自我與他人視角的動態信息加工：一項行為振蕩研究*

孫 楚 耿海燕

(北京大學心理與認知科學學院及行為與心理健康北京市重點實驗室,北京 100871)

1 前言

人類作為一種高級的社會性動物,社會互動在其生活中起著非常重要的作用。為了實現更加流暢和有效的社會互動,個體在持有自己的觀點和信念的同時,也需要采擇他人的觀點、理解他人的信念、并認識到他人與自我在觀點和信念等方面的不同(Kampis & Southgate,2020;Ereira et al.,2020)。例如,當你發現對面朋友的左側嘴角沾有米粒,你會自然地提醒他去清理左側嘴角(盡管在你的視角看來,米粒是位于右側的),而完成這一互動的前提是你能夠理解朋友無法看到你能看到的米粒,并且你的右側是對面朋友的左側。事實上,在一個社會場景中,只要有他人在場,個體無時無刻不在進行著這種采擇過程以及自我與他人的比較,而且這種采擇與比較往往是自發進行的(Zhao et al.,2015;Surtees et al.,2016;Ward et al.,2019)。我們在加工自我信息的同時,還會自動、內隱地采擇他人,這可能是長期外顯社會互動形成的內隱傾向,是社會適應的結果,也為隨時發生的外顯互動奠定了基礎或提供了指導(Seyfarth & Cheney,2013;Bargh & Williams,2006)。

前人指出,對他人視角、情緒、信念等的采擇可能是依靠具身的方式來實現的(Gallese,2014),即個體想象在他人的身體中體驗他人獲得的視覺體驗、心理狀態等等。研究者們發現,當被試采擇他人的視角時,會采取心理身體轉移的策略,想象將自己的身體轉移到被采擇對象的身體位置上(Kessler & Thomson,2010),從而獲得一種“身臨其境”的視覺體驗(Ward et al.,2019);在觀察他人疼痛、感受他人情緒的過程中,被試也會產生相似的疼痛反應和情緒體驗(Dimberg,1987);當觀看他人的動作時,自身的運動系統也會表現出一定程度的激活(Naish et al.,2014)。綜合來看,具身性加工使個體通過直接模擬他人狀態的方式,更迅速而準確地獲取他人的觀點和信念(Meltzoff & Decety,2003)。研究者們指出,這種加工機制得以順利實現的關鍵,在于大腦中廣泛存在的鏡像神經元(Rizzolatti & Fogassi,2014)。

大腦中存在這樣一類神經元,不論個體是在觀察他人的特定行為,還是個體自身在進行同樣的行為,這些神經元都會產生類似的激活模式,這些神經元又被稱為鏡像神經元(Rizzolatti & Craighero,2004)?，F有的研究已經發現這類鏡像神經元分布于大腦中的多個區域,包括前運動皮層(premotor cortex)、海馬(hippocampus)、腦島(insula)和扣帶回(cingulate gyrus)等(Rizzolatti & Fogassi,2014;Rizzolatti et al.,1996;Mukamel et al.,2010;Molenberghs et al.,2012)。正是因為鏡像神經元的存在,個體得以在推斷他人心理狀態的過程中使用自我加工相應活動時的神經機制,產生具身性的體驗。換句話說,對他人心理狀態的加工與自我相應的心理狀態的加工具有共享的神經表征(Decety & Sommerville,2003;Jackson et al.,2006),這種共享的神經表征存在于認知加工的各個層面,例如有研究發現腹側前運動區(ventral premotor)同時負責編碼個體自身的周圍空間和他人的周圍空間(Brozzoli et al.,2013);在觀看他人的厭惡表情和自身體驗到厭惡情緒時在腦島表現出同樣的激活模式(Wicker et al.,2003);加工自我觀點與采擇他人觀點也表現出腹內側前額葉(ventromedial prefrontal cortex)、后扣帶回(posterior cingutate cortex)、顳頂聯合區(temporoparietal junction,TPJ)等腦區激活的高度重疊(Lombardo et al.,2010)。而在某些情境下,這種共享表征甚至會帶來有趣的自我-他人混淆現象,例如橡膠手錯覺(rubber hand illusion) (Botvinick & Cohen,1998)。那么,為了在社會互動的過程中有效地區分鏡像神經元的激活到底反映的是自我相關的信息還是他人相關的信息,從而避免共享機制可能帶來的混淆,大腦還需要具備一套區分自我與他人的加工機制。

對于這一加工機制,研究者們進行了許多探索。大量研究證據表明,前額葉(prefrontal cortex)的功能和區分自我與他人有密切的關系(Decety & Sommerville,2003)。一方面,前額葉的執行控制功能可能在自我與他人的區分過程中起重要作用(Seymour et al.,2018);另一方面,背內側前額葉(dorsomedial prefrontal cortex)的部分細胞會特異性地編碼社會互動中的自我或他人(Báez-Mendoza et al.,2021),而腹內側前額葉可能與塑造自我與他人的區分有關(Ereira et al.,2020)。TPJ 也在許多研究中被認為是自我-他人區分的關鍵腦區,其可能具有區分不同表征的功能,從而抑制不相關表征的影響,或是在兩類表征一致時發出沖突信號(Quesque&Brass,2019)。除了前額葉和顳頂聯合區,楔前葉(precuneus)、下頂葉(inferior parietal lobe)、后扣帶回等區域也可能參與自我與他人的區分(Bukowski,2018;David et al.,2006;Vogeley et al.,2004)。綜合來看,目前關于自我與他人區分的神經基礎研究已經有了不少的發現,這些研究都在一定程度上回答了當自我信息與他人信息共享神經表征時,大腦如何分辨當前的神經表征是自我信息的表征還是他人信息的表征。然而,在內隱社會認知的加工過程中,大腦需要同時加工自我信息與他人信息,這些研究并不能回答,當大腦需要同時加工自我信息與他人信息時,如何避免二者共享神經資源所帶來的沖突。

