周邊視覺的知覺學習

　　知覺學習指的是對于刺激的知覺會隨著訓練或經驗而得到長期、穩定的改變( Gibson，1963) 。知覺學習帶來的提高在很多實驗中都有報告，包括游標視敏度( Poggio，Fahle，＆ Edelman，1992) ，方向辨別任務( Vogels ＆ Orban，1985) ，紋理分割( Karni＆ Sagi，1993) ，運動方向( Ball ＆ Sekuler，1987) ，三維視覺( Skrandies ＆ Jedynak，1999) ，無意義點陣圖形( Shao ＆ He，2007) 等。關于知覺學習特點的研究的主要內容包括知覺學習的特異性 － 遷移性、時程問題等。知覺學習揭示了大腦的可塑性。當然，隨著年齡的增長，知覺學習的可塑性呈下降趨勢( Smirnakis et al． ，2005; Sunness，Liu，＆ Yantis，2004) 。最近 20 多年，在 fMRI 和 ERP 等神經科學技術的支持下，知覺學習的神經機制成為認知神經科學的熱點問題。
　　對周邊視覺進行知覺學習的訓練，可以幫助中央凹視覺有缺損的人們提高周邊視覺的閱讀能力。因此，對周邊視覺的知覺學習進行全面細致的研究很有必要。不同類型刺激的周邊視覺的知覺學習可能存在一定差異，本文將從非語詞刺激和語詞刺激兩方面展開探討。
　　1、知覺學習的一般特點
　　1.1、知覺學習的特異 － 遷移性
　　知覺學習的特異性( specificity) 指的是學習效果依賴于學習時的刺激或任務條件( Saffell ＆ Mat-thews，2003; Maertens ＆ Pollmann，2005) ，即某種訓練條件下達到的學習效果難以遷移到未訓練的其它條件。有的研究甚至發現，單眼獲得的知覺學習無法遷移到另一只眼睛( Karni ＆ Sagi，1991) 。視知覺學習的特異性提示學習很可能發生在初級視皮層或視覺通道較低級的皮層。同時，也有大量的研究發現了知覺學習的遷移性( generalization) 。與特異性剛好相反，遷移性指的是刺激間或任務間知覺學習的可遷移性，很多研究者用實驗證實了知覺學習的可 遷 移 性 ( Ahissar ＆ Hochstein，1997; Webb，Roach，＆ McGraw，2007 ) 。例如，Ahissar 和 Hoch-stein( 1997) 發現，降低任務難度可以使得知覺學習表現出遷移性。Liu 和 Weinshall( 2000) 的研究表明，遷移可以是間接的，表現為之后的知覺學習速度的加快。Green 和 Bavelier( 2003) 還發現，簡單任務中得到的知覺學習可以遷移到復雜學習中。特異性和遷移性之間存在此消彼長的關系，完全的特異性和完全的遷移性可以看作是特異 － 遷移性維度的兩極。
　　1.2、慢速學習和快速學習
　　關于知覺學習進程的問題也得到了較深入的研究。Karni 和 Sagi( 1993) 認為，知覺學習的時程可以劃分為快速學習( fast learning) 和慢速學習( slowlearning) 兩個階段。前者發生在未經過訓練被試的最開始訓練階段，但是快速學習效應很快就到達飽和; 后者發生在訓練停止后數小時( 通常是 6 ～8 個小時之后) ，知覺能力有一個緩慢而大幅度提高的階段( 甚至可能與睡眠有關) 。視知覺的很多任務上都發現了快速學習和慢速學習( Karni ＆ Bertini，1997) 。Qu，Song 和 Ding( 2010) 用 ERP 對快速學習和慢速學習的內部機制進行研究。ERP 的結果顯示快速學習的效應可以在前三個訓練階段保持，但是并沒能保持到測試階段。然而，慢速學習的效應在六個月后的測試階段保持的很好。目前較多研究者認為，快速學習反映了與任務有關的信息處理通道的建立，而慢速學習則反映了隨后的信息處理系統中基本表征的改變。
　　1.3、知覺學習的神經機制
