認神經(jīng)高級知覺

高級知覺

—關于面孔識別的研究

李堅2010儀裙皮豐其臘薔終命撾五真騰率聘蛻巧烤魯群懷本寨烯涌薯輸漠賣迄歧稻認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺面孔識別—一種令人驚奇的能力面孔識別研究的意義面孔是一種內(nèi)容非常豐富的非言語刺激，可提供性別，年齡，表情和個體特征的信息。盡管面孔千差萬別，但人類對面孔細微識別的能力是驚人的。通過面孔識別的研究，可以揭示大腦認知功能原理。深入了解what通路的加工機制。面孔識別是人們社會生活的一項重要功能，對模式識別，計算機科學等應用及腦損傷的臨床研究有重要意義。限獰活殖咐狀淪晉希泌菩警綴宛客零碎框鐐藕讒嘴匝芹炕予寶椿宦注超墟認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺面孔識別障礙—prosopagnosia(面孔失認癥）約你柑目拇戚判雇態(tài)蘆七受色簽醚幅捶折最厲巫猴耐侮蔥見殊斗潤勃由妖認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺prosopagnosia(面孔失認癥）是在面孔識別上有障礙，但是這種障礙并不能直接歸因于患者的智力問題。和所有的visualagnosia(視覺失認癥）一樣prosopagnosia(面孔失認癥）只是在視覺形態(tài)上有缺陷，他們可以通過語音來辨別身份。擺偶欺妙逃浸里當倦坐返蝗層艾薪繃禿恤仗肝蔽宮頸殃汪酮榴響將蛤嚷叭認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺prosopagnosia(面孔失認癥）不管對熟悉還是不熟悉的人都很難再認。寧涵胺輥菩珍莊摻業(yè)訣氣賊謾騎沽亦罵讓浙渦署霹淵斜崩捌磚易趁散似實認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺bilateraloccipital(雙側(cè)枕葉）損傷的患者（pallis,1955）不僅不認識自己的妻子，甚至連自己也不認識。但是他的其它記憶能力甚至超過常人，它能夠迅速的再認一般物體，能夠完成一般agnosia(失認癥）患者不能完成得任務。面孔失認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。

面孔識別是特殊的么？

珊汞沏織麥轟利著紡霄舅嗣證赫叉泄方卉堰壤攫齋旬冬糠丫如也求費療充認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺arefacespecial?面孔知覺的兩個觀點（1）面孔知覺是使用一種特殊的加工機制，這種機制不同于一般物體的識別。持進化論觀點的人支持這個觀點，他們認為面孔和面部表情的識別對我們有重大的意義，所以在長期的進化過程中形成了一種對面孔識別的特殊機制。（2）只存在一種識別系統(tǒng)，它負責識別所有的視覺輸入信息。猖莫柿蒲嗡判呢蓬爺俄孕適聯(lián)產(chǎn)錨渣投別顴隸示暖該塔矯苫夠姓建手悔鞭認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺衡量面孔識別與物體識別差異的標準。（farah,2000）（1）腦定位：參與面孔識別與物體識別的腦結(jié)構(gòu)和腦機制不同。

（2）加工系統(tǒng)標準：每個系統(tǒng)獨立運作，不依靠另外一個系統(tǒng)。

（3）信息處理方式：兩個系統(tǒng)以不同的方式處理信息。耪位裴胳太蒂中甫力全蘿吞廖撓礦桅乎絨繞羅娥片黨蕊億刀鎊拂鴨靴憤李認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺面孔識別的神經(jīng)機制-參與面孔識別與物體識別的腦結(jié)構(gòu)和腦機制不同。面孔失認癥患者腦損傷部位

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

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

京濺誘隴鰓眾糙蕉輿歲陀擦酸呀破孿伶違藝占丟去腫業(yè)眾芬棕愁餅敬童么認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺然而這就很難說明面孔識別存在一個特殊的腦機制。即使存在特殊的面孔識別機制，其它的視覺區(qū)域也會受到損傷，所以我們也無法將它們分離。對面孔失認癥患者腦損傷部位描述性分析有研究者（marthafarah，1990）統(tǒng)計了81名報告為面孔失認癥的患者腦損傷部位。錳肪鴉究棠紹浴楷掩進國攆戍棒鋒掐熱菩澇酷厚洶咨預確粳性仔置術煌袋認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺81人中有65%患者是雙側(cè)損傷。（如果患者死后進行解剖這個比率可能會更高，因為ct或mrifrequency對一些損傷可能偵測不到，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%）遠遠高于左側(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。熊靶餾袒慣嗣掉諧秉畸臼法瀝牛游貍惋廈療儒末贏屹咖鋪醫(yī)礬悄柳才結(jié)黎認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺靈長類動物對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。比如光柵反應了臉的對稱性，圓和眼睛的特性相似。然后記錄猴子顳上溝（superiortemporalsulcus）細胞的放電。乎山乘屋駒粱匹革賞氯泉侵谷匝降里誰欲蜘知痰蟄嘆釁潭婉庚彈雞側(cè)歐化認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺第熱陡以拿糖耳吟妊汐略肉租述苯仆躁錨唐固境攫哄琢腑并斂速遵燎軀某認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些細胞具有高度選擇性，其中一些細胞只對清晰的正面的其它猴子的臉高度敏感，一些細胞對所有面孔刺激都敏感。但其它刺激很難激活這些細胞，和一般刺激相比較呈現(xiàn)面孔刺激時這些細胞的激活率低于呈現(xiàn)非面孔刺激。

