第一節 任務轉換的認知研究概述

一 基本概念界定

1.任務轉換

一位研究者正坐在電腦前認真思考研究思路，打算著手撰寫一篇學術論文。突然，有人敲門，他只好站起身來打開辦公室的門，門口站著一位同事拿著一份文件。原來是同事來通知他填寫一份工作計劃，并立刻去辦公室開會。研究者嘆了口氣，只好接過表格和文件，迅速坐到辦公桌前瀏覽表格并填好，然后拿著填好的文件往二樓會議室走去。走在路上，碰到另一位同事，打聲招呼，走進會議室，坐好，等待其他同事和領導到來的同時思考此次會議議題的可行性等問題。在以上過程中，出現了多個任務，如思考研究思路、聽到敲門聲并去打開辦公室的門、接過文件、聽清楚同事的來意、填寫表格、下樓、遇到同事搭訕、準備會議議題等。這多個任務能夠順利完成涉及了多個認知任務，如組織語句、聽覺應答、視覺搜索、理解領會、社會交往等。這些任務的順利完成離不開認知資源的有效組織和重構，或者稱為一個恰當的“圖式”或“任務序列”。每個時間點上執行的任務都是由外部刺激（敲門聲、表格、偶遇的同事等）所激發的，但是每個刺激幾乎都有一個競爭性任務：空白的表格可以被當作垃圾扔進垃圾桶，也可以被當作重要的資料填寫并保存。個體可以根據既定的目標選擇某一刺激作為當前首要完成的任務并同時抵制無關刺激的干擾。

目標和任務的表述形式有很多，在此以相對微觀的形式來界定：任務是指由刺激（內部動機或外在刺激）所引起的恰當的反應。此處有兩個問題：一是如何選取恰當的任務并作出反應；二是在相關刺激之前，個體能在多大程度上啟用新的任務？例如，內省研究表明，個體可以在沒有看到對象的情況下，說出一個被描繪的對象的名稱。并且當這個物體真正出現時，物體的名字可以在無意識狀態下迅速激活，個體能夠像條件反射一樣講出物體的名稱。

許多儲存在個體記憶中的任務或任務集是通過指令說明、反復練習或者重復錯誤并改正錯誤、排除干擾的過程獲得的。當個體對一項任務的練習越多，或者練習的時間越靠近當前時間時，任務或任務集便更容易被激活或被啟用。例如，在沒有任何意識參與的情況下，當個體在街道或者商品包裝上聽到記憶中相關的語言、看到相關的文字或圖形標志時，任務或任務集就會被迅速激活，即相關的刺激可能引發一種傾向：盡管目的或意圖可能不同，但個體依然會習慣性或下意識地執行與刺激相關的任務或任務集。心理學實驗中有一種經典的色詞Stroop范式，該范式為色詞沖突任務。再如，實驗被試被要求對紅色顏色的“綠”這一漢字進行字體顏色判斷，當個體試圖對“綠”這一詞的撰寫顏色“紅”色進行判斷時，必須排除“綠”這一含義的無意識干擾。如果個體的大腦前額葉受到損傷，個體可能很難排除干擾，完成這一任務。

因此，個體執行認知任務離不開目標（內部控制）、備選任務的有效性和時效性所影響的有意目的、外部刺激以及外部刺激的內容（外部影響）。因此，有效的認知需要對內源性目標進行精準的、恰當的有效控制的同時，排除無關的外部干擾。研究者將這一過程界定為認知靈活性，即個體根據不同的環境需求，確定適當的反應，調節自身行為的復雜認知過程。認知靈活性的重要成分即為任務轉換。為有效研究這一過程，研究者將這一認知加工過程在實驗室進行模擬，創設了任務轉換范式。任務轉換范式常常由單一任務（如AAAAAA……或BBBBBB……）、轉換任務（AABBAABBAABB……中的畫線任務）或重復任務（AABBAABBAABB……中的畫線部分）組成。

