孫 鵬 李雪晴 張慶云 尚懷乾 凌曉麗

睡眠對知覺與動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固效應(yīng)的影響*

孫 鵬1李雪晴2張慶云3尚懷乾3凌曉麗3

(1山東財(cái)經(jīng)大學(xué)大學(xué)生心理健康教育與研究中心, 濟(jì)南 250014)(2北京理工大學(xué)人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)院, 北京 100081) (3山東師范大學(xué)心理學(xué)院, 濟(jì)南 250358)

離線階段發(fā)生的學(xué)習(xí)被稱為離線鞏固, 即在最初獲得知識(shí)之后, 即使沒有額外的練習(xí), 其記憶痕跡也會(huì)保持穩(wěn)定或提高。有研究初步探究了睡眠對知覺和動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固的影響, 然而, 這些研究未能實(shí)現(xiàn)知覺序列與動(dòng)作序列的完全分離, 序列類型是否調(diào)節(jié)睡眠對內(nèi)隱序列學(xué)習(xí)離線鞏固的影響仍需進(jìn)一步探討。此外, 既往外顯學(xué)習(xí)的研究發(fā)現(xiàn)相對于簡單的序列, 復(fù)雜的序列更容易從睡眠中獲益, 表現(xiàn)出基于睡眠的離線鞏固效應(yīng)。睡眠對知覺序列與動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固的影響是否會(huì)受到序列復(fù)雜程度的調(diào)節(jié)尚不明確。為此, 本研究在完全分離知覺序列和動(dòng)作序列的情況下, 通過3個(gè)實(shí)驗(yàn)操縱序列的長度及結(jié)構(gòu), 設(shè)置3種不同復(fù)雜程度的序列規(guī)則, 考察了這一問題。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 對于動(dòng)作序列, 序列規(guī)則復(fù)雜程度較低時(shí), 無論是否經(jīng)過睡眠都會(huì)發(fā)生離線鞏固效應(yīng), 而當(dāng)動(dòng)作序列規(guī)則較為復(fù)雜時(shí), 只有經(jīng)歷睡眠才會(huì)引起離線鞏固效應(yīng); 對于知覺序列, 無論何種難易程度的規(guī)則, 均未發(fā)生離線鞏固效應(yīng)。上述結(jié)果表明內(nèi)隱序列知識(shí)基于睡眠的離線鞏固會(huì)受到序列類型及序列復(fù)雜程度的調(diào)節(jié), 這為內(nèi)隱學(xué)習(xí)的離線鞏固爭論提供了新的視角。

睡眠, 內(nèi)隱學(xué)習(xí), 知覺序列, 動(dòng)作序列, 離線鞏固

1 引言

學(xué)習(xí)是人類非常重要的一種認(rèn)知能力, 其不僅可以在學(xué)習(xí)階段, 即在線階段(online periods)發(fā)生, 也可以在非學(xué)習(xí)階段, 即離線階段(offline periods)發(fā)生。離線階段發(fā)生的學(xué)習(xí)被稱為離線鞏固, 指的是知識(shí)在最初獲得之后, 即使沒有額外的練習(xí), 記憶痕跡也會(huì)保持穩(wěn)定或提高的過程(Barham et al., 2021; Hallgat? et al., 2013; Robertson, 2009; Simor et al., 2019; Song, 2009)。早在上個(gè)世紀(jì)末, Karni等人就采用視覺紋理識(shí)別任務(wù)和手指敲擊任務(wù), 分別證明了知覺和動(dòng)作學(xué)習(xí)效應(yīng)在一段時(shí)間的離線后會(huì)得到提高(Karni et al., 1995; Karni et al., 1998; Karni & Sagi, 1993; Karni et al., 1994)。2004年, Robertson等人也通過序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)對該效應(yīng)進(jìn)行了探究, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試在經(jīng)歷12小時(shí)的離線階段后, 序列學(xué)習(xí)效應(yīng)得到了提高。離線鞏固是學(xué)習(xí)的一部分, 它使得剛剛習(xí)得內(nèi)容的記憶痕跡變得更為穩(wěn)定, 在幫助抵抗遺忘過程中的干擾因素時(shí)發(fā)揮著不可代替的作用, 受到了研究者的廣泛關(guān)注。目前, 已有大量研究通過不同的實(shí)驗(yàn)范式驗(yàn)證了外顯學(xué)習(xí)中離線鞏固效應(yīng)的存在(Brawn et al., 2010; Kempler & Richmond, 2012; Nettersheim et al., 2015; Sánchez-Mora & Tamayo, 2021; Song et al., 2007; Walker et al., 2003)。

然而, 近幾十年來許多研究發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)并非一定是有意識(shí)的, 也可以是在無意識(shí)條件下進(jìn)行的內(nèi)隱學(xué)習(xí), 它是有機(jī)體通過與環(huán)境接觸, 自動(dòng)的、不易察覺的獲得知識(shí)、規(guī)則的過程, 在日常生活中, 對適應(yīng)環(huán)境和預(yù)知事件起著至關(guān)重要的作用(Reber, 1967; 郭秀艷, 2003; 郭秀艷等, 2011; 郭秀艷, 楊治良, 2002)。內(nèi)隱習(xí)得知識(shí)是否存在離線鞏固效應(yīng)以及該效應(yīng)是否依靠睡眠一直是該領(lǐng)域的焦點(diǎn)研究問題(Cajochen et al., 2004; Kemény & Lukacs, 2016;Nemeth et al., 2010; Robertson et al., 2004; Romano et al., 2010; Sánchez-Mora & Tamayo, 2021; Song et al., 2007; Spencer et al., 2007; Urbain et al., 2013)。目前, 既往研究已經(jīng)證實(shí)了內(nèi)隱習(xí)得知識(shí)也存在離線鞏固效應(yīng), 但睡眠對內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固的影響至今沒有一致性的結(jié)論(Backhaus et al., 2016; Borragán et al., 2015; Ertelt et al., 2012; Hallgat? et al., 2013; Meier & Cock, 2014; Nemeth et al., 2010; Robertson et al., 2004; Sánchez-Mora & Tamayo, 2021; Song et al., 2007; Spencer et al., 2006, 2007; Vakil et al., 2021)。在探究內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固的研究中, 研究者通常設(shè)置白天組和晚上組兩種條件, 并要求被試在第一階段的學(xué)習(xí)任務(wù)結(jié)束之后, 間隔白天或晚上的12個(gè)小時(shí), 完成第二階段的任務(wù)(Hallgat? et al., 2013; Nemeth et al., 2010; Robertson et al., 2004; Sánchez-Mora & Tamayo, 2021; Spencer et al., 2007; Vakil et al., 2021)。對于白天組, 要求被試保持清醒狀態(tài), 晚上組則正常睡眠。一些研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)隱知識(shí)的習(xí)得存在基于睡眠的離線鞏固效應(yīng), 具體表現(xiàn)為在睡眠狀態(tài)下存在更大的離線鞏固效應(yīng)(Ertelt et al., 2012; Spencer et al., 2007); 另一些研究則發(fā)現(xiàn)睡眠和清醒狀態(tài)下, 內(nèi)隱學(xué)習(xí)存在類似的離線鞏固效應(yīng)(Borragán et al., 2015; Nemeth et al., 2010)。

