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1、1面孔识别熟悉性效应的范式及ERP研究00716031 邱雪梅摘要：熟悉性对面孔识别的影响最早在面孔失认症病人（prosopagnosia）身上发现，此后研究者使用行为研究范式和脑成像技术探索了熟悉性对于面孔识别的影响。本文从研究方法的角度出发，重点回顾了研究者使用的实验范式和ERP研究方面一些富有争议的结果，总结了重要的研究成果，探讨了争议存在的原因。关键词：面孔识别 熟悉性 范式 ERP1 引言 熟悉面孔识别的概念很容易被人理解，而不熟悉面孔的识别似乎是一个自相矛盾的定义。在研究中，各个研究者对于不熟悉面孔识别的定义有着轻微差异，以下两种是比较公认的操作性定义：被试判定面孔为实验前没有见到
2、的面孔；被试判定两张同时呈现的照片（实验前都没有见过）是同一个人的照片。熟悉和不熟悉面孔的识别存在差异最早是在面孔失认症（prosopagnosia）病人身上发现的。面孔失认症是一种神经心理性症候群，表现为对熟悉面孔的识别能力降低甚至丧失（Young A W， 1992） 。上世纪 60年代起，很多研究者对面孔失认症病人进行了个案研究，大多数研究者发现此类病人不能再认出以往熟悉的知名人士及亲朋好友的面孔，但解释面孔表情的能力或者匹配不熟悉面孔的能力仍相当完好(Young 等，1993)。其中 Malone(1982)等在一项实验报告了第一位病人能够进行熟悉面孔的识别，但是不能匹配不熟悉面孔；第
3、二位病人能够匹配不熟悉面孔，但是不能认识熟悉面孔；脑扫描的结果显示这两个病人损伤的部位不同。这种双分离现象充分说明了熟悉和不熟悉面孔的识别是两个有着质的差异的过程，并且两者依赖的脑区不同。但是 Bauer（1984）使用皮肤电记录和命名任务发现被试其实在生理层面能够进行熟悉面孔识别，只是不能进入到自动的语义加工层面。这些研究都表明面孔失认症病人在看一个面孔时，他们仍可描述面孔的特征，但是所有外显意义上的识别却不能进行或功能下降，对非常熟悉人的面孔也没有任何的熟悉感（Kanwisher，1997） 。Young（1993）等人指出这些实验研究结果的差异一方面可能来自实验方法的差别，另一方面可能是
4、因为不同实验中脑损伤病人受损部位以及受损程度并不相同。早期研究证明了面孔失认症病人存在的面孔识别熟悉性效应，此后，研究者们开始探讨此种分离效应是否存在于正常被试，人们在识别不同熟悉性的面孔时是否使用了不同的加工策略，两者是否涉及到了不同的脑机制等等现象。研究者们使用了一系列面孔识别中的行为实验方法，探究各种因素（如倒置、内外部特征、角度变化、光效等）对两者是否有不同的影响，从而探讨不同熟悉性面孔识别的规律和特点。而近 20年来，随着脑科学技术的发展，很多研究者采用功能磁共振成像(fMRI)、正电子发射层扫描（PET)和事件相关电位(Event-related Potential，ERP)等脑功
5、能成像技术来探索不同熟悉性面孔识别是否涉及到不同的大脑机制。Johnston和 Edmonds（2009）对行为实验方法的研究结果进行了详细的总结，将到目前为止关于面孔识别熟悉性效应的行为研究中所涉及到的因素进行了归类（见表 1） 。研究者虽然在很多因素上得到了一致的结果（如内外部因素、光效、倒置、表情、背景、光效、2负向、区分度） ，在另外一些因素上面的研究却存在很大的争议，特别是关于运动对于不同熟悉性面孔识别的影响。而脑机制研究结果更是富有争议，文章指出，这些争议很大程度上是由于各个研究者使用的实验方法的差异以及关注的研究重点的差异，因此，详细梳理这些研究所使用的实验范式，分析各种范式存在