一種可能的假設是大腦通過節律性的加工方式,在能夠同時完成自我與他人信息加工的前提下又不至于混淆二者。越來越多的研究發現大腦具有的節律性神經活動具有很重要的功能意義,可以幫助個體處理復雜的、動態的外部世界信息(Klimesch,1999;Ward,2003;Buzsáki,2006),這種節律性的活動又被稱為神經振蕩?；诖?研究者們也發現個體存在一些行為上的節律現象。例如,當被試需要同時注意兩個視野中可能出現的目標刺激時,會表現出注意在兩個視野區域間的快速切換,這一切換的頻率大概在4 Hz 左右(Landau & Fries,2012),這種節律性的行為現象又被稱為行為振蕩。隨著實驗證據的積累,研究者們發現行為振蕩現象在多種認知過程中都存在,如視知覺(Erlikhman & Caplovitz,2017)、客體注意(Fiebelkorn et al.,2013)、特征注意(Mo et al.,2019)和知覺啟動(Huang et al.,2015;Wang & Luo,2017)等等。這種振蕩現象的廣泛存在說明大腦傾向于在同一時間集中資源處理單個信息,并通過不同信息間周期性的切換來實現多信息的并行處理。回到我們的問題上來,如果大腦想要同時加工自我與他人信息,是否也會使用周期性切換的加工方式呢？

我們以視覺觀點采擇為例來探究這一問題。視覺觀點采擇是指想象和推斷他人視覺體驗的過程,這是一種發展較早的、比較基礎的觀點采擇能力(Michelon & Zacks,2006;Farrant et al.,2006)。在社會交互的過程中,個體首先會對當前的場景產生視覺表征(自我視角下的信息),與此同時,個體還會自發地想象他人對當前場景的視覺體驗(他人視角下的信息)。如果個體采取的是一種節律性的加工方式,即個體在加工他人視角與加工自我視角之間進行快速切換,就有可能實現兩類信息的同時加工而又避免產生混淆。然而,對于視覺觀點采擇的傳統行為范式是無法探測到這種快速切換過程的。因此,本研究希望利用探究行為振蕩的實驗范式來設計一種實驗方法考察內隱視覺觀點采擇中自我視角和他人視角獲得信息的處理方式。

本研究共包含3 個實驗。由于我們使用面孔刺激設計了一種全新的內隱視覺觀點采擇的實驗范式,因此我們首先通過實驗1 驗證這一實驗范式的有效性,即考察面孔的加工是否會受到自發性視覺觀點采擇的影響。在得到肯定結果的基礎上,我們在實驗2 中通過設置從被采擇對象出現到面孔出現的多種間隔時間條件,探測在面孔加工的過程中存在自我視角和他人視角交替切換的行為振蕩現象。在實驗3 中,我們通過延長間隔時間的時程范圍來進一步驗證這一振蕩現象的真實性和可重復性。

2 實驗1：自發性視覺觀點采擇影響面孔方向判斷

如果個體的確在加工自我視角與加工他人視角之間進行節律性的切換,那么我們需要設計一種實驗任務,其不僅能夠敏感地探測被試加工某一視角下視覺信息的效率,并且可以具有較高的時間分辨率來追蹤被試信息加工效率的動態變化過程。基于此,我們設計了一種高時間分辨率的面孔識別任務。一方面,個體識別面孔的能力受到面孔方向的影響,個體在識別正立面孔時表現更好(Farah et al.,1995);另一方面,有研究指出被試在進行視覺觀點采擇時獲得的可能是一種身臨其境的視覺體驗,這種視覺體驗可以促進對于那些在他人視角下更容易加工的視覺刺激的反應(Ward et al.,2019)。因此我們可以推測當一張面孔在他人視角下是正立時,采擇他人視角可以幫助我們更準確地識別面孔。而通過檢測被試對面孔的識別效率隨時間的變化便可以探究被試在他人視角下的動態信息加工過程。

然而,在有他人在場的社會場景中,是否會自發采擇他人視角,從而促進對他人視角下正立面孔的加工還沒有得到實驗證實,因此在實驗1 中,我們首先對這一問題進行探究。

2.1 方法

2.1.1 被試

設定效應量為中等效應量 0.25,效力為 0.9,通過GPower 計算,需要的被試數量為24。最終我們招募了 23 名大學生參與實驗 1,平均年齡為23.26 歲(SD=3.10),其中5 名為男性。所有被試的視力或矯正視力正常,沒有已知的神經或視覺障礙。被試在實驗前簽署了知情同意書,在完成實驗后獲得一定的報酬。實驗程序由北京大學倫理及人體和動物保護委員會批準。

2.1.2 儀器和材料

實驗程序通過matlab 2016b 運行,刺激呈現在分辨率為1920×1080、刷新率為60 Hz 的27 寸LCD顯示器上,顯示器背景灰度值為120。通過頭托控制視距為50 cm。

