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浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 摘要 在认知一t l , 理学研究领域中，注意定向对立体视觉加工的影响机制以及注意在三 维空间中的分布规律已日益成为研究者关注的前沿课题。本研究以行为范式结合 e r p 技术，以三维空间中外源性注意启动效应的e r p 研究、三维空间中外源性注 意返回抑制效应的e r p 研究和中央符号提示下三维空间中注意启动效应的e r p 研 究三个实验，探讨了两种注意定向方式对立体视觉加工的影响机制，旨在揭示三 维空间中后注意立体视觉加工的规律，探明注意定向对立体视觉加工的影响。 本研究获得以下主要结论： ( 1 ) 短s o a 下，无论是3 d 还是2 d ，非预测性边缘位置线索对后续辨认任务均 发生了启动效应。3 d 空间中边缘位置线索提示诱发了注意的自动定向，注意 从一个深度面转移到另深度面需要耗费一定的时间。3 d 空间中产生的经典 注意提示效应，在e r p 上表现为有效提示下p 1 、n 1 、n 2 等早成分的增强； 跨深度空间启动效应主要应由n 1 的增强效应加以解释。 ( 2 ) 长s o a 下，2 d 平面上非预测性边缘位置线索导致了经典的返回抑制现象， 3 d 空间中返回抑制效应波及到了不同的深度平面上。3 d 空间中产生的经典 返回抑制效应表现为p 1 、n 1 、p 2 等e r p 早成分的变化：在跨深度返回抑制中， 启动位置上的目标诱发了脑电波中p 1 、p 2 等早成分的衰减。 ( 3 ) 无论是短s o a 还是长s o a ，3 d 空间中预测性中央符号线索对后续辨认任务 均产生了启动效应，且启动效应量不随s o a 延长而变化。短s o a 下，经典提 示效应和跨深度提示效应均表现为有效提示下的n 1 波幅大于无效提示条件； 长s o a 下，线索提示效应则表现出了无效提示条件诱发较大n 1 波幅的趋势。 关键词：立体视觉空间启动返回抑制中央符号提示边缘位置提示事件相关电位 浙江人学博士学位论文注意定向对立体视觉影响机制的e f u p 研究 t h ee f f e c to fa t t e n t i o no r i e n t i n go ns t e r e o p s i s a n di t sn e u r a lm e c h a n i s m a b s t r a c t t h ee f f e c to fa t t e n t i o no r i e n t i n go ns t e r e o p s i sa n dt h em e c h a n i s mo fa t t e n t i o n a ld i s t r i b u t i o n i n3 一ds p a c eh a v eb e e ns t u d i e di n t e n s i v e l yi nc o g n i t i v ep s y c h o l o g y e m p l o y i n gab e h a v i o r a l p a r a d i g mc o m b i n e dw i t ht h ee r pt e c h n i q u e ，t h ep r e s e n tr e s e a r c hi sa i m e da te x p l o r i n gh o w d i f f e r e n tk i n d so fa t t e n t i o no r i e n t i n gi n f l u e n c e dd e p t hp r o c e s s i n ga n dh o wt h e yw e r ee x p r e s s e d i ne r pc o m p o n e n t s 3e x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e dt of i n do u tt h et e m p o r a lp r o p e r t i e so f p o s t a t t e n t i o ns t e r e o p s i sa n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gn e u r a lm e c h a n i s m m a i nc o n c l u s i o n so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a tt h es h o r ts e a ，t h eu n i n f o r m a t i v ep e r i p h e r a lc u ep r o d u c e daf a c i l i t a t i v ee f f e c to nt h e s u b s e q u e n td i s c r i m i n a t i o nt a s ki nb o t ht h e3 - da n dt h e2 - dc o n d i t i o n t h ep