2.轉換代價

在任務轉換實驗中，被試首先要完成由一系列簡單刺激構成的2—3個任務序列。被試需要對每個任務集中注意力、對其進行分類、檢索或計算，直到根據要求作出反應。任務序列分為重復任務和轉換任務。一般來說，轉換任務的反應時間比重復任務長，且錯誤率明顯高于重復任務，這種時間差異和錯誤率差異稱為轉換代價（Switching Cost）。根據被試執行的是單一任務、轉換任務或者重復任務的不同，可以將轉換代價分為特定轉換代價（轉換任務的反應時減去重復任務的反應時、轉換任務的準確率減去重復任務的準確率）和一般轉換代價（轉換任務的反應時間減去單一任務的反應時間、轉換任務的準確率減去單一任務的準確率）。特定轉換代價可以反映個體的內源性、自傷而下的控制過程；而一般轉換代價可以反映個體的外源性、自下而上的控制過程。

轉換代價的來源可能有以下三種：①先前任務設置的消極耗散（Passive Dissipation）。盡管先前的任務已被完成，但是任務設置還保持一段時間。②準備效應（Preparation）。如果任務開始前，被試有充足的線索或時間準備，那么，被試完成轉換任務時的轉換代價將會減少（轉換序列反應時減少，錯誤率降低），這種效應稱為任務轉換的準備效應。③殘余轉換代價（Residual Component）。雖然被試擁有充足的線索或準備時間可以降低轉換代價，產生準備效應，但無論被試的準備多充分，轉換代價依然會存在，研究者將這種效應稱為殘余轉換代價。如有研究發現即使線索—目標的時間間隔再長，被試的轉換代價依然存在（Monsell et al.，2003）。如Monsell（2003）的研究中，將準備時間延遲至600毫秒，被試的轉換代價不再產生明顯的變化，逐步達到相對穩定的基線，反應時間和錯誤率不再有明顯的變化，但轉換代價依然存在。

二 任務轉換范式概述

Jersild范式：Jersild于1927年采用任務轉換范式（Task-switching Paradigm）研究執行控制功能。在該任務范式下，被試要完成兩類任務（任務A和任務B），這兩類任務的呈現序列為AAAAA……BBBBB……（重復序列）或者ABABAB……（轉換序列）。實驗完成后，比較重復序列與轉換序列所用的反應時間，結果發現，重復序列的反應時間明顯少于轉換序列。但是，該范式存在一些問題。如當被試在完成任務時，絕大多數被試需要同時記住AB兩類不同的任務，并且同時準備對兩類不同的任務作出恰當的反應。因此，從這個角度來講，被試在重復任務和轉換任務反應時間上的差異并不能確定是轉換代價還是工作記憶的負擔差異所造成的。

1.交替轉換范式

Roger和Monsell（1995）改進了Jersild范式，提出了交替轉換范式。在交替轉換范式中，被試每完成N個同類任務后再進行轉換任務，比如，被試完成三個同類任務后進行轉換任務，此時的任務序列為AAABBBAAABBB……，如此循環，在這個任務系列中，重復任務和轉換任務的工作記憶負擔是一致的，可以認為轉換代價的產生是由任務轉換本身所導致的。但是，該任務范式可能會存在一個問題：被試多次實驗尋找到規律后可能會對下一任務進行提前準備，從而導致任務轉換代價的減少甚至消失。

2.線索—任務范式

任務線索轉換范式（Task Cue Switching）包含重復任務和轉換任務。多采用兩類不同的任務進行轉換，如數字奇偶數判斷和數字加減判斷之間的轉換、字體顏色判斷和漢字詞性判斷之間的轉換。在該范式中，先給予被試一個提示線索，提示需要完成的任務，然后呈現刺激，要求被試進行反應，在被試做出反應后，再呈現下一任務的提示線索，以此類推。該任務范式中，任務序列是不可預見的，因此，被試只能在線索呈現后才能開始任務準備，同時，由于在該任務范式中，重復任務與轉換任務都是通過不同trial而不是不同block計算，因此，重復任務與轉換任務的工作記憶負荷量是一致的，兩者之間的反應時或正確率的差異很可能反映了轉換代價。

