（发展与教育心理学专业论文）两可图形知觉加工中的转换过程.pdf

摘要 摘要 两可图形也称双关图形，是指同一幅图形在不同的时间内可以被知觉成两种不同对 象的图形，但图片本身并没有变化。对两可图形的知觉过程主要从自下而上的加工、自 上而下的加工和自下而上与自上而下相互作用三个方面进行解释，目前这几种解释都得 到了大量研究的证实。 在知觉加工的过程中，眼动是非常重要的因素。对于两可图形知觉加工的眼动研究 主要集中在眼动与知觉转换的关系上。对于知觉转换与眼动存在怎样的关系却引起争 论，即知觉转换是否与眼动有关，如果有关系，那么是由于眼动引起知觉转换，还是知 觉转换引起了特定的眼动? 基于前人的研究，特定指导语的倾向性可能对被试在观看两可图形时的知觉转换产 生特定影响。所以本研究采用两可图形中的耐克尔方块作为实验材料，使用交替呈现的 偏好方块作为练习和对比，使用实时眼动记录技术对被试观看耐克尔方块时发生知觉转 换的眼动过程进行记录，分析知觉转换过程的眼动特征，并进一步探讨两可图形知觉转 换的基本原理。具体的研究结论如下： 1 耐克尔方块与偏好方块两个阶段，在注视次数、平均注视时间、i i i i l l 次数等眼动 指标上存在显著的差异，耐克尔方块部分的注视次数和i 艮1 1 1 次数显著多于偏好方块部 分；偏好方块部分的平均注视持续时间显著长于于耐克尔方块部分：两个部分在眨眼次 数、平均瞳孔直径上不存在显著差异。 2 在耐克尔方块部分，知觉转换发生时，注视点持续时间显著增长，之后又返回到 之前的低水平；知觉转换发生时，眼跳速率和i i i i i i 振幅明显降低，之后又迅速回升。 3 在某种知觉状态向另一种知觉状态转换时，存在注视点在某个位置附近的集中趋 势，即知觉转换的过程与眼动位置存在相关。 4 眼动与知觉转换之间可能存在一种双向的联系，眼动可以引起知觉的转换，而知 觉转换也可p j , i i 发相应的眼动变化，转换之后的眼动可以提供反馈信息；两可图形的知 觉转换是一个自下而上和1 1 1 上而下混合加工的过程。 关键词两可图形知觉转换眼动 a b s t r a c t a b s t r a c t r e v e r s i b l ef i g u r ei st h ep i c t u r ew h i c hc a l lb ep e r c e i v e da sd i f f e r e n to b j e c ti nd i f f e r e n t t i m e ，b u tt h ep i c t u r ei t s e l fh a sn ov a r i e t y r e s e a r c h e rf a v o r ss o c a l l e db o t t o m u pp r o c e s s e s ， t o p - d o w np r o c e s s e sa n dh y b r i dh y p o t h e s i si ne x p l m n i n gp e r c e p t u a ls w i t c h i n g ，a n dt h e r ea r e l o t so fe v i d e n c e so nt h et h r e ea b o v e e y em o v e m e n t si si m p o r t a n tf a c t o ri np e r c e p t i o no ft h er e v e r s i b l ef i g u r e t h ed e b a t e r e m a i n sv e r ym u c ha l i v ea b o u tt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e ne y em o v e m e n t sa n dp e r c e p t u a l s w i t c h i n g ，d oe y em o v e m e n t sr e l a t et op e r c e p t u a ls w i t c h i n go rn o ta n d ，i ft h ed o ，d oe y e m o v e m e n t sp r e c e d et h ep e r c e p t u a ls w i t c h i n g ，o ra r et h e yr e s u l t ? b a s e do np r e v i o u ss t u d i e s ，i n s t r u c t i o nm a yp r o d u c es o m es p e c i a le f f e c t st h a tc o u l d i n t e r f e r e 谢t ht h eh u m a ns u b j e c t s f r e ev i e w i n go ft h en e c k e rc u b e ，s oi nt h ep r e s e n ts t u d yw e u s e dn e c k e rc u b ea n