e r i p h e r a lc u e e l i c i t e dt h ea u t o m a t i co r i e n t a t i o no fa t t e n t i o ni nt h e3 - dc o n d i t i o n ，a n di tt o o kt i m et os h i f t a t t e n t i o nf r o mo n ed e p t hp l a n et oa n o t h e r t h ec l a s s i ca t t e n t i o nc u e i n ge f f e c tp r o v o k e db y t h ep e r i p h e r a lc u ei n s t e r e o s c o p i cs p a c ea f f e c t e dp 1 ，n 1a n dn 2w a v eo fe r pe a r l y c o m p o n e n t s ；t h ec r o s s d e p t hc u e i n ge f f e c tm i g h tb ee x p l a i n e db yn 1e n h a n c e m e n t ( 2 ) a tt h el o n gs o a ，t h eu n i n f o r m a t i v ep e r i p h e r a lc u ee l i c i t e dt h ec l a s s i ci n h i b i t i o no fr e t u r n ( i o r ) i nt h e2 一dc o n d i t i o n ；f u r t h e r m o r e ，t h ei o re f f e c ts p r e a da c r o s sd i f f e r e n td e p t h p l a n e si nt h e3 - dc o n d i t i o n t h ec l a s s i ci o ri ns t e r e o s c o p i cs p a c ea f f e c t e dp 1 ，n 1a n dp 2 w a v eo fe r pe a r l yc o m p o n e n t s a sf o rt h ec r o s s d e p t hi o r ，t h ec u e dt a r g e td e c r e a s e dt h e a m p l i t u d eo f p la n dp 2 w a v eo f e r r ( 3 ) a tb o t ht h es h o r ta n dt h el o n gs e a ，t h ep r e d i c t i v ec e n t r a ls y m b o l i cc u ep r o d u c e da f a c i l i t a t i v ee f f e c to nt h es u b s e q u e n td i s c r i m i n a t i o nt a s ki nt h e3 - dc o n d i t i o n ，a n dt h e d i f f e r e n c eb e t w e e nt h et w ot r e a t m e n t sw a sn o ts t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n t a tt h es h o r ts o a ， b o t ht h ec l a s s i ca n dt h ec r o s s d e p t hf a c i l i t a t i v ee f f e c ti ns t e r e o s c o p i cs p a c ea f f e c t e dn1 w a v eo fe r pe a r l yc o m p o n e n t s ，i nw h i c ht h ev a l i d - c u et r i a l si n d u c e dal a r g e rn1a m p l i t u d e ； w h i l ea tt h el o n gs e a ，t h ei n v a l i d - c u et r i a l st e n d e dt oi n d u c eal a r g e rn1a m p l i t u d e 。 k e yw o r d s ：s t e r e o p s i s ；s p a t i a lc u e i n g ；i o r ；c e n t r a ls y m b o l i cc u e ；p e r i p h e r a lc u e ；e r p 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 1 前言 三维世界中的客体在单眼视网膜上形成二维映像，但人脑却能够利用双眼的 二维映像获取三维信息，那么这种三维知觉是如何形成的昵? 1 8 3 8 年w h e t s t o n e 利用首创的立体镜率先揭示了视知觉中存在着基于双眼视差加工的立体视觉现 象，从此开拓了一个崭新的视觉研究领域。 