基于雙眼競(jìng)爭(zhēng)范式與EEG的視覺(jué)信息處理相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、通常情況下，兩只眼睛看到的圖像略有不同。大腦將投射入眼的信息整合創(chuàng)建一個(gè)單一、連貫，立體呈現(xiàn)的視覺(jué)場(chǎng)景。但若每只眼睛觀(guān)看不可調(diào)和的不同圖像，那又會(huì)發(fā)生什么？這樣的刺激會(huì)引起什么樣的視覺(jué)感知經(jīng)歷？許多人的直覺(jué)是，大腦仍然會(huì)試圖融合兩幅圖像或簡(jiǎn)單地選擇其中之一。然而，真實(shí)情況是雙眼感覺(jué)圖像在交替變換，一只眼睛的圖像處于意識(shí)支配狀態(tài)，此時(shí)投射到另一只眼的圖像受到抑制，隨后支配的知覺(jué)與受抑制的知覺(jué)發(fā)生周期性交替。這就是所謂的雙眼競(jìng)爭(zhēng)。
　

2、　雙眼競(jìng)爭(zhēng)被認(rèn)為是一種研究視覺(jué)知覺(jué)選擇和視覺(jué)意識(shí)形成機(jī)理的重要范式，其具有基本穩(wěn)定的輸入（每只眼睛相同的圖像一直呈現(xiàn)）和交替變化的知覺(jué)。雙眼競(jìng)爭(zhēng)可以用來(lái)研究以下問(wèn)題:1、大腦的視覺(jué)感覺(jué)處理:在什么視覺(jué)處理層次處理視覺(jué)相關(guān)知覺(jué)。2、感覺(jué)選擇:大腦如何解決不同刺激之間的競(jìng)爭(zhēng)，并選擇把其中的一個(gè)帶入意識(shí)。3、無(wú)意識(shí)加工:受抑制的圖像的哪些特征在無(wú)意識(shí)下仍然可以得到加工，這一過(guò)程是否受其它感覺(jué)通道的影響。
　　雙眼競(jìng)爭(zhēng)的研究?jī)?nèi)容主要包括外

3、源性刺激的物理特征與外源性事件對(duì)視覺(jué)感知的影響，以及受試者內(nèi)在因素對(duì)雙眼競(jìng)爭(zhēng)下視覺(jué)感知的調(diào)節(jié)。雙眼競(jìng)爭(zhēng)早期研究主要以受試者感覺(jué)的主觀(guān)報(bào)告作為指標(biāo)，誤差較大。近來(lái)雙眼競(jìng)爭(zhēng)與EEG、fMRI等技術(shù)的結(jié)合從神經(jīng)生理層面極大拓展了對(duì)雙眼競(jìng)爭(zhēng)的認(rèn)識(shí)。
　　而限制EEG在雙眼競(jìng)爭(zhēng)中廣泛應(yīng)用的因素是難以通過(guò)EEG信號(hào)對(duì)感知交替變換進(jìn)行有效區(qū)分。穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位（SSVEP）是一種與視覺(jué)感官刺激相關(guān)的電位，當(dāng)受試者受到一個(gè)固定頻率的視覺(jué)刺激的時(shí)候

4、，在大腦的視覺(jué)皮層相關(guān)區(qū)域能記錄到一個(gè)連續(xù)、并且與刺激頻率相似的響應(yīng)電信號(hào)，這個(gè)誘發(fā)電位被稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位。利用SSVEP在EEG信號(hào)里為不同圖片特定頻率標(biāo)記，可以作為雙眼競(jìng)爭(zhēng)感知變換的客觀(guān)指標(biāo)。
　　連續(xù)閃爍抑制是一種不平衡的雙眼競(jìng)爭(zhēng)范式，可以制造穩(wěn)定的無(wú)意識(shí)過(guò)程。突破-連續(xù)閃爍抑制(b-CFS)范式通過(guò)連續(xù)提升受抑制圖片對(duì)比度，從而使圖片突破抑制，進(jìn)入到視覺(jué)感知當(dāng)中。這一過(guò)程可以用于大腦高級(jí)認(rèn)知功能的無(wú)意識(shí)加工研究。高級(jí)認(rèn)

