2022.05.22.再認(rèn)系統(tǒng)與應(yīng)激反應(yīng)
佳語集:雖然我們生存在一個(gè)客觀的物質(zhì)世界,但是我們認(rèn)知神經(jīng)的再認(rèn)系統(tǒng)卻是主觀的。因此負(fù)向的經(jīng)驗(yàn),錯(cuò)誤的觀念或是存在沖突的想法等都有可能會(huì)影響到我們正常的行為與生活。心理咨詢師的工作有很大部分就是協(xié)助求助者找出這些因素并引導(dǎo)求助者修正他的再認(rèn)體系。
接續(xù)上次

發(fā)現(xiàn)巴教授的理論很有說服力之后,我終于忍不住翻墻去聽他于2012年的一個(gè)演講,在進(jìn)入主題之前先簡單的介紹一些觀念:
空間頻率對(duì)于視覺感知理論的意義:

空間頻率的定義:指每度視角內(nèi)圖像或刺激的圖形其亮暗作正弦調(diào)制的光柵周數(shù)(單位是周/度)。
視覺感知理論:認(rèn)為景物是以空間頻率的方式進(jìn)行加工,因此對(duì)于高空間頻率的影像,通常能感知到其邊緣輪廓線和線條的細(xì)節(jié);而低空間頻率的影像則能呈現(xiàn)出物體的整體架構(gòu)與大致的形體,但是內(nèi)容模糊并且缺乏細(xì)節(jié)的信息。尤其是當(dāng)感知到的物體非靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),低空間頻率的信息變得更為重要(請(qǐng)參考圖1)。
空間場(chǎng)景對(duì)人類的物體再認(rèn)系統(tǒng)之重要性:
空間場(chǎng)景對(duì)于再認(rèn)加工的重要性可由圖2.的實(shí)例來解說:左邊的圖片顯示物體在具備空間場(chǎng)景信息的狀態(tài),在燈光昏暗與明亮的條件下可辨識(shí)的差別;右邊的圖片顯示物體在缺乏空間場(chǎng)景信息的狀態(tài),在燈光昏暗與明亮的條件下可辨識(shí)的差別。從圖片的例子可以明顯的看出物體在缺少空間場(chǎng)景的狀態(tài)下是比較不容易辨識(shí)出來。

巴教授提出的理論:低空間頻率的信息先快速的經(jīng)由視覺背側(cè)通道解析出整體模糊輪廓的影像,接著到眼眶額葉解讀出一些熟悉類似的物體,同時(shí)也經(jīng)由壓后回與海馬旁回解讀出影像可能的場(chǎng)景,再反饋至顳下回進(jìn)行高空間頻率影像細(xì)部的分析,并且與可能的場(chǎng)景作比對(duì)并篩除無關(guān)的場(chǎng)景信息,最后得出正確的辨識(shí)結(jié)果(如圖3)。

后來我在法國學(xué)者高夫曼2014年的一篇論文中找到更多有關(guān)高低空間頻率的解釋,文中將此種再認(rèn)模式取名為“信息從粗糙到精致的加工皮質(zhì)區(qū)模式”,也提到有關(guān)不同空間頻率的視網(wǎng)膜投射加工,即高空間頻率的信息激活枕葉對(duì)映視網(wǎng)膜中央凹視覺區(qū)的表征,而低空間頻率的信息激活枕葉對(duì)映視網(wǎng)膜周邊視覺區(qū)的表征(如圖4)。
Coarse-to-fine Cortical Model:

信息從粗糙到精致的加工皮質(zhì)區(qū)模式理論:信息從早期的視覺皮質(zhì)區(qū)到腹外側(cè)前額葉再到眼眶額葉與杏仁核(如圖5)