6 張面孔圖片為志愿者在中性表情下的黑白照片,照片通過Adobe Photoshop 5.0 處理,將尺寸統一調整為256×256 像素(實驗中為9.1°×9.1°視角),匹配亮度(3.7 cd/mm2)與對比度(均方根對比度=0.51)。面孔僅保留下巴到額頭間的部分,并使每張面孔的眼瞳距離相等,鼻子的位置調整到圖片的正中央。

在面孔圖片呈現的前后呈現動態的掩蔽刺激,掩蔽刺激由OpenGL 2.0 制作而成,與面孔圖片的大小一致。動態掩蔽刺激由多幀靜態的掩蔽刺激組成,第一幀由若干大小、位置和灰度都隨機的矩形塊疊拼而成,隨后的每幀在前一幀的基礎上再疊加一些不同大小、位置和灰度的矩形塊,覆蓋原圖片10%的區域。這些掩蔽圖片的呈現頻率是60 Hz。

俯視視角下的坐姿人偶圖片用以引入他人視角,圖片大小為13.6°×13.6°。

2.1.3 程序與設計

在每個試次中,首先在屏幕中央呈現動態的掩蔽刺激,隨后在0.5～1 s 內的隨機時間點在掩蔽刺激的左側或右側呈現人偶圖片(人偶圖片的位置在試次間平衡),人偶可能是面向中央掩蔽刺激的,也可能是背對中央掩蔽刺激的,在人偶圖片呈現后的0.2～1.2 s 內的隨機時間點掩蔽刺激消失,在掩蔽刺激的位置呈現一張面孔圖片,面孔圖片的朝向可能是朝向自我的(即被試視角下的正立面孔)、朝向人偶的(若人偶出現在左側,則順時針旋轉90°的面孔為朝向人偶的面孔,右側時同理)或朝向人偶的對側(若人偶出現在左側,則逆時針旋轉90°的面孔為朝向人偶對側的面孔,右側時同理)。面孔圖片持續66.67 ms 之后消失,緊接著呈現動態的掩蔽刺激以消除視覺后效的影響。被試的任務是判斷面孔的朝向并根據三種不同的朝向分別按鍵反應(當面孔朝向自我時按空格鍵,面孔朝向人偶時按1 鍵,朝向人偶對側時按2 鍵),在沒有看清時憑直覺做出判斷。被試每次反應完后會有正確或錯誤的反饋。實驗分為練習實驗和正式實驗兩個階段。在練習實驗階段一共有48 個試次。正式實驗階段共432 個試次,分為4 個區組,其中兩個區組中人偶為面向中央刺激,另外兩個區組中人偶為背對中央刺激,四個區組以“ABBA”的順序進行,首先進行的區組類型在被試間平衡,區組間進行適當的休息。每個區組包含108 個試次,其中朝向自我、朝向人偶和朝向人偶對側的面孔條件下各36 個。實驗中用到的每張面孔在每個最小條件中出現的概率相等。圖1A 是以人偶面對面孔的區組為例,展示單個試次的流程示意圖,圖1B 為不同人偶呈現條件的示意圖。實驗1 為2 (人偶朝向：面對vs.背對) × 3 (面孔朝向：朝向自我vs.朝向人偶vs.朝向人偶對側)的組內設計。

圖1 實驗1 的流程圖。(A)以人偶面對面孔&人偶呈現在左側為例展示單個試次的流程圖;(B)不同人偶呈現條件的示意圖。

2.2 結果

統計被試在不同人偶朝向和面孔朝向條件下的正確率。對正確率的統計檢驗在SPSS 20 中完成。

進行2 (人偶朝向) × 3 (面孔朝向)的重復測量方差分析,結果發現人偶朝向的主效應不顯著,F(1,22)=3.84,p=0.063,面孔朝向的主效應顯著;F(2,21)=49.50,p〈 0.001,=0.83。事后檢驗使用Bonferroni 校正,結果顯示識別朝向自我面孔的準確率(M=0.98,SE=0.01)顯著大于朝向人偶的(M=0.80,SE=0.02),SE=0.02,p〈 0.001,差異的95%CI=[0.13,0.22],也顯著大于朝向人偶對側的(M=0.76,SE=0.02),SE=0.02,p〈 0.001,差異的95%CI=[0.16,0.27]。朝向人偶面孔的準確率顯著大于朝向人偶對側的,SE=0.01,p=0.012,差異的95%CI=[0.01,0.08]。人偶朝向與面孔朝向的交互效應顯著,F(2,21)=8.30,p=0.002,=0.44,分析簡單主效應發現,在人偶面對面孔的條件下,朝向人偶面孔的識別正確率(M=0.83,SE=0.02)顯著大于朝向人偶對側面孔的識別正確率(M=0.76,SE=0.02),SE=0.02,p〈 0.001,差異的95% CI=[0.04,0.12];而在人偶背對面孔的條件下,朝向人偶面孔的識別正確率(M=0.77,SE=0.02)與朝向人偶對側面孔的識別正確率(M=0.77,SE=0.03)沒有顯著差異,SE=0.02,p=1,差異的95% CI=[-0.03,0.05]。從另一角度來說,同樣是朝向人偶的面孔,人偶面對面孔時的識別正確率要顯著大于人偶背對面孔時的識別正確率,SE=0.02,p=0.004,差異的95% CI=[0.02,0.10];而對于朝向自我的面孔在人偶朝向面孔條件下的正確率(M=0.98,SE=0.004)和人偶背對面孔條件下的正確率(M=0.97,SE=0.01)之間沒有顯著差異,SE=0.01,p=0.429,差異的95% CI=[-0.01,0.02];對于朝向人偶對側面孔在兩種人偶朝向條件下的正確率也沒有顯著差異,SE=0.02,p=0.570,差異的95% CI=[-0.02,0.04]。重復測量方差分析的結果如圖2 所示。

