（基础心理学专业论文）刹车行为中线索选择的研究.pdfVIP

两南大学硕十学何论文摘要 刹车行为中线索选择的研究 基础心理学专业硕士研究生郝明洁 指导教师孙弘进教授 摘要 对于人类知觉的形成讨论已久。传统的知觉理论认为人必须经过对物体表征后才能知 觉物体。也就是说信息在进入人脑后必须经过一系列的处理才能被知觉和计算，然后才能 用来指导人类的行为。对此观点g i b s o n 提出了质疑，并于1 9 5 6 年探讨该问题时提出了直 接知觉理论，认为周围世界中存在大量有序的光阵列，而在这些光阵列中已存在丰富的环 境信息，人们只需直接从其中获取自己所需要的信息即可。这与之前的结构主义的知觉理 论的观点孑然相反。在g i b s o n 的直接知觉理论基础之上，l e e ( 1 9 7 6 ) 认为视觉能够提供知 觉碰撞时间的信息，这种独特的视觉变量l e e 称之为t a u 。在估计与障碍物的碰撞时间时， l e e 认为主要依据的是t a u 线索，即下尝剖92 瓦，其中劈指物体上两点之间的视角， 学指视角的变化比率。如果视觉系统能够从膨胀的视网膜图像中获得t a u ，那么物体表面上 关于碰撞时间的信息就能直接用于计时动作。t a u 的获得与距离和速度无关，同时也与速度 的变化和知觉无关。 在刹车行为中的知觉研究中，也存在这两种观点的讨论，他们分别是t a u d o t 模型和减 速值差模型。t a u d o t 模型认为t a u 点是一个定义骶中变化比率的无维变鼍，它能够提供 当前的减速水平是否能使自己有效的停在物体面前的信息。比如，当t a u 点值为一0 3 时说 明当前的减速水平过高，如果继续保持这个水平，观察者就会停在离物体较远的地方。因 此，观察者可以适当降低这种减速水平，使更靠近物体再停止。当t a u 点值为一o 7 时说明 当前减速水平过低，如果继续保持，就会产生碰撞。因此观察者应适当增加减速度。最后， 当t a u 点值为一0 5 时说明当前的减速水平正好可以使观察者停在物体前。减速值差模型主 要是通过计算当前减速度( d 。帆m ) 和理想减速度( dj d c a l ) 的差值来进行判断。di d c 。i = 速度 的平方( 2 距离) 如果d 。峨m 小于di d c 。l ，那么观察者就必须增加减速从而避免碰撞， 如果d 。一m 大丁di d c 。l ，那么观察者就必须减小减速。这个差值就能提供给观察者线索来 作出判断。 研究者对丁刹车行为控制已经从多方面进行了大量的研究，y i l m a z & w a r r e n 用鼠标控 制刹车，a n d e r s o n 用心理估计范式间接的对刹车计时行为进行研究，f a j e n 运用虚拟手段 对该问题进行的一系列探讨，r o c k h a r r i s 在现实场景中对刹车问题的讨论等，但仍存在 一些问题。如缺乏真实场景中的深度线索或立体视觉等信息，以及没有考虑本体运动感觉， 实验结论在某种程度上并不能很好的证明哪种线索在刹车行为中所占权重更大些等。因此 i 两南大学硕十学伊论文摘要 在我们的研究中利用浸入式虚拟现实技术，对刹车过程中信息判断策略拟进行探讨。 本研究欲检验以下理论假设：首先，在场景较为单一的情况下，人可以根据障碍物的 大小在视网膜上成像的变化即t a u d o t 信息来估计碰撞时间，进而指导相应的刹车行为。其 次，当环境中的其他视觉信息较为丰富的时候，即距离，速度线索充足的时候，人更倾向 于利用丰富的速度，距离信息来进行判断从而指导刹车行为。第三，当二者信息均可被利 用时，人类倾向于对信息进行整合，进而更好的指导刹车行为。 实验一中，被试在四壁贴有高斯分布的随机点的隧道中进行主动刹车任务。不同的初 始速度和剑达时间决定了四种实验条件，被试需要在适当的时间做出适当的刹车行为，从 而使车恰好能够停在目标物前。通过对结果的分析，我们发现被试在对刹车过程的判断中 更多利用了目标物本身具有的t a u 点线索，而对周围的距离速度信息并没有充分利用。 实验二二在实验一的基础上加入了不同的e r 条件，即在隧道壁贴有不同纹理密度的条 纹。另外，不同的初始速度和到达时间决定了八种实验条件，被试需要做出适当的刹车反 应，从而使车恰好能够停在目标物前。通过对结果的分析，我们发现被试在对刹车过程的 判断中同时能较好的利用目标物本身具有的t a u 点线索和周同环境中提供的距离速度信息。 实验三运用传统心理物理法检验在实验二中被试利用的到底是环境中的什么信息。通 过呈现汽车运行，让被试被动判断汽车是否会和目标物碰撞。结果发现不同密度的纹理对 被试判断影响不大，但距离是被试在判断碰撞的过程中主要利用的环境线索。 