《Frontiers in Psychology》：Hemispheric efficiency during the day: the influence of circadian preference and time-of-day on verbal and visuospatial tasks
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摘要
引言：认知表现因昼夜节律过程与稳态过程之间的相互作用而每日波动，这可能以不同方式激活两个大脑半球。本研究考察了时段、昼夜节律类型学及其同步效应对具有潜在半球偏侧化的语义分类和视觉空间加工任务的影响。方法：研究样本包括113名健康年轻女性（平均年龄20
摘要
引言：认知表现因昼夜节律过程与稳态过程之间的相互作用而每日波动，这可能以不同方式激活两个大脑半球。本研究考察了时段、昼夜节律类型学及其同步效应对具有潜在半球偏侧化的语义分类和视觉空间加工任务的影响。方法：研究样本包括113名健康年轻女性（平均年龄20.60 ± 2.60岁），她们在上午（08:00）和午后早期（13:00）两个时段完成了两项分割视野任务（语义分类任务和垂直地标任务）。结果：在语义任务中，昼夜节律偏好与空间位置之间的交互作用显示，从清晨型到夜晚型，反应时呈现出逐渐向右视野偏好转移的趋势。三重交互作用（类型学 × 词优势性 × 反应类型）揭示，对于“是”反应，极端昼夜节律类型对高优势性词条反应更快，而中间类型对低优势性词条反应更快。对于“否”反应，中间型和夜晚型倾向于低优势性词条，而清晨型则无差异。在地标任务中，时段 × 位置的交互作用显示，上午存在右视野优势，而在下午则转变为左视野优势。讨论：总体而言，研究结果间接表明，大脑半球日间变异取决于任务需求，左半球在上午更为活跃，右半球在下午更为活跃，并且昼夜节律偏好在语义处理中发挥调节作用。
# 昼夜节律偏好与时段对半球偏侧化认知表现的影响：来自语义分类与视觉空间任务的证据
## 1 研究背景与问题提出
认知功能在24小时周期内表现出可预测的波动，这一现象与睡眠-觉醒周期密切相关，受内源性昼夜节律时钟驱动。根据双过程模型，睡眠-觉醒周期受两个相互作用的机制调节：稳态睡眠压力（Process S）和昼夜节律起搏器（Process C）。稳态过程在清醒期间持续累积，导致认知表现和警觉性下降；而昼夜节律过程约24小时为一个振荡周期，在傍晚早期达到峰值水平。两过程模型从认知角度解释了神经行为效率的日常波动，其核心推论为同步效应——即当测试时间与个体警觉性峰值同步时，认知表现更为高效。同步效应与个体在昼夜节律偏好上的差异密切相关，昼夜节律偏好沿近似高斯曲线分布，中心为无明显时间偏好的中间型，两端为清晨型和夜晚型。
然而，现有文献关于昼夜节律偏好和时段对认知表现影响的研究结果并不一致。一项系统性回顾研究显示，超过70%针对年轻人的研究发现不存在时段效应，超过80%未发现昼夜节律类型的主效应，仅约45%的研究证实了同步效应。研究者指出了多种方法学问题解释这些不一致，包括测试日程安排的可变性、程序与认知参数的差异、昼夜节律类型分数范围有限以及性别相关认知表现差异等。
可能解释这些不一致性的一个重要因素是在任务执行过程中大脑半球的参与情况。已有研究通过活动记录仪（actigraphy）证明了两个半球之间存在不同的昼夜节律相位关系：非优势手（右半球）的运动活动在深夜表现出优势性，而左半球可能对稳态过程更为敏感，导致其更早失活；右半球则可能更强地受昼夜节律过程影响，在累积睡眠压力下仍能维持较晚的活动。此外，清晨型与夜晚型在两过程模型的动力学上存在差异，并可能在任务表现中体现为半球偏好差异——清晨型偏向左侧半球加工，夜晚型相对偏向右侧半球加工。语义处理领域中，研究者提出左半球具有“精细”或“聚焦”的表征特征，而右半球则具有“粗略”或“弥散”的表征特征。已有研究发现清晨型在高、低优势性词条之间的表现差异更大，而夜晚型这一差异缩小，提示清晨型更多依赖聚焦语义激活，夜晚型则调用更广泛的弥散语义网络。然而，也有研究得出不同结果，如夜晚型与更高言语智商相关，或夜晚型在语义启动任务中受到时段显著影响而清晨型保持不变。
