周边视觉的知觉学习
2013-07-15 16:25:26 来源: 心理科学 Journal of Psychological
知觉学习指的是对于刺激的知觉会随着训练或经验而得到长期、稳定的改变( Gibson，1963) 。知觉学习带来的提高在很多实验中都有报告，包括游标视敏度( Poggio，Fahle，＆ Edelman，1992) ，方向辨别任务( Vogels ＆ Orban，1985) ，纹理分割( Karni＆ Sagi，1993) ，运动方向( Ball ＆ Sekuler，1987) ，三维视觉( Skrandies ＆ Jedynak，1999) ，无意义点阵图形( Shao ＆ He，2007) 等。关于知觉学习特点的研究的主要内容包括知觉学习的特异性 － 迁移性、时程问题等。知觉学习揭示了大脑的可塑性。当然，随着年龄的增长，知觉学习的可塑性呈下降趋势( Smirnakis et al． ，2005; Sunness，Liu，＆ Yantis，2004) 。最近 20 多年，在 fMRI 和 ERP 等神经科学技术的支持下，知觉学习的神经机制成为认知神经科学的热点问题。
对周边视觉进行知觉学习的训练，可以帮助中央凹视觉有缺损的人们提高周边视觉的阅读能力。因此，对周边视觉的知觉学习进行全面细致的研究很有必要。不同类型刺激的周边视觉的知觉学习可能存在一定差异，本文将从非语词刺激和语词刺激两方面展开探讨。
1、知觉学习的一般特点
1.1、知觉学习的特异 － 迁移性
知觉学习的特异性( specificity) 指的是学习效果依赖于学习时的刺激或任务条件( Saffell ＆ Mat-thews，2003; Maertens ＆ Pollmann，2005) ，即某种训练条件下达到的学习效果难以迁移到未训练的其它条件。有的研究甚至发现，单眼获得的知觉学习无法迁移到另一只眼睛( Karni ＆ Sagi，1991) 。视知觉学习的特异性提示学习很可能发生在初级视皮层或视觉通道较低级的皮层。同时，也有大量的研究发现了知觉学习的迁移性( generalization) 。与特异性刚好相反，迁移性指的是刺激间或任务间知觉学习的可迁移性，很多研究者用实验证实了知觉学习的可 迁 移 性 ( Ahissar ＆ Hochstein，1997; Webb，Roach，＆ McGraw，2007 ) 。例如，Ahissar 和 Hoch-stein( 1997) 发现，降低任务难度可以使得知觉学习表现出迁移性。Liu 和 Weinshall( 2000) 的研究表明，迁移可以是间接的，表现为之后的知觉学习速度的加快。Green 和 Bavelier( 2003) 还发现，简单任务中得到的知觉学习可以迁移到复杂学习中。特异性和迁移性之间存在此消彼长的关系，完全的特异性和完全的迁移性可以看作是特异 － 迁移性维度的两极。
1.2、慢速学习和快速学习
关于知觉学习进程的问题也得到了较深入的研究。Karni 和 Sagi( 1993) 认为，知觉学习的时程可以划分为快速学习( fast learning) 和慢速学习( slowlearning) 两个阶段。前者发生在未经过训练被试的最开始训练阶段，但是快速学习效应很快就到达饱和; 后者发生在训练停止后数小时( 通常是 6 ～8 个小时之后) ，知觉能力有一个缓慢而大幅度提高的阶段( 甚至可能与睡眠有关) 。视知觉的很多任务上都发现了快速学习和慢速学习( Karni ＆ Bertini，1997) 。Qu，Song 和 Ding( 2010) 用 ERP 对快速学习和慢速学习的内部机制进行研究。ERP 的结果显示快速学习的效应可以在前三个训练阶段保持，但是并没能保持到测试阶段。然而，慢速学习的效应在六个月后的测试阶段保持的很好。目前较多研究者认为，快速学习反映了与任务有关的信息处理通道的建立，而慢速学习则反映了随后的信息处理系统中基本表征的改变。