3.計數任務轉換范式

1998年Garavan提出了計數任務轉換范式，要求被試對刺激序列中三角形和正方形分別進行計數。如果當前所計數的幾何圖形是重復于前一個刺激的幾何圖形，這時被視為非轉換條件；反之被視為轉換條件。轉換條件比重復條件更長的反應時體現了轉換代價。該任務范式可以考察被試在完成同一任務不同線索要求時的轉換代價，因此，該范式中重復任務和轉換任務的難度是一致的。

4.注意分心轉換范式

注意分心轉換范式中，在靶刺激的上下兩個位置的任意位置有另一種顏色的刺激作為分心物，要求被試只對靶刺激進行奇偶數判斷，采用兩個鍵反應，奇數按“1”，偶數按“2”。當經過15個連續呈現的試次后，此時被試對靶刺激產生習慣性反應之后，要求被試對另一顏色的靶刺激進行反應。原來顏色的靶刺激成為分心刺激（王艷梅、郭德俊，2006）。該研究范式的假設是，在被試剛轉換時，對原來的靶刺激有一定的習慣性反應，從而導致對新異的靶刺激的反應變慢，轉換任務與重復任務相比產生的反應時延遲稱為轉換損失。該范式在考察重復任務和轉換任務的同時，還可以考察分心刺激對當前刺激的干擾效果。但是，該范式在計算轉換代價時采用連續重復trial和轉換后的連續幾個trial的時間差來表示，并且任務序列是可預測的，因此，重復任務與轉換任務的工作記憶負荷量是不一致的。

5.維度變化卡片分類任務

該項分類任務常常用來測試兒童的分類能力。實驗開始時，首先給兒童看一些卡片，如紅色的花朵和綠色的小兔子，待兒童能成功識別后，給兒童呈現測試卡片，測試卡片由綠色的花朵、紅色的小兔子組成，要求兒童挑選出綠色的卡片，經過多次測試（如10次）后，改變規則，要求兒童挑出相同的形狀（如小兔子）。在此測試過程中，觀察兒童能否成功地按照主試要求改變規則完成測試。多數研究發現，即使主試多次提醒，年齡較小的兒童還是難以從上一個規則轉換到新的規則中，說明兒童的執行功能，尤其是轉換能力尚未發展完全。

6.Stroop范式

該范式是測驗執行功能的沖突抑制能力的經典范式之一。實驗材料為不同顏色的色詞，如用紅色撰寫的漢字“綠”，或者用綠色撰寫的漢字“紅”。研究者向被試呈現紅色顏色撰寫的“綠”，要求被試判斷字體的顏色或者判斷字體意思。被試在判斷顏色和字體意思一致的材料與判斷顏色和字體不一致的材料時用的反應時間不同、正確率相同。有研究者認為，一致與不一致之間的時間差和正確率差可能反映了個體執行功能的大小，尤其是對無關信息的抑制能力。后來有研究者對該范式進行了改進，將材料替換為面孔與漢字材料，如微笑面孔上面撰寫漢字“悲傷”，悲傷面孔上面撰寫漢字“微笑”，研究者要求被試對面孔的類別“積極或消極”進行判斷，或者對面孔上面的漢字的類別進行“積極或消極”判斷。研究結果顯示，當面孔類別與漢字一致時，個體的反應時間較快，錯誤率較低；當面孔類別與漢字不一致時，個體的反應時間較慢，錯誤率較高，這可能是個體在完成情緒信息加工時，也存在對沖突信息的抑制問題。

7.自主任務轉換范式（Voluntary Task Switching Paradigm）

實驗指導語要求被試從兩個或三個任務中選擇一個任務，按照任務要求對目標刺激做出恰當反應。被試選擇任務時必須遵循以下兩個條件：完成任務時要嚴格遵從指導語的要求，整個實驗過程中，每個任務的選擇概率要大致相當；選擇任務時不能按照固定的任務序列范式，如ABABABABA……或AABBAABBAABB……等固有序列，要盡量按照隨機順序選擇。研究者在實驗開始前，以拋硬幣的案例講解，實驗過程中可以想象任務選擇就仿佛自己拋了一次硬幣，并根據拋硬幣的結果進行任務選擇，因此，被試有時是重復上一任務，有時是執行轉換任務。

