特征關聯的類別間面孔適應*

2014-02-02 07:03:59江程銘焦長勇董華華左伍衡胡鳳培

心理學報 2014年8期

關鍵詞：實驗

江程銘焦長勇董華華左伍衡徐蓮胡鳳培

(1浙江工業大學經貿管理學院, 腦與管理科學研究中心, 杭州 310023)

(2浙江工業大學教育科學與技術學院, 杭州 310023) (3浙江理工大學心理學系, 杭州 310018)

1 引言

視覺適應指的是視覺系統根據當前刺激輸入的重復, 持續地重新校正對隨后呈現的刺激的加工敏感性。視覺適應的一個主要知覺結果通常是使得對隨后呈現的視覺物體的知覺產生偏向, 即知覺后效。比如傾斜后效：觀察一條順時針傾斜線大約1 min后, 再看一條垂直線, 這條垂直線似乎向逆時針方向傾斜了(Gibson & Radner, 1937)。研究者很早之前就發現了這種低水平的視覺適應(Anstis,Verstraten, & Matheret, 1988; Clifford, 2002; Durgin& Proffitt, 1996; Frisby, 1979), 并且發現幾乎所有簡單感覺屬性的適應都能產生后效, 如對比度(Ross, Speed, & Morgan, 1993)、方向(Gibson &Radner, 1937)、空間頻率(Blakemore & Campbell,1969)、色調(Webster & Mollon, 1991)、運動方向(Levinson & Sekuler, 1976)和速度(Goldstein,1957)。視覺后效為研究特定視覺屬性的加工機制提供了至關重要的信息。

但是, 適應不僅僅影響低水平視覺, 也會影響高水平視覺。類似于低水平視覺特征適應產生的后效, 長時間暴露于一個復雜的物體(如面孔或車)將導致形狀選擇的視覺后效(Fang & He, 2005; K?hler& Wallach, 1944; Leopold, O’Toole, Vetter, & Blanz,2001; Webster, Kaping, Mizokami, & Duhamel, 2004;Webster & MacLin, 1999)。比如, 對面孔后效的研究發現了一系列的適應現象(Anderson & Wilson,2005; Rhodes, Jeffery, Watson, Clifford, & Nakayama,2003; Zhao & Chubb, 2001)：對一個擴大的面孔的適應使得對隨后呈現的正常面孔認知產生了收縮(Webster & Maclin, 1999); 對面孔一側視角的適應使得對隨后呈現的面孔的方向知覺偏向于先前適應面孔的相反方向 (Bi, Su, Chen, & Fang, 2009;Fang & He, 2005; Fang, Ijichi, & He, 2007; Ryu &Chaudhuri, 2006)。面孔后效并不局限于形狀等物理屬性的知覺, 也表現于其它的生物和社會屬性, 比如性別、身份、種族、表情和吸引力(Leopold et al.,2001; Ng, Ciaramitaro, Anstis, Boynton, & Fine,2006; Rhodes et al., 2003; Webster et al., 2004;Webster & Maclin, 1999)。這些后效證明了適應之后在類別邊界上有一個知覺轉變, 也表明在視覺加工更高時期的神經加工(包含更大接收領域的神經元以及對面孔復雜形狀信息的選擇)也可能適應。

近年來神經科學研究使得人們對適應神經機制的理解有了實質性的進展。適應的神經機制是指一個刺激的重復呈現降低了神經反應(Brown &Xiang, 1998; Desimone, 1996), 導致了在皮層加工早期階段的低水平視覺的神經元選擇性脫敏(Carandini & Ferster, 1997; Dragoi, Turcu, & Sur,2000; Movshon & Lennie, 1979; Petersen, Baker, &Allman, 1985)。fMRI研究認為適應已經成為探測基礎神經激活表征的一種有效工具?！癴MRI適應”實驗中, 測試刺激與適應刺激是不同的。在單個給定的維度上(如視角, 位置)相同刺激重復呈現后,血液動力(BOLD)的反應降低了。采用 ERP、MEG等方法的研究發現, 面孔適應后N170、VPP、N250等ERP成分和M170等MEG成分的振幅顯著降低且潛伏期顯著增加(Caharel, d'Arripe, Ramon,Jacques, & Rossion, 2009; Harris & Nakayama, 2007,2008; Kovács, Zimmer, Harza, Antal, & Vidnyánszky,2005; Kovács, Zimmer, Bankó, Harza, Antal, &Vidnyánszky, 2006; Kovács, Zimmer, Harza, &Vidnyánszky, 2007; Kovács, Cziraki, Vidnyánszky,Schweinberger, & Greenlee, 2008)。