1.3、知觉学习的神经机制
在初级视皮层方面，有研究( Schoups，Vogels，Qian，＆ Orban，2001) 支持了知觉学习特异性缘于涉及视通路较低级的皮层的论断。知觉学习成绩的提高与 V1 细胞的调谐曲线( tunning curve) 变陡显著相关。最新的 ERP 和 fMRI 研究也提供了相关证据( Pourtois，Rauss，Vuilleumier，＆ Schwartz，2008;Yotsumoto，Watanabe，＆ Sasaki，2008) 。除了 V1 区域，视知觉学习也能引起较高级皮层部分细胞反应的改变。例如，有研究发现朝向辨别训练成绩的提高与 V4 细胞反应相关( Raiguel，Vogels，Mysore，＆Orban，2006) 。复杂的知觉学习还需要额叶和顶叶很多脑区的参与。Zhang 等人( 2008) 发现在多刺激水平的知觉学习中，注意的作用不可忽视。同时，知觉学习可能需要与执行该任务相关的脑区来参与。例如在运动方向学习的任务中，有研究发现 MT 和MST 中对运动方向敏感的细胞在经过运动方向辨别任务的训练后反应敏感性增强( Zohary，Celebrini，Britten，＆ Newsome，1994) 。知觉学习绝不是简单地涉及大脑某一两个区域的功能改变，而是涉及了大脑的大部分区域，从初级视皮层，到中间视皮层，再到高级脑区等( Song et al． ，2005) 。
1.4、注意在知觉学习中的作用
研究表明，注意对知觉学习过程有重要的影响。Shiu 和 Pashler( 1992) 的研究发现，训练被试完成直线的朝向辨别任务后，朝向分辨能力能够显著提高。但是用同样的刺激，让被试做亮度辨别任务训练，被试就不能学会朝向辨别。这表明，虽然物理刺激相同，被试只能学会注意到的刺激特征。Ahissar 和Hochstein( 2004) 研究了注意对知觉的作用，结果显示，大脑皮层水平保留有独立处理基本视觉刺激物的属性，同时还对特异的“自上而下”的效应极为敏感; 视觉信息早期皮层处理阶段所观察到的注意力效应很微弱，提示这种“自上而下”的控制可能在长期调控中具有极突出的作用。Mukai 等人( 2007) 的fMRI 研究证实，知觉学习与注意相关脑区激活程度有相关。
2、周边视觉的知觉学习
在美国，80 岁以上的老年人中，80% 患有老年黄斑变性( AMD，age － related macular degeneration) 。在中国，随着老龄化程度的加剧，AMD 患者也不断增加。这类中央凹视力缺损的病人，只能借助周边视觉进行阅读。目前，对 AMD 病人的训练和恢复主要是使用偏心阅读和放大镜，也可以通过知觉学习，帮助这类病人提高周边视觉的能力。下面分非语词刺激和语词刺激两方面来介绍这方面的研究。
2.1、非语词刺激
视知觉学习的早期研究中有不少周边视觉任务。但学习的刺激往往比较简单，例如刺激的明度、线段的朝向等等，实验控制也不严密，故往往不称为周边视觉的知觉学习。对于中央凹视觉缺损的人来说，周 边 视 觉 一 定 程 度 的 提 高 是 可 行 的。Low( 1943) 用 Landolt C 测验比较周边视觉两次测试的结果，其结果有一定的提高，他将这种提高归因为两个测验之间的练习( 每一次练习都持续 40 ～ 60 分钟) 。Saugstadt 和 Lie( 1964) 发现，在 55°周边视觉的位置，Landolt C 正确识别的概率随着几周的练习，得到了提高。其他一些心理学实验也表明，非语词刺激，如刺激朝向区分、游标视敏度，能在正常视觉的成人被试中随着练习，得到很大的提升( Ahissar ＆Hochstein，1997; Crist，Kapadia，Westheimer，＆ Gil-bert，1997) 。Westheimer( 2001) 的研究对两条线段的朝向区分进行训练，结果表明，经过训练，在视觉相同位置，判断的正确率可以提高 50%。而且，这类刺激的知觉学习有很强的特异性( 环境和刺激在视网膜上投影的位置) 。
