左右视野条件下文字识别和图形识别的反应时研究精.doc

左右视野条件下文字识别和图形识别的反应时研究
曲之毅 0139226

(天津师范大学教育科学学院 应用心理专业01本科)

指导教师： 陈世平
摘 要: 本研究通过两因素被试内设计对32名被试在左右视野呈现条件下文字和图形识别的反应时进行了测量。实验表明，被试对词语异同判断的反应时要显著快于对图形异同判断的反应时，而左右视野在反应时上的主效应不显著，刺激材料与视野呈现方式的交互作用也不显著。被试在左视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率显著大于右视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率，为大脑左右半球功能差异提供了可靠的证据。此外，性别与刺激材料存在显著的交互作用，当呈现的刺激材料为词语对时，女生的反应时显著快于男生的反应时，当呈现的刺激材料为图形对时，女生的反应时也显著快于女生的反应时。
关键词: 左右视野，文字，图形，反应时。
Abstract:By means of two factors within-subjects design, the RTs were measured when 32 normal participants were performing the tasks of character and graph pairs judgement in the left or right visual field. The research showed that RTs of character pairs judgement was longer than those of graph pairs judgement and differences between character and graph judgement reached the significance level. But the main effect in RTs in the left or right visual field could not be found. The interaction between stimulus material and presentation in visual field could not be found, but the interaction between stimulus material and sex reached the significance level. The rate of correct answers for graph pairs judgement in left visual field was more than that in right visual field, and the rates of correct answers between them had marked differences. When the stimulus material was character pairs, female RTs were faster than male RTs and when the stimulus material was graph pairs, male RTs were lower than female RTs. The results provide the reliable evidence for functional asymmetry of cerebral hemispheres.
Key words : right(left) visual field, character, graph, reaction time(RT).
1 问题的提出
20世纪60年代以来，Rogers Sperry通过“割裂脑”技术对大脑左右半球分工的研究取得了丰硕的成果。他将患有某种癫痫发作病人的胼胝体切除，左右脑两半球即变成了两个分别独立地进行机能活动的组织。于是人们对大脑两半球机能的单侧化现象取得了一致的看法：左半球支配着言语表达能力，数学运算以及连续的分析综合思维，并符合逻辑；右半球支配着空间方位和图形认知，在方位知觉、音乐、绘画、雕刻等艺术活动方面具有优势。到1970年，传统上关于语言（左脑）和非语言（右脑）的二分法观点被放弃了。一些研究证明右半球也有部分的言语功能，但关于右脑的语言处理并未达成广泛共识，这一方面是由于左脑的优越性使右脑作用的显现受到限制，另一方面揭示右脑在语言处理中的作用受到方法的局限[1]。
目前采用PET、fMRI等神经影像技术为在无损伤条件下进行言语区的定位提供了强有力的手段，同时利用该技术研究人类工作记忆的脑机理也是一个十分活跃的研究领域。Johnides和Smith等[2]利用PET并借用Sternberg于1966年研究记忆扫描的项目再认范式设计了不同类型的工作记忆任务，研究表明存在负责不同信息加工的工作记忆系统，如词语工作记忆空间工作记忆等。其中词语工作记忆主要由大脑左半球参与，空间工作记忆主要由大脑右半球参与。对于词语信息，Awh等[3]采用PET发现，被试在进行英文延迟反应任务是，左半球顶叶、背部和腹部外侧额叶皮层显著激活。当直接比较词语和空间任务时，左半球更多保持词语信息，右半球更多保持空间信息。
由于受实验仪器等客观条件的限制，本研究采用半视野速示法。其原理是根据人的视觉生理机制，即颞侧纤维传到同侧，鼻侧纤维交叉到对侧大脑半球，所以半边视野的信息在呈现时间很短的情况下，可以保证信息只传到一侧半球。该方法已经成为研究大脑左右半球功能最常用的方法之一，它可以对正常状态下人脑的功能进行研究[4]。本研究通过实验设计来考察被试分别在左右视野条件下对词语信息和非词语信息的反应时差异，目的是为大脑单侧优势提供更为可靠的证据，因此我们提出这样的假设：对于词语信息，在左视野速示条件下，识别的反应时慢于右视野速示条件下识别的反应时；对于图形信息，在左视野速示条件下识别的反应时快于右视野速示条件下识别的反应时。

