（基础心理学专业论文）动态距离知觉中的多感觉整合.pdf

、 1 瓢 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 引言1 1 1 动态距离知觉的线索1 1 1 1 光学流信息l 1 1 2 身体感觉线索3 1 2 动态距离知觉中的多感觉整合4 1 3 多感觉整合的贝叶斯模型6 1 4 距离知觉的研究方法9 1 4 1 距离知觉的测量指标9 1 4 2 动态距离知觉的研究范式9 1 5 多感觉整合的研究范式1 l 1 6 研究设想1 2 2 实验一：用线索提取范式考察线索的利用情况1 5 2 1 被试15 2 2 实验环境及实验材料1 5 2 3 实验设计1 6 2 4 实验程序1 6 2 5 实验结果与分析1 8 2 6 讨论2 0 3 实验二：用线索冲突范式计算线索利用权重2 1 3 1 被试2 1 3 2 实验环境及实验材料2 l 3 3 实验设计2 2 3 4 实验程序2 2 3 5 实验结果与分析2 3 3 6 讨论2 4 4 实验三：考察线索稳定性对于其利用权重的影响2 5 4 1 被试2 5 4 2 实验环境及实验材料一2 5 1 1 i 氐 4 3 实验程序2 5 4 4 实验设计2 6 4 5 实验结果与分析2 7 4 6 讨 仑2 8 5 讨论2 9 5 1 两种线索的结合方式2 9 5 2 线索可靠性对于线索利用权重的影响j 3 0 5 3 先验知识对线索利用权重的影响3 1 5 4 视觉信息在动态距离知觉中的高估作用3 2 6 总结3 3 参考文献3 4 后记3 7 科研成果登记表3 8 1 r 距离知觉( d i s t a n c ep e r c e p t i o n ) ，是指观察者使用各种线索对于环境中的目标物距 离进行估计，是观察者对于自己和目标物，或者两个物体之间的距离的知觉。而动态距离知 觉，就是当观察者对从空间的一点运动到另一点时所经过的距离的知觉。它是个体完成一系 列动作的关键，是人和动物生存的前提。研究表明，个体主要利用视觉信息和身体感觉信息 进行动态距离知觉判断。视觉信息由光学流信息和静态视觉信息组成，而身体感觉信息则分 为本体感觉、前庭感觉和肌肉线索。研究表明，在动态距离知觉中，被试往往使用光学流信 息和身体感觉信息作为主要的距离估计线索。 动态距离知觉一般采用线索提取范式或线索冲突范式，结合盲走任务进行研究。盲走任 务是指当给被试呈现目标距离后，要求被试蒙上眼睛，闭眼走到刚才目标物的位置，以复制 目标距离。所谓的线索提取范式是通过控制被试的线索信息获得，从而排除其他线索信息的 利用，以此来研究动态距离知觉。通常的做法是，增加或减少某一距离知觉线索，并将其与 基线比较，从而达到比较该线索对于距离知觉作用的目的。而线索冲突范式则是指，当可以 使用两种或多种感觉通道对同一知觉对象进行知觉时，通过操纵其中某一感觉通道的线索， 使它们之间存在冲突，从而找出个体对视觉信息和身体感觉信息的各自利用权重。以往的研 究大多采用线索提取范式和线索冲突范式中的一种，在自然场景中讨论动态距离知觉中视觉 线索和身体感觉线索的利用权重。然而，由于方法和条件的限制，对于两种线索的利用权重 尚无令人信服的研究。以往的研究表明，知觉中的多感觉整合方式符合贝叶斯统计原则。贝 叶斯统计原则的基本思想是最人或然性估计原则，即观察者要对物体达到最佳的估计，就要 采用最稳定，即变化最小的线索进行估计。为了系统的探讨动态距离知觉中视觉线索和身体 感觉线索的结合方式，本研究分别采用线索提取范式和线索冲突范式，系统地探讨大脑对动 态距离中视觉信息和身体感觉信息的整合策略，并进一步讨论线索可靠性对于线索利用权重 的影响。 实验一使用线索提取范式，初步探讨视觉线索和身体感觉线索的结合方式，探索两种线 索的结合是否符合贝叶斯统计原则。实验首先让被试观察目标物5 秒钟之后。分别在盲走、 - 1 一 两南夫学硕十学何论文摘要 只三! 现光! 流和睁眼走的条件卜复制距离。结果表明，无论是身体感觉线索和视觉线索，都 可以提供准确的距离估计，且身体感觉线索的准确性高于视觉线索。当两种线索结合呈现时， 被试的距离估计最为准确。实验一的结果表明，在动态距离知觉中，视觉信息和身体感觉信 息的结合方式符合贝叶斯统计原则。实验二、三则采用线索冲突范式，试图计算出视觉线索 和身体感觉线索在动态距离知觉估计中各自所占的利用权重。实验二、三中使用的主要操纵 手段是调节视觉流增益( o p t i cf l o w ) 的值。所谓的视觉流增益，就是指就是视觉信息与身 体感觉信息的比值。具体操作就是，在虚拟现实技术的帮助下，调节给被试旱现的视觉信息 的参数，使被试在行走时，其所看到的距离移动与其真正身体行走的距离存在冲突。实验二 中，先给被试呈现目标物5 秒，随后让被试旋转1 8 0 。，复制刚才所观察的目标物的距离。 在复制的过程中，给被试同时呈现视觉信息和身体感觉信息，但视觉信息和身体感觉信息并 不匹配，即视觉流增益不为1 。