縱觀既往探討內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固效應(yīng)的研究, 大多采用了經(jīng)典的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)(serial reaction time, SRT) (Nissen & Bullemer, 1987), 該任務(wù)存在的一個(gè)問題在于刺激呈現(xiàn)的順序和手指按鍵順序是一一對應(yīng)的, 兩者混合在一起, 因此無法確定被試內(nèi)隱習(xí)得的究竟是刺激呈現(xiàn)的順序(知覺學(xué)習(xí))還是手指按鍵的順序(動(dòng)作學(xué)習(xí)), 也就無法確切厘清睡眠對內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固效應(yīng)的影響作用。既往外顯序列學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究已揭示出知覺信息與動(dòng)作信息在離線鞏固上存在差異, 表現(xiàn)為知覺信息表征的鞏固與睡眠有關(guān), 而動(dòng)作信息表征的鞏固與睡眠或覺醒無關(guān)(Albouy et al., 2015; Albouy et al., 2013; Witt et al., 2010)。且腦成像的研究也進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)兩種信息表征在神經(jīng)層面存在差異：知覺信息表征和動(dòng)作信息表征分別依賴于海馬皮層網(wǎng)絡(luò)(hippocampo- cortical networks)和紋狀體皮層網(wǎng)絡(luò)(striato-cortical networks); 研究還發(fā)現(xiàn)海馬的活動(dòng)與基于睡眠的離線鞏固有關(guān), 而紋狀體在離線鞏固過程中的作用并未受到睡眠與否的調(diào)節(jié)(Albouy et al., 2015; Peigneux et al., 2004)。這些研究在一定程度上為序列類型可能調(diào)節(jié)睡眠對內(nèi)隱序列學(xué)習(xí)離線鞏固的影響提供了支持。

有鑒于此, 一些研究者嘗試在分離知覺序列和動(dòng)作序列的前提下, 考察睡眠對兩種序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固的影響。Hallgat?等人(2013)采用改進(jìn)的概率序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)嘗試分離動(dòng)作序列與知覺序列, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)相對于知覺組, 動(dòng)作組有更好的離線鞏固效應(yīng), 但是睡眠對兩者的離線鞏固均沒有促進(jìn)作用。Pace-Schott與Spencer (2013)采用類似的實(shí)驗(yàn)范式則發(fā)現(xiàn), 睡眠在知覺和動(dòng)作序列的離線鞏固中有著不同的作用, 睡眠促進(jìn)了年輕人對知覺序列的離線鞏固, 但對于動(dòng)作序列, 睡眠并沒有表現(xiàn)出離線鞏固的優(yōu)勢。但值得注意的是, 在上述研究中, 知覺序列與動(dòng)作序列并未完全分離。例如, 在Hallgat?等人(2013)的實(shí)驗(yàn)中, 研究者創(chuàng)設(shè)了一個(gè)關(guān)于賽車的情境, 用屏幕中上、下、左、右四個(gè)指向的箭頭代表汽車行駛的方向, 每個(gè)方向分別與其同向的按鍵一一對應(yīng)。被試需要又準(zhǔn)又快的按鍵, 以讓汽車快速按箭頭指向行駛。被試所不知道的是, 汽車行駛的方向是按照某一順序呈現(xiàn)的。該任務(wù)包括兩個(gè)階段：第一個(gè)階段, 告知被試汽車發(fā)生了車禍, 方向盤失靈, 若要按箭頭的方向行駛, 須將箭頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度, 并按下與這個(gè)旋轉(zhuǎn)箭頭對應(yīng)的鍵; 第二階段, 被試被隨機(jī)分到知覺組或動(dòng)作組, 并被告知汽車方向盤已經(jīng)被修好, 因此按與箭頭方向?qū)?yīng)的鍵即可。在知覺條件下, 知覺序列(屏幕上顯示的刺激順序)與第一階段是相同的, 但動(dòng)作序列(按鍵)與第一階段相比逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了90度; 在動(dòng)作條件下, 動(dòng)作序列的順序與第一階段是相同的, 但知覺序列相對于第一階段順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了90度。在該范式中, 盡管知覺組中第二階段的按鍵序列雖發(fā)生了變化, 但它本身仍遵循一定的規(guī)則, 由此產(chǎn)生了一個(gè)新的動(dòng)作序列, 且與知覺序列存在一定的對應(yīng)關(guān)系; 同樣在動(dòng)作組中也產(chǎn)生了一個(gè)新的刺激呈現(xiàn)序列, 并與動(dòng)作序列存在一定的對應(yīng)關(guān)系, 所以該范式實(shí)際并未能完全分離知覺序列和動(dòng)作序列。

2011年, Rose等人在探討純粹的知覺和動(dòng)作序列能否被內(nèi)隱習(xí)得的研究中, 采用的改進(jìn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)則較好的分離了知覺序列和動(dòng)作序列。在該任務(wù)中, 屏幕上會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)色塊與6個(gè)周圍色塊(例如, 紅, 綠, 玫紅, 黑, 黃, 藍(lán))。每個(gè)周圍色塊的位置與鍵盤上的按鍵一一對應(yīng), 要求被試判斷目標(biāo)色塊與周圍哪個(gè)色塊顏色一致并又快又準(zhǔn)地進(jìn)行按鍵。知覺組目標(biāo)色塊的顏色遵循某一固定序列(如：黃, 黑, 綠, 紅, 玫紅, 藍(lán)), 但對應(yīng)的手指按鍵序列是隨機(jī)的; 動(dòng)作組手指按鍵的順序遵循某一規(guī)律(如：k, j, d, s, l, f), 但目標(biāo)色塊的顏色是隨機(jī)的。因此, 可以較好的分離知覺序列和動(dòng)作序列。Rose等人的結(jié)果發(fā)現(xiàn), 不管是知覺序列還是動(dòng)作序列均可以被內(nèi)隱習(xí)得。近期采用類似實(shí)驗(yàn)范式探討純粹的動(dòng)作序列的研究, 也發(fā)現(xiàn)了純粹的動(dòng)作序列可以被內(nèi)隱習(xí)得(Deroost & Coomans, 2018; Ferdinand & Kray, 2017)。鑒于此, 本研究將采用Rose等人(2011)改進(jìn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù), 在完全分離知覺序列和動(dòng)作序列的情況下, 考察睡眠對純粹的知覺和動(dòng)作序列內(nèi)隱習(xí)得離線鞏固的影響。

此外, 既往外顯學(xué)習(xí)的研究發(fā)現(xiàn)相對于長度較短、結(jié)構(gòu)簡單的序列, 序列較長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的序列更容易從睡眠中獲益, 表現(xiàn)出基于睡眠的離線鞏固效應(yīng)(Blischke & Malangré, 2016, 2017; Genzel et al., 2012; Malangré & Blischke, 2016; Malangré et al., 2014)。例如, 在Blischke與Malangré(2017)的研究中, 其采用一個(gè)大動(dòng)作任務(wù)(gross motor tasks)考察了動(dòng)作序列的長度與結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度對動(dòng)作序列學(xué)習(xí)離線鞏固的影響。在該研究中, 被試需要根據(jù)屏幕上的提示將一個(gè)小木栓插到木板上的指定位置, 所插位置遵循某一特定的序列。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 當(dāng)序列較長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高(例如, 2-19-15-2-3-13-19- 7-11-9-14)時(shí), 被試在經(jīng)過睡眠之后, 序列的執(zhí)行時(shí)間顯著降低, 而經(jīng)歷相同時(shí)間的清醒狀態(tài)則沒有表現(xiàn)出執(zhí)行時(shí)間下降。當(dāng)序列長度較短(例如, 3-13- 19-7-11-9)或序列結(jié)構(gòu)遵循某一常規(guī)的移動(dòng)模式(比如：X形狀或矩形)時(shí), 則沒有表現(xiàn)出基于睡眠的離線鞏固效應(yīng)。那么, 睡眠對內(nèi)隱習(xí)得知識(shí)的離線鞏固是否也受到序列復(fù)雜程度的影響？這一問題也尚待進(jìn)一步探索。

綜上所述, 本研究將采用Rose等人(2011)改進(jìn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù), 在完全分離知覺序列和動(dòng)作序列的情況下, 通過3個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同復(fù)雜程度的序列規(guī)則以及12小時(shí)的離線時(shí)間(白天組vs. 晚上組),考察睡眠對純粹的知覺和動(dòng)作序列內(nèi)隱習(xí)得離線鞏固的影響。對于該問題的解決, 將有助于探明內(nèi)隱習(xí)得知識(shí)的離線鞏固是否存在基于睡眠的優(yōu)勢效應(yīng), 以及知覺與動(dòng)作序列內(nèi)隱知識(shí)的離線鞏固過程是否存在分離, 并為內(nèi)隱序列學(xué)習(xí)中的動(dòng)作與知覺之爭, 提供進(jìn)一步的實(shí)證依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)1：睡眠對中等難度知覺與動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固效應(yīng)的影響