关键词：知觉刹车t a u - d o t 模型减速值差模型 i i 两南入学硕+ 学何论文 a b s t r a c t s t u d y o fc u e c h o o s i n g i nb r a k i n g m a j o r ：b a s i cp s y c h o l o g ya u t h o r ：h a om i n g ii e a c a d e m i ca d v i s o r ：p r o f e s s o rs u nh o n g j i n a b s t r a c t t h ep s y c h o l o g i c a ls t u d yo fv i s u a lp e r c e p t i o nh a sl a s to u tal o n gt i m e t h ed o m i n a n t e m p i r i c i s tp o s i t i o ni nt h e19 mc e n t u r yl e dt ot h ea t t e m p t e da n a l y s i so fp e r c e p t i o n si n t ot h e i r c o m p o n e n ts e n s a t i o n sb yt h es t r u c t u r a l i s t s ，a n dc o n s i d e r a b l ed e b a t ea b o u tw h i c he l e m e n t so r a t t r i b u t e ss h o u l db ec o n s i d e r e da r t sf u n d a m e n t a l t h em e c h a n i s m sw h e r e b yp e r c e p t i o n sw e r e c o n s t r u c t e df r o ms e n s a t i i o n s ，t h r o u g hr e f e r e n c et ok n o w l e d g ep r e v i o u s l ya c q u i r e dt h r o u g hl e a f i n g w e r ea l s o d i s c u s s e d ，m o s tn o t a b l yb yh e l m h o l t z ，w h o s ei d e ao fp e r c e p t i o ni n v o l v i n gu n c o n s c i o u s i n f e r e n c eo rc o n c l u s i o n si ss t i l le c h o e db yn o r ec o n t e m p o r a r yt h e o r i s t s l a t e r , g i b s o na r g u e st h a t w en e e da l la p p r o p r i a t eg e o m e t r yt od e s c r i b et h ee n v i r o n m e n t ，w h i c hw i l ln o tn e c e s s a r i l yb eo n e b a s e do na b s t r a c t i o n ss u c ha s p o i n t s a n d p l a n e s , a sc o n v e n t i o n a l g e o m e t r i e sa r e a n e c o l o g i c a lg e o m e t r ym u s tt a k es u r f a c e sa n dt e x t u r ee l e m e n t sa si t ss t a r t i n gp o i n t s t op e r c e i v e t h i n g s ，r a t h e rt h a nn o t h i n g ，t h el i g h tm u s tb es t r u c t u r e d i no r d e rt od e s c r i b et h es t r u c t u r ei nl i g h t w en e e d a n “e c o l o g i c a l ”o p t i c s ，r a t h e rt h a n a d e s c r i p t i o n a tt h el e v e lo ft h e p h y s i c s o f p h o t o n s ，w a v e s ，a n ds oo n l e eh a sd e m o n s t r a t e dt h a tt i m et oc o n t a c tc a nb eo b t a i n e df r o mt h e i m a g eo fa na p p r o a c h i n go b j e c to rs u r f a c ew i t h o u tf i r s to b t a i n i n ge i t h e ri t sd i s t a n c eo ri t sv e l o c i t y # i sad i s t a n c ef r o mt h ec e n t r eo ft h ee x p a n d i n go p t i cf l o wf i e l da n d0i sav e l o c i t yo ft h e e x p a n d i n g t h i sr a t i ow h i c hl e ec a l l e dt a u ，i st h er a t i oa ta n yi n s t a n to ft h ed i s t a n c eo fa n yp o i n t f r o mt h ec e n t r eo fa n e x p a n d i n go p t i c a lp a t t e m t oi t s v e l o c i t ya w a y f r o mt h e c e n t e rt2 枷。