在实验- 二中，给被试呈现的视觉流增益值分别为o 7 5 ，1 和 1 3 3 ，每种视觉流增益条件均占3 3 ，且所有的条件均随机呈现。结果发现，被试对于视觉 线索的利用权重为1 2 ，而身体感觉线索的利用权重为8 8 ，即在动态距离知觉中，被试对 丁身体感觉线索的利用权重高于视觉线索。而实验三则改变了实验二的视觉流增益条件的比 重，使0 7 5 和1 3 3 的视觉流增益条件分别只占总视觉刺激的8 。结果发现，被试在实验 三中对于视觉信息的利用权重为2 6 。实验二、三的结果表明，被试对于视觉信息的整合策 略是时时更新的，且更偏重于使用更可靠的线索进行动态距离估计。这两个实验的结果符合 “管尔曼过滤器”的假设，即观察者更倾向于使用可靠的线索进行知觉。 三个实验结果表明：1 视觉信息和身体感觉信息都能提供较准确的动态距离知觉估计线 索；2 当视觉信息和身体感觉信息结合呈现时，被试的动态距离知觉判断最为准确和稳定； 3 在动态距离知觉中，被试对于身体感觉信息的利用权重高丁视觉信息的利川权重：4 感觉 信息里现的稳定性和一致性会影响大脑对于该线索的利用权重。 关键词：动态距离知觉、光学流信息、身体感觉信息、贝叶斯模型 i i 阿南人硕十学何论文a b s t r a c t m u l t i s e n s o r yi n t e g r a t i o ni nd y n a m i c d i s t a n c e p e r c e p t i o n p o s t g r a d u a t es t u d e n to fb a s i cp s y c h o l o g y ：z h o up e i l i n g s u p e r v i s o r ：p r o f s u nh o n g j i n a b s t r a c t d i s t a n c ep e r c e p t i o ni sak i n do fp e r c e p t i o nt h a to b s e r v e r se s t i m a t et h ed i s t a n c eo ft a r g e t su s i n g d i f f e r e n tc u e si nt h ee n v i r o n m e n t i tm e a n st h ep e r c e p t i o no ft h ed i s t a n c eo ft h et a r g e ta n dt h eo b s e r v e r h i m s e l f , o rt h ep e r c e p t i o no ft w ot a r g e to b j e c t s d y n a m i cd i s t a n c ep e r c e p t i o ni so n el 【i n do fd i s t a n c e p e r c e p t i o nw h e no b s e r v e r sm o v ef r o mo n ep l a c et oa n o t h e r i ti sn o to n l yak e yo ff i n i s h i n gs e r i e so f a c t i o n sb u ta l s oap r e m i s eo ft h es u r v i v a lo fa n i m a l sa n dh u m a nb e i n g i no u rd a i l yl i f e ，i n d i v i d u a l sm a i n l y u s ev i s u a la n db o d y - b a s e di n f o r m a t i o nt oe s t i m a t et h ed y n a m i cd i s t a n c e v i s u a li n f o r m a t i o nc o n c l u d e st h e o p t i cf l o wa n ds t a t i cv i s u a li n f o r m a t i o n ，w h i l et h eb o d y - b a s e di n f o r m a t i o nc o n s i s t sw i t hp r o p r i o c e p t i v e ， v e s t i b u l a ra n dk i n e t i c si n f o r m a t i o n s t u d i e ss h o w e dt h a ti nd y n a m i cd i s t a n c ej u d g m e n t ，o b s e r v e r su s u a l l y u s eo p t i cf l o wa n db o d y b a s e di n f o r m a t i o na sc u e s m o