整體而言,腦神經(jīng)的功能最主要是為了求生存。遇危險(xiǎn)能迅速反應(yīng)快跑逃生,并且在瞬息萬變的環(huán)境里能夠確保找到賴以為生的食物來源與可以繁衍后代的配偶。因此,當(dāng)再認(rèn)加工感知物體的物理特性時(shí)必須針對(duì)這些特性加以分類。類別的內(nèi)容則包含物體的大小、形狀和顏色等這些特征,并且將這些特征對(duì)映到物體的語義標(biāo)簽,以便識(shí)別后能做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。例如你身在危險(xiǎn)的森林里,突然發(fā)現(xiàn)前方不遠(yuǎn)的草叢里有黑影晃動(dòng)。大腦不只是辨認(rèn)出黑影是老虎之外,還需要明白“老虎”這個(gè)名詞所代表的意義,如“會(huì)吃人的動(dòng)物”才足以做出快跑逃生的正確反應(yīng)。所以巴教授在2003年的那篇論文中就提到,早期視覺皮質(zhì)有關(guān)目標(biāo)物的信息激活了相關(guān)的語義知識(shí),目的就是為了產(chǎn)生對(duì)目標(biāo)物與場(chǎng)景的預(yù)測(cè)以便在感知到危險(xiǎn)時(shí)能夠及時(shí)做出存活的迅速反應(yīng)??赡苁巧頌橐陨腥说年P(guān)系,他的論文很多都是以大腦為了求生存而必須產(chǎn)生預(yù)測(cè)為主要的觀點(diǎn),特別是他在主持Proactive Brain Lab實(shí)驗(yàn)室這段期間,有興趣的小伙伴可以去了解一下。早期視覺皮質(zhì)的信息表征是由VLPFC賦予語義知識(shí)的,這個(gè)過程相當(dāng)重要。人工智能Neuro-Symbolic Framework模型的樣本學(xué)習(xí)程序就是為了體現(xiàn)此一過程,在學(xué)習(xí)物體的物理特性時(shí)獲取特性變數(shù)Object_Attributes(color,shape,material,…)中的數(shù)值(如圖6)。

物體辨識(shí)的兩種加工模式理論:物體再認(rèn)中有一則定律就是知覺恒常性,當(dāng)客觀條件在一定范圍內(nèi)的改變時(shí),我們對(duì)物體的感知恒常不變。所以物體不管從任何角度、遠(yuǎn)近大小、顏色變化甚至在非全遮蔽的狀態(tài)都不會(huì)影響我們對(duì)該物體的辨識(shí)。因此有學(xué)者根據(jù)此定律提出了視覺辨識(shí)兩種加工模式理論,認(rèn)為我們的再認(rèn)系統(tǒng)依照物體識(shí)別的難易程度以及其他相關(guān)條件可分為物體分類與物體辨識(shí)兩種加工模式(如圖7)。

第一種模式是分類加工,發(fā)生在分類加工啟始時(shí)或是針對(duì)物體外形結(jié)構(gòu)編碼時(shí),以環(huán)境顯著導(dǎo)向feedforward的模式在腹側(cè)通道對(duì)物體較敏感的(枕外側(cè)溝至顳下溝)皮質(zhì)區(qū)進(jìn)行加工。同時(shí)也在背側(cè)通道對(duì)物體較為敏感的(后梭狀回至頂內(nèi)溝)皮質(zhì)區(qū)以feedforward的方式進(jìn)行加工。針對(duì)物體各部份的空間配置與整體的外形作比對(duì)與分析直到信息抵達(dá)VLPFC,通常會(huì)在開始后125-200ms的時(shí)間內(nèi)完成。雖然時(shí)間極其短暫,但也足以分辨目標(biāo)物整體的外形結(jié)構(gòu)并且感知到其類別屬性。例如判斷這動(dòng)物是不是貓(如圖8)?

第二種模式是識(shí)別加工, 通常發(fā)生在目標(biāo)物以非正常的視角出現(xiàn)、被遮蔽或是目標(biāo)物圖案復(fù)雜難辨需要進(jìn)行第二次更加精確的分類加工,并且與記憶中目標(biāo)物的相關(guān)表征作比對(duì)以決定目標(biāo)物的特定類別。例如識(shí)別這只貓是不是金吉拉(如圖9)?時(shí)間通常發(fā)生在開始后200-500ms之間,第二次則接續(xù)激活腹側(cè)通道對(duì)物體敏感的顳下回皮質(zhì)區(qū)以feedforward和feedbackward的方式迭代交替作用于VLPFC和腹尾側(cè)頂內(nèi)溝。此種加工模式最主要的目的是將取得的第一種加工模式的信息進(jìn)一步去模糊化。

整合“信息從粗糙到精致的加工皮質(zhì)區(qū)模式”與“物體辨識(shí)的兩種加工模式”兩個(gè)理論可以發(fā)現(xiàn),目標(biāo)導(dǎo)向的低空間頻率信息是在分類加工時(shí)從早期視覺皮質(zhì)區(qū)經(jīng)由背側(cè)通道投射到 VLPFC和OFC腦區(qū),大約在130ms的時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)與目標(biāo)物外型相似的信息,并且在壓后回和海馬旁回的腦區(qū)與高空間頻率的信息交匯(如圖10),整合后的信息在大約180ms之前傳送至腹側(cè)通道的顳下回腦區(qū),經(jīng)過分析比對(duì)之后大約在200ms的時(shí)間點(diǎn)完成了第一種模式的分類加工。