l 。i ft h ev i s u a ls y s t e mc a no b t a i nt a uf r o ma l le x p a n d i n gr e t i n a li m a g e t h e n i n f o r m a t i o na b o u tt i m et oc o n t a c tw i t has u r f a c ei sd i r e c t l ya v a i l a b l et ot i m ea c t i o n s n o t i c et h a t t h i sc a nb eo b t a i n e dw i t h o u th a v i n gt od e t e r m i n ee i t h e rt h ed i s t a n c eo ft h es u r f a c eo ri t sc l o s i n g v e l o c i t ya n dt h a ti t d o e sn o tm a t e rw h e t h e rt h e c l o s i n gv e l o c i t ya r i s e sf r o mm o t i o no ft h e s u r f a c e ，t h ep e r c e i v e r , o rb o t h ， l e e ( 19 7 6 ) f u r t h e rs h o w e dt h a tt h et i m ed e r i v a t i v eo ft a u ( t a u d o t ”) c o u l db eu s e dt o c o n t r o ld e c e l e r a t i o nd u r i n gb r a k i n g t a u d o ti sad i m e n s i o n l e s sv a r i a b l et h a ts p e c i f i e st h er a t eo f c h a n g ei nt i m e - t o c o n t a c ta n dp r o v i d e si n f o r m a t i o na b o u tw h e t h e ro n e sc u r r e n tl e v e lo f d e c e l e r a t i o ni ss u f f i c i e n tt o s t o pi nf r o n to fa no b j e c t f o re x a m p l e ，at a u d o tv a l u eo f 一0 3 i n d i c a t e sac u r r e n td e c e l e r a t i o nt h a ti ss l i g h t l yt o oh i g h ，s u c ht h a t ，i fi tw e r em a i n t a i n e d ，t h e i i i 两南火学硕+ 学位论文 a b s t r a c t o b s e r v e rw o u l ds t o ps h o r to ft h eo b j e c t h e n c e ，t h eo b s e r v e ri si na ”s a f e ”s t a t ea n dc o u l dr e d u c e d e c e l e r a t i o n c o n v e r s e l y , av a l u eo f - 0 6i n d i c a t e sd e c e l e r a t i o nt h a ti st o ol o wa n d ，i fm a i n t a i n e d ， w o u l dr e s u l ti nac o l l i s i o n t h u s ，t h eo b s e r v e ri si na ”c r a s h ”s t a t ea n ds h o u l di n c r e a s e d e c e l e r a t i o n f i n a l l y , av a l u eo f - 0 5i n d i c a t e st h a tt h ec u r r e n tl e v e lo fd e c e l e r a t i o nw i l lb r i n gt h e o b s e r v e rt oas t o p r i g h t