长期以来，立体视觉一直倍受认知科学、神经生物学以及人工智能等学科的 关注。在新兴的认知神经科学领域中，事件相关电位( e r p ) 等先进技术的兴起为科 学无创地探索人类双眼视差加工的过程和机制创造了有利条件。基于这种先进的 技术手段，传统认知心理学中相关课题的研究亦会得到进步深化和明晰。近来， 有关注意定向对立体视觉加工的影响机制已成为当前立体视觉研究中的重要课题 之一。 1 1 深度知觉线索 由于个体的生活环境是三维立体空间，因此需要判断客体的空间关系，这种 关于物体远近距离的知觉叫深度知觉( d e p t hp e r c e p t i o n ) 。个体对深度的知觉是根据 外部环境及机体内部线索提供的信息进行的，物体的结构、空间关系、运动变化 等客体因素以及个体的触觉、双眼辐合等主体因素都是人脑形成深度知觉的重要 信息源，因此被称为深度线索( d e p t hc u e s ) 。 目前有关深度知觉的理论主要包括两类：深度线索理论( d e p t hc u et h e o r y ) 和生 态学理论( e c o l o g i c a lt h e o r y ) 。前者认为不同的信息源或深度线索联合加工，从而 使知觉者形成三维图景( g o l d s t e i n ，1 9 8 9 ) ：而后者则采取更广义的视角来认识深度 知觉。认为视觉系统不仅仅依靠网膜映像，而是需要全面衡量知觉者的状态及周 边环境来进- 行( g i b s o n ，1 9 8 6 ) 。从总体上看，这两种理论均承认存在一些构成深度 知觉基础的基本信息源。这些视觉信息源大致包括以下三种：眼动深度线索、单 眼深度线索和双眼深度线索( p f a u t z ，2 0 0 2 ) 。 眼动深度线索主要包括调节( a c c o m m o d a t i o n ) 和辐合( c o n v e r g e n c e ) 。调节指水 晶体的曲度因视距改变而发生变化，主要通过睫状肌紧张度的变化来实现：辐合 1 j 【l f 江夫学博士学位论立注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 则主要通过眼球外部肌肉组织的协调收缩和舒张实现( 孟昭兰，1 9 9 4 ) 。 单眼线索又称图形深度线索( p i c i 嘶a ld e p t hc u e s ) 是仅凭单眼即可感受的深度 线索( 觅阁1 1 ) 。它以观察环境及客体的物理特性为内容，主要包括纹理梯度、线 静态苹眼深度线索( 采自陷叭z ，2 0 0 2 ) 运动税差 ( b ) 遥葡视兰( 采自k 锄d e l ，耐吐，2 9 0 1 ) 目1 1 单眼翠虚线索示意图 条透视、遮挡、空气透视、相对大小、熟悉尺寸、运动视差、阴影、相对明度替。 双眼视差( b i n o c u l a rd i s p a r i t y ) 指物体映像在双眼视网膜上的相对位置差异。正 常成年人的瞳距约为6 5 r a m ，因此双眼观察物体的空间角度存在差异。这种差异既 包括由双眼水平位置不同而导致的视像对应点水平上的差异( 水平视差，h o d z o n t a l d i s p a r i t y ) ，也包括双眼映像在垂直方向上的差异( 垂赢视差，v e r t i c a ld i s p 8 r i t y ) 。鉴于 水平视差在立体视觉形成过程中的关键作用，本研究主要关注基于水平视差形成 的深度知觉。 1 2 立体视觉加工 立体视觉( s t e r e o p s i s ) 是指基于双眼视差产生的深度知觉，是人类最高级的双眼 视觉功能。自w h e a t s t o n e ( 1 8 3 8 ) 首次报告视差作为深度知觉的有效线索后，研究者 - 2 - 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 便开始对立体视觉的机制进行了深入探讨。目前，基于双眼视差产生立体视觉的 基本原理已在许多领域得到应用，例如飞机座舱设计、空中交通控制、遥控机器 人研制、计算机辅助设计、医学、气象学、建筑业以及电玩娱乐业等。随着对立 体视觉信息加工机制研究的不断深入，神经生理学家将会进一步明确人脑加工立 体视觉信息的神经机制，人工智能专家则会模拟人脑研制出能够高效处理立体信 息的计算机系统及算法，这将在未来航空测量的自动化、飞行器的自动导航、机 器人视觉以及虚拟现实等高新科技发展中具有广阔的应用前景( 房慧聪，沈模卫， 李鹏，2 0 0 4 ) 。 1 2 1 双眼视差与立体视觉 双眼视差是立体视觉赖以产生的基础( h o w a r d & r o g e r s ，1 9 9 5 ) 。如图1 2 所示， 当人们注视点f 时，f 落在双眼视网膜的对应位置上，从而形成无视差的单像。 图1 2 双眼水平视差示意图 v i e t h 矛i m t i l l e r 认为位于双眼节点与注视点的外接圆上的物体都会在视网膜上形成 单像，因此该圆又被称为v i e t h m i i l l e r 环( 1 8 2 6 ) 。后来，o g l e 通过实验研究发现， v i e t h m f i l l e r 环并非一个圆环，其形状会随视距的改变而发生变化，不在o g l e 环上 的点( 如点p ) 会投射在双眼视网膜的不对应位雹上，形成双眼视差。