儿童对音高敏感性与他们的心理空间转换能力有关

1.参考文献 ¶

Möhring, W., Ramsook, K. A., Hirsh-Pasek, K., Golinkoff, R. M., & Newcombe, N. S. (2016). Where music meets space: Children’s sensitivity to pitch intervals is related to their mental spatial transformation skills. Cognition, 151(2016), 1-5. https://doi.org/10.1016/j.cognition.2016.02.016

论文原文

2.研究背景 ¶

将音高映射到垂直空间，使用空间隐喻来描述音乐概念。以较高的响应键对较高的音调做出反应；以较低的响应键对较低的音调做出反应时，成人的反应会更快（Lidji、Kolinsky、Lochy 和 Morais，2007；Rusconi、Kwan、Giordano、Umiltà 和 Butterworth，2006）。成人连续空间音高映射的研究进一步说明了这些发现（Casasanto，2010；Dolscheid、Shayan、Majid & Casasanto，2013）。

一种解释是这种映射关系是在单个神经机制中加工的（Walsh，2003）。对这种一般幅度系统的支持来自神经成像数据，表明不同类型幅度的比较在重叠的神经区域内进行加工（Fias、Lammertyn、Reynvoet、Dupont & Orban，2003；Pinel、Piazza、Le Bihan &Dehaene，2004）。成人对各种幅度的加工具有鲜明的特点：当它们之间的差异增加时，成人在区分时更快也更准确（即距离效应；Pinel，2004）。

空间音高映射的起源是什么？研究表明，婴儿也显示出空间-音高关联，与不一致的配对相比，对一致的空间-音高映射的观察时间更长（Dolscheid、Hunnius、Casasanto & Majid，2014；Walker，2010）。当幼儿园儿童被要求指出中央呈现音高的所属象限时，对于低音高，更常指向下象限；对于高音高，更常指向上象限（Roffler & Butler，1968）。另一项研究发现，学龄前儿童将音高与大小相匹配，将较高的音高与较小的物品相关联（Mondloch & Maurer, 2004；Eitan & Timmers, 2009，与成人的结果相似）。

尽管这些研究表明了早期的空间-音高映射，但这种对应关系的确切性质仍不清楚。空间-音高映射通常将二分空间信息与音高信息相结合进行测试。因此，尚不清楚儿童的空间音高转换是完全分类的还是基于连续映射的。本研究旨在调查儿童对各种音高间隔的加工及其与空间信息的关系。5到7岁的孩子听到一个音高间隔，并被要求从两个视觉对象中选择正确的对应物。测量了儿童的反应时间 (RT) 和正确试验的百分比（准确度），只有在他们能够准确地将音高间隔与空间相关联，才预期他们的表现会超过机会水平。此外，调查了儿童音高加工是否类似于成人在音高区分任务（CohenKadosh、Brodsky、Levin & Henik，2008）和其他维度区分任务中表现出的距离效应（Holloway 和 Ansari，2008）。

还探讨了空间-音高关系的两个含义。首先，具有更好空间能力的孩子是否可以更准确地将音高间隔映射到相应的空间幅度上。其次，数学知识是否可能与孩子的音高匹配能力有关。先前的研究表明空间推理和数学推理密切相关（Mix & Cheng，2012）。因此，数字和音高之间可能存在类似的联系。如果不是这样，空间思维就可能作为数字和音高的基础，导致数字和音高之间的联系较弱。

3.研究方法 ¶

53名5-7岁的儿童。另外3名儿童由于实验者失误被排除在最终样本之外。没有孩子接受过音乐训练。对16名成年人进行了测试，作为音高匹配任务的参考。他们的音乐经验从0-7年不等。因此，他们不符合音乐家的标准（至少有8年的音乐训练，Lidji，2007）。