a tt h eo b j e c t i na d d i t i o nt ot h et a u d o t m o d e l ，t h e r ei sa n o t h e r e r r o r - n u l l i n gm o d e lt h a tc o m p u t e st h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ec u r r e n td e c e l e r a t i o n ( d c 峨a t ) a n d t h e “i d e a l ”d e c e l e r a t i o n ( d i d c a l ) ，w h i c hi st h er a t eo fd e c e l e r a t i o nt h a tw o u l db r i n gt h eo b s e r v e rt o as t o pa tt h ei n t e n d e dl o c a t i o nw i t h o u th i so rh e rh a v i n gt om a k ea n yf u r t h e rb r a k ea d j u s t m e n t s a l o n gt h ew a y p e r c e i v e dd j d c a lc o u l db ec o m p a r e dw i t hp e r c e i v e dd c 峨n tt om a k eo n g o i n g a d j u s t m e n t st h r o u g h o u tt h ea p p r o a c h t h a ti s ，w h e nd i d e a l d c u n 铋c ，t h eo b s e r v e rs h o u l di n c r e a s e d e c e l e r a t i o n ；w h e nd i d e a l d c m 瑚t ，t h eo b s e r v e rs h o u l dd e c r e a s ed e c e l e r a t i o n t h i ss t u d yw a n tt ot e s tt w o h y p o t h e s e s f i r s t ，i ft h e r ea r em o r ei n f o r m a t i o no no b j e c t s ，p e o p l e w i l lu s et h et a u d o tm o d e lt oc o n t r o lt h e i rb r a k i n g s e c o n d ，i ft h e r ea r em o r ei n f o r m a t i o ni n e n v i r o m e n t ，p e o p l ew i l lu s et h ed e c e l e r a t i o ne r r o rm o d e l t h i r d ，i ft h e r ea r em o r ei n f o r m a t i o no n o b j e c t sa n de n v i r o m e n t ，p e o p l ew i l lu s et w om o d e l s i ne x p e r i m e n t1 ，p a r t i c i p a n t sn e e dt od r i v et h ec a ri nv i r t u a lt u n n e la n dt h e r ea r em a n y r a n d o md o to nt h ew a l lo ft h et u n n e l t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp a r t i c i p a n t sj u s tu s et h et a u d o t m o d e lt oc o n t r o lt h e i rb r a k i n g i ne x p e r i m e n t2 ，s a m ea se x p e r i m e n t1 , p a r t i c i p a n t sn e e dt od r i v et h ec a ri nv i r t u a lt u n n e lb u t t h e r ea r es t r i p e so nt h ew a l lt op r o v i d et h r e ed i f f e r e n te d g e r a t e t h er e s u l t ss h o w e dt h a t p a r t i c i p a n t sh a v eu s e dt h et a u d o tm o d e la n dt h ed e c e l e r a t i o ne r r o rm o d e l i ne x p e r i m e