仿真假體視覺下面孔識別的神經(jīng)生理學(xué)研究.pdf

1、人工視覺假體研究已經(jīng)證實(shí)基于光幻點(diǎn)模式的假體視覺可以恢復(fù)非先天性失明患者的一部分視覺功能(例如,物體識別和文字閱讀)。在這些視覺功能中,面孔識別對人類是十分重要的,因?yàn)樗谌粘Ｉ缃换顒又邪l(fā)揮著舉足輕重的作用。盡管行為學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了假體視覺下面孔識別的有效性,但幻點(diǎn)面孔的早期處理機(jī)制仍然需要通過神經(jīng)生理學(xué)研究來闡明。本論文旨在通過神經(jīng)電生理實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算方法研究仿真假體視覺下面孔處理的早期機(jī)制。這不僅會為評價(jià)光幻點(diǎn)模式視覺假體的有效性提

2、供一個(gè)客觀的依據(jù),也將有助于測試和改進(jìn)假體視覺設(shè)計(jì)中使用到的圖像處理策略。本文主要研究內(nèi)容包括事件相關(guān)電位(ERP)成分分析和數(shù)學(xué)計(jì)算(ICA,溯源分析)兩個(gè)部分：在第一部分,我們在ERP實(shí)驗(yàn)中使用面孔和物體的照片和它們對應(yīng)的光幻點(diǎn)形式的圖片作為刺激圖,并在實(shí)驗(yàn)中記錄了皮層腦電信號,然后通過疊加平均得到各類刺激對應(yīng)的ERP。我們通過在枕顳葉區(qū)(TP7/8, P7/8, PO7/8和O1/2)測量并分析面孔敏感的ERP成分來探索假體視覺下

3、面孔識別的早期機(jī)制。我們的結(jié)果表明(1)正常面孔和光幻點(diǎn)面孔都可以誘發(fā)顯著的P1和N170；(2)光幻點(diǎn)面孔刺激誘發(fā)的N170較正常面孔刺激要小,但這一現(xiàn)象對P1而言是不顯著的；(3)光幻點(diǎn)面孔刺激導(dǎo)致了P1和N170潛伏期的延遲。因此,我們認(rèn)為：(1)早期面孔處理在光幻點(diǎn)模式下被誘發(fā)；(2)光幻點(diǎn)面孔在圖像上的不連續(xù)性和高頻段的信息丟失主要削弱了面孔處理的精細(xì)處理階段而非粗略處理階段；(3)光幻點(diǎn)刺激模式干擾了面孔處理的整個(gè)階段,不僅

4、干擾了精細(xì)處理階段而且還包括了粗略處理階段。在第二部分,我們通過對在第一部分中記錄到的多通道腦電信號進(jìn)行獨(dú)立成分分析(ICA),尋找到了與面孔敏感的EEG獨(dú)立成分,并用偶極子溯源分析算法和四層頭部模型BESA 2000來對其進(jìn)行溯源。最后,研究該獨(dú)立成分對面孔敏感的ERP成分P1和N170的貢獻(xiàn),以及光幻點(diǎn)模式面孔對該獨(dú)立的成分的影響。我們的研究發(fā)現(xiàn)：(1)獨(dú)立成分IC-FS是面孔敏感的,其偶極子源位于梭狀回(fusiform gyru

5、s,FG)區(qū)域；(2)IC-FS是造成面孔刺激下大幅值P1和N170的主要獨(dú)立成分,它與面孔的構(gòu)形處理有關(guān)；(3)光幻點(diǎn)模式影響了面孔的構(gòu)形處理,進(jìn)而對面孔敏感獨(dú)立成分(IC– FS)造成影響,最后導(dǎo)致P1的潛伏期和N170的潛伏期和幅值的改變。綜上所述,本文闡明了光幻點(diǎn)(假體視覺)模式對面孔處理機(jī)制的影響,使得我們對假體視覺環(huán)境下面孔識別神經(jīng)電生理機(jī)制有了一個(gè)更深入的了解。同時(shí),這也將為測試現(xiàn)有視覺假體的有效性提供了一個(gè)新的手段,即通