在实验室中进行了单独测试。孩子们按照顺序完成了音高匹配、数字、空间和语言任务。音高匹配任务总是最先进行，以避免其他任务的影响。成人只完成了音高匹配任务。

图1

使用Cedrus SuperLab 4.5软件在笔记本电脑上呈现刺激。首先，被试熟悉每个音高。他们在15英寸的屏幕上看到钢琴键盘。播放C大调音阶上的八个音高。每个音高播放的同时，在键盘上用蓝色圆圈表示相应的键。音高从低到高播放，再从高到低播放。最后，最低和最高音高播放两次，以突出听觉边界。

然后，被试进行练习试验，他们看到两个并排显示的键盘图片。这些键盘中都有两个被标记的按键，要求被试选择与同时播放的音高间隔相对应的键盘。连续播放音高间隔（每个1秒），第一个音高保持不变（C4，频率 = 261.63 Hz）。成人完成了50次练习，包括以同音、四度、五度、六度和八度做为目标，以同音、三度、四度、五度、六度和八度做为扰乱。对于每个组合，目标键盘位于左侧一次，右侧一次。成人使用电脑键盘上分别标有“L”和“R”的按键做出反应。

孩子们看到了25个随机呈现的测试试验，与成人的目标和扰乱配对相同。目标键盘的出现在哪一侧的次数被平衡。要求孩子指向与音高间隔相对应的键盘，实验者记录他们的反应。若有歧义，则要求孩子再指一遍。测量了准确度和 RT。

为了研究距离效应，计算了每次试验中两个键盘之间的距离（以半音为单位）。例如，五度和六度有2个半音的距离。试验包括从1-12个半音的距离。由于每个距离的试验次数不相等，将距离分为五类，试验次数和平均距离大致相同：1和2（非常小）、3和4（小） 、5（中）、7和8（大）、9和12（非常大）。

向儿童展示目标数字（2、3、6、25、67、86），并要求他们在25厘米的数轴上使用小钉标出数字的位置（范围：0-100，Siegler & Opfer，2003）。实验者记录他们的反应。儿童与目标位置的绝对误差百分比作为数学能力的指标(PAE, Booth & Siegler, 2006) 。

使用 CMTT (Levine, Huttenlocher, Taylor, & Langrock, 1999) 测量儿童的空间能力。孩子们看到了两个分开的拼图图片，并被要求从四个选项中找出拼图拼在一起的样子。32次试验利用了水平对角线维度上的心理旋转或平移技巧。测量了正确反应的百分比。由于儿童在旋转和平移过程中的表现是相关的 (r = .60, p < .001)，将它们合起来作为儿童空间能力的一个指标。

词汇知识已被证明可以表明儿童的一般智力（Horn & Cattell, 1966）。因此评估了儿童的表达词汇（Woodcock, McGrew, Mather, & Schrank, 2003）。在这里，孩子们口头识别图片（最多38 个项目）。使用标准评分系统计算分数。

空间游戏似乎可以预测儿童的空间能力发展（Jirout & Newcombe, 2015; Terlecki, Newcombe, & Little, 2008）。因此，询问父母孩子每周玩拼图、积木或俄罗斯方块，以及类似的电脑游戏多少小时。此外，使用父母报告的母亲教育水平作为社会经济地位指标 (SES) 。

4.结果 ¶

图2

方差分析 (ANOVA) 把音高匹配准确率作为因变量，年龄（5 岁、6 岁、7 岁、成人）和性别作为被试间变量，发现有显着的年龄效应，F(3,61) = 15.23，p < .001，gP2 = .43。后续分析显示（Bonferroni校正），成人与5岁和6岁儿童显著不同（ps < .001；均值和 SD 见表 2），7岁儿童与5岁儿童显著不同（ p < .01）。对被试平均准确度的单独t检验表明被试的表现明显高于机会水平（5 岁：t(18) = 2.81，p < .05，d = 1.32；6 岁：t(17) = 6.40 ，p < .001，d = 3.10；7 岁儿童：t(15) = 8.02，p < .001，d = 4.14；成人：t(15) = 18.98，p < .001，d = 9.80) .