s tp r e v i o u ss t u d i e su s u a l l yp r o b et h eu t i l i t yw e i g h t i n go fe a c hc u ei nn a t u r a le n v i r o n m e n tb y e i t h e rc u e - a v a i l a b i l i t yp a r a d i g mo rc u e c o n f l i c tp a r a d i g m h o w e v e r , t h e r ea r ef e wr e s e a r c h e sw h i c hc o u l d p r o v i d ec o n f i d e n te v i d e n to ft h ew e i g h t i n go f e a c hc u ei nd y n a m i cd i s t a n c ee s t i m a t i o nb e c a u s eo ft h el i m i t o fm e t h o d sa n dc o n d i t i o n s i no r d e rt od i s c u s st h er e l a t i v eu t i l i t yw e i g h t i n go fv i s u a la n db o d y b a s e dc u e ， r e s p e c t i v e l y , t h ec u r r e n tr e s e a r c hu s e db o t hc u e a v a i l a b l ep a r a d i g ma n dc u e c o n f l i c tp a r a d i g m ，a n dp r o b e d t h ee f f e c to ft h er e l i a b i l i t yo fv i s u a lc u et ot h ew e i g h t i n g e x p e r i m e n tp r o b e dt h ec o m b i n a t i o ns t r a t e g yo f v i s u a li n f o r m a t i o na n db o d y - b a s e di n f o r m a t i o nb yc u e - a v a i l a b l ep a r a d i g m i ne x p e r i m e n t1 ，s u b j e c t sf i r s to b s e r v e dat a r g e to b j e c tf o r5s e c o n d sb e f o r et h e yt u r n18 0 。a n d r e p r o d u c et h ed i s t a n c e o ft h eo b j e c tt ot h e m s e l v e s w h e nr e p r o d u c i n g ，t h e r ea r et h r e ec o n d i t i o n s ： b l i n d w a l k i n g 一，v i s u a lo n l y a n dw a l k i n gw i t hv i s i o nc o n d i t i o n t h er e s u l t sd e m o n s w a t e dt h a tb o t hv i s u a l a n db o d y b a s e di n f o r m a t i o nc o u l db ea c c u r a t ec u ei nd y n a m i cd i s t a n c ep e r c e p t i o n ；i tw a sm o r ea c c u r a t e w h e ni n d i v i d u a l se s t i m a t e dd i s t a n c ei nt h ec o n d i t i o no fb l i n d w a l k i n gt h a ni nv i s i o no n l yc o n d i t i o nd i d ；t h e e s t i m a t i o nw a st h em o s ta c c u r a t ew h e nb o t hc u e sw e r ep r e s e n t e d e x p e r i m e n t2 & 3t r i e dt oc a l c u l a t et h e r e l a t i v ew e i g h t i n go f e a c hc u ei nd y n a m i cd i s t a n c ep e r c e p t i o nv i ac u e - c o n f l i c tp a r a d i g m t h es u b j e c t sw e r e p r e s e n t e dat a r g e to b j e c tf o r5s e c o n d sa n dt h e nt u r n e d18 0 。