第一节 任务转换的认知研究概述

一 基本概念界定

1.任务转换

一位研究者正坐在电脑前认真思考研究思路，打算着手撰写一篇学术论文。突然，有人敲门，他只好站起身来打开办公室的门，门口站着一位同事拿着一份文件。原来是同事来通知他填写一份工作计划，并立刻去办公室开会。研究者叹了口气，只好接过表格和文件，迅速坐到办公桌前浏览表格并填好，然后拿着填好的文件往二楼会议室走去。走在路上，碰到另一位同事，打声招呼，走进会议室，坐好，等待其他同事和领导到来的同时思考此次会议议题的可行性等问题。在以上过程中，出现了多个任务，如思考研究思路、听到敲门声并去打开办公室的门、接过文件、听清楚同事的来意、填写表格、下楼、遇到同事搭讪、准备会议议题等。这多个任务能够顺利完成涉及了多个认知任务，如组织语句、听觉应答、视觉搜索、理解领会、社会交往等。这些任务的顺利完成离不开认知资源的有效组织和重构，或者称为一个恰当的“图式”或“任务序列”。每个时间点上执行的任务都是由外部刺激（敲门声、表格、偶遇的同事等）所激发的，但是每个刺激几乎都有一个竞争性任务：空白的表格可以被当作垃圾扔进垃圾桶，也可以被当作重要的资料填写并保存。个体可以根据既定的目标选择某一刺激作为当前首要完成的任务并同时抵制无关刺激的干扰。

目标和任务的表述形式有很多，在此以相对微观的形式来界定：任务是指由刺激（内部动机或外在刺激）所引起的恰当的反应。此处有两个问题：一是如何选取恰当的任务并作出反应；二是在相关刺激之前，个体能在多大程度上启用新的任务？例如，内省研究表明，个体可以在没有看到对象的情况下，说出一个被描绘的对象的名称。并且当这个物体真正出现时，物体的名字可以在无意识状态下迅速激活，个体能够像条件反射一样讲出物体的名称。

许多储存在个体记忆中的任务或任务集是通过指令说明、反复练习或者重复错误并改正错误、排除干扰的过程获得的。当个体对一项任务的练习越多，或者练习的时间越靠近当前时间时，任务或任务集便更容易被激活或被启用。例如，在没有任何意识参与的情况下，当个体在街道或者商品包装上听到记忆中相关的语言、看到相关的文字或图形标志时，任务或任务集就会被迅速激活，即相关的刺激可能引发一种倾向：尽管目的或意图可能不同，但个体依然会习惯性或下意识地执行与刺激相关的任务或任务集。心理学实验中有一种经典的色词Stroop范式，该范式为色词冲突任务。再如，实验被试被要求对红色颜色的“绿”这一汉字进行字体颜色判断，当个体试图对“绿”这一词的撰写颜色“红”色进行判断时，必须排除“绿”这一含义的无意识干扰。如果个体的大脑前额叶受到损伤，个体可能很难排除干扰，完成这一任务。

因此，个体执行认知任务离不开目标（内部控制）、备选任务的有效性和时效性所影响的有意目的、外部刺激以及外部刺激的内容（外部影响）。因此，有效的认知需要对内源性目标进行精准的、恰当的有效控制的同时，排除无关的外部干扰。研究者将这一过程界定为认知灵活性，即个体根据不同的环境需求，确定适当的反应，调节自身行为的复杂认知过程。认知灵活性的重要成分即为任务转换。为有效研究这一过程，研究者将这一认知加工过程在实验室进行模拟，创设了任务转换范式。任务转换范式常常由单一任务（如AAAAAA……或BBBBBB……）、转换任务（AABBAABBAABB……中的画线任务）或重复任务（AABBAABBAABB……中的画线部分）组成。

