时间敏感性与单模态和跨模态等时序列中的感知时序

《Experimental Brain Research》：Temporal sensitivity and perceived timing in unimodal and crossmodal isochronous sequences

　　

时间判断依赖于序列规律性和事件发生的感觉模态。研究人员探究了模态特异性序列历史和跨试验模态背景是否对等时判断中的时间敏感性和感知时序有不同贡献。参与者判断六项序列中的第六个事件是否比预期更早或更晚。前五个事件是听觉或视觉；最后一个事件要么匹配该模态，要么切换模态。四种序列类型以单独区块或随机交错方式呈现；这种操作称为呈现模式。时间敏感性，以恰可察觉差（JND）为指标，对于听觉序列优于视觉序列，对于模态一致序列优于模态不一致序列。涉及呈现模式的效果被视为描述性的，因为该因素是参与者间变量且与硬件设置混淆。感知时序，以主观相等点（PSE）为指标，在交错组中显示模态切换结尾的大幅偏移。结果支持序列相关的时间敏感性效应与感知时序中的情境依赖偏差之间的分离。

**研究背景与问题**
时间判断（time judgment）是人类感知的核心能力，涉及对事件发生顺序和间隔的精确评估。在等时序列（isochronous sequence，即连续事件以相等间隔出现的序列）中，观察者能够利用规律的节奏形成对后续事件时间的预期。已有多种理论试图解释这一机制：时钟模型（clock-based model）认为时间感知基于内部脉冲累积；多重观察模型（multiple-look model）强调重复间隔采样可降低不确定性；动态注意理论（Dynamic Attending Theory）则提出节奏性情境可引导注意力到预期时间点。然而，这些理论在时间判断的不同方面（如敏感性与感知时序）上存在差异，且尚未明确区分序列内模态历史与跨试验模态情境的作用。此外，感觉模态（sensory modality）对时间判断具有显著影响：听觉信号通常比视觉信号支持更精确的时间辨别，而跨模态间隔（crossmodal interval）可能因感知延迟差异或决策参考点偏移而产生系统性偏差。尽管已有研究探讨了模态对时间精度和偏差的影响，但序列内模态模式与跨试验模态情境如何分别贡献于时间敏感性（temporal sensitivity）和感知时序（perceived timing）仍不清楚。本研究旨在通过六项事件序列的实验设计，分离这两种因素，并验证如下假设：模态特异性序列历史主要影响时间敏感性，而跨试验模态情境主要影响感知时序。

**研究设计与结论**
研究人员招募了36名大学生（11名男性，平均年龄20.3岁），其中18人完成区块呈现（blocked presentation）版本，18人完成交错呈现（interleaved presentation）版本。所有刺激均由MATLAB R2016b与Psychophysics Toolbox控制，听觉标记为1000 Hz音调（通过扬声器呈现），视觉标记为LED闪光（通过100 Hz波形生成）。每个序列包含六个事件：前五个事件以700 ms的等时间隔（inter-onset interval）呈现，且均为单模态（听觉或视觉）；第六个事件可匹配前五个事件的模态（一致条件）或切换至另一模态（不一致条件），并以相对于预期等时时间的七个刺激起始异步（stimulus-onset asynchrony, SOA，范围-200至+200 ms）之一出现。四种序列类型（听觉一致、听觉不一致、视觉一致、视觉不一致）以区块或随机交错方式呈现。参与者通过按键判断第六个事件比预期更早还是更晚。研究人员使用非参数Spearman-Karber估计器计算恰可察觉差（just noticeable difference, JND，反映时间敏感性）和主观相等点（point of subjective equality, PSE，反映感知时序），并采用混合设计方差分析（ANOVA）进行统计检验。补充分析包括最大不确定性点（point of maximum uncertainty, PMU）和探索性试验历史分析。研究结论表明：时间敏感性主要受序列内模态模式影响，听觉序列优于视觉序列，模态一致序列优于模态不一致序列，且模态切换代价在听觉序列后更大；感知时序则在交错组中显示显著偏移，听觉序列后视觉结尾导致负PSE，视觉序列后听觉结尾导致正PSE，支持时间敏感性与感知时序之间的分离。该研究发表在《Experimental Brain Research》，揭示了多感觉序列中时间判断的分离机制，强调了序列内模态历史与跨试验情境的不同贡献。