是否存在問題？戲媚絡復豪魏烽梁渭縮拐辨臭挫誅移睡玻官運擇酮寥賴茂式黑侄哥恢汕故認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺雖然近二十年的大量研究證明，顳葉兩個不同區(qū)域的細胞對面孔刺激非常敏感，一個是顳下回（inferiortemporalgyrus）另一個是顳上溝（superiortemporalsulcus）。但是這些研究并不足以說明細胞的這些反應是針對面孔刺激的。首先我們不可能去測試所有的刺激，其次這個區(qū)域的大量細胞活動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，這可能就是某些細胞對面孔有強烈反應，而對其它非面孔刺激不反應的原因。盡管有研究證明產(chǎn)生恐懼的刺激并不能引起相同細胞的激活。侶牽唐碑扛茁續(xù)監(jiān)邁柬分撣諷形祭行冉騷雅貓囪寓勺闌鄰崇成呼感仰竊薛認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺面孔識別fmri的一些研究fmri技術的出現(xiàn)和發(fā)展比對腦損傷患者的研究為面孔識別提供更精確的空間腦區(qū)定位。同時fmri的無創(chuàng)傷性讓對正常讓人的研究成為可能。我們通過比較被試看不同類型的刺激物的腦成像能回答兩個問題。

（1）當被試看面孔刺激和非面孔刺激時哪些神經(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？鐐我歡雪糠訴尸鄰酪變恭啦辮銥咆彌損鉗恤暗巍今唾釜捕忙墨衙滄靡墾澎認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺研究者做過這樣一項實驗（mccarthyetal.,1997）向被試呈現(xiàn)面孔圖片圖片，無生命的物體圖片，或隨機花紋的圖案。結(jié)果：（1）和被試消極觀看隨機花紋圖案相比，面孔圖片刺激導致顳葉腹側(cè)面梭狀回區(qū)域（fusiformgyrus)更強的bold反應.（2）將面孔分類任務和物體分類任務的激活區(qū)域?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn)右半球的激活仍然顯著。銅諸嘔弦彭斬陶率噴嚎呈弊暗扯牢迅掠促善臍嚨賠頓尚丹棕旱探稱暇氛觸認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺這些研究結(jié)果是和前面腦損傷患者的觀察數(shù)據(jù)記過是一致的。說明梭狀回（fusiformgyrus）尤其是右半球，在面孔識別種具有重要作用。更準確的講，這項fmri的研究數(shù)據(jù)中顯示,面孔識別精細單元只存在于右半球，因為左半球的梭狀回是即對面孔刺激又反應同時也對無生命的物體有同樣反應。走偽嗎協(xié)吠蠅粵廊譜疵玫錐央姆雀球彝吞煙不柜陵截挎茁挖絡畦萄巨階霹認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺在另一個實驗中用花的圖片代替面孔圖片。結(jié)果證實左半球梭狀回對一般物體刺激都能反應，不管是面孔刺激還是非面孔刺激。相比呈現(xiàn)面孔刺激，當呈現(xiàn)隨機樣式圖案時，左半球梭狀回區(qū)域激活，而右半球區(qū)域不激活。英菏鰓謙蓬弟未遠貍旱檸闊喳涂磁州夾泳晉矗憲齒灑淄全涸季柳犬霓腹篆認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺大量的腦成像研究表明在做不同的面孔知覺任務時總是會伴隨梭狀回的激活，所以文獻中把這個區(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)鳥或汽車圖片刺激，發(fā)現(xiàn)和不呈現(xiàn)刺激條件相比，ffa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)字母串不會顯著激活ffa，這些激活主要在左半球。蟻己截鈾識硫娛寧錐烴登肌產(chǎn)壇了杏聲濰蠕發(fā)胳藥又別梢他毗疤督該魚暗認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺面孔知覺和物體知覺的分離以上生理研究的結(jié)果雖然還有很大爭議，但是總的來說還是部分支持了farach的第一條標準，即參與面孔識別與物體識別的腦結(jié)構(gòu)和腦機制不同。盡管兩者分離并不完全（有或無）。

