在记忆压力下的持续时间再现：建模视觉记忆集大小在持续时间编码和再现中的作用

《Cognition》：Duration reproduction under memory pressure: Modeling the roles of visual memory set size in duration encoding and reproduction

持续时间估计受视觉工作记忆负荷阶段特异性影响，编码期任务增强中央趋势偏差与低估，复现期任务仅改变整体偏斜而不影响偏差强度。基于贝叶斯推理与注意力共享机制的分层模型成功量化预测了多实验结果，揭示工作记忆压力通过改变感官精度和注意力分配动态调控时间感知。

　　

臧学莲|吴姣|朱秀娜|弗雷德里克·艾伦马克|赫尔曼·J·穆勒|斯特凡·格拉绍尔|史壮华

杭州师范大学附属医院认知与脑疾病中心神经科，中国310015

摘要

持续时间估计系统性地偏向于最近采样区间的平均值，这种中心趋势效应通常归因于感官证据与先前期望的整合。然而，同时存在的认知需求在塑造这些偏差中的作用在很大程度上尚未被探索。通过五个实验，我们研究了在编码阶段、再现阶段或这两个阶段都施加视觉工作记忆容量时，如何影响持续时间估计。参与者在记忆中保持一种、三种或五种颜色，同时再现视觉间隔。在编码阶段增加记忆容量一致性地缩短了再现时间，并增强了中心趋势效应，而在再现阶段增加容量则延长了再现时间，但没有改变中心趋势。为了解释这些相反的效果，我们开发了一个分层贝叶斯模型，该模型结合了注意力共享机制，捕捉了增加容量如何在不同实验情境下改变偏差和精确度。该模型确定编码是关键环节，在此阶段较大的容量增加了不确定性，并增强了对先前信息的依赖。我们的发现表明，工作记忆需求通过阶段特定的干扰调节持续时间估计，并突显了认知负荷下大小感知的更广泛影响。

引言

持续时间估计贯穿于日常生活中，从判断驾驶时何时变道到确定食物烹饪了多久。当这些判断与其他认知需求（如记住视觉信息或计划后续动作）同时进行时，它们变得特别具有挑战性。长期研究表明，我们对持续时间的感知不是被动记录，而是一种可以被系统性地扭曲的主动构建。更有趣的是，时间扭曲可能在我们没有意识到的情况下发生。一个著名的例子是Vierordt效应，也称为中心趋势偏差，由Vierordt在一个半世纪前首次报道（Vierordt, 1868），其中短间隔被高估，长间隔被低估（Bausenhart, Dyjas, & Ulrich, 2014; Glasauer and Shi, 2021, Glasauer and Shi, 2022; Jazayeri & Shadlen, 2010; Lejeune & Wearden, 2009; Shi, Church, & Meck, 2013）。

两个理论框架有助于解释认知负荷如何影响时间偏差。根据贝叶斯推断，大脑将感官输入与先前知识结合以提高估计精度——定义为方差的倒数。虽然这种整合通常提高了精度，但它也引入了系统性的偏向平均值（有关综述，请参见Petzschner, Glasauer, & Stephan, 2015; Shi et al., 2013）。这种偏差的程度取决于感官输入和先前信息的相对精度。当感官精度高时，例如专业鼓手，先前知识的影响较小，减少了中心趋势偏差（Cicchini, Arrighi, Cecchetti, Giusti, & Burr, 2012）。补充这一贝叶斯观点的是，注意力共享理论（Fortin & Rousseau, 1998; Macar, Grondin, & Casini, 1994）和基于时间的资源共享（TBRS）模型（Barrouillet & Camos, 2020），它们提出时间处理和同时进行的任务竞争有限的注意力资源。根据这些理论，当注意力在编码阶段被分散时，感知的持续时间会缩短；当在再现阶段被分散时，由于时间监控的缺失，持续时间估计会延长。TBRS特别预测，分散注意力的活动的持续时间——而不仅仅是它们的性质——决定了干扰的幅度。这些框架共同表明，认知负荷可能会影响感官测量的统计表示（精度和偏差）以及编码和再现背后的注意力机制。

Fortin和Rousseau（1998）通过让参与者同时执行主要的时间再现任务和次要的Sternberg记忆任务（涉及1、3或6位数的记忆集）提供了早期关于阶段特定干扰的证据。在目标间隔之前呈现了一组数字。当在间隔编码期间出现记忆探针时，参与者再现了较短的持续时间；在再现期间出现的探针导致估计时间延长。在计时任务（例如Fortin & Couture, 2002; Fortin & Massé, 2000）和非计时任务（如距离估计Glasauer, Schneider, Grasso, & Ivanenko, 2007）中也出现了类似的模式。然而，这些研究仅展示了定性效果，表明不同的记忆容量会影响判断，但没有量化记忆压力如何影响中心趋势偏差（向平均值的吸引）和总体偏差（高估与低估）。一项关于空间长度判断的研究（Allred, Crawford, Duffy, & Smith, 2016）发现，高认知负荷增加了记忆表示的不确定性，增强了中心趋势偏差。然而，由于次要任务贯穿了整个判断过程，因此尚不清楚认知负荷是否对编码和再现阶段有不同影响。

在本研究中，我们使用记忆容量（或项目数量）严格指实验中操纵的保持在视觉工作记忆中的颜色数量（1、3或5个项目）。我们将记忆负荷、工作记忆需求和记忆压力这些术语保留给描述由同时任务要求和注意力共享引起的功能性认知状态的更广泛的理论构造。这种区分使我们能够将离散项目计数的操纵与其对表示精度和注意力分配的推断后果分开。