在o g l e 环两侧 存在着一个狭窄区域( p a n u m 区) ，在该区域内的双眼映像经过融合后能形成单一的 三维映像，而位于该区域外的点则无法实现双眼融合，从而产生复像( d i p l o p i c 浙江 学博二l 学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 便开始对立体视觉的机制进行了深入探讨。目前，基于双眼视差产生立体视觉的 基本原理已在许多领域得到应用，例如飞机座舱设计、空中交通控制、遥控机器 人研制、计算机辅助设计、医学、气象学、建筑业以及电玩娱乐业等。随着对立 体视觉信息加工机制研究的不断深入，神经生理学家将会进一步明确人脑加工立 体视觉信息的神经机制，人工智能专家则会模拟人脑研制出能够商效处理立体信 息的计算机系统及算法，这将在未来航空测量的自动化、飞行器的自动导航、机 器人视觉以及虚拟现实等商新科技发展中具有广阔的应用前景( 房慧聪，沈模卫， 李鹏，2 0 0 4 ) 。 1 2 1 双眼视差与立体视觉 双眼视差是立体视觉赖以产生的基础( h o w a r d r o g e r s ，1 9 9 5 ) 。如图i 2 所示， 当人们注视点f 时，f 落在双眼视网膜的对应位置上，从而形成无视差的单像。 圈1 ，2 鼓艰水平视差示意图 v i e t h $ 1 m o i l e r 认为位于双眼节点与注视点的外接圆上的物体都会在视网膜上形成 单像，因此该圆又被称为v i e t h ，m i i l l e r 环( 1 8 2 6 ) 。后来，o g l e 通过实验研究发现， v i e t h m i l l e r 环并非一个圆环，其形状会随视距的改变而发生变化，不在o g l e 环上 的点( 如点p ) 会投射在双服视网膜的不对应位盖上，形成双眼视差。在o g l e 环两侧 存在着一个狭窄区域( p a n u m 区) ，在该区域内的双眼映像经过融合后能形成单一的 三维映像，而位于该区域外的点则无法实现双眼融合，从而产生复像( d i p l o p i c 三维映像，而位于该区域外的点则无法实现双眼融合，从而产生复像( d i p l o p i c 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 i m a g e s ) 。 点p 的绝对水平视差万可以通过注视点f 与两眼的张角和p 与两眼的张角之差 来计算，公式如下： 万= 么r 玛一么已( 1 ) 其中，f 、p 分别指f 与p 在视网膜上的投影位置，下标l 、r 分别指代左右 眼。 当瞳距为i ，双眼对称辐合并且p 与f 之间的距离d 小于视距d 时，视差占可 以近似地表示为： 万l d d 2 ( 2 ) 以上描述的是绝对水平视差，是视差分布的零阶成分，反映了双眼视网膜的 位置差。此外，视差分布的一阶成分被称为视差梯度( d i s p a r i t yg r a d i e n t ) ，指视差随 视角而发生的变化，它反映着视差变化的连续性。若物体表面所有点构成的视差 梯度具有连续性，则称该表面具有连续性视差；否则即为非连续性视差。通过视 差梯度可以表征空间平面的倾斜程度。如上图注视点p 的视差梯度g 可以表示为： g = 函l p 砑o l i f - z 丽p o r f ( 3 ) l t = 一 l ( 么p o l f + 么p o r f 、) | 2 、。 除上述两种视差分布成分外，作为空间平面上视差分布二阶空间特征存在的 视差曲率( d i s p a r i t yc u r v a t u r e ) 是由连续曲面引起，反映视差梯度随视角变化的速率。 1 2 2 立体视觉分类 目前，对立体视觉存在着多种分类方法，简述如下： 交叉立体视觉与非交叉立体视觉根据视差分离方向的不同，可以将立体视 觉分为交叉立体视觉( c r o s s e ds t e r e o p s i s ) 和非交叉立体视觉( u n c r o s s e ds t e r e o p s i s ) 。 交叉立体视觉是基于形成在单像界之前的视差产生的立体视觉；而非交叉立体视 觉则是基于形成在单像界之后的视差产生的立体视觉。如图2 1 所示，当p 位于 o g l e 环外侧，离眼睛较远时，双眼视线未能在o g l e 环前交叉，形成非交叉视差， 视差分离方向为正；当p 位于观察者与o g l e 环之间时，双眼视线在o g l e 环前交 叉，形成交叉视差，视差分离方向为负。 r i c h a r d s 认为在人的视觉系统中存在着分别处理交叉视差、非交叉视差及近零 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 视差的三个“p o o l ”( r i c h a r d s ，1 9 7 0 ) 。该假设已经获得了一系列神经生理学研究的 支持。p e t t i g r e w 等人研究发现，猫的视网膜神经节细胞( x 、y 、w ) 经外侧膝状体 至视皮层的投射通道在处理视差分离方向信息时具有不同的作用。x 、y 、w 均投 射至1 7 区，y 和w 通道进一步投射至不同的脑区。