中文数字与阿拉伯数字加工绩效差异

中文数字与阿拉伯数字加工绩效差异

1引言数字加工的符号效应指不同数字符号系统，尤其是以语音为基础的口语数字（如“five”）和以视觉图形为基础的阿拉伯数字（如“5”）在加工过程中有很大的区别。一般而言，各种口语方式的数字都比阿拉伯数字的绩效逊色[1～7]。研究者在不同文化背景下使用不同任务考察了符号效应。Dehaene等要求法国大学生对阿拉伯数字和法语数字0-9进行奇偶判断，结果表明被试对法语数字的反应速度明显慢于阿拉伯数字。Plodowski等给英国被试呈现1-8的四种不同形式的符号（英语数字、阿拉伯数字、罗马数字以及随机出现的圆点），要求判断奇偶，结果也出现了典型的符号效应，被试对熟悉的英文数字和阿拉伯数字的反应速度非常相似，都显著快于不太熟悉的罗马数字和圆点[7]。Pinel等给法国被试呈现阿拉伯数字或法语数字30-99并要求回答是大于还是小于65时，发现被试对法语数字的反应显著慢于阿拉伯数字[3]。与西方文字不同，汉字是音、形、义的统一结合体。汉字的音、形、义并存于大小恒定的一个方块结构中。与横向线性排列、长度不一的西方拼音文字相比，汉字认知较少视线的横向扫描，更容易形成视知觉整体性[8]。对大脑两半球语言功能的研究表明，右利手正常人在阅读西方拼音文字时，大多显示为左半球优势[9]。但在阅读汉字时半球优势不是十分明显，既激活了左脑也激活了右脑[10-11]，研究者认为这可能与分析处理汉字空间结构有关[12]。也许正因为汉字的独特性，中国人的数字加工能力比西方人强，即使在加工阿拉伯数字时也与西方人有着不同的脑区激活[13]。如此看来，汉语数字和与阿拉伯数字加工存在较多相似。那么，这两种符号系统在加工时是否存在绩效差异？其差异量是否与西方研究所报告不同？刘超等采用注意研究范式，以中文小写数字与阿拉伯数字为材料让中国被试判断数字是否大于5。结果表明，在注意条件下，中文小写数字和阿拉伯数字的加工绩效没有显著差异[5]。但蔡厚德以中文大写数字和阿拉伯数字为刺激考察视觉速示条件下完成这两类数字奇偶概念异同判断的视野一侧化效应时，发现被试对中文大写数字对的反应时明显长于阿拉伯数字对的反应时[4]。然而，蔡厚德没有考察中文小写数字。与中文小写数字相比，中文大写数字不仅书写更复杂，也较少使用[14]。所以蔡厚德所发现的符号效应包括了刺激复杂度与熟悉度的因素。Ito和Hatta发现日本被试在加工阿拉伯数字、日本汉字和日本假名三种形式的数字时存在显著的符号效应[15]。但日本所使用的汉字来源于中国，最早的日本汉字是音义结合，后来为表义符号，一个汉字可能有多个发音[16]。因此，日本人对汉字的加工与中国人对汉字加工明显不同。本研究要探究的问题是中国人在加工中文数字时，其绩效是否明显低于阿拉伯数字？我们给被试呈现阿拉伯、中文小写与中文大写三种不同符号系统的数字，采用传统的奇偶判断任务，记录反应时与正确率，来考察数字加工的符号效应。2方法2.1被试22名视力或矫正视力正常的在校大学本科生，男女各半，平均年龄22.5岁。均为右利手。2.2材料和仪器实验在光线充足（100W日光灯照明）的房间内进行，被试坐在距离计算机屏幕70cm处。实验材料为24张蓝色背景的浅黄色数字图片，数字由1—8的阿拉伯、中文小写和中文大写三种形式构成。字的大小为1.5×1.6cm。实验程序用E-Prime编制运行。2.3程序首先在屏幕中央呈现一个视角为0.2度的十字注视点500ms；然后呈现24个目标刺激中的一个刺激，100ms后刺激消失，等待被试反应。被试反应后空屏1500ms，进入下一轮试验。被试的任务是判断数字是奇数还是偶数，并分别用左手食指按“F”或右手食指按“J”。按键顺序在被试间平衡。在正式实验前，每个被试先练习96次（每一数字刺激练习4次）。正式实验中，每一数字刺激出现30次，总共720次，分为6个block。刺激呈现的顺序进行伪随机（同一数字刺激在3个trial内不重复，不连续4次出现奇偶性相同的刺激）。被试每完成1个block可自己控制休息一段时间。3结果不同符号形式的数字的错误率如图1左侧所示，对反应错误率进行3（符号：中文小写、中文大写、阿拉伯）×2（大小：小数、大数）×4（数值：小数数值包括1、2、3、4，大数数值包括5、6、7、8）重复测量方差分析，结果表明符号主效应显著，F(2,42)=6.06,p＜0.005，多重比较结果表明，中文大写数字的错误图1不同符号数字的错误率与反应时将所有被试正确反应时的平均值加减三个标准差以外的值作为极值剔除，剔除率为1.9‰。不同符号的数字反应时如图1右侧所示。对反应时进行2（大小）×3（符号）×4（数值）重复测量方差分析，结果表明没有大小主效应；符号主效应极显著，F(1.3,27.3)=90.58，p＜0.001。多重比较结果表明，三种符号相互间差异极显著，中文大写数字的反应时显著长于中文小写数字的反应时，=425ms，=389ms，p＜0.001；中文小写数字的反应时显著长于阿拉伯数字的反应时（=377ms），p＜0.001。