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1、浙江大学博士学位论文注意定向对立体视觉影响机制的ERP研究浙江大学博士学位论文注意定向对立体视觉影响机制的ERP研究姓名：房慧聪申请学位级别：博士专业：应用心理学指导教师：沈模卫20050501摘要在认知心理学研究领域中，注意定向对立体视觉加工的影响机制以及注意在三 维空间中的分布规律已日益成为研究者关注的前沿课题。本研究以行为范式结合 ERP技术，以E维空间中外源性注意启动效应的ERP研究、三维空间中外源性注 意返回抑制效应的ERP研究和中央符号提示下三维空间中注意启动效应的ERP研 究三个实验，探讨了两种注意定向方式对立体视觉加工的影响机制，旨在掲示三 维空间中后注意立体视觉加工的规律，探
2、明注意定向对立体视觉加工的影响。本研究获得以下主要结论：短SOA下，无论是3-D还是2-D，非预测性边缘位置线索对后续辨认任务均 发生了启动效应。3-D空间中边缘位置线索提示诱发了注意的自动定向，注意 从个深度面转移到另深度面需要耗费一定的时间。3-D空间中产生的经典 注意提示效应，在ERP上表现为有效提示下P1、N1、N2等早成分的增强； 跨深度空间启动效应主要应由N1的增强效应加以解释。(2) 长SOA下，2-D平面上非预测性边缘位置线索导致了经典的返回抑制现象， 3-D空间中返回抑制效应波及到了不同的深度平面上。3-D空间中产生的经典 返回抑制效应表现为PU N1、P2等ERP早成分的变
3、化*,在跨深度返回抑制中， 启动位置上的目标诱发了脑电波中PI、P2等早成分的衰减。(3) 无论是短SOA还是长SOA, 3-D空间中预测性中央符号线索对后续辨认任务 均产生了启动效应，且启动效应量不随SOA延长而变化。短SOA下，经典提 示效应和跨深度提示效应均表现为有效提示下的N1波幅大于无效提示条件， 长SOA下，线索提示效应则表现出了无效提示条件诱发较大N1波幅的趋势。关键词:立体视觉空间启动返回抑制中央符号提示边缘位置提示事件相关电位The effect of attention orienting on stereopsisand its neural mechanismABSTR
4、ACTThe effect of attention orienting on stereopsis and the mechanism of attentional distribution in 3-D space have been studied intensively in cognitive psychology. Employing a behavioral paradigm combined with the ERP technique, the present research is aimed at exploring how different kinds of atte
5、ntion orienting influenced depth processing and how they were expressed in ERP components. 3 experiments were conducted to find out the temporal properties of post-attention stereopsis and their corresponding neural mechanism.Main conclusions of the paper are as follows:(1) At the short SO A, the un
6、informative peripheral cue produced a facilitative effect on the subsequent discrimination task in both the 3-D and the 2-D condition. The peripheral cue elicited the automatic orientation of attention in the 3-D condition, and it took time to shift attention from one depth plane to another. The cla
7、ssic attention cueing effect provoked by the peripheral cue in stereoscopic space affected PI, N1 and N2 wave of ERP early components; The cross-depth cueing effect might be explained by N1 enhancement,(2) At the long SOAs the uninformative peripheral cue elicited the classic inhibition of return (I
8、OR) in the 2-D conamon; Furthermore, the IOR effect spread across different depth planes in the 3-D condition. The classic IOR in stereoscopic space affected PI, N1 and P2 wave of ERP early components. As for the cross-depth IOR, the cued target decreased the amplitude of PI and P2 wave of ERP.(3) A