2.2、语词刺激
近年来，有一些关于周边视觉对于英文字母或单词 的 知 觉 学 习 的 研 究 成 果。Chung，Legge 和Cheung( 2004) 的研究表明，三字母的识别任务可以帮助那些视觉正常的成年被试提高视觉广度以及周边视觉的阅读速度( 提高 41%) ，训练的效果还表现出一定的迁移性。Chung，Levi 和 Tjan( 2005) 对正常视力者测定其注视点下方 10°处单词识别的对比度阈限，发现训练后的阈限比训练前降低了 21． 6%。Legge 等( 2007) 发现，与周边视觉关系密切的视觉广度( visual span) 是阅读速度的重要决定因素。周边视觉的阅读速度、视觉广度、材料的字体大小之间存着一定的制约关系。在提升周边视觉阅读速度时，视觉广度是个限制瓶颈 ( Legge，Stephen，＆Chung，2001) ，在知觉学习的作用下，可以通过提高视觉广度来提高周边视觉的阅读速度。对患有AMD 老年人同样用三字母的视觉任务的结果( Yu，Cheung，Legge，＆ Chung，2010) 表明，对于老年人来说，知觉学习很可能可以帮助扩大周边视觉的视觉广度，提高周边视觉的阅读速度。Yu，Legge，Park，Gage 和 Chung ( 2010) 还比较了三种训练方式的效果，即三字母组、语义决策和 RSVP 阅读，发现三种方式下，周边视觉的识别率分别提高了 54%，39%和 72%，RSVP 阅读是最有效的训练方式。另一个研究中( Yu，Park，Gerold，＆ Legge，2010) 还发现，竖排文字的阅读效率显著低于横排。
语词刺激的周边视觉的知觉学习也有一些神经科学方面的研究成果。Shoji 和 Skrandies( 2006) 的研究记录了刺激呈现在周边视觉( 4°) 共 8 个方位的ERP，发现第一个和第三个成分的潜在波形在知觉学习前后有很大的差别; 并且第二个成分和第三个成分的强度也随着知觉学习有很大的提高。Lee，Kwon，Legge 和 Gefroh ( 2010) 考察了空间注意对周边视知觉学习提高阅读效率的影响，认为注意因素不能解释阅读速度和字母辨别的提高。病理学和脑成像研究显示，左梭状回部分区域与印刷体单词的加工有密切关联( Polk ＆ Farah，2002; Wagner，etal． ，1998) ，该区域的损坏会造成周边视觉阅读障碍———词盲( word blindness，Cohen et al． ，2000) ，词盲的特征就是只能识别注视点处的单个字母，无法将旁边字母联系起来完成整个单词的再认。词盲现象的存在可能说明中央凹部分和周边视觉对于文字符号的辨认机制是不同的。
3、思考和展望
从以上文献可以看到，作为人类精神生活不可或缺的文字刺激，其周边视觉的知觉学习渐渐成为知觉学习领域的一个重要课题。不过，这一课题的刺激和方法都需要进一步审视和改进。
就刺激而言，目前用的都是字母。西方语言的无数单词都由几十个字母线性排列而成，认出字母便意味着认出单词。而汉字与西文字母在结构、复杂程度、阅读方式等方面存在极大差异。汉字的组成部分，无论是笔画还是偏旁，在不同的字里面往往有着不同的写法，且相互之间不是简单地依线性前后排列。因此，汉字能否进行周边视觉的知觉学习有待验证。英文自古横排，而汉文自古竖排，直至近代改为横排，故水平方向和垂直方向上的知觉学习与英文读者有何差别，也是值得探讨的问题。最重要的一个问题是，任一汉字的所有笔画全都聚集在一个相等面积的方块中，造成不同汉字的结构复杂性有天壤之别，在科学计量其复杂度 ( Zhang，Zhang，Xue，Liu，＆ Yu，2007) 的基础上，比较不同复杂度汉字的知觉学习的差异，可能直接影响到对病人训练的效果。