以往大部分研究都認為僅當適應刺激是面孔時才能使測試面孔產生適應。當適應刺激和測試刺激不屬于同一類別時(如適應刺激是房子、人手和動物等), 不存在顯著的面孔適應后效, 即面孔適應是類別選擇性的。Fang和He (2005)報告了在視角辨別范式中, 物體類別之間(如面孔、車和線狀物)在視角后效上沒有產生適應。Harris和 Nalayama(2007, 2008)研究了面孔選擇性適應。研究以房子為控制條件, 用雙脈沖范式研究了在M170上的面孔適應。結果發現當適應刺激為房子時, 測試面孔不發生顯著的 M170適應。Kovács等人(2006)以人手為適應刺激研究是否存在類別間面孔適應。結果表明：在知覺水平和神經水平上的適應都是類別特定的。綜上, 以往大部分研究報告了不存在類別間的面孔適應, 認為適應僅發生于與特定視覺類別相聯系的特定形狀信息的感覺加工水平上; 即面孔適應僅是對面孔形狀信息的感覺適應。但是, 這些研究中適應刺激和測試刺激不存在與任務相關的某種關聯屬性, 比如房子或人手與面孔沒有顯著的關聯屬性(Harris & Nakayama, 2007, 2008; Kovács et al., 2006)。因而有可能是因為關聯屬性的缺乏才導致沒有發生類別間后效。

近期一些研究的確發現了類別間適應, 反駁了適應僅發生于特定視覺類別內特定形狀信息的感覺加工水平。Fox和Barton (2007)研究了面孔的情緒適應, 結果表明非面孔視覺信息(如帶情緒的狗的圖片)產生了邊緣顯著的視覺后效。Hills, Elward和Lewis(2010)以面孔、名字、聲音、語義信息(包括特定的角色、職業和民族)、相關聯的人、想象和漫畫作為適應刺激, 發現除了職業, 其他形式的刺激都引起了面孔適應。Ghuman, McDaniel和Martin (2010)研究了非面孔刺激適應的面孔后效, 他們以不帶頭的身體作為適應刺激, 發現了顯著的身份后效和性別后效。這些結果顯示了當被適應的性質或特征能被自動推斷時, 高水平知覺適應是能夠發生的。

因而, 面孔適應不僅僅是形狀選擇性適應, 而且有可能發生于特征關聯的意義加工水平上：即適應也能發生于在任務相關的特征上有內在關聯的兩個不同類別的物體間。本研究通過3個實驗對“面孔適應能否發生在性別辨別任務上有關聯的兩個不同類別的物體間”這一問題進行檢驗：實驗 1以帶有明顯性別傾向的物品圖片作為適應刺激, 以行為后效和電生理后效作為類別間適應的指標, 考察了不同時程的類別間面孔適應。為了驗證“性別”這一關聯特征的意義加工是類別間面孔適應的內在機制, 實驗2以帶有明顯性別傾向的物品圖片、相應的物品名稱以及性別文字(“男性”、“女性”)作為適應刺激研究類別間面孔適應, 從而評估“性別”這一特征在類別間面孔適應中所起的作用。實驗3通過操作適應刺激上的注意負荷(高負荷、低負荷和無負荷), 來探究適應刺激的意識覺知是否影響類別間面孔適應。

2 實驗1

2.1 實驗目的

實驗1以帶有明顯性別傾向的物品圖片作為適應刺激, 將行為后效和電生理后效作為類別間適應的指標, 考察了不同時程的類別間面孔適應。

2.2 被試

某大學本科生12名(男女各6名), 視力或矯正視力正常, 無神經疾病史, 不在用藥期, 無類似實驗經歷。實驗結束后被試獲得少量報酬。

2.3 材料

面孔刺激是7男7女的灰度全臉圖像。面孔沒有明顯的性別特征(如頭發、珠寶、眼鏡和化妝等)。面孔被嵌在橢圓框中, 從而消除了外部輪廓。男性和女性的異性面孔兩兩組成7個序列, 通過morph軟件進行morphing。每個序列創造了20張面孔, 沿著女?男漸變。我們選擇了來自每個morph系列的13個圖像(含女性比例從 20%到 80%, 間隔比例為 5%)用做實驗中的測試刺激, 因而總共有91個測試刺激。我們用具有明顯性別傾向的物品圖片作為適應刺激。適應刺激選取程序如下：在本研究前, 我們選取了男性和女性傾向的物品圖片各20個, 由不在本研究內的20個被試從中選擇最具代表性的男女物品圖片各8張。我們繼續從這各8張圖面中選取了被所有被試都選擇的5張男性物品圖片(肌肉、NBA籃球、領帶、剃須刀和手槍)和5張女性物品圖片(文胸、長卷發、唇膏、高跟鞋和裙子)作為適應刺激。

