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1、心理科学进展 2010, Vol. 18, No. 12, 19421948 Advances in Psychological Science 1942 面孔识别中脑电成分N170的研究概述* 李明芳1 张 烨2 张庆林2 (1西南大学西南民族教育与心理研究中心, 重庆 400715) (2西南大学心理学院, 重庆 400715) 摘 要 N170是在面孔刺激呈现后的130-200ms记录到的并在160170ms时达到峰值的一种脑电负成分。 目前, 在N170的研究中存在争议性的问题有：N170反映面孔结构编码还是面孔特征编码; N170是否是面孔特异性成分; 以及N170是否受注意的影响等
2、。这些争议也为N170后续研究指明了方向, 即探讨结构编码和特征编码在诱发N170成分上起着怎样的作用; 比较不同熟悉度的刺激材料所诱发的N170反应差异; 探讨N170成分与识别电位间的关系;采用多研究方法的结合从不同层面深入揭示N170的认知机制。 关键词 N170; 面孔识别; 结构编码; 特征编码; 类别信息加工; 注意 分类号 B841.1 N170是在面孔和其他物体类别刺激呈现后的130200ms记录到的, 并在160-170ms时达到峰值的一种脑电负成分, 其主要分布于大脑颞枕区(occipito-temporal region), 通常在P8(T6) 或者PO8或者O2等电极处
3、的波幅最大。面孔诱发的N170波幅在左右两半球均强于物体刺激(如汽车)诱发的N170波幅, 且常具有右半球优势(Rossion N170反映面孔特异性(face specificity)信息加工还是一般性类别信息加工的讨论; N170是否受注意的影响, 等等。本文从上述三个问题入手, 系统回顾面孔识别中脑电成分N170的相关研究, 并简要展望后续研究的方向。 1 关于面孔结构编码与特征编码的争议 面孔识别是人类进行日常交流的重要功能和过程, 它也是认知神经研究中长期研究的一个重要课题。Bruce和Young于1986年提出了面孔识别的认知模型, 他们将面孔加工分为先后两个阶段：面孔结构编码阶段
4、; 面孔特征编码与身份收稿日期：2010-04-26 * 国家自然科学基金项目(30970892), 西南大学研究生科技创新基金项目(kb2009012)资助。 通讯作者：张庆林, E-mail: 识别阶段。前者主要是对面孔的结构进行编码; 后者主要是对面孔的特征(如表情分析等)以及面孔所指示的身份信息进行处理和编码。这一模型的提出引发了一系列后续研究。面孔识别的认知神经研究也主要围绕着N170反映上述认知模型中的哪一阶段展开讨论。 1.1 N170反映面孔结构编码的观点 部分面孔识别的事件相关电位(event-related potentials, ERPs)研究以检验Bruce-Youn
5、g的认知模型的相关推测为出发点。如, Bentin, Allison, Puce, Perez和McCarthy (1996)首先发现在颞枕部(occipito-temporal regions)的 一 个 潜 伏 期 约 为172ms的负波(N170)与面孔特征的结构编码有关。 这相当于面孔认知模型(Bruce Jonathan, Freeman, Rossion, Curran, “Greeble”专家在识别反转的“Greebles”时, 左侧N170反转效应(即N170的波幅增加和潜伏期延长)与识别反转面孔时相似。 这表明, N170的反转效应并不是面孔特异的, 而是对高度熟悉的视觉刺激