2.1 方法

2.1.1 被試

以往相關(guān)的研究采用的被試量為每組15人到17人(Hallgat? et al., 2013; Lutz et al., 2018), 此外參考之前的相關(guān)研究(Lutz et al., 2018), 采用G*Power 3.1 軟件, 設(shè)置統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)力為0.90, α水平為0.05, 效應(yīng)量為0.44, 計(jì)算所需要被試樣本量為57人, 每組平均15人。招募88名在校大學(xué)生參加了實(shí)驗(yàn)(66名女性, 19.10 ± 0.97歲), 并將他們隨機(jī)分到知覺晚上組、知覺白天組、動(dòng)作晚上組、動(dòng)作白天組。其中知覺晚上組21人(17名女性), 知覺白天組21人(16名女性), 動(dòng)作晚上組23人(17名女性), 動(dòng)作白天組23人(16名女性)。所有被試智力正常, 均為右利手, 無色盲色弱, 視力或矯正視力正常。9名被試的數(shù)據(jù)在后續(xù)統(tǒng)計(jì)被剔除, 其中7名被試報(bào)告發(fā)現(xiàn)全部或部分序列規(guī)則(動(dòng)作晚上組4人, 動(dòng)作白天組3人), 2名知覺晚上組被試對其睡眠質(zhì)量的評分過低(低于4分)。所有被試均自愿參加, 在實(shí)驗(yàn)開始之前簽署知情同意書, 實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后給予一定的報(bào)酬。本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)過山東師范大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用2 (序列：知覺序列和動(dòng)作序列) × 2 (睡眠：有和無)被試間實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。因變量為序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)的錯(cuò)誤率和反應(yīng)時(shí)以及預(yù)測任務(wù)的信心值。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)分為兩部分：序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)和預(yù)測任務(wù)。

序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)采用Rose等人(2011)改進(jìn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)。在實(shí)驗(yàn)過程中, 屏幕上呈現(xiàn)6個(gè)周圍色塊(藍(lán), 黃, 黑, 綠, 紅, 玫紅)和一個(gè)目標(biāo)色塊, 每個(gè)周圍色塊的位置對應(yīng)一個(gè)按鍵(從左往右依次是：s, d, f, j, k, l, 要求被試判斷目標(biāo)色塊與周圍哪個(gè)色塊顏色一致并又快又準(zhǔn)地進(jìn)行按鍵反應(yīng)。對于知覺序列組, 目標(biāo)色塊的顏色遵循某一固定序列(如：藍(lán), 黃, 黑, 綠, 紅, 玫紅), 但周圍色塊的顏色是隨機(jī)分配的, 因此, 對應(yīng)的手指按鍵序列也是隨機(jī)的; 對于動(dòng)作組, 手指按鍵順序遵循某一序列(如：s, l, f, k, j, d), 但目標(biāo)色塊的顏色是隨機(jī)的(見圖1A)。實(shí)驗(yàn)之前被試并不知道序列規(guī)則的存在。在每個(gè)試次中, 每組色塊最多呈現(xiàn)2000 ms, 按鍵之后色塊消失, 300 ms后呈現(xiàn)下一組色塊。正式實(shí)驗(yàn)包括兩個(gè)階段。第一個(gè)階段由16個(gè)組塊(block)組成：其中12個(gè)是序列組塊(sequential block), 4個(gè)是隨機(jī)組塊(random block, 分別為第3、7、11、15組塊); 第二個(gè)階段由4個(gè)組塊組成, 其中第3個(gè)為隨機(jī)組塊。每個(gè)組塊均包含72個(gè)試次且組塊之間有10秒的休息時(shí)間。第一階段結(jié)束后間隔12小時(shí)再進(jìn)行第二階段, 對于晚上組, 第一階段在晚上7點(diǎn)至9點(diǎn)進(jìn)行, 第二階段在第二天早上7點(diǎn)至9點(diǎn)進(jìn)行; 對于白天組則相反, 第一階段在早上7點(diǎn)至9點(diǎn)進(jìn)行, 第二階段在當(dāng)天晚上7點(diǎn)至9點(diǎn)進(jìn)行(見圖1B)。為了保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性, 我們分別設(shè)計(jì)了兩個(gè)知覺序列(“藍(lán), 黃, 黑, 綠, 紅, 玫紅”和“黑,藍(lán), 綠, 玫紅, 黃, 紅”)和兩個(gè)動(dòng)作序列(“s, l, f, k, j, d”和“l(fā), k, f, s, j, d”)。兩個(gè)知覺序列和動(dòng)作序列分別在被試間平衡。在正式實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行練習(xí)實(shí)驗(yàn), 以確保被試熟悉實(shí)驗(yàn)流程。

圖1 A是實(shí)驗(yàn)1序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)(SRT)示意圖; B是序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)流程圖?！癝RT階段1”在離線階段之前進(jìn)行, “SRT階段2”在離線階段之后進(jìn)行。S指序列組塊, R指隨機(jī)組塊。

序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)結(jié)束后, 詢問被試是否感受到或發(fā)現(xiàn)材料中存在某種規(guī)則, 若被試報(bào)告發(fā)現(xiàn)規(guī)則, 則要求其把規(guī)則寫下來。隨后采用預(yù)測任務(wù)來評估被試可能的外顯知識(shí)數(shù)量。在預(yù)測任務(wù)中, 首先給被試呈現(xiàn)觀察刺激(6個(gè)周圍色塊和目標(biāo)色塊) 2000 ms,要求被試進(jìn)行觀察但不反應(yīng), 300 ms后呈現(xiàn)預(yù)測刺激(6個(gè)周圍色塊和問號), 要求被試預(yù)測此時(shí)目標(biāo)色塊的顏色并進(jìn)行相應(yīng)的按鍵反應(yīng), 預(yù)測刺激最多呈現(xiàn)2000 ms, 被試按鍵之后刺激消失。隨后, 被試需對他們的選擇進(jìn)行信心值評分(50%～100%, 50%表示完全猜測, 100%表示絕對確定, 被試可以輸入50%～100%之間的任何一個(gè)數(shù)字) (Dienes & Seth, 2010; Guo et al., 2013; Li et al., 2013; Mealor & Dienes, 2012)。該任務(wù)共包括24個(gè)試次, 使用與序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)中相同的序列規(guī)則, 并把該序列間斷開, 其中每種間斷呈現(xiàn)4次(Rose et al., 2011)。

為了測量被試的睡眠時(shí)間和睡眠質(zhì)量(晚上組：當(dāng)晚的睡眠, 白天組：前一晚的睡眠), 參考Song等人(2007)的研究, 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后, 讓被試完成匹茲堡睡眠品質(zhì)問卷(Pittsburgh Sleep Quality Index, PQSI) (Buysse et al., 1989)以及清晨型和夜晚型問卷自評量表(Morningness–Eveningness Questionnaire, MEQ) (Horne & Ostberg, 1976), 此外, 詢問被試的睡眠時(shí)間并讓他們對自己的睡眠質(zhì)量進(jìn)行1～10評分(Song et al., 2007), 分值越高睡眠質(zhì)量越好。白天組被試被要求白天不要小睡, 但對白天的活動(dòng)沒有進(jìn)行限制。

2.2 結(jié)果

2.2.1 睡眠狀況

對知覺晚上組、知覺白天組、動(dòng)作晚上組與動(dòng)作白天組被試的睡眠時(shí)間、自評睡眠質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PSQI分?jǐn)?shù)以及MEQ分?jǐn)?shù)分別進(jìn)行2 × 2的方差分析, 發(fā)現(xiàn)均沒有顯著性差異(s> 0.05), 4組被試的具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)1四組被試的睡眠狀況(M ± SD)