db i a s e dv e r s i o n so ft h ec u b et h a tp r o d u c e du n a m b i g u o u sp e r c e p t st o d e t e r m i n eh o we a c hs u b je c ta c t u a l l yl o o k e da tt h ec u b e ，t r a c k e dt h ee y em o v e m e n t sp r e c i s e l y a tt h et i m et h a tp e r c e p t u a ls w i t c h i n gt a k ep l a c eb ye y et r a c k e rs y s t e m a n da n a l y z et h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ee y em o v e m e n t sa n df u r t h e ri n v e s t i g a t et h eb a s i cm e c h a n i s mo ft h e p e r c e p t u a ls w i t c h i n g t h ec o r i c l u s i o n sa r ea sf o l l o w i n g s ： 1 t h e r ea r ep r o m i n e n td i f f e r e n c e sb e t w e e nn e c k e rc u b et r i a la n db i a s e dc u b et r i a lo n t h ep a r a m e t e r so ff i x a t i o nc o u n t ，a v e r a g ef i x a t i o nd u r a t i o na n ds a c c a d ec o u n t t h et o t a l n u m b e r so ff i x a t i o n sa n ds a c c a d e si nn e c k e rc u b et r i a lm o r ea n dt i m eo ft h ea v e r a g ef i x a t i o n d u r a t i o ns h o r t e rt h a nt h e mi nb i a s e dc u b et r i a le v i d e n t l y , t h e r ea l en op r o m i n e n td i f f e r e n c e s o nt h ep a r a m e t e r so fb l i n kc o u n ta n da v e r a g ep u p i ls i z e 2 i nt h en e c k e rc u b et r i a l ，t h e r ea r ep r o l o n g e df i x a t i o nt i m e sa r o u n dt h ei n s t a n to f p e r c e p t u a ls w i t c h i n g ，l a t e r , d e s c e n dt o t h ep r e v i o u sl o wl e v e l t h es a c c a d ev e l o c i t ya n d a m p l i t u d ef a l ls h a r p l ya r o u n dt h ei n s t a n to fp e r c e p t u a ls w i t c h i n g ，a n dl a t e rt h e r ei sa l lo b v i o u s 3 p e r c e p t u a ls w i t c h i n gi sr e l a t et ot h ee y ep o s i t i o n t h e r ei sc e n t r a l i z e dt r e n do fe y e a b s t r a c t p o s i t i o na tt h et i m eo fp e r c e p t u a ls w i t c h i n g 4 t h e r em a yb eab i d i r e c t i o n a lc o r r e l a t i o nb e t w e e ne y em o v e m e n t sa n dp e r c e p t u a l s w i t c h i n g ，e y em o v e m e n t sc o u l da r o s et h ep e r c e p t u a ls w i t c h i n ga n dv i c ev e r s a p e r c e p t u a l s w i t c h i n gi sah y b r i dc o u r s e k e y w o r d s ：r e v e r s i b l ef i g u r e ；p e r c e p t u a ls w i t c h i n g ；e y em o v e m e n t s i 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了致谢。 