就研究方法而言，现有的研究仍有一些缺陷。例如，被试的眼动如何克服? 前文介绍的实验( Chung et al． ，2005) 采用眼动仪监控，剔除那些受眼动影响的试次。但是，最终学习的结果中，能剔除这些试次学习的贡献吗? 就目前所知，没有相应净化结果的方法。另外，当前的研究都还局限于行为实验，而且处于回答“能否产生学习”的阶段，进一步应当检验这种学习的特异 － 迁移性、学习的进程特征，以及通过 ERP、fMRI 等现代神经科学技术考察其神经机制; 还应探索如何针对周边视觉丧失的病人，将医学治疗与知觉学习结合起来改善其阅读能力。
作者：华东师范大学心理与认知科学学院徐笑含 谢新秀 邵志芳
对周边视觉进行知觉学习的训练，可以帮助中央凹视觉有缺损的人们提高周边视觉的阅读能力。因此，对周边视觉的知觉学习进行全面细致的研究很有必要。不同类型刺激的周边视觉的知觉学习可能存在一定差异，本文将从非语词刺激和语词刺激两方面展开探讨。
1、知觉学习的一般特点
1.1、知觉学习的特异 － 迁移性
知觉学习的特异性( specificity) 指的是学习效果依赖于学习时的刺激或任务条件( Saffell ＆ Mat-thews，2003; Maertens ＆ Pollmann，2005) ，即某种训练条件下达到的学习效果难以迁移到未训练的其它条件。有的研究甚至发现，单眼获得的知觉学习无法迁移到另一只眼睛( Karni ＆ Sagi，1991) 。视知觉学习的特异性提示学习很可能发生在初级视皮层或视觉通道较低级的皮层。同时，也有大量的研究发现了知觉学习的迁移性( generalization) 。与特异性刚好相反，迁移性指的是刺激间或任务间知觉学习的可迁移性，很多研究者用实验证实了知觉学习的可 迁 移 性 ( Ahissar ＆ Hochstein，1997; Webb，Roach，＆ McGraw，2007 ) 。例如，Ahissar 和 Hoch-stein( 1997) 发现，降低任务难度可以使得知觉学习表现出迁移性。Liu 和 Weinshall( 2000) 的研究表明，迁移可以是间接的，表现为之后的知觉学习速度的加快。Green 和 Bavelier( 2003) 还发现，简单任务中得到的知觉学习可以迁移到复杂学习中。特异性和迁移性之间存在此消彼长的关系，完全的特异性和完全的迁移性可以看作是特异 － 迁移性维度的两极。
1.2、慢速学习和快速学习
关于知觉学习进程的问题也得到了较深入的研究。Karni 和 Sagi( 1993) 认为，知觉学习的时程可以划分为快速学习( fast learning) 和慢速学习( slowlearning) 两个阶段。前者发生在未经过训练被试的最开始训练阶段，但是快速学习效应很快就到达饱和; 后者发生在训练停止后数小时( 通常是 6 ～8 个小时之后) ，知觉能力有一个缓慢而大幅度提高的阶段( 甚至可能与睡眠有关) 。视知觉的很多任务上都发现了快速学习和慢速学习( Karni ＆ Bertini，1997) 。Qu，Song 和 Ding( 2010) 用 ERP 对快速学习和慢速学习的内部机制进行研究。ERP 的结果显示快速学习的效应可以在前三个训练阶段保持，但是并没能保持到测试阶段。然而，慢速学习的效应在六个月后的测试阶段保持的很好。目前较多研究者认为，快速学习反映了与任务有关的信息处理通道的建立，而慢速学习则反映了随后的信息处理系统中基本表征的改变。
1.3、知觉学习的神经机制