本研究解决了三个关键问题：（1）增加记忆容量是否定量影响持续时间再现中的中心趋势偏差？（2）这些效应是否具有阶段特异性，在编码和再现之间有所不同？（3）一个结合注意力共享机制的统一贝叶斯模型能否预测这些模式？我们假设在编码阶段增加记忆容量会导致系统性的普遍低估，这与Fortin和Rousseau（1998）的结果一致，并增加感官噪声，共同放大中心趋势偏差。相比之下，仅在再现阶段增加记忆容量将使初始编码不受影响，产生普遍的高估，而不改变中心趋势偏差。当记忆任务涵盖两个阶段时，编码产生的普遍低估和再现产生的高估可能会部分抵消，产生一个复杂的模式，其中净普遍偏差取决于这些相反效应的相对强度和参与者的先前信念。此外，在记忆压力下延长保留时间（Barrouillet & Camos, 2020; Magnussen & Greenlee, 1999）可能会进一步增加编码的不确定性，可能增强中心趋势效应（Allred et al., 2016）。

为了测试这些假设，我们采用了双任务范式，结合了一个主要的视觉持续时间再现任务和一个次要的颜色匹配任务，进行了五个实验（见图1）。我们选择视觉（而不是听觉）刺激，以最大化单一感官模式内的跨任务干扰（Bratzke & Ulrich, 2021; Fortin & Massé, 2000）。次要任务通过改变需要记住的颜色数量来改变记忆容量。关键的是，我们操纵了参与者保持记忆容量的时间：仅在编码阶段（实验1）、仅在再现阶段（实验2）、基线（实验3）、以及有无延长保留间隔的两个阶段（实验4和5），这使我们能够隔离阶段特定的效应。与Fortin和Rousseau（1998）的方法不同，他们在计时间隔期间呈现记忆探针（可能引入突然的干扰），我们在编码或再现阶段之后提示记忆响应，从而隔离纯粹的认知负荷效应。

为了定量解释我们的发现，我们将注意力共享机制嵌入到贝叶斯推断框架中。这个综合模型生成了关于不同记忆容量如何影响感官编码的精度（通过噪声参数）和不同阶段的系统偏差（通过注意力共享参数）的定量预测。通过将这个模型拟合到所有实验的行为数据上，我们测试了记忆容量对持续时间估计的影响是否可以通过编码和再现期间的感官精度和注意力分配的变化来简洁地解释。

实验片段

实验1：编码阶段的工作记忆容量效应。

鉴于Fortin和Rousseau（1998）的研究，我们在实验1中决定在持续时间编码阶段施加次要的颜色任务。由于持续时间再现也涉及视觉工作记忆，因此再现和次要的颜色任务可以被视为利用部分重叠认知资源的并发视觉记忆任务。

实验2：再现阶段的工作记忆容量效应

在实验2中，我们在再现阶段应用了记忆容量。根据Fortin和Rousseau（1998）的观点，再现阶段的注意力共享会导致高估。由于在实验2中持续时间编码不受次要颜色任务的影响（见图1c），我们预计编码的持续时间表示在记忆容量之间保持稳定，产生可比的中心趋势效应。

实验3 基线：再现任务之后的颜色任务

虽然实验1和2显示记忆容量对持续时间编码和再现阶段有不同的影响，但仅仅引入一个次要任务可能会直接影响表现。为了排除这种可能性，我们进行了一个基线实验，在其中颜色任务仅在持续时间任务结束后出现。

实验4：两个阶段的工作记忆容量效应

在实验4中，我们研究了记忆容量如何影响整个持续时间再现任务的过程，考虑到它对编码和再现阶段有不同的影响，如实验1和2所示。

方法

十六名新观察者（平均年龄22.3岁±2.0岁，七名女性，所有人的视力正常或矫正后正常，听力完好）参与了实验。他们在实验前提供了知情同意，并获得了金钱补偿。

实验5与实验4基本相同，主要区别在于持续时间编码和再现阶段之间的间隔时间的操纵。使用了两种类型的间隔时间：500毫秒的短间隔和较长的间隔

在记忆压力下对持续时间估计的建模

我们的实验设计系统地操纵了同时发生的视觉工作记忆压力相对于持续时间编码和再现的时间。虽然两项任务都依赖于工作记忆，但我们证明了跨任务干扰主要是单向的，来自次要记忆任务到时间处理，而不是与一般双任务难度相关的双向效应（见附录2和3）。有三条证据支持这种不对称的记忆任务

总体讨论

本研究考察了记忆容量如何影响持续时间编码和再现，使用分层认知模型对观察到的效应进行了建模。当编码和再现阶段在时间上保持分离时（基线条件），次要的颜色任务没有改变持续时间再现。然而，仅在编码阶段增加记忆容量（实验1）或同时涵盖两个阶段（实验4和5）显著放大了中心趋势效应。相比之下，设置

结论

在持续时间编码期间增加记忆容量一致地产生了更大的低估和更强的中心趋势效应，而在持续时间再现期间增加记忆容量减少了低估，但没有改变中心趋势。延长保留时间放大了中心趋势，反映了存储持续时间的不确定性增加。关键的是，这些模式不能归因于一般任务难度：显著影响颜色的变化

作者说明

该项目得到了浙江省第十四个五年计划研究生教学改革项目（JGCG2024372）和杭州关键医学学科建设基金（2025HZGF02）的支持，以及德国科学基金会（DFG）对Z.S.的SH 166/3–2和S.G.的GL 342/3–2研究资助。关于本文的通信应发送给杭州师范大学附属医院认知与脑疾病中心的臧学莲，地址为温州市文州路126号，

CRediT作者贡献声明

臧学莲：写作——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。吴姣：写作——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，项目管理，调查，正式分析，数据管理。朱秀娜：写作——审阅与编辑，可视化，验证，软件，方法论，