研究背景與動機

第一節 研究背景與動機

事件相關電位（event-related potential, ERP）具備優越的時間解析能 力，在新近的神經科學工具中，可說是最符合這些需求的工具。ERP 是腦電圖 (electroencephalogram, EEG)的延伸應用，透過刺激或事件在 EEG 的連續紀錄 上的時間鎖定(time lock)，排除大腦自發的和隨機的雜訊，而得到由刺激或事 件誘發的活動電位，能夠提供腦部即時的活動訊息，包括腦波成分的時間、正負 極性、區位分佈等訊息。

已經有許多的研究中運用反應時間（response time）所提供的訊息來探討 心智活動，而當搭配上事件相關電位（event-related potential. ERP）的技術 與測量則更加完善這種測驗工具。其中特別是 P300 單元的潛伏期，更是定義成 代表大腦認知功能系統中的刺激評估階段所花的時間（stimulus evaluation time），而先前大多認為刺激評估階段（stimulus evaluation）、反應抉擇階段

（response selection）、反應執行過程（response execution）之間是互相獨 立的。但是有研究顯示某些會增長反應時間的因素造成 P300 潛伏期的敏感性降 低 (Verleger, 1997) ， 只 是 在 這 些 實 驗 中 並 沒 有 明 確 的 界定 反 應 抉 擇 階 段

（response selection）與反應執行過程（response execution），也沒能有系 統的操控實驗中的反應參數以求將 P300 潛伏期能獨立於反應執行。

P300 是事件相關電位（ERP）中峰潛伏基位在 300ms 左右的晚期正向波，為 信號處理特有電位，是腦誘發電位研究中的一個重要發現。目前醫學界很關心這 一指標。自 Sutton 于 1965 年首次發現 P300 以來(Sutton, Braren, Zubin, & John, 1965)，人們對其進行了大量研究，最初發現它與認知過程有關。因為在與認知 功能損害有關的疾病中，P300 的波幅和潛伏期發生相應的改變，在心理測試中，

P300 的改變比其他心理檢測指標早應用于臨床，作為認知功能損害的一個輔助 手段。為了使 P300 的檢測在臨床工作中發揮更大作用，如進行腦損傷用力的定 位診斷和大腦某些高級功能的研究，人們建立了各種動物模型使用了視、聽、體 感等剌激方式，對 P300 的神經起源進行探討。

以往 P300 潛伏期基於以下被觀察到的現象而被認為是獨立於反應抉擇和反 應執行。當刺激評估需求（stimulus evaluation demands）增加時，反應時間 與 P300 潛伏期所花的時間都增加了，但是當反應處理程序需求（response processing demands）提高時，唯一會被探測到延長的卻是反應時間。在一個分 辨同意字（synonyms identification）的實驗中能觀察到這個現象(Kutas, McCarthy, & Donchin, 1977)，實驗中設計了不同難度的語意分類（semantic categorization）和速度-正確率指示（speed and accuracy instruction）。結 果顯示，當難度提升時 P300 潛伏期和反應時間增加；而雖然要求速度的指令能 降低反應時間，但是對 P300 潛伏期卻沒有影響。類似的效果也能在 Stroop task 中見到，實驗中代表顏色的文字未必與其呈現的顏色一致（congruency）（用紅 色顯示的”紅”字，以及用黑色顯示的”紅”字）。當受試者被要求對不一致的 刺激有回應時，受試者的反應時間會延長但是 P3 潛伏期不會增加(Duncan, Johnson, & Lambie, 1981)。

在另一個操控聲音訊號與刺激和反應是否匹配（compatibility）的實驗中 也能見到相同結果，也就是當聲音訊號和反應不匹配時，受試者的反應時間是增 加的；P300 潛伏期雖然會受到聲音訊號的影響而增加但是受到反應不匹配的影 響而增加的量卻小了許多(Duncan et al., 1981; Magliero, Bashore, Coles, &

Donchin, 1984)。其它反應相關的操控參數像是手的擺置（hand placement）或 是手的移動方向（movement direction）則不會對 P300 潛伏期造成影響(Fiori, Ragot, & Renault, 1992; Leuthold & Sommer, 1998)。

先前的這些研究中，反應時間（response time）的部份各以不同的方式測

期廣義來說能包含了刺激評估、反應抉擇和反應執行這三個單元。近年來隨著心 智相關領域的研究針對時刻測定的測時法（chronometry）進行分析，目前已經 普遍地認定反應時間（response time, RT）代表了我們的大腦心智進行刺激評 估和選擇適當反應所需的時間。而動作時間（movement time, MT）則是指執行 動作反應所需要的時間。

如今已經可以靠包含著起始按鍵（home button）和反應按鍵（response button）的儀器設備來區別時段並紀錄數據。反應時間定義成從接受到刺激開始 直到受試者的手離開起始按鍵（home button）；動作時間（movement time, MT）