6、的问题有利于理解和解决目前研究存在的争议。表 1 “促进(help)”或者“损害（hurt） ”熟悉和不熟悉面孔的识别因素的总结表（Johnston，Edmonds 2009）2 学习-再认范式2.1 经典范式这类范式是研究面孔识别中的熟悉性效应的传统方法之一。该范式的标准形式主要包括三个阶段：学习阶段，给被试呈现一系列照片；休息阶段，呈现白屏或者让被试做无关任务；测试阶段：给被试呈现照片，让被试按键，判断哪些照片此前出现过，哪些没有出现过，记录被试的反应时间和正确率。这个实验范式可以使用信号检测论，利用被试的击中率、虚报率、正确否定率、漏报率计算 d来反映被试的判断能力。比较熟悉面孔和不熟悉
7、面孔识别的 d来确定两者的表现是否有差异（Bruce,1982） 。通过改变学习阶段和测试阶段提供的照片可以研究不同因素中的面孔识别熟悉性效应。由于这类范式简单易行，并且通过改变学习阶段和刺激阶段提供的图片，可以探讨各个不同因素和熟悉性效应的交互作用情况，因此在行为实验中得到了大量的应用。如通过在测试阶段呈现不同角度的人脸照片，Bruce (1982)发现改变角度时，不熟悉面孔的识别速度更慢并且更不准确。又如Schwaninger（2002）在学习阶段和测试阶段给被试提供的刺激图片包括人脸的单纯刺激图、打散图、打散-模糊图、模糊图四种（如图1） ，证明了构型信息和特征信息在熟悉和不熟悉脸孔中的
8、识别中都起作用。单纯刺激图 打散图 打散-模糊图 模糊图3图 1 Schwaninger（2002）实验使用图 2.2 修改范式在传统的“学习-再认”范式的基础上，研究者进行了该范式的修改，去探讨一些更加细致的问题。如吴文（2004）使用了如图（图2）所示的实验过程，证明了熟悉面孔或明星面孔的识别涉及多个认知加工过程，如语义或情景信息的提取及命名等，而不熟悉面孔的识别则不涉及这么多认知加工过程。图2 吴文使用的“学习-再认”范式示意图 Rossion（2001）在再认任务中将刺激的熟悉程度细分成了很多层次（刺激熟悉性从 0%到100%，每 20%一组） ，结果中使用主成分分析法发现被试的反应只
9、在熟悉（60%到 100%）和不熟悉的面孔（0%到 40%）上有区别，说明被试对于熟悉和不熟悉脸的判断是一个绝对化的过程。3 匹配范式3.1 经典范式匹配范式是面孔识别熟悉性效应中，另一个使用率很高的经典范式，最早是由Young等人在1985年时提出的，该范式的基本形式是给被试同时呈现两张图片，让被试判断是否是同一个人的，这个范式通常是不熟悉面孔识别检验的方法。Young（1985）等人进行了两个实验，实验任务都受要求被试判断同时呈现的完全脸和只有内部/外部特征的脸是否是同一个人。实验一中“相同”对的照片是从同一张脸的不同照片中截下来的，结果发现内部特征照片在熟悉脸中能够被更快地识别，而不熟悉
10、脸则是外部特征的照片更快，方位和面部表情不同的照片上也发现了相同的现象。实验二中“相同”的成对照片是从同一张照片上截下来的，结果发现被试的反应时间比实验一短，并且熟悉和不熟悉面孔之间没有区别。Young指出这两个实验的差别在于呈现的照片是否是从一张图片上截下来的，当是同一张图片截下来的，被试会仅仅基于图片（image）特征进行了匹配，而不通过面孔的识别来进行判断。和学习-再认范式一样，匹配范式也得到了大量的应用，并且很多研究者将经典匹配范式进行了修改，用于更加细致的熟悉性效应的探测。43.2 熟悉化范式Clutterbuck和Johnston（2003）修改了这个范式，使得其可以追踪不同熟悉程
11、度的面孔的熟悉性效应。在实验中被试需要匹配不熟悉、中度熟悉和高度熟悉的面孔，面孔分为内部和外部特征两种。结果发现，对于使用内部特征来说，高度熟悉的面孔比其他两者更加快，而外部特征则没有差别。在此基础上，研究者们开始使用一种“熟悉化”范式，即让被试经过一段反复匹配任务的学习时间，然后进行匹配任务的测验。如Bonner（2003）等人让被试连续三天进行同24张面孔的匹配任务，一半是在动态条件，一半是在静止条件。第四天的匹配测验发现被试在内部特征使用上的成绩提高了，这说明了运动在学习内部特征的过程中是没有作用的。Osborne and Stevenage (2008)利用该范式的思想对面孔识别中形成