作者签名：名冬瑚绉一 日期：二堕丛年厶月卫日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方格内打“”) 保护知识产权声明 本人为申请河北大学学位所提交的题目为() 的学位 论文，是我个人在导师() 指导并与导师合作下取得的研究成果，研究工作及取得 的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完成的。本人完全 了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法律、行政法规以及河北 大学的相关规定。 本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大学的书 面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容。如果违反 本声明，本人愿意承担相应法律责任。 声明人： 窘。鹏 日期：- 二逊疋年厶月卫日 作者签名： 毽2 始 导师签名：二越 日期：斗螋年l 月兰日 日期：) 4 生g 年l 月生日 第1 章前言 第1 章前言 知觉历来是心理学的一个重要研究领域。认知心理学兴起以后，对于知觉的研究也 一直在其中占有重要的地位，并取得了引人注目的成果。知觉在我们的日常生活中起到 很重要的作用，对于知觉的研究主要集中于视知觉，总体上存在两种对立的知觉理论， 即知觉的假设考验说和知觉的刺激物说。前者认为，知觉是人接受感觉输入，在以往经 验的基础上形成假设，并不断进行验证的过程；而后者认为自然界的刺激是完整的，能 够提供丰富的信息，可以依靠这些信息产生知觉经验，而不需要产生假设。 两可图形是指同一个图形在不同时刻可以看成不同对象的图形，它属于视知觉的一 个特例。自从n e c k e r 提出耐克尔方块以来，研究者们相继提出多个两可图形，引起众 多研究者的兴趣，并对此进行了广泛的研究。一个合理的知觉理论应当能够解释所有的 知觉过程，而两可图形也不例外，所以研究者们相信对两可图形知觉过程的研究可以探 究知觉机制的基本原理。目前对于两可图形知觉加工的研究主要集中在自上而下的加工 和自下而上的加工两种范式上，即是感觉的、初级的加工引发知觉转换还是认知的、高 级加工决定知觉转换。l o n g 和t o p p i n o 1 】试图整合这两种理论解释，提出知觉转换的自 下而上和自上而下混合加工的假设，这在一定程度上缓和了当前的争论。 n e c k e r 最早提出了两可图形的知觉理论，即局部特征假说，认为刺激图的某些局部 特征与所知觉到的对象紧密相关，在注视图像时对这些特征的优先注意将导致相应的知 觉对象占据优势。其中，眼动是非常关键的因素，注视点在不同特征间的转移导致了知 觉的转换。这个问题引起了许多研究者的关注，并进行了大量的相关研究。f l u g e l 认为 眼动引起了知觉的转换，而非认知的因素；但有很多研究者持相反的观点，认为眼动是 知觉转换的结果，这些观点都得到了很多实验的支持，而这些观点分别支持自下而上的 和自上而下的加工假设。很多研究者对知觉转换与眼动的关系进行了研究，但目前仍没 有统一的结论。以往的研究大多存在未被控制的影响因素，即存在对被试的倾向性引导 或者存在眼动与知觉转换时间关系上的测量误差，对这些影响因素的进行控制，可以探 究知觉转换与眼动之间更加精确的联系。 本研究在以往研究的基础上，运用实时眼动记录技术，探究眼动与知觉转换之间的 关系，从而丰富有关两可图形知觉转换的理论研究，为探究人类的视知觉机制的基本原 理提供一定的实验支持。 l 河北大学教育学硕七学位论文 第2 章研究综述 2 1 概念的界定 2 1 1 两可图形( r e v e r s i b l e ，o ra m b i g u o u sf i g u r e ) 两可图形( r e v e r s i b l e ，o r a m b i g u o u sf i g u r e ) 也称双关图，是指同一幅图形在不同的 时间内可以被知觉成两种或两种以上不同知觉对象的图形，但图形本身并没有变化。如 耐克尔方块( n e c k e r ，1 8 3 2 ) 、老妇一少女图( b o r i n g ，1 9 3 0 ) 、鲁宾人面一花瓶( r u b i n ，1 9 1 5 ) 等【2 1 。对于两可图形的研究，最早可以追溯至l j n e c k e 斤1 8 3 2 年发表的文章，之后一直被 广泛的研究。研究者们认为，对于两可图形知觉转换过程本质的理解可以探究知觉机制 的基本原理。 