t or e p r o d u c et h ed i s t a n c et h e yj u s to b s e r v e d w h e nr e p r o d u c i n g ，t h es u b j e c t se x p e r i e n c e db o t hv i s u a la n db o d y - b a s e di n f o r m a t i o n ；h o w e v e r ，t h et w o c u e sw e r en o tm a t c h ，t h a ti s ，t h eo p t i cf l o wg a i nw a sn o t1 i ne x p e r i m e n t2 ，t h eo p t i cf l o wg a i nw eu s e d w a s0 7 5 ，1a n d1 3 3 ，a n de a c ho p t i cf l o wg a i nc o n d i t i o no c c u p i e d3 3 i nt o t a ln u m b e r m o r e o v e r , a l l c o n d i t i o n sw e r ep r e s e n t e dr a n d o m l y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ev i s u a lw e i g h t i n gi nt h i se x p e r i m e n tw a s 12 t h u st h eb o d y - b a s e di n f o r m a t i o nw a s8 8 t h i si l l u s t r a t e dt h a ti nd y n a m i cd i s t a n c ee s t i m a t i o n ，t h e 两南人学硕十学何论文 a b s t r a c t w e i g h t i n go fb o d y b a s e di n f o r m a t i o nw a sh i g h e rt h a nv i s u a lc u e t h em e t h o d si ne x p e r i m e n t3w a ss i m i l a r t oe x p e r i m e n t2 h o w e v e r t h ep r o p o r t i o no fo 7 5 a n d1 3 3o p t i cf l o wg a i nc o n d i t i o n sw e r el o w e r , o n l y8 i nt o t a l t h ev i s u a lw e i 【g h t i n gw a s2 6 i ne x p e r i m e n t3 a l lr e s u l t so ft h et h r e ee x p e r i m e n t sd e m o n s t r a t e dt h a t ：1b o t hv i s u a la n db o d y - b a s e di n f o r m a t i o nc o u l d b ec u e so fd y n a m i cd i s t a n c ep e r c e p t i o n ；2t h ee s t i m a t i o nw a sm o s ta c c u r a t ew h e nb o t hv i s u a la n d b o d y b a s e di n f o r m a t i o nw e r ep r e s e n t e dt os u b j e c t s ；3b o d y - b a s e dr e f o r m a t i o nt r u m p e dv i s i o nw h e n e s t i m a t i n gw a l k e dd i s t a n c e ；4t h ew e i g h t i n go fac u ec o u l db ea f f e c t e db yt h ec o n s i s t e n c ya n dr e l i a b i l i t yo f t h ec u e k e yw o r d s ：d y n a m i cd i s t a n c ep e r c e p t i o n ；o p t