【Day4 文献精读】Space–time interdependence: Evidence against asymmetric mapping between time and space

阅读文献：

Cai, Z. G. and L. Connell (2015). "Space–time interdependence: Evidence against asymmetric mapping between time and space." cognition 136: 268-281.

文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010027714002650

文章目录

• 摘要
• 一、前言
• 二、实验设计
• 1.实验一：touching sticks + hearing notes
• 2.实验二：touching and seeing sticks + hearing notes
• 3.实验三：only touching/touching and seeing sticks + hearing notes
• 三、总结
• 一点思考

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摘要

提出疑问：时间与空间的关系总是非对称的（空间对时间知觉的影响更大）？亦或是更灵活的（有些条件下时间对空间知觉影响更大）？

与以往的关于时空干扰关系研究中常用的以视觉visual刺激作为空间信息来源的方式不同，本研究采用了空间敏锐度spatial acuity更低的触觉haptic刺激，发现：

        1）在只采用触觉作为空间信息来源时，时间信息对空间知觉产生影响，反之则无；

        2）在同时采用触觉和视觉作为空间信息来源时，时空相互干扰程度相当。

本研究中的发现与时空干扰的非对称性相背，认为时间和空间具有共同的表征形式common representational format，且时空干扰依赖于对空间信息的知觉敏锐度。

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一、前言

1、对于时间和空间表征的关系存在着2种解释

（1）spatial metaphor

人们常借助具象的空间信息来表征时间信息，假定时间和空间是两个独立的表征系统separate representational systems，但有着相互干扰的非对称asymmetric关系：空间知觉总是强于时间知觉。这代表时空关系只有2种可能性：

        1）空间单方面地影响时间；

        2）时空相互影响，但空间对时间的影响更强。

        →此观点得到了许多实验的有力支撑（如Day2文献），但他们都是采用视觉来对空间信息进行表征，然而，空间表征并不代表着视觉，可以由多种方式如视觉、听觉、触觉、语言等构建，其中视觉有着最高的空间敏锐度，因此本文认为：以往研究中发现空间对时间有着不对称的更强的影响，来源于视觉的高空间敏锐度相对不易受到扭曲的特性，而不是因为时空干扰关系的不对称性。

（2）spatial representation

提出时间和空间信息在共同的神经基质中加工，共享表征和注意的资源（有着共同的表征系统），时间和空间的关系是双向的，并且在某些条件下时间对空间知觉的影响会更大，这与spatial metaphor相悖。

此处对于时空表征关系的2种解释，似乎与Day3文献中提到关于时空知觉关系的2种理论ATOM/CMT有相通之处：

时空知觉		时空表征
ATOM	时空关系对称，提出了一个大脑中无差异的量级表征系统	spatial representation	时空关系双向有弹性，时空信息具有共同的表征形式
CMT	时空关系不对称，人们在表征抽象的时间时借助具象的空间作为隐喻，空间对时间的影响更大	spatial metaphor	时空关系不对称，人们常借助具象的空间信息来表征时间信息，假定时间和空间是两个独立的表征系统

2、本文研究思路

本文采用触觉及触觉和视觉相结合的形式来控制空间知觉敏感度、获取空间信息，假定：

（1）若spatial metaphor正确

在空间知觉敏感度改变的条件下，空间对时间的影响应该始终更大。

（2）若spatial representation正确

时间对空间的影响大小取决于空间表征的相对敏锐度。以往研究表明，触觉容易受到当前时间信息的影响，因而不会像具有高空间敏感度的视觉那样扭曲对时间的知觉，甚至出现时间对空间影响更大的情况。

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二、实验设计

1.实验一：touching sticks + hearing notes

32名被试参与8（棍长，100-450mm）×8（音长，1000-4500ms）×2（复制任务，棍长/音长）被试内实验设计。实验中，被试的视觉完全被遮挡，每个试次，被试用手触摸获取棍子长度信息，同时主试随机播放音频，音频结束后主试随机要求被试复制棍长或音长。实验设置如下图：