8.自主任務范式的指標

自主任務范式的指標分：選擇任務的時間、選定任務后執行任務的時間、任務選擇比例（被試選擇某個任務的比例）、任務轉化率（被試選擇轉換任務的比例）。雖然在該任務范式中，被試執行的任務是主動選擇的，但是研究者依然在此范式中發現了穩定的任務轉換代價。但轉換代價在任務選擇階段不存在，在執行任務階段才存在（Liefooghe，2017）。一種解釋認為，轉換代價的產生可能反映了任務設置（Task Set）的準備過程，只有當任務經過選擇，已經確定，被試才能對任務進行準備和重構，完成任務設置的重構過程。而被試進行任務選擇時，并不涉及一系列的目標刺激的識別、任務規則的提取和執行等，因此，選擇的任務是重復任務還是轉換任務并不會影響被試完成任務的反應時，故在任務選擇階段并不會表現出轉換代價。還有一種解釋認為轉換代價在任務選擇階段也是存在的，只是當前的研究范式并未完善。如當前的自主任務范式并未考慮到被試可能有意權衡了任務轉換率，若調節任務轉換率，任務選擇也可能會出現轉換代價。

三 任務轉換理論概述

任務轉換的研究一直圍繞轉換代價的產生因素進行。或者說，是哪個認知加工過程能使個體自由地在各個不同的任務之間進行自由轉換。有關這方面代表性理論有四種：任務重構假說、任務重復優勢假說、線索重復優勢假說、抑制控制假說。任務重構假說認為，轉換代價產生的反應時和準確率差異是由自上而下的、注意等多個認知過程參與的執行功能的重構過程。任務重復優勢假說認為，轉換代價產生的反應時和準確率的差異反映的不是轉換任務的重構過程而是任務重復加工的重構過程。線索重復優勢假說認為，轉換代價產生的反應時和準確率的差異是由于重復任務中，線索和任務都是重復的，而轉換任務中，線索和任務都是轉換的，從而導致線索重復的優勢。抑制控制假說認為，轉換代價產生的反應時和準確率差異是自下而上的，刺激識別、反應選擇和反應執行等各個過程中的排除無關干擾的過程。

1.任務重構假說

任務重構假說是指轉換代價反映了個體對任務的重新配置（如AABBAABB……）或將任務集從長時記憶中提取到當前工作記憶中的過程。當任務為重復任務時，由于前一任務仍然是處于激活狀態下，個體不需要重新配置或提取任務；相反，當前任務為轉換任務時，由于當前任務個體并不清楚，個體需要重新激活、配置或提取任務。因此，個體完成轉換任務時的反應時會延長，準確率可能會降低，產生轉換代價，此時轉換代價即可反映重新激活、配置或提取任務的過程。簡單來說，轉換代價反映了重復任務和轉換任務的不同重構過程。

該觀點有一個重要而直接的假設是：在足夠的準備時間內，轉換成本會消失。當準備時間（如交替轉換任務的反應—刺激時間間隔RSI，或者線索任務范式的線索—刺激反應時間間隔CSI）增加時，人們可以提前重新對任務進行轉變。因此，當轉換任務的準備時間增加時，轉換成本會變得更小，甚至完全消失（Monsell & Mizon，2006）。交替轉換范式改變了前后兩個任務之間的時間間隔（RSI），結果發現RSI增加之后，轉換代價變小，這說明轉換代價的降低反映了個體對前一任務進行了提前重構或提前準備。但是，這種研究結果只在組塊（Block）間設計存在，組塊（Block）內設計的實驗中并不存在。在任務線索范式的實驗中，通過調整線索—刺激時間間隔（CSI），并控制反應—刺激時間間隔（RCI）考察轉換代價的變化。研究結果發現，較長的線索—刺激時間間隔產生的轉換代價小于較短的線索—刺激時間間隔產生的轉換代價，這表明任務轉換前確實存在重構效應。總之，重構效應可以在更改準備時間（RSI或CSI），或者通過更改任務的預期（比較預期條件和未預期條件下的反應時間）等不同的實驗中出現，重構效應在轉換任務和重復任務中都很常見。甚至有研究者認為，CSI、RCI的時間延長所產生的反應時的降低和準確率的提高均體現了轉換代價的降低，是重構效應假說存在的標志。