注：PQSI為匹茲堡睡眠品質(zhì)問卷, MEQ為清晨型和夜晚型問卷自評量表。

2.2.2 內(nèi)隱序列的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)

在序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)中, 因各組的錯(cuò)誤率比較低：知覺晚上組(= 0.04,= 0.02)、知覺白天組(= 0.05,= 0.02)、動(dòng)作晚上組(= 0.03,= 0.02)、動(dòng)作白天組(= 0.04,= 0.02), 因此在后面的數(shù)據(jù)分析中不再分析錯(cuò)誤率, 主要分析反應(yīng)時(shí)。

參考Ling等人(2015)以及Hallgat?等人(2013)的研究, 序列學(xué)習(xí)效應(yīng)(Sequence Learning Effect, SLE)計(jì)算方式如下：用隨機(jī)序列組塊的反應(yīng)時(shí)減相鄰兩個(gè)序列組塊的平均反應(yīng)時(shí), 即第一階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng) = 組塊15 ? (組塊14 + 組塊16) / 2。將各組的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：知覺晚上組((18) = 2.48,= 0.023, Cohen’s= 0.57)、知覺白天組((20) = 2.37,= 0.028, Cohen’s= 0.52)、動(dòng)作晚上組((18) = 6.71,< 0.001, Cohen’s= 1.54)、動(dòng)作白天組((19) = 5.87,< 0.001, Cohen’s= 1.31)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均顯著高于0, 表明4組被試均習(xí)得了序列知識(shí)(見圖2A)。

對各組第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)進(jìn)行2 (序列：知覺序列和動(dòng)作序列) × 2 (睡眠：有和無)被試間方差分析, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 序列主效應(yīng)顯著((1, 75) = 49.06,< 0.001, ηp2= 0.40), 動(dòng)作序列的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)顯著高于知覺序列; 睡眠主效應(yīng)不顯著,(1, 75) = 0.31,= 0.581; 序列與睡眠的交互作用不顯著,(1, 75) = 0.70,= 0.404。

2.2.3 離線鞏固效應(yīng)

同第一階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng)的計(jì)算方式, 第二階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng)=組塊19 ? (組塊18 + 組塊20) / 2; 離線鞏固效應(yīng)等于第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)減去第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)。將各組第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)動(dòng)作晚上組((18) = 6.37,< 0.001, Cohen’s= 1.46)和動(dòng)作白天組((19) = 9.95,< 0.001, Cohen’s= 2.22)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均顯著高于0; 知覺晚上組((18) = 1.44,= 0.168)和知覺白天組((20) = 0.24,= 0.812)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均與0沒有顯著性差異(見圖2B)。

將各組的離線鞏固效應(yīng)進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 動(dòng)作晚上組((18) = 2.76,= 0.013, Cohen’s= 0.63)、動(dòng)作白天組((19) = 2.31,= 0.032, Cohen’s= 0.51)的離線鞏固效應(yīng)顯著高于0; 知覺晚上組((18) = ?0.88,= 0.391)和知覺白天組((20) = ?1.69,= 0.107)的離線鞏固效應(yīng)均與0沒有顯著性差異(見圖2C)。對離線鞏固效應(yīng)進(jìn)行2 (序列：知覺序列和動(dòng)作序列) × 2 (睡眠：有和無)的被試間方差分析, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 序列主效應(yīng)顯著((1, 75) = 16.47,< 0.001, ηp2= 0.18), 動(dòng)作組離線鞏固效果好于知覺組; 睡眠主效應(yīng)不顯著,(1, 75) = 0.58,= 0.448; 序列和睡眠交互作用不顯著,(1, 75) = 0.001,= 0.981。

圖2 A是第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng); B是第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng); C是離線鞏固效應(yīng)。誤差線代表均值的標(biāo)準(zhǔn)誤。*表示p < 0.05, **表示p < 0.01, ***表示p < 0.001, 下同。

2.2.4 意識(shí)性評估

Dienes等人提出(Dienes et al., 1995; Dienes & Berry, 1997; Dienes & Perner, 1999)采用零相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(zero-correlation criterion)來考察被試習(xí)得知識(shí)的意識(shí)性狀態(tài), 該方法已被廣泛證明能夠準(zhǔn)確的確定外顯知識(shí)是否存在(Guo et al., 2013; 李菲菲, 2013)。具體來說, 被試在每次做出預(yù)測判斷后進(jìn)行信心值評估, 如果習(xí)得的知識(shí)是無意識(shí)的, 那么他們即使能做出正確的判斷, 也并不能區(qū)分知道和猜測狀態(tài),即被試判斷正確率與信心值之間不相關(guān)。

參考姜珊(2012)的研究, 本研究通過區(qū)分被試判斷正確和錯(cuò)誤的試次, 評估兩類試次間被試信心值的關(guān)系, 進(jìn)一步檢驗(yàn)被試的知識(shí)意識(shí)性狀態(tài)。14名被試由于判斷全錯(cuò)在后續(xù)統(tǒng)計(jì)中被剔除(知覺晚上組3人, 動(dòng)作晚上組9人, 動(dòng)作白天組2人)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 對于知覺晚上組((15) = ?0.63,= 0.540)、動(dòng)作晚上組((9) = ?1.77,= 0.111)和動(dòng)作白天組((17) = ?0.79,= 0.439), 兩類試次之間信心值均差異不顯著, 表明被試的知識(shí)是內(nèi)隱的。知覺白天組兩類試次間信心值差異顯著((20) = ?2.36,= 0.029, Cohen’s= 0.51), 表現(xiàn)為被試判斷錯(cuò)誤的試次信心值顯著高于判斷正確的試次, 也說明被試的知識(shí)是無意識(shí)的。此外, 剔除的14名被試正確率為0, 也表明他們并不存在外顯知識(shí)。

2.3 討論

實(shí)驗(yàn)1采用Rose等人(2011)改進(jìn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù), 在完全分離知覺序列和動(dòng)作序列的情況下, 考察了睡眠對純粹的知覺序列和動(dòng)作序列內(nèi)隱習(xí)得離線鞏固的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)相對于知覺序列, 動(dòng)作序列表現(xiàn)出更強(qiáng)的離線鞏固效應(yīng), 但睡眠對知覺序列和動(dòng)作序列的離線鞏固均沒有促進(jìn)作用。

既往外顯學(xué)習(xí)的研究發(fā)現(xiàn)基于睡眠的離線鞏固只是發(fā)生在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的動(dòng)作序列學(xué)習(xí)中, 并未出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單序列的學(xué)習(xí)中(Blischke & Malangré, 2016, 2017; Genzel et al., 2012; Malangré et al., 2014)。在內(nèi)隱學(xué)習(xí)領(lǐng)域, 基于睡眠的離線鞏固效應(yīng)是否也受到序列復(fù)雜程度的影響？鑒于此, 實(shí)驗(yàn)2將采用更為復(fù)雜的序列規(guī)則考察睡眠對純粹的知覺序列和動(dòng)作序列內(nèi)隱習(xí)得離線鞏固的影響。

3 實(shí)驗(yàn)2：睡眠對復(fù)雜知覺與動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固效應(yīng)的影響

3.1 方法

3.1.1 被試

實(shí)驗(yàn)2樣本量的選擇方式與實(shí)驗(yàn)1相同。招募81名在校大學(xué)生參加了實(shí)驗(yàn)(60名女性, 20.01 ± 1.93歲), 并隨機(jī)分到知覺晚上組、知覺白天組、動(dòng)作晚上組、動(dòng)作白天組。其中知覺晚上組20人(13名女性), 知覺白天組20人(14名女性), 動(dòng)作晚上組20人(16名女性), 動(dòng)作白天組21人(17名女性)。所有被試智力正常, 均為右利手, 無色盲色弱, 視力或矯正視力正常。其中6名被試因發(fā)現(xiàn)部分規(guī)則或全部規(guī)則在后續(xù)統(tǒng)計(jì)中被剔除(動(dòng)作晚上組3名與動(dòng)作白天組3名)。所有被試均自愿參加, 在實(shí)驗(yàn)開始之前簽署知情同意書, 實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后給予一定的報(bào)酬。本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)過山東師范大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

