認(rèn)知神經(jīng)高級(jí)知覺(jué)第1頁(yè)/共44頁(yè)

高級(jí)知覺(jué)

—關(guān)于面孔識(shí)別的研究第2頁(yè)/共44頁(yè)面孔識(shí)別—一種令人驚奇的能力面孔識(shí)別研究的意義面孔是一種內(nèi)容非常豐富的非言語(yǔ)刺激，可提供性別，年齡，表情和個(gè)體特征的信息。盡管面孔千差萬(wàn)別，但人類對(duì)面孔細(xì)微識(shí)別的能力是驚人的。通過(guò)面孔識(shí)別的研究，可以揭示大腦認(rèn)知功能原理。深入了解what通路的加工機(jī)制。面孔識(shí)別是人們社會(huì)生活的一項(xiàng)重要功能，對(duì)模式識(shí)別，計(jì)算機(jī)科學(xué)等應(yīng)用及腦損傷的臨床研究有重要意義。第3頁(yè)/共44頁(yè)面孔識(shí)別障礙—prosopagnosia(面孔失認(rèn)癥）第4頁(yè)/共44頁(yè)prosopagnosia(面孔失認(rèn)癥）是在面孔識(shí)別上有障礙，但是這種障礙并不能直接歸因于患者的智力問(wèn)題。和所有的visualagnosia(視覺(jué)失認(rèn)癥）一樣prosopagnosia(面孔失認(rèn)癥）只是在視覺(jué)形態(tài)上有缺陷，他們可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)辨別身份。第5頁(yè)/共44頁(yè)prosopagnosia(面孔失認(rèn)癥）不管對(duì)熟悉還是不熟悉的人都很難再認(rèn)。第6頁(yè)/共44頁(yè)Bilateraloccipital(雙側(cè)枕葉）損傷的患者（Pallis,1955）不僅不認(rèn)識(shí)自己的妻子，甚至連自己也不認(rèn)識(shí)。但是他的其它記憶能力甚至超過(guò)常人，它能夠迅速的再認(rèn)一般物體，能夠完成一般agnosia(失認(rèn)癥）患者不能完成得任務(wù)。面孔失認(rèn)癥病人能夠很好的完成

Warrington’sstandperceptioncategorizationtasks,但是用面孔刺激替代物體，他們就不能完成。

面孔識(shí)別是特殊的么？

第7頁(yè)/共44頁(yè)Arefacespecial?面孔知覺(jué)的兩個(gè)觀點(diǎn)（1）面孔知覺(jué)是使用一種特殊的加工機(jī)制，這種機(jī)制不同于一般物體的識(shí)別。持進(jìn)化論觀點(diǎn)的人支持這個(gè)觀點(diǎn)，他們認(rèn)為面孔和面部表情的識(shí)別對(duì)我們有重大的意義，所以在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一種對(duì)面孔識(shí)別的特殊機(jī)制。（2）只存在一種識(shí)別系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)識(shí)別所有的視覺(jué)輸入信息。第8頁(yè)/共44頁(yè)衡量面孔識(shí)別與物體識(shí)別差異的標(biāo)準(zhǔn)。（Farah,2000）（1）腦定位：參與面孔識(shí)別與物體識(shí)別的腦結(jié)構(gòu)和腦機(jī)制不同。

（2）加工系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)作，不依靠另外一個(gè)系統(tǒng)。

（3）信息處理方式：兩個(gè)系統(tǒng)以不同的方式處理信息。第9頁(yè)/共44頁(yè)面孔識(shí)別的神經(jīng)機(jī)制-參與面孔識(shí)別與物體識(shí)別的腦結(jié)構(gòu)和腦機(jī)制不同。面孔失認(rèn)癥患者腦損傷部位

目前只發(fā)現(xiàn)少數(shù)患者只是在面孔識(shí)別上有障礙。更多的患者是不僅在面孔識(shí)別上有障礙，而且在其它物體識(shí)別能力上也低于正常水平。

由于面孔失認(rèn)癥很少是單獨(dú)發(fā)作的，這種遺忘癥一般是由多發(fā)性中風(fēng)，headtrauma(頭部創(chuàng)傷），腦炎，或中毒導(dǎo)致的大腦雙側(cè)損傷而產(chǎn)生的。