2 1 2 知觉转换( p e r c e p t u a ls w i t c h i n g ) 知觉转换( p e r c e p t u a ls w i t c h i n g ) 是指在观看两可图形时，我们当前所知觉到的对 象，由两可图形的两种或多种可能的知觉对象中的一种转换为另一种，或者由另外一种 知觉对象转换为当前一种知觉对象的过程。 2 2 两可图形知觉加工的研究综述 自从n e c k e r ( 1 8 3 2 ) 提出耐克尔方块以来，研究者们相继提出多个两可图形，并对 此进行了广泛的研究，而这些研究多集中在知觉转换过程原理的探讨上。对于两可图形 知觉加工主要存在感觉的、自下而上加工( b o s o m u pp r o c e s s e s ) ，认知的、自上而下加 工( t o p d o w np r o c e s s e s ) 和整合的、自下而上加工( b o t t o m u pp r o c e s s e s ) 与自上而下加 工( t o p d o w n p r o c e s s e s ) 交互作用的三种理论解释。研究者们从自下而上加工、自上而 下加工、电生理学的研究和自下而上加工与自上而下加工交互作用四个方面进行了大量 的研究。 2 2 1 对于感觉的、自下而上加工的研究 2 2 1 1 感觉的、自下而上加工理论( b o s o m u pp r o c e s s e s ) 感觉的、自下而上加工( b o t t o m u pp r o c e s s e s ) 又称数据一驱动加工( d a t a d r i v e n ) ， 指的是知觉者从环境中微小的信息开始，先对较小的、感觉的知觉单元进行分析，然后 2 第2 章研究综述 再转向较大的知觉单元，将它们以各种不同的方式加以组合以形成知觉的过程【3 l 。对于 感觉的、自下而上加工的研究主要集中于神经系统的疲劳与恢复和刺激物的局部特征的 研究。 2 2 1 2 长时间转换模式 长时问转换模式是用来支持自动的、感觉处理的知觉转换的实验范式，它揭示了一 个自动化的两可图形知觉转换过程，研究者认为这是神经系统兴奋和疲劳过程相互作用 的结果。从k o h l e r ( 1 9 4 0 4 】) 开始，大量的研究者开始研究一个现象，即随着一段时间的 观察，被试所报告的转换次数系统性的增加了。实验中报告的转换次数表现出一个随时 间增长的加速模式。研究者认为，对每一个知觉发生反应的神经活动，通过重复的短暂 的疲劳与恢复进行，在每一个循环中不能达到完全的恢复，观察者所知觉到的对象依赖 于此时哪个神经活性更强。一段时间后随着神经活性的疲劳，则转向对另一个对象的知 觉，通过神经活动的疲劳与恢复，引发知觉的相互转换。由于神经的不完全恢复性，导 致转换的加速，出现一个增加的转换模式。 2 2 1 3 转换模式的局部定位 k o h l e r ( 1 9 4 0 4 】) 发现，如果向观察者呈现一个包括大扇形和小扇形的马尔他十字， 就可以发现一个增加的转换模式。但是，在观察几分钟后，如果简单将图形移动到一个 新的位置，小扇形落到不同的视网膜区域，会引起转换模式返回到开始时较低的转换水 平。其他的研究者使用另外的图形也得到了相同的结果，如果观看耐克尔方块几分钟后， 再把耐克尔方块移动到不同的视野位置，转换速率将降低到基线水平 ( s p i t z & l i p m a n ，1 9 6 2 ；h o w a r d ，1 9 6 1 ) 。t o p p i n o 和l o n g ( 1 9 8 7 5 1 ) 对旋转耐克尔方块的研究 发现，视网膜位置的改变使转换模式返回到基线水平。t o p p i n o 署l j l o n g ( 1 9 8 7 1 5 ) 的研究也 表明，适应了一个图形后观察不同大小的图形，从适应阶段到测试阶段没有发现适应的 迁移现象。对于很多研究者来说，这些研究非常有力地支持了一个局部化处理的过程， 即皮层结构接受有限制的视网膜区域的输入信息。 2 2 1 4 转换适应对知觉转换的影响 另一类支持自下而上加工假设的研究是转换偏好或适应效应。在这个范式中，研究 者测定了在标准两可图形呈现之前，先呈现这个两可图形的确定知觉对象所产生的影 响。一些研究者使用这类图片，在呈现正常两可图形之前，将它的一个确定知觉对象呈 河北大学教育学硕十学位论文 现给被试，并持续一段时间，试图通过使某个知觉的神经结构产生适应来研究当前神经 通道，就像选择性适应技术那样( c a r l s o n ，1 9 5 3 6 】；h o c h b e r g ，1 9 5 0 7 】；l o n ge ta l ，1 9 9 2 8 】； n a w r o t & b l a k e ，1 9 8 9 9 】) 。这些研究得到了一致的结果，即观察者在适应一个确定对象后 报告两可图形的另一个知觉对象。研究者认为这种转换适应效应是对两可图形的一个神 经网络适应或疲劳的结果，这样就使得没有产生适应的神经网络占据优势。此外，这些 研究也表明适应的效果依赖于适应阶段的持续时间和适应与测试阶段接受刺激的视网 膜区域间的互动( l o n ge ta l ，1 9 9 2 8 】；v i r s u ，1 9 7 5 1 0 】；v o ng r u n a u ，w i g g i n ，& r e e d ， 1 9 8 4 1 1 】) 。