同實(shí)驗(yàn)1, 本實(shí)驗(yàn)采用2 (序列：知覺序列和動(dòng)作序列) × 2 (睡眠：有和無)的被試間實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。因變量為序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)的錯(cuò)誤率和反應(yīng)時(shí)以及預(yù)測任務(wù)的信心值。

3.1.3 實(shí)驗(yàn)程序

同實(shí)驗(yàn)1, 實(shí)驗(yàn)2也包括序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)和預(yù)測任務(wù)。與實(shí)驗(yàn)1不同的是, 在本實(shí)驗(yàn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)中采用了2個(gè)復(fù)雜程度更高的知覺序列(“紅, 綠, 黑, 黃, 藍(lán), 玫紅, 綠, 黃, 黑, 玫紅, 藍(lán)”和“藍(lán), 紅, 玫紅, 綠, 藍(lán), 黑, 紅, 黑, 綠, 黃, 玫紅”)和2個(gè)復(fù)雜程度更高的動(dòng)作序列 (“d, j, f, k, s, l, j, k, f, l, s”和“s, d, l, j, s, f, d, f, j, k, l”)。

3.2 結(jié)果

3.2.1 睡眠狀況

對知覺晚上組、動(dòng)作晚上組、知覺白天組與動(dòng)作白天組被試的睡眠時(shí)間、自評睡眠質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PSQI分?jǐn)?shù)以及MEQ分?jǐn)?shù)進(jìn)行2 × 2的方差分析, 均沒有顯著差異(s > 0.05), 4組被試的具體數(shù)據(jù)見表2。

3.2.2 內(nèi)隱序列的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)

在序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)中, 因各組的錯(cuò)誤率比較低：知覺晚上組(= 0.04,= 0.02)、知覺白天組(= 0.04,= 0.03)、動(dòng)作晚上組(= 0.04,= 0.02)、動(dòng)作白天組(= 0.04,= 0.03), 因此在后面的數(shù)據(jù)分析中不再分析錯(cuò)誤率, 主要分析反應(yīng)時(shí)。

表2 實(shí)驗(yàn)2四組被試的睡眠狀況(M ± SD)

注：PQSI為匹茲堡睡眠品質(zhì)問卷, MEQ為清晨型和夜晚型問卷自評量表。

同實(shí)驗(yàn)1, 第一階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng) = 組塊15 ? (組塊14 + 組塊16) / 2。將各組的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：第一階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng)：動(dòng)作晚上組((16) = 4.80,< 0.001, Cohen’s= 1.17)和動(dòng)作白天組((17) = 6.27,< 0.001, Cohen’s= 1.48)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)顯著高于0, 說明被試均習(xí)得序列知識(shí); 知覺晚上組((19) = 1.92,= 0.070)與知覺白天組((19) = 0.90,= 0.377)第一階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均與0無顯著差異(見圖3A)。

對各組第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)進(jìn)行2 (序列：知覺序列和動(dòng)作序列) × 2 (睡眠：有和無)被試間方差分析, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 序列主效應(yīng)顯著((1, 71) = 23.47,< 0.001, ηp2= 0.25), 動(dòng)作序列的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)顯著高于知覺序列; 睡眠主效應(yīng)不顯著,(1, 71) = 0.01,= 0.915; 序列與睡眠的交互作用不顯著,(1, 71) = 0.41,= 0.522。

3.2.3 離線鞏固效應(yīng)

同實(shí)驗(yàn)1, 第二階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng) = 組塊19 ? (組塊18 + 組塊20) / 2; 離線鞏固效應(yīng)等于第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)減去第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)。將各組的第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)動(dòng)作晚上組((16) = 8.21,< 0.001, Cohen’s= 1.99)和動(dòng)作白天組((17) = 6.49,< 0.001, Cohen’s= 1.53)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均顯著高于0; 知覺晚上組((19) = 0.70,= 0.491)和知覺白天組((19) = 0.89,= 0.385)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均與0無顯著差異(見圖3B)。

對各組的離線鞏固效應(yīng)進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 動(dòng)作晚上組((16) = 4.37,< 0.001, Cohen’s= 1.06)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)顯著高于0; 動(dòng)作白天組((17) = ?1.50,= 0.153)、知覺晚上組((19) = ?1.16,= 0.261)與知覺白天組((19) = ?0.02,= 0.987)的離線鞏固效應(yīng)均與0無顯著差異(見圖3C)。對離線鞏固效應(yīng)進(jìn)行2 (序列：知覺序列和動(dòng)作序列) × 2 (睡眠：有和無)的被試間方差分析, 序列主效應(yīng)不顯著,(1, 71) = 3.13,= 0.081; 睡眠主效應(yīng)顯著,(1, 71) = 4.50,= 0.037, ηp2= 0.06; 序列與睡眠的交互作用顯著,(1, 71) = 9.20,= 0.003, ηp2= 0.12。對交互作用進(jìn)行簡單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn), 對于知覺序列, 晚上組和白天組的離線鞏固效應(yīng)沒有顯著性差異,(1, 71) = 0.44,= 0.507; 而對于動(dòng)作序列, 晚上組的離線鞏固效應(yīng)顯著高于白天組,(1, 71) = 12.45,= 0.001, ηp2= 0.15。當(dāng)有睡眠時(shí), 動(dòng)作組顯著高于知覺組,(1, 71) = 11.35,= 0.001, ηp2= 0.14; 當(dāng)無睡眠時(shí), 知覺組和動(dòng)作組沒有顯著性差異,(1, 71) = 0.81,= 0.371。

3.2.4 意識(shí)性評估

同實(shí)驗(yàn)1, 采用零相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步檢驗(yàn)被試的知識(shí)意識(shí)性狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 4組被試在判斷正確和錯(cuò)誤的試次上, 信心值差異均不顯著(知覺晚上組：(19) = ?0.13,= 0.897; 知覺白天組：(19) = ?0.45,= 0.658; 動(dòng)作晚上組：(16) = 1.28,= 0.218; 動(dòng)作白天組：(17) = 0.78,= 0.447), 表明被試習(xí)得的序列知識(shí)是內(nèi)隱的。

圖3 A是第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng); B是第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng); C是離線鞏固效應(yīng)。誤差線代表均值的標(biāo)準(zhǔn)誤。

3.3 討論

實(shí)驗(yàn)2在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上采用了更加復(fù)雜(序列長度為11)的序列規(guī)則, 在完全分離知覺序列和動(dòng)作序列的情況下, 進(jìn)一步考察了睡眠對純粹的知覺序列和動(dòng)作序列內(nèi)隱習(xí)得離線鞏固的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 被試可以內(nèi)隱習(xí)得動(dòng)作序列, 而且相對于白天組, 動(dòng)作序列晚上組被試表現(xiàn)出更強(qiáng)的離線鞏固效應(yīng); 但對于知覺序列, 被試既沒有內(nèi)隱習(xí)得也沒有表現(xiàn)出任何離線鞏固效應(yīng)。

