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无意识的立体视觉

——心理所发现三维生物运动知觉整合了不可辨别的双眼深度信息
作者: 脑与认知科学国家重点实验室 蒋毅研究组 ║ 日期: 2014/06/26 

  站在奥体公园,你为鸟巢复杂而精巧的立体结构由衷赞叹。球场上,你挥拍准确无误地击向迎面飞来的羽毛球。用双眼感知立体空间和三维物体似乎是再自然不过的事,然而对于视觉科学家来说,阐明其中的机制不啻为一个难题。 

  立体视觉的复杂性很大程度上源于物理世界的第三个维度被压缩在没有纵深的视网膜上,而视觉系统需要依赖深度线索实现二维信息的三维重建。双眼视差是一种天然而强有力的深度线索。成人的双眼间隔大约60mm的水平距离,因此同一光源在双眼视网膜上呈像的位置总是存在着细微的差别。通常情况下,视觉系统可以利用这种差别准确地计算深度信息并获得相应的立体知觉。而现实中,对熟悉的三维物体的知觉还受到自上而下的调控,甚至出现戏剧性的深度知觉反转效应。最有名的例子莫过于“空心面具错觉”:当观察一个空心面具的背面,大多人会将实际上凹陷的、非正常的脸知觉为突出的、正常的脸,即出现立体知觉和物理刺激的显著分离。 

  在深度知觉反转现象中,观察者无法辨别由双眼视差提供的明确的三维朝向信息,比如呈现的是面具正面还是反面。然而根据以往研究结果,即使在物理深度信息不可觉察的情况下,位于初级视皮层的双眼神经元仍会对双眼视差进行加工,所得到的信号可以调控无意识的眼动。重要而未知的问题是,这些意识下的双眼深度信息能否参与较高级水平的视觉加工?尤其是,它们能否对三维物体知觉产生影响? 

  在近期发表的一项研究中,心理所脑与认知科学国家重点实验室的王莹助理研究员和蒋毅研究员对上述问题进行了考察,并发现了意识下的双眼深度信息自动影响三维物体视觉加工的证据。研究者采用双眼分视的方法在观察者的左右两眼呈现具有一定视差的光点生物运动序列(图1A),从而使得视觉刺激具有明确的三维朝向,即在一半的情况下面朝观察者,另一半情况下背对观察者。前人发现,普通人群对生物运动的三维朝向具有“面朝观察者偏向”,然而这种知觉偏向性存在很大的个体差异(参见报道:你我眼中的生物运动缘何不同)。利用这种差异,研究者筛选了两组人群,控制组可以准确知觉两种条件下生物运动的三维朝向,而实验组由于存在太强的偏向性总是将背对自己的生物运动也知觉为朝向自己,即发生深度知觉反转,且无法意识两种朝向刺激的差异,虽然他们的深度知觉本身并无异常(图1B, 1C)。对于实验组来说,由双眼视差线索提供的生物运动三维朝向信息是无法辨别的,因而如果他们对生物运动的知觉——在与深度无关的方面——仍然受到这些信息的影响,且效果与控制组类似,则说明三维生物运动的视觉加工自动整合了双眼深度信息,并且这个过程与意识上的立体知觉无关。 


1 三维生物运动序列的双眼分视呈现(A)及两组观察者的知觉(B, C 

  为检验上述假设,研究者设计了两个与三维朝向判断无关的生物运动知觉任务。二维行走方向辨别任务要求观察者迫选生物运动的行走方向相对于屏幕法线是略微偏左还是略微偏右(图2A),探测任务要求观察者判断运动的噪音点中是否包含一个正立的生物运动刺激(图3A)。两个任务的结果一致发现,不论是实验组还是控制组,对面朝自己的生物运动的知觉均优于对背对自己的刺激的知觉,且实验组的效应并不比控制组小(图2B,3B)。因此,双眼视差提供的三维朝向信息被自动用于三维生物运动的知觉加工,且这一过程与观察者对双眼深度信息的主观意识无关。 


2 生物运动二维行走方向辨别任务示意图A)及结果(B 


3 生物运动探测任务实验材料示意图(A,实验中不显示蓝线)及结果(B 

  这项研究表明,双眼深度信息对视知觉的贡献和它所引起的意识层面的立体视觉表征是可以相互分离的。具体地说,不能辨别的双眼视差线索仍然可以自动调节三维物体知觉,而且这种作用可以发生在相对高级的视觉加工阶段,而不局限于前人报告的对无意识眼动的控制。以生物运动加工为例,相应的过程可能发生在形状、运动以及深度相互整合的颞叶脑区。另外值得注意的是,该研究发现的与生物运动三维朝向相关的知觉不对称性可能与生物运动信息的社会性意义有关。虽然以往的立体视觉研究大多使用无意义和不熟悉的人工刺激,引入生物运动或类似的有生态效度的材料将有助于研究者在未来考察双眼视差线索和其他深度线索的视觉整合,以及阐明自上而下和自下而上的加工机制在立体视觉中的交互方式。 

  该研究得到国家重点基础研究发展计划(2011CB711000)、科技部科技支撑计划项目(2012BAI36B00)、中科院战略性先导专项(XDB02010003)及国家自然科学基金(31100733 , 31070903)资助。 

论文信息: 

Wang, Y., & Jiang, Y. (2014).Integration of 3D structure from disparity into biological motion perception independent of depth awareness. PLoS ONE, 9(2), e89238. [link] 

 

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