这种转换偏好效应的局部限制与接受局部视网膜区域输入信息的皮层结构神 经适应模型相一致。 2 2 1 5 同时观察多重两可图形 1 9 1 3 年，f l u g e l 对多重两可图形进行了研究，发现如果两个耐克尔方块同时呈现， 其中一个在另一个之中或者两个并排出现，观察者能够看到一个方块独立于另一个而发 生知觉转换【2 1 。 在另一项对多重两可图形的研究中，t o p p i n o 和l o n g ( 1 9 8 7 5 】) 发现，让被试在2 分 钟的适应阶段观看呈现在注视点左边或右边的单一的两可图形，对感知到的知觉转换按 键做出反应。结果发现，在2 分钟的观察阶段显示出了典型的知觉转换的加速模式。在 后面的测试阶段，呈现两个同样的两可图形，一个呈现在先前适应阶段的视网膜位置， 第二个在其他的视野中。观察者报告了两个图形的转换，对于位于适应阶段相同视网膜 位置的测试图片报告的转换，维持了在适应结束阶段较高的转换速率。相反，对于位于 适应阶段不同视网膜位置的测试图片，所报告的转换表现出一个新的加速模式，就像在 适应阶段并没有呈现先前的图片一样。也就是说，在新的视网膜区域的图片没有受到前 一个阶段所产生的适应的影响，观察者能够以非常不同的转换速率观看两个并列的图 形。t o p p i n o 和l o n g ( 1 9 8 7 5 1 ) 认为，这种多重图形研究涉及到更少的外围因素( 如眼动) 和总体处理节奏的调节( 如脑波) 等，这与f l u g e l 的研究一致。也就是说，对于同时观 察多个两可图形所报告的相对独立的转换，即方块在视网膜区域能够相对独立的适应， 从而以不同的次数和速率发生转换的事实，排除了一些可能同时影响整个皮层的生理上 的因素( f l u g e l ，1 9 1 3 ) ，并且暗示了严格的局部化的条件。简言之，单一的、总体的、自 上而下的加工作为影响知觉转换的必要因素而被排除。 4 第2 章研究综述 2 2 1 6 刺激物对知觉转换的影响 最后一类可以支持知觉转换的感觉的、自下而上加工的证据，来自于对刺激物本身 影响知觉转换的研究。这些研究涉及到刺激对两可图形转换的影响，这些影响作用可以 通过刺激驱动模型来预测。观看两可图形时，可逆性强的图形比逆性弱的图形转换要快， 完整的两可图形比不完整的转换快，持续的观看比间断的观看产生更多的转换，这是负 责刺激特征分析并依赖于这些刺激特征而逐渐产生适应的初级视皮层结构的作用。 对于决定最初的知觉和引起知觉转换的因素，有研究者认为两可图形中的一些局部 特征倾向于引起一种知觉，而另一些特征引起另一种知觉，哪些特征被最先注意到决定 了最初的知觉。t s a l 和k o l b e t ( 1 9 8 5 ，1 9 9 4 1 2 】) 对鸟一飞机和鸭一兔的两可图形进行了研 究，得到了这些图形上的关键的局部特征。研究者认为所产生的特定的知觉对象源于对 这些特定局部特征的注意。此后许多研究者对此进行了研究，得出了相似的结论。 g e o r g i a d e s 和h a r r i s ( 1 9 9 7 1 3 1 ) 以老妇一少女两可图形为实验材料，通过选择性的去掉图 形中的关键特征和改变被试最初观察图形的注视点，发现去掉某个偏向于一个知觉对象 的特征可以导致被试倾向于知觉到另一个知觉对象；最初的注视点接近哪个特征，将使 被试倾向于这个特征所对应的知觉对象。 2 2 2 认知的、自上而下加工的研究 2 2 2 1 认知的、自上而下加工理论( t o p d o w np r o c e s s e s ) 认知的、自上而下加工( t o p d o w np r o c e s s e s ) 又称概念一驱动加工( c o n c e p t u a l l y - d r i v e n ) ，指的是从有关知觉对象的一般知识开始的加工，知觉者的知识、意志、学习、 期望或概念等，制约着加工的所有阶段和水平，引导知觉者在知觉过程中的信息选择和 整合【3 1 。其中，知觉者的意志、熟悉程度或者可逆的知识、学习或练习、偏好、增加认 知负荷等都会对两可图形的知觉过程产生影响，认知的、自上而下力n - r _ 的研究也主要集 中在这几个方面。 2 2 2 2 意志对两可图形的影响 在支持认知的、自上而下加工的知觉转换的研究中，研究最广泛的是意志力对知觉 转换的影响。自1 8 0 0 年以来，研究者们证明，意志力对知觉存在一定程度的控制。 这种对意志控制的实验研究主要有这样几种形式。在一些研究中，要求观察者保持 对图形的一种对象的知觉( l i e b e r t & b u r k ，1 9 8 5 1 4 】) 而给予控制组的观察者一个中性的指 河北大学教育学硕十学位论文 导语。在另一些研究中，要求观察者或者保持当前的知觉或者尽可能快地转换图像 ( s t r u b e r & s t a d l e r , 1 9 9 9 1 5 1 ) 。研究结果显示：实验的指导语显著影响了知觉转换，对两可 图形某一知觉对象保持时间和转换速率的变化受指示语的影响。 有时，很难从局部特征假设中分离出意志控制，因为观察者确实可以通过改变他在 图片上的注视点来进行转换。