n t3 ，p a r t i c i p a n t sd o e sn o tn e e dt ob r a k eb u tp r e s st h ek e yt or e s p o n dt h a tt h e v i r t u a lc a rw h e t h e rc o l l i d e dw i t ht h eo b j e c to rn o t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tj u s tt h ec u eo fd i s t a n c e i su e si nj u d g e m e n t ，t h ec u eo ft h es p e e d ，e ra n dd e c e l e r a t i o na r en o tb eu s e d k e y w o r d s ：p e r c e p t i o n ，b r a k i n g ，t h et a u - d o tm o d e l ，t h ed e c e l e r a t i ne r r o rm o d e l ， 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论 文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究及 学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感 谢。 学位论文作者：毒甲明弓害签字日期：y 节争月扣日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止)。 学位论文作者签名： 郝碉；老 j 签字日期：沙7 年中月乡口日 导师签名：纠、弘群 签字日期：年月 日 两南大学硕+ 学伊论文1 引言 1 引言 在日常生活中，绝大多数人主要依靠视觉来指导自己的行为活动。比如在足球比赛中 球员用脚来拦截飞向自己的足球：在棒球比赛中外球手拦截飞过来的棒球；驾驶员驾驶汽 车，以及在人们的日常行走过程中都需要人们的视觉参与。通过对视觉信息的获取或加工， 人能够对周闸世界做出一个相应的判断。比如，判断出队友踢出的球需要经过多长时间后 才会到达观察者自己所在的地方，从而在恰当的时间做出合适的动作；人在行进过程中为 了通过一扇弹簧门，手在何时应做出开门的动作从而使人能够顺畅的通过；以及一个人是 如何在视觉指导下有规律的停靠在某物体前的，等等。在人类的活动中这是一个行为控制 的普遍问题。同样在动物世界中也存在着视觉指导行为的类似情境，比如飞鸟着陆前要进 行减速以防止撞伤：鹧鹄为了抓住水中的鱼，它是如何判断出水面的折射率从而调整自己 的捕鱼时间和角度以便顺利捕获；青蛙、蟾蜍在捕食猎物之前是如何获得猎物远近、大小 的信息，从而做出自己跳跃距离的判断等。在机器人和智能汽车中的开发研究中也会涉及 类似于视觉指导行为的问题，比如在环境信息输入后，如何让软件来处理相关的信息从而 做出适合当时情况的判断。比如为了避免碰撞要涉及到减速的问题。 对于这种知觉的形成讨论已久。传统的知觉理论认为人必须经过对物体表征后才能知 觉物体。也就是说信息在进入大脑后必须经过一系列的处理才能被知觉和计算，然后才能 用来指导人类的行为。对此观点g i b s o n 提出了质疑，并于1 9 5 6 年探讨该问题时提出了直 接知觉理论，认为周围世界中存在人量有序的光阵列，而在这些光阵列中已存在丰富的环 境信息，人们只需直接从其中获取自己所需要的信息即可。这与之前的结构主义的知觉理 论的观点孑然相反。在g i b s o n 的直接知觉理论基础之上，l e e ( 1 9 7 6 ) 认为视觉能够提供知 觉碰撞时间的信息，这种独特的视觉变量l e e 称之为t a u 1 1 。在估计与障碍物的碰撞时间时， l e e 认为主要依据的是t a u 线索，即丁烹酬82 疋，其中毋指物体上两点之间的视角， 学指视角的变化比率。如果视觉系统能够从膨胀的视网膜图像中获得t a u ，那么物体表面上 关于碰撞时间的信息就能直接用于计时动作。注意，t a u 的获得与距离和速度无关，同时也 与速度的变化和知觉无关。 在现实生活中的各种计时动作中，到底人们依靠的是哪种理论进行信息加工的，或者 说在一个计时行为中哪种理论占主导地位，k 期以来人量的研究都是围绕这个问题展开的， 对机制问题的仔细探讨将有利于人们更加了解自己，从而也能为今后人工智能的厂“泛开发 提供重要的科学依据。 以往的研究大多是通过电脑显示器旱现平面物体运动1 】 2 5 1 ，这种研究方法即使可以操 作刺激使之发生变化，但并不能完全代表在真实场景中的实体，既没有涉及现实场景观察 点变化的特征，也没有考虑到现实场景为空间信息加_ i 提供的深度线索等问题。还有的研 究是在虚拟场景中呈现，却只做知觉判断，即判断运动中的物体还要多久才能剑达，在估 两南火学硕+ 学伊论文1 引青 计到达的时刻按键反应h 儿引。这种做法虽然经过验证能够比较准确的反映出入的知觉判断， 但它仅仅涉及了人们的纯粹的视觉信息，而在人体运动过程中的提供重要信息的本体觉和 运动觉都没能被利用。