2.4 程序

刺激呈現在統一白色背景的中央。適應刺激有8 種呈現時間(0 ms、50 ms、100 ms、200 ms、400 ms、800 ms、1600 ms和3200 ms), 每種時間條件為1個block, 因而共有8個blocks。0 ms條件不呈現適應刺激, 而僅要求被試對morph序列進行性別判斷; 即為基線水平。在每個block內91個測試刺激分別與男性(5張圖片隨機)和女性物品圖片(5張圖片隨機)各配對一次, 因而每個block有182個trials(0 ms呈現條件下, 適應刺激即男性和女性物品圖片都不出現, 91個測試刺激每個都呈現兩次); 整個實驗共有1456個trials。實驗中, 適應刺激隨機呈現。blocks順序在被試間隨機平衡。在被試完成4個blocks后, 休息約15 min后繼續下面的實驗?？偣睧RP記錄時間為60～70 min。

被試在燈光較暗的房間測試, 被要求克制運動和眨眼。實驗前沒有練習, 主試在確保被試充分了解實驗任務后開始實驗。被試按照指示注視屏幕中央小點, 然后通過按鍵盤上的“1和 2”鍵進行二選一的迫選性別辨別任務：知覺面孔為女性時按 1,男性時按2。一個trial的流程見圖1。在每個trial中, 適應刺激呈現50～3200 ms, 接著是200 ms空屏, 然后測試面孔呈現200 ms后, 被試進行反應。

2.5 行為數據分析

行為數據中適應效應(即后效)主要使用了 3個指標 (Kovács et al., 2006, 2007; Afraz &Cavanagh, 2009; Webster et al., 2004; Zhao &Chubb, 2001)：(1)平均知覺中點的變化。兩個morphed的面孔可以用兩者之間的分類知覺來描述。兩者的分類中間點是被試知覺morph圖片的女性比例和男性比例相等點(知覺刺激相等點,Point of Subjective Equality, PSE)。本研究采用適應前和適應后知覺中點的變化作為適應大小的衡量指標之一。在性別morph序列中, PSE與性別閾限是等價的。因此, 適應條件和無適應條件相比平均知覺中點的變化就是適應的證據。PSE用心理物理學方法計算。(2)閾限差異。我們分別計算在男性和女性物品圖片適應條件下將測試刺激判斷為女性的反應比例。兩個值相減即為閾限差異,表現了特定適應條件下后效的大小。(3)各 morph比例上的判斷趨勢。即當適應條件相比于基線條件(無適應刺激), 在更女性的面孔上判斷為女性的比例降低且在更男性的面孔上判斷為男性的比例也降低時, 適應效應發生了。

圖1 實驗1中一個trial的流程

2.6 ERP分析

ERP分析包括3種主要成分的振幅和潛伏期：(1) P100, 定義為90～120 ms上的一個主要正偏向;(2) N170負波成分在140～200 ms上測量。P100和N170成分采集于頂葉和枕葉位置, 相應于P7, P8,O1和O2電極位置。電極位置基于先前面孔適應的研究進行選擇(Eimer, 2000; Rossion et al., 2000)。我們對每個被試和每種條件 ERP波形疊加平均后,用±30 ms的窗口測量單個波峰振幅, 以主要平均波的最大值為中心; 在波峰振幅位置測量 ERP成分的潛伏期。適應效應的大小通過比較適應條件和控制條件的ERP反應來決定。振幅和潛伏期值都以適應刺激呈現時間為因素進行重復測量方差分析。

2.7 結果

2.7.1 行為結果

(1)平均知覺中點的變化

男性和女性適應物條件以及無適應基線條件的平均PSE呈現在圖2中。圖3表明了各個呈現時間條件下平均知覺中點變化。圖2和圖3表明對具有性別傾向的物品圖片適應后, 知覺中點偏向了與適應物品性別相反的方向。我們對各個適應刺激呈現時間條件的平均知覺點與無適應的基線水平的平均知覺點分別進行配對樣本

檢驗。除了50 ms女性適應物品條件(F 50 ms), 其他所有呈現時間的知覺中點與基線水平的知覺中點都有顯著差異, 女性適應物品的平均知覺中點顯著小于基線(F 50 ms：

(11)=?0.73,

= 0.476

= 0.29; F 100 ms：

(11)= ?6.62,

< 0.01,

= 2.46; F 200 ms：

(11)=?23.17,

< 0.01,

= 7.68; F 400 ms：

(11)=?34.15,

< 0.01,

= 14.06; F 800 ms：

(11)=?17.89,

< 0.01,

=8.46; F 1600 ms：

(11)=?9.23,

< 0.01,

= 4.59; F 3200 ms：

(11)=?2.61,

< 0.01,

= 1.13), 男性適應物品的平均知覺中點顯著大于基線(M 50 ms：

(11)=4.90,

< 0.01,

= 1.64; M 100 ms：

(11) =5.27,

< 0.01,

= 1.87; M 200 ms：

(11)=23.46,

<0.01,

= 11.29; M 400 ms：

(11)=40.91,

< 0.01,

= 16.83; M 800 ms：

(11)=28.49,

< 0.01,

= 9.67;M 1600 ms：

(11)=26.17,

< 0.01,

= 6.86; M 50 ms：

(11)=5.27,

< 0.01,

= 2.14)。我們以各個呈現時間為自變量, 以PSE為因變量, 進行重復測量方差分析發現呈現時間主效應顯著：

(6,11) =100.15,

< 0.01,

=0.90。對每個呈現時間之間的兩兩事后檢驗表明：50 ms和3200 ms、100 ms和1600 ms、200 ms和800 ms之間差異不顯著, 其余兩兩比較都顯著(