（1）实验数据测量

        1）复制音长任务要求被试按键，测量按键时长；

        2）复制棍长任务要求被试用左右手食指间距表示棍长，主试测量食指间距。由于测量长度可能存在主观误差，本研究采用了两个方法来避免并提高可靠性reliability：一是将被试食指拍照并随机呈现照片，主试在不知晓照片属于哪种处理条件的情况下对距离进行测量；二是本文第二作者对随机的12%样本blind-code（我认为这里指是跟主试一样对距离进行测量），主试与第二作者的结果高度一致(r = .999)。

（2）实验结果

计算每种条件下被试复制的棍长length和音长duration的均值作为因变量，以实际的length和duration作为predictors自变量，做回归分析如下：

        1）复制的棍长随着实际棍长的增加而增加(R² Linnear = 0.993, p＜.001)，且随着实际音长的增加而增加(R² Linnear = 0.170, p＜.001)，这意味着伴随着更长的音频，被试倾向于认为棍子的长度更长，时间对空间知觉产生了影响。

        2）复制的音长随着实际音长的增加而增加(R² Linnear = 0.986, p＜.001)，但与实际棍长无显著线性关系(R² Linnear = 0.016, p = 0.161)，这意味在通过触觉获取空间信息的条件下，空间对时间知觉无显著影响。

        3）为对比“时间对空间影响”与“空间对时间影响”的相对效果大小（如将实际棍长对复制棍长的影响分离从而得到纯粹的实际音长对复制棍长的影响），对每一维度下每一被试的偏相关系数partial correlations进行计算并比较，得：

         可以看出，实验一中时间对空间的影响显著大于空间对时间的影响。

（3）讨论

本实验通过采用空间敏感度低的触觉获取空间信息，发现时间对空间具有显著影响，而空间对时间无显著影响，支持了spatial representation理论。

2.实验二：touching and seeing sticks + hearing notes

实验二中被试可以看到棍长和自己的食指，故其可以通过视觉和触觉两个感觉通道来获取空间信息。其余处理与实验一相同。

（1）实验假定

根据之前的研究，在能同时获得视觉和触觉两个感觉通道信息时：人们倾向于更依赖视觉因而得到与只有视觉时相接近的结果；若视觉被人为降低，人们会更多依赖触觉因而得到与只有触觉时相接近的结果。因此本实验假定，在视觉和触觉同时可用情况下，被试的空间敏感度增加，会得到与实验一不同的结果。

（2）实验结果

        1）复制的棍长随着实际棍长的增加而增加(R² Linnear = 0.989, p＜.001)，且随着实际音长的增加而增加(R² Linnear = 0.046, p＜.05)，这意味着伴随着更长的音频，被试倾向于认为棍子的长度更长，时间对空间知觉产生了影响，与实验一相同。

        2）复制的音长随着实际音长的增加而增加(R² Linnear = 0.985, p＜.001)，且随着实际棍长略有增加marginally increased with stimulus length(R² Linnear = 0.028, p = 0.094)，与实验一不同，这意味在通过增加视觉提高空间敏锐度后，触觉获取空间信息的条件下，被试对于时间的判断呈现出受到空间边缘显著影响的趋势，尽管此趋势比较微弱。

        3）对比“时间对空间影响”与“空间对时间影响”的相对效果大小（见Fig. 3）发现，空间对时间的影响与时间对空间的影响几乎等同，无显著差异。

（3）讨论

在增加视觉以提高被试空间敏锐度后：

        1）在实验一中发现的时间对空间产生影响的现象依然存在；

        2）与实验一不同，空间产生时间较少的影响，且空间对时间与时间对空间的影响几乎等同。

因此，实验二依然与主张时空关系不对称且空间对时间的影响总是更强的spatial metaphor理论相悖，支持spatial representations理论，且认为时空间相互的干扰受到空间表征敏锐度的影响。