数值的主效应显著，F(3,63)=4.33,p＜0.01，这说明不同数值之间存在不同的反应时，阿拉伯数字“4”、“5”、“7”的反应时较长，中文小写数字“二”、“五”、“七”的反应时较长，中文大写数字“壹”、“贰”、“肆”的反应时较长；符号与大小的交互作用显著，F(2,42)=10.14,p＜0.001，进一步分析表明，阿拉伯符号系统中的大数与小数的反应时差异不显著(p=0.39)，中文小写符号系统中的大数与小数的反应时也无显著差异(p=0.32)，而中文大写符号系统中的大数与小数的反应时差异显著(p＜0.01)，不论是大数还是小数均在三种数字符号系统间存在十分显著的差异（参见图1右部）；数值与其它两个变量存在交互作用，参见表2。4讨论本研究要求被试完成三种不同符号数字的奇偶判断任务，发现了典型的符号效应，口语形式的中文小写和中文大写数字都比视觉形式的阿拉伯数字的绩效逊色。从错误率来看，中文大写数字的错误率最高，阿拉伯数字的错误率最低，中文小写数字的错误率居中；从反应时来看，三种符号数字间差异极其显著，中文大写数字的反应时显著长于中文小写数字和阿拉伯数字的反应时，中文小写数字的反应时显著长于阿拉伯数字的反应时。这些结果表明，尽管中文数字作为一种音、形、义结合的符号系统，在空间分布与视觉形式的表义特征与阿拉伯数字有更多的相似，但在被加工时，仍然与阿拉伯数字存在显著的绩效差异。关于不同符号系统的数字加工的差异问题，研究者提出了不同的理论模型来回答此问题[17-20]。Dehaene的数字加工三联体模型(TheTriple-CodeModel)获得较多实验支持。此模型认为，在判断口语数字的奇偶性时，必须先转换成阿拉伯数字才能完成，所以口语数字比阿拉伯数字需要更长的反应时。本研究结果也发现，除数值“一”和“四”外，中文小写数字在总体上比阿拉伯数字有约12ms的延迟，这似乎表明在判断中文数字的奇偶性时，可能也需要转换成阿拉伯数字符号系统[1]。然而，三联体模型的证据主要来自Deheane等以西方口语数字为实验材料所进行研究[1-3]。西方口语是一种以音取义的符号，而中文是一种音形义结合的符号，与阿拉伯数字的相同点是都具有以形取义的特征。因此，在判断中文数字的奇偶性时也许可以不必转换成阿拉伯符号系统。如果确实如此，那又是何种因素导致中文小写数字的加工绩效差于阿拉伯数字，这有待进一步的实验研究。本研究发现两种中文数字之间存在十分显著的绩效差异，出现这种差异存在两种可能的解释：一是中文大写数字的知觉复杂度远远高于中文小写数字[1,4,21]。另一可能的解释是熟悉度不同，以往研究表明，人们对熟悉数字可能会自动化地直接识别，越熟悉的数字，反应越快[1,7,21]。而中文大写数字是汉字的繁体书写形式，对于中国内地的被试来说其熟悉度较低，故反应时更长。与以往研究类似，本研究发现不同数值也存在不同的绩效，虽然从总体上看大数与小数没有显著的反应时差异，但在错误率上差异显著，主要源于对三种形式的数字“2”有较高的错误率，尤其是中文大写数字“贰”不仅错误率极高，反应时也显著长于其它数值，这说明不同数值的加工可能具有不同的加工特点。Deheane等在解释个别数值问题时指出，被试在判断奇偶性时，很可能会从记忆中搜集数字的不同语义特征信息，如“能否被2整除，是否为2的幂，是否为质数等等”[1]。判断奇偶究竟需要哪些信息，导致数值的个别差异的具体原因是什么？这些问题尚需进一步探索。结合刘超等的研究结果与我们近期完成的另一项数字大小比较的研究[7-8,22]，我们发现，不论是大小比较任务，还是奇偶判断任务，中文小写数字与阿拉伯数字间的绩效差异在量上都远远小于西方口语数字与阿拉伯数字间的绩效差异，中文数字比阿拉伯数字慢10ms左右，而西方口语数字至少比阿拉伯数字慢40ms以上[1-3]。这种数字加工绩效差异在不同文化群体间的变化可能与不同研究所用的实验设计、材料与程序有关。但更可能是不同文化背景下的被试在加工不同符号系统的数字时激活了不同认知神经通路。词语阅读的神经成像研究表明，阅读英语更多地激活颞顶脑区，而阅读中文却主要激活额中回[23-24]。西方口语数字的加工体现出左半球优势[2]，而我们近期的脑电研究发现，中文数字在头皮后部诱发的脑电并无此左半球优势。不仅如此，即使是对同一数字符号系统的加工也存在显著的文化差异，如以西方被试的研究发现，阿拉伯数字的加工无左右半球差异[2]，我们却发现，中国被试在加工阿拉伯数字时存在右半球优势。唐一源等通过fMRI技术对不同文化因素对数字加工神经通路的影响进行了直接比较，他们发现，在完成同样简单的阿拉伯数字加法任务过程中，以英语为母语的西方被试会在左半球激活语言相关的脑区，而以汉语为母语的中国被试却主要激活了视运动联结网络[13]。由此可见，不同文化背景下所使用的不同语言系统不仅具备不同的语言加工神经机制，也会影响数字的表征与加工，而这种影响可能还与教育方式与早期经验有关[25]。如中国儿童在数字获得初期经常使用算盘，这种手指运动的早期经历可能是中