他们认为x 系统处理零视差，y 系统负责处理交叉视差，而w 系统负责处理非交叉视差( p e t t i g r e w , 1 9 8 7 ) 。p o g g i o 等人发现猴子的纹状皮层1 7 区和1 8 区存在着分别对交叉视差、非交叉视差和近零 视差产生兴奋或抑制的神经元( p o g g i o ，g o n a l e s ，e td ，1 9 8 8 ) 。此外，亦有e r p 研究 发现视差加工中非交叉视差在n 2 8 0 波幅上显著大于交叉视差( k a s a i ，2 0 0 1 ) ；而交叉 视差较非交叉视差诱发了额叶和顶叶的更早i 拘n 3 5 0 ( 沈模卫等，2 0 0 4 ) 。 精细立体视觉与粗略立体视觉由于基于网膜视差产生的立体视觉随视差大 小变化存在着不同的加工方式，因此o g l e 将立体视觉区分为精细立体视觉( f i n e s t e r e o p s i s ) 和粗略立体视觉( c o a r s es t e r e o p s i s ) 两类。精细立体视觉通常指对不超过2 度的网膜视差进行加工而形成的立体视觉，需要稳定的视觉注视；粗略立体视觉 则指与较大视差的加工有关的立体视觉，需要较少扫视，一般对7 度以内的交叉 视差或7 1 2 度的非交叉视差进行加工，基于粗略立体视觉能够形成整体性轮廓 与深度结构( g o n z a l e z & p e r e z ，1 9 9 8 ) 。 精细立体视觉和粗略立体视觉具有不同的加工机制，其证据首先源于心理物 理学研究中的实验性分离结果。j o n e s 发现部分立体视觉缺陷者，其精细立体视觉接 近正常水平，而粗略立体视觉却显著劣于常人( j o n e s ，1 9 7 0 ) 。神经生理学研究亦发现 视觉系统中存在着对精细立体视觉和粗略立体视觉加工的不同神经基础， l i v i n g s t o n e 和h u b e l 根据视皮层1 区、2 区以及更高级区域的神经元对形状、颜色、 运动和深度的选择性，指出视觉系统中的小细胞系统( p a r v o c e l l u l a rs y s t e m ) 与精细 立体视觉的加工有关，而大细胞系统( m a g n o c e l l u l a rs y s t e m ) , 贝u 与粗略立体视觉的加 工有关( l i v i n g s t o n e h u b e l ，1 9 8 8 ) 。此外，电生理研究也为精细立体视觉和粗略立 体视觉的分离提供了实验支持。n o r c i a 发现精细立体视觉对应的视差范围所诱发 的脑电有别于粗略立体视觉，主要存在以下两方面的证据：( 1 ) 1 5 与7 07 视差诱 发的脑电具有明显的相位区别；( 2 ) 粗略立体视觉的反应峰比精细立体视觉的反应 峰前移约5 0 m s 左右( n o r c i a ，1 9 8 5 ) 。 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 1 2 3 立体视觉加工的脑机制 关于立体视觉加工的脑机制，即大脑如何利用二维双眼视差计算生成三维深 度，目前的神经生理学研究已经有一些重要发现。 在动物研究中，通过单细胞记录方法，h u b e l 和w i e s e l ( 1 9 7 0 ) 发现大多数视皮 层细胞都可以分别为左、右眼驱动，这种“双眼细胞”有两个感受野，分别为左 右眼所有。此后p o g g i o ( 1 9 8 1 ，1 9 8 4 ) 等对视皮层深度敏感细胞进行了更深入的研究， 通过对灵长类动物的电生理实验研究发现绝大多数细胞均可接受双眼输入，其中 8 4 的细胞对刺激的深度敏感，基于此他们确认了四类对深度敏感的细胞：兴奋型 深度调谐神经元、抑制型深度调谐神经元、近细胞和远细胞，这些对深度敏感的 神经元为网膜视差的初始加工提供了最基本的神经基础。 近来基于对灵长类动物的解剖学和生理学研究，以l i v i n g s t o n e 和h u b e l ( 1 9 8 7 ， 1 9 8 8 ) 为代表提出了平行视觉通道的观点。他们认为：视觉信息的不同成分( 如形状、 颜色、深度信息) 是在彼此独立而又相互平行的视觉通道中进行分级处理的。其中 主要存在两种信息处理模式：大细胞通道( m a g n o c e l l a rp a t h w a y , m 通道) 和小细胞 通道( p a r v o c e l l a rp a t h w a y , p 通道) 。m 通道又叫背侧束( d o r s a ls t r e a m ) 、w h e r e 通道， 始于视网膜a 型神经节细胞，经外侧膝状体( l g n ) 的大细胞层投射到视皮层v 1 区 的4 c o t 层，然后再投射至4 b 层细胞。这一系统与运动及立体视觉加工有关；p 通 道又叫腹侧束( v e n t r a ls t r e a m ) 、w h a t 通道，由视网膜的b 型细胞开始，经l g n 的 小细胞层投射至v l 区的4 c 届层，然后再投射到2 、3 层的斑点和斑点间隙，该系 统与颜色知觉及形状知觉加工有关。 然而，也有研究者对l i v i n g s t o n e 和h u b e l 的视觉平行通道及其感知功能分离 模型提出t y # i i 战。