圖2 實驗1 中不同人偶朝向與面孔朝向條件下的識別正確率。

2.3 討論

通過實驗1,我們首先驗證了前人的研究結果,即個體識別正立面孔的能力最強,這可能得益于專家效應(Gauthier & Tarr,1997),或是正立面孔所特有的整體加工機制(Tanaka & Farah,1993)。更為重要的是,我們發現在人偶面對面孔時,朝向人偶的面孔其識別成績要優于朝向人偶對側的面孔,這說明場景中人偶的存在影響了被試對朝左和朝右面孔的加工,而當人偶背對面孔時,這種影響消失了,朝向人偶面孔的識別成績降低到了與朝向人偶對側面孔同樣的水平。這一結果說明被試對人偶的視覺觀點采擇影響了對面孔的識別。被試會自發地采擇人偶的視角,從而具身性地獲得人偶視角下的視覺體驗,當人偶面對面孔時,這種具身性的視覺體驗就會影響被試對面孔的識別：因為面孔加工所具有的正立優勢效應,如果在人偶的視角下面孔是正立的,那么通過采擇獲得的這一正立面孔的視覺體驗就可以促進被試對面孔的識別,而如果在人偶的視角下面孔是倒立的,那么采擇而來的倒立面孔的視覺體驗則不會促進對面孔的識別。這一結果與Surtees 等人(2016)使用具有方向特異性的數字作為視覺刺激得到的結果和Ward 等人(2019)使用具有方向特異性的字母作為視覺刺激得到的結果是一致的。

通過實驗1,我們證明了這一面孔識別范式可以靈敏地探測到自發性的視覺觀點采擇所帶來的實驗效應,接下來我們將在這一范式的基礎上系統變化面孔呈現的時間,通過操縱時間變量來探究這種視覺觀點采擇所引發的面孔識別效應的動態變化過程。

3 實驗2：自我與他人視角下信息加工的行為振蕩

通過實驗1,我們驗證了自發性的視覺觀點采擇可以促進他人視角下正向面孔的加工。根據前言中的假設,如果對他人視角的采擇和對自我視角下的信息加工是一種交替性的動態過程,那么當被試在某一時刻將認知資源向他人視角下的信息加工傾斜,我們應該可以觀察到他人視角下正立面孔識別的提升,伴隨而來的可能是自我視角下正立面孔識別的減弱;而當被試在某一時刻將認知資源向自我視角下的信息加工傾斜時,則會出現相反的結果。因此,通過觀察被試在這兩種面孔朝向條件下的識別成績隨時間的變化,我們可以對視覺觀點采擇中的行為振蕩現象進行探究。

3.1 方法

3.1.1 被試

30 名大學生參與了實驗2,平均年齡為21.47歲(SD=2.40),其中9 名為男性。所有被試的視力或矯正視力正常,沒有已知的神經或視覺障礙。被試在實驗前簽署了知情同意書,在完成實驗后獲得一定的報酬。實驗程序由北京大學倫理及人體和動物保護委員會批準。

3.1.2 儀器和材料

實驗程序通過matlab 2016b 運行,刺激呈現在分辨率為1600×1200、刷新率為60 Hz 的19 寸CRT顯示器上,顯示器背景灰度值為120。通過頭托控制視距為50 cm。

實驗所用的掩蔽刺激以及俯視視角下的坐姿人偶圖片均與實驗1 相同。對于面孔圖片,因為我們在實驗1 中發現被試對自我視角下正立面孔的識別要遠好于其他朝向的面孔,所以在實驗2 中我們為所有自我視角下的正立面孔添加均值為0、方差為0.05 的高斯白噪音以增加其識別難度,使得不至于有過多的被試因對正立面孔的識別產生了天花板效應而損失數據中的信息。

3.1.3 程序與設計

在每個試次中,首先在屏幕中央呈現動態的掩蔽刺激,隨后在0.5～1 s 內的隨機時間點在掩蔽刺激的左側或右側呈現面向中央的人偶圖片(人偶圖片的位置在被試間平衡),在人偶圖片呈現后的0.2～1.2 s (人偶-面孔SOA)內的某一時間點掩蔽刺激消失,并在掩蔽刺激的位置呈現一張面孔圖片,面孔圖片的朝向可能是朝向自我的或朝向人偶的。具體來說,在0.2～1.2 s 的區間內共設置30 種等距的 SOA 條件,每兩個相鄰 SOA 條件之間相差33.33 ms。面孔圖片持續66.67ms 之后消失,緊接著呈現動態的掩蔽刺激以消除視覺后效的影響。被試的任務是判斷面孔的朝向并根據兩種不同的朝向分別按鍵反應(當面孔朝向自我時按1 鍵,當面孔朝向人偶時按2 鍵)。在練習階段一共有30 個試次,被試每次反應完后會有正確或錯誤的反饋。實驗階段共720 個試次,分為6 個區組,區組間安排適當的休息。每個區組包含120 個試次,其中朝向自我的、朝向人偶的試次各60 個,具體到每種SOA條件下各有2 個試次。實驗中用到的每張面孔在每個最小條件下出現的概率相等。實驗階段的試次不再提供反饋,要求被試在沒有看清時憑直覺做出判斷。圖3 展示的是實驗2 單個試次的流程示意圖,實驗共包含兩個組內自變量,一個自變量是面孔朝向,分為朝向自我和朝向人偶兩個條件;另一個自變量是從人偶呈現到面孔呈現的時間間隔(人偶-面孔SOA),共包含30 種等距的條件。

