研究假說

圖 3-3：研究假說

參考先前的實驗，我們假設整個認知過程是屬於一種互相獨立串聯式的二 階段模式，當操控刺激的一致性時應該會改變 P300 潛伏期，而且調整反應匹配 難度應該是改變受試者的反應選擇期。若是觀察受試者行為表的反應時間，根據 Sternberg 提出的加成因素法（additive-factor method），如果匹配性和一致 性這兩項變因分別操弄認知訊息處理系統的不同階段，那這兩者合併的效果對反 應時間是屬於附加性的。反之，當這兩者影響的是信息處理系統的同一階段，則 反映在這兩變項間於反映時間有交互作用的效果。

Stimulus evaluation

Response selection

Execution demand

compatibility

congruency

Stimulus Response

P300 latency

Reaction time

第四節 腦波記錄、資料處理與統計分析

腦波紀錄使用 Neuroscan 公司的 Nuamps 數位腦電波放大器。行為測量則採 用 Stim2 軟體的刺激反應測量系統。採用該公司提供的 SCAN 4.3.3 版軟體進行 實驗數據的剪輯處理。

一、事件相關電位紀錄（Event-Related Potential）

實驗測試於電波隔離的實驗室裡進行。腦波紀錄電極，依照國際 10-20 電極安置系統，以 Quick-cap 電極帽將電極置於 Fz, F3, F4, Cz, C3, C4, Pz, P3, P4, A1, A2。參考電極為置於雙耳後乳突的聯合電極，並紀錄垂 直眼動電極（EOG）。電波訊號經由一個 16 位元類比－數位轉換器，儲存到 電腦裡，再做事後分析。

圖 3-4：國際 10-20 電極安置系統

二、 行為數據採樣

受試者坐於桌前，一個顯示器置於距離受試者 60 公分的桌面上。桌 面上放置反應按鍵盤，為一組按鍵，再中央位置的「起始/準備按鍵」

(start/home button) 與 分 別 置 於 左 右 兩 側 的 「 目 標 按 鍵 」（ target button）。

一開始，受試者手掌按於起始鍵，當信號出現時，受試者必須在辨 識清楚後立即放開起始鍵，且去按目標鍵。指示訊號出現的時間至放開起 始鍵的時間間隔是為反應時間（reaction time），自放開起始鍵至按下目 標按鍵的時間間隔是為動作時間（movement time）。所有的視覺刺激訊號 出現的時間是為刺激點。離鍵、按鍵的時間均由 Stim2 行為記錄器紀錄其 時間，並將此時間數據傳送至 Neuroscan 腦波訊號記錄器。

Methods – Experiment One

• Compatible

• Incompatible

or

or

圖 3-5：實驗一的步驟圖示

過程中，受試者注視螢幕中央，將手掌按在按鍵盤中的準備鍵上。當開始

約 1 秒後，圖形組將出現。（1）先是左列的「same」或「opposite」呈現 500ms，

（2） 隨即呈現中間列的箭頭類刺激，（3） 經過判讀隨即按下「左鍵」或「右 鍵」（最右列）。重複步驟（1）~（3）直到完成 120 組的圖形判斷。

Methods – Experiment Two

• Compatible

• Incompatible

圖 3-6：實驗二的步驟圖示

過程中，受試者視線集中在螢幕中央，將手掌按在按鍵盤中的準備鍵上。

當開始約 1 秒後，圖形組將出現。（1）先是左列的「same」或「opposite」呈現 500ms，（2）隨即呈現中間列的文字類刺激，（3）經過判讀隨即按下「左鍵」或

「右鍵」（最右列）。重複步驟（1）~（3）直到完成 120 組的圖形判斷。

三、 腦波紀錄

本實驗在閱讀作業進行的同時進行腦波的連續記錄，實驗地點為電 波隔離室，可以隔離環境中游離的電波雜訊，而得到較為穩定的腦波訊 號。腦波記錄儀由 Neuroscan 公司所生產的 NuAmps 系統，記錄電極安置 於橡膠製具有彈性的帽子上，相對位置固定，以國際 10-20 系統定位。腦 波訊號採用近端參考點，位於耳朵後方的左右 mastoid 上。同時，我們也 記錄眼球活動訊號，眨眼或縱向眼動的記錄點置於於左眼眼窩上下(left outer canthus)。所有電極的阻抗(Impedances)控制在 5kΩ以下；放大 倍率(gain)設為 19dB，帶寬（bandpass）設在 50Hz~DC，設定 DC 採樣，