i cf l o w ；b o d y b a s e di n f o r m a t i o n ；b a y e s i a n m o d e i i v 两南大学硕十学伊论文1 引言 曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼毫曼皇曼詈曼量曼量量鲁i 皇曼皇曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼量曼量曼曼曼量曼量曼量量罾量量曼皇曼曼皇曼舅曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇 1 引言 距离知觉( d i s t a n c ep e r c e p t i o n ) ，是指观察者使用各种线索对于环境中的 目标物距离进行估计，是观察者对于自己和目标物，或者两个物体之间的距离的 知觉。它是人类的一项基本能力，能使得个体成功地在环境中定位、进行空间导 航并生成对于环境的心理表征，从而使个体与环境之间的交互得以实现。准确的 距离知觉，能让个体知道自己在环境中的位置，从而正确认识世界，了解自身与 环境之间的关系，加强对于自我的认识。而动态距离知觉，就是当观察者对从空 间的一点运动到另一点时所经过的距离的知觉。它是个体完成一系列动作的关 键，是人和动物生存的前提。几十年来，动态距离知觉中的信息整合方式一直是 吸引研究者的重要课题。研究者在自然环境中对动态距离知觉进行研究，获得了 大量的成果。然而，自然场景中存在着大量干扰因素，会影响此类研究的结果， 且个体难以与自然环境进行符合实验需要的互动。因此，对于动态距离知觉的线 索整合方式，目f ；i 仍然没有一个有力的研究成果。近年来，随着虚拟现实技术的 发展，为动态距离知觉线索及其整合的研究提供了新的研究手段，使个体与环境 之问的互动成为可能。本研究运用虚拟现实技术探讨动态距离知觉中视觉线索和 身体感觉线索的交互情况，并通过对视觉信息变化率的调整，进一步讨论了信息 的稳定性对大脑对其利用率的影响。 1 1 动态距离知觉的线索 个体在进行距离估计时，并不总是静止不动的。在多数情况下，个体需要进 行诸如行走、抓取物体等行为。这就要求观察者迅速的获取距离信息，从而控制 行为。如前文所述，动态距离知觉线索不仅包括视觉信息，还包括观察者在运动 时的身体感觉信息( b o d y b a s e ds e n s o r yi n f o r m a t i o n ) 等。因此，动态距离知 觉比静态距离知觉更为复杂，包含更高级的加工机制。 1 1 1 光学流信息 光学流信息( o p t i cf l o w ) 是当观察者在空间中运动时，其视网膜所接收的 随着时间变化的动态光学信息，它能够为观察者提供有关自身运动的丰富信息。 g i b s o n ( 1 9 7 9 ) 提出了光学流与运动的四点关系：( 1 ) 当观察者运动时，就会产 生运动的光学流，没有静止的光学流。( 2 ) 当接近目标物体时，产生流入的光学 两南大学硕十学何论文 1 引言 流；远离目标物体时，则产生流出的光学流。( 3 ) 光学流的中心与被试在环境中 移动的方向有关。( 4 ) 光学流中心的变化随被试移动方向的变化而变化n 1 。个体 可以利用光学流信息预测其在环境中运动的方向( w a r r e ne ta 1 ，1 9 8 8 ：w a r r e n h a n n o n ，1 9 9 0 ) 、速度( p r o k o pe ta 1 ，1 9 9 7 ) ，估计碰撞到一个物体的时间 ( l e e ，1 9 8 0 ) 。同时，光学流信息也能诱发对身体姿势的判断、调整步幅的大小， 并且能够使观察者产生自我运动知觉( r i e s e r ，1 9 9 5 ：d u r g i n ，2 0 0 5 ) 。 一个运动的观察者所能够感知的光学流大小取决于几个参数，如位移的速度 v 以及物体与观察者之间的距离z 。因此，观察者可以使用光学流信息对于刚才 所走的距离进行估计。在知觉研究的早期，由于技术的限制，研究者不能单独讨 论光学流信息对于距离知觉的影响。因此，我们对于光学流在距离知觉中的作用 知之甚少。随着技术的发展，已经出现了一些单独探讨光学流信息对于距离知觉 影响的研究( b r e m m e r l a p p e1 9 9 9 ：r e d l i c ke ta 1 2 0 0 1 ：r i e c k ee ta 1 2 0 0 2 ： f r e n ze ta 1 2 0 0 3 ： f r e n z l a p p e2 0 0 5 ；s u n ，2 0 0 4 ：h a r r i s ，2 0 0 0 ) 。r e d l i c k ( 2 0 0 1 ) 用电脑给1 1 名被试呈现速度恒定的或加速度恒定的光学流信息，随后 让被试指出刚才所看到的目标物的距离。结果发现，被试的表现取决于光学流的 特点：( 1 ) 当光学流的速度恒定时，被试会高估他们所走的距离。