本研究将利用浸入式虚拟现实技术对物体到达时间判断问题进行研 究和探讨。模拟真实场景，让被试通过自己控制来完成任务，从而探讨其知觉信息的利崩 策略和方法。进而为人工智 1 1 两种理论基础：知觉建构理论生态光学理论( 直接知觉理论) 知觉的建构理论以h e l m h o l t z ( 1 8 6 6 1 9 6 3 ) 的无意识推理为基础。知觉被理解为感觉 和概念的整合。构造主义的观点( t h ec o n s t r u c t i v i s ta p p r o a c h e s ) 认为大脑对外部世界的或 多或少精确的表征，除了通过感觉系统外，还可以通过外显的或内隐的知识或记忆米构建。 认为可利用距离和速度的关系估计即将碰撞时间，把它看作是复杂的预测系统，认为需要 经过一步步的加工和计算才得出碰撞时间。 生态光学的观点认为环境中的视觉信息是以光学阵列方式( t h eo p t i ca r r a y ) 呈现的， 运动的物体会引起视觉结构的变化，因此我们对物体运动的觉察无需通过有意识的表征。 g i b s o n ( 1 9 5 0 ，1 9 6 6 ) 直接知觉理论认为自然界提供的刺激是完整的，人完全可以直接利用 这些信息，产生相应的感觉。直接知觉理论的贡献：( 有人把直接知觉理论又称为知觉的生 态理论) 1 ) 提出了一个关于知觉的新的、简单而直观的解释。没有g i b s o n 的工作，我 们对知觉的解释基本上没有超越h e l m h o l t z ( 1 8 6 6 ) 的无意识推理的观点。2 ) 开辟了从人 与环境交互这个角度研究知觉的途径。认知心理学的最终目的是探讨人的智能本质。知觉 的生态理论避开了直接研究大脑这个黑箱，而通过研究人和环境的交互来解释人的行为。 这虽然有避重就轻的嫌疑，毕竟是一个可取的途径。仔细研究g i b s o n ( 1 9 7 9 ) 的著作，我 们不雉发现，g i b s o n 的生态理论在知觉水平上把人和动物等同了。道理很简单，动物的知 觉水平并不比人差，在某些方面甚至比人强。假如我们否认动物具有推理能力，那么无意 识推理对动物就不起作用，但动物照样活得很好。我们不能全然把动物的知觉能力归于本 能，而把人的知觉能力归于学习。g i b s o n 及其他生态心理学家的解释让我们看到了知觉的 智能共性：有机体对环境的知觉使有机体能够适应环境、控制自身的活动及对物体进行操 纵。3 ) 强调了心理学实验的生态学效度。生态学效度指的是某个情景下( 如实验室) 的 实验结果推广到另一情景( 如实际生活) 的可能性 6 】。 1 2 基于生态光学理论的知觉线索 1 2 1t a u 。 l e e ( 1 9 8 0 b ) 证明了靠近的物体或表面的影像提供了t t c ，而不是由距离或速度上获 得。想象一个光滑平面沿着垂直方向匀速向观察者的眼睛方向运动。具体见图1 。 2 两南火学硕十学伊论文 1 引言 上 j。 - i 右边的平面以速度v 向左边的眼睛靠近。t 代表运动时间，物体表明的特征点p 在视 网膜上有一个投射点p 。p 就是在时间t 内，距离“t ) 从扩张的视觉流域的中心以速度v ( t ) 向外运动的距离。 l e e 把r ( t ) v ( t ) 这个比率称之为“t a u ”。这个比率是指任意一点到膨胀的视觉图像的中 心点的距离与它瞬时速度的比。也就相当于z ( t ) ，假如v 恒定，就能算出从眼睛到物体 表面的时间。如果视觉系统能够从膨胀的视网膜图像中获得t a u ，那么物体表面上关于碰撞 时间的信息就能直接用于计时动作。注意，t a u 的获得与距离和速度无关，同时也与速度的 变化知觉无关。另一方面，物体影像的膨胀中心是确定的。在知觉者进入一个杂乱的环境 中时，每个从视觉流域的膨胀中心流出的特征单元的t a u 值就定义为“经过时间”( t i m et o p a s s a g e ) 9 1o 这就涉及到目标物沿着与知觉者头部方向垂直经过知觉者眼睛的碰撞时间。 整体t a u ( g l o b a lt a u ) 适用丁上面关于视觉流域中心膨胀比率的定义。其它不是膨胀 中心但也是相同模式的比率也能指出碰撞时间。想象一个物体与眼睛会发生碰撞，如果p 1 、 p 2 是图像轮廓上的两点，那么他们之间距离的比率除以他们之间距离增加的速率就得到了 碰撞时间 8 】。这也可以等价于眼睛和物体所成的角度，即通常所说的“局部t a u ”( 1 0 c a lt a u ) t 7 】。 w a n g & f r o s t 通过对鸽子脑神经( n u c l e u sr o t u n d u s ) 的单细胞记录，从而证明t a u 是在 视觉通道上被计算的。他们将鸽子放在一间有模拟图像的屋子里，监视器屏幕显示一个在 深度方向运动的实心球。他们发现有一组细胞对球运动的方向有很强的选择性，当球径直 向鸽子眼睛方向运动时这些细胞才有反应。并且只有在模拟球的碰撞时间接近某一特定的 值时，这些细胞才会放电。当球的大小和速度都发生改变的时候这个值仍保持恒定，这说 明当物体靠近时，这些细胞之间可以互相协调并确定精确的碰撞时间。