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对称图形检测的神经机制研究进展

已有 3219 次阅读 2016-6-8 17:02 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 对称, Detection, symmetry, 对称检测

对称图形检测的神经机制研究进展

动物可以区分对称图形和非对称图,比如实验发现鸽子比较偏好非对称图,研究人员甚至可以训练鸽子辨别对称与非对称图形(Delius and Nowak, 1982)。人们倾向于认为:大脑具有自动检测对称性的能力,并能利用对称性进行知觉组织。研究发现:对称检测在大脑中是一个pre-attentive的,比如偏侧忽视症患者虽然不能注意到完整的对称图案,但仍然不自觉地利用对称性来组织图案(Driver J et al. 1992 Nature),可见对称检测在大脑中是潜在地、自动地发挥着作用。这种作用被格式塔学派认为是促进了知觉组织:那些对称的轮廓线条容易被我们归为同一个物体的轮廓,并且对称性能如同线索(Cue)一样帮助大脑快速将图形轮廓从背景噪音中分离出来(Bart Machilsen et al. 2009 Journal of Vision),而那些非对称的图形则比较难以检测(但周边视野没有symmetry facilitation,参考Sassi et al.2014 Symmetry)。比如下面两张图,据说上面的里面含有对称图形,所以被试更容易发现上面里面有图形。


可是有一个问题仍然不太清楚:我们都知道,世界上充满了对称的事物,动物一生下来就接触各种对称图形,在我们的记忆中存储了各种各样的对称事物或对称形态,那么究竟是丰富的对称经验在促进我们对对称图形的检测力呢,还是因为大脑先天具有对称检测功能从而使大脑对对称图形的检测更敏感呢?(这个问题我还没有找到相关论文)

抛开上面的问题,我们还对这样的问题感兴趣:大脑的哪些区域在负责对称图形的加工?是如何加工的?Sasaki 2005年在PNAS上发表了一项研究,他们发现,与非对称图相比,对称图案能使人类和猴子的某些比较高级的视觉皮层的活动加强,比如V3V4,而V1V2在对称和非对称没有表现出差异。令人惊讶的是,ITinferior temporal cortex)这个高级脑区也没有表现出差异,而C.R.Olson2007年发表在Journal of Neurophysiology上的文章发现猴子的IT区神经元在看到对称图形时比非对称图形发放高出3%左右。Sasaki对此的解释是:Olson用了实心的对称图形,他自己用了点状对称图案,而IT更喜欢实心图案。有人在Trends in Cognitive Science(如果我没记错的话)撰文点评Sasaki 2005年的工作具有开创性,并相信未来会知道电生理的研究,使人们对对称加工的神经机制有更深了解。然而,11年过去了,对称性的神经机制研究还在原地踏步。事实上,SasakiOlson的所谓对对称敏感的神经活动是值得怀疑的,在Sasaki实验刺激中,对称图形本身含有许多小的规则形状,而非对称图形则缺少规则的局部元素,而视觉记忆和视觉识别本身是偏爱规则图形的,所以不是对称图形引起了更高的神经活动,而是对称图内部的小部件对神经元而言属于较优刺激。Olson的刺激面临同样的问题,此外还面临一个问题,就是那微弱的3%究竟是个别对称图形引起的,还是说每个对称图形都比非对称图形更能引起IT神经活动,更具大量的IT研究,后者可能性极小。所以Olson自那以后也没有对对称性进行过什么研究。可见我们不能把这二位的数据太当回事,况且这些数据对我们了解对称检测的神经机制没有太大意义。下图分别是Olson和Sasaki用的刺激举例。


我想真正有价值的研究,还是对称检测在大脑中是怎样发生的以及对称信息是如何促进其他视觉加工过程的。人们曾经提出若干个对称检测的机制,Johan Wagemans1997年在Trends in Cognitive Sciences上总结了这些机制,也列举了它们的问题,这些机制都不太合理,但作者最后肯定了DakinWatt的计算模型。DakinWatt1994年在Spatial Vision发表了他们的计算模型,能以人工的方法有效地解决对称检测的问题,他们先用Spatial filter对图形进行处理,然后计算Alighment measure,效果很好。但这个过程与大脑比起来蛮笨拙的,因为它相当于让计算机假定了若干个可能的对称轴然后挨个试,但我们的大脑可不是这么干的。尽管如此,这个计算模型能有效地寻找对称轴,也能帮助心理学家分析自己的视觉刺激的对称强度(参考Cohen and Zaidi 2013 Journal of Vision)。


总结:大脑能快速区别对称与非对称图形,并能精确找出对称轴,这个过程是如何在大脑中实现的,我们可以说是一无所知。




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1 陈南晖

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