< 0.01)。適應刺激各個呈現時間上的類別間適應的后效大?。?00 ms時后效最大,其次是200 ms和800 ms, 再次是100 ms和1600 ms,最后是50 ms和3200 ms。

(2)判斷為女性比例的閾限差異

圖2 各個呈現時間的男女適應物的平均知覺中點(誤差棒為平均數的95%置信區間)

圖3 各個呈現時間上的適應效應(誤差棒為平均數的95%置信區間)

圖4 各個呈現時間上的適應效應(誤差棒為平均數的95%置信區間)

判斷為女性比例的閾限差異呈現在圖4中。我們以適應時間為自變量, 以閾限差異為因變量進行重復測量方差分析, 發現適應時間主效應差異顯著：

(6,11)=116.54,

< 0.01,

= 0.91。各個適應時間之間兩兩配對比較顯示：僅200 ms和800 ms之間差異不顯著, 其余兩兩差異均顯著(

< 0.01)。

(3)各morph比例上的判斷趨勢

適應條件相比于基線條件(無適應刺激), 在更女性的面孔上判斷為女性的比例降低了, 在更男性的面孔上判斷為男性的比例也降低了(如圖 5)。圖6A和6B將男女適應物品分離出來考察適應, 當適應刺激特征為女性時, 適應條件比基線條件在將面孔判斷為女性的比例上顯著降低了, 即女性物品適應條件下將面孔知覺為更男性; 當適應刺激特征為男性時, 適應條件比基線條件在將面孔判斷為女性的比例上顯著提高了, 即男性物品適應條件下將面孔知覺為更女性。

2.7.2 ERP相關的面孔適應

面孔測試刺激引起了清晰可辨別的 P100 (在90～120 ms時間段上測得)和N170 (來自O1, O2和P7,P8電極, 在140～200 ms時間段上測得)。圖7為各適應刺激呈現時間下的測試刺激平均波形, 除50 ms之外其他呈現時間條件下均產生了類別間面孔適應效應, 即適應條件比基線條件下測試面孔的 P100振幅增大且N170振幅減小。各呈現時間的適應效應大小呈倒U型, 即400 ms條件下ERP上的適應效應最大。

我們以適應時間為自變量, 以 N170振幅為因變量進行重復測量方差分析, 發現適應時間主效應顯著：

(7,11)=18.45,

< 0.01,

= 0.63。適應刺激各個呈現時間上的振幅在 400 ms時振幅最大,其次是200 ms, 800 ms, 再次是100 ms, 400 ms, 最后是3200 ms, 50 ms。我們以適應時間為自變量, P100振幅為因變量進行重復測量方差分析, 發現適應時間主效應顯著：

(7,11)=156.91,

< 0.01,

= 0.93。適應刺激各個呈現時間上的測試面孔振幅：400 ms時振幅最大, 其次是200 ms, 800 ms, 再次是100 ms, 400 ms,最后是3200 ms, 50 ms。

2.8 討論

圖5 morph水平上的適應效應

圖6(A) 適應刺激為女性物品時morph水平上的適應效應

圖6(B) 適應刺激為男性物品時morph水平上的適應效應

圖7 各呈現時間條件下, 在O1、O2、P7、P8位置上記錄的測試面孔?200～600 ms之間呈現的平均ERPs

實驗1以帶有明顯性別傾向的物品圖片作為適應刺激, 考察了適應刺激不同呈現時間下的類別間面孔適應效應。行為分析和 ERP分析的結果表明呈現時間大于 50 ms時均存在類別間面孔適應效應。類別間適應的原因可推測為適應刺激和測試刺激在“性別”這一特征上存在關聯。被試對物品圖片中的“性別”這一特征產生了適應, 從而在隨后呈現的測試刺激上產生了知覺偏向, 即帶有性別傾向的物體使得被試適應了性別這一一般的、抽象的表征,使得對隨后呈現面孔的性別辨別朝向了與適應刺激的性別相反的方向。實驗2中將驗證這一假設。

行為分析和 ERP分析的結果表明適應物品呈現時間在100～3200 ms之間時, 測試面孔上產生的適應效應的大小分布呈倒U型, 在呈現時間為400 ms時適應效應最大。經典面孔適應研究表明適應效應的大小依賴于適應刺激和測試刺激的呈現持續時間(Leopold, Rhodes, Müller, & Jeffery, 2005),適應刺激呈現時間長相比于短產生了更大的適應效應。Oruc和Barton (2010)考察了適應刺激呈現時間對測試刺激辨別閾限的影響, 結果表明當適應刺激與測試刺激一致(即為相同面孔), 適應刺激呈現時間在10～800 ms之間時, 適應降低了測試刺激的辨別閾限(促進作用); 適應刺激呈現時間在1600～6400之間時, 適應提高了測試刺激的辨別閾限(抑制作用)。本研究中, 適應刺激呈現時間也影響了類別間適應效應的大小。