圖3 實驗2 的流程示意圖(圖中展示的是人偶在左側時的條件,在右側時同理)。

3.2 結果

剔除了4 名在任意一種面孔條件下的正確率高于95%的被試數據,這是因為這些數據有較強的天花板效應,不能有效地反映行為成績的動態變化(剔除被試前后的傅里葉變換的統計檢驗結果是一致的)。最終26 名被試的數據被保留并用作進一步的分析。與傅里葉變換相關的分析使用 matlab 2018a,其余的分析使用SPSS 20。

In order to find effective teaching strategies,teachers should carefully review the four basic elements of the teaching process：teachers,students,textbooks,methods.

經過對實驗結果的統計,可以畫出每名被試識別朝向自我和朝向人偶面孔的正確率隨時間變化的折線圖,圖4A 展示的是所有被試在不同面孔朝向條件與不同人偶-面孔SOA 條件下面孔方向辨別正確率的均值。為了將時域信息轉化為頻域信息,對于每一名被試得到的兩條折線,經過減去均值的平移處理、漢寧窗處理以及在信號前后補零的處理(Huang et al.,2015)后進行快速傅里葉變換,將所有被試傅里葉變換后幅頻響應的結果疊加平均得到圖 4B。對幅頻響應結果的檢驗使用置換檢驗(permutation test)的方法。具體來說,對每個被試在不同SOA 條件下的正確率隨機打亂順序再重復上述的步驟得到一次隨機的幅頻響應結果,重復這樣的隨機計算200 次以得到在每個頻率點上樣本量為200 的振幅分布,從而在每個頻率點上得到p〈0.05 的閾值。隨后使用多重比較校正,選取所有頻率點中最大的閾值作為所有頻率點下顯著性的標準。結果發現對于識別朝向人偶面孔的正確率曲線,存在一個顯著的1 Hz 左右的振蕩頻率,對于識別朝向自我面孔的正確率曲線,雖然在1 Hz 左右也有一個峰值,但沒有達到顯著,置換檢驗的結果也標注在圖4B 中。

然而,因為人偶-面孔SOA 的采樣區間僅為1 s,所以1 Hz 意味著在采樣區間中的數據僅包含一個周期,對這樣的數據進行1 Hz 的檢驗不具有足夠的可靠性。接下來我們希望通過兩條曲線間的多重比較來獲得更多可靠的信息。通過傅里葉變換,我們鎖定了低頻信息為我們感興趣的區段,因此我們對兩條曲線進行了平滑處理以過濾掉高頻噪音,具體平滑的方式是將每個點以及其前后各兩個點的正確率取均值重新作為這個點的正確率(相當于平均了166.65 ms 內的正確率)。為了讓兩條曲線在不同區段上的變化趨勢具有可比較性,我們將兩條曲線減去各自的整體均值(相當于平移處理),使得處理后兩條曲線的整體均值都為0。經過平移和平滑后的曲線如圖4C 所示。

對每個SOA 條件下朝向自我面孔與朝向人偶面孔的標準化后的識別正確率進行配對樣本t檢驗,顯著性標準為p〈 0.05。結果發現,在0.2～0.5 s 的區間,對朝向自我面孔的識別正確率高于朝向人偶的,而在0.7～1 s 的區間,效應出現反轉,對朝向人偶面孔的識別正確率高于朝向自我的。顯著性檢驗的結果標注在圖4C 中。

圖4 實驗2 的數據結果。(A)所有被試在不同面孔朝向條件與不同人偶-面孔SOA 條件下的面孔辨別正確率的均值。誤差帶表示正負一個標準誤;(B)幅值響應結果。黃色(實線)曲線和綠色(虛線)曲線分別表示對朝向自我面孔和朝向人偶面孔的正確率曲線的幅值響應結果,對應顏色的水平直線代表p=0.05 的顯著性閾值,高于虛線的部分表示在此段頻率下的檢驗結果p 〈 0.05;(C)平移及平滑后的曲線。誤差帶表示正負一個標準誤,圖下方星號表示在該SOA 條件下朝向自我面孔與朝向人偶面孔的標準化后的識別正確率有顯著差異,p 〈 0.05。

3.3 討論

實驗2 通過引入人偶呈現到面孔呈現之間的間隔時間這一自變量獲得了識別兩種方向的面孔隨間隔時間變化的曲線?；诖?我們發現被試在識別朝向人偶的面孔時,正確率存在一個1 Hz 的低頻振蕩,在識別朝向自我的面孔時也有一個較弱的相似的效應。