在进一步的实验中， s u n & f r o s t 发现对物体碰撞具有选择性的细胞在不同时刻会有不同的反应性质，这就相当 于物体接近的角度大小会增加信号的比率，即在模拟碰撞的过程中，一些细胞持续增加放 电频率，而另外一些_ ! i ! u 刚经过最高电位【l 们。 以上实验验证了t a u 信息的存在，但是神经对t a u 信息的感知是如何被直接利用在对计 时行为的控制中的。d a v i e s & g r e e n 研究了鸽子和鹰这两种鸟的着陆。在鸽子的着陆过程中， 眼睛和巢之间的距离变量要比脚伸展的t a u 值小。尽管生理学证据显示t a u 是在鸽子的视觉 通道上被计算的，但它并不能被用于在特殊背景中的行为计时。同样，当眼睛剑穴巢的距 3 两南人学硕+ 学位论文 1 引言 离卜| 降到某一特定值的时候，鸽子的脚就会伸展向它的穴巢，这个距离或许是从许多双眼 视差变量中获得的。这个结果与鸽子在着陆过程中头部上下摆动的事实相一致。与此相反， 不会上下摆动头的鹰在着陆时的数据显示，当鹰爪伸展时，t a u 的变化要比距离的变化小。 这说明在控制着陆的过程中，这两种鸟是不同的【】。 l e e 和他的同事们用人或动物在重力作用下加速向物体接近时的方法检验了计时行为 的差异。这个情境的优点在于在物体接近时的速度以及其它参数都可从简单的运动方程中 获得。l e e & r e d d i s h 研究了塘鹅，一种在水面高3 0 米处捕食的水鸟。当塘鹅知觉到水面下 有鱼时，他们就会俯冲进水面抓鱼。在俯冲初期，塘鹅会调整翅膀的姿势确保可以抓到游 动着的鱼。塘鹅俯冲进水面的速度接近2 4 米j 眇，如果它们张开翅膀以这个速度进入水面 的话肯定会受伤。冈此在离水面不到一秒的时间里，塘鹅会将翅膀收回呈流线型。如果翅 膀收的过早那么就不可能很精确的抓到鱼，如果收的过晚，那么塘鹅就会受伤【12 1 。塘鹅要 安全成功的捕食，精确的计时行为就显得很重要了。 塘鹅在俯冲过程中，受到重力的作用它的速度会持续增加，因此，任意一点的t a u 值 不能确定其碰撞时间，反而会根据其瞬时速度高估碰撞时间。这样当t a u 接近边缘值时， 塘鹅很有可能是通过收翅膀来精确控制它的俯冲。l e e & r e d d i s h 通过用俯冲的持续时间和 假定的t a u 值以及从知觉到翅膀呈流线型之间的时间延迟，对塘鹅接近水面的这种情形的 碰撞时间做了解释。他们拍摄了塘鹅的俯冲，并获得了碰撞时间以及俯冲的持续时间的值。 l e e & r e d d i s h 显示通过高度、速度和加速度精确计算碰撞时间的策略并没有t a u 策略好【1 2 1 。 在后米的研究中，l e e ，y o u n g ，r e d d i s h ，l o u g h & c l a y t o n 在人类被试跳起来去击打从不同 高度掉下的球的情境中检验了t a u 假设，比如排球。球在重力作用下持续加速下降，任何 瞬间t a u 值都比精确的碰撞时间大，即会高估。尽管这样，t a u 仍然能够提供开始跳跃或者 打击的适当方法，当t t c 小于2 5 0 m s 时，t a u 值也就相当于t t c 。l e e 等测量了在击打任务中 被试膝盖和肘弯曲和伸展的角度。当把角度和t t c 画在同一个图中，可以看剑不同高度的曲 线并没有重合，当从更高处落下时，动作开始的更早并且持续时间更久。把图和t a u 比较， 发现他们是一致的，可见，用t a u 控制弯曲程度的策略要比用球下落的高度和速度米计算 t c c 的策略好。而且参与者并不能根据球的高度来安排他们的行为，下落高度与观察到后开 始动作的时间关系是截然相反的【l3 1 。 这些着陆的鸽子、俯冲的塘鹅、跳起击球的人的实验数据都是间接的证明了t a u 假设。 他们用很多策略假设了接近物体表面和计时某些动作的关系，包括t a u 策略。在这多种视 觉计时行为的方法中，t a u 能较好的解释数据。但是，这并不是说t a u 能被精确的利用，因 为更多其他的视觉控制的理论也能与数据一致。w a r m 对l e e & r e d d i s h 关于塘鹅的研究做 了重新的解释，认为这一结果与高度假设也是保持一致的【14 1 。要反驳t a u 假没来支持距离假 设就需要更多从更高空降落的样本，冈为只有当距离足够大时才能产生大量不同的预测。 m i c h a e l s ，z e i n s t r a ，o u d e j a n s 也做了相似的实验。他们让坐着的被试击打从他们正上方落 4 两南大学硕+ 学伊论文1 引青 下的球。结果并没有支持整个击球动作的预测始于t a u 的临界值，而是用不同的视觉线索 能更好的解释，比如球角度大小的膨胀率。尽管这样，这一解释仍需要一个前提假设，那 就是对视觉变量的评价标准没有个体差异，并且在不同任务中也不会发生变化。另外，这 些结果只应用在胳膊开始弯曲的计时中，而胳膊在伸向球的后继活动则是由另外的方法控 制的【1 5 】。 这些方法的观察结果显示，较多的实验控制能更清楚的解释视觉计时行为。比如，当 在被绑着的苍蝇面前呈现巨大阴影时，它会做出着陆的反应。b o r s t & b a h d e ( 1 9 8 8 ) 用这种方 法研究了计时着陆反应。