3 實驗2

3.1 實驗目的

實驗1證明了存在類別間面孔適應。類別間適應的原因可推測為適應刺激和測試刺激在“性別”這一特征上存在關聯。為了證明類別間適應的潛在機制, 在實驗 2中, 我們以帶有性別傾向的物品圖片、相應的物品名稱和性別文字(“男性”、“女性”)作為適應刺激, 來探究“性別”這一關聯特征的適應能否普遍產生類別間面孔適應。

3.2 被試

某大學本科生12名(男女各6名), 視力或矯正視力正常, 無神經疾病史, 不在用藥期, 無類似實驗經歷。實驗結束后被試獲得少量報酬。

3.3 材料

用作測試刺激的面孔圖片與實驗1是相同的。實驗2中的適應刺激有3種類別：具有性別傾向的物品圖片, 圖片對應的名稱和性別文字。在所有圖像規格都一致, 大小為300×370像素。

3.4 程序

實驗程序與實驗1大致相同。適應刺激呈現時間選取了實驗1中適應效應最強烈的時程—— 400 ms。適應刺激的3種類型(圖片、名稱和性別文字)被分離成不同的blocks。在各個block內91個測試刺激分別與男性和女性物品圖片(按男女類別在類別內隨機呈現)或相應男女性物品名稱(按男女類別在類別內隨機呈現)或性別文字(“男性”和“女性”)各配對一次, 因而每個block有182個trials; 整個實驗共有546個trials。在實驗中, 適應刺激隨機呈現。blocks順序在被試間隨機?？偣?ERP記錄時間為20～30 min。實驗前沒有練習, 主試在確保被試充分了解實驗任務后開始實驗。實驗 2的行為數據和ERP數據的分析方法同實驗1。

3.5 結果

3.5.1 行為結果

(1)平均知覺中點的變化

適應類別的平均知覺中點及其變化分別呈現在圖8(A)和圖8(B)。我們以適應類別為自變量, 以平均知覺中點的變化為因變量進行重復測量方差分析, 發現適應類別主效應顯著：

(2,11)=344.29,

< 0.05,

= 0.97。事后比較表明兩兩差異顯著：物品圖片適應效應最大, 其次是性別文字, 最后是物品名稱(

< 0.01)。

圖8(A) 各適應類別的平均知覺中點(誤差棒為平均數的95%置信區間)

圖8(B) 各個適應類別的適應效應(誤差棒為平均數的95%置信區間)

(2)判斷為女性比例的閾限差異

我們以適應時間為自變量, 以閾限差異為因變量進行重復測量方差分析, 發現適應時間主效應差異顯著：

(6,11)=163.98,

< 0.01,

= 0.94。各個適應刺激形式之間兩兩配對比較的差異均顯著(

< 0.01)。以閾限差異為指標的適應效應如圖9所示。

(3)各morph比例上的判斷趨勢

適應條件相比于基線條件(無適應刺激), 在更女性的面孔上判斷為女性的比例降低了, 在更男性的面孔上判斷為男性的比例也降低了(如圖10)。圖11(A)和圖11(B)將男女適應物品分離出來考察：當適應刺激特征為女性時, 適應條件比基線條件將面孔判斷為女性的比例顯著降低了, 即女性物品適應條件下將面孔知覺為更男性; 當適應刺激特征為男性時, 適應條件比基線條件將面孔判斷為女性的比例顯著提高了, 即男性物品適應條件下將面孔知覺為更女性。

圖9 各類適應類別的適應后效 (誤差棒為平均數的95%置信區間)

圖10 morph水平上的適應效應

3.5.2 ERP相關的面孔適應

面孔測試刺激引起了清晰可辨別的 P100 (在90～120 ms時間段上測得)和N170 (來自O1, O2和P7, P8電極, 在140～200 ms時間段上測得)。圖12為各適應刺激類型下的測試刺激平均波形, 3種適應刺激均產生了類別間面孔適應效應, 即適應條件比基線條件下測試面孔的 p100振幅增大且 N170振幅減小。

我們以適應類型(無適應, 物品圖片, 物品名稱和性別文字)為自變量, 以測試面孔N170振幅為因變量進行重復測量方差分析, 發現適應類型主效應顯著：

(3,11)=50.31,

< 0.01,

= 0.82。適應類型兩兩差異比較表明：圖片與性別文字條件下的N170振幅差異不顯著(

=0.692), 其余兩兩差異均顯著(

< 0.01)。我們以適應類型(無適應, 物品圖片, 物品名稱和性別文字)為自變量, 以測試面孔P100振幅為因變量進行重復測量方差分析, 發現適應類型主效應顯著：