雖然降低了的轉換代價似乎能很好地支持任務重構假說，但對于任務重構何時能完成卻存在爭議。一種觀點認為，任務重構從目標刺激的觸發之前開始并完成，即刺激—反應的規則提取到工作記憶中之前，任務重構完成。如果該假設成立，那么，重復任務與轉換任務的反應時與正確率相等，轉換代價消失。但實際上，無論準備時間延長多久，轉換代價并不會消失。也有研究者認為，任務重構的確是以“全”或“無”形式開始并完成的，只是當刺激—反應的規則提取到工作記憶中時，可能存在提取成功或提取失敗的現象。大多數時候，個體在提取的過程中面臨多種因素的干擾，故存在的提取失敗導致任務轉換代價的存在。另一種觀點認為，任務重構從刺激呈現之時開始，但是重構只是部分完成，故轉換任務與重復任務相比，存在轉換代價。

許多研究發現，即使給予被試足夠多的準備時間，個體的轉換代價最終并不會完全消失（Rogers & Monsell，1995），該現象又被稱為“殘余轉換代價”。殘余轉換代價的存在說明任務重構假說并不能完全解釋任務轉換中的轉換代價產生的原因。但任務重構假說的研究者又改進了該理論，提出雙階段任務重構假說：第一個階段個體主要為自上而下的、內在激發的為即將到來的任務做準備，該階段能在任務呈現前完成；第二個階段涉及自下而上的、外在刺激激發的儲存在工作記憶中的任務規則的激活。但是，雙階段任務重構假說很難驗證，因為這涉及如何分離兩個階段的加工過程。

2.任務重復優勢假說

該假說認為，轉換代價的存在是由于重復任務比轉換任務存在重復優勢。重復優勢主要體現在以下兩點：第一，任務設置慣性。任務設置在執行完后不會立即消失，會產生持續的影響。重復任務完成后，任務設置的慣性影響還在，故完成重復任務所需的時間較短，正確率較高；而轉換任務中，個體需要完成新的任務設置的過程中還需要同時排除前一任務設置的額外影響，故完成轉換任務所需的時間較長，正確率較低。如有研究發現，當個體完成轉換任務時，給予較多的反應—刺激時間間隔，可顯著提高個體完成轉換任務的反應時間。第二，刺激—反應聯結。當某一目標刺激被同時應用到重復任務和轉換任務時，個體完成任務所需要的轉換代價較高。原因可能是個體每執行完一個任務，刺激—反應的聯結得到一次鞏固加強，當再次完成下一任務時，個體需要先解除上一任務聯結才能成功完成當前任務。例如，經典Stroop范式中，將漢字與圖片進行聯結組成刺激。將不同圖案（小汽車、水果等）與不同漢字（微笑、和平等）組成一類刺激。一類任務（A）為判斷圖片的形狀，另一類任務（B）為閱讀漢字。如果先進行圖形命名任務再進行閱讀漢字任務（AABBAABBABBAABBAABB……），結果可能會發現，即使兩類任務（AB）之間間隔時間很長，但個體還是存在轉換任務（下畫線的AB）的反應時較長，正確率較低。這說明個體在完成轉換任務時，需要先克服先前重復任務時產生的刺激—反應聯結的額外影響。

3.線索重復優勢假說

線索重復優勢假說認為，轉換代價產生的反應時和準確率的差異是由于轉換任務與重復任務相比，轉換任務的線索和任務都是新的，導致轉換任務中線索和任務均不具備優勢。Mayr和Kliegl（2003）提出雙任務四線索的全新任務范式。該范式可分為三種任務類型（線索任務相同、線索不同任務相同—重復任務、任務不同線索不同即轉換任務）。其中，線索重復優勢由線索相同與重復任務之間的反應時之差（準確率之差）表示，任務重構優勢由轉換任務與重復任務之間的反應時之差（準確率之差）表示。研究結果顯示，轉換任務與重復任務之間的轉換代價存在很小且不是很明顯，重復任務與線索相同之間的轉換代價差異明顯，說明線索重復優勢假說可能存在。這可能是因為在該范式中，線索呈現后，個體可以先利用線索對任務進行提前注意并編碼加工，刺激呈現后，個體可以聯合線索的提前加工順利對任務做出恰當的反應，而且無論任務是否重復，個體很可能都采用這一種相似的策略，從而導致線索重復優勢產生，任務重建過程減小甚至可能消失。