2 方法
2.1被试
被试为来自天津高校的32名大学生，男16名女16名，年龄在19 ~ 22岁之间，平均年龄20.3岁。被试中有2名左利手，其余均为右利手。视力（含矫正视力）正常，身体健康。
2.2实验材料及设备
实验材料分为词语卡片和图形卡片。词语是字体为小初号的标准宋体汉字，呈现方式是白底黑字，图形为不规则几何图形，白底黑色线条。词语卡片分为相同词语对和相异词语对，图形卡片也分为相同图形对和相异图形对。用于实验的词语卡片和图形卡片各48对且异同各半，用于练习的词语卡片和图形卡片各8对且异同各半，每个词语（或图形）在4.00cm×4.00cm范围内。为了避免重复再认效应，正式实验与练习的刺激材料及序列顺序不同。实验设备为JGW—B型实验台，备有速示器和计时计数器。

图形异同判断 词语异同判断

祖国 国家

图1 相异图形对 图3 相异词语对

理论 理论

图2 相同图形对 图4 相同词语对

2.3实验设计

该实验为两因素被试内设计，2个因素分别为刺激材料（词语和图形）、视野（左视野和右视野）。由于实验为被试内设计，每个被试要接受多个实验处理并进行重复测量，为了克服顺序效应，刺激材料的呈现顺序进行了拉丁方格平衡。
2.4实验程序
让被试坐在实验台前，面部紧贴速示器观察窗，两眼注视屏幕中心的注视点＋字形。
在实验开始之前，主试告诉被试：我发出“预备”指令后，你就注意正前方屏幕的中心＋字形。请判断每对词语（或图形）是否相同。如果你认为相同，则迅速用左手食指按红色反应键并报告“是”，如果你认为不同，则迅速用右手食指按黄色反应键并报告“否”。保证判断和反应又准又快，不要先报告后按键，而要做到按键的同时报告，以免影响反应时。下面我们来进行一些练习。当被试熟悉操作情景后开始正式实验。
正式实验分为四个阶段进行：词语左视野、词语右视野、图形左视野、图形右视野四种刺激材料的呈现。每对刺激项目随机呈现，呈现时间为180ms。由于实验设备的限制无法满足实验设计的要求，每对刺激项目的间隔时间依靠手工操作，没有得到科学严格的控制。第一个刺激项目呈现在视野中时，被试不做反应，当第二个刺激项目呈现完毕后就有计时计数器自动计时，一直到被试做出按键反应为止。如果被试判断错误，则按错误反应时计。由于每个被试要接受四部分的实验处理，易产生疲劳效应，所以在每个阶段的实验结束后要求被试休息5分钟。
3 结果分析
3.1反应时
首先,我们对反应时进行了2（刺激材料）×2（视野）的一般线性模型（General Linear Model）的重复测量（Repeated Measures）分析，其结果列于表1。

表1 被试反应时(s)的方差分析表
变异来源
SS
df
MS
F
P
被试间
49.584
31

被试内
22.013
96

刺激
7.864
1
7.864
179.201
0.000
刺激×被试
6.960
31
0.225

视野
0.017
1
0.017
0.316
0.574
视野×被试
5.184
31
0.167

刺激×视野
0.059
1
0.059
1.186
0.227
刺激×视野×被试
1.929
31
1.249

表2 左右视野条件下对词语对和图形对异同判断的反应时（s）
呈现条件
词语对
图形对
左视野
0.711
0.804
右视野
0.707
0.818
平均值
0.709
0.811