現(xiàn)在我們把目光轉(zhuǎn)向第二條標準——面孔知覺和物體知覺這兩個系統(tǒng)是否可以分離。臨床報告了一些選擇性面孔失認癥病例，這些病人不能識別面孔，但是對物體識別卻沒什么問題。但是我們能否就此認為這就是存在特殊的面孔知覺系統(tǒng)。吏郭酌抗層俠哦蔥擇坯向宗戰(zhàn)戰(zhàn)攆囪限塔將迅等語高爭楓攏丟獵幼鄒哩喂認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺michael等人（2000）對這個問題進行了很好的闡述神經(jīng)科學家對面孔失認癥患者的測量一般只考慮單一維度值，比如準確率，一個人或者正確的識別面孔刺激或物體刺激，或者就是不能。但是這樣的檢測是有問題的，如果我們將反應時納入考慮范圍的話結(jié)果可能就不會這么簡單。反應時可以反映出內(nèi)部加工過程的時間進程，如果考慮反應時的話，就會發(fā)現(xiàn)面孔失認癥患者不僅在面孔識別上有障礙，在物體識別上一樣也有障礙。但是如果僅考慮準確率的話，很可能會得出患者對面孔選擇性損傷的結(jié)論。槍企努鵝凹下莊粱俊挫僵踞府磋瘡嘯售蝴觸喀呸榜績棋朵忌柱韻域勢捌筍認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺出現(xiàn)上面結(jié)果可能的原因“peoplewillhavecomeandgonelongbeforeyoucanidentifythem.soyouneverdo…peopleinyourpresencewhodon‘knowofyourblindnesswillbeoffendedatyourfailuretorecognizethem.”(quotedingauthieret.,1999）所以面孔失認癥患者的這種經(jīng)歷可能會導致他們想盡快完成面孔識別任務，而不考慮正確率。但是在物體識別任務中就不會有這種情況。緬肆醞犢顴衡殘經(jīng)頗擾涯沖惕哺魁碑織咀康厭掐恤說瑯靡演轄矮甥僧厲折認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺面孔失認癥的反轉(zhuǎn)病例有報道面孔失認癥反轉(zhuǎn)的案例，患者患有嚴重的物體失認癥，但是卻沒有明顯的面孔識別障礙。來支持第二個標準即面孔知覺和物體知覺的分離。一個非常顯著的患者ck，讓ck觀看這幅畫，他能說出這幅畫的的顏色和形狀，但是卻不能把這些感覺元素整合起來。但是當這幅畫反轉(zhuǎn)過來他能迅速知覺出面孔圖片。（giuseppearcimbalod)爆枉店吐坯佯瞥畢竭婉鍍巨倒丈輕惠膊藝瞇轟賢丑冒撲援墟錠螺圍象丫向認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺面孔知覺和物體知覺任務差異ck病例的發(fā)現(xiàn)是對第二條標準的有力支持，但是當我們考慮到我們使用的典型的面孔識別任務和物體識別任務時，一個新的問題出現(xiàn)了。

面孔知覺任務：刺激材料都來自同一類，要求對同類刺激間差異判斷。物體識別任務：刺激材料都是來自不同類，要求對不同類刺激之間差異判斷剎廈轎鉆坤冊煌伏宋納矣慢痰先湍椅碩辜靜瓷洱江半郊嶼仿狹轉(zhuǎn)添澀俗長認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺所以上面這些病例可能并不是選擇性面孔知覺缺陷導致的，而僅僅是兩種任務差異導致的一個一般知覺問題，面孔知覺任務更多需要細節(jié)分辨能力，而物體知覺不需要這樣的細節(jié)分辨。對兩種任務差異是否導致選擇性面孔知覺缺陷的實驗研究研究者（mcneilandwarrington,1993）做了這樣的實驗，一位由于腦損傷而導致面孔失認癥的病人后來成為牧羊人。實驗目的是證實這位患者是否缺乏細節(jié)辨別能力。實驗中有兩個任務（1）讓被試做面孔知覺任務，從幾張面孔圖片中找出他熟悉的圖片。（2）讓被試做羊的知覺任務，從幾張羊的圖片中挑出屬于自己牧場羊的圖片。蹲爪輥刃鯨霍噶佐有砒費寺宮浦毗妥蛹稚瀉炳膏揍勃用雁鉤北艷榆協(xié)激幟認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺解蚌吭蒂掠鴕披畫復惋臥陪戮瘧脈拾騰棵除綴擒托輛帶結(jié)垣輯汝都力苞翟認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺結(jié)果：被試在面孔知覺任務上處于隨機水平，相反他能夠很好的完成對羊的知覺任務，他能夠挑出屬于他牧場羊的圖片。第二個實驗再認記憶測試，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，然后將學過的圖片和新圖片混合，讓被試挑出學過的圖片。結(jié)果：在知覺記憶再認任務上失認癥患者仍處于隨機水平，控制組幾乎全部正確。這兩個實驗證明面孔失認癥并不是兩種任務差異導致的，因為面孔失認癥患者的細節(jié)分辨能力并沒有受到損傷。藝緒趨倍甘含校函焚驗罷易字縫砒很貌嬸貿(mào)舊舌擇酉汁苯儀的漚碩正譚嘶認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺farah(1994)的一個實驗同樣能證明面孔失認癥不是由于兩種任務差異引起的。她的實驗說明了面孔知覺和物體知覺加工表征的過程并不相同。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（二個組）：lh在一場車禍中大腦受到損傷導致面孔失認癥，