4.抑制控制假說

抑制控制假說認為，轉換代價的產生可能是被試在完成特定任務時需要抑制靶刺激的特征干擾和反應的抑制干擾，例如，前后不同任務、分心刺激以及不同的反應水平都會對當前任務產生干擾。

（1）靶刺激屬性產生的干擾抑制。靶刺激為數字，實驗任務A為判斷數字屬于奇數還是偶數，實驗任務B為判斷數字所在的位置（這個設置中靶刺激共有兩個特征：數字的奇偶性和數字的位置，抑制控制假說認為這兩種特征可能會產生干擾）。當數字為奇數時，被試按左鍵；當數字為偶數時，被試按右鍵；數字呈現在屏幕上方時，被試按左鍵；數字呈現在屏幕下方時，被試按右鍵。屏幕上方的奇數按左鍵和屏幕下方的偶數按右鍵的情況屬于“一致性刺激”；而屏幕下方的奇數和屏幕上方的偶數屬于“非一致性刺激”。被試在完成實驗任務A或者B時，如果是“一致性刺激”，被試可以直接按左鍵或右鍵。但是，如果是“非一致性刺激”，被試必須排除與當前反應任務不一致的靶刺激屬性才能做出正確的反應，故所用的反應時間會延長，錯誤率上升，產生轉換代價，研究者稱這種現象為“一致性效應”（Rogers，1995），且這種效應幾乎不受任務重構的影響（Kissel et al.，2010）。

（2）任務類型產生的干擾主要有任務抑制（Task Set Inhibit）和反向抑制（Backward Inhibition）。當個體開始新的任務時，之前做過的任務可能對當前任務產生干擾，個體要完成當前的任務，就必須有效抑制先前任務的影響，因此，被試在完成轉換任務（ABABABABA）反應時間和錯誤率會高于重復任務（AAAAA或BBBBBB），這種現象被稱為“任務抑制”。如果一個任務被抑制了，那么該任務的激活水平將低于未被抑制時的水平，很久之前被抑制的任務的激活水平也可能高于剛剛被抑制的任務。研究者采用三任務（ABC三種不同的判斷任務），通過比較CBA序列和ABA序列，考察A任務在ABA序列中更難以激活，被試用時更長，反應錯誤率更高，研究者稱為“反向抑制效應”（Mayr et al.，2000）。

（3）反應水平產生的干擾抑制。反應水平的干擾抑制主要分為抑制反應特征的干擾以及抑制反應選擇產生的干擾。首先，靶刺激為數字和字母，實驗任務A為判斷數字的奇偶性，實驗任務B為判斷字母屬于元音還是輔音。當數字為偶數時，被試用右手按鍵，數字為奇數時，被試用左手按鍵；當字母為元音時，被試用右手按鍵，字母為輔音時，被試用左手按鍵。因此，右手按鍵可能代表數字分類里的偶數或者字母分類中的元音，左手按鍵可能代表數字分類里的奇數或者字母分類中的輔音，這種情況稱為“雙價反應”。如果，數字任務判斷用右手按鍵，字母任務判斷用左手按鍵，稱為“單價反應”。研究發現，雙價條件下的轉換代價明顯高于單價條件（Goschke，2000），這可能是因為雙價條件下個體需要更多的資源抑制額外反應特征的干擾，這種現象被稱為“反應規則一致效應”（Task-rule Congruency Effect）。其次，反應選擇亦可以產生干擾抑制。Go-nogo范式研究發現，如果接下來的任務為Go，被試必須根據Go任務要求確定一個特定的反應，產生轉換代價（Schuch et al.，2003；Verbruggen et al.，2006；Vandierendonck，2010）。