聚焦视觉空间任务领域，已有研究显示视觉空间注意能力在一天中逐步改善，但左右视野之间未发现不对称性。夜晚型在视觉空间工作记忆和心理旋转任务中表现优于清晨型。在一项空间注意地标任务研究中，非最佳测试时间与向右的注意偏移相关，而最佳时间产生向左偏移，尤其在清晨型中表现明显。但该研究仅使用rMEQ最后一道题进行极端昼夜节律类型划分，使用水平线等分任务评估不对称性，且选择了与其他研究不一致的极端测试时间。鉴于夜晚型在地标任务中对左侧线段的普遍高估（即假性忽视），可能反映了右半球的更大激活。为更有效地考察任务中两个半球的参与，分割视野范式（divided visual field paradigm）成为合适选择。
本研究旨在考察时段、昼夜节律类型及其交互作用（即同步效应）对语义分类和视觉空间加工的影响。研究采用语义分类任务和垂直地标任务（vertical landmark task），结合分割视野范式，选择上午（08:00）和下午（13:00）两个时段进行测试，以与现有文献直接比较。
## 2 研究方法概述
研究样本最初招募138名女性参与者，排除神经系统或身体疾病患者、非意大利语母语者，以及任一实验时段总体准确率低于80%的参与者（n = 25），最终有效样本为113名健康年轻女性（平均年龄 = 20.60岁，标准差 = 2.60岁）。为降低语义分类、线段等分和半球特化中已充分记录的性别差异带来的变异性，样本限制为女性。利手性采用爱丁堡利手量表（EHI）评估。昼夜节律偏好采用意大利版简式清晨-夜晚问卷（rMEQ）进行评估，总分范围4至25分，切界分数将参与者分为夜晚型（≤ 11分）、中间型（≥ 12且≤ 17分）和清晨型（≥ 18分）。实验所用三项主要关键技术方法为：（1）语义分类任务——判断单词是否属于类别，操作词条优势性（高优势性 vs. 低优势性）和反应类型（是 vs. 否）两个因素，要求对中央类别成员（高优势性词条）和外围成员（低优势性词条）做出语义判断；（2）垂直地标任务——判断垂直线段二等分（bisection）标记上方或下方的线段是否更长，操作难度水平（易 vs. 难）因素，难度依据二等分点位置（20/80%为易，40/60%为难）加以控制；（3）分割视野范式——所有刺激呈现在中央注视点左侧或右侧25%/75%屏幕宽度位置，结合下巴和前额固定架以维持60厘米固定视距并稳定头部位置。两项任务均使用E-Prime 2.0软件呈现，各包含80个随机试验。客观警觉性通过腋窝数字体温计测量核心体温（°C）获得，主观警觉性采用整体活力与情感量表（GVA）评估，其中活力分作为主观警觉性指标。参与者分别于上午（08:00）和下午（13:00）两个时段参加实验室测试，时段顺序进行平衡（52.21%先下午后上午，47.79%先上午后下午）。研究采用混合设计，时段和空间视野为被试内因素，昼夜节律偏好（清晨型、中间型、夜晚型）为被试间因素。统计分析采用混合设计方差分析/协方差分析，将主观警觉性时段差异作为协变量。
## 3 研究结果
### 3.1 主观与客观警觉性
核心体温方面，无显著的时段主效应、昼夜节律偏好主效应及二者交互作用。主观活力（GVA）方面，时段主效应显著，参与者在下午（M = 64.87, SD = 16.02）报告的活力水平显著高于上午（M = 53.72, SD = 18.23）；昼夜节律偏好主效应显著，清晨型报告活力显著高于夜晚型；时段与昼夜节律偏好的交互作用显著——夜晚型和中间型从上午到下午活力显著增加（夜晚型：上午43.48至下午63.19；中间型：上午54.54至下午64.70），而清晨型无显著时段差异（上午63.14 vs. 下午66.71）。