為了進一步探究被試識別兩種面孔的成績變化趨勢的相對關系,我們希望對不同間隔時間水平下被試識別不同面孔的表現進行兩兩比較。然而與以往探究行為振蕩的研究不同的是,本研究中識別朝向自我面孔的正確率曲線整體高于識別朝向人偶面孔的正確率曲線。這是因為在過往研究中,發生振蕩的兩種條件往往是完全對等的(例如左視野和右視野(Landau & Fries,2012),向左的啟動與向右的啟動(Huang et al.,2015)等),但在本研究中,發生振蕩的雙方是自我視角與他人視角,而自我視角下的信息加工相比于他人視角下的信息加工有明顯的優勢性。即使我們為了避免天花板效應而對朝向自我的面孔進行了模糊處理,削弱了朝向自我面孔的識別優勢,但是仍然出現了自我視角下的加工正確率始終高于他人視角下的加工正確率的現象,這也與我們在實驗1 中得到的結果相一致。因此,為了排除自我視角下信息加工的天然優勢性的干擾,使得兩條曲線間的比較能夠反映出變化趨勢的相對關系,我們對兩條正確率曲線進行平移,使得兩條曲線的均值相同。進一步的檢驗結果顯示,在保證兩條曲線均值相同的前提下,在人偶出現(引入他人視角)后0.2～0.5 s 內,被試對朝向自我面孔的識別表現出優勢,而在0.7～1 s 左右,被試對朝向人偶面孔的識別表現出優勢,這體現出自發性視覺觀點采擇效應的增強。但之后這種優勢又逐漸消失。對于實驗2 中得到的結果,可能存在兩種假設：第一種假設是視覺觀點采擇產生的效應具有一定的時間窗,即在他人視角加入后的0.7～1s 左右,個體會更傾向于自發地采擇他人視角,而在這段時間窗之外,個體則較弱地受到他人視角的影響;第二種假設則是視覺觀點采擇是一個行為振蕩的過程,當他人視角加入后,個體對他人視角的采擇會呈現周期性的優勢性(頻率約為1 Hz),從而表現出識別正確率的相對起伏。只不過,因為在實驗2 中SOA 的時程范圍較窄,所以只能檢測到一個周期的振蕩,因此目前的實驗2 還不足以驗證哪一種假設是正確的。

4 實驗3：自我與他人視角下信息加工的行為振蕩：延長時程后的驗證

實驗3 在實驗2 的基礎上擴展了從人偶出現到面孔圖片出現的SOA 時程范圍來探究在實驗2 中發現的現象究竟是單一的時間窗還是持續的振蕩過程。如果自發性的視覺觀點采擇的優勢時間窗是唯一的,那么在延長的SOA 范圍內將不會再出現他人視角的優勢加工;而如果這是一個持續的振蕩過程,在延長的SOA 范圍內將會再次出現他人視角的優勢加工。

4.1 方法

4.1.1 被試

27 名大學生參與了實驗3,平均年齡為22.11歲(SD=3.02),其中9 名為男性。所有被試的視力或矯正視力正常,沒有已知的神經或視覺障礙。被試在實驗前簽署了知情同意書,在完成實驗后獲得一定的報酬。實驗程序由北京大學倫理及人體和動物保護委員會批準。

4.1.2 材料與程序

實驗3 所使用的實驗材料與實驗2 完全相同。在實驗程序的設置上,與實驗2 唯一的不同是人偶-面孔SOA 的時程由0.2～1.2 s 延長為0.2～2.2 s,同樣在這段區間內取30 個等距的時間點作為30 個SOA 條件,因此每兩個相鄰SOA 條件間的時間差為66.67 ms。

4.2 結果

采取與實驗2 相同的數據剔除標準,即剔除在任意一種面孔條件下正確率高于95%的被試數據,共剔除6 名被試的數據(剔除被試前后的傅里葉變換的統計檢驗結果是一致的)。最終21 名被試的數據被保留并用作進一步的分析。圖5A 展示了所有被試識別兩類面孔的正確率隨時間變化的平均結果。

在實驗3 中我們對每名被試得到的兩條折線使用與實驗2 中同樣的平滑方法(同樣取5 個點的平均,但在實驗3 中相當于333.35 ms 內正確率的平均)來削弱高頻噪音的干擾。為了使得兩條曲線間的比較能夠反映出變化趨勢的相對關系并方便隨后的傅里葉變換,我們同實驗2 一樣對曲線進行平移處理,即將兩條曲線各自減去自己的整體均值(從而使得兩條曲線的均值都為0)。平滑及平移后的平均結果如圖5B 所示。對每個SOA 條件下的兩種面孔標準化后的識別正確率進行配對樣本t檢驗,顯著性標準為p〈 0.05。結果顯示被試在0.8～0.9 s(在實驗2 中為0.7～1 s)左右存在一個朝向人偶面孔識別優勢的時間窗,隨后出現優勢的反轉,對朝向自我面孔的識別達到優勢。而得益于實驗3 中SOA范圍的延長,我們在之后又觀察到了優勢轉換的第二個周期,配對t檢驗的結果標注在圖5B 中。對每名被試的兩條曲線進行快速傅里葉變換,得到的幅值響應結果的均值如圖5C 所示。對結果進行置換檢驗發現對朝向人偶和朝向自我面孔的識別正確率隨 SOA 變化的曲線都有一個顯著的1 Hz 左右的低頻振蕩,這與我們在實驗2 中發現的結果是一致的。置換檢驗的結果也標注在圖5C 中。在實驗3 中我們得到了更加穩健的1 Hz 左右的行為振蕩結果,接下來通過比較兩條曲線的相位關系來判斷兩種面孔識別優勢的時間關系。對于每一名被試的數據使用傅里葉變換提取兩條曲線在0.5～1.5 Hz 區間內的相位信息并比較兩條曲線間的相位差異,得到的數據如圖5D 所示。所有被試相位差的均值為 186.96°,標準差為 73.98。使用Rayleigh 測驗檢驗數據的分布,結果顯示相位差并不符合在圓周上的均勻分布(p=0.040),而是集中在180°附近。