t o p p i n o ( 2 0 0 3 t 1 6 】) 的研究发现意志控制可以独立于选择特 殊的局部特征进行。要求观察者被动的观看耐克尔方块或者保持方块的一个特定方向， 同时，改变注视点以有利于对那些与特定方向相联系的局部特征进行加工。根据各种条 件的联合，有意的指导语与注视点或者一致或者不一致。t o p p i n o ( 2 0 0 3 1 6 】) 认为，如果 两个因素都依赖于在最初的加工中选择特定的局部特征，他们之间就会产生交互效应。 然而，两个变量产生了很强的独立的效应。此外，当用一个小的方块来减少对不同局部 特征集选择性加工的可能性时，注视点的影响消失了，而有意指导语的影响没有消失。 他认为这些结果支持了在知觉转换中认知控制所起的重要作用。 2 2 2 3 可逆性的知识 第二类支持认知加工过程的影响因素是熟悉，或者更精确地说是可逆性的知识。 r o c k ( 1 9 9 2 r 7 】) 等人对此进行了研究，发现被试对于图形的可逆特征的知识对两可图形的 知觉转换是非常关键的。当被试不知道呈现给他们的图形可以知觉为多个图形时，很少 会报告出转换。r o c k ( 1 9 9 2 1 1 刀) 认为在很多的两可图形知觉转换的研究中，研究者在他们 实验中的练习阶段可能无意地使观察者熟悉图形的可逆特征而偏向于他们的结果。这些 研究表明，观察者可以有意的进行知觉转换，而他们先前的关于转换和练习的知识可能 起到很重要的作用。 2 2 2 4 学习对知觉转换的影响 有研究表明观察者对知觉转换的学习对于两可图形知觉转换有非常明显的影响。例 如，a m m o n s ( 1 9 5 9 1 8 】) 等认为，前面所讨论的转换的加速模式反映了一个标准的学习曲 线。即最初用来解释神经网络竞争中神经适应和恢复的联合活动的加速转换模式，可以 用来反映一个认知的、自上而下的加工过程。这样，先前用来支持自下而上加工的研究 可以用自上而下的加工来解释。而且，新的解释可以用来进一步支持消除短暂适应效应 条件下的研究。例如，在连续的每周间隔学习中，观察者报告了更多的转换( l o n ge t a 1 ，1 9 8 3p g ) 。与此相似，s o l l e y 和s a n t o s ( 1 9 5 8 t 2 0 】) 发现在观看耐克尔方块时，持续呈现 6 第2 章研究综述 耐克尔方块某一确定知觉对象两秒钟，并伴随语言的强化可以逐渐增加看到耐克尔方块 这一对象的可能性。 2 2 2 5 期望对知觉转换的影响 期望或图式对两可图形知觉转换的影响是支持自上而下加工模型的最有力证据。实 际上，两可图形的知觉转换经常被用来作为一个强有力的研究工具来研究认知过程。如 果知觉是一个积极主动的过程，在大量的自动化处理过程中，依赖于情境信息和其它经 验的自上而下的作用，会对视网膜所接收的信息进行过滤和调整，那么两可图形可以提 供给研究者一个合适的研究工具。例如，b o t w i n i c k ( 1 9 6 1 ) ，l e e p e r ( 1 9 3 5 ) 和f i s h 盯( 1 9 6 7 ) 的研究表明，在向观察者呈现一个传统的两可图形之前，先呈现这个两可图形的一个确 定的知觉对象，将明显的减少图形的不确定性。也就是说，观察者更倾向于报告出正常 两可图形的一个确定知觉对象【l 】。l e e p e r 的研究得到了相似的结果，发现如果先前提供 关于图片某一对象的描述，将导致对于两可图形这一知觉对象的知觉偏爱。 b r u n e r f 覃i m i n t u m 的研究结果发现，观察者对一个两可图形的知觉可以被它所在的上 下文所改变( 例如，图片1 3 可以看成字母b 或者数字1 和3 ，这依赖于它是否存在于其他 字母或者数字中) 【。b u g e l s k i 和a l a m p a y 在研究中发现，在呈现两可图形之前，先给被 试呈现与两可图形某一个确定的知觉对象同一类的图片，也会使被试更容易知觉到这一 对象( 如，在呈现人一鼠两可图形前呈现人的图片或动物的图片) 。在这些研究中，自 上而下的加工在知觉过程中对视网膜刺激分析起到关键的作用。这些研究和其他的证据 表明，呈现在视觉、类别、或者情景上相关的信息可以使观察者倾向于知觉到两可图形 的一个或其他的特定知觉对象。这些因素反映了自上而下的高级的认知加工过程。 2 2 2 6 次任务对两可图形的影响 对两可图形的次任务观测的研究也支持图形转换的自上而下加工模式。研究者认 为，通过要求被试计算或者回忆一系列数字来加重心理负荷，不会影响到自动的、感觉 的加工过程。因此，如果图形转换不涉及到认知过程，那么次任务的指导语将不会产生 太大影响，但结果并不支持图形转换的自动加工。r e i s b e r g 等人( 1 9 8 3 2 1 】，1 9 8 4 2 2 】) 研究 发现，次任务的指导语增加了两可图形初次转换的注视时间并降低了之以后的转换频 率。他们认为图形转换所要求的知觉判断与次任务争夺工作记忆。他们的研究证实了知 觉是一个资源限制的问题解决过程。 7 河北大学教育学硕+ 学位论文 2 2 3 电生理学的研究 很多研究者通过电生理学的方法，对被试观察两可图形时的皮层活动本质进行了研 究。