从表1的分析来看，刺激材料的主效应在统计上是显著的（p<0.001），视野的主效应在统计上是不显著的，刺激材料与视野呈现条件也不存在显著的交互作用。结果表明，被试对词语对异同判断的反应时要快于对图形对异同判断的反应时。
从表2来看，虽然刺激材料与视野呈现条件不存在显著的交互作用，但可以看出对于词语的刺激，在左视野速示条件下异同判断的反应时慢于右视野速示条件下异同判断的反应时；对于图形的刺激，在左视野速示条件下异同判断的反应时要快于右视野速示条件下异同判断的反应时。
3.2正确率
然后，我们对正确反应时进行统计，在左右视野条件下对词语对异同判断的正确率几乎达到100%，对于图形对异同判断的正确率结果列于表3。
表3 左右视野条件下图形对异同判断的正确率及其显著性检验
呈现条件
正确率（%）
t值
P
左视野
75.2606
3.655
0.001
右视野
66.6669

从表3的结果分析，左视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率大于右视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率。经t检验两种视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率具有显著性差异（p<0.01）。
3.3性别与刺激材料的关系
当把性别作为被试间因素考虑在内，想进一步研究在不同视野呈现条件下被试对不同刺激材料异同判断的反应时是否存在性别上的差异时，我们通过重复测量的方差分析得出的结果见表4。
表4 被试反应时（s）的方差分析表
变异来源
SS
df
MS
F
P
被试间
10.038
1
10.038
94.858
0.000
被试内
8.748
6

刺激
7.811
1
7.811
154.092
0.000
刺激×性别
0.552
1
0552
10.885
0.001
视野
0.011
1
0.011
0.191
0.662
视野×性别
0.024
1
0.024
0.406
0.524
刺激×视野
0.056
1
0.056
1.116
0.291
刺激×视野×性别
0.024
1
0.024
0.477
0.490

表5 不同性别对不同刺激材料的反应时（s）比较
刺激材料
男
女
F
P
S
S
词语对
0.752
0.207
0.655
0.194
88.329
0.000
图形对
0.881
0325
0.750
0.313
63.780
0.000
从表4的分析来看，男女生在刺激材料的异同判断上的反应时存在显著差异（p<0.001），刺激材料的主效应在统计上是显著的（p<0.001），与表1的结果一致。刺激材料与性别的交互作用显著（p<0.01）。我们对两者的交互作用做了进一步的简单效应检验，从表5的分析来看，当呈现的刺激材料为词语对时，女生的反应时显著快于男生的反应时，当呈现的刺激材料为图形对时，女生的反应时显著快于男生的反应时。
4 讨论
4.1对刺激材料主效应的讨论
本实验研究发现，被试对词语对异同判断的反应时显著快于对图形对异同判断的反应时。首先，从刺激材料的性质来分析，所选的词语均为汉字，汉字是由象形文字发展而来的，其认知加工具有区别于西方拼音文字的特点。况且中国人对文字的熟悉度要远远超过不规则几何图形。其次，从刺激呈现时间和间隔时间的控制角度来看，半视野速示法要求信息的呈现时间很短，要短于眼球再对周围刺激点集中所需的时间（150~200ms）。密斯金和弗格斯（1952）创立该法研究人的视知觉不对称的技术，他们以速示器快速地（通常为50ms）向人的半侧视野呈现语词的或非语词的各种刺激物[4]。而我们将刺激的呈现时间定为180ms，相对较长。在呈现时间很短的情况下，大脑可能主要以字形的空间形体进行加工，而呈现时间稍长时，词语信息可能逐渐从字形的空间形体加工转化为语义加工这一更深层次的加工，这使词语比不规则的几何图形更有利于记忆。必须提出的一点是，该实验的时间间隔没有得到恒定的时间控制，完全利用手工操作，致使两个刺激信息判断的间隔时间过长，这样可能促使被试在第一个刺激呈现后有更多的时间进行复述。同时，词语与图形相比更易于默读复述。最后，从记忆策略的角度看，该结果可能是由于图形任务与词语任务相比记忆策略较少造成的。
4.2对图形对异同判断正确率的分析讨论
当我们利用反应时作为因变量指标时，被试对图形对在左右视野呈现条件下的异同判断没有显著的差异。这可能是由于图形刺激材料的性质造成的。J.Sergent和L.Alwitt[5]采用“大—小字母复合图”范式进行的研究结果发现，被试在辨认大字母时右半球有优势，辨认小字母时左半球有优势。M.Vankleeck[5]对多项研究进行元分析，得到右半球在处理整体性质时占优势，左半球在处理局部性质时占优势的结论。在相异图形对的制作上，我们主要在图形的微观细节上作了改动，如果用左半球在处理局部性质占优势的结论来解释，那么对这些图形对的判断不仅是在图形认知占优势的右半球起作用，而且左半球对微观细节的判断也起了不容忽视的作用。
然而，当把正确率作为因变量指标时，统计检验的结果得出左视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率显著大于右视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率，这一点支持了我们原先的理论假设，也进一步为左右脑功能差异的研究提供了可靠的证据。此外，在把反应时作为因变量指标时，没有把错误反应时剔除，可能也是造成统计上检验不显著的原因。