保留了慢電位的紀錄，為了處理記錄過程中慢電位的漂移，因此在事後離 線分析中，作 DC 矯正（DC offset correction），以保證數據紀錄的真實 可靠性；訊號取樣率(A/D sampling rate)為 1000Hz。記錄分段（epoch）

是指從刺激出現前 100ms 一直到刺激結束後過 1000ms 為止。

腦波區段中包含過大雜訊者予以排除，雜訊包括眼動、肌電活動、

以及其他震幅過大雜訊。

四、EEG 數據的離線分析

所謂離線分析（off line analysis）即是對記錄到的原始生理信號進 行再分析處理的過程。在 ERP 研究中，得到完整可靠的原始數據之後進行 後期離線分析。

一般情況下，用 Neuroscan 進行 ERP 研究時，對於原始腦電數據（CNT 檔）的離線分析過程主要包括以下幾個步驟：

1. 合併行為數據（merge behavior data）和腦電預覽

行為數據（反應時間、正確率）在傳統心理學研究中具有非常重

b. 剔除明顯漂移的腦電數據。例如當有多個電極導的訊號漂移，可以 選擇「block」功能，對該段腦電予以剔除（reject block），這樣 在後面的數據疊加中就不會受該段腦電的影響了。如果紀錄的腦電

2. 去除眼電（EOG）偽跡（artifacts）

目前，除眼電之外，越來越多的研究表明心電、肌電訊號都對腦 電有顯著影響，不使用將受影響的腦電完全驅除的方法，因為那樣會 消除很多有用的數據，而採用矯正的方法。對於用 DC 放大器採集的原 始腦電數據，則先進行”DC offset correct”，好對校正後的 CNT 文件進行偽跡剔除。

的分析在本研究中設定的時程為-200~1000ms，即刺激前 200ms 至刺激 後 1000ms，要留一段刺激前的分析，以進行後續的刺激前的基線矯正。

5. 基線校正（baseline correct）

基線校正的作用是消除腦電相對於基線的偏離。ERP 研究中通常 是將刺激前的某個時間段的腦電進行基值校正，作為基礎值(0)，將刺 激後的電位與該基進行相減，得到新的電位值，在此基礎上再進行疊 加和平均，得出最後的 ERP 波形，總平均波形中用於基線校正的電位 平均值也等於零。

6. 去除偽跡（artifact rejection）

由於 ERP 是時域函數，因此要做「time domain」（時域）的分析，

如果對時間相關的頻域特徵有興趣，則選擇「frequency domain」（頻 域），採樣點數為 2 的整數倍。

7. 疊加平均（average）

根據研究目的和需要可以進行時域特徵（time domain）或頻域 特徵（frequency domain）的疊加。ERP 研究的是 EEG 的時域特徵，

因此，進行 ERP 研究，是使用「time domain」。 8. 總平均（group average）

總平均的目的在於對所有受試的 ERP 或其他數據進行平均，以得 到總平均波形。

五、統計分析

1. 行為表現的統計分析

剔除不正確的反應，僅把反應正確的嘗試次之數據納入分析。行為 反應中的自變項（independent variables）為一致性（一致 vs.不一 致）、匹配性（匹配 vs.不匹配）與使用手（左手 vs.右手）。其中一致 性與匹配性當作受試者內變項（within subject variables），使用手 則是當作集區變項（blocking variables）。

依 變 項 （ dependent variables ）， 分 別 為 反 應 時 間 （ reaction time）、動作時間（movement time）與正確率（correct rate），以使 用手為集區變項作二因素的重複量測變異數分析。P 值設為 0.05。

第四章 研究結果

第一節 實驗一

一、行為表現數據：

我們紀錄了三類行為數據，從刺激呈現至手離開起始按鍵這段時間定義為 反應時間（reaction time）；動作時間（movement time）則是從使用手離開起 始按鍵到按下目標按鍵，每一次的的刺激反應都區分成反應時間和動作時間並且 收錄下來。正確率（correct rate）由正確辨識出圖像的數目除以全部呈現的圖 像數量，最後再乘上 100 而得。經由平均了集區 1 至集區 6 的數據後得到平均反 應時間、平均動作時間、平均正確率。桌面 1 列出在各種實驗情況組合下的平均 反應時間、動作時間和正確率。

根據 Sternberg 提出的加成因素法（additive-factor method），如果匹配 性和一致性這兩項變因分別操弄認知訊息處理系統的不同階段，那這兩者合併的