2.转换代价

在任务转换实验中，被试首先要完成由一系列简单刺激构成的2—3个任务序列。被试需要对每个任务集中注意力、对其进行分类、检索或计算，直到根据要求作出反应。任务序列分为重复任务和转换任务。一般来说，转换任务的反应时间比重复任务长，且错误率明显高于重复任务，这种时间差异和错误率差异称为转换代价（Switching Cost）。根据被试执行的是单一任务、转换任务或者重复任务的不同，可以将转换代价分为特定转换代价（转换任务的反应时减去重复任务的反应时、转换任务的准确率减去重复任务的准确率）和一般转换代价（转换任务的反应时间减去单一任务的反应时间、转换任务的准确率减去单一任务的准确率）。特定转换代价可以反映个体的内源性、自伤而下的控制过程；而一般转换代价可以反映个体的外源性、自下而上的控制过程。

转换代价的来源可能有以下三种：①先前任务设置的消极耗散（Passive Dissipation）。尽管先前的任务已被完成，但是任务设置还保持一段时间。②准备效应（Preparation）。如果任务开始前，被试有充足的线索或时间准备，那么，被试完成转换任务时的转换代价将会减少（转换序列反应时减少，错误率降低），这种效应称为任务转换的准备效应。③残余转换代价（Residual Component）。虽然被试拥有充足的线索或准备时间可以降低转换代价，产生准备效应，但无论被试的准备多充分，转换代价依然会存在，研究者将这种效应称为残余转换代价。如有研究发现即使线索—目标的时间间隔再长，被试的转换代价依然存在（Monsell et al.，2003）。如Monsell（2003）的研究中，将准备时间延迟至600毫秒，被试的转换代价不再产生明显的变化，逐步达到相对稳定的基线，反应时间和错误率不再有明显的变化，但转换代价依然存在。

二 任务转换范式概述

Jersild范式：Jersild于1927年采用任务转换范式（Task-switching Paradigm）研究执行控制功能。在该任务范式下，被试要完成两类任务（任务A和任务B），这两类任务的呈现序列为AAAAA……BBBBB……（重复序列）或者ABABAB……（转换序列）。实验完成后，比较重复序列与转换序列所用的反应时间，结果发现，重复序列的反应时间明显少于转换序列。但是，该范式存在一些问题。如当被试在完成任务时，绝大多数被试需要同时记住AB两类不同的任务，并且同时准备对两类不同的任务作出恰当的反应。因此，从这个角度来讲，被试在重复任务和转换任务反应时间上的差异并不能确定是转换代价还是工作记忆的负担差异所造成的。

1.交替转换范式

Roger和Monsell（1995）改进了Jersild范式，提出了交替转换范式。在交替转换范式中，被试每完成N个同类任务后再进行转换任务，比如，被试完成三个同类任务后进行转换任务，此时的任务序列为AAABBBAAABBB……，如此循环，在这个任务系列中，重复任务和转换任务的工作记忆负担是一致的，可以认为转换代价的产生是由任务转换本身所导致的。但是，该任务范式可能会存在一个问题：被试多次实验寻找到规律后可能会对下一任务进行提前准备，从而导致任务转换代价的减少甚至消失。

2.线索—任务范式

任务线索转换范式（Task Cue Switching）包含重复任务和转换任务。多采用两类不同的任务进行转换，如数字奇偶数判断和数字加减判断之间的转换、字体颜色判断和汉字词性判断之间的转换。在该范式中，先给予被试一个提示线索，提示需要完成的任务，然后呈现刺激，要求被试进行反应，在被试做出反应后，再呈现下一任务的提示线索，以此类推。该任务范式中，任务序列是不可预见的，因此，被试只能在线索呈现后才能开始任务准备，同时，由于在该任务范式中，重复任务与转换任务都是通过不同trial而不是不同block计算，因此，重复任务与转换任务的工作记忆负荷量是一致的，两者之间的反应时或正确率的差异很可能反映了转换代价。