6、的普遍反应。面孔反转效应的电生理学机制可以扩展到达到专家化水平的非面孔物体类别的识别。类似地, 神经成像方面的研究结果发现, 鸟类和汽车专家在识别鸟和汽车时, 右侧梭状面孔区(fusiform face area, FFA)也得到激活(Gauthier, Skudlarski, Gore, 也可能是因为在面孔识别的实验中面孔刺激之间的知觉差异(inter-stimulus perceptual variance, ISPV)小于其它物体识别任务中的知觉差异。如果不同刺激之间的知觉差异(ISPV)得以控制, 那么就不会存在N170面孔特异效应 (Thierry, Martin, Downing,
7、 Carmel Itier Marina, 2008), 不同刺激诱发的N170波幅间存在显著差异(如, 家具 vs. 车子, Carmel 路标 vs. 工具, Itier Zhang, Liu, Yang, 张烨, 张庆林, 2010)认为, 识别电位反映了视觉刺激类别信息早期加工。RP与N170在时程上的差异可能是由于RP的研究中采用了“快速刺激流范式”的缘故, 使得类别识别电位的正常出现时程很可能被延迟, 或 者 说 识 别 电 位 是 延 迟 的N170 (Dien, 2009)。 3 关于N170产生阶段是否有注意参与的 争议 对于N170的产生阶段是否有注意的参与或者注意是否影响
8、早期成分N170等问题, 至今仍然存在着争议。 一种观点认为, 面孔诱发的N170 较少或不受注意的影响(Cauquil et al., 2000; Carmel Lueschow et al., 2004)。这一观点的主要解释有：是因为不存在面孔早期选择效应(Cauquil et al., 2000); 是因为对面孔的加工是完全 自 动 化 的(Farah, Wilson, Drain, 是因为无论是面孔还是物体诱发的N170成分, 其发生的时间窗口均不受注意作用的影响, 真正受注意影响的是晚期成分(Lueschow et al., 2004)。 上述观点得到一些实验证据的支持。例如, 在S
9、tevens的研究(2008)中, 研究者向被试呈现一系列两种颜色(蓝色和绿色)的标准面孔和车子叠加的图片, 要求被试只对指定的一种刺激类别进行注意, 而不考虑其颜色。当所呈现的刺激类别与指定类别相同时, 被试进行按键反应。结果发现, 对不同指定类别的注意诱发的N170在幅度和潜伏期上并不存在显著差异, 只有在300ms后才开始出现对面孔和车子之间不同注意的差异。即是说N170的幅度及潜伏期均不受选择性注意的影响。Cauquil等(2000)的研究也发现, N170的波幅和潜伏期对靶刺激和非靶刺激都不敏感, 并表明, N170的产生是自动加工的结果, 不受选择性注意影响。Bentin, Gol
10、land, Flevaris, Robertson和Moscovitch (2006)采用类似的实验范式, 在每个不同刺激类别(如物体线条图、 无意义形状作为眼睛的面孔线条图和物体形状作为眼睛的面孔线条图)的block中, 要求被试默数其中的目标刺激(各种花朵)的数目, 而忽略block中其他类别的刺激。结果发现, 那些末被注意的非目标刺激类别同样能够引起N170幅度的变化。 然而, 一些ERP研究结果也证明了注意对N170的调节作用(Eimer, 2000b)。Herrmann和Bosch (2001)指出, 潜在N170产生的内源性过程主要归因于注意和有意识的知觉。面孔的早期加工可能不是自
11、动的, 而是跟其他物体一样, 在很大程度上受到内源性因素的影响, 如空间注意的位置, 对象与背景的区分度(discriminability)等等。对某个位置的集中注意会加强对这一特定位置的视觉区域内的编码活动。呈现在被注意位置的刺激所诱发的视知觉反应均强于呈现在非注意位置的相同刺激; 呈现在注意位置的面孔能诱发 更 明 显 的N170成 分(Crist, Wu, Karp, 当面孔信号高的时候, 被试对叠加图片中面孔的注意引起很小的N170幅度变化。另外, 在三种面孔信号强度下, 对面孔的直接注意都会调节晚期加工(230300ms)。 他们强调, 注意能够调节面孔感知过程中的多个加工阶段。 但
