空间信息如何影响时间知觉？贝叶斯模型告诉您答案

陈开明

（西南大学心理学部 时空认知实验室 ）

在生活中，我们常常需要利用精确的时间和空间信息来完成一些活动，这使得关于时空的研究变得十分热门，时空之间的相互影响正为我们提供了一个研究途径。Kappa效应就是一个经典的时空交互现象，是指时间知觉受到空间事件的影响。举例来说，以两个从左到右依次呈现的刺激为一组，当几组刺激时间间隔相同，但距离间隔不同时，被试判断刺激间时间的长短会随着这几组刺激距离间隔的增大而上升，并且这种上升趋势会逐渐减缓。

为了研究kappa效应，研究者们曾提出了一些理论模型对其进行定量研究。西南大学心理学部陈有国课题组通过分析已有模型的优缺点并整合出一种新的贝叶斯模型来研究kappa效应(Y. Chen et al., 2021)。此前主要两种模型——经典模型和慢速度模型，从不同的方面解释了kappa效应，但都还不完善。经典模型将kappa效应归因于恒定速度假设，即个体将不同位置相继出现的刺激理解为以恒定速度运动的同一物体，并在此基础上推导出了一个线性模型，但它不能解释kappa效应后期增长趋势为何逐渐减缓。而慢速度模型则将kappa效应归因于慢速度假设，即个体预期环境中的刺激处于静止状态或者以较慢的速度进行运动，并提出kappa效应后期的增长趋势逐渐减缓是刺激位置的不确定性造成的，但没有实证证据证证实。

Chen等(2016)证实经典模型中的恒定速度实际上就是慢速度，因此这两个模型对大脑如何处理时间信息的解释是较为一致的。如下图所示，该图是使用经典模型解释被试判断两组刺激时间间隔长短的过程。当外界呈现的刺激信息t_s1进入到大脑中时，会伴随着加工信息的噪音，并在脑里面形成一个感觉记忆表征t_m1。进入时间估计阶段后，根据贝叶斯定理，由先前经验（prior，先验）和感觉记忆表征t_m1（likelihood，似然性）整合得到一个后验时间（posterior，后验），即知觉到的时间t_e1，t_e1再与以相同方式得到的t_e2相比较，通过信号检测论进行决策判断。

空间不确定性使得kappa效应后期呈现减速趋势这一假设还有证实的。也就是说除此之外，还有可能是其他原因造成了kappa效应减缓。Chen等（2021）假设kappa效应中的减速趋势可能是韦伯-费希纳定律的结果，将经典模型与该贝叶斯框架相结合，提出了一个新的对数形式的模型。该模型对时间信息的处理与经典模型大致相同，不同之处在于信息进入大脑时会先进行一次对数转换，才进行后续的估计和判断。

 

为了验证kappa效应减速趋势是受空间不确定性的影响还是由韦伯-费希纳定律驱动，本文设计了两个实验来进行探索。实验1采用恒定刺激法，通过操控刺激的位置来获得不同的位置不确定性。中心视野的位置不确定性低，离心率越大位置不确定性越大。采用3（水平距离：0°、4°、8°）×3（垂直距离：0°、4°、8°）两因素设计。实验刺激是两个从左至右依次闪烁的小圆，两个小圆之间的水平间隔及小圆与注视点之间的垂直间隔都有3个水平，即刺激的空间距离共有9个水平。被试需要记住这两个小圆之间间隔的时间，并与之后（或之前）蓝色方块呈现的时间作比较。测量被试判断的主观相等点（PSE）和标准差（SD）。结果发现在水平距离越大知觉时距越长，但是垂直距离不影响时间知觉。这说明空间不确定性并不是kappa效应减缓的影响因素。

实验2采用自适应阶梯法，探究kappa效应的减速趋势是否受韦伯-费希纳定律驱动。标准刺激中的小圆从左到右依次闪烁，距离从6个水平中随机选择，时距间隔随机选自0.5秒和1秒。比较刺激中的两个小圆仍从左到右依次闪烁，它们之间的空间距离恒定不变，间隔时间根据交错自适应阶梯法调整。具体来说，比较刺激的间隔时间会以0.4倍的标准时间间隔开始(例如，0.5秒条件下，以0.2秒开始)，如果被试判断正确，下一次比较刺激的间隔时间将以标准时间间隔的0.1倍递增（0.25秒），如果一直判断正确将一直以0.1倍的标准时间间隔递增，直到判断错误，那么下一次将以0.1倍的标准时间间隔递减。另一个阶梯从1.6倍的标准时间间隔开始（0.8秒），变化方式也是同理。当刺激依次呈现之后，被试判断哪一对小圆的时间间隔更长。本实验使的因变量仍为被试判断的主观相等点和标准差。采用经典模型与新提出的对数模型对数据进行拟合，经典模型预测的主观相等点（PSE）随着水平距离的增加而线性增加，而对数模型预测PSE随着水平距离的增加而增加，并呈现减速趋势。提出了衡量kappa效应强度的指数κ，发现时间知觉的变异性与kappa效应强度κ之间存在显著的正相关。

 

本文有几个值得注意的发现。首先是刺激位置的空间不确定性不会影响视觉的kappa效应。该结果与触觉的慢速度模型结果不符。这种差异产生的原因可能是感觉通道的不同。我们的视觉感知更加灵敏，不像触觉感知那样容易受到预期的干扰。其次，与之前使用复制任务的实验相比，本实验采用的时间比较任务。在拟合数据的过程中发现，复制任务法中估计时间产生的额外反应噪音在时间比较任务中能有效避免，这说明使用时间比较任务更适用于kappa效应的减速趋势的研究。另外，实验2也有效地证明了kappa效应的减速趋势是由韦伯费希纳定律造成的，并且再次验证了前文中恒定速度就是慢速度的观点。最后，在探究个体之间kappa效应的差异时，本研究首次提出将kappa效应的强度定义为一个指数κ，该指数增大表示随着小圆间距离的增大，被试判断的时间增加的涨幅更大，即kappa效应更强。而时距判断标准差则是时间变异性的一个指标，标准差越小表示时间不确定性越小。kappa效应的强度指标k值与时距判断的标准差呈正相关，这一结果说明个体自身的时间不确定性越小，kappa效应强度越小，这为研究如何降低kappa效应的影响提供了理论基础。

 

 

参考文献

Chen, Y. G., Zhang, B. W., & Kording, K. P. (2016). Speed constancy or only slowness: What drives the Kappa effect. PLoS ONE, 11(4), e0154013. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154013

Chen, Y., Peng, C., & Avitt, A. (2021). A unifying Bayesian framework accounting for spatiotemporal interferences with a deceleration tendency. Vision Research, 187, 66–74. https://doi.org/10.1016/j.visres.2021.06.005

 

A unifying Bayesian framework accounting for spatiotemporal interferences_Supple.pdf

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