5、知功能包括數(shù)學(xué)計(jì)算、人臉識(shí)別以及文字語(yǔ)義處理等。目前，對(duì)詞語(yǔ)語(yǔ)義的無(wú)意識(shí)加工機(jī)理以及其他感官能否對(duì)這一過(guò)程產(chǎn)生影響仍有爭(zhēng)議。
　　基于上述分析，本課題首先進(jìn)行了SSVEP平臺(tái)的搭建及針對(duì)不同受試者閃爍敏感頻率的初步篩查，在此基礎(chǔ)之上開(kāi)展基于SSVEP系統(tǒng)的雙眼競(jìng)爭(zhēng)下面孔感知狀態(tài)的客觀(guān)評(píng)價(jià)及其與梭狀回相關(guān)性分析，進(jìn)一步利用不平衡的雙眼競(jìng)爭(zhēng)——連續(xù)閃爍抑制范式，來(lái)研究無(wú)意識(shí)下語(yǔ)義加工的高級(jí)認(rèn)知過(guò)程，以及無(wú)意識(shí)下的跨感官通道相互影響。本

6、文的主要研究?jī)?nèi)容分為以下三個(gè)部分:
　　第一部分:穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(S SVEP)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建
　　為了將SSVEP與雙眼競(jìng)爭(zhēng)范式結(jié)合，以SSVEP作為雙眼眼競(jìng)爭(zhēng)圖片刺激識(shí)別的“標(biāo)簽”，初步搭建了SSVEP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。連接生物電放大器、電極帽、LED顯示屏幕、計(jì)算機(jī)搭建了硬件系統(tǒng)，不同頻率閃爍刺激通過(guò)C抖編寫(xiě)的刺激呈現(xiàn)軟件控制LED屏幕實(shí)現(xiàn)，界面主程序完成波形讀取顯示，阻抗檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程控制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。在此基礎(chǔ)上，對(duì)受

7、試者進(jìn)行了敏感刺激頻率的篩選，驗(yàn)證了搭建系統(tǒng)在SSVEP應(yīng)用中的可行性與可靠性，篩選出SSVEP敏感受試者，并觀(guān)察受試者的敏感頻率分布，為下一步結(jié)合雙眼競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。
　　第二部分:基于雙眼競(jìng)爭(zhēng)范式與EEG的面孔視覺(jué)感知狀態(tài)評(píng)價(jià)及其與梭狀回腦電活動(dòng)相關(guān)性分析
　　本部分實(shí)驗(yàn)利用了之前搭建的SSVEP平臺(tái)。為了客觀(guān)評(píng)價(jià)雙眼競(jìng)爭(zhēng)(BR)的交替狀態(tài)并分析梭狀回與視覺(jué)皮質(zhì)的相關(guān)性。6名受試者進(jìn)行雙眼競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)，受試者一只眼呈現(xiàn)8

8、.57Hz閃爍的平靜表情面孔圖片，另一只眼分別呈現(xiàn)12Hz、15Hz閃爍的恐懼表情面孔圖片并記錄EEG信號(hào)。兩個(gè)不同頻率閃爍的刺激誘發(fā)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(S SVEP)，通過(guò)短時(shí)傅里葉變換的時(shí)頻分析方法，解析面孔刺激中雙眼競(jìng)爭(zhēng)的持續(xù)時(shí)間和交替頻率，比較兩側(cè)梭狀回面孔識(shí)別區(qū)(FFA)與視覺(jué)皮質(zhì)的相關(guān)系數(shù)。數(shù)據(jù)表明雙眼競(jìng)爭(zhēng)下左眼觀(guān)看平靜表情面孔的時(shí)長(zhǎng)平均411.6±73.8ms，右眼觀(guān)看恐懼表情面孔的時(shí)長(zhǎng)平均547.6±126.7ms，交替頻