d ey o e v a ne s s e n ( 1 9 8 5 ) 研究发现在p 通道的皮层水平上有一些 神经元具有很强的双眼交互作用，据此他认为亚纹状皮层的小细胞可能也参与了 立体视觉加工；s c h i l l e r ( 1 9 9 0 ) 等人对灵长类动物的研究则表明精细的细节、颜色以 及精细立体视觉是由p 通道加工处理的，而粗略立体视觉加工则是由m 通道和p 通道共同参与完成的。 回顾上述研究可以发现，立体视觉加工是一个多通道、多阶段的信息整合过 程，而有关知觉加工的多通道整合现象一直是心理学及神经生理学研究的焦点之 一。至今已出现了诸如特征整合、祖母细胞及同步化等整合理论。尤其是同步化 6 浙江大学博士学位论文注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 理论( s y n c h r o n i z a t i o nt h e o r y ) 为探索立体知觉加工的脑机制提供了新途径。该理论 认为，多通道信息整合是由各神经元细胞群之间相位锁定的协同振荡实现的 ( e c k h o m ，b a u e r , j o r d a n ，b r o s c h ，k r u s e ，m u n k r e i t b o e c k ，1 9 8 8 ；s t r o g a t z s t e w a r t ， 1 9 9 3 ；c h a r l e s ，k o n i g ，a n d r e a s s i n g e r , 1 9 8 9 ) ，同步化振荡可以发生在神经元层面， 也可发生在细胞簇层面，甚至发生在不同器官和系统层面( v o ns t e i n ，r a p p e l s b e r g e r , s a m t h e i n p e t s c h e ，1 9 9 9 ) 。根据同步化理论，立体知觉加工是由各神经元簇之间 的同步化振荡实现的。 1 3 视觉空间注意与立体视觉 在日常生活中，人们往往既需要集中注意识别客体细节，又要分配注意以观 测场景全貌，因此注意对知觉加工具有重要意义。目前，尽管就注意在二维平面 的分布特性已有大量研究，但尚缺乏其在三维空间分布特性，即其对立体视觉加 工影响机制的系统研究。 1 3 1 视觉定向理论 有关注意在视觉空间中分布规律的研究领域目前主要存在基于位置 ( l o c a t i o n b a s e d ) 和基于客体( o b j e c t b a s e d ) 两种基本假设。基于位置的注意空间分布 理论较为丰富，包括聚光灯模型( s p o t l i g h tm o d e l ) ( p o s n e r ，1 9 8 5 ) 、变焦镜头模型 ( z o o m - l e n sm o d e l ) ( e r i k s e n s t j a m e s ，19 8 6 ) $ i 空间梯度模型( s p a t i a lg r a d i e n t m o d e l ) ( d o w n i n g & p i n k e r ，1 9 8 5 ；m a n g u n & h i l l y a r d ，1 9 8 8 ；l a b e r g e & b r o w n ，1 9 8 9 ) 等。这类理论认为注意分布是以特定的空间位置或区域为基础。个体根据任务要 求，注意焦点可以像聚光灯一样移动；注意范围可以像变焦镜头一样进行缩放； 而注意集中程度在焦点处最高，并向四周逐渐衰减。其中，p o s n e r 将注意类比为 聚光灯的视觉定向理论( v i s u a lo r i e n t i n gt h e o r y ) 系统地阐述了在二维平面上不同注 意定向方式对视觉加工的影响。 基于经典的空间启动范式研究( s p a t i a lc u e i n gp a r a d i g m ) ，p o s n e r ( 1 9 8 5 ) 认为，视 觉注意在空间位置上的定向可以被类比作聚光灯，注意能够对其覆盖范围内事件 的检测效率起到利化作用，具体表现为：( 1 ) 注意无法被轻易分配给非邻近区域 ( p o s n e r ，e ta 1 ，1 9 8 0 ；e r i k s e n & y e h ，1 9 8 5 ) ；( 2 ) 随着远离注意位置程度的加深，操 浙江大学博二七学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 作绩效改善的幅度逐渐下降，这一趋势在中央窝区域附近表现更明显( d o w n i n g & p i n k e r ，1 9 8 5 ；s h u l m a n ，s h e e h y w i l s o n ，1 9 8 6 ) ；( 3 ) 出现在注视点位置上的中央线 索与出现在副中央窝位置上的边缘线索，其引导注意定向的机制不同( j o n i d e s ， 1 9 8 1 ) 。 p o s n e r 认为，视觉注意对空间位置的指向既会以反射性的方式实现，如红色 消防车会吸弓l 行人的注意，也会通过以目标为定向的方式实现，如行人注视交通 灯以期绿灯闪现。