( 2 ) 当光学流 的加速度大于0 1 m s 2 时，被试的表现很准确。( 3 ) 慢于0 1m s 2 的光学流会导 致对距离的高估。研究表明，被试可以仅仅利用光学流进行比较准确的距离估计。 b r e m m e r l a p p e 的研究也发现，被试能够仅仅通过电脑呈现的光学流刺激来分 辨两个速度的大小，并且准确复制距离。但是，这些研究仅仅用电脑呈现光学流 信息，并没有使用严格意义上的虚拟现实技术，这些研究对于相对距离的判断比 较适用，而对于绝对距离的考察效果则比较差。 虽然上述研究表明，光学流信息是一个有效的动态距离知觉线索，但是，我 们不能由此断定光学流信息在距离估计中占主导地位。因为在日常生活中，由于 个体对于纯粹的光学流没有大和小的概念，因此，光学流是不能独立的提供深度 信息的，它需要与其它的距离知觉线索，如静态知觉线索、身体感觉线索等相结 合，共同提供有效的距离知觉线索。被试在有光学流的条件下的距离估计更准确， 这个事实只能说明上述线索共同作用，为观察者提供了一个比较准确的距离信 息。在自然环境中，光学流是否能够独立的提供深度信息，还需要更多实验的论 2 两南大学硕十学何论文1 引言 皇量皇量皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼鼍皇, 一i -,ty i 曼曼曼曼皇曼曼曼 证。目日订，对于光学流信息在动态距离知觉中作用的研究依然比较少，光学流对 于动态距离知觉的作用机制还有待进一步的研究。 1 1 2 身体感觉线索 除了光学流信息之外，在观察者运动时，其身体也会提供距离知觉线索。其 中，最重要的距离知觉身体感觉线索就是本体感觉信息( p r 叩r i o c e p t i v e ) 和前 庭感觉信息( v e s t i b u l a r ) 。本体感觉信息是指当观察者运动时，由于肌肉和关节 的运动所提供的感觉输入。前庭感觉信息则由半规管中的耳石所提供，主要知觉 个体的线性速度和旋转速度。 一般认为，视觉信息是距离知觉的主要线索。然而，对于身体线索的研究表 明，本体感觉信息也是距离知觉的有效线索( m i t t e l s t a e d t m i t t e l s t a e d t 2 0 0 1 ：e 1 l i o t t1 9 8 6 ，1 9 8 7 ：f u k u s i m ae ta 1 ，1 9 9 7 ：l o o m i se ta 1 ，1 9 9 2 ：r i e s e r e ta 1 ，1 9 9 0 ：t h o m s o n1 9 8 3 ) 。一般采用盲走任务来考察本体感觉信息对于距 离知觉的影响。 1 9 8 3 年，t h o m p s o n 设计了一系列实验，要求被试使用盲走任务进行距离估 计，以考察知觉的校准是否需要连续的视觉信息。从实验中，t h o m p s o n 发现， 认为在一定时间内，被试的非视觉导航非常准确，而当超过这个时间后，非视觉 导航准确性就会迅速衰减。虽然这个结论并没有得到其他研究的支持( e 1 l i o t 1 9 8 6 ) 。但是，这些研究都得出了一致的结论，即个体能够使用盲走任务准确的 到达目标物的位置。上述的研究使用盲走任务的研究范式，其目的虽然是为了研 究视觉信息对于非视觉导航任务的作用，但是他们所得到的结果也表明，身体感 觉信息也是有效的动态距离知觉线索。m i t t e l s t a e d t m i t t e l s t a e d t ( 2 0 0 1 ) 也探讨了身体感觉信息对距离知觉的影响。实验要求被试复制刚才所走过的路径 的距离，或在蒙眼条件下，使用：( 1 ) 走到目标物的位置；( 2 ) 在踏板上行走， 当在其想象中已经走到刚才所看目标物的位置时即停止行走；( 3 ) 坐在推车上， 当推车经过目标物时停止前进这三种方式中的一种任务指出目标物的位置。结果 表明，被试的距离估计受被试的行走速度、步幅大小和步频的影响；当被试用正 常的步伐复制距离时，其结果比较准确。这些研究都支持身体感觉信息也是有效 动态距离知觉的观点。 在对于前庭信息的研究中，通常要求被试被动的向前运动( 如坐在推车上由 两南大学硕十学伊论文1 引言 葛_ mn m n 皇曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼皇曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼舅兽鼍曼皇曼曼皇鼍皇鼍鼍曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼 主试推着向自玎运动) ，并排除视觉信息和本体感觉信息。一般要求被试坐在轮椅 上，由主试推着被试向前走，随后让被试估计刚才所走的距离。