9、率2.11±0.28Hz，左側(cè)FFA比右側(cè)FFA相對(duì)恐懼表情面孔的加工更敏感，兩側(cè)FFA對(duì)恐懼表情面孔的加工沒(méi)有頻率差異。以上結(jié)果說(shuō)明，SSVEP能夠作為雙眼競(jìng)爭(zhēng)中優(yōu)勢(shì)態(tài)感知的頻率標(biāo)記，對(duì)雙眼競(jìng)爭(zhēng)下視覺(jué)感知進(jìn)行客觀(guān)評(píng)價(jià)。BR和SSVEP結(jié)合的方法可用于視覺(jué)感知神經(jīng)機(jī)制的研究。下一部份的工作將對(duì)雙眼競(jìng)爭(zhēng)下的語(yǔ)義無(wú)意識(shí)加工進(jìn)行研究。
　　第三部分:雙眼競(jìng)爭(zhēng)范式下語(yǔ)義無(wú)意識(shí)加工的視覺(jué)高級(jí)功能研究形狀觸覺(jué)和溫度觸覺(jué)對(duì)文字語(yǔ)義的無(wú)意識(shí)加工影

10、響
　　語(yǔ)義處理是一種高級(jí)認(rèn)知功能，利用連續(xù)閃爍抑制范式(CFS)研究無(wú)意識(shí)下的語(yǔ)義處理以及形狀觸覺(jué)和溫度觸覺(jué)對(duì)語(yǔ)義認(rèn)知的影響。實(shí)驗(yàn)1通過(guò)2（字體狀態(tài)）×2（形狀觸覺(jué)）的被試內(nèi)設(shè)計(jì)考察4種條件下漢字‘手機(jī)’的突破抑制時(shí)間;實(shí)驗(yàn)2通過(guò)2（不同字體）×2（溫度觸覺(jué)）的被試內(nèi)設(shè)計(jì)考察4種條件下漢字的突破抑制時(shí)間，在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中受試者看到漢字后盡可能準(zhǔn)確迅速的按鍵盤(pán)。兩因素方差分析均未發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2中的主效應(yīng)對(duì)反應(yīng)時(shí)間、交互作用之間具有

11、統(tǒng)計(jì)意義，在無(wú)意識(shí)下觀(guān)看詞語(yǔ)的反應(yīng)時(shí)間沒(méi)有差別，形狀觸覺(jué)和溫度觸覺(jué)對(duì)漢字的無(wú)意識(shí)加工沒(méi)有影響。研究支持在無(wú)意識(shí)下語(yǔ)義信息無(wú)法得到加工的觀(guān)點(diǎn)，形狀觸覺(jué)和溫度觸覺(jué)對(duì)無(wú)意識(shí)下視覺(jué)的跨通道作用可能不發(fā)生在高階處理階段?？紤]到可能是由于行為學(xué)本身精度不夠高不能充分反映生理的細(xì)微變化或者是語(yǔ)義高級(jí)信息的無(wú)意識(shí)本身就不存在，下一步實(shí)驗(yàn)中使用高時(shí)間精度的EEG研究語(yǔ)義無(wú)意識(shí)加工。
　　基于事件相關(guān)電位N400成分的文字語(yǔ)義無(wú)意識(shí)加工研究
　

12、　在無(wú)意識(shí)狀態(tài)下，對(duì)文字相關(guān)視覺(jué)刺激是否進(jìn)行語(yǔ)義加工仍存在很大爭(zhēng)議。為了弄清楚這個(gè)問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)使用事件相關(guān)電位(ERPs)中的N400成分來(lái)評(píng)判是否發(fā)生文字相關(guān)視覺(jué)刺激的語(yǔ)義加工。N400成分是目標(biāo)詞與所在語(yǔ)境不匹配時(shí)大腦電信號(hào)的敏感指標(biāo)。在連續(xù)閃爍抑制范式下，受試者判斷啟動(dòng)詞和目標(biāo)詞之間的相關(guān)性同時(shí)記錄ERPs。行為學(xué)結(jié)果趨近于隨機(jī)水平，表明這種實(shí)驗(yàn)范式制造了嚴(yán)格的無(wú)意識(shí)狀態(tài)。在受試者無(wú)意識(shí)狀態(tài)下，比較語(yǔ)義相關(guān)組和語(yǔ)義不相關(guān)組的N40