圖5 實驗3 的數據結果。(A)所有被試在不同面孔條件和不同SOA 條件下的面孔識別正確率的均值。誤差帶表示正負一個標準誤;(B)平移及平滑后的曲線。圖下方星號表示在該SOA 條件下朝向自我面孔與朝向人偶面孔的標準化后的識別正確率有顯著差異,p 〈 0.05;(C)幅值響應結果。黃色(實線)曲線和綠色(虛線)曲線分別表示對朝向自我面孔和朝向人偶面孔的正確率曲線的幅值響應結果,對應顏色的水平直線代表p =0.05 的顯著性閾值,高于虛線的部分表示在此段頻率下的檢驗結果p 〈 0.05;(D)兩曲線相位差的分布情況,每個空心圓點代表一名被試兩條曲線的相位差。

4.3 討論

實驗3 重復了實驗2 的結果,被試在被采擇對象出現后首先表現出自我視角下信息加工的優勢,而在隨后的0.8～0.9 s 左右效應發生反轉,表現出加工優勢向他人視角的轉換,這一結果在實驗2 的基礎上進一步支持了自我視角和他人視角加工優勢的動態變化。

更重要的是,通過延長人偶-面孔SOA 的時程范圍,我們發現自我視角與他人視角的優勢交替仍在持續,表現出多次的優勢反轉。實驗3 的結果支持了我們在完成實驗2 之后提出的第二種假設,即這種振蕩現象是持續存在的,而不僅僅是單一的時間窗。更有趣的發現是,通過傅里葉變換,我們發現自我視角和他人視角下面孔識別的正確率曲線都存在一個1 Hz 左右的振蕩頻率,并且兩者之間具有一個180°左右的相位差。這意味著對他人視角下正立面孔識別正確率的提高伴隨著對自我視角下正立面孔識別率的降低,而對自我視角下正立面孔識別正確率的提高則伴隨著對他人視角下正立面孔識別率的降低。說明當自我視角與他人視角下的信息同時需要被加工時,個體的確會表現出一種節律性的加工切換。

5 總討論

本研究通過高時間分辨率的行為振蕩探測方法與內隱視覺觀點采擇實驗范式的結合,探究了有他人在場的社會場景下自我視角和他人視角的動態信息加工過程。研究共包含3 個實驗,實驗1 首先驗證了這一創新范式可以檢測到自發性視覺觀點采擇,這種自發性的視覺觀點采擇可以促進個體對他人視角下正立面孔的加工。隨后的實驗2 與實驗3 在實驗1 的基礎上操控了新的自變量：被采擇對象出現到面孔刺激出現之間的間隔時間(人偶-面孔SOA)。結果發現對自我與他人視角下正立面孔的識別成績呈現出動態的、周期性變化過程,二者都表現出1 Hz 左右的行為振蕩現象,并且二者的行為振蕩存在180°左右的相位差。這些結果說明自我與他人視角下的信息加工是一種交替優勢的過程。

5.1 視覺觀點采擇的具身性

盡管實驗1 只是作為驗證實驗范式有效性的前置實驗,我們仍然得到了有趣的發現。近些年來,研究者們普遍認為視覺觀點采擇的實現依靠具身性的加工機制(Kessler & Thomson,2010;Surtees et al.,2013;Gardner & Potts,2010)：被試想像將自己的身體轉移到被采擇對象的位置,從而能夠身臨其境地獲得他人視角下的視覺體驗。因此,這種視覺體驗與被試直接獲得的視覺輸入存在很多相似之處。有研究發現這種采擇他人視角獲得的視覺體驗也能夠產生視覺后效(Yuan et al.,2017)、促進方向特異性圖形的識別(Ward et al.,2019)。而實驗1 的結果發現,采擇他人視角也可以促進個體對于他人視角下正立面孔的識別,盡管這些面孔在自我視角下并不是正立的。這無疑為視覺觀點采擇的具身性加工提供了新的證據?；趯γ婵椎淖R別具有明顯的方向特異性,只有具身地獲得了他人視角下正立面孔的視覺體驗,才可能體現出對面孔識別的促進效應。

5.2 自我與他人視角信息加工的行為振蕩

當然,本研究中最重要的發現是在實驗2 和實驗3。實驗結果顯示,對于他人視角下正立面孔的識別正確率和自我視角下正立面孔的識別正確率都隨著人偶-面孔SOA 的增加而表現出節律性的振蕩現象,并且兩者表現出此消彼長的關系。這意味著被試在同時存在他人視角和自我視角的人際交互情境中,對兩種視角的認知資源分配是一種動態的過程。在某些時刻,認知資源被集中分配在他人視角下的信息加工上,因此他人視角下正立面孔的識別正確率得到暫時的提高,而自我視角下正立面孔的識別正確率暫時降低,而在另一些時刻,認知資源會被轉移到自我視角下的信息加工,此時自我視角下正立面孔的識別正確率提高而他人視角下正立面孔的識別正確率降低。這種切換的頻率在1 Hz 左右,并且被試并沒有主觀地意識到這種認知資源分配的切換。