3.计数任务转换范式

1998年Garavan提出了计数任务转换范式，要求被试对刺激序列中三角形和正方形分别进行计数。如果当前所计数的几何图形是重复于前一个刺激的几何图形，这时被视为非转换条件；反之被视为转换条件。转换条件比重复条件更长的反应时体现了转换代价。该任务范式可以考察被试在完成同一任务不同线索要求时的转换代价，因此，该范式中重复任务和转换任务的难度是一致的。

4.注意分心转换范式

注意分心转换范式中，在靶刺激的上下两个位置的任意位置有另一种颜色的刺激作为分心物，要求被试只对靶刺激进行奇偶数判断，采用两个键反应，奇数按“1”，偶数按“2”。当经过15个连续呈现的试次后，此时被试对靶刺激产生习惯性反应之后，要求被试对另一颜色的靶刺激进行反应。原来颜色的靶刺激成为分心刺激（王艳梅、郭德俊，2006）。该研究范式的假设是，在被试刚转换时，对原来的靶刺激有一定的习惯性反应，从而导致对新异的靶刺激的反应变慢，转换任务与重复任务相比产生的反应时延迟称为转换损失。该范式在考察重复任务和转换任务的同时，还可以考察分心刺激对当前刺激的干扰效果。但是，该范式在计算转换代价时采用连续重复trial和转换后的连续几个trial的时间差来表示，并且任务序列是可预测的，因此，重复任务与转换任务的工作记忆负荷量是不一致的。

5.维度变化卡片分类任务

该项分类任务常常用来测试儿童的分类能力。实验开始时，首先给儿童看一些卡片，如红色的花朵和绿色的小兔子，待儿童能成功识别后，给儿童呈现测试卡片，测试卡片由绿色的花朵、红色的小兔子组成，要求儿童挑选出绿色的卡片，经过多次测试（如10次）后，改变规则，要求儿童挑出相同的形状（如小兔子）。在此测试过程中，观察儿童能否成功地按照主试要求改变规则完成测试。多数研究发现，即使主试多次提醒，年龄较小的儿童还是难以从上一个规则转换到新的规则中，说明儿童的执行功能，尤其是转换能力尚未发展完全。

6.Stroop范式

该范式是测验执行功能的冲突抑制能力的经典范式之一。实验材料为不同颜色的色词，如用红色撰写的汉字“绿”，或者用绿色撰写的汉字“红”。研究者向被试呈现红色颜色撰写的“绿”，要求被试判断字体的颜色或者判断字体意思。被试在判断颜色和字体意思一致的材料与判断颜色和字体不一致的材料时用的反应时间不同、正确率相同。有研究者认为，一致与不一致之间的时间差和正确率差可能反映了个体执行功能的大小，尤其是对无关信息的抑制能力。后来有研究者对该范式进行了改进，将材料替换为面孔与汉字材料，如微笑面孔上面撰写汉字“悲伤”，悲伤面孔上面撰写汉字“微笑”，研究者要求被试对面孔的类别“积极或消极”进行判断，或者对面孔上面的汉字的类别进行“积极或消极”判断。研究结果显示，当面孔类别与汉字一致时，个体的反应时间较快，错误率较低；当面孔类别与汉字不一致时，个体的反应时间较慢，错误率较高，这可能是个体在完成情绪信息加工时，也存在对冲突信息的抑制问题。

7.自主任务转换范式（Voluntary Task Switching Paradigm）

实验指导语要求被试从两个或三个任务中选择一个任务，按照任务要求对目标刺激做出恰当反应。被试选择任务时必须遵循以下两个条件：完成任务时要严格遵从指导语的要求，整个实验过程中，每个任务的选择概率要大致相当；选择任务时不能按照固定的任务序列范式，如ABABABABA……或AABBAABBAABB……等固有序列，要尽量按照随机顺序选择。研究者在实验开始前，以抛硬币的案例讲解，实验过程中可以想象任务选择就仿佛自己抛了一次硬币，并根据抛硬币的结果进行任务选择，因此，被试有时是重复上一任务，有时是执行转换任务。

