值明顯大于sI和RI條件下的P3峰值，而sI和RI條件下的P3峰值無(wú)顯著差異。所以，P3峰值結(jié)果可能說(shuō)明sI和CO條件下的刺激加工難度不同。

根據(jù)DO模型（Kornblum et a1.，1990；Kornblum&Lee;，1995），SC發(fā)生在目標(biāo)刺激和分心刺激的刺激加工階段，即目標(biāo)刺激和分心刺激的加工難度差異可能導(dǎo)致SC（Botvinick et a1.，2004；Braver eta1.，2001）。本研究結(jié)果進(jìn)一步表明，中頂部P3峰值可能是衡量SC的有效指標(biāo)。不過(guò)，這一結(jié)論仍然需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

4.2.2P3峰潛伏期

先前的研究證實(shí)，P3峰潛伏期與反應(yīng)選擇和執(zhí)行加工無(wú)關(guān)（Kok，2001；Luck，2005），而只與刺激評(píng)估所需的時(shí)間有關(guān)（Kutas et a1.，1977）。例如，在Purmann等人（2011）和Houlihan，Campbell和Stelmack等人（1994）的研究中，研究者采用Flanker任務(wù)考察了沖突加工的時(shí)間過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，I條件下的P3峰潛伏期比c條件下的P3峰潛伏期更長(zhǎng)。由此他們證實(shí)，刺激評(píng)估加工能影響P3潛伏期（Duncan-Johnson&Kopell;，1981）。

本研究發(fā)現(xiàn)，RI條件下的P3峰潛伏期顯著長(zhǎng)于sI和CO條件下的P3峰潛伏期，而sI和CO條件下的P3峰潛伏期無(wú)顯著差異。這與錯(cuò)誤率結(jié)果相符。Kutas等人（1977）發(fā)現(xiàn)，P3潛伏期與刺激評(píng)估所需的時(shí)間有關(guān)。結(jié)合行為結(jié)果，我們認(rèn)為，由于RI條件的任務(wù)難度可能最大，被試對(duì)刺激進(jìn)行評(píng)估所花的時(shí)間更長(zhǎng)，所以P3峰潛伏期最長(zhǎng)。因此，RC可能從刺激評(píng)估階段就開始產(chǎn)生。不過(guò)，這一結(jié)論還需進(jìn)一步的研究證實(shí)。

另外，Pearson積差相關(guān)分析顯示，P3峰潛伏期差異P3（RI-SI）與RT（RI-SI）呈顯著正相關(guān)。這進(jìn)一步說(shuō)明，行為上的RC大小可能與刺激評(píng)估所需的時(shí)間有關(guān)。因此，本研究揭示，中頂部P3峰潛伏期可能是衡量RC的有效指標(biāo)之一。

5結(jié)論

在色詞Flanker任務(wù)中，中頂部P3的峰值和峰潛伏期特征分別揭示了刺激沖突和反應(yīng)沖突。