研究结果表明， 被试也能通过前庭信息估计线性距离( h a r r i se ta 1 ，2 0 0 0 ，m i t t e l s t a e d t m i t t e l s t a e d t2 0 0 1 ：i s r a e l b e r t h o z1 9 8 9 ) 。 1 2 动态距离知觉中的多感觉整合 如上所述，观察者在对距离进行知觉时，可以同时使用由多个感觉通道所提 供的知觉线索。因此，在进行距离估计时，观察者并不是仅仅利用一个单一的线 索，他们会对来自各个方面的线索进行评估，将从多个感觉通道获取的信息进行 整合，从而对距离做出一个综合的、更准确的判断。对于这个整合的机制和方式， 研究者使用各种研究方法进行研究，并取得了一定成果。 目前，大部分研究都将注意力集中在光学流信息与本体感觉信息对于距离知 觉的影响上，并且使用的研究技术各不相同。有的研究者采用虚拟现实技术，通 过控制线索的可用性( c u ea v a i l a b i l i t y ) 来考察大脑对于光学流信息与本体感 觉信息的整合方式。例如，s u ne ta 1 ( 2 0 0 4 ) 用虚拟现实技术研究了在相对距 离判断中，身体线索和光学流信息的利用情况。在这项研究中，光学流信息有三 种呈现方式：( 1 ) 被试静止不动，只用鼠标操纵电脑，看到一个运动的视觉影像； ( 2 ) 被试在完全黑暗中踩踏板，只呈现身体信息；( 3 ) 通过操纵光学流速度与 身体速度的比值( o p t i cf l o wg a i n ，o f g ) ，造成光学流信息与身体感觉信息的 冲突。实验任务要求被试将刺激距离与标准距离进行比较。结果发现，在相对距 离判断任务中，被试主要依赖光学流信息。但是，如果被试同时使用身体感觉信 息进行相对距离判断，那么被试判断的准确性就会提高。又如，k e a r n s ( 2 0 0 2 ) 等也使用虚拟现实技术，用三角完成任务，考察了光学流信息和身体感觉信息在 路径整合中的作用。在实验中，要求被试分别在( 1 ) 呈现地面和墙的纹理：( 2 ) 只呈现地板纹理，减少旋转的信息；( 3 ) 只有墙的纹理，减少位移的信息：( 4 ) 没有纹理；( 5 ) 呈现一系列的点5 种场景中，完成三角返回任务。被试需要从起 点出发，沿着两条固定的路径行走，并被要求使用最短的路径返回起点。结果表 明，个体可以使用光学流进行路径整合，但当可以利用身体信息时，对于身体感 觉信息的利用则占主导地位。类似的，w a l l e r & g r e e n a u e r ( 2 0 0 7 ) 则要求被试 在虚拟现实环境中，分别在正常行走( w a l km o d e ) 、坐在轮椅上前进( w h e e lc h a i r 4 阿南大学硕十学何论文1 引言 m o d e ) 和在原地观看光学流信息( s t 儿lm o d e ) 三种运动模式f ，指出迷宫中目 标物的位置。结果表明，被试在三种模式下的距离估计并无显著差异，但是在正 常走路模式下的距离估计准确性稍高于另两组。 也有在自然条件下考察两种信息的整合方式的研究。例如，f u k u s i m ae ta 1 要求被试在睁眼或闭眼条件下，通过三角完成任务返回目标物的位置。结果表明， 在睁眼或闭眼条件下，被试的表现并无显著性差异。这说明，观察者用身体线索 即可准确的估计距离，光学流信息对被试距离估计的影响不大。又如，c a m p o s ( 2 0 0 9 ) 等在一个开放的户外环境中进行了两个互补的实验。在实验一中，被试 配戴三种放大率( 2 倍放大、1 倍放大、0 5 倍放大) 的棱镜看一个目标物，随 后旋转1 8 0 。，随后再分别戴上三种放大率的棱镜，在与原来相反的方向对刚才 所看到的距离进行复制。而在实验二中，被试则会先后睁眼或闭眼走两段距离， 这两段距离可能长度一样，也可能长度不一样，而主试则告诉被试两段距离的长 度是一样的。随后让被试使用视觉匹配任务，调整目标物的位置，使之到自己的 距离等于刚才自己所走过的距离。两个实验的结果表明，在进行所走过的距离 ( w a l k e dd i s t a n c e ) 估计时，被试对于身体感觉信息的利用程度大于对于视觉 信息的利用程度。 目前，这方面的研究依然比较少，研究者基本接受的观点是，个体主要使用 身体感觉信息进行动态距离估计。k e a r n s w a r r e n 认为，在路径整合中，光学 流信息和身体感觉都可以提供准确的距离知觉；但当被试既能使用光学流信息， 又能使用身体感觉信息时，则主要依赖身体感觉信息进行距离估计。而l o o m i s 则认为，在人类的路径整合中，光学流是一个较弱的感觉输入( i n p u t ) ，它并不 能使被试完成准确的导航，人们主要利用身体感觉信息进行距离估计或路径整 合。此外，l o o m i s 还认为，光学流信息不足以控制个体的知觉引导的动作( 如 行走等) ，需要其他线索加以补充，共同完成。目前，对于光学流信息在动态距 离估计中的作用，目前的研究还比较少，研究者对其的了解还不够，还需要研究 者进行更深入的研究。 