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然而這就很難說(shuō)明面孔識(shí)別存在一個(gè)特殊的腦機(jī)制。即使存在特殊的面孔識(shí)別機(jī)制，其它的視覺(jué)區(qū)域也會(huì)受到損傷，所以我們也無(wú)法將它們分離。對(duì)面孔失認(rèn)癥患者腦損傷部位描述性分析有研究者（MarthaFarah，1990）統(tǒng)計(jì)了81名報(bào)告為面孔失認(rèn)癥的患者腦損傷部位。第11頁(yè)/共44頁(yè)81人中有65%患者是雙側(cè)損傷。（如果患者死后進(jìn)行解剖這個(gè)比率可能會(huì)更高，因?yàn)镃T或MRIfrequency對(duì)一些損傷可能偵測(cè)不到，尤其在頭部創(chuàng)傷的情況下。）

但還是有35%的患者只是單側(cè)損傷，而且右側(cè)損傷的概率（29%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于左側(cè)損傷的概率（6%）。

不管是雙側(cè)還是單側(cè)損傷，損傷部位一般都包含枕葉和顳葉。第12頁(yè)/共44頁(yè)靈長(zhǎng)類動(dòng)物對(duì)面孔刺激的電生理研究有研究者（Baylisetal.,1985)給猴子呈現(xiàn)十張不同的圖片，其中包括四張其它猴子面孔，一張主試的面孔，另外五張是復(fù)雜程度不同的其他刺激圖片，但這些圖片每張都包含了一種面孔的顯著特征。比如光柵反應(yīng)了臉的對(duì)稱性，圓和眼睛的特性相似。然后記錄猴子顳上溝（superiortemporalsulcus）細(xì)胞的放電。第13頁(yè)/共44頁(yè)第14頁(yè)/共44頁(yè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些細(xì)胞具有高度選擇性，其中一些細(xì)胞只對(duì)清晰的正面的其它猴子的臉高度敏感，一些細(xì)胞對(duì)所有面孔刺激都敏感。但其它刺激很難激活這些細(xì)胞，和一般刺激相比較呈現(xiàn)面孔刺激時(shí)這些細(xì)胞的激活率低于呈現(xiàn)非面孔刺激。

是否存在問(wèn)題？第15頁(yè)/共44頁(yè)雖然近二十年的大量研究證明，顳葉兩個(gè)不同區(qū)域的細(xì)胞對(duì)面孔刺激非常敏感，一個(gè)是顳下回（inferiortemporalgyrus）另一個(gè)是顳上溝（superiortemporalsulcus）。但是這些研究并不足以說(shuō)明細(xì)胞的這些反應(yīng)是針對(duì)面孔刺激的。首先我們不可能去測(cè)試所有的刺激，其次這個(gè)區(qū)域的大量細(xì)胞活動(dòng)可能是由非面孔刺激促發(fā)的。比如面孔刺激可能誘發(fā)情緒反應(yīng)，這可能就是某些細(xì)胞對(duì)面孔有強(qiáng)烈反應(yīng)，而對(duì)其它非面孔刺激不反應(yīng)的原因。盡管有研究證明產(chǎn)生恐懼的刺激并不能引起相同細(xì)胞的激活。第16頁(yè)/共44頁(yè)面孔識(shí)別FMRI的一些研究FMRI技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展比對(duì)腦損傷患者的研究為面孔識(shí)別提供更精確的空間腦區(qū)定位。同時(shí)FMRI的無(wú)創(chuàng)傷性讓對(duì)正常讓人的研究成為可能。我們通過(guò)比較被試看不同類型的刺激物的腦成像能回答兩個(gè)問(wèn)題。

（1）當(dāng)被試看面孔刺激和非面孔刺激時(shí)哪些神經(jīng)區(qū)域表現(xiàn)出不同的激活模式。

（2）這些面孔特殊區(qū)域是否也可以由其它非面孔刺激可以激活？第17頁(yè)/共44頁(yè)研究者做過(guò)這樣一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)（McCarthyetal.,1997）向被試呈現(xiàn)面孔圖片圖片，無(wú)生命的物體圖片，或隨機(jī)花紋的圖案。結(jié)果：（1）和被試消極觀看隨機(jī)花紋圖案相比，面孔圖片刺激導(dǎo)致顳葉腹側(cè)面梭狀回區(qū)域（fusiformgyrus)更強(qiáng)的BOLD反應(yīng).

