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你我眼中的生物运动缘何不同

——心理所发现基因调控知觉偏向性的个体差异
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 

  第一眼看到下面这幅肖像(图1),你瞥见的是与你相视的眼神,抑或侧身思考的女子?视觉歧义性的存在赋予了知觉丰富的可能,如何解决这些歧义决定了世界在不同人眼中的模样。也许你会说视觉歧义皆来自于艺术家的杜撰,但事实并非如此。视觉系统的工作方式决定了对歧义的解读贯穿视知觉的始终——所有投射至视网膜的二维图像终须被还原为三维的知觉表征,而二者之间常常缺少唯一的对应关系。 


1 毕加索画作《朵拉·玛尔的肖像 

  前人研究发现,人们对两可刺激——因歧义性而产生两种可能解释的视觉信息——具有特定的知觉偏向性。换言之,相同的两可刺激被知觉为AB的比例因人而异,但对个体而言这种偏向性相对稳定,可视为一种个体特质。差别化的知觉偏向性,或者说视觉歧义的解决过程体现了高级视觉加工的个体差异。这种差异由何决定?它得益于视觉系统对环境信息的统计学习,还是受控于个体间的遗传学差异? 

  在近期发表于《Psychological Science》的一项工作中,心理所脑与认知科学国家重点实验室蒋毅研究组的王莹等研究人员对上述问题进行了探索,并首次提供了知觉偏向性个体差异具有遗传学基础的证据。研究者选取了最常见的一种视觉歧义解决现象,即上文提及的三维知觉作为切入点,借助行为遗传学的方法考察了与解决三维歧义相关的知觉偏向性的可遗传性。实验中观察者观看不提供明确深度线索的光点生物运动材料,他们对生物运动三维朝向的知觉有两种可能,即朝向自己或是背离自己(图2)。观察者在反复观看两可生物运动刺激过程中知觉到某个特定朝向的比例,可作为测量个体知觉偏向性的指标。82对同卵双生子及78对异卵双生子(共计360人)参与了这项研究。根据行为遗传学的理论,同卵双生子共享的基因(近似100%)高于异卵双生子(约50%),而二者所受成长环境的影响类似,因此如果与异卵双生子相比,同卵双生子之间就某个特质表现出更高的相似度,则说明基因对该特质具有调控作用。使用遗传学模型对行为数据进行拟合,可以量化遗传因素、共同环境因素以及独特环境因素对所测量的特质在个体间变异的解释量,从而进一步计算出该特质的遗传率。遵循以上方法,研究者发现,两可生物运动的知觉偏向性具有很高的遗传性,基因可以解释53.8%的行为变异(图3a)。 


2 具有视觉歧义性的光点生物运动刺激(中图)及其可能引起的知觉(左图和右图)的静态示意


3 同卵双生子和异卵双生子在不同行为特质上的组内相关(纵向柱状图)及遗传和环境因素的影响(横向柱状图)  

  为了进一步考察上述发现的特性,在后续实验中,研究者采用了另一种为人们所熟悉、但不具有生物社会意义的两可运动材料,即旋转的光点球,用同样的范式检验了基因和环境对知觉偏向性的影响。有意思的是,实验结果表明对光点球三维运动方向的知觉偏向性完全由环境决定,并且这一结果与被试的选取无关,分析同一批被试对生物运动三维运动方向的知觉偏向性得到了与实验一类似的结果(图3b)。 

  在最后一个实验中,研究者使用不同的实验范式再次验证了基因对两可生物运动三维朝向知觉的影响。与第一个实验的短暂呈现不同,该实验使用连续呈现的生物运动刺激。两可知觉的一个特性是,当观察者持续观看一个刺激,知觉会在两种可能的解释之间转换,而触发第一次反转和触发之后的反转相比通常需要更长的时间,可能与视觉歧义的解决过程有关。在这个实验中,研究者记录了观察者第一次知觉到生物运动刺激的三维朝向到第一次发生知觉反转所经历的时间,并将其作为另一个考察视觉歧义解决过程的指标。行为遗传学分析显示,人们对两可生物运动刺激的首个知觉的保持时间也具有可遗传性,遗传率为26.1%(图3c)。 

  一百个读者心中有一百个哈姆雷特,这句话诠释了人们对认知过程中个体差异的深刻认识。而被认为相对确定且同质的视知觉加工在正常人群中的个体差异,则常常被研究者忽略。是什么让我们眼中的世界不尽相同?人们为何对不同的两可刺激表现出各异却稳定的知觉偏向?当前研究发现,对具有歧义的三维运动信息的知觉偏向是一种较为稳定的个体特质,并且基因对个体知觉生物运动三维朝向信息偏向性的差异起了重要作用。这一结果促使我们对以往的主流观点,即知觉偏向性主要源自于个体的知觉经验进行反思。人们如何解决不具备进化意义的视觉歧义取决于个体所暴露的环境,而对于生物社会性刺激,比如生物运动,引导知觉的先验信息很大程度上已经通过基因编码在了我们的大脑中。 

  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., Wang, L., Xu, Q., Liu, D., & Jiang, Y. (2014). Domain-specific genetic influence on visual-ambiguity resolution. Psychological Science. [link] 

 

 

 

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