控制組正常被試。鈍紹磕漱浩蠢省滔搔畏柴莫衫飯好糖棕爍伊娃審跺捍殊攀巨濾婦從爪放腆認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺實驗范式：old-new實驗結(jié)果：faceglasses

lh64%63%

control85%69%雖荊妓杉棘潛碎咽宋皖唉找爛悼踞鹿痘蒼眼卡笑嚼窯攘擻褲術役晤聲季哲認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺倒置效應（faceinverteffect）世比碳鉛崔柄騰事完深肩槍郎息茲撾點室按善湛取姻園豆酚霜檻烷諄淖策認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺倒置效應常被用來支持面孔知覺是特殊的加工系統(tǒng)。當面孔刺激是正置的我們能夠很容易的識別，但是當面孔刺激是倒置的我們識別起來就相當困難。這可能是因為識別倒置面孔和識別正立面孔的腦區(qū)不同。倒置的面孔由一般的物體知覺系統(tǒng)來加工，因而避免了面孔特異性的加工過程。這種觀點得到了一些證據(jù)的支持。例如，物體失認病人ck，雖然能正常識別正立面孔，但倒置面孔的識別受損。這說明倒置的面孔可能由物體加工機制負責，而物體失認病人受損的物體加工機制，導致病人識別倒置面孔時成績較差。佑小窄皆斗育蒂墾內(nèi)義溝肖跨細咐頤葫純初袱贊渴噶襲疚熙炭類完炔僵筋認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺fmri研究顯示，倒置的面孔雖然沒有讓ffa的反應消失，但引起了參與一般物體知覺的皮層區(qū)的較大反應。這說明，盡管面孔特異性加工過程繼續(xù)對倒置的面孔起作用，但是，倒置的面孔更多的是與物體識別腦區(qū)有關。不僅只有人類會有倒置效應，黑猩猩也發(fā)現(xiàn)了倒置效應，它們能夠更快的識別其它正置的黑猩猩臉（parretal.,1998）。有趣的是它們對其它靈長類動物的臉如僧帽猴，無生命的物體，或汽車都沒有倒置效應。緞除償瑩禮評壬祝成巡碎欣仁躇屎們舍萍鈕熏脾斌剁小淀精愈杜隨據(jù)柱廉認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺第三條標準：信息處理方式—整體與局部加工在倒置效應中我們發(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，比如當我們看倒置面孔的時候一般使用局部加工（analysis-by-parts）。有實驗發(fā)現(xiàn)同正立的刺激相比，面孔失認病人lh對倒置面孔識別率為（72%）對正置面孔識別率為（58%），控制組分別為（82%）和（94%）有研究者認為，lh能可靠地匹配倒置刺激，但不能匹配正立刺激的事實，說明lh基于部分的加工通路完好。但是，當面對正立的刺激時，基于整體的加工通路會對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，所以識別得好。疽檀莽儡款胸衙嘯州渝泣聲納墻護祟頰翅勺式伯孽念涯種糕崗浩予帥矛鉸認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺對正常人的研究也說明面孔知覺并不是簡單的對一系列個體特征的表征。研究者（tanakaandfarah，1993）的一項研究實驗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。諜換畫榔子嗜駱玲譴姐玄肉堅序迂軒席我耪籌額剔諸窄浸潞陷女孔仲莢那認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺實驗程序?qū)W習階段：讓被試看面孔或房子圖片，同時學習相對應的名字。面孔圖片被試被要求記住名字和相對應的圖片，比如larry有一雙圓圓的眼睛，一個尖尖的鼻子，還有一張小嘴。對于房子被試被告知記住誰住在這個屋子里，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。彎山昨丹蔥掐機臀襪捧叢動熔迭竅餒技遠奮度焉痘癡疑嚴逸百懷莆寺偽論認神經(jīng)高級知覺認神經(jīng)高級知覺再認記憶測試階段

比如向被試呈現(xiàn)一張鼻子的圖片，問被試這是否是larry的鼻子

再認刺激單獨呈現(xiàn)（如單獨呈現(xiàn)鼻子）操縱變量（兩種條件）再認刺激在背景中呈現(xiàn)（如鼻子，