4.3性别与大脑左右半球的不对称性
从表5可以看出，当呈现的刺激材料为词语对时，女生的反应时显著快于男生的反应时，而且女生对词语对判断的反应时显著快于对图形对判断的反应时，当刺激材料为图形对时，男生的反应时显著慢于女生的反应时，这一点支持了已有研究发现女性的语言技能优于男性的特点，但没有证明男性的数学及空间形象技能优于女性。虽然还有研究表明，大脑两半球分工有性别差异：一般而言，女性不如男性明显。例如语言与空间辨认，在女性则相对地说，平分于两半球。其证据来自解剖、脑伤、行为等多方面[6]。但是对于这一差异的解释至今尚无定论。例如，有的研究解释说因为女孩子的语言发展早（在胼胝体开始工作之前），所以女性语言的单侧化程度比男性差，也就是说，女性的语言功能在两半球皮质上都有，但同时也发现女性在空间知觉和定向能力方面比男性弱一些，这暗示，女性的右半球虽然参与了一部分语言过程，但也牺牲了一部分空间认识的能力。[7]
4.4本实验研究的不足

第一，在选择词语作为刺激材料时没有充分考虑对笔画数和字频的控制，这可能是造成被试在左右视野呈现条件下对文字对的异同判断差异不显著的原因。
第二，左右手食指按键的顺序没有进行被试间的平衡。
5 结论
5.1被试对词语对异同判断的反应时要显著快于对图形对异同判断的反应时。视野的主效应不显著。刺激材料与视野呈现条件不存在显著的交互作用。
5.2左视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率显著大于右视野呈现条件下对图形对异同判断的正确率。
5.3 当呈现的刺激材料为词语对时，女生的反应时显著快于男生的反应时，当呈现的刺激材料为图形对时，女生的反应时也显著快于男生的反应时。
参考文献
[1]孟万金，屈加平. 国外关于右脑的语言功能研究的进展. 心理学探新，2001，（2）：18—20.
[2]刘昌. 人类工作记忆的某些神经影像研究. 心理学报，2002，（6）：634—642.
[3]王益文，林崇德，魏景汉，罗跃嘉，卫星. 工作记忆中汉字与空间的分离及动态优势半球的ERP效应. 心理学报，2004，36（3）：253—259.
[4]史清敏. 关于大脑左右半球功能的研究方法. 河北师范大学学报（教育科学版），1999，1（2）：16.
[5]蔡厚德. 大脑功能一侧化研究的新进展. 南京师范大学学报（社会科学版），2000, （5）：77—80.
[6]张述祖，沈德立. 基础心理学增编. 北京：教育科学出版社，1995：11—13.
[7]邵郊. 生理心理学. 北京：人民教育出版社，1999：532—533