在初级视皮层方面，有研究( Schoups，Vogels，Qian，＆ Orban，2001) 支持了知觉学习特异性缘于涉及视通路较低级的皮层的论断。知觉学习成绩的提高与 V1 细胞的调谐曲线( tunning curve) 变陡显著相关。最新的 ERP 和 fMRI 研究也提供了相关证据( Pourtois，Rauss，Vuilleumier，＆ Schwartz，2008;Yotsumoto，Watanabe，＆ Sasaki，2008) 。除了 V1 区域，视知觉学习也能引起较高级皮层部分细胞反应的改变。例如，有研究发现朝向辨别训练成绩的提高与 V4 细胞反应相关( Raiguel，Vogels，Mysore，＆Orban，2006) 。复杂的知觉学习还需要额叶和顶叶很多脑区的参与。Zhang 等人( 2008) 发现在多刺激水平的知觉学习中，注意的作用不可忽视。同时，知觉学习可能需要与执行该任务相关的脑区来参与。例如在运动方向学习的任务中，有研究发现 MT 和MST 中对运动方向敏感的细胞在经过运动方向辨别任务的训练后反应敏感性增强( Zohary，Celebrini，Britten，＆ Newsome，1994) 。知觉学习绝不是简单地涉及大脑某一两个区域的功能改变，而是涉及了大脑的大部分区域，从初级视皮层，到中间视皮层，再到高级脑区等( Song et al． ，2005) 。
1.4、注意在知觉学习中的作用
研究表明，注意对知觉学习过程有重要的影响。Shiu 和 Pashler( 1992) 的研究发现，训练被试完成直线的朝向辨别任务后，朝向分辨能力能够显著提高。但是用同样的刺激，让被试做亮度辨别任务训练，被试就不能学会朝向辨别。这表明，虽然物理刺激相同，被试只能学会注意到的刺激特征。Ahissar 和Hochstein( 2004) 研究了注意对知觉的作用，结果显示，大脑皮层水平保留有独立处理基本视觉刺激物的属性，同时还对特异的“自上而下”的效应极为敏感; 视觉信息早期皮层处理阶段所观察到的注意力效应很微弱，提示这种“自上而下”的控制可能在长期调控中具有极突出的作用。Mukai 等人( 2007) 的fMRI 研究证实，知觉学习与注意相关脑区激活程度有相关。
2、周边视觉的知觉学习
在美国，80 岁以上的老年人中，80% 患有老年黄斑变性( AMD，age － related macular degeneration) 。在中国，随着老龄化程度的加剧，AMD 患者也不断增加。这类中央凹视力缺损的病人，只能借助周边视觉进行阅读。目前，对 AMD 病人的训练和恢复主要是使用偏心阅读和放大镜，也可以通过知觉学习，帮助这类病人提高周边视觉的能力。下面分非语词刺激和语词刺激两方面来介绍这方面的研究。
2.1、非语词刺激
视知觉学习的早期研究中有不少周边视觉任务。但学习的刺激往往比较简单，例如刺激的明度、线段的朝向等等，实验控制也不严密，故往往不称为周边视觉的知觉学习。对于中央凹视觉缺损的人来说，周 边 视 觉 一 定 程 度 的 提 高 是 可 行 的。Low( 1943) 用 Landolt C 测验比较周边视觉两次测试的结果，其结果有一定的提高，他将这种提高归因为两个测验之间的练习( 每一次练习都持续 40 ～ 60 分钟) 。Saugstadt 和 Lie( 1964) 发现，在 55°周边视觉的位置，Landolt C 正确识别的概率随着几周的练习，得到了提高。其他一些心理学实验也表明，非语词刺激，如刺激朝向区分、游标视敏度，能在正常视觉的成人被试中随着练习，得到很大的提升( Ahissar ＆Hochstein，1997; Crist，Kapadia，Westheimer，＆ Gil-bert，1997) 。Westheimer( 2001) 的研究对两条线段的朝向区分进行训练，结果表明，经过训练，在视觉相同位置，判断的正确率可以提高 50%。而且，这类刺激的知觉学习有很强的特异性( 环境和刺激在视网膜上投影的位置) 。
2.2、语词刺激