3.实验三：only touching/touching and seeing sticks + hearing notes

实验三旨在探究：在触觉条件下的空间表征敏锐度，是否低于触觉与视觉同时可得时的情况。

21名被试参与6（棍长，150-400mm）×6（音长，1500-4000ms）×2（复制任务，棍长/音长）×2（空间信息类型，触觉/触觉和视觉）被试内实验设计。在触觉条件下block 1其余处理与实验一相同，在触觉和视觉条件下block 2其余处理与实验二相同。相当于对实验一和二做整合，因实验时长过长因而将棍长、音长水平减小以减少实验试次。

（1）实验假定

        1）触觉条件下将重现在实验一中观察到的结果pace affects time more than time
affects space；

        2）触觉和视觉条件下将重现在实验二中观察到的结果space and time affect each other
approximately equally；

        3）若触觉条件下被试的空间表征敏锐度更低，则其对于棍长估计的准确度应低于触觉和视觉条件。

（2）实验结果

        1）在回归分析模型的自变量中加入空间信息类型modality of spatial perception (coded 0 for haptic, 1 for visuohaptic)，得：

        ① 复制的棍长随着实际棍长的增加而增加(Partial r = 0.993, p＜.001)，且随着实际音长的增加而增加(Partial r = 0.370, p＜.001)，与空间信息类型无显著线性关系(Partial r = -.114, p＞.05)，说明在触觉条件下被试复制的棍长与触觉和视觉条件无显著差异；

        ② 复制的音长随着实际音长的增加而增加(Partial r = 0.990, p＜.001)，而与实际棍长无显著线性关系(Partial r = 0.130, p＞.05)，与空间信息类型有显著负向线性关系(Partial r = -.389, p＜.001)，说明在触觉条件下被试复制的音长显著大于触觉和视觉条件；

        2）去掉空间信息类型自变量，做回归分析得：

         在触觉条件下，所得结果与实验一相同，验证实验假定1） ：

        ① 复制的棍长随着实际棍长的增加而增加，且随着实际音长的增加而增加，时间对空间知觉产生了影响；

        ② 复制的音长随着实际音长的增加而增加，但与实际棍长无显著线性关系，空间对时间知觉无显著影响；

        ③ 从Fig 3，时间对空间的影响显著大于空间对时间的影响。

        在触觉和视觉条件下，所得结果与实验二基本相同，基本验证实验假定2） ：   

        ① 复制的棍长随着实际棍长的增加而增加，且随着实际音长的增加而增加，时间对空间知觉产生了影响。

        ② 复制的音长随着实际音长的增加而增加，但原本在实验二中出现的：复制的音长随着实际棍长略有增加marginally increased with stimulus length的情况没有出现，时间对空间知觉无影响。

        ③ 从Fig. 3，空间对时间的影响与时间对空间的影响几乎等同，无显著差异。

        3）对两种条件下的棍长估计的准确度（以mean partial r作为衡量指标）进行重复测量t检验发现，触觉条件准确度显著低于触觉和视觉条件（p < .001），实验假定3）成立。

（3）讨论

实验三表明：

        1）在触觉条件下的空间表征敏锐度低于触觉与视觉；

        2）触觉条件下的低空间表征敏锐度导致了时空间的相互影响发生变化，时间对空间的影响比反之更大，而与之前研究（如Day2/3文献）在高空间表征敏锐度的视觉条件下发现的空间对时间影响更大的结果相悖；