8.自主任务范式的指标

自主任务范式的指标分：选择任务的时间、选定任务后执行任务的时间、任务选择比例（被试选择某个任务的比例）、任务转化率（被试选择转换任务的比例）。虽然在该任务范式中，被试执行的任务是主动选择的，但是研究者依然在此范式中发现了稳定的任务转换代价。但转换代价在任务选择阶段不存在，在执行任务阶段才存在（Liefooghe，2017）。一种解释认为，转换代价的产生可能反映了任务设置（Task Set）的准备过程，只有当任务经过选择，已经确定，被试才能对任务进行准备和重构，完成任务设置的重构过程。而被试进行任务选择时，并不涉及一系列的目标刺激的识别、任务规则的提取和执行等，因此，选择的任务是重复任务还是转换任务并不会影响被试完成任务的反应时，故在任务选择阶段并不会表现出转换代价。还有一种解释认为转换代价在任务选择阶段也是存在的，只是当前的研究范式并未完善。如当前的自主任务范式并未考虑到被试可能有意权衡了任务转换率，若调节任务转换率，任务选择也可能会出现转换代价。

三 任务转换理论概述

任务转换的研究一直围绕转换代价的产生因素进行。或者说，是哪个认知加工过程能使个体自由地在各个不同的任务之间进行自由转换。有关这方面代表性理论有四种：任务重构假说、任务重复优势假说、线索重复优势假说、抑制控制假说。任务重构假说认为，转换代价产生的反应时和准确率差异是由自上而下的、注意等多个认知过程参与的执行功能的重构过程。任务重复优势假说认为，转换代价产生的反应时和准确率的差异反映的不是转换任务的重构过程而是任务重复加工的重构过程。线索重复优势假说认为，转换代价产生的反应时和准确率的差异是由于重复任务中，线索和任务都是重复的，而转换任务中，线索和任务都是转换的，从而导致线索重复的优势。抑制控制假说认为，转换代价产生的反应时和准确率差异是自下而上的，刺激识别、反应选择和反应执行等各个过程中的排除无关干扰的过程。

1.任务重构假说

任务重构假说是指转换代价反映了个体对任务的重新配置（如AABBAABB……）或将任务集从长时记忆中提取到当前工作记忆中的过程。当任务为重复任务时，由于前一任务仍然是处于激活状态下，个体不需要重新配置或提取任务；相反，当前任务为转换任务时，由于当前任务个体并不清楚，个体需要重新激活、配置或提取任务。因此，个体完成转换任务时的反应时会延长，准确率可能会降低，产生转换代价，此时转换代价即可反映重新激活、配置或提取任务的过程。简单来说，转换代价反映了重复任务和转换任务的不同重构过程。

该观点有一个重要而直接的假设是：在足够的准备时间内，转换成本会消失。当准备时间（如交替转换任务的反应—刺激时间间隔RSI，或者线索任务范式的线索—刺激反应时间间隔CSI）增加时，人们可以提前重新对任务进行转变。因此，当转换任务的准备时间增加时，转换成本会变得更小，甚至完全消失（Monsell & Mizon，2006）。交替转换范式改变了前后两个任务之间的时间间隔（RSI），结果发现RSI增加之后，转换代价变小，这说明转换代价的降低反映了个体对前一任务进行了提前重构或提前准备。但是，这种研究结果只在组块（Block）间设计存在，组块（Block）内设计的实验中并不存在。在任务线索范式的实验中，通过调整线索—刺激时间间隔（CSI），并控制反应—刺激时间间隔（RCI）考察转换代价的变化。研究结果发现，较长的线索—刺激时间间隔产生的转换代价小于较短的线索—刺激时间间隔产生的转换代价，这表明任务转换前确实存在重构效应。总之，重构效应可以在更改准备时间（RSI或CSI），或者通过更改任务的预期（比较预期条件和未预期条件下的反应时间）等不同的实验中出现，重构效应在转换任务和重复任务中都很常见。甚至有研究者认为，CSI、RCI的时间延长所产生的反应时的降低和准确率的提高均体现了转换代价的降低，是重构效应假说存在的标志。

