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视觉特征捆绑的认知及神经机制研究

作　者: 刘志华
导　师: 金志成
学　校: 华南师范大学
专　业: 基础心理学
关键词: 视觉特征捆绑注意错觉性结合(illusory conjunction,IC) 顶叶特征整合理论(feature integration theory,FIT) 时间同步性认知机制
分类号: B842
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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引　用: 5次
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内容摘要

视觉研究一个复杂的问题，就是大脑如何解决捆绑问题。自然界中的物体是由不同的属性组成的，如形状、大小、颜色、方向等，这些属性是在大脑的不同部位加工的。以视知觉为例，颜色与形状等客体特征在枕叶到颞叶的腹侧通路内得到表征，而运动等空间特征在枕叶到顶叶的背侧通路内得到表征。因此，为把外界物体知觉成一个整体而不是个别零散的特征，就需要把散布于不同皮层区的分散信息合理地组合在一起，这就是所谓的“捆绑问题”。捆绑问题存在的一个重要证据，就是在分散注意或注意过载条件下，物体的各个特征不能在正确的位置上进行整合，从而产生客体间特征彼此交换的现象，即特征的错觉性结合(简称IC)。如视觉呈现两个彩色字母红X和绿O，如果被试做出绿X和红O的反应，就出现了错觉性结合。当前，捆绑问题被公认为认知科学和神经科学的中心问题，其研究属于基础心理学的前沿领域之一，对心理过程的认知神经机制研究起到重要推动作用，同时也有助于解决意识之谜。然而，就是这样一个重要而前沿的问题，国内的研究接近于空白。即使是国外的研究，也未形成一致的结论，还存在着许多理论和实证的冲突。这项研究在系统总结与分析前人研究的基础上发现，特征捆绑研究的最大分歧在于其心理和生理机制上，对于注意及顶叶(尤其是右顶叶皮层)在视觉特征捆绑中的重要作用，一些研究还存在着异议。同时，前人的研究在实验范式及其测量指标上存在着不合理因素。鉴于此，该研究通过对视知觉领域的特征捆绑进行系统的实验研究，旨在考察注意这一认知因素在视觉特征捆绑中的重要作用及其作用机制，同时也探讨顶叶尤其是右顶叶皮层对视觉特征捆绑的调节作用，进而检验几种不同的特征捆绑理论。研究基于三方面通过4个大实验10个分实验，考察了时间和空间视觉特征捆绑的认知机制及脑机制。在视觉特征捆绑的认知机制方面。实验1主要运用认知科学的手段，通过3个分实验，直接操纵注意这一认知变量，在集中注意和分散注意条件下，使用不同实验范式考察注意在视觉特征捆绑中的作用，并进一步检验特征整合理论。实验结果表明，注意在视觉特征捆绑中起重要作用，集中注意能有效地减少错觉性结合的出现。具体地说，在不同分散注意水平下，错觉性结合错误之间存在显著差异，表明分散注意导致错觉性结合，注意分散水平越高，错觉性结合错误越多;而集中注意条伙有效提示)的错觉性结合远远少于分散斜气无效提动，说明集中注意能有效地减少错觉性结合的发生;注意对特征捆绑的调节作用表现出距离效应，即近距离比远距离的错觉性结合错误多，提示了注意的作用机制有可能与空间距离信息有关。在视觉特征捆绑的神经机制方面。实验2是对一例双侧顶叶损伤患者的个案研究，通过2个分实验，从认知神经角度考察视觉特征捆绑的脑皮层机制，以检验顶叶在视觉特征捆绑中的作用。实验3是右顶叶局部损伤患者与正常人的对比研究，通过2个分实验，在集中注意和分散注意条件下，考察右顶叶及空间注意对视觉特征捆绑操作的影响。实验结果表明，双侧顶叶及右顶叶损伤严重影响了患者的视觉特征捆绑操作成绩，这种影响与空间注意能力的减弱有关。具体来讲，双顶叶损伤患者在捆绑操作中出现了大量的错觉性结合错误，这种组剖昔误受空间信息的影响，同时呈现比系列呈现的刺激间形成更多的错觉性结合，近距离比远距离的组合错误要多;右顶叶损伤患者由于空间注意受损，比正常同龄被试更难于完成同样的捆绑任务，无论是集中注意还是分散注意刹牛下，均出现了较多的特征组合错误和更明显的距离效应;两类损伤患者所表现出的明显距离效应和位置效应，充分提示了顶叶在特征捆绑中的重要作用是通过空间注意来实现的。从实验2和实验3的结果，可进一步推论出，双侧顶叶损伤很可能与分心物的抑制有关，表现为患者经常把分心物当成靶子报告，而右顶叶损伤患者则能很好排除分心物的干扰。在时间范畴视觉特征捆绑的注意机制方面。实验4主要从认知行为层面模拟了特征捆绑的时间同步性效果，通过3个分实验，以变化的实验范式，考察注意在时间范畴视觉特征捆绑中的作用机制，进而对捆绑的时间同步性理论进行检验。研究结果表明，.注意在时间范畴特征捆绑中的作用机制与空间视觉特征捆绑相同，即时fh]范围内的捆绑也是在注意的作用下按空间位置(而不是时间)线索进行捆绑的。对来自于相同位置的项目时间同步性刁起作用;如果项目的时间接近但位置不同，则不倾向于产生捆绑。即使在变化的实验范式中，仍未提供支持时间同步性理论的有利证据，相同位置特征间的同步条件与不同位置特征间的同步条件下，均出现较多的错觉性结合。综上所述，对视觉特征捆绑的系统实验研究，证实了对该问题的所有假设，视知觉领域特征捆绑的认知机制是注意的重要调节作用，其神经基础在于大脑顶叶皮层，通过顶叶(尤其是右顶口勺对空间注意的调节来完成的。对认知科学和脑科学中这一前沿问题进行系统而深入的探讨，不仅可以解决当前该领域内?