在實(shí)驗(yàn)1中, 采用長度為6的序列規(guī)則, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)純粹的知覺和動(dòng)作序列知識(shí)均可被內(nèi)隱習(xí)得, 且相對于知覺序列知識(shí), 被試習(xí)得更多的動(dòng)作序列知識(shí), 這與Rose等人(2011)以及Deroost和Soetens (2006)的研究結(jié)果一致。在實(shí)驗(yàn)2中, 采用長度為11的序列規(guī)則, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試只能習(xí)得動(dòng)作序列。既往一些研究發(fā)現(xiàn)知覺序列學(xué)習(xí)僅發(fā)生在序列結(jié)構(gòu)相對簡單的情況下, 對于在復(fù)雜序列結(jié)構(gòu)的情況下, 知覺學(xué)習(xí)是不存在的, 或者是微弱存在的(Deroost & Soetens, 2006; Kempler & Richmond, 2012; Remillard, 2003)。因此在實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2中知覺序列知識(shí)的弱化可能與知覺序列結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有關(guān)。

此外, 實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2均發(fā)現(xiàn)動(dòng)作組存在離線鞏固效應(yīng), 而知覺組不存在離線鞏固效應(yīng)。Kemény和Lukacs (2016)認(rèn)為學(xué)習(xí)的效果會(huì)影響離線鞏固效應(yīng), 即學(xué)習(xí)效果越小, 離線鞏固效應(yīng)越小。在實(shí)驗(yàn)1中, 知覺組第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)較小(11 ms)且顯著低于動(dòng)作組(67 ms)。因此, 知覺組不存在離線鞏固可能與知覺序列的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)過小有關(guān)。鑒于此, 在實(shí)驗(yàn)3中, 我們將進(jìn)一步降低知覺序列的復(fù)雜性來提高序列學(xué)習(xí)效應(yīng), 從而進(jìn)一步探討純粹知覺序列的離線鞏固效應(yīng)。

4 實(shí)驗(yàn)3：睡眠對簡單知覺序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固效應(yīng)的影響

4.1 方法

4.1.1 被試

以往相關(guān)的研究采用的被試量為每組15人到20人(Lutz et al., 2018; Meier & Cock, 2014), 此外參考之前的相關(guān)研究(Lutz et al., 2018)中睡眠效果差異的效果量(Cohen’s= 1.16), 采用G*Power 3.1軟件, 設(shè)置統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)力為0.90, α水平為0.05, 計(jì)算需要被試樣本量為每組17人。招募46名在校大學(xué)生參加了實(shí)驗(yàn)(39名女性, 19.33 ± 1.30歲), 并隨機(jī)分到晚上組、白天組。其中晚上組23人(21名女性), 白天組23人(18名女性)。所有被試智力正常, 均為右利手, 無色盲色弱, 視力或矯正視力正常。4名白天組被試的數(shù)據(jù)在后續(xù)統(tǒng)計(jì)中被剔除, 其中2名被試因未能按照指導(dǎo)語完成實(shí)驗(yàn), 1名被試實(shí)驗(yàn)過程中睡著, 另外1名被試實(shí)驗(yàn)過程中程序出問題等原因。所有被試均自愿參加, 在實(shí)驗(yàn)開始之前簽署知情同意書, 實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后給予一定的報(bào)酬。本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)過山東師范大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用單因素被試間設(shè)計(jì)。自變量為組別, 包括晚上組與白天組。因變量為序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)的錯(cuò)誤率和反應(yīng)時(shí)以及預(yù)測任務(wù)的信心值。

4.1.3 實(shí)驗(yàn)程序

同實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2, 實(shí)驗(yàn)3也包括序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)和預(yù)測任務(wù)。與實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2不同的是, 在序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)中, 屏幕上只呈現(xiàn)4個(gè)周圍色塊(黃, 綠, 紅, 藍(lán))和一個(gè)目標(biāo)色塊(見圖4)。每個(gè)周圍色塊的位置與鍵盤上的按鍵(從左往右依次是：d, f, j, k)一一對應(yīng)。另外, 在本實(shí)驗(yàn)中只有知覺序列組, 無動(dòng)作序列組。知覺序列包括兩種(“藍(lán), 綠, 黃, 紅”和“綠, 藍(lán), 紅, 黃”), 并在被試間平衡。

圖4 實(shí)驗(yàn)3序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)示意圖。

表3 實(shí)驗(yàn)3晚上組和白天組被試的睡眠狀況(M ± SD)

注：PQSI為匹茲堡睡眠品質(zhì)問卷, MEQ為清晨型和夜晚型問卷自評量表。

4.2 結(jié)果

4.2.1 睡眠狀況

對晚上組與白天組被試的睡眠時(shí)間、自評睡眠質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PSQI分?jǐn)?shù)以及MEQ分?jǐn)?shù)進(jìn)行獨(dú)立樣本檢驗(yàn), 均沒有顯著性差異(s > 0.05), 兩組被試的具體數(shù)據(jù)見表3。

4.2.2 內(nèi)隱序列的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)

在序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)中, 因各組的錯(cuò)誤率比較低：晚上組(= 0.04,= 0.02)、白天組(= 0.04,= 0.03), 因此在后面的數(shù)據(jù)分析中不再分析錯(cuò)誤率, 主要分析反應(yīng)時(shí)。

同實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2, 第一階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng) = 組塊15 – (組塊14 + 組塊16) / 2。將兩組被試第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)分別進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：晚上組((22) = 4.73,< 0.001, Cohen’s= 0.99)、白天組((18) = 6.11,< 0.001, Cohen’s= 1.40)的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均顯著高于0 (見圖5), 說明被試均習(xí)得序列知識(shí)。對兩組被試第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立樣本檢驗(yàn), 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 兩組被試第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)無顯著差異((40) = 0.57,= 0.570)。

圖5 序列學(xué)習(xí)效應(yīng)。誤差線代表均值的標(biāo)準(zhǔn)誤。

4.2.3 離線鞏固效應(yīng)

同實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2, 第二階段序列學(xué)習(xí)效應(yīng) = 組塊19 – (組塊18 + 組塊20) / 2; 離線鞏固效應(yīng)等于第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)減去第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)。將兩組被試第二階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)分別進(jìn)行單樣本檢驗(yàn)(見圖5), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組被試的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)均與0均無顯著差異(晚上組：(22) = 1.25,= 0.226; 白天組：(18) = 0.63,= 0.535)。

分別對兩組被試的離線鞏固效應(yīng)進(jìn)行單樣本檢驗(yàn), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)晚上組((22) = ?2.73,= 0.012, Cohen’s= 0.57)和白天組((18) = ?3.63,= 0.002, Cohen’s= 0.83)的離線鞏固效應(yīng)顯著低于0, 且兩組之間無顯著差異,(40) = ?0.11,= 0.911。

4.2.4 意識(shí)性評估

采用零相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步檢驗(yàn)了被試的知識(shí)意識(shí)性狀態(tài), 5名被試由于判斷全錯(cuò)在后續(xù)統(tǒng)計(jì)中被剔除(晚上組2人, 白天組3人)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 兩組被試在判斷正確和錯(cuò)誤的試次上, 信心值差異均不顯著, (晚上組(20) = 0.82,= 0.423)、白天組(15) = ?0.42,= 0.677), 表明被試不存在外顯的知識(shí)。

4.3 討論

實(shí)驗(yàn)3采用更為簡單、長度為4的序列規(guī)則, 進(jìn)一步考察了睡眠對純粹的知覺序列內(nèi)隱習(xí)得離線鞏固的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試可以內(nèi)隱習(xí)得純粹的知覺序列, 但無論晚上組還是白天組均沒有表現(xiàn)出離線鞏固效應(yīng), 與實(shí)驗(yàn)1結(jié)果相同。與實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2相比, 實(shí)驗(yàn)3中知覺組(16 ms)的學(xué)習(xí)效應(yīng)有所提高, 但是與實(shí)驗(yàn)1 (67 ms)、實(shí)驗(yàn)2 (39 ms)中動(dòng)作組的學(xué)習(xí)效應(yīng)仍有較大的差異。