为了确定是否存在距离效应，进行了RT和准确率的ANOVA分析。以距离作为被试内变量，性别和年龄（5 岁、6 岁、7 岁、成人）作为被试间变量，发现被试的RT，F(4, 244) = 11.12，p < .001，gP2 = .15和准确度有显著的距离效应，F(4,244) = 21.41，p < .001，gP2 = .26。随着音高间隔的距离增加，被试反应更快和更准确（见图2A和B）。

方差分析发现被试的RT有显着的年龄效应，F(3,61) = 5.66，p < .01，gP2 = .22。成人的反应比儿童快（ps < .05，见表 2）。准确度也有类似的年龄效应F(3,61) = 14.86, p < .001, gP2 = .42 。此外，距离和年龄对被试的准确度有显着的交互作用，F(12,244) = 2.24，p < .05，gP2 = .10。为了探索这种交互作用，以距离作为被试内变量，对每个年龄组进行了单独的方差分析。方差分析揭示了5岁儿童有显着的距离效应，F(4,72) = 2.55，p < .05，gP2 = .12； 6 岁儿童：F(4,68) = 3.35，p < .05，gP2 = .17； 7 岁儿童：F(4,60) = 12.67，p < .001，gP2 = .46；成人：F(4,60) = 23.23，p < .001，gP2 = .61。

为了研究能力的发展，从非常大距离的准确度中减去了非常小距离的准确度。将此因变量和年龄作为被试间变量的方差分析，显示出显着的年龄效应，F(3,65) = 2.96，p < .05，gP2 = .12。后续分析显示，7岁儿童的距离效应（M = 45.3，SE = 7.6）大于 5岁儿童（M = 15.8，SE = 7.0；p < .05）。

以年龄（5岁、6岁、7岁）、性别、形式和顺序作为被试间变量，准确率作为因变量的ANOVA 分析，揭示了年龄的主效应，F(2,45 )= 8.50, p < .01, gP2 = .27。比较结果显示7岁儿童的表现优于5岁儿童（p < .01），没有其他差异（ps > .06，见表2）。

年龄（5岁、6岁、7岁）和性别作为被试间变量，PAE作为因变量的ANOVA分析，显示出年龄的主效应，F(2,47) = 4.60，p < .05，gP2 = . 16。儿童在数轴任务中的准确率（见表 2）与之前研究中的分数相匹配（参见 Booth & Siegler，2006 年；5 岁儿童：24%，6 岁儿童：12%，7 岁儿童：10%）。5岁和7岁儿童之间有显着差异 (p < .05)。此外，存在显着的性别效应F(1, 47) = 5.34, p < .05, gP2 = .10，男孩（M = 13.09，SE = 1.24）比女孩（M = 17.25，SE= 1.30）更准确地定位数字。

计算Spearman correlation是因为 Kolmogorov-Smirnov检验表明空间和音高匹配能力不是正态分布的。即使在考虑了年龄、语言智力、空间游戏和 SES后（r = .47，p < .01），儿童的音高匹配准确率与更高的空间能力有关（r = .58，p < .001）。相比之下，尽管数学和空间能力显着相关（有对照；r = .31，p），但儿童的音高匹配能力和数字任务的错误率无关（r = .17，p = .26 < .05）。

将距离效应的大小与儿童的空间和数学能力相关联时，有相同的结果模式。同样，音高匹配任务中较大的距离效应与更高的空间能力有关（r = .33，p < .05），而距离效应的大小与数学能力无关（使用控制；r = . 05，p = .72）。

5.总结 ¶

目前的结果表明，即使是5岁的孩子也能够将音高间隔映射到他们的空间对应物上。在5到7岁之间，这一能力发育迅速。结果支持早期空间音高映射的存在。此外，儿童的音高加工类似于他们对其他幅度的加工：随着音高之间的差异的增加做出更快和更准确的反应。重要的是发现了更高的音高匹配准确度与更高的空间能力相关。相比之下，音高匹配和数学能力无关。空间思维可能作为数字和音高的基础，空间的这种基本作用可能是存在的，因为空间是一个具体的维度，可以同时被感觉运动和知觉所体验，使其成为映射其他维度的理想基础。