山东师范大学司继伟教授团队：双任务代价对算术策略执行的影响

1.研究背景

  在日常生活中，人们进行算术判断时通常依赖快速的近似估算而非精确计算，这一过程主要依赖计算估算(computational estimation, CE)策略，例如通过将操作数向上或向下取整获得近似结果。既有研究表明，算术估算的执行会受到策略难度、任务复杂性以及有限注意资源的影响。然而，在真实情境中，个体往往需要同时处理多项任务，即在双任务情境(dual-task situation)下完成认知活动，从而产生双任务代价(dual-task cost)。尽管已有研究发现双任务会降低认知加工效率，但关于双任务条件下算术估算策略执行的认知机制仍缺乏系统探讨。此外，算术信息在呈现过程中的时间结构(连续或非连续呈现)可能影响信息的保持与整合。当算术信息被其他任务打断时，个体需在工作记忆中重新维持与整合信息，从而增加认知负荷。本研究结合双任务范式与事件相关电位(ERP)技术，系统考察任务条件(单任务 vs. 双任务)、策略类型(向下取整策略 vs. 向上取整策略)及刺激呈现顺序(连续 vs. 非连续)对算术估算策略执行的影响，并揭示双任务条件下认知资源在不同加工阶段的动态分配特征。

2.研究方法

  本研究采用被试内实验设计。实验最初招募20名大学生，剔除脑电伪迹过多的数据后，最终纳入14名被试进行ERP分析。实验任务包括两部分：第一部分为计算估算任务(CE)，要求被试对两位数加法进行估算并按指定策略执行。实验设置两种策略：向下取整策略(rounding-down, RD)，即将操作数向下取整后计算；向上取整策略(rounding-up, RU)，即将操作数向上取整后计算。既有研究表明，RU策略的认知负荷高于RD策略。第二部分任务为修正版心理计数任务(modified mental counters, MMC)，作为附加任务用于构建双任务情境。实验设计包含三个因素：任务条件(单任务 vs. 双任务)、策略类型(RD vs. RU)及刺激呈现顺序(CE-first vs. MMC-first)。在CE-first条件下，算术信息被MMC任务打断，形成非连续呈现；在MMC-first条件下，算术信息连续呈现。行为指标包括反应时(RT)、准确率(ACC)以及综合效率指标逆效率分数(inverse efficiency score, IES)。

图1 单任务与双任务示例，(a, c) 单任务条件；(b, d) 双任务条件

  脑电数据采集使用ANT Neuro eego™ mylab 64导脑电系统，电极按照国际10–20系统布置，采样率为1000 Hz，电极阻抗控制在5 kΩ以下。重点分析ERP成分：N1(100–150 ms)、P2(150–300 ms)、N2(200–300 ms)以及P3(300–600 ms)，以探讨不同加工阶段的认知资源分配特征。

图2 ANT Neuro eego^TM mylab

3.实验结果

  行为结果显示，任务条件、策略类型及刺激呈现顺序均显著影响算术估算表现。总体来看，双任务条件下被试反应时延长、准确率下降，IES升高，表明双任务显著增加认知负荷。策略类型同样调节表现：RU策略反应时更长、IES更高，说明策略难度越大，执行成本越高。刺激呈现顺序亦有显著影响，非连续条件下完成任务所需时间增加。进一步分析显示，顺序效应在双任务条件下最为明显，提示当认知资源受限时，信息呈现的不连续性会加剧加工困难。

图3 实验条件对逆效率分数(IES)的影响

      ERP结果显示，在早期知觉加工阶段，N1与P2成分在双任务及非连续条件下幅度增大，表明被试需投入更多注意资源完成刺激编码与信息整合。在中期加工阶段，N2成分显示任务条件与策略类型的交互效应，提示冲突监测与执行控制需求因双任务而改变。在较晚阶段，P3成分也呈现任务与策略交互效应，说明双任务条件下策略执行的资源分配模式发生调整。

图4 实验条件对P2成分的影响

4.结论

  本研究结合双任务范式与ERP技术，系统探讨了双任务代价、策略类型及刺激呈现顺序对算术估算策略执行的影响。结果显示，双任务显著增加认知负荷并降低估算表现；策略难度及信息呈现顺序进一步调节这一效应。向上取整策略在双任务下表现出更高执行成本，而算术信息被打断的非连续呈现亦加重加工负荷。ERP结果表明，双任务影响不仅体现在后期策略执行阶段，也在早期注意分配与刺激编码阶段显现，反映认知系统在有限资源条件下对任务加工顺序和策略执行方式进行动态调节。总体而言，本研究支持有限认知资源理论及时间基础资源共享模型(time-based resource sharing, TBRS)，即在多任务情境中，认知系统需在不同任务间对有限注意资源进行时间上的动态分配，从而影响策略执行效率及神经加工过程。

5.文献名称及DOI号

Feng, H., Qiu, M., Liu, X., Huang, B., Xu, Y., Lv, H., & Si, J. (2026). The effect of dual-task cost on strategy execution in arithmetic with event-related potentials. Cognitive Processing, 1-17.

DOI: 10.1007/s10339-026-01334-8