虽然降低了的转换代价似乎能很好地支持任务重构假说，但对于任务重构何时能完成却存在争议。一种观点认为，任务重构从目标刺激的触发之前开始并完成，即刺激—反应的规则提取到工作记忆中之前，任务重构完成。如果该假设成立，那么，重复任务与转换任务的反应时与正确率相等，转换代价消失。但实际上，无论准备时间延长多久，转换代价并不会消失。也有研究者认为，任务重构的确是以“全”或“无”形式开始并完成的，只是当刺激—反应的规则提取到工作记忆中时，可能存在提取成功或提取失败的现象。大多数时候，个体在提取的过程中面临多种因素的干扰，故存在的提取失败导致任务转换代价的存在。另一种观点认为，任务重构从刺激呈现之时开始，但是重构只是部分完成，故转换任务与重复任务相比，存在转换代价。

许多研究发现，即使给予被试足够多的准备时间，个体的转换代价最终并不会完全消失（Rogers & Monsell，1995），该现象又被称为“残余转换代价”。残余转换代价的存在说明任务重构假说并不能完全解释任务转换中的转换代价产生的原因。但任务重构假说的研究者又改进了该理论，提出双阶段任务重构假说：第一个阶段个体主要为自上而下的、内在激发的为即将到来的任务做准备，该阶段能在任务呈现前完成；第二个阶段涉及自下而上的、外在刺激激发的储存在工作记忆中的任务规则的激活。但是，双阶段任务重构假说很难验证，因为这涉及如何分离两个阶段的加工过程。

2.任务重复优势假说

该假说认为，转换代价的存在是由于重复任务比转换任务存在重复优势。重复优势主要体现在以下两点：第一，任务设置惯性。任务设置在执行完后不会立即消失，会产生持续的影响。重复任务完成后，任务设置的惯性影响还在，故完成重复任务所需的时间较短，正确率较高；而转换任务中，个体需要完成新的任务设置的过程中还需要同时排除前一任务设置的额外影响，故完成转换任务所需的时间较长，正确率较低。如有研究发现，当个体完成转换任务时，给予较多的反应—刺激时间间隔，可显著提高个体完成转换任务的反应时间。第二，刺激—反应联结。当某一目标刺激被同时应用到重复任务和转换任务时，个体完成任务所需要的转换代价较高。原因可能是个体每执行完一个任务，刺激—反应的联结得到一次巩固加强，当再次完成下一任务时，个体需要先解除上一任务联结才能成功完成当前任务。例如，经典Stroop范式中，将汉字与图片进行联结组成刺激。将不同图案（小汽车、水果等）与不同汉字（微笑、和平等）组成一类刺激。一类任务（A）为判断图片的形状，另一类任务（B）为阅读汉字。如果先进行图形命名任务再进行阅读汉字任务（AABBAABBABBAABBAABB……），结果可能会发现，即使两类任务（AB）之间间隔时间很长，但个体还是存在转换任务（下画线的AB）的反应时较长，正确率较低。这说明个体在完成转换任务时，需要先克服先前重复任务时产生的刺激—反应联结的额外影响。

3.线索重复优势假说

线索重复优势假说认为，转换代价产生的反应时和准确率的差异是由于转换任务与重复任务相比，转换任务的线索和任务都是新的，导致转换任务中线索和任务均不具备优势。Mayr和Kliegl（2003）提出双任务四线索的全新任务范式。该范式可分为三种任务类型（线索任务相同、线索不同任务相同—重复任务、任务不同线索不同即转换任务）。其中，线索重复优势由线索相同与重复任务之间的反应时之差（准确率之差）表示，任务重构优势由转换任务与重复任务之间的反应时之差（准确率之差）表示。研究结果显示，转换任务与重复任务之间的转换代价存在很小且不是很明显，重复任务与线索相同之间的转换代价差异明显，说明线索重复优势假说可能存在。这可能是因为在该范式中，线索呈现后，个体可以先利用线索对任务进行提前注意并编码加工，刺激呈现后，个体可以联合线索的提前加工顺利对任务做出恰当的反应，而且无论任务是否重复，个体很可能都采用这一种相似的策略，从而导致线索重复优势产生，任务重建过程减小甚至可能消失。