对发生知觉转换时大脑活动进行的电生理学研究使用了多种方法，包括猴子的单细 胞记录和人类的脑电记录( e e g ) 与脑核磁共振成像技术( f m r i ) 。通过这些方法，研究者 们能够记录在发生知觉转换时，皮层活动是否( 或在哪个部位) 发生变化或者皮层活动 是否表现出一个稳定的活动水平，与刺激不变的物理特征相一致。 许多研究结果表明，在视觉皮层初级部位( v l 区和v 2 区) 的细胞，如外侧膝状体核 中的前皮层细胞，很少或者没有表现出与视网膜模式的知觉改变相应的活性变化。如果 一个不可变的模式落到视网膜上，那么仅仅有视皮层中的第一部分神经突触这个因素决 定对它的知觉( l e o p o l d & l o g o t h e t i s ，1 9 9 9 2 3 】) 。然而，进入到系统中的下一个加工阶段 ( 如v 4 区) ，神经所展现的活动的循环模式比例与知觉转换的增加一致。此外，l o g o t h e t i s 等对猴子的单细胞研究表明，存在与两种不同的知觉有关的神经活动。猴脑皮层中的很 多细胞在知觉转换之前表现出短暂的变化，而不是对于一种知觉对象或另一种保持稳定 的活动。有较少的尤其是在i t 和高级沟回( s t s ) 中的细胞，在开始和持续的观察知觉对 象a 或b 时产生强烈的活动。a n d r e w s 等人( 2 0 0 2 2 4 】) 采用脑核磁共振成像技术( f m r i ) 对 人类观察者的研究表明，其他沟回区( 如梭状回) 的神经活动与观察人面一花瓶两可图 形的双稳态经验相匹配。研究者认为这两类知觉相关的神经活动，揭示了最初的转换加 工和与观察者的知觉经验的匹配加工的神经基础。 l e o p o l d 和l o g o t h e t i s ( 1 9 9 9 【2 3 】) 以及后来的研究者( k l e m m 等人，2 0 0 0 t 2 5 】) 对涉及到多 稳态知觉的广阔的皮层区域进行了研究。他们认为，两可图形不同知觉对象所涉及的皮 层中这些区域的神经活动，由高级非视觉皮层区域中的脑中枢结构所掌握和调整，而非 视觉皮层区域对计划和发动动作起到关键作用。也就是说，这些概念为澄清自上而下知 觉转换模型提供了一个生理学基础。这样一个自上而下的加工假说与被广泛研究的额叶 损伤的实验结果一致，尤其是右侧损伤，可降低对两可图形知觉的转换速率( m e e n a n & m i l l e r ，1 9 9 4 ：r i c c i & b l u n d o ，1 9 9 0 ) 。此外，这个模型能够容纳这些影响知觉转换因素( 如 情绪、智力和药理学机制) 的实验研究，这些因素可以影响这些能够积极调整被动的感 觉加工的高水平的、非感觉的皮层结构。 返回到当前对自下而上和自上而下的知觉转换理论的讨论上，l e o p o l d 和l o g o t h e t i s 8 第2 章研究综述 1 9 9 9 2 3 1 ) 的假设明显的属于后者。他们认为感觉信息的处理不断地被从前额皮层区所产 生的系统干预所调整。这种自上而下的控制有利于中断持续的、自动的初级加工以“再 造和恢复 知觉( l c o p o l d & l o g o t h c t i s ，1 9 9 9 2 3 】) 。 l e o p o l d 和l o g o t h c t i s ( 1 9 9 9 ) 的研究结果也可以支持自上而下的加工模型，他们后来 对这个假说进行了调整。l e o p o l d 等人( 2 0 0 2 2 6 】) 研究发现，在观察3 秒后移除两可图形， 这种简单的处理可以明显地降低转换速率。事实上，如果黑屏间隔的持续时间增加到4 0 秒，转换基本上就会消除，而产生知觉稳定性。一些使用早期两可图形的研究也得到相 似的结果。l e o p o l d 等人( 2 0 0 2 2 6 1 ) 认为，因为知觉转换对刺激处理非常敏感，例如中断 观察，更高水平的机制也必须监控低水平的活动。也就是说，显著的自下而上的影响不 能够忽视。 2 2 。4 自下而上( b o t t o m u p ) 和自上而下( t o p d o w n ) 混合加工的研究 2 2 4 1 混合的自下而上和自上而下加工相互作用的模型 混合的自下而上和自上而下加工相互作用的模型认为，人的知觉过程包括多个水平 的加工过程，从初级的、感觉水平上的自动的特征提取机制到认知的、中枢加工，这是 一个有机的整体，特征提取机制负责提取物体的一些特征如方向、大小等，中间水平的 加工负责接收、分析这些局部特征，中枢水平的加工这些信息进行筛选、整合，各个水 平存在相互制约的关系，自下而上和自上而下加工相互作用，以达到知觉的目的i l 】。 2 2 4 2 混合的自下而上和自上而下加工的相关研究 大量的实验研究证明了两可图形知觉转换中自下而上加工和自上而下加工的双重 作用。尽管观察者可以有意识的维持对一个特定知觉对象的知觉，但他们不能消除知觉 转换。观察者的期望明显影响知觉转换，但对知觉转换的完全控制来说既不是必要的也 不是充分的。