近年来，有一些关于周边视觉对于英文字母或单词 的 知 觉 学 习 的 研 究 成 果。Chung，Legge 和Cheung( 2004) 的研究表明，三字母的识别任务可以帮助那些视觉正常的成年被试提高视觉广度以及周边视觉的阅读速度( 提高 41%) ，训练的效果还表现出一定的迁移性。Chung，Levi 和 Tjan( 2005) 对正常视力者测定其注视点下方 10°处单词识别的对比度阈限，发现训练后的阈限比训练前降低了 21． 6%。Legge 等( 2007) 发现，与周边视觉关系密切的视觉广度( visual span) 是阅读速度的重要决定因素。周边视觉的阅读速度、视觉广度、材料的字体大小之间存着一定的制约关系。在提升周边视觉阅读速度时，视觉广度是个限制瓶颈 ( Legge，Stephen，＆Chung，2001) ，在知觉学习的作用下，可以通过提高视觉广度来提高周边视觉的阅读速度。对患有AMD 老年人同样用三字母的视觉任务的结果( Yu，Cheung，Legge，＆ Chung，2010) 表明，对于老年人来说，知觉学习很可能可以帮助扩大周边视觉的视觉广度，提高周边视觉的阅读速度。Yu，Legge，Park，Gage 和 Chung ( 2010) 还比较了三种训练方式的效果，即三字母组、语义决策和 RSVP 阅读，发现三种方式下，周边视觉的识别率分别提高了 54%，39%和 72%，RSVP 阅读是最有效的训练方式。另一个研究中( Yu，Park，Gerold，＆ Legge，2010) 还发现，竖排文字的阅读效率显著低于横排。
语词刺激的周边视觉的知觉学习也有一些神经科学方面的研究成果。Shoji 和 Skrandies( 2006) 的研究记录了刺激呈现在周边视觉( 4°) 共 8 个方位的ERP，发现第一个和第三个成分的潜在波形在知觉学习前后有很大的差别; 并且第二个成分和第三个成分的强度也随着知觉学习有很大的提高。Lee，Kwon，Legge 和 Gefroh ( 2010) 考察了空间注意对周边视知觉学习提高阅读效率的影响，认为注意因素不能解释阅读速度和字母辨别的提高。病理学和脑成像研究显示，左梭状回部分区域与印刷体单词的加工有密切关联( Polk ＆ Farah，2002; Wagner，etal． ，1998) ，该区域的损坏会造成周边视觉阅读障碍———词盲( word blindness，Cohen et al． ，2000) ，词盲的特征就是只能识别注视点处的单个字母，无法将旁边字母联系起来完成整个单词的再认。词盲现象的存在可能说明中央凹部分和周边视觉对于文字符号的辨认机制是不同的。
3、思考和展望
从以上文献可以看到，作为人类精神生活不可或缺的文字刺激，其周边视觉的知觉学习渐渐成为知觉学习领域的一个重要课题。不过，这一课题的刺激和方法都需要进一步审视和改进。
就刺激而言，目前用的都是字母。西方语言的无数单词都由几十个字母线性排列而成，认出字母便意味着认出单词。而汉字与西文字母在结构、复杂程度、阅读方式等方面存在极大差异。汉字的组成部分，无论是笔画还是偏旁，在不同的字里面往往有着不同的写法，且相互之间不是简单地依线性前后排列。因此，汉字能否进行周边视觉的知觉学习有待验证。英文自古横排，而汉文自古竖排，直至近代改为横排，故水平方向和垂直方向上的知觉学习与英文读者有何差别，也是值得探讨的问题。最重要的一个问题是，任一汉字的所有笔画全都聚集在一个相等面积的方块中，造成不同汉字的结构复杂性有天壤之别，在科学计量其复杂度 ( Zhang，Zhang，Xue，Liu，＆ Yu，2007) 的基础上，比较不同复杂度汉字的知觉学习的差异，可能直接影响到对病人训练的效果。
就研究方法而言，现有的研究仍有一些缺陷。例如，被试的眼动如何克服? 前文介绍的实验( Chung et al． ，2005) 采用眼动仪监控，剔除那些受眼动影响的试次。但是，最终学习的结果中，能剔除这些试次学习的贡献吗? 就目前所知，没有相应净化结果的方法。另外，当前的研究都还局限于行为实验，而且处于回答“能否产生学习”的阶段，进一步应当检验这种学习的特异 － 迁移性、学习的进程特征，以及通过 ERP、fMRI 等现代神经科学技术考察其神经机制; 还应探索如何针对周边视觉丧失的病人，将医学治疗与知觉学习结合起来改善其阅读能力。
作者：华东师范大学心理与认知科学学院徐笑含 谢新秀 邵志芳