在受到驚嚇負(fù)向情境下的物體再認(rèn)加工:但是并不是每一次的物體再認(rèn)加工都會(huì)按照順序完成第一種和第二種模式的辨識(shí)加工,例如校園內(nèi)經(jīng)常發(fā)生頑皮的學(xué)生突然拋出玩具蛇和塑料蟑螂總是會(huì)引起一陣尖叫聲,有些甚至導(dǎo)致有人因?yàn)橄胍荛_而跌倒的惡作劇行為?;蛘呤潜疚牡睦樱谏掷锇l(fā)現(xiàn)有類似老虎的身影在草叢中走動(dòng),你會(huì)脊背一涼立馬快閃走人而不會(huì)留下來看是孟加拉虎?還是蘇門答臘虎?這都是因?yàn)楫?dāng)視覺信息進(jìn)行分類加工時(shí)只要發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物有任何危害生命與安全的語義信息,杏仁核一感知到這些警告信號(hào)就會(huì)立刻停止高階皮質(zhì)腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)并進(jìn)行戰(zhàn)或逃的加工(如圖11)。

也有學(xué)者研究個(gè)體處于負(fù)向情境受到驚嚇產(chǎn)生應(yīng)激狀態(tài)時(shí)判別低空間頻率和高空間頻率光柵影像方位的表現(xiàn)差異?實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示應(yīng)激反應(yīng)會(huì)加速提升低空間頻率的偵測(cè)表現(xiàn),但是會(huì)犧牲高空間頻率光柵方位的解析表現(xiàn)。而且只要偵測(cè)的時(shí)間足夠充裕,對(duì)低空間頻率光柵方位的判別會(huì)更加完善(如圖12)。當(dāng)威脅愈大距離威脅的來源愈近時(shí),應(yīng)激反應(yīng)會(huì)加速視覺感官對(duì)目標(biāo)物的感知,有時(shí)候甚至連分類加工還沒完成就立即作出反應(yīng)。喜歡球類運(yùn)動(dòng)的小伙伴應(yīng)該有過類似的經(jīng)驗(yàn):面對(duì)從旁突如其來的球砸向自己的臉部時(shí),可能眼前只出現(xiàn)黑影還沒看清是籃球還是排球就會(huì)下意識(shí)迅速低頭以手臂遮擋來保護(hù)自己。

那一夜我究竟看到了什么(圖13)?當(dāng)時(shí)的我是人生第一次獨(dú)自租屋在一個(gè)陌生的城市居住,除了學(xué)校幾位同學(xué)之外沒有認(rèn)識(shí)多少人,或許壓力會(huì)多一點(diǎn)。 而且以前在農(nóng)村的墓園里從來沒有見過實(shí)體的十字架墓碑,再加上那段時(shí)間準(zhǔn)備期末考以及那晚與朋友熬夜聊天的關(guān)系,精神狀況也較為疲憊。當(dāng)然那一夜也是我第一次在深夜時(shí)刻走在那個(gè)昏暗無人的小巷,這些大概就是我當(dāng)時(shí)的身心狀態(tài)吧。

當(dāng)我了解再認(rèn)系統(tǒng)的一些特性之后再次還原驚魂夜的事發(fā)現(xiàn)場(chǎng):那是個(gè)月黑風(fēng)高的深夜,走在空無一人的小巷,眼角余光隱約瞥見圍墻里面的墓園出現(xiàn)一個(gè)令人驚嚇的物體。當(dāng)時(shí)因?yàn)闆]有正面凝視,接收到的視覺信息是以低空間頻率的方式進(jìn)行。再加上我的再認(rèn)系統(tǒng)無法將此白色物體與實(shí)體的十字架墓碑相關(guān)聯(lián),所以當(dāng)下感知到的是一個(gè)墓碑和一個(gè)站在墓碑上的物體。也許是因?yàn)榻嵌鹊年P(guān)系那個(gè)物體被誤認(rèn)為阿飄(如圖14),杏仁核感知到威脅后立即產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)拔腿就跑,所以也沒來得及進(jìn)行進(jìn)一步的物體高空間頻率的細(xì)部解析。