        3）本实验依然与主张时空关系不对称且空间对时间的影响总是更强的spatial metaphor解释相悖，支持spatial representations解释。

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三、总结

1、时空间相互的干扰受到空间表征敏锐度的影响：

（1）触觉相比触觉+视觉或单独的视觉，有更低的空间表征敏锐度；

（2）空间表征敏锐度强的空间信息获得条件下，如视觉，不容易受到如时间的其他信息的干扰，甚至可以对时间形成干扰；

（3）在低空间表征敏锐度的触觉条件下，时间对空间的影响更大；在高空间表征敏锐度的触觉和视觉同时获得条件下，时间对空间的影响几乎等同。

2、本研究支持主张时间和空间共享表征系统、时空影响相当的spatial representations解释，不支持主张时空关系不对称且空间对时间的影响总是更强的spatial metaphor解释。

3、对于在有视觉参与的条件下，为什么本研究中没有如之前的研究（如Day2/3文献）那样观察到显著的空间对时间的影响？可能原因如下：

（1）注意力被分配

本研究中采用了触觉和视觉同时可得的实验条件，可能存在注意力分配的问题，导致了空间敏感度低于单一的视觉。但如果此原因成立，将与以往关于触觉+视觉与单一视觉的空间知觉表现趋于相同的研究相悖(Ernst &Banks, 2002; Helbig & Ernst, 2007; Kennett et al., 2001;Millar & Al-Attar, 2005)；

（2）实验任务导致

本研究中的实验任务要求被试即使在视觉可得的条件下依然更多依赖于触觉，因为他们需要采用与形成空间信息相同的视触觉形式来复制距离。时空的相互作用是如何根据空间感知和复制的方式而变化的，值得进一步研究。

4、时空之间的相互作用可能受其他维度如quantity or magnitude的影响，此假设需进一步研究。

5、the integrated account of time perception

（1）spatial representations和spatial metaphor都存在的一个问题是，其关注的时间表征是conceptual而非psychophysical。

（2）本文作者已在internal clock model的机械框架中进行了定位时空效应的尝试，认为时间被central pacemaker的pulse所记录而储存在记忆中。假设空间处理不会影响pacemaker或实际感知时间，而当两者同时存在于记忆中时，视觉长度的空间表征会干扰时间表征，因为它们有common format。认为时空交互作用是短期记忆中空间和时间表征之间的干扰，而不是发生在空间或时间编码点上的干扰。→the integrated account of time perception，可以解释当时空表征都在短时记忆中时，空间感知敏锐度的变化会给空间表征带来不同的干扰时间表征的能力，如“总结1、（2）”。（此部分可见Day11文献）

6、时间知觉对其他维度知觉的影响是否受到时间表征获得形式的调节（如通过视觉、听觉或触觉来感知时间），有待进一步研究。

一点思考

1、本研究在采用空间敏锐度低的触觉刺激作为空间信息来源时发现，时间对空间认知影响更大（Tau效应），在以往研究中采用空间敏锐度高的视觉刺激作为空间信息来源时发现，空间对时间认知影响更大（Kappa效应），是否说明空间敏锐度可能是调节Kappa和Tau效应的潜在原因？（如Day3中的imputed velocity）

2、对于“总结3、”中提到的问题，除作者提出的2点原因外，这有无可能是因为本文采用的实验范式对于被试形成空间表征并复制距离难度过大造成的（用两手食指间三维的距离来估计长度vs电脑屏幕展示的二维距离）？任务难度对时空关系干扰的影响在Day10文献中进行探讨。另外，在本文的后续研究Day13-14文献中，作者将时空干扰受空间信息的知觉敏锐度影响的结论进一步阐述为受记忆噪音的影响，即知觉灵敏度低使记忆噪音增加从而导致空间对时间的干扰能力降低。

3、可以关注一下的是，本研究的三个实验的所有被试都是女性，从原文我没能读出三个实验的被试是否是同一群人的信息（分别为30/22/21人）。

4、时空干扰的关系到底是对称（Day 4文献）vs不对称（Day 2/3文献），以往研究形成了截然不同的观点，需要更加批判地看待此问题。面对前人的研究，今天的文章引入了空间敏锐度这个新的变量，研究也就有了新的方向，这种不受以往范式限制的思考和探讨方法值得学习。