（2）將面孔分類任務(wù)和物體分類任務(wù)的激活區(qū)域?qū)Ρ龋l(fā)現(xiàn)右半球的激活仍然顯著。第18頁(yè)/共44頁(yè)這些研究結(jié)果是和前面腦損傷患者的觀察數(shù)據(jù)記過(guò)是一致的。說(shuō)明梭狀回（fusiformgyrus）尤其是右半球，在面孔識(shí)別種具有重要作用。更準(zhǔn)確的講，這項(xiàng)FMRI的研究數(shù)據(jù)中顯示,面孔識(shí)別精細(xì)單元只存在于右半球，因?yàn)樽蟀肭虻乃鬆罨厥羌磳?duì)面孔刺激又反應(yīng)同時(shí)也對(duì)無(wú)生命的物體有同樣反應(yīng)。第19頁(yè)/共44頁(yè)在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中用花的圖片代替面孔圖片。結(jié)果證實(shí)左半球梭狀回對(duì)一般物體刺激都能反應(yīng)，不管是面孔刺激還是非面孔刺激。相比呈現(xiàn)面孔刺激，當(dāng)呈現(xiàn)隨機(jī)樣式圖案時(shí)，左半球梭狀回區(qū)域激活，而右半球區(qū)域不激活。第20頁(yè)/共44頁(yè)大量的腦成像研究表明在做不同的面孔知覺(jué)任務(wù)時(shí)總是會(huì)伴隨梭狀回的激活，所以文獻(xiàn)中把這個(gè)區(qū)域成為梭狀回面孔區(qū)FFA（fusiformfacearea）。但是即使是右半球FFA的激活也不完全只是有面孔刺激激活的。有研究（Gauthieretal2000）向被試呈現(xiàn)鳥(niǎo)或汽車圖片刺激，發(fā)現(xiàn)和不呈現(xiàn)刺激條件相比，F(xiàn)FA也有很大程度的激活。但是這種激活程度還是比面孔刺激的激活程度小很多。目前只發(fā)現(xiàn)字母串不會(huì)顯著激活FFA，這些激活主要在左半球。第21頁(yè)/共44頁(yè)面孔知覺(jué)和物體知覺(jué)的分離以上生理研究的結(jié)果雖然還有很大爭(zhēng)議，但是總的來(lái)說(shuō)還是部分支持了Farach的第一條標(biāo)準(zhǔn)，即參與面孔識(shí)別與物體識(shí)別的腦結(jié)構(gòu)和腦機(jī)制不同。盡管兩者分離并不完全（有或無(wú)）。

現(xiàn)在我們把目光轉(zhuǎn)向第二條標(biāo)準(zhǔn)——面孔知覺(jué)和物體知覺(jué)這兩個(gè)系統(tǒng)是否可以分離。臨床報(bào)告了一些選擇性面孔失認(rèn)癥病例，這些病人不能識(shí)別面孔，但是對(duì)物體識(shí)別卻沒(méi)什么問(wèn)題。但是我們能否就此認(rèn)為這就是存在特殊的面孔知覺(jué)系統(tǒng)。第22頁(yè)/共44頁(yè)Michael等人（2000）對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了很好的闡述神經(jīng)科學(xué)家對(duì)面孔失認(rèn)癥患者的測(cè)量一般只考慮單一維度值，比如準(zhǔn)確率，一個(gè)人或者正確的識(shí)別面孔刺激或物體刺激，或者就是不能。但是這樣的檢測(cè)是有問(wèn)題的，如果我們將反應(yīng)時(shí)納入考慮范圍的話結(jié)果可能就不會(huì)這么簡(jiǎn)單。反應(yīng)時(shí)可以反映出內(nèi)部加工過(guò)程的時(shí)間進(jìn)程，如果考慮反應(yīng)時(shí)的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)面孔失認(rèn)癥患者不僅在面孔識(shí)別上有障礙，在物體識(shí)別上一樣也有障礙。但是如果僅考慮準(zhǔn)確率的話，很可能會(huì)得出患者對(duì)面孔選擇性損傷的結(jié)論。第23頁(yè)/共44頁(yè)出現(xiàn)上面結(jié)果可能的原因“Peoplewillhavecomeandgonelongbeforeyoucanidentifythem.Soyouneverdo…Peopleinyourpresencewhodon‘knowofyourblindnesswillbeoffendedatyourfailuretorecognizethem.”(quotedinGauthieret.,1999）所以面孔失認(rèn)癥患者的這種經(jīng)歷可能會(huì)導(dǎo)致他們想盡快完成面孔識(shí)別任務(wù)，而不考慮正確率。但是在物體識(shí)別任務(wù)中就不會(huì)有這種情況。第24頁(yè)/共44頁(yè)面孔失認(rèn)癥的反轉(zhuǎn)病例有報(bào)道面孔失認(rèn)癥反轉(zhuǎn)的案例，患者患有嚴(yán)重的物體失認(rèn)癥，但是卻沒(méi)有明顯的面孔識(shí)別障礙。來(lái)支持第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)即面孔知覺(jué)和物體知覺(jué)的分離。一個(gè)非常顯著的患者CK，讓CK觀看這幅畫(huà)，他能說(shuō)出這幅畫(huà)的的顏色和形狀，但是卻不能把這些感覺(jué)元素整合起來(lái)。但是當(dāng)這幅畫(huà)反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)他能迅速知覺(jué)出面孔圖片。（GiuseppeArcimbalod)第25頁(yè)/共44頁(yè)面孔知覺(jué)和物體知覺(jué)任務(wù)差異CK病例的發(fā)現(xiàn)是對(duì)第二條標(biāo)準(zhǔn)的有力支持，但是當(dāng)我們考慮到我們使用的典型的面孔識(shí)別任務(wù)和物體識(shí)別任務(wù)時(shí)，一個(gè)新的問(wèn)題出現(xiàn)了。