5 總討論

本研究采用Rose等人(2011)改進(jìn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù), 在完全分離知覺序列和動(dòng)作序列的情況下, 通過3個(gè)實(shí)驗(yàn)操縱不同復(fù)雜程度的序列規(guī)則, 系統(tǒng)考察了睡眠對純粹的知覺序列和動(dòng)作序列內(nèi)隱習(xí)得離線鞏固的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 睡眠是否參與內(nèi)隱習(xí)得序列知識(shí)的離線鞏固過程, 受到序列類型(動(dòng)作vs. 知覺)以及序列復(fù)雜程度的影響。具體來說, 對于動(dòng)作序列, 序列復(fù)雜程度較低(序列長度為6)時(shí), 無論是否經(jīng)過睡眠都會(huì)發(fā)生離線鞏固效應(yīng)(實(shí)驗(yàn)1), 而對于較為復(fù)雜的動(dòng)作序列規(guī)則(序列長度為11), 只有經(jīng)歷睡眠才會(huì)引起離線鞏固效應(yīng)的發(fā)生(實(shí)驗(yàn)2); 對于知覺序列, 無論何種難易程度, 均未發(fā)生離線鞏固效應(yīng)(實(shí)驗(yàn)1、2、3)。

本研究發(fā)現(xiàn), 在動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)的離線鞏固中, 相對于簡單的序列, 復(fù)雜的序列更容易從睡眠中獲益, 表現(xiàn)出基于睡眠的離線鞏固效應(yīng)。這與既往外顯動(dòng)作序列基于睡眠離線鞏固的研究發(fā)現(xiàn)相一致：只有序列較長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí), 睡眠才表現(xiàn)出對離線鞏固的促進(jìn)(Blischke & Malangré, 2016, 2017; Genzel et al., 2012; Malangré et al., 2014)。在動(dòng)作序列的內(nèi)隱學(xué)習(xí)研究中, Ertelt等人(2012)采用較為復(fù)雜的雙任務(wù)范式(dual-task paradigm), 設(shè)置較長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的序列規(guī)則(例如：231432413421), 也發(fā)現(xiàn)了睡眠對內(nèi)隱習(xí)得序列的離線鞏固有促進(jìn)作用。而Borragán等人(2015)采用相對簡單的觸屏動(dòng)作序列(在該任務(wù)中刺激位置為屏幕的4個(gè)角, 序列規(guī)則構(gòu)成的路徑形狀較為簡單), 發(fā)現(xiàn)不管是睡眠狀態(tài)還是剝奪睡眠狀態(tài)下, 內(nèi)隱習(xí)得知識(shí)都有相似的離線鞏固效應(yīng)。綜上表明, 睡眠只對復(fù)雜動(dòng)作序列的離線鞏固具有促進(jìn)作用。這可能是由于簡單序列結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)不像復(fù)雜序列能夠主動(dòng)從系統(tǒng)整合過程中獲得更多, 限制了后續(xù)整合過程中離線鞏固的增強(qiáng)效果(Blischke & Malangré, 2017)。此外, 一些研究還發(fā)現(xiàn), 睡眠能夠促進(jìn)人類獨(dú)有的復(fù)雜的認(rèn)知學(xué)習(xí)(Stickgold, 2005)。然而, 何種復(fù)雜程度或長度的動(dòng)作序列才會(huì)存在基于睡眠的離線鞏固效應(yīng), 這種離線鞏固發(fā)生在睡眠的哪個(gè)階段, 以及為什么這種離線鞏固只發(fā)生在睡眠階段等問題, 還有待進(jìn)一步探索。

在本研究中, 無論何種序列難度, 是否有睡眠, 均未發(fā)現(xiàn)純粹知覺序列內(nèi)隱習(xí)得的離線鞏固效應(yīng)。Kemény和Lukacs (2016)指出學(xué)習(xí)的效果會(huì)影響離線鞏固效應(yīng), 學(xué)習(xí)效果越小, 離線鞏固效應(yīng)越小。在實(shí)驗(yàn)1中, 知覺組第一階段的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)較小(11 ms)且顯著低于動(dòng)作組(67 ms)。盡管在實(shí)驗(yàn)3中, 為了提高知覺序列的內(nèi)隱學(xué)習(xí)成績, 使用了更加簡單的序列任務(wù), 但被試在第一階段的序列學(xué)習(xí)成績?nèi)晕从写蠓鹊奶岣?晚上組：17 ms; 白天組：14 ms)。因此, 知覺組不存在離線鞏固可能與知覺序列的序列學(xué)習(xí)效應(yīng)過小有關(guān)。然而, 梳理既往關(guān)于純粹知覺序列的內(nèi)隱學(xué)習(xí)研究發(fā)現(xiàn), 被試的學(xué)習(xí)效應(yīng)基本都介于10～20 ms之間(Gheysen et al., 2011; Rose et al., 2011)。這可能是由于跟動(dòng)作序列相比, 按鍵反應(yīng)不能直接的體現(xiàn)知覺序列的學(xué)習(xí)效應(yīng)有關(guān)。后續(xù)研究可以采用更加直接、敏感的測量方式進(jìn)一步探討純粹知覺序列的離線鞏固效應(yīng)。此外, 學(xué)習(xí)時(shí)長以及序列組塊的分布順序也可能是影響知覺序列學(xué)習(xí)效應(yīng)的因素, 后續(xù)研究也可以通過增加學(xué)習(xí)時(shí)長來嘗試提升被試的學(xué)習(xí)效應(yīng)。

值得注意的是, 除睡眠之外, 時(shí)間間隔也是影響離線鞏固效應(yīng)的重要因素之一(Albouy et al., 2006; Albouy et al., 2008; Hallgat? et al., 2013; van Schalkwijk et al., 2019)。對離線鞏固時(shí)間進(jìn)程的研究表明, 學(xué)習(xí)階段后存在一個(gè)關(guān)鍵期, 這對于記憶痕跡保持穩(wěn)定或提高是必需的, 且因?qū)W習(xí)任務(wù)的不同, 其關(guān)鍵時(shí)期的長度也不盡相同(Robertson et al., 2005; Walker et al., 2003)。例如, Press等人(2005)采用標(biāo)準(zhǔn)的SRT任務(wù)探討了內(nèi)隱動(dòng)作序列學(xué)習(xí)離線鞏固的時(shí)間進(jìn)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 被試在學(xué)習(xí)4個(gè)小時(shí)后表現(xiàn)出離線鞏固效應(yīng), 而且其鞏固效應(yīng)隨離線間隔的增加表現(xiàn)出遞增的趨勢。后續(xù)研究采用類似的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn), 在離線12小時(shí), 甚至更長的時(shí)間后(24小時(shí), 一周或一年), 動(dòng)作序列的離線鞏固效應(yīng)仍然存在(Meier & Cock, 2014; Nemeth & Janacsek, 2011; Romano et al., 2010)。而在Albouy等人(2006)的研究中, 研究者采用序列眼動(dòng)反應(yīng)時(shí)任務(wù)(serial oculomotor reaction time task, SORT), 通過記錄眼動(dòng)反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn), 被試在學(xué)習(xí)后30分鐘就表現(xiàn)出了離線鞏固效應(yīng), 但在間隔5小時(shí)后該效應(yīng)消失。在該研究中, 被試不需要做出手指按鍵反應(yīng), 因此只存在眼動(dòng)/知覺序列學(xué)習(xí)(Vakil et al., 2021)。類似的, 采用時(shí)間辨別任務(wù)(temporal discrimination task)的研究也發(fā)現(xiàn), 知覺學(xué)習(xí)早在間隔5分鐘后就表現(xiàn)出離線鞏固效應(yīng)(Bratzke et al., 2014)。上述研究結(jié)果表明, 相對于動(dòng)作序列, 知覺序列內(nèi)隱知識(shí)的離線鞏固可能是一個(gè)更快的過程。鑒于此, 在本研究中純粹的知覺序列不存在離線鞏固, 還可能是因?yàn)殚g隔時(shí)間太長, 學(xué)習(xí)效應(yīng)得到離線鞏固之后又發(fā)生了衰退有關(guān)。后續(xù)研究可以通過設(shè)計(jì)不同時(shí)間間隔后的睡眠與覺醒條件, 進(jìn)一步探討純粹的知覺序列和動(dòng)作序列基于睡眠的離線鞏固效應(yīng)具體發(fā)生的時(shí)間點(diǎn), 以及它們離線鞏固的動(dòng)態(tài)軌跡。