　　在初級視皮層方面，有研究( Schoups，Vogels，Qian，＆ Orban，2001) 支持了知覺學習特異性緣于涉及視通路較低級的皮層的論斷。知覺學習成績的提高與 V1 細胞的調諧曲線( tunning curve) 變陡顯著相關。最新的 ERP 和 fMRI 研究也提供了相關證據( Pourtois，Rauss，Vuilleumier，＆ Schwartz，2008;Yotsumoto，Watanabe，＆ Sasaki，2008) 。除了 V1 區域，視知覺學習也能引起較高級皮層部分細胞反應的改變。例如，有研究發現朝向辨別訓練成績的提高與 V4 細胞反應相關( Raiguel，Vogels，Mysore，＆Orban，2006) 。復雜的知覺學習還需要額葉和頂葉很多腦區的參與。Zhang 等人( 2008) 發現在多刺激水平的知覺學習中，注意的作用不可忽視。同時，知覺學習可能需要與執行該任務相關的腦區來參與。例如在運動方向學習的任務中，有研究發現 MT 和MST 中對運動方向敏感的細胞在經過運動方向辨別任務的訓練后反應敏感性增強( Zohary，Celebrini，Britten，＆ Newsome，1994) 。知覺學習絕不是簡單地涉及大腦某一兩個區域的功能改變，而是涉及了大腦的大部分區域，從初級視皮層，到中間視皮層，再到高級腦區等( Song et al． ，2005) 。
　　1.4、注意在知覺學習中的作用
　　研究表明，注意對知覺學習過程有重要的影響。Shiu 和 Pashler( 1992) 的研究發現，訓練被試完成直線的朝向辨別任務后，朝向分辨能力能夠顯著提高。但是用同樣的刺激，讓被試做亮度辨別任務訓練，被試就不能學會朝向辨別。這表明，雖然物理刺激相同，被試只能學會注意到的刺激特征。Ahissar 和Hochstein( 2004) 研究了注意對知覺的作用，結果顯示，大腦皮層水平保留有獨立處理基本視覺刺激物的屬性，同時還對特異的“自上而下”的效應極為敏感; 視覺信息早期皮層處理階段所觀察到的注意力效應很微弱，提示這種“自上而下”的控制可能在長期調控中具有極突出的作用。Mukai 等人( 2007) 的fMRI 研究證實，知覺學習與注意相關腦區激活程度有相關。
　　2、周邊視覺的知覺學習
　　在美國，80 歲以上的老年人中，80% 患有老年黃斑變性( AMD，age － related macular degeneration) 。在中國，隨著老齡化程度的加劇，AMD 患者也不斷增加。這類中央凹視力缺損的病人，只能借助周邊視覺進行閱讀。目前，對 AMD 病人的訓練和恢復主要是使用偏心閱讀和放大鏡，也可以通過知覺學習，幫助這類病人提高周邊視覺的能力。下面分非語詞刺激和語詞刺激兩方面來介紹這方面的研究。
　　2.1、非語詞刺激
　　視知覺學習的早期研究中有不少周邊視覺任務。但學習的刺激往往比較簡單，例如刺激的明度、線段的朝向等等，實驗控制也不嚴密，故往往不稱為周邊視覺的知覺學習。對于中央凹視覺缺損的人來說，周 邊 視 覺 一 定 程 度 的 提 高 是 可 行 的。Low( 1943) 用 Landolt C 測驗比較周邊視覺兩次測試的結果，其結果有一定的提高，他將這種提高歸因為兩個測驗之間的練習( 每一次練習都持續 40 ～ 60 分鐘) 。Saugstadt 和 Lie( 1964) 發現，在 55°周邊視覺的位置，Landolt C 正確識別的概率隨著幾周的練習，得到了提高。其他一些心理學實驗也表明，非語詞刺激，如刺激朝向區分、游標視敏度，能在正常視覺的成人被試中隨著練習，得到很大的提升( Ahissar ＆Hochstein，1997; Crist，Kapadia，Westheimer，＆ Gil-bert，1997) 。Westheimer( 2001) 的研究對兩條線段的朝向區分進行訓練，結果表明，經過訓練，在視覺相同位置，判斷的正確率可以提高 50%。而且，這類刺激的知覺學習有很強的特異性( 環境和刺激在視網膜上投影的位置) 。
　　2.2、語詞刺激