12、内部特征优势（IFA，internal feature advantage）的学习时间进行了探索。实验中，他首先使用传统的匹配任务去研究倒置和正向面孔的IFA 现象，发现正向的有，但是倒置的却没有；然后探究了出现IFA的训练程度，发现了90-180s的暴露对于产生面孔的IFA的中介作用是必要的，而180-270s的暴露使得先前不熟悉面孔能够出现和熟悉面孔一样的IFA现象。从以上研究可以看出，熟悉化范式可以用来追踪面孔从不熟悉到熟悉的过程，也能够探索在面孔熟悉化的过程中哪些变量会起作用，揭示面孔从熟悉到不熟悉的过程。3.3立即匹配范式在研究面孔识别中的动态因素的时候，Thornton和Kourt
13、zi(2002)指出传统的学习-再认任务由于识别熟悉面孔，并且在再认阶段的长达几分钟的时间间隔，使得其测试的基本是长时记忆的成分。而Kourtzi and Nakayama (2001)的研究指出动态因素对面孔识别的影响时间很短，大概几秒钟。因此，Thornton和Kourtzi修改传统的面孔匹配任务，形成了立即判断范式（如图3） 。该范式可以用于测试工作记忆或者短时记忆的影响，因为该范式关注的不是你是否记住了此前呈现的面孔，而是是否能够利用当前的线索进行面孔判断。实验发现动态面孔会使得被试的匹配任务成绩变好。上排是静止启动面孔，下排是动态启动面孔。图3 立即判断范式示意图54 视觉搜索范式4
14、.1 序列探索范式最早的视觉搜索任务是Benton 测验(Benton 等, 1983)，在该测验中给被试同时呈现一个不熟悉的面孔和多项选择，让被试从选项中搜索出此前呈现的刺激并做出相应反应。Young和Newcombe（1995）在一项研究退役军人脑损伤后的面孔识别熟悉性效应的实验中，前6次试次让被试先从五个假刺激中找出目标脸孔。剩下的16个条目要求被试从六个同时呈现的照片中选出三张，这三张照片是刚才呈现的目标照片，这些照片在关系或者定位上有差别。记录的是被试正确匹配的数目，但是为了排除策略的使用和速度-正确率的代偿，时间消耗也记录。Bentin和Deoull在一项实验中使用的是让被试计数呈
15、现的一系列图片中熟悉的政治家的范式。这类计数的范式也经常被使用，通过控制呈现的假刺激，可以研究面孔识别的熟悉性效应更加具体的一些方面，具体的例子在后面的脑成像实验结果中我们将进一步讨论。4.2 矩阵-延时探索范式Kanwisher（1997）等人将传统的序列识别范式修改成了矩阵-延时探索范式。实验中，先用照片训练被试，使用的是两张正面角度照片，一张是运动的，一张是静止的。经过一个时间延迟后，让被试从一个包含了2、4、6照片的矩阵中搜索目标脸。这些脸孔有五种角度：正面、22度、45度（左右） ，发现动态照片启动的被试比静态启动的被试在各种角度和面孔多少的测试中，在反应时间上有着优势，而这个用传统
16、的再认任务是不能甄别的。这说明动态因素对于面孔识别的优势作用是可以持续一段时间的，并且证明了在再认实验过程中长时记忆的作用。其学习和测试阶段使用的面孔照片矩阵例子如下图：图4 学习阶段矩阵例子（左为静止 右为运动） 测试阶段矩阵例子（ Kanwisher,1997）5 分类范式这类的范式一般是给被试呈现熟悉和不熟各半的脸孔照片，让被试依据一定标准对其进行分类，如性别、图片上的点，熟悉性等，被试进行按键反应，记录被试的反应时间和正确率。这类的范式一般是和脑成像技术相结合使用，来探测被试对熟悉和不熟悉面孔做6反应时参与脑区的不同，从而从生理结构上为熟悉性效应提供证据。如Young（1993）给被试的测试图片中包含了32张黑白的照片，熟悉的和不熟悉的各半，每张照片变化角度10度，呈现4秒，被试尽快判断是熟悉的还是不熟悉的，记录反应时间和正确率。又如Dubois和 Rossion（1999）等人的实验分为训练阶段和测试阶段。训