12、是, 只有当“面孔信号”(如面孔的感知质量)所处的环境是次最佳(suboptimal)的时候, 注意才会对N170起调节作用。Bentin, Sagiv, Mecklinger, Friederici和Cramon (2002)的研究也证实了注意对面孔N170的作用。他们发现, 无论是呈现小的圆形(Bentin et al., 2002)还是杂乱的面孔线条图(Bentin 当刺激的熟悉度较低的时候或者提供的某种刺激信息对于完成某种实验任务比较困难的时候, 早期过程就需要注意参与调节, 从而影响到N170的反应。 4 小结与展望 总得来说, 经过研究者们的努力, 对上述三个方面的问题做了广泛而深
13、入的探讨。对于后续研究的方向, 研究者们可以从以下几个方面进行深入思考和系统研究。 首先, N170是否是面孔特异性成分仍然是后续研究的一个主要方向。如果N170确实能反映面孔的特殊加工机制, 那么, N170究竟是与面孔结构编码阶段有关还是与面孔特征(如性别、表情、 年龄和种族等)编码阶段有关？或者, N170所反映的认知机制正如在彭小虎、罗跃嘉、魏景汉和王国锋(2002)提出的面孔识别修正的Bruce- Young认知模型中认为的那样, 是两个阶段的平行加工(至少部分)且有着各自的不同脑机制。结合神经成像的研究结果来看, 彭小虎等(2002)的理论修正具有一定的合理性。已有研究表明, 人类
14、高级视觉皮层内存在两种作用不同的面孔特异区, 可能分别负责面孔结构编码与特征编码(Liu, Harris, 另一些研究发现, 面孔和其他物体所诱发的N170在幅度或者潜伏期上并无显著差异。值得注意的是, 先前研究中所用到的各种刺激类别的熟悉度是截然不同的。发展心理学的研究表明, 2个月大的婴儿具有稳定的面孔视觉偏好, 这种视觉偏好具有很强的生存意义, 从另一个方面也说明面孔是一类极其特殊的刺激类别。新物体经过反复学习达到专家识别的程度后也能够诱发N170反应并在幅度和潜伏期上与面孔相当(Rossion et al., 2002)。其他类别刺激, 如母语识别都能诱发与面孔相当的N170成分。例如
15、, Zhang, Liu和Zhang (In preparation)发现, 不同熟悉程度的词汇所诱发N170成分间有较显著的差异, 其中, 颜色词诱发的N170波幅最大且不受注意、任务策略的影响。这样看来, 刺激类别的熟悉度可能是影响该成分的一个重要因素。但是, 这并不意味着可以把那些被试已经达到专家化辨别程度的类别所诱发的N170成分看作是反映类别特异化的一种指标。刺激间熟悉度的差异不仅表现在它们所诱发的早期成分上, 也表现在晚期成分上, 如N1和P3的词频效应(Hauk 如果二者不是同质成分, RP潜伏期与常规范式下诱发的N2相当, 或许可以通过探讨RP代表的认知机制来反推N170的认知
16、意义。 参考文献 罗一峰, 吴钢, 周曙, 吕田明, 陆兵勋, 刘玲, 周宏珍, 安 红伟. (2006). 面孔认知中性别信息对N170的影响. 中 国临床康复, 10, 13. 彭小虎, 罗跃嘉, 魏景汉, 王国锋. (2002). 面孔识别的认第18卷第12期 面孔识别中脑电成分N170的研究概述 -1947- 知模型与电生理学证据. 心理科学进展, 10, 241247. 彭小虎, 罗跃嘉, 卫星, 王国锋, 魏景汉. (2003). 东西方 面孔异族效应机理的电生理学证据. 心理学报, 35, 5055. 彭小虎, 王国锋, 魏景汉, 罗跃嘉. (2004). 面孔识别特异 性脑机制ERP研究. 航天医学与医学工程, 17, 438443. 张俊俊, 诸薇娜, 丁晓君, 周昌乐, 胡新天, 马原野. (2009). 拓扑差异物体的构型处理: 一项脑电研究. 中 国科学, 39, 898903. 张烨, 张庆林. (2010). 识别电位认知功能探析. 心理科