这两种不同的加工过程分别被称作“外源性定向 ( e x o g e n o u s o r i e n t i n g ) 和“内源性定向”( e n d o g e n o u so r i e n t i n g ) 。 在认知心理学研究中，采用空间启动范式可以相对独立地对这两种不同的注意 定向模式加以研究( 如图1 3 所示) 。图【3 ( a 显示的是边缘位置性提示的单次试验 流程，边缘位置性提示物( 如突然闪亮的方框) 闪现在视野周围，在具体位置上出现 提示信号，此时被试会将注意自动指岛信号的所在位置，是一种外源性定褐：图 1 3 ( b ) 显示的是中央符号性提示的试验流程，该类提示物( 如位于注视点上的标识箭 头1 出现在视野中央，弓 发被试对靶裁激进行方位预觏，此对被试将会主动注意提 示区域，是内源性定向。 i i t f 司 ( a ) 外潭性定向t b ) 内源性定向 图1 3p o s n e r 空间启动范式( 采自s m i t h ，e t a l , ，2 0 0 4 ) 现有在二维平面上进行的有关启动研究表明：边缘位置线索会诱发快速、反 射性、自动化的注意转移，而中央符号线索会导致较为缓慢、控制性、主动的定 向加工( j o n i d e s ，1 9 8 1 ；h o p f i n g e r & m a n g u n ，1 9 9 8 ；s m i t h ，e ta 1 ，2 0 0 4 ) 。在边缘位置性 提示和中央符号性提示下，注意定向对视觉加工的影响具有不同的机制，主要存 r 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 在以下证据：( 1 ) 边缘线索捕获注意时的自动化程度更高，这体现在无论线索是否 具有预测性，均会出现提示效应；边缘线索令人难以忽视，相对于内源性刺激， 它对干扰刺激或竞争任务的影响较不敏感( y a n t i s & j o n i d e s ，1 9 9 0 ；p a s h l e r ，j o h n s t o n r u t h r u f f , 2 0 0 1 ) ；( 2 ) 提示效应受时间进程影响，非预测性边缘线索提示的效应 会随s o a 发生显著变化，体现为最初的利化效应及随后的返回抑制效应；具有预 测性的中央线索的提示效应在整个时间进程中则比较稳定( p o s n e r & c o h e n ，1 9 8 4 ； m a n g u n ，1 9 9 5 ) ；( 3 ) b r i a n d k l e i n ( 1 9 8 7 ) 采用视觉搜索范式进行研究，发现了中央 符号性提示与边缘位置性提示的分离；s m i t h 等人( 2 0 0 4 ) 的神经生理学研究亦表明， 脑损伤患者和正常人在外源性注意定向和内源性注意定向的任务操作中出现了实 验性分离；( 4 ) 这两种空间注意定向模式可能存在不同的脑加工机带i j ( r a f a l ，1 9 9 6 ) 。 h i l l y a r d 等人( 1 9 9 4 ) 的e r p 研究表明：在中央符号性提示范式下，在后部皮层发现 了注意的p 1 、n 1 效应，而在边缘位置性提示范式下，无早期枕叶p 1 效应，只有 较晚的n 1 效应。可见，在这两种启动类型下有部分重叠的加工机制，但在p 1 效 应上表现出来的分离又暗示了这两种启动范式之间有重大差异。 1 3 2 注意启动效应机制的研究 白p o s n e r ( 1 9 7 8 ) 采用空间启动范式探测到注意启动效应，此后在二维平面上进 行的大量行为研究均表明：当注意指向某一空间区域时，个体对该位置上呈现的 刺激识别速度较快、正确率较高( b a s h i n s k i b a c h a r a c h ，1 9 8 0 ；b r i a n d & k l e i n ，1 9 8 7 ； h a w k i n s ，e ta 1 ，1 9 9 0 ；d o w n i n g ，1 9 8 8 ；e r i k s e n & y e h ，1 9 8 5 ；h o f f m a n n e l s o n ，1 9 8 1 ； j o n i d e s ，19 81 ；m u l l e r & f i n d l a y ，19 8 7 ；p o s n e r ，s n y d e r ，& d a v i d s o n ，19 8 0 ；v a n d e r h e i j d e n ，w o l t e r s ，g r o e p ，& h a n g e n a a r ，1 9 8 7 ；m o i l e r r a b b i t t ，1 9 8 9 ) 。对于这种启动 现象，目前主要存在知觉利化机制和反应意愿机制两种理论解释。 知觉利化机s u ( p e r c e p m a lf a c i l i t a t i o nm e c h a n i s m ，p o s n e r ，1 9 8 0 ) 认为，对注意位 置上的目标刺激能够作出较快反应是源自集中注意对目标知觉加工的利化效应， 知觉利化使个体能够对注意刺激产生较好的知觉表征，这种良好表征能够减少个 体辨别特征的时间、减小信息积累足以触发反应所需的时间，从而能使个体提高 感知加工的效率，更快地从注意位置上提取信息。 