面孔知覺(jué)任務(wù)：刺激材料都來(lái)自同一類，要求對(duì)同類刺激間差異判斷。物體識(shí)別任務(wù)：刺激材料都是來(lái)自不同類，要求對(duì)不同類刺激之間差異判斷第26頁(yè)/共44頁(yè)所以上面這些病例可能并不是選擇性面孔知覺(jué)缺陷導(dǎo)致的，而僅僅是兩種任務(wù)差異導(dǎo)致的一個(gè)一般知覺(jué)問(wèn)題，面孔知覺(jué)任務(wù)更多需要細(xì)節(jié)分辨能力，而物體知覺(jué)不需要這樣的細(xì)節(jié)分辨。對(duì)兩種任務(wù)差異是否導(dǎo)致選擇性面孔知覺(jué)缺陷的實(shí)驗(yàn)研究研究者（McNeilandWarrington,1993）做了這樣的實(shí)驗(yàn)，一位由于腦損傷而導(dǎo)致面孔失認(rèn)癥的病人后來(lái)成為牧羊人。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲C實(shí)這位患者是否缺乏細(xì)節(jié)辨別能力。實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)任務(wù)（1）讓被試做面孔知覺(jué)任務(wù)，從幾張面孔圖片中找出他熟悉的圖片。（2）讓被試做羊的知覺(jué)任務(wù)，從幾張羊的圖片中挑出屬于自己牧場(chǎng)羊的圖片。第27頁(yè)/共44頁(yè)第28頁(yè)/共44頁(yè)結(jié)果：被試在面孔知覺(jué)任務(wù)上處于隨機(jī)水平，相反他能夠很好的完成對(duì)羊的知覺(jué)任務(wù)，他能夠挑出屬于他牧場(chǎng)羊的圖片。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)再認(rèn)記憶測(cè)試，old-new范式，先給分別被試呈現(xiàn)以系列的面孔圖片或羊的圖片，然后將學(xué)過(guò)的圖片和新圖片混合，讓被試挑出學(xué)過(guò)的圖片。結(jié)果：在知覺(jué)記憶再認(rèn)任務(wù)上失認(rèn)癥患者仍處于隨機(jī)水平，控制組幾乎全部正確。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)證明面孔失認(rèn)癥并不是兩種任務(wù)差異導(dǎo)致的，因?yàn)槊婵资дJ(rèn)癥患者的細(xì)節(jié)分辨能力并沒(méi)有受到損傷。第29頁(yè)/共44頁(yè)Farah(1994)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)同樣能證明面孔失認(rèn)癥不是由于兩種任務(wù)差異引起的。她的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了面孔知覺(jué)和物體知覺(jué)加工表征的過(guò)程并不相同。不同眼鏡圖片刺激材料都是同一類內(nèi)差異的判斷不同的面孔圖片被試（二個(gè)組）：LH在一場(chǎng)車禍中大腦受到損傷導(dǎo)致面孔失認(rèn)癥，