4.抑制控制假说

抑制控制假说认为，转换代价的产生可能是被试在完成特定任务时需要抑制靶刺激的特征干扰和反应的抑制干扰，例如，前后不同任务、分心刺激以及不同的反应水平都会对当前任务产生干扰。

（1）靶刺激属性产生的干扰抑制。靶刺激为数字，实验任务A为判断数字属于奇数还是偶数，实验任务B为判断数字所在的位置（这个设置中靶刺激共有两个特征：数字的奇偶性和数字的位置，抑制控制假说认为这两种特征可能会产生干扰）。当数字为奇数时，被试按左键；当数字为偶数时，被试按右键；数字呈现在屏幕上方时，被试按左键；数字呈现在屏幕下方时，被试按右键。屏幕上方的奇数按左键和屏幕下方的偶数按右键的情况属于“一致性刺激”；而屏幕下方的奇数和屏幕上方的偶数属于“非一致性刺激”。被试在完成实验任务A或者B时，如果是“一致性刺激”，被试可以直接按左键或右键。但是，如果是“非一致性刺激”，被试必须排除与当前反应任务不一致的靶刺激属性才能做出正确的反应，故所用的反应时间会延长，错误率上升，产生转换代价，研究者称这种现象为“一致性效应”（Rogers，1995），且这种效应几乎不受任务重构的影响（Kissel et al.，2010）。

（2）任务类型产生的干扰主要有任务抑制（Task Set Inhibit）和反向抑制（Backward Inhibition）。当个体开始新的任务时，之前做过的任务可能对当前任务产生干扰，个体要完成当前的任务，就必须有效抑制先前任务的影响，因此，被试在完成转换任务（ABABABABA）反应时间和错误率会高于重复任务（AAAAA或BBBBBB），这种现象被称为“任务抑制”。如果一个任务被抑制了，那么该任务的激活水平将低于未被抑制时的水平，很久之前被抑制的任务的激活水平也可能高于刚刚被抑制的任务。研究者采用三任务（ABC三种不同的判断任务），通过比较CBA序列和ABA序列，考察A任务在ABA序列中更难以激活，被试用时更长，反应错误率更高，研究者称为“反向抑制效应”（Mayr et al.，2000）。

（3）反应水平产生的干扰抑制。反应水平的干扰抑制主要分为抑制反应特征的干扰以及抑制反应选择产生的干扰。首先，靶刺激为数字和字母，实验任务A为判断数字的奇偶性，实验任务B为判断字母属于元音还是辅音。当数字为偶数时，被试用右手按键，数字为奇数时，被试用左手按键；当字母为元音时，被试用右手按键，字母为辅音时，被试用左手按键。因此，右手按键可能代表数字分类里的偶数或者字母分类中的元音，左手按键可能代表数字分类里的奇数或者字母分类中的辅音，这种情况称为“双价反应”。如果，数字任务判断用右手按键，字母任务判断用左手按键，称为“单价反应”。研究发现，双价条件下的转换代价明显高于单价条件（Goschke，2000），这可能是因为双价条件下个体需要更多的资源抑制额外反应特征的干扰，这种现象被称为“反应规则一致效应”（Task-rule Congruency Effect）。其次，反应选择亦可以产生干扰抑制。Go-nogo范式研究发现，如果接下来的任务为Go，被试必须根据Go任务要求确定一个特定的反应，产生转换代价（Schuch et al.，2003；Verbruggen et al.，2006；Vandierendonck，2010）。