他们发现当模拟物的接近比率越快时着陆反应开始的就越早，这 与苍蝇通过视觉流获得t a u 的假设相一致。但是，他们发现物体的大小和空间结构( 物体 表面的等高线密度) 同样也会影响着陆的计时。b o r s t & b a h d e 用一种简单的方法总结了着 陆控制。整个视觉区域的动觉效应器的输出被求和并且经过整合，当整合接近某一闽值时 苍蝇就开始准备着陆了。就像蝗虫在飞行中躲避障碍物，它的行为表现不是由某一特定的 t t c 启动的，而是在一个时间段内被启动。这个简单的机制人概适用于逃生。 脊椎动物的行为一般不容易控制，但s u n 。g a r e y & g o o d a l e 在实验中通过控制相关的视 觉信息从而成功控制了动物接近目标的行为。他们在大屏幕上呈现一个圆圈，并在大屏幕 前放置一个食碟，训练沙田鼠跑向食碟。圆圈的大小及其到食物的距离是变化的，以防- j ： 沙田鼠利用圆圈的角度作为距离信息。实验中，当沙田鼠跑向食物的时候圆圈的大小会发 生变化。当圆圈膨人时，沙田鼠比在控制条件下更早减速，而当圆圈收缩时，它们的减速 将会延迟。这个结果揭示了沙田鼠是运用t a u 来控制自身接近物体的速度。但是，如果只 有纯粹的t a u 策略的话，那么圆圈大小的改变效果可能还有些偏小。因此沙田鼠必须把t a u 和其它深度线索整合起来，就像它们整合路标角度大小的运动线索一样【l6 | 。 s a v e l s b e r g h ，w h i t i n g ，& b o o t s m a ( 1 9 9 1 ) 让被试去抓一个向自己飞来的泄气的气球，尝试 通过实验室方法控制t a u 。他们把缩小的气球与模拟的一个慢慢靠近的人小固定的物体相比 较。如果被试使用了t a u ，那么他们抓取泄气的气球要比抓取控制条件中大小不变的气球晚。 s a v e l s b e r g h 等发现，手的速度接近最人值的那一点会延迟5 6 毫秒。但是被试能毫无困 难的抓剑泄气的气球，这就说明其它的视觉信息是和t a u 同时被利用的。 抓球的技能需要精确计时胳膊和手的运动并，“泛的整合视觉控制。为了抓取移动着的 球，在球和手接触之前就要对手的运动方向进行正确定向并适时进行抓取移动。 a l d e r s o n ，s u l l y s u l l “1 9 7 4 ) 研究了单手抓取乒乓球，发现良好的定向运动开始于球与手碰 撞前的1 5 0 - - 2 0 0 毫秒，而抓取运动开始于碰撞前的3 2 5 0 毫秒。w h i t i n g & s h a r p 测量了 当球只呈现8 0 毫秒的情况下抓取的精确程度。当t t c 大约为2 5 0 - - 3 0 0 毫秒时，他们在球的 运动轨迹上设置了个光点以便能准确的抓取。假如球呈现的过早，受到感觉记忆的限制， 球很可能会丢失；如果球呈现的过晚，就没有充分的时间去处理飞行的信息并进行一系列 定向运动的调整【2 6 1 。 5 两南大学硕十学伊论文 1 引青 在精确抓球的这3 0 0 毫秒中都有哪些视觉信息被利用了? 在真实的抓球任务中，t a u 的利用要比s a v e l s b e r g h 的人工情境中少。处理提供双眼计时信息的资源很简单，通过用立 体眼镜可以改变角度转向和差距或者是改变他们的变化比率。视觉模拟手段会使眼睛和球 之间的距离被低估的效应更突出。j u d g e & b r a d f o r d 发现当人们戴上这种立体眼镜后，就不 能抓住那些从低处缓慢抛向他们的球。练习2 0 次后抓取的准确度就能回到正常水平。这可 能是因为舣眼信息能重新校准对胳膊、手的运动的控制。在控制组中，那些戴了立体眼镜 但他们的视野下降剑和立体眼镜相同程度时的被试在抓取任务中没有困难f 2 7 1 。 当我们用单眼去抓取缓慢移进的球时，单眼线索也能被很好的利用。但是， j u d g e & b r a d f o r d 的实验显示当舣眼信息可用时，我们更偏向使用双眼信息。抓球的视觉控 制冈此也可看作是去抓静止的物体，双眼信息能提供最佳的速度和精确度，单眼信息只起 辅助作用。 在更多自然任务中，身体和四肢的运动能够控制t t c 判断的假设就显得很重要了。很有 可能不同条件下的两种任务会导致人使用不同的视觉控制策略。一种最近的研究方法就是 用浸入式虚拟现实技术试图去获得更多的自然背景中的视觉信息的控制。r u s h t o n & w a n n 用虚拟现实显示器给被试早现向他们飞近的乒乓球，并要求被试跟抓真实的球一样去抓住 虚拟的球，并在抓住的那一刻紧握一下之前在他们手中放着的真实的球。他们首先发现抓 虚拟球的紧握反应时间与抓握真球是很相似的，说明这个场景成功的引入了相同的控制机 制【2 8 】。 r u s h t o n & w a n n 义继续用虚拟现实技术在场景中单独设计了单眼t a u 和双眼视差，这 样，被试就可以根据这些变量来获得不同的虚拟球的t t c 估计。当t a u 提供的碰撞提前1 0 0 毫秒，反应就会提前7 0 8 0 毫秒；当t a u 提供的碰撞延迟1 0 0 毫秒，反应就会延迟3 0 一4 0 毫秒。结果说明t a u 可用于抓取反应的计时，计时变化没超过1 0 0 毫秒暗示了t a u 和双眼视 差经过整合才产生了