控制組正常被試。第30頁(yè)/共44頁(yè)實(shí)驗(yàn)范式：old-new實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

faceglasses

LH64%63%

control85%69%第31頁(yè)/共44頁(yè)倒置效應(yīng)（faceinverteffect）第32頁(yè)/共44頁(yè)倒置效應(yīng)常被用來(lái)支持面孔知覺(jué)是特殊的加工系統(tǒng)。當(dāng)面孔刺激是正置的我們能夠很容易的識(shí)別，但是當(dāng)面孔刺激是倒置的我們識(shí)別起來(lái)就相當(dāng)困難。這可能是因?yàn)樽R(shí)別倒置面孔和識(shí)別正立面孔的腦區(qū)不同。倒置的面孔由一般的物體知覺(jué)系統(tǒng)來(lái)加工，因而避免了面孔特異性的加工過(guò)程。這種觀點(diǎn)得到了一些證據(jù)的支持。例如，物體失認(rèn)病人CK，雖然能正常識(shí)別正立面孔，但倒置面孔的識(shí)別受損。這說(shuō)明倒置的面孔可能由物體加工機(jī)制負(fù)責(zé)，而物體失認(rèn)病人受損的物體加工機(jī)制，導(dǎo)致病人識(shí)別倒置面孔時(shí)成績(jī)較差。第33頁(yè)/共44頁(yè)fMRI研究顯示，倒置的面孔雖然沒(méi)有讓FFA的反應(yīng)消失，但引起了參與一般物體知覺(jué)的皮層區(qū)的較大反應(yīng)。這說(shuō)明，盡管面孔特異性加工過(guò)程繼續(xù)對(duì)倒置的面孔起作用，但是，倒置的面孔更多的是與物體識(shí)別腦區(qū)有關(guān)。不僅只有人類會(huì)有倒置效應(yīng)，黑猩猩也發(fā)現(xiàn)了倒置效應(yīng)，它們能夠更快的識(shí)別其它正置的黑猩猩臉（Parretal.,1998）。有趣的是它們對(duì)其它靈長(zhǎng)類動(dòng)物的臉如僧帽猴，無(wú)生命的物體，或汽車都沒(méi)有倒置效應(yīng)。第34頁(yè)/共44頁(yè)第三條標(biāo)準(zhǔn)：信息處理方式—整體與局部加工在倒置效應(yīng)中我們發(fā)現(xiàn)，加工正置面孔和加工倒置面孔加工的信息是不同的，比如當(dāng)我們看倒置面孔的時(shí)候一般使用局部加工（analysis-by-parts）。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)同正立的刺激相比，面孔失認(rèn)病人LH對(duì)倒置面孔識(shí)別率為（72%）對(duì)正置面孔識(shí)別率為（58%），控制組分別為（82%）和（94%）有研究者認(rèn)為，LH能可靠地匹配倒置刺激，但不能匹配正立刺激的事實(shí)，說(shuō)明LH基于部分的加工通路完好。但是，當(dāng)面對(duì)正立的刺激時(shí)，基于整體的加工通路會(huì)對(duì)基于部分的加工通路造成干擾。倒置的刺激不存在這種干擾，所以識(shí)別得好。第35頁(yè)/共44頁(yè)對(duì)正常人的研究也說(shuō)明面孔知覺(jué)并不是簡(jiǎn)單的對(duì)一系列個(gè)體特征的表征。研究者（TanakaandFarah，1993）的一項(xiàng)研究實(shí)驗(yàn)刺激材料分為面孔圖片和房屋圖片，每種圖片都由部分組成，比如面面孔圖片由眼睛，鼻子和嘴組成，房子由門，臥室窗子等。第36頁(yè)/共44頁(yè)實(shí)驗(yàn)程序?qū)W習(xí)階段：讓被試看面孔或房子圖片，同時(shí)學(xué)習(xí)相對(duì)應(yīng)的名字。面孔圖片被試被要求記住名字和相對(duì)應(yīng)的圖片，比如Larry有一雙圓圓的眼睛，一個(gè)尖尖的鼻子，還有一張小嘴。對(duì)于房子被試被告知記住誰(shuí)住在這個(gè)屋子里，比如Larry住的房子有一扇三格的門，客廳有百葉窗，臥室有一扇圓窗。第37頁(yè)/共44頁(yè)再認(rèn)記憶測(cè)試階段

比如向被試呈現(xiàn)一張鼻子的圖片，問(wèn)被試這是否是Larry的鼻子

再認(rèn)刺激單獨(dú)呈現(xiàn)（如單獨(dú)呈現(xiàn)鼻子）操縱變量（兩種條件）