為什么大腦選擇這種時間上相分離的加工方式來加工自我與他人視角而不是同時處理兩種視角呢？正如我們前面所說的,在社會互動中,個體需要實時地對自我和他人的視角、情緒、信念等信息做出判斷并比較異同,從而使得與他人的互動過程更加順暢和高效。然而,個體對于自我和他人這些信息的加工常常共享相同的神經表征,因此同時加工自我和他人的信息就容易造成二者的混淆。如果根據一定的節律信息來將二者的加工過程在時間上相分離就可以有效地避免這種混淆,并且通過對相位進行識別,大腦就可以有效地區分當前加工的信息是自我相關信息還是他人相關信息。從另一方面來看,大腦中神經元的數量是有限的,通過時間上的分離,同一個神經元就有可能在處理不同信息時得到重復利用,從而能夠以更經濟的方式完成多種認知過程的加工。這種加工模式并不局限于自我與他人信息的加工,事實上,越來越多行為振蕩現象的發現說明這可能是大腦普遍采用的一種節約神經資源的加工方式(Miller & Buschman,2013)。

然而,本研究中發現的自我與他人視角加工的行為振蕩頻率為1 Hz 左右,屬于Delta 頻段,但在過往發現行為振蕩的研究中,行為振蕩的頻率主要集中在4～8 Hz 的Theta 頻段(Landau & Fries,2012;Huang et al.,2015),還有部分屬于8～12 Hz 的Alpha頻段(Zhang et al.,2019;Erlikhman & Caplovitz,2017)。造成這一區別的主要原因可能在于認知過程的不同。上述這些位于Theta 和Alpha 頻段的行為振蕩主要發生在注意、啟動等較為基礎的認知過程中,而本研究發現的是視覺觀點采擇過程中存在的行為振蕩,這是一種更加復雜的社會認知過程。完成這一采擇過程可能需要注意、客體識別、心理表象等多種認知過程的參與和整合,因此需要更長的加工時間來完成,而更長的加工時間也就意味著更小的振蕩頻率。

5.3 行為振蕩的神經基礎

從神經振蕩的角度來看,有研究表明,TPJ 的Delta 頻段的神經振蕩可能與個體的社會認知功能密切相關(Donaldson et al.,2018)。結合本研究的結果,這提示我們TPJ 的節律活動可能是產生自我與他人視角加工的行為振蕩的神經基礎。一方面,許多研究都發現TPJ 在自我-他人區分中扮演著重要的角色(Bukowski,2018;Seymour et al.,2018;Sowden&Catmur,2015;Wang et al.,2016),甚至認為TPJ是作為大腦各部分協同加工自我與他人信息時的核心腦區和信息節點(Seymour et al.,2018)。Quesque 和Brass (2019)認為TPJ 區分自我與他人的功能是具有一般性和普遍性的,體現在知覺、運動、心智化加工等各個層面。而對TPJ 的損傷或干擾會使個體產生“靈魂出竅” (out-of-body experience)的體驗(Blanke & Arzy,2005)和其他自我-他人區分上的困難(Silani et al.,2013;Uddin et al.,2006);另一方面,許多研究也發現TPJ 參與認知加工中的切換過程,這種參與既體現在注意的重定向(Corbetta & Shulman,2002;Serences et al.,2005;Dugué et al.,2018),也體現在社會認知過程中自我與他人的信念、視角等的切換(Mitchell,2008;Corbetta et al.,2008)。因此,我們推測,TPJ 可能扮演著一個具有固定節律的“轉換器”的角色,在需要進行自我-他人區分的社會場景中,這一轉換器的工作頻率被設定在1 Hz 左右,在它的調制下,個體對自我和他人視角下的信息加工表現出節律性的轉換。甚至基于TPJ 在注意重定向中的重要作用,以及TPJ 和其參與的腹側注意網絡在注意任務中表現出的Theta 活動的增強(McDermott et al.,2017;Proskovec et al.,2018),我們還可以猜測,前人在注意過程中發現的行為振蕩現象也源于TPJ 的“轉換器”功能,只是對于不同的認知加工過程,TPJ 賦予了不同的切換節律。當然,這些假設都需要更多腦成像的研究來證明。

6 結論

本研究通過一個創新性的實驗范式,發現在有他人在場的社會場景中自我視角和他人視角的信息加工存在頻率約為1 Hz 的行為振蕩現象。視覺觀點采擇作為社會認知中的一種基礎心理過程,這一研究結果可以幫助我們理解個體在社會互動的過程中是如何同時處理自我信息與他人信息并能準確區分二者的。未來結合腦成像的研究,我們還可以尋找這一行為振蕩現象背后的神經機制。另一方面,本研究的結果也說明,行為振蕩現象不僅僅存在于注意等基礎認知過程中,在較復雜的社會認知加工中也存在節律性的加工模式,這對我們理解大腦的加工方式是一個重要的補充。我們有了更多的理由相信,基于大腦固有的節律性神經活動,將同時出現的兩個或多個目標或加工對象轉化為時間上相分離的周期性加工可能是大腦更青睞的、也是進化所保留下來的最普遍、經濟和有效的加工方式。