(3,11) =11.09,

< 0.01,

= 0.50。適應類型兩兩差異比較表明：物品圖片與性別文字條件下的P100振幅差異不顯著(

=0.511), 其余兩兩差異均顯著(

< 0.01)。

圖11(A) 適應刺激為女性特征的適應效應

圖11(B) 適應刺激為男性特征的適應效應

圖12 各適應刺激類型下, 在O1、O2、P7、P8位置上記錄的測試面孔?200～600 ms之間呈現的平均ERPs

3.6 討論

為了驗證“性別”這一關聯特征的意義加工是類別間面孔適應的內在機制, 實驗2以帶有性別傾向的物品圖片、相應的物品名稱和性別文字作為適應刺激研究類別間面孔適應, 從而評估“性別”這一特征在類別間面孔適應中所起的作用。結果發現帶有性別傾向的物品圖片、相應的物品名稱和性別文字3種適應刺激類型均能產生類別間適應。物品圖片產生的行為及電生理的適應效應最大, 其次是性別文字, 最后是相應的物品名稱。實驗1的討論中,我們推測類別間適應的原因是因為適應刺激和測試刺激在“性別”這一特征上存在關聯。實驗2證明了這一推測：具有性別傾向的物品圖片、相應的物品名稱和性別文字都產生了類別間面孔適應效應。因此可以證明帶有性別傾向的刺激的呈現使得被試適應了性別這一一般的、抽象的表征, 從而對隨后呈現的測試面孔產生了適應效應。

4 實驗3

4.1 實驗目的

實驗1和實驗2證明了適應物體與測試面孔在任務相關的特征上有內在關聯時, 類別間面孔適應能夠發生。為了證明對適應物品的注意是否為產生類別間適應的必要條件, 實驗3通過操作適應刺激上的注意負荷(高負荷、低負荷和無負荷), 探究對適應刺激的意識覺知是否影響類別間面孔適應。

4.2 被試

某大學本科生19名(男13名, 女6名), 視力或矯正視力正常, 無神經疾病史, 不在用藥期, 無類似實驗經歷。被試實驗結束后獲得少量報酬。

4.3 材料

我們選用了實驗1中適應后效最大的男性和女性物品圖片(分別為剃須刀、領帶和文胸、高跟鞋)作為本實驗的適應刺激。適應圖片上的注意負荷的操作通過在圖片上增加字母序列來實現。在高注意負荷條件下, 物品圖片上呈現一系列中心對稱的字符串, 字符串是黑色, 并且字符串由 1個目標字符(X或N)和其他5個隨機順序排列的無關字符組成。被試的任務是判斷字符串包含X或N或兩者都不包含; 在低注意負荷條件下, 字符串是紅色或者綠色, 被試任務是判斷字符串的顏色; 在無注意負荷條件下, 物品圖片上不出現字符串。測試刺激同實驗1。

4.4 程序

刺激呈現在統一白色背景的中央。適應刺激上的注意負荷(高負荷、低負荷和無負荷)被分離成不同的blocks。在每個block內91個測試刺激分別與男性(2張圖片隨機)和女性物品圖片(2張圖片隨機)各配對1次, 因而每個block有182個trials; 整個實驗共有546個trials。在每個trial中, 適應刺激呈現400 ms, 接著是200 ms空屏, 最后測試面孔呈現200 ms后, 被試進行反應。在無負荷條件下, 被試的任務同實驗 1。在負荷條件下, 被試的第一個任務是通過按鍵盤上的“1和 2”鍵進行二選一的迫選性別辨別任務, 當面孔被知覺為女性時按 1, 男性時按 2; 第二個任務根據負荷條件而不同：在高負荷條件下判斷適應圖片上的字符串中包含 N或 X或兩者都不包含(含N按“1”, 含X按“2”, 都不包含按“3”); 在低負荷條件下判斷字符串的顏色(紅色按“1”, 綠色按“2”)。實驗中, 適應刺激隨機呈現。blocks順序在被試間隨機平衡。實驗前沒有練習,主試在確保被試充分了解實驗任務后開始實驗。總共ERP被記錄20～30 min。負荷條件下的一個trial的流程如圖13。

圖13 實驗2中一個trial的流程

4.5 實驗3結果

4.5.1 行為結果

(1)注意負荷操縱的有效性

我們以被試字母搜索任務的反應正確率來衡量注意負荷操縱的有效性。高負荷條件下的平均正確率為76.7% ±8.8%, 低注意負荷條件下的平均正確率為96.5% ±2.4%。對高、低負荷條件下的正確率進行配對