與既往外顯學(xué)習(xí)研究結(jié)果相一致, 本研究也發(fā)現(xiàn)了睡眠對知覺序列和動(dòng)作序列知識(shí)離線鞏固影響的分離效應(yīng)。與外顯學(xué)習(xí)不同的是, 我們發(fā)現(xiàn)相對于簡單的動(dòng)作序列, 睡眠促進(jìn)了復(fù)雜的動(dòng)作序列的離線鞏固效應(yīng), 而知覺序列則沒有表現(xiàn)出離線鞏固效應(yīng)。不過, 值得注意的是, 在既往分離知覺與動(dòng)作序列的外顯學(xué)習(xí)研究中并未引入序列難度這一變量, 所以提升序列難度之后睡眠對外顯序列學(xué)習(xí)離線鞏固的影響尚不清楚。King等人(2017)認(rèn)為序列學(xué)習(xí)中存在某些特定特征(例如：空間信息、順序信息、情景信息等)會(huì)影響睡眠在序列知識(shí)記憶鞏固過程中的作用, 且該作用的發(fā)揮依賴于海馬系統(tǒng)的再激活過程。另外一些研究者認(rèn)為睡眠對序列學(xué)習(xí)離線鞏固的積極作用與離線過程中與學(xué)習(xí)相關(guān)的腦區(qū)(例如, 海馬、楔葉、前運(yùn)動(dòng)皮層、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和紋狀體等)的重新激活有關(guān)(Maquet et al., 2000; Peigneux et al., 2003; Urbain et al., 2013)。鑒于此, 為了更好的厘清序列知識(shí)類型、睡眠以及內(nèi)隱外顯學(xué)習(xí)方式三者間的關(guān)系, 后續(xù)研究可以借助ERP以及fMRI等技術(shù)進(jìn)一步從神經(jīng)機(jī)制層面探討睡眠對序列學(xué)習(xí)離線鞏固的影響。

再者, 在本研究中, 晝夜節(jié)律也是一個(gè)不可忽視的因素, 以往的研究發(fā)現(xiàn)許多技能和認(rèn)知處理受到晝夜節(jié)律的影響(Cajochen et al., 2004; May et al., 2005)。在本研究中, 白天組和晚上組的被試對于知覺和動(dòng)作序列的學(xué)習(xí)效應(yīng)在第一階段并不存在差異, 表明被試雖然在一天內(nèi)不同的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí), 但對學(xué)習(xí)效果并沒有影響; 而且, 在考察睡眠對序列學(xué)習(xí)離線鞏固的研究中, 設(shè)計(jì)白天組和晚上組是一個(gè)經(jīng)典的做法(Hallgat? et al., 2013; Sánchez- Mora & Tamayo, 2021; Vakil et al., 2021)。過去也有研究者通過控制可能的時(shí)間效應(yīng), 試圖區(qū)分睡眠和晝夜節(jié)律因素, 以此探討睡眠在離線鞏固中的作用, 但沒有得到一致性的結(jié)論(Cajochen et al., 2004; Keisler et al., 2007; Tucker et al., 2017), 在后續(xù)研究中可以通過有無小睡的方式來進(jìn)一步探討睡眠對序列學(xué)習(xí)的影響。

本研究結(jié)果可以為現(xiàn)實(shí)生活中復(fù)雜動(dòng)作信息的內(nèi)隱學(xué)習(xí)提供某些方法上的啟示。比如學(xué)習(xí)樂器, 掌握運(yùn)動(dòng)中的協(xié)調(diào)動(dòng)作以及復(fù)雜的語音發(fā)音等, 都可以考慮通過適當(dāng)安排睡前練習(xí)等方法來改善學(xué)習(xí)效果。

6 結(jié)論

本研究采用改進(jìn)的序列反應(yīng)時(shí)任務(wù), 探討了睡眠對純粹的知覺序列和動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)離線鞏固的影響, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)睡眠是否會(huì)促進(jìn)內(nèi)隱習(xí)得序列知識(shí)的離線鞏固過程, 受到序列類型(動(dòng)作vs. 知覺)以及序列復(fù)雜程度的影響。在動(dòng)作序列內(nèi)隱學(xué)習(xí)的離線鞏固中, 相對于結(jié)構(gòu)簡單的序列, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的序列更容易從睡眠中獲益。對于知覺序列, 無論何種難易程度, 都未發(fā)生離線鞏固效應(yīng)。

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Sleep and the consolidation of perceptual and motor sequences in implicit learning

SUN Peng1, LI Xueqing2, ZHANG Qingyun3, SHANG Huaiqian3, LING Xiaoli3

(1Mental Health Education and Research Center, Shandong University of Finance and Economics, Jinan 250014, China) (2School of Humanities and Social Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China) (3School of Psychology, Shandong Normal University, Jinan 250358, China)

Implicit learning is integral to human cognition. It occurs during the learning phase (online periods) and the offline interval after the learning phase (offline periods). The process during the offline periods is referred to as consolidation, which means stabilization or enhancement of a memory trace even without additional practice after the initial acquisition. Some studies have preliminarily explored the effect of sleep on the consolidation of perceptual and motor sequences in implicit learning. However, these studies have failed to achieve a complete separation of motor sequences and perceptual sequences, thus leaving open the question of whether the sequence type moderates the effects of sleep on the consolidation of implicit sequence learning. In addition, previous studies of explicit learning have found that sequences with long length and high complexity were more likely to benefit from sleep than simple sequences, showing a sleep-based offline consolidation effect. Therefore, the question of whether the effect of sleep on offline consolidation of implicit learning of perceptual and motor sequences is moderated by sequence complexity remains unresolved.

The present study addressed these issues through three experiments applying different sequence length levels and complexities using a modified version of the Serial Reaction Time (SRT) task, which allows independent manipulation of perceptual and motor sequences. Participants were instructed to press the corresponding key as quickly and accurately as possible according to which color of the target square was the same as that of the surrounding square. In the perceptual sequence group, the target square color followed a sequence, but the finger response orders were randomly assigned. The opposite was true for the motor sequence group. Subsequently, a prediction test was used to estimate the amount of possible explicit knowledge.

Experiment 1 used a short six-element sequence with lower complexity and showed a more robust offline consolidation effect in the motor sequence group compared to the perceptual sequence group. However, sleep does not promote the offline consolidation of both sequences. In Experiment 2, a more complex sequence (sequence length 11) was used. The results showed that participants implicitly learned the motor sequence. In the motor sequence group, participants with sleep performed a better offline consolidation effect than those without sleep. However, participants neither implicitly acquired the sequence nor showed an offline consolidation effect in the perceptual sequence group. Participants performed a small or non-significant perceptual sequence learning effect in Experiments 1 and 2. Based on this result, the sleep-related offline consolidation of the perceptual sequence was further examined using a more simple sequence of length 4 in Experiment 3. The results showed that participants exhibited improvements in the performance of perceptual sequences learning, but no offline consolidation effect was observed in either group.

The combined results of the three experiments showed that sleep does not promote the offline consolidation of perceptual sequences, regardless of the degree of difficulty. For motor sequences, the sequence learning effect significantly increased following sleep but not after waking when the sequence length was long and structural complexity was high. However, sleep-related offline improvements were absent when the sequence length was short. In conclusion, these results indicated that the offline consolidation of implicit sequence knowledge based on sleep is modulated by sequence type and sequence complexity.

sleep, implicit learning, perceptual sequences, motor sequences, offline consolidation

2021-11-23

* 國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(31800912)與教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目(18YJC190020)資助。

凌曉麗, E-mail: lingxiaoli@sdnu.edu.cn

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