**主要关键技术方法**
研究人员使用MATLAB R2016b与Psychophysics Toolbox（Brainard, 1997; Pelli, 1997; Kleiner et al., 2007）控制实验，听觉标记为1000 Hz音调（通过扬声器），视觉标记为LED闪光（基于100 Hz波形），刺激持续时间20 ms，上升/下降沿1 ms。参与者样本来自英国伯明翰大学本科生，实验前签署知情同意书。数据分析采用非参数Spearman-Karber估计器（Spearman, 1908; K?rber, 1931）计算JND和PSE，并进行混合设计ANOVA（呈现模式为参与者间因素，序列模态和一致性为参与者内因素）。补充PMU分析基于反应时间波形矩方法（Cacioppo & Dorfman, 1987; Bausenhart et al., 2018），探索性试验历史分析使用线性模型预测当前响应。

**研究结果**
**时间敏感性（JND）**
通过混合三因素ANOVA发现，JND在听觉序列中显著低于视觉序列（F(1,34)=5.77, p=0.022, η_p²=0.145），在模态一致序列中显著低于模态不一致序列（F(1,34)=101.95, p<0.001, η_p²=0.750）。模态与一致性交互作用显著（F(1,34)=20.18, p<0.001, η_p²=0.372），表明听觉序列的模态切换代价（平均差异86.6 ms）大于视觉序列（72.2 ms），且听觉序列在一致条件下优于视觉序列，但在不一致条件下无显著差异。呈现模式相关效应未达到显著水平，因此被描述性地报告。

**感知时序（PSE）**
PSE的ANOVA显示模态与呈现模式交互作用显著（F(1,34)=5.49, p=0.025, η_p²=0.139），模态与一致性交互作用显著（F(1,34)=25.37, p<0.001, η_p²=0.427），以及三阶交互作用显著（F(1,34)=16.39, p<0.001, η_p²=0.325）。在交错组中，听觉一致与听觉不一致的PSE差异为187.9 ms（t(17)=5.81, Holm p<0.001），听觉不一致与视觉不一致的PSE差异为-245.1 ms（t(17)=-5.31, Holm p<0.001）。仅交错组中的听觉不一致条件显著偏离零（均值-153.9 ms, t(17)=-5.11, Holm p<0.001），视觉不一致条件呈正向趋势但未达显著。区块组未显示可靠的偏离。

**补充PMU分析**
PMU的ANOVA显示呈现模式主效应（F(1,34)=9.87, p=0.003, η_p²=0.225）和一致性主效应（F(1,34)=6.82, p=0.013, η_p²=0.167）显著，模态与一致性交互作用显著（F(1,34)=35.53, p<0.001, η_p²=0.511），三阶交互作用显著（F(1,34)=8.46, p=0.006, η_p²=0.199）。在交错组中，PMU在听觉一致与听觉不一致间差异10.1 ms（t(17)=9.00, Holm p<0.001），视觉一致与视觉不一致间差异-5.4 ms（t(17)=-3.13, Holm p=0.031）。PMU绝对值较小（-7.3至2.8 ms），但反映了与PSE相似的模态一致性结构。

**探索性试验历史分析**
前一个试验的SOA在区块组中对当前后期反应有微弱负关联（-1.23% per +100 ms, t(17)=-2.37, p=0.030），在交错组中不显著（-0.24%, t(17)=-0.46, p=0.651）。前一个试验的序列类型在交错组中未显著预测当前后期反应（-0.47%, t(17)=-0.44, p=0.667），但相同类型重复与更短反应时间相关（-82.6 ms, t(17)=-3.54, p=0.003）。这表明PSE情境效应并非由简单试验历史延续解释。

**讨论与结论**
研究结果表明，时间敏感性主要受序列内模态特异性历史驱动，而感知时序在跨模态序列结尾且交错呈现时显示最大偏移，支持两者之间的分离。这一发现与多重痕迹理论（Multiple Trace Theory of Temporal Preparation）一致，即时间预期可与非时间特征信息共同存储。由于呈现模式与硬件设置混淆，区块与交错之间的差异应被描述性地解释，而非因果推断。局限性包括：无法区分关键噪声源于最终事件模态、跨模态间隔类型（A-V vs. V-A）或两者；PMU和试验历史分析为探索性，未来需预先注册。研究结论可总结为：在多感觉等时序列中，时间敏感性主要由序列内模态模式塑造，而感知时序在跨模态结尾且情境不确定时显示最大偏差，提示时间判断应视为可分离的精度与偏差贡献，而非单一机制的统一输出。