動作時間 匹配

反應時間（reaction time）：

以一致性與匹配性為受試者間變項（within subject variables），將 使用手設為集區變項（blocking variables），藉此分析行為表現。表 2 的 分析結果顯示一致性與匹配性各自有顯著效果（F1,12＝87.49, p<0.05,

compatible incompatible 圖 4-1：實驗一，二因素對反應時間的交互作用

進一步作對比分析發現，匹配性對於一致性刺激的效果有別於不一致 性刺激。在接受一致性刺激時，匹配性有顯著的影響效果（F1,24=42.66, p<0.0001）。面對匹配情境時的反應速度（437.7ms）顯著地快於不匹配情 境時的反應速度（519.7ms）。但當接受的是不一致型刺激時，匹配與否的 效果就不明顯了（F1,24=1.07, p>0.05）。

動作時間（movement time）：

表 3 的分析結果得知一致性（F1,12=0.47, p>0.05）、匹配性（F1,12=0.0, p>0.05）、交互作用（F1,12=1.070, p>0.05）對動作時間都沒有顯著效果。

表 3：實驗一，動作時間的變異分析表

變異來源 平方和 自由度 均方值 F 值 P 值

使用手(集區) 6.5 1 6.5 0.24 0.6280 受試者 79242.6 12 6603.6 241.38 <0.0001

一致性 11.8 1 11.8 0.47 0.506

一致性 × 受試者 301.7 12 25.1 0.92 0.5355 匹配性 0.0194 1 0.0194 0 0.9846 匹配性 × 受試者 603.27 12 50.27 1.84 0.068 匹配性 × 一致性 44.95 1 44.95 1.64 0.2061 一致性 × 匹配性 × 受試者 504.15 12 42.01 1.54 0.144 誤差 1313.1 48 27.35723

合計 82749.8 103

正確率（correct rate）：

表 4 的 變 異 數 分 析 發 現 只 有 一 致 性 有 顯 著 效 果 （ F1,12=5.81, p>0.05）。接受一致型刺激情況下的正確率是 95.3％，比接受到不一致型刺 激時高（91.5％）（F1,12=0.0, p>0.05）。匹配性（F1,12=1.07, p>0.05）

以及兩者的交互作用（F1,12=1.25, p>0.05）對于正確率並無顯著影響。

表 4：實驗一，正確率的變異分析表

變異來源 平方和 自由度 均方值 F 值 P 值

使用手(集區) 0.0079 1 0.0079 4.10 0.0481 受試者 0.4443 12 0.037 19.14 <0.0001 一致性 0.0369 1 0.0369 5.81 0.0329 一致性 × 受試者 0.0761 12 0.0063 3.28 0.0012 匹配性 0.0121 1 0.0121 3.41 0.0895 匹配性 × 受試者 0.0425 12 0.00354 1.83 0.068 匹配性 × 一致性 0.00344 1 0.00344 1.25 0.2862 一致性 × 匹配性 × 受試者 0.0033 12 0.00276 1.43 0.1844

誤差 0.0987 51 0.00194

合計 0.7551 103

圖 4-2、四種實驗狀況下的平均反應時間與動作時間

Congruent compatible

Congruent Incompatibl

Incongruent compatible

Incongruent incompatible

二、事件相關電位數據

P300 的波峰將反應時間切割成兩階段：刺激評估期（stimulus evaluation）

與反應選擇期（response selection）。表 5 列出測量到的時間數據。分別針對 刺激評估期與反應選擇期進行 two-way ANOVA 分析以求探討匹配性與一致性之間 的交互作用。

表 5、空間符碼的四種實驗情況，刺激評估與反應選擇的表現

刺激評估 反應選擇

一致 不一致 一致 不一致

平均 標準差 平均 標準差 平均 標準差 平均 標準差 匹配 352.9 48.5 390.0 77.6 84.9 69.1 129.7 98.8 不匹配 385.7 74.6 399.4 76.3 96.6 80.8 127.4 83.0

圖 4-3：一致與不一致刺激的 ERP 波形比較 stimulus

cue

圖 4-5、四種情況時 P300 潛伏期與反應選擇期

Congruent Compatible

Congruent Incompatible

Incongruent compatible

Incongruent Incompatible

圖 4-4：匹配與不匹配刺激的 ERP 波形比較 stimulus

cue

圖 4-6：一致與不一致性刺激時各處電極的事件相關電位比較 Congruent

Incongruent

Incongruent Congruent

P300 潛伏期－刺激評估期：

以匹配性和一致性作為受試者內變項（within subject variables）

對 P300 潛伏期作分析，得知操控匹配性與一致性各自都會產生顯著影響效

對 P300 潛伏期作分析，得知操控匹配性與一致性各自都會產生顯著影響效