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视觉拥挤效应神经机制的研究

刘婷婷  
【摘要】: 周边视野中当靶目标被干扰物围绕时,原本清晰可辨的靶目标将会变得难以辨认。这一视觉现象称为视觉拥挤效应。视觉拥挤效应是在正常视力周边视野存在的现象。它在视觉认知中有着广泛的影响,被认为是视觉系统物体识别的瓶颈,因此一直是视觉科学领域的研究热点。视觉拥挤效应在弱视、黄斑变性等疾病造成视觉功能损害后更显重要。视觉拥挤可以通过认知训练缓解。尽管视觉拥挤效应的很多性质都已经被揭示,但是其在视觉系统的发生部位以及神经机制仍然没有明确的答案。本研究分别从视觉拥挤效应在大脑的发生部位以及视觉拥挤在视觉信息处理过程中的发生机制两个方面着手,促进了对视觉拥挤效应神经机制的了解。 本研究第一部分对视觉拥挤效应在大脑的发生部位进行了研究。大脑视觉皮层在较早期具有视网膜拓扑投射的特征,视野中相邻的两个视觉刺激在视觉皮层仍然相互毗邻,皮层空间与视觉空间具有一定的对应关系。但是不同于视觉空间,皮层空间对应于视觉空间的垂直径线和水平径线两侧可以具有不连续性。视神经纤维经过视交叉后,左侧视野与右侧视野分别对应于右侧与左侧大脑半球的视觉皮层。因此较早期视觉皮层,至少V1-V4,在垂直径线两侧具有不连续性。位于垂直径线两侧的两个相邻视觉刺激在皮层上将分别投射到位于对侧大脑半球的较早期视觉皮层,在大脑的皮层距离远大于两个视觉刺激均位于垂直径线同侧的皮层距离。V2、V3区分为腹侧和背侧区,腹侧区对应对侧上方象限,背侧区对应对侧下方象限。因此位于水平径线上下两侧的相邻视觉刺激在皮层上将分别投射到位于V2、V3区的腹侧和背侧区,在大脑的皮层距离大于两个视觉刺激位于水平径线同侧的皮层距离。V1、V4区代表整个对侧视野,因此在水平径线上具有连续性。本研究分别观察了靶目标位于垂直径线或者水平径线附近、干扰物分别位于靶目标所在径线的同侧或者异侧的视觉拥挤效应的强度。研究结果显示无论靶目标是在水平径线还是在垂直径线附近,同侧与异侧干扰物均可以产生显著的视觉拥挤效应。但是只有靶目标位于垂直径线附近时,同侧干扰物的视觉拥挤效应显著强于异侧干扰物。垂直径线对视觉拥挤效应强度的调制作用见于多种视觉识别任务。这些实验结果指出视觉拥挤效应在大脑的发生部位应该是具有左右视野相互独立而上下视野连续的特征的一个或者多个视觉皮层。视觉拥挤效应发生在V2、V3区以上,V4区是可能的发生部位。 本研究第二部分对视觉拥挤效应在视觉系统信息处理过程中的发生机制进行了研究,主要目的为了解视觉注意与视觉拥挤效应的关系。视觉信息的加工是一个多级信息处理过程。其中,较早期的信息处理主要是对视觉信息进行“特征”检测和简单的加工处理。较后期的信息处理过程中视觉系统将对提取的视觉信息进一步分析处理,例如整合、绑定等。此外,视觉系统自下而上的信息输入与自上而下的反馈调制在多个视觉皮层发生复杂的交互作用,并最终形成视觉认知。视觉拥挤效应在第二级信息处理过程中的产生机制尚未得到解答。相关的假说包括倾向于自下而上的自发信息处理的“整合区”假说以及倾向于自上而下的反馈调制的“视觉注意”假说。视觉注意与视觉拥挤效应的关系存在争议。本研究采用了注意调制任务的方法调节视觉注意的空间分布,并观察在不同的视觉注意分布条件下视觉拥挤效应的强度与关键空间距离。不同于以往的线索效应的研究,本研究是对视觉注意空间分布的直接调制,共包括两种注意调制任务:1)自下而上的视觉注意捕获效应以及自上而下的主动视觉注意调制效应的线段错开方向辨别任务;2)主要为自上而下的主动视觉注意调制效应的颜色变化辨别任务。实验结果显示不同视觉注意空间分布下,不仅视觉拥挤效应的强度发生变化,视觉拥挤效应的关键间距同时受到视觉注意空间分布的影响。注意调制任务能够有效调节视觉注意的分布,视觉注意在注意调制任务的轴向上分布更广。与视觉注意的空间分布长轴相同轴向的视觉拥挤效应强度增加、关键空间距离增大。视觉拥挤效应与视觉注意密切相关,视觉拥挤效应的关键间距反映了视觉注意的分布。


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