檢驗, 結果表明兩者差異顯著：

(18) =?11.25,

< 0.01,

= 1.52。

(2)平均知覺中點的變化

知覺中點(PSE)的計算同實驗1, 以有適應條件和無適應條件的平均知覺中點的變化作為類別間面孔適應的后效指標。圖 14(A)顯示了男女適應物條件下各種注意負荷水平的平均 PSE。圖 14(B)顯示了各種注意負荷水平的平均知覺中點變化。

圖14(A) 各負荷條件的平均知覺中點(誤差棒為平均數的95%置信區間)

圖14(B) 各負荷條件的適應效應(誤差棒為平均數的95%置信區間)

我們對各負荷條件下和無適應的基線水平的平均知覺點進行配對樣本

檢驗。高負荷條件下的平均知覺中點與無適應基線條件下的差異不顯著(高負荷女適應物品

(18)=?0.90,

> 0.05,

= 0.30;高負荷男適應物品

(18)=1.34,

= 0.194,

=0.45)。低負荷條件和無負荷條件下的平均知覺中點與基線水平均有顯著差異：女性適應物品的平均知覺中點顯著小于基線(低負荷女適應物品

(18) =?9.74,

< 0.01,

= 3.13; 無負荷女適應物品

(18) =96.11,

< 0.01,

= 29.51), 男性適應物品的平均知覺中點顯著大于基線(低負荷男適應物品

(18) =?12.80,

< 0.01,

= 4.30; 無負荷男適應物品

(18)= ?44.06,

< 0.01,

= 14.12)。我們以負荷強度為自變量, 以平均知覺中點為因變量進行重復測量方差分析, 發現負荷強度主效應顯著：

(2,18)=1586.60,

< 0.05,

= 0.99。事后比較表明兩兩差異顯著：無負荷時后效最大, 其次是低負荷條件, 最后是高負荷(

< 0.01)。

(3)判斷為女性比例的閾限差異

我們以負荷強度為自變量, 以閾限差異為因變量進行重復測量方差分析發現負荷強度主效應差異顯著：

(2,18)=352.67,

< 0.01,

= 0.95。各個負荷強度之間兩兩配對比較差異均顯著(

<0.01)。以閾限差異為指標的適應效應如圖15所示。

圖15 各注意負荷程度下的適應效應(誤差棒為平均數的95%置信區間)

(4)各morph比例上的判斷趨勢

適應條件相比于基線條件(無適應刺激), 在更女性的面孔上判斷為女性的比例降低了, 在更男性的面孔上判斷為男性的比例也降低了(如圖16)。圖17A和17B將男女適應物品分離出來考察：當適應刺激特征為女性時, 適應條件相比于基線條件, 將面孔判斷為女性的比例顯著降低了, 即女性物品適應條件下將面孔知覺為更男性; 當適應刺激特征為男性時, 適應條件相比于基線條件, 將面孔判斷為女性的比例顯著提高了, 即男性物品適應條件下將面孔知覺為更女性。

圖16 morph水平上的適應效應

4.5.2 ERP相關的面孔適應

圖17(A) 適應刺激為女性物品時morph水平上的適應效應

圖17(B) 適應刺激為男性物品時morph水平上的適應效應

面孔測試刺激引起了清晰可辨別的P100 (在90～120 ms時間段上測得)和N170 (來自O1, O2和P7, P8電極, 在140～200 ms時間段上測得)。圖18為各負荷條件下, O1、O2、P7和P8位置上記錄的平均ERPs。隨著適應刺激上負荷的降低, 測試面孔上的P100振幅增大且N170振幅減小, 即隨著負荷增大, 類別間面孔適應效應減小, 高負荷條件下適應效應消失。

圖18 各負荷條件下, 在O1、O2、P7、P8位置上記錄的測試面孔?200～600 ms之間呈現的平均ERPs

振幅

潛伏期

我們以負荷強度(無負荷, 低負荷、高負荷和無適應基線)為自變量, 以N170潛伏期為因變量進行重復測量方差分析, 發現負荷強度主效應顯著：

(3,18)=35.38,

< 0.01,

= 0.66。各負荷強度的測試刺激N170潛伏期兩兩比較表明：無適應基線條件與高負荷條件的N170潛伏期差異不顯著(

=0.892), 其余兩兩差異均顯著(

< 0.01)。我們以負荷強度(無負荷, 低負荷、高負荷和無適應基線)為自變量, 以P100潛伏期為因變量進行重復測量方差分析, 發現負荷強度主效應顯著：

(3,18)=160.27,

< 0.01,

= 0.90。各負荷強度的測試刺激 P100潛伏期兩兩比較表明：無適應基線條件與高負荷條件的 P100潛伏期差異不顯著(

=0.301), 其余兩兩差異均顯著(

< 0.01)。

4.6 討論

在實驗3中, 通過操縱適應刺激上的注意負荷(高負荷、低負荷、無負荷), 我們探究了注意對類別間面孔適應的影響。結果表明, 隨著注意負荷的增加, 類別間適應效應減?。簾o負荷條件下類別間面孔適應效應最大; 而高負荷條件下幾乎不存在。因而, 類別間面孔適應的發生依賴于適應物品圖片的意識覺知。這個結果與其它一些研究相一致。比如, Moradi, Koch和Shimojo (2005)的研究表明通過雙眼抑制或者引導面孔的無意視盲能消除面孔身份后效(即面孔身份后效需要可看見的適應面孔),但是相同的抑制不能干涉方向后效。Amihai,Deouell和 Bentin (2011)以面孔適應的范式探索面孔的性別和種族信息在沒有面孔意識覺知的情況下是否可以表征。結果表明, 在對面孔沒有意識覺知時, 面孔的性別和種族信息不能被自動捕獲。