如果限定于视网膜的特定区域，尽管对于典型的两可图形的长时间持续观 察，可以使知觉转换速率相对的增加，但是在一周的间隔中，这种观察所产生的对于两 可图形的熟悉也被保存。因此，局部化的、短暂的、感觉处理过程与总体的、长时间的 认知过程都是存在的。然而在观察标准的两可图形之前延长对两可图形确定知觉对象的 适应时间，会产生局部疲劳效应，短暂的呈现同样的确定知觉对象会产生明显的定势或 启动效应。t o p p i n o ( 2 0 0 4 1 】) 认为，存在自下而上和自上而下加工的两方面的证据( 从 定性和定量上) ，表明不是单一的加工决定图形转换的过程。 9 河北大学教育学硕十学位论文 另一些研究者通过实验，研究了认知的和感觉水平的因素对知觉转换的影响，这些 研究依赖于特定的条件。通过建立功能分离模式，可以发现在两可图形知觉中包含多个 水平的处理过程。l o n g 等人( 1 9 9 2 剐) 对此进行了一个经典的实验，研究了在观看两可图 形之前呈现两可图形的确定知觉对象所产生的影响。他们发现，一个确定的知觉对象的 短暂呈现( 少于5 秒) ，可以使后来在观看两可图形时出现对相同知觉反应的积极偏向 或定势的影响。然而，当适应阶段的持续时间系统的增加到以往研究中对神经通道适应 的典型水平以上时( 2 - 3 分钟) ，则会发现转换的偏好效应。因此，l o n g 等人( 1 9 9 2 ) 认 为，先呈现的两可图形确定知觉对象的作用依赖于它的呈现时间，短的和长的呈现阶段 可能是分别通过自上而下( 期望和定势) 和自下而上( 神经适应) 的加工过程产生的影 响。感觉的和认知的过程如何进行可能或多或少的依赖于呈现条件，这是对先呈现两可 图形的确定知觉对象的研究所产生的对立结论的一个整合。 有人对两可图形的多水平加工进行了研究，例如，h o c h b e r g 和p e t e r s o n ( 1 9 8 7 27 】) 的研究发现，通过指导语对被试的意图进行控制，要求他们维持一个或另一个知觉，显 示出了明确的自上而下加工的影响，但被试却不能完全消除知觉转换。他们认为( a ) 至少有一个被动的、刺激驱动的、自动化的加工过程影响转换，从而使他们知觉到图像 产生不稳定性，( b ) 这种可逆性也依赖于更多的认知因素( 如指导语) ，使他们能都 知觉为稳定的图像。其他研究者( g a r c i a p e r e z ，1 9 8 9 ；g o m e z 等，1 9 9 5 ；l o n g 等，1 9 8 3 ， 1 9 9 2 ；p a l m e r & b u c h e r ，1 9 8 1 ；t o p p i n o & l o n g ，1 9 8 7 ) 在他们自己对认知和感觉处理的研 究以及其他支持这两种过程的实验研究的基础上，也提出自上而下和自下而上加工的联 合加工作用【l 】。这种两可图形的混合假设明确了所涉及的感觉和认知过程的重要作用。 g a r c i a p e r e z ( 1 9 8 9 2 8 】) 认为，很难对知觉双稳态的早期视觉处理和认知加工之间的界限 进行区分。澄清研究中所揭示的感觉和认知加工的分界点，或许只能通过两可图形。 2 3 两可图形知觉转换过程的眼动研究 ， n e c k e r 最早提出了局部特征假设，认为刺激物中的特定局部特征决定了所产生的知 觉，其中眼动是关键的因素。因为当注视点从耐克尔方块的一个区域移动到另一个区域 时会知觉到不同方向的方块。1 8 9 8 年，w u n d t 研究发现，通过观察刺激图形的不同部位 可以看到两可图形所包含的不同的知觉对象，他认为知觉的转换是由于眼睛位置发生变 化引起的，而不是认知过程。此外，f l u g e l 在研究中也发现知觉转换是由眼动引起的， 1 0 第2 章研究综述 但值得注意的是他的这项研究是根据被试的主观报告得出的结论。 除了这些主观的解释，还有相当多的实验研究发现眼动( 注视点的变化) 确实与图 形转换相关。在e l l i s 和s t a r k ( 1 9 7 8 t 2 9 】) 的研究中，让被试注视耐克尔方块一定的时间， 要求被试通过按键对知觉转换做出反应，结果表明图形转换与较长时间的注视有关。 r u g g i e r i 和f e r n a n d e z ( 1 9 9 4 1 3 0 】) 认为，特定的眼动与引导被试产生对两可图形特定的知觉 存在明确的关系。一些研究显示，对图片不同位置的注视导致对一种或另一种知觉的偏 爱。r o s s 和m a w y a t t ( 2 0 0 4 t 3 1 】) 使用另外的方法研究了知觉稳定性中眼动的作用，他通过 要求被试在指定的时间产生眼跳，研究对知觉转换速率的影响。他们发现，被试在做出 眼跳时的转换速率比固定注视点时更大，他们认为，眼动和知觉转换是相关的。r u g g i e r i 和f e r n a n d e z ( 1 9 9 4 3 0 】) 发现在一些不同的两可图形中眼动引起了知觉转换。s a b r i n 和 k e r t e s z ( 1 9 8 0 ) 研究了在双眼竞争中的眼睛微调作用，发现在双眼竞争中比在正常知觉 中有更多的微调。此外，他发现微调活动在知觉间隔时减弱了，这说明微调在决定知觉 转换的时间上起到