非注意条件下面孔结构信息自动加工脑机制——基于vMMN研究

摘要

面孔是人际交流中重要的社会信息,自动觉察面孔信息是人类在进化中重要的技能。目前研究者普遍认为个体对面孔加工主要是基于面孔结构信息加工,对非面孔加工主要基于特征信息加工。大量的研究已经表明结构加工是面孔加工和知觉专家化的主要特征,成人之所以是识别面孔的专家主要归因于结构加工。面孔倒置效应研究为这个观点提供了有力的证据。倒置效应研究发现倒置对面孔比对物体刺激呈现更大的损害,这一现象提示面孔倒置破坏和扰乱了相互依存的面部结构信息,目前已经作为结构加工的诊断依据。
　　面孔是特殊的视觉范畴,一直被认为是社会交往的中心资源,那么在非注意条件下对复杂信息面孔的觉察显得尤为重要。然而,在以往面孔认知加工神经机制研究方面,大多集中在注意的层面上,缺乏面孔认知加工与非注意间关系的探讨。近年来,有关面孔结构信息加工与注意关系的研究,在尝试回答面孔加工是否依赖注意资源。但这些研究所获得的结论并不一致,面孔加工是否依赖注意资源尚存争议。重要的是,面孔结构信息能否在非注意条件下进行自动加工,更是众说纷纭。我们知道,大脑可以在无意识条件下自动觉察刺激的变化,其中MMN即是这一自动加工的重要指标。MMN的发现为大脑信息自动加工提供了难得的客观指标。总之,个体在非注意条件下觉察外部信息变化是一项非常重要的社会认知能力,特别是对复杂信息面孔的觉察一直是研究热点问题。为此,我们采用ERP研究技术,以vMMN成分为评价指标,通过比较面孔与非面孔物体加工时的MMN差异,试图阐释面孔知觉非注意自动加工的特征,探讨非注意条件下大脑对面孔信息变化自动觉察能力的认知加工机制,为揭示人脑是如何在非注意条件下加工面孔信息的提供电生理学证据,并期望提出基于面孔结构信息非注意自动加工的理论模型。
　　本研究共分五个实验。实验一,刺激材料为单线条面孔和单线条非面孔物体图片(如房子、箭头),使用Oddball研究范式诱导vMMN,初步探讨非注意条件下单线条面孔与非面孔物体加工的机制;实验二,刺激材料为真人面孔和非面孔物体图片,使用deviant-standard-reverse Oddball范式记录MMN,进一步探讨在非注意条件下大脑是如何对面孔和非面孔方向变化进行信息加工的?是否两者之间具有相同的加工机制?实验三,刺激材料为单线条面孔和具有相似外部特征的类面孔图片,如面孔轮廓(无面孔内部特征中的眼、鼻、嘴等)和乱位面孔(scrambled faces,面孔内部特征空间关系重排),采用 Oddball范式诱导 vMMN,探讨结构信息空间关系特征是如何在非注意条件下进行自动加工的;实验四,刺激材料为真实面孔和房子图片,采用等比例(Control-MMN)范式诱导 vMMN,探讨非注意条件下结构信息自动加工是否基于感觉记忆编码?探讨非注意条件下面孔与房子呈三种不同方向(90°、180°、270°)变化对面孔认知产生的影响是质的还是量的区别?实验五,采用中国人和白种人原始面孔图片和对面孔结构信息二阶关系改变(即缩减两眼间距离)的面孔图片,探讨在非注意条件下如何对本族面孔和白种人面孔结构二阶关系信息进行加工的?能否不依赖注意资源自动觉察本族与白种人面孔二阶关系信息变化的差异。
　　本研究主要结果:
　　1.单线条面孔和非面孔诱发的vMMN有显著差异,同非面孔相比,单线条面孔诱发的vMMN波幅下降潜伏期延长;值得注意的是,非面孔物体箭头和房子相比,它们之间的波幅趋势无明显差异,房子刺激诱发的vMMN潜伏期延长。溯源分析进一步表明,面孔和非面孔在非注意条件下存在不同的加工机制。
　　2.采用deviant-standard-reverse Oddball范式记录vMMN,结果发现无论是直立方位还是方位变化,与房子刺激相比面孔刺激可诱发更负的vMMN;方位变化条件下,面孔偏差刺激比面孔标准刺激在颞枕区可诱发波幅更负 N170,潜伏期也更长,但房子刺激没有类似的变化;同房子相比,面孔方位变化诱发的vMMN波幅增大、潜伏期延长;面孔刺激在方位变化条件下比在直立条件下可诱发波幅更大的vMMN,而房子没有类似的波形变化。
　　3.采用单线条面孔、面孔轮廓和乱位面孔图片记录vMMN,结果发现无论是颞枕区还是在枕区,面孔刺激同乱位面孔、面孔轮廓刺激相比均可诱发更大的vMMN;乱位面孔和面孔轮廓诱发的vMMN波没有显著差异。