就是指從離該起始鍵直到按下反應鍵的這段時間(Jensen & Munro, 1979)。因為 反應時間主要被接受到的刺激時提供的訊息所影響，所以反應時間主要被認為取 決於認知程序的因素；動作時間因為不被接受到的刺激時提供的訊息所影響，所 以動作時間被認定反映出執行反應時感覺動作單元（sensori-motor）處理過程 的速度，所以在不同的按鍵距離或是按鍵大小時就有可能影響動作時間。

在有確實區分反應時間與動作時間的實驗中，實驗數據顯示當提升反應程 序的需求（response processing demands）時，反應時間會增加但是動作時間 並不會延長(Houlihan, Campbell, & Stelmack, 1994)。

這些顯示 P300 潛伏期是與反應處理程序時間（response processing time）

互相獨立的研究中，其實對於反應執行的需求（response execution demands）

是極小的，往往只是要求受試者的手離開按鍵而已，也沒有額外的移動要求。實 驗的設計主要也是操弄反應時間的部份而不是動作時間的部份。所以事實上，很 少的事件相關腦電位實驗有切確的區分反應時間與動作時間。因為會影響反應時 間的因素並沒有影響 P300 潛伏期，所以普遍的假設是 P300 潛伏期反映的是刺激 區辨評估階段而且與反應動作執行階段互相獨立。

在 Cynthia Doucet 與 Robert M. Stelmack 一系列相似語意（semantic similaritiy）、簡單與選擇反應時間（simple and choice reaction time）的 實驗中，發現實驗的難度會影響 P300 潛伏期以及反應時間，但是不會影響動作

時間(Cynthia Doucet & Robert M. Stelmack, 1999)。而在下一系列操控刺激 的一致性或反應的匹配性的實驗中，顯示刺激分析評估的需求（stimulus analysis demands）上升時同時會增加 P300 潛伏期和反應時間（RT），但是當反 應不匹配時會影響的只有反應時間的上昇(Houlihan et al., 1994)。

在 Cynthia Doucet 的研究中探討反應執行與 P300 潛伏期間的關係以及探 索刺激的一致性與反應的匹配性之間的交互作用(Cynthia Doucet & Robert M.

Stelmack, 1999) 。 他 們 設 計 刺 激 － 反 應 匹 配 模 組 （ stimulus － response compatibility paradigm）來評估刺激的一致性和反應的匹配性對於 P300 潛伏 期、反應時間、和動作時間的影響。參照 McCarthy 等人的設計，利用符號類的 刺激來操控匹配性與一致性(McCarthy & Donchin, 1981)。雖然關於反應的匹配 性對於 P300 潛伏期的影響並不盡相同，但在 Cynthia & Robert 這份實驗中顯示 反應抉擇階段應該是與 P300 潛伏期互相獨立；但是當在刺激評估需求極低時，

動作的執行就會影響到 P300 潛伏期。而只要提升一點點的刺激評估需求，就能 夠屏蔽動作執行對 P300 潛伏期影響。

先前 Cynthia & Robert (1999)的研究中探討反應執行與 P300 潛伏期間的 關係以及探索刺激的一致性與反應的匹配性之間的交互作用。但是他們並未對於

雖然以 Sternberg 的「加成因素法」（additive factor method），運用會 造成反應時間延長的變項來標定認知過程中的不同階段以及確認各階段的獨特 處，能夠將認知工作的反應時間分割成（1）刺激評估、（2）反應選擇二階段。

潛伏期，而且以 P300 潛伏期顯示刺激評估幾乎是所有研究者的共識。相反的，

對於反應選擇的探討，很少文獻直接由反應時間減去 P300 潛伏期來得到反應選 擇的結果。而是間接由 P300 與反應時間兩者間無關，推論 P300 潛伏期與反應選 擇 無 關 (Christensen, Ford, & Pfefferbaum, 1996; McCarthy & Donchin, 1981)。或是一些作者用 LRP（lateralized readiness potential）來作為反應 選擇的指標(Valle-Inclan, 1996)。這些都是間接的推測，並不符合 Sternberg 的認知二個串聯式階段的說法。探究為何很少研究者 ERP 上直接測量所得的反應 選擇時間作為測量的數據，最可能的原因在於，若要利用這一種測量法會需要較 精準的 P300 潛伏期的測量，否則將大幅影響測量的結果。但是由於 P300 波為一 個複合波，含有多個子成分。在反應時間的行為測量裡，由於運動前成份

（pre-motor component）是一個影響 P300 潛伏期與波幅的重要因素。Cynthia Doucet 就曾提及動作對於 P300 潛伏期的影響，雖然她強調在較複雜的刺激與反 應要求下，動作的影響相對為小；但是在她的研究內亦僅提及 P300 潛伏期與反 應時間，並未探討反應選擇這個議題。我們認為這是她研究中的一個缺憾。