### 3.2 语义分类任务
反应时方面，存在刺激位置主效应，右视野刺激反应显著快于左视野；反应类型主效应显著，“是”反应快于“否”反应。显著的二重交互作用包括：词优势性 × 刺激位置（高优势性词条在右视野优于左视野）、词优势性 × 反应类型（“是”反应中高优势性快于低优势性）、刺激位置 × 反应类型（“是”反应中右视野优于左视野）。重要发现为昼夜节律偏好 × 刺激位置交互作用，清晨型右视野优势最小，中间型和夜晚型右视野优势更为显著。反应时上还发现昼夜节律偏好 × 词优势性 × 反应类型三重交互作用——“是”反应中，极端类型（清晨型与夜晚型）对高优势性词条反应更快而中间型相反；“否”反应中，中间型和夜晚型对低优势性词条更快而清晨型无差异。此外，时段 × 词优势性 × 刺激位置交互作用显示高优势性词条的右视野优势从上午到下午增大。准确率方面，出现词优势性 × 刺激位置交互作用（左视野中低优势性准确率更高，右视野中高优势性准确率更高）、词优势性 × 反应类型交互作用（“是”反应中低优势性准确率更高），以及昼夜节律偏好 × 词优势性 × 刺激位置三重交互作用（趋势性）和词优势性 × 刺激位置 × 反应类型三重交互作用。
### 3.3 垂直地标任务
反应时方面，仅存在任务难度主效应，易试次显著快于难试次。显著的交互作用为时段 × 任务难度——下午时段易试次与难试次之间的反应时差异略大于上午；以及时段 × 刺激位置——上午左右视野表现相当，而下午左视野反应略快于右视野，但事后比较未达显著水平。准确率方面，仅确认了任务难度主效应。
## 4 讨论
语义分类任务中未发现时段或昼夜节律偏好主效应，这可能是由于测试时段选择（08:00与13:00）未覆盖能够产生显著差异的傍晚时段。同步效应同样未得到验证，提示熟悉信息的提取在高峰和非高峰时段均可有效完成，受昼夜节律警觉性影响较小。然而，昼夜节律类型学与空间呈现位置之间的交互作用为左半球在该任务中的优势提供了间接证据——所有类型对右视野刺激反应更快，反映左半球在词汇分类中的加工效率。这种偏好在中问型和夜晚型中更为明显，可能因为这些类型可被定义为更“整合”或“右脑思维”取向，因此更受益于任务的左半球特性。三重交互作用（类型学 × 词优势性 × 反应类型）的结果与语义处理半球不对称模型一致，清晨型的集中语义激活与夜晚型的弥散语义网络相吻合。时段 × 词优势性 × 刺激位置的交互表明左半球加工在上午普遍占优，而到下午早期则主要保留于高优势性词条，提示左半球功能在午后早期逐步衰退。
垂直地标任务中，任务难度的主效应得到验证，与先前使用垂直地标范式的研究一致。时段 × 任务难度交互作用显示难易试次反应时差异在下午更大，可能反映右半球激活在一天中逐步增强。时段 × 刺激位置交互作用进一步支持右半球激活增加——下午时段左视野反应略快于右视野。综合来看，这些结果指向右半球在下午的更大激活，与右半球对昼夜节律过程（Process C）的敏感性假说一致。
研究存在若干局限性：rMEQ切界分类方法可能降低连续变量的区分度；仅选择两个测试时间点限制了捕捉昼夜节律和稳态动态的能力；样本仅包含女性，未控制月经周期阶段和激素避孕药使用；缺乏眼动追踪或正式注视监控；未采用试次级别混合效应模型；饮食和咖啡因摄入未通过客观记录严格量化。未来研究应纳入更广泛的时间点（包括深夜评估）、平衡性别分布、结合连续维度的昼夜节律类型分析、引入褪黑素和皮质醇等客观生理标记物，并采用试次级别的统计模型。
## 5 研究结论
本研究通过语义分类任务和垂直地标任务调查了时段、昼夜节律类型及其交互作用对认知表现的影响。研究结果部分支持左半球与稳态过程（Process S）之间、右半球与昼夜节律过程（Process C）之间的关联，表现为上午以左半球激活为主、下午以右半球激活为主。昼夜节律类型仅在语义分类任务中对表现发挥调节作用，可能支持了思考风格与昼夜节律类型之间的既有关联，尤其是左脑思考风格与清晨型之间的联系。地标任务中未发现昼夜节律类型的调节作用，这一结果与部分文献不一致，可能归因于本研究所采用的个体类型划分方法。