　　4.使用等比例Control-MMN范式分别比较90°、180°、270°方向变化的真实面孔和房子产生的vMMN。在Oddball范式下诱发的vMMN中,无论是在哪种方位变化条件下面孔刺激较房子刺激诱发出的vMMN波幅更负且潜伏期更短;最重要的是发现方向的改变对于我们 ERP结果不是线形的增加,就方位变化而言,90°/270°方位变化诱发出的vMMN波幅略微大于180°方位变化,但并未达到统计学显著差异;而Control范式在90°方位变化时诱发出更负的vMMN成分,同时发现面孔刺激诱发的vMMN具有右侧半球优势效应。
　　5.使用黄种人和白种人面孔探讨了非注意条件下个体对本族和白种人面孔加工时能否自动觉察面孔二阶关系信息变化。就N170成分而言,无论是对于原始面孔还是对于二阶关系信息改变的面孔,本族面孔和白种人面孔加工N170成分的潜伏期和波幅没有差异;重要的是,同白种人面孔相比,个体对本族面孔二阶关系信息改变同原始面孔相比诱发的P200波幅更大潜伏期更长。结果还发现,同白种人面孔相比,本族面孔诱发出较大的vMMN,表明中国人对本族面孔的二阶关系信息变化差异觉察表现出了本族优势。
　　本研究的主要结论如下:大脑在非注意条件下能够自动加工面孔结构信息;面孔和非面孔物体在非注意条件下存在不同的加工机制,成人在面孔加工时更多的基于结构信息加工;重要的是通过与类面孔物体相比,深入探讨了非注意条件下面孔结构信息空间关系的加工机制,表明大脑对面孔结构信息空间关系的一阶关系更为敏感;值得注意的是,本研究从实验范式上进行优化,验证了非注意条件下发生的面孔结构信息的自动加工是基于感觉记忆编码;90°方位变化对对面孔结构信息加工干扰最大,进一步验证了在非注意条件下面孔与非面孔加工机制存在质的区别;面孔刺激诱发的vMMN具有右侧半球优势效应;此外,在非注意条件下中国被试对本族和白种人面孔二阶关系信息变化能够自动觉察,表明二阶关系信息能在非注意条件下加工并且不依赖注意资源;同时,与白种人面孔相比,中国人对本族面孔的二阶关系信息变化的觉察表现出了本族优势,具有高度的敏感性。
　　总之,个体觉察外部信息变化是一项非常重要的社会认知能力。面孔是特殊的视觉范畴,一直被认为是社会交往的中心资源,那么在非注意条件下对复杂信息面孔的觉察显得尤为重要。本研究首次探讨了非注意条件下大脑对面孔信息变化自动觉察能力的认知加工机制,值得注意的是我们还直接评估了成人对本民族和白种人面孔的结构信息改变的敏感性,为大脑是如何在非注意条件下加工面孔信息提供了电生理学证据。最终我们认为,面孔的结构信息加工可以在非注意条件下自动加工,在非注意条件下面孔和非面孔物体加工机制不同,面孔结构二阶关系信息可以不依赖注意资源,并具有本族优势。

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声明

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缩略语表

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前言

文献回顾

1 面孔识别研究概述

2 知觉专家化研究进展

3 面孔种族效应和面孔结构加工

4 面孔认知与注意

5 面孔事件相关电位研究MMN研究

正文

实验设计

1 研究意义及问题提出

2 研究方案

3 技术路线

4 研究设计

5 实验统计处理

实验一 非注意条件下单线条面孔与非面孔物体方向变化的vMMN研究

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

实验二 非注意条件下deviant-standard-reverse Oddball范式面孔与非面孔物体方向变化vMMN研究

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

实验三 探讨非注意条件下方向变化对面孔空间结构认知加工的vMMN研究

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

实验四 非注意条件下Control-MMN范式的面孔与非面孔物体不同方向变化的加工机制研究

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

实验五 非注意条件下不同种族面孔二阶关系信息加工机制的vMMN研究

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

小结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