大脑对于来自各个感觉通道的信息的利用并不是非此即彼的，它会综合各方 面的因素，决定对于各个感觉信息的利用权重。同时，各个感觉通道的信息并不 是互相独立的，由于它们存在高度的相关，它们也会互相影响( b a r l o w ，1 9 9 0 ) 。 阳南大学硕十学何论文1 引言 d u r g i ne ta 1 ( 2 0 0 5 ) 考察了只呈现身体感觉线索、只呈现光学流线索和身体线 索和身体感觉线索结合呈现的条件下，被试的视觉速度知觉减少的程度。结果表 明，被试在两种感觉信息结合呈现的条件下，视觉速度知觉减少的最多。这说明， 两种感觉信息之间也有相关，并且能够对个体的行为产生影响。而在d u r g i n 的 另一个研究中，则先让被试以9 i k m h 的速度在静止的踏板上行走1 分钟，被试 表现出无意的向前移动，并且高估预先看到的目标物的距离；而当被试睁眼在踏 板上行走，且踏板在环境中移动时，被试表现的非故意的向前移动程度则会减小。 这说明，当视觉信息与身体感觉信息产生冲突时，知觉系统就会对这两种信息进 行重新校准( r e c a l i b r a t i o n ) ，从而产生自我运动知觉( s e l f m o t i o n p e r c e p t i o n ) 。 至于本体感觉信息和光学流信息对于距离知觉的相对作用，h a r r i se t a 1 ( 2 0 0 0 ) 使用线索冲突范式，考察了虚拟现实环境下光学流信息和前庭信息对 于线性距离知觉的相对贡献( c o n t r i b u t i o n ) 。结果发现，当光学流信息和前庭 信息同时呈现，但相互冲突时，被试的表现受前庭信息的影响更大。这说明，被 试更依赖前庭信息对线性距离进行估计。 1 3 多感觉整合的贝叶斯模型 对于多感觉整合的研究，其最终目的是想找出多找线索在距离估计中的结合 方式。但是，不管是信息提取范式，还是线索冲突范式，都不能直接的测量出各 种线索的利用权重( w e i g h t ) 。近年被引入知觉研究的贝叶斯模型( b a y e s i a n m o d e l ) 则为研究者提供了一种方法，使之能够直接计算出在知觉判断中各种线 索的利用权重。将这个模型引入态距离知觉中多感觉整合问题的研究中，或许能 够成为更深入的理解动这个问题的有效途径。 贝叶斯模型的基本思想是最大或然性估计( m a x i m u m l i k e l i h o o d e s t i m a t i o n ，m l e ) 。具体的说，知觉加工是或然性的加工，如果一个观察者要对 环境中的物体进行估计，如一个物体的大小，其估计必然伴随着一些变化。因此， 即使在同样的环境下，观察者估计同一个物体的大小1 0 0 次，所有1 0 0 次估计也 会有微小的变化。图2 为对一个物体大小估计s 的可能性的分布。在最简单的情 况下，观察者的估计会形成一个无偏的高斯分布。这个分布的形态由其平均值 s 以及其标准差所决定。如果可能性r 被定义为方差的倒数，即r = l o2 那么， 6 两南大学硕十学何论文1 引言 分布的方差范围越大，知觉的估计就越彳可靠。凼此，观察者要埘物体达到最佳 的估计，就要采用最稳定，即变化最小的线索进行估计。比如，在动态距离知觉 中，若可利用的信息中，既有光学流信息，又有本体感觉信息，那么，观察者会 主要利用其中较为稳定的线索进行距离估计。同时，个体在利用贝叶斯模型对两 种线索分别进行权重的估计时，会利用双重原则，使之符合统计最优化原则。即， 当两种线索所提供的信息冲突太大时，个体只依赖于其中的一种线索进行估计； 而当两种线索所提供的信息差异并不大时，个体则将二种线索结合( c o m b i n e ) 使用。有时，个体会将当前所获得的信息与其先前所形成的日常经验相结合，以 获得最佳的估计，这个先6 仃形成的日常经验叫做先验知识( p r i o r ) 。如果个体对 于当前信息不确定，那么他就会更倾向于依赖先验知识。个体对于先验知识的依 赖程度取决于当前信息的不可靠性。在最极端的情况下，当前的信息不存在，观 察者只能依靠先前经验进行估计。 使用贝叶斯模型进行研究，一般要使用线索冲突范式，给被试呈现三个条件。 在一些实验条件中，被试只能单独使用某一知觉信息：在其它实验条件中，被试 只能单独使用另一知觉信息。这些实验条件分别提供对于o2 x 和o2 y 的估计。 从这些估计中，就可以计算w 。和w ，的统计值。而w ，和w ，的观察值则可以从提供 两种线索的实验条件中获得。实验中，两种线索所提供的信息存在一些小的冲突， 也就是说，两种线索提供不同的信息。通过被试的反应，就可以计算出被试对于 x 和y 的利用权重。 其线索权重的计算方法为， w x = 02 ，( 02 ，+ 02 ，)( 1 ) w y = 02 。( 02 ，+ 02 ，) ( 2 ) 其中，w 。+ w ，= 1 。 x 是 = 五 口 d o t 图1 视觉和触觉在m l e 原则下的整合，左边的虚线表示只呈现触觉时的大小估计分布，右边的虚线 两南大学硕十学何论