巴教授在2012年的那場(chǎng)演講:現(xiàn)場(chǎng)觀眾提出了不少尖銳的問題,他也都一一按照實(shí)驗(yàn)的結(jié)果加以回答與解釋。其中也提到目前他已經(jīng)轉(zhuǎn)行研究抑郁癥的相關(guān)問題,估計(jì)應(yīng)該已經(jīng)回到巴伊蘭大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。演講當(dāng)中也提到了默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)與場(chǎng)景關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)側(cè)前額葉、內(nèi)側(cè)頂葉和內(nèi)側(cè)顳葉的大部分腦區(qū)相重疊(如圖15)。一看到這個(gè)我腦中就浮現(xiàn)了一個(gè)想法:場(chǎng)景架構(gòu)會(huì)不會(huì)就是回想加工時(shí)情節(jié)記憶的搜尋索引?

查閱了不少論文發(fā)現(xiàn)確實(shí)如此:記憶的編碼與提取是以場(chǎng)景信息作為索引,代表原始事件中獨(dú)特的空間表征。當(dāng)記憶提取時(shí)是由場(chǎng)景信息作為長時(shí)記憶的檢索工具,海馬回會(huì)連結(jié)工作記憶的檢索工具在海馬回和新皮質(zhì)腦區(qū)之間交互作用,直到提取記憶的場(chǎng)景表征與其相同(如圖16)。這樣的機(jī)制可以有效檢索提取相關(guān)的記憶而避免其他不相關(guān)記憶的干擾。

人生就像一出戲:如果我們的情節(jié)記憶真的都是按照?qǐng)鼍凹軜?gòu)來編碼與提取的話,當(dāng)臨死前的一刻回顧此一生,其實(shí)就像看一場(chǎng)按照劇本拍攝的電影一樣(如圖17)??吹竭@里會(huì)不會(huì)很好奇這部電影的編劇到底是誰?導(dǎo)演又會(huì)是誰呢?

主題延伸的問答:如果讓你分辨本文圖9中的金吉拉與波斯貓兩種貓的差異,大概你的目光會(huì)停留在兩只貓的頭形、兩耳位置、雙眼、口鼻、背部和尾巴…等這些部位久一點(diǎn)。當(dāng)你能說出這時(shí)候大腦正在做什么時(shí),代表你對(duì)再認(rèn)系統(tǒng)已經(jīng)有相當(dāng)程度的了解。
參考資料:
李勝光(2019) 生物運(yùn)動(dòng)識(shí)別的信息加工機(jī)制.
心理科學(xué)進(jìn)展期刊 2019, Vol. 27, No. 3, 490–498 從整合的角度看聯(lián)結(jié)記憶中的項(xiàng)目再認(rèn).
心理科學(xué)進(jìn)展期刊 2022, Vol. 30, No. 10, 2240–2253 一體化促進(jìn)聯(lián)結(jié)記憶的作用機(jī)制:熟悉性和回想加工.
Anat R. Fintzi1 and Bradford Z. Mahon(2013) A Bimodal Tuning Curve for Spatial Frequency Across Left and Right Human Orbital Frontal Cortex During Object Recognition.
Manuel F. López-Aranda(2009) Role of Layer 6 of V2 Visual Cortex in Object-Recognition Memory.
John A. Rohrlich, Tsung-Ren Huang, Thomas E. Hazy, and Randall C. O’Reilly(2020) Object Recognition’s Garden Path: Low Spatial Frequencies.
Matt Craddock, Jasna Martinovic, Matthias M. Müller(2013) Task and Spatial Frequency Modulations of Object Processing: An EEG Study.
LouiseKauffmann,StephenRamano?l and CarolePeyrin(2014) The neural bases of spatial frequency processing during scene perception.
Elisabeth A. Murray and Steven P. Wise(2010) Interactions between orbital prefrontal cortex and amygdala: Advanced cognition, learned responses and instinctive behaviors.
Karin Roelofs(2017) Freeze for action: neurobiological mechanisms in animal and human freezing.
Journal of Experimental Psychology 2015, Vol. 144, No. 6, 1080–1088 Freezing Promotes Perception of Coarse Visual Features.
Chi Thao Ngo(2013) Associative Recognition Memory and Context Effects Using Objects on Natural Backgrounds.
Robert Dilts(1995) Strategies of Genius, Volume One: Strategy of Walt Disney.
Andrew J. Watrous and Arne D. Ekstrom(2014) The spectro-contextual encoding and retrieval theory of episodic memory.