9、t both the short and the long SOA, the predictive central symbolic cue produced a facilitative effect on the subsequent discrimination task in the 3-D condition, and the difference between the two treatments was not statistically significant. At the short SOA, both the classic and the cross-depth fa
10、cilitative effect in stereoscopic space affected N1 wave of ERP early components, in which the valid-cue trials induced a larger N1 amplitude; while at the long SOA，the invalid-cue trials tended to induce a larger N1 amplitude.Key words: stereopsis; spatial cueing; IOR; central symbolic cue; periphe
11、ral cue; ERP1前言三维世界中的客体在单眼视网膜上形成维映像，但人脑却能够利用双眼的 维映像获取三维信息，那么这种三维知觉是如何形成的呢？ 1838年Wheatstone 利用首创的立体镜率先掲示了视知觉中存在着基于双眼视差加工的立体视觉现 象，从此开拓了个崭新的视觉研究领域。长期以来，立体视觉一直倍受认知科学、神经生物学以及人工智能等学科的 关注。在新兴的认知神经科学领域中，事件相关电位(ERP)等先进技术的兴起为科 学无创地探索人类双眼视差加工的过程和机制创造了有利条件。基于这种先进的 技术手段，传统认知心理学中相关课题的研究亦会得到进步深化和明晰。近来， 有关注意定向对立体视觉
12、加工的影响机制己成为当前立体视觉研究中的重要课题 之一。1.1深度知觉线索由于个体的生活环境是三维立体空间，因此需要判断客体的空间关系，这种 关于物体远近距离的知觉叫深度知觉(Depthperception)。个体对深度的知觉是根据 外部环境及机体内部线索提供的信息进行的，物体的结构、空间关系、运动变化 等客体因素以及个体的触觉、双眼辐合等主体因素都是人脑形成深度知觉的重要 信息源，因此被称为深度线索(Depth cues)。目前有关深度知觉的理论主要包括两类：深度线索理论(Depth cue theory)和生 态学理论(Ecological Theory)。前者认为不同的信息源或深度线索联
13、合加工，从而 使知觉者形成三维图景(Goldstein, 1989);而后者则采取更广义的视角来认识深度 知觉。认为视觉系统不仅仅依靠网膜映像，而是需要全面衡量知觉者的状态及周 边环境来进行(Gibson, 1986)。从总体上看，这两种理论均承认存在一些构成深度 知觉基础的基本信息源。这些视觉信息源大致包括以下三种：眼动深度线索、单 眼深度线索和双眼深度线索(Pfautz，2002)。眼动深度线索主要包括调节(Accommodation)和辖合(Convergence)。调节指水 晶体的曲度因视距改变而发生变化，主要通过睫状肌紧张度的变化来实现；辐合则主要通过眼球外部肌肉组织的协调收缩和舒张
14、实现(盂昭兰，1994)。单眼线索又称图形深度线索(Pictorial d印th cues)，是仅凭单眼即可感受的深度 线索(见图1.1)。它以观察环境及客体的物理特性为内容，主要包括纹理梯度、线(a)靜态单眼深度线索(采自Pfautz，2002)(b遠动视差(采自Kandd,Bi.JOOl)里1.1单眼深度线索示意图条透视、遮挡、空气透视、相对大小、熟悉尺寸、运动视差、阴影、相对明度等。双眼视差(Binocular disparity)指物体映像在双眼视网膜上的相对位置差异。正 常成年人的瞳距约为65mm,因此双眼观察物体的空间角度存在差异.这种差异既包括由双眼水平位置不同而导致的视像对应点
15、水平上的差异(水平视差，Horizontal disparity),也包括双眼映像在垂直方向上的差异(垂直视差,Vertical disparity)。鉴于 水平视差在立体视觉形成过程中的关键作用，本研究主要关注基于水平视差形成 的深度知觉,1.2立体视觉加工立体视觉(Stereopsis)是指基于双眼视差产生的深度知觉，是人类最高级的双眼 视觉功能。自Wheatstone(lS3S)首次报告视差作为深度知觉的有效线索后，研究者便开始对立体视觉的机制进行了深入探讨。目前，基于双眼视差产生立体视觉的 基本原理已在许多领域得到应用，例如飞机座舱设计、空中交通控制、遥控机器 人研制、计算机辅助设计、
16、医学、气象学、建筑业以及电玩娱乐业等。随着对立 体视觉信息加工机制研究的不断深入，神经生理学家将会进一歩明确人脑加工立 体视觉信息的神经机制，人工智能专家则会模拟人脑研制出能够高效处理立体信 息的计算机系统及算法，这将在未来航空测量的自动化、飞行器的自动导航、机 器人视觉以及虚拟现实等髙新科技发展中具有广阔的应用前景(房慧聪，沈模卫， 李鹏,2004)。1.2.1双眼视差与立体视觉双眼视差是立体视觉赖以产生的基础(Howard & Rogers, 1995)。如图1. 2所示， 当人们注视点F吋，F落在双眼视网膜的对应位置上，从而形成无视差的单像。Vieth和Mttller认为位于双眼节点与注视点的外接圆上的物体都会在视网膜上形成 单像，因此该圆又被称为Vieth-Miiller环(1826)。后来，Ogle通过实验研究发现， Vieth-Mtille