　　近年來，有一些關于周邊視覺對于英文字母或單詞 的 知 覺 學 習 的 研 究 成 果。Chung，Legge 和Cheung( 2004) 的研究表明，三字母的識別任務可以幫助那些視覺正常的成年被試提高視覺廣度以及周邊視覺的閱讀速度( 提高 41%) ，訓練的效果還表現出一定的遷移性。Chung，Levi 和 Tjan( 2005) 對正常視力者測定其注視點下方 10°處單詞識別的對比度閾限，發現訓練后的閾限比訓練前降低了 21． 6%。Legge 等( 2007) 發現，與周邊視覺關系密切的視覺廣度( visual span) 是閱讀速度的重要決定因素。周邊視覺的閱讀速度、視覺廣度、材料的字體大小之間存著一定的制約關系。在提升周邊視覺閱讀速度時，視覺廣度是個限制瓶頸 ( Legge，Stephen，＆Chung，2001) ，在知覺學習的作用下，可以通過提高視覺廣度來提高周邊視覺的閱讀速度。對患有AMD 老年人同樣用三字母的視覺任務的結果( Yu，Cheung，Legge，＆ Chung，2010) 表明，對于老年人來說，知覺學習很可能可以幫助擴大周邊視覺的視覺廣度，提高周邊視覺的閱讀速度。Yu，Legge，Park，Gage 和 Chung ( 2010) 還比較了三種訓練方式的效果，即三字母組、語義決策和 RSVP 閱讀，發現三種方式下，周邊視覺的識別率分別提高了 54%，39%和 72%，RSVP 閱讀是最有效的訓練方式。另一個研究中( Yu，Park，Gerold，＆ Legge，2010) 還發現，豎排文字的閱讀效率顯著低于橫排。
　　語詞刺激的周邊視覺的知覺學習也有一些神經科學方面的研究成果。Shoji 和 Skrandies( 2006) 的研究記錄了刺激呈現在周邊視覺( 4°) 共 8 個方位的ERP，發現第一個和第三個成分的潛在波形在知覺學習前后有很大的差別; 并且第二個成分和第三個成分的強度也隨著知覺學習有很大的提高。Lee，Kwon，Legge 和 Gefroh ( 2010) 考察了空間注意對周邊視知覺學習提高閱讀效率的影響，認為注意因素不能解釋閱讀速度和字母辨別的提高。病理學和腦成像研究顯示，左梭狀回部分區域與印刷體單詞的加工有密切關聯( Polk ＆ Farah，2002; Wagner，etal． ，1998) ，該區域的損壞會造成周邊視覺閱讀障礙———詞盲( word blindness，Cohen et al． ，2000) ，詞盲的特征就是只能識別注視點處的單個字母，無法將旁邊字母聯系起來完成整個單詞的再認。詞盲現象的存在可能說明中央凹部分和周邊視覺對于文字符號的辨認機制是不同的。
　　3、思考和展望
　　從以上文獻可以看到，作為人類精神生活不可或缺的文字刺激，其周邊視覺的知覺學習漸漸成為知覺學習領域的一個重要課題。不過，這一課題的刺激和方法都需要進一步審視和改進。
　　就刺激而言，目前用的都是字母。西方語言的無數單詞都由幾十個字母線性排列而成，認出字母便意味著認出單詞。而漢字與西文字母在結構、復雜程度、閱讀方式等方面存在極大差異。漢字的組成部分，無論是筆畫還是偏旁，在不同的字里面往往有著不同的寫法，且相互之間不是簡單地依線性前后排列。因此，漢字能否進行周邊視覺的知覺學習有待驗證。英文自古橫排，而漢文自古豎排，直至近代改為橫排，故水平方向和垂直方向上的知覺學習與英文讀者有何差別，也是值得探討的問題。最重要的一個問題是，任一漢字的所有筆畫全都聚集在一個相等面積的方塊中，造成不同漢字的結構復雜性有天壤之別，在科學計量其復雜度 ( Zhang，Zhang，Xue，Liu，＆ Yu，2007) 的基礎上，比較不同復雜度漢字的知覺學習的差異，可能直接影響到對病人訓練的效果。
　　就研究方法而言，現有的研究仍有一些缺陷。例如，被試的眼動如何克服? 前文介紹的實驗( Chung et al． ，2005) 采用眼動儀監控，剔除那些受眼動影響的試次。但是，最終學習的結果中，能剔除這些試次學習的貢獻嗎? 就目前所知，沒有相應凈化結果的方法。另外，當前的研究都還局限于行為實驗，而且處于回答“能否產生學習”的階段，進一步應當檢驗這種學習的特異 － 遷移性、學習的進程特征，以及通過 ERP、fMRI 等現代神經科學技術考察其神經機制; 還應探索如何針對周邊視覺喪失的病人，將醫學治療與知覺學習結合起來改善其閱讀能力。
　　作者：華東師范大學心理與認知科學學院徐笑含 謝新秀 邵志芳