反应意愿机锖l j ( w i l l i n gt or e s p o n s e ，s h a w ，1 9 8 4 ；s p e r l i n g d o s h e r ，1 9 8 6 ) 认为， 对注意刺激作较快反应是由于被试对位于启动和非启动位置上目标反应意愿的差 9 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 别造成的，对非注意刺激，被试就触发反应所需累积信息的数量和质量均设置了 较高的反应标准，这些决策偏向等知觉后因素导致了个体对非注意刺激的反应时 延长。 传统研究提供了大量的行为数据，描述了注意准备对不同位置上刺激反应的 影响。但是由于行为数据混淆了早期加工和晚期加工的结果，所以难以区分在反 应时上表现出来的变化究竟是由哪个特定阶段的加工引起的。 随后，有人采用信号检测论( s d t ) 范式研究发现，在空间启动任务中，无决策 标准变化的条件下，注意启动只引起了d 的变化，而1 3 未发生改变。据此推断， 对目标位置的启动并未影响决策偏向，只导致了感知加工的改变( d o w n i n g ，1 9 9 8 ； h a w k i n se ta 1 ，1 9 9 0 ；l u c ke ta 1 ，1 9 9 4 ) ，为知觉利化机制提供了行为证据。为了更 加清晰地解释注意启动效应的内部机制，引入e r p 技术是一种行之有效的方法。 e r p 测量具有高时间分辨率的优势，它能够使研究者直接观察到被试进行任务操 作时脑d n i 的实时进程。通过采集e r p 数据，记录分析脑电变化情况，可以更直 接地探讨知觉加工阶段和决策反应阶段的动态过程规律及其神经机制。 e r p 研究的逻辑假设：如果体现在反应时上的注意启动效应与早期感知加工 的信息过滤相关，则在有效提示位置上的刺激会诱发较大波幅的e r p 早成分；如 果启动效应是在知觉加工之后完成的，那么有效提示位置上的刺激和无效提示位 置上的刺激引发的e r p 早成分应该没有显著差异。基于上述逻辑假设，已出现了 大量在二维平面上进行的e r p 研究，结果表明，无论采用中央符号提示还是边缘 位置提示，当刺激以快速序列化方式( r a p i ds e r i a lv i s u a lp r e s e n t a t i o n ，r s v p ) 呈现在 注意和非注意位置上时，注意位置上的刺激会诱发较大波幅的e r p 早成分( h e i n z e ， l u c k ，m a n g u n & h i l l y a r d ，19 9 0 ；h a r t e r ，a i n e ，s c h r o e d e r ，19 8 2 ；h i l l y a r d m a n g u n ， 1 9 8 7 ；h i l l y a r d m i i n t e ，1 9 8 4 ；h e i n z e ，e ta 1 ，1 9 9 4 ；r u g g ，m i l n e r ，l i n e s ，& p h a l p ， 1 9 8 7 ；m a n g u n h i l l y a r d ，1 9 8 8 ；n e v i l l e & l a w s o n ，1 9 8 7 ；m a n g u n h i l l y a r d ，1 9 9 1 ； h i l l y a r d ，l u c k m a n g u n ，1 9 9 4 ；e i m e r ，1 9 9 6 ；h o p f i n g e r m a n g u n ，1 9 9 8 ； a n l l o v e n t o ，19 9 5 ) 。在上述研究结果的基础上，h i l l y a r d 和a n l l o v e n t o ( 19 9 8 ) 指出， 空间注意的机制主要是对纹外视皮层的视觉信息流进行选择性调幅( a m p l i t u d e m o d u l a t i o n ) ，注意诱发的p l 、n 1 等e r p 早成分的增强效应反映了注意对视觉通 道中感觉信息流的“增益控制”( g a i nc o n t r 0 1 ) 。集中注意至少部分地闸制了视觉通 浙江大学博士学位论文 注意定向对立体视觉影响机制的e r p 研究 道中的感觉信息流，并对其进行了过滤，这从而有力地支持了知觉利化机制假设。 1 3 3 空间返回抑制效应机制的研究 空间返回抑制是注意定向对位置加工的抑制效应，有利于提高个体进行空间 搜索的效率。目前有关空间返回抑制机制的研究已形成了很多理论和假设。 1 3 3 1 空间返回抑制的概念及研究内容 p o s n e r ( 1 9 8 5 ) 采用边缘位置性提示的空间启动范式研究发现，在该种提示条件 下，注意在空间位置上的定向对相继目标刺激的检测具有不同的时序特征。当提 示线索与目标之间的时间间隔( s o a ) 小于3 0 0 m s 时，被试对呈现在提示位置上的目 标反应较快；当s o a 大于3 0 0 m s 时，被试对呈现在提示位置上的目标反应较慢。 这种晚期的抑制效应被称之为返回抑匍j ( i n h i b i t i o no fr e t u r n ，i o r ，p o s n e r ，r a f a l ， c h o a t e & v a u g