全文目录

目录  3-9
中文摘要  9-12
英文摘要  12-15
第一部分有关特征捆绑研究的综述  15-46
  一、特征捆绑概念的界定  15-16
  二、捆绑研究的历史及现状  16-27
    2.1 错觉性结合研究  16-19
    2.2 分离检测和特征定位  19-21
    2.3 对特征组合的视觉搜索研究  21-23
    2.4 跨通道捆绑  23-25
    2.5 时间范围的捆绑  25
    2.6 特征捆绑的神经机制研究  25-27
  三、特征捆绑的理论模型  27-35
    3.1 特征整合理论(Feature Integration Theory)  27-29
      3.1.1 理论内容  27-28
      3.1.2 验证性研究及对理论的评价  28-29
    3.2 位置不确定理论(Location Uncertainty Theory)  29-31
      3.2.1 理论内容及相关研究  29-30
      3.2.2 对该理论的争论及评价  30-31
    3.3 捆绑双阶段理论  31-32
      3.3.1 理论内容  31
      3.3.2 相关研究及评价  31-32
    3.4 时间同步性(temporal synchronization)理论  32-35
      3.4.1 理论内容  32-33
      3.4.2 相关研究及评价  33-35
    3.5 神经网络模型  35
  四、捆绑研究的主要技术方法及手段  35-42
    4.1 认知行为科学方法  35-40
      4.1.1 双作业任务  36
      4.1.2 空间提示(spatial cueing)范式  36-37
      4.1.3 视觉搜索任务  37-38
      4.1.4 快速系列视觉呈现(RSVP)技术  38-39
      4.1.5 负启动范式  39-40
    4.2 认知神经科学方法  40-42
      4.2.1 脑成像技术  41-42
      4.2.2 脑损伤技术  42
  五、当前捆绑研究中存在的主要问题  42-46
    5.1 注意在捆绑中的作用  42-43
    5.2 特征捆绑中的指标度量问题及猜测的控制  43
    5.3 空间位置和距离信息在捆绑中的作用  43-44
    5.4 跨通道捆绑的机制  44
    5.5 视觉特征错觉性结合的知觉性质问题  44
    5.6 时间范围内的特征捆绑  44
    5.7 顶叶在视觉特征捆绑中的作用  44-46
第二部分本研究的基本框架与假设  46-51
  一、对特征捆绑研究的评价及本研究的背景  46-47
  二、研究的基本假设  47
  三、本研究的基本框架及实验安排  47-49
  四、研究指标的选择  49-51
第三部分视觉特征捆绑认知及神经机制的实验研究  51-91
  一、视觉特征捆绑的认知机制  51-65
    1 实验1 注意在视觉特征捆绑中的作用研究  51-65
      1.1 实验1a:分散注意条件下的错觉性结合研究  52-56
        1.1.1 问题与目的  52
        1.1.2 研究方法  52-54
        1.1.3 结果与分析  54-56
      1.2 实验1b:集中注意条件下的错觉性结合研究  56-60
        1.2.1 问题与目的  56
        1.2.2 研究方法  56-58
        1.2.3 结果与分析  58-60
      1.3 实验1c:对错觉性结合知觉性质的检验研究  60-63
        1.3.1 问题与目的  60
        1.3.2 研究方法  60-62
        1.3.3 结果与分析  62-63
      1.4 一般讨论  63-65
  二、视觉特征捆绑的神经机制研究  65-79
    2 实验2 双侧顶叶损伤患者的视觉特征捆绑个案研究  66-73
      2.1 实验2a:双侧顶叶损伤对特征捆绑任务的影响  66-70
        2.1.1 问题与目的  66
        2.1.2 研究方法  66-68
        2.1.3 结果与分析  68-70
      2.2 实验2b:空间信息对特征捆绑任务的影响  70-72
        2.2.1 问题与目的  70
        2.2.2 研究方法  70
        2.2.3 结果与分析  70-72
      2.3 一般讨论  72-73
    3 实验3 右侧顶叶损伤患者的视觉特征捆绑研究  73-79
      3.1 实验3a:集中注意条件下右顶叶损伤患者的视觉特征捆绑研究  73-76
        3.1.1 目的与假设  73-74
        3.1.2 研究方法  74
        3.1.3 结果与分析  74-76
      3.2 实验3b:分散注意条件下右顶叶损伤患者的视觉特征捆绑研究  76-78
        3.2.1 目的与假设  76-77
        3.2.2 研究方法  77
        3.2.3 结果与分析  77-78
      3.3 一般讨论  78-79
  三、时间范围内的视觉特征捆绑  79-91
    4 实验4 时间范围内的视觉特征捆绑研究  79-91
      4.1 实验4a:RSVP范式下的视觉特征组合研究(一)  80-84
        4.1.1 问题与目的  80
        4.1.2 研究方法  80-82
        4.1.3 结果与分析  82-84
      4.2 实验4b:RSVP范式下的视觉特征组合研究(二)  84-86
        4.2.1 问题与目的  84
        4.2.2 研究方法  84-85
        4.2.3 结果与分析  85-86
      4.3 实验4c:特征分离范式下的视觉特征组合研究  86-89
        4.3.1 问题与研究目的  86
        4.3.2 研究方法  86-88
        4.3.3 结果与分析  88-89
      4.4 一般讨论  89-91
第四部分综合讨论与结论  91-102
  一、总体讨论  91-97
  二、主要结论  97-99
  三、未来研究的展望  99-100
  四、贡献与不足  100-102
参考文献  102-114
后记  114-116

视觉特征捆绑的认知及神经机制研究

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