5 總討論

本研究證明了類別間面孔適應的存在, 其前提是適應物體與測試面孔在任務相關的特征上有內在關聯。研究結果顯示當被適應物體的性質或特征能被自動推斷時, 高水平知覺適應是能夠發生的。

實驗1以帶有明顯性別傾向的物品圖片作為適應刺激, 考察了不同時程的類別間面孔適應, 結果顯示適應物品呈現時間大于 50 ms時均存在后效,并且呈現時間為 400 ms時適應后效最大。實驗 2以帶有明顯性別傾向的物品圖片、相應的物品名稱和性別文字作為適應刺激研究類別間面孔適應, 從而評估“性別”這一特征在類別間面孔適應中所起的作用。結果發現這3種適應刺激類型均能產生類別間適應。在實驗3中, 通過操縱適應刺激上的注意負荷(高負荷、低負荷和無負荷), 我們探究了關聯特征的意識覺知是否影響類別間面孔適應。結果表明隨著負荷的增加, 類別間適應的后效大小相應減小：無負荷條件下的類別間面孔適應最大, 高負荷條件下類別間面孔適應幾乎不存在。

Ghuman 等(2010)用腦中的“面孔空間” (表征了視覺特征和它們的結構, 用于決定面孔的性別和身份)來解釋面孔適應后效。這種解釋的前提是：視覺適應了的神經元(即表征面孔空間的神經元)僅僅敏感地對面孔進行反應, 卻不對其他物體反應(Zhao & Chubb, 2001)。這種前提基于知覺適應依賴于適應刺激和測試刺激的特征的知覺相似性(Desimone, 1996)。但是本研究表明表征面孔空間的神經元并不僅僅只針對面孔反應。

具有明顯性別傾向的物品圖片能引起強烈的類別間面孔適應, 這意味著適應刺激的性質或特征能被自動推斷時, 高水平知覺適應是能夠發生的。因此, 面孔適應不僅僅是形狀選擇性適應, 而且能夠發生于特征關聯的意義加工水平上。

Hills等人(2010)用交互激活和競爭(Interactive Activation and Competetion, IAC)模型來解釋關聯性適應。IAC模型包含了一定數量的池, 表征面孔加工系統的不同方面。最低水平是視覺輸入。視覺輸入之后是面孔認知池, 池中的節點表征了記憶中的所有面孔。每個儲存在記憶中的面孔在池中都有一個面孔認知單元(Face Recognition Unit, FRU)。FRU是單純視覺上的, 可能是特定人的許多視角的一個平均, 或者包含這個人的所有可能視角。個體特定的語義信息單元通過個體身份節點與每個FRU鏈接, 提供了該身份的不同側面。IAC模型對關聯適應的解釋是：一個特定節點持續激活后, 激活擴散使得關聯的節點也被激活而且可能導致過度激活, 從而使得隨后的激活閾限上升; 也就是這些關聯節點變得適應了。在本研究的類別間面孔適應中, 適應圖片視覺輸入后, 激活了語義信息單元中“性別”這一特定信息, 并且通過擴散激活了FRU中的“性別”信息。隨著適應刺激的持續輸入, FRU中“性別”激活閾限充分上升, 即對“性別”這一特征的敏感性降低, 從而改變了對隨后輸入的視覺刺激的認知偏向。

本研究表明類別間面孔適應后效與適應時間的關系是倒U型的：隨著適應時間的增加, 面孔后效先增大后降低, 在 400 ms時類別間面孔適應的后效最大。我們推測這可能是由于物品圖片具有很多特征(性別、顏色和視角等), 隨著適應時間的推移, 各種特征被先后認知且相互影響。400 ms前,“性別”的認知程度較弱; 400 ms時, “性別”特征恰好被認知完全; 400 ms后, 其他特征也先后被認知,開始相互干擾, 減弱了面孔后效。因此, 類別間面孔適應后效與適應時間的關系呈現倒U型。這種可能性需要在今后的研究中進一步驗證。

本研究表明高注意負荷幾乎消除了類別間面孔后效。高注意負荷的抑制作用支持注意競爭發生在腹側通路相對較早位置的觀點：在梭狀回面孔區域對面孔身份特定加工之前, 對注意資源的競爭已經被解決了(Moradi et al., 2005)。

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