面孔空想性錯視及其神經(jīng)機(jī)制

王 昊 楊志剛

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面孔空想性錯視及其神經(jīng)機(jī)制

王 昊 楊志剛

(河北大學(xué)教育學(xué)院, 保定 071000)

面孔空想性錯視, 是指在不存在面孔的物體或抽象圖案上看到面孔, 例如在月球表面看到面孔。它受到自下而上信息與自上而下加工的共同影響。近年來, 研究者通過行為實(shí)驗(yàn)、事件相關(guān)電位技術(shù)以及腦成像技術(shù)對不同的空想性錯視影響因素進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 面孔空想性錯視的產(chǎn)生取決于刺激是否包含類似面孔結(jié)構(gòu), 內(nèi)部面孔模板是否能與當(dāng)前刺激匹配, 以及有無面孔相關(guān)背景。同時也受到個體差異與情緒狀態(tài)影響。腦成像研究發(fā)現(xiàn), 在發(fā)生空想性錯視時, 來自額葉區(qū)與枕葉視覺區(qū)的信息會在FFA進(jìn)行整合。未來研究可以致力于探索面孔空想性錯視中個體差異的行為與神經(jīng)機(jī)制, 以及不同類型的自上而下調(diào)節(jié)之間的相互影響及其神經(jīng)機(jī)制。

面孔空想性錯視; 自上而下加工; 自下而上加工; 面孔加工

1 引言

面孔是最常見的社會信息, 快速而準(zhǔn)確地識別面孔對人類的社會生活至關(guān)重要。檢測是否存在面孔是一個快速高效的過程。以往研究發(fā)現(xiàn), 面孔可以在100 ms之內(nèi)被檢測到(Crouzet, Kirchner, & Thorpe, 2010), 即使面孔呈現(xiàn)在閾值以下也能被檢測到(Lee, Kim, Shim, & Lee, 2017)。通常情況下人們可以輕易發(fā)現(xiàn)隱藏的面孔, 但由此帶來的代價是, 與面孔有微小的結(jié)構(gòu)相似甚至沒有面孔信息的物體也常會被誤判為面孔。比如在月球表面的衛(wèi)星照片上看到面孔, 在烤面包片或者云上看到面孔。從演化的角度來說, 在周圍環(huán)境中快速發(fā)現(xiàn)其他人的面孔所帶來的收益, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于將物體誤判為面孔帶來的代價(Verpooten & Nelissen, 2010)。在不存在面孔的物體或隨機(jī)噪音圖案上“看到”面孔, 這種錯覺被稱為面孔空想性錯視(face pareidolia), 這種現(xiàn)象不僅發(fā)生在成年人中, 也發(fā)生在10個月大的嬰兒中, 甚至發(fā)生在其它靈長類動物中(Kato & Mugitani, 2015; Taubert, Wardle, Flessert, Leopold, & Ungerleider, 2017), 這反映了視覺系統(tǒng)對面孔結(jié)構(gòu)的高敏感性。之前研究發(fā)現(xiàn)將刺激判斷為面孔受到刺激本身特征的影響(Jemel et al., 2003; Tanskanen, N?s?nen, Ojanp??, & Hari, 2007), 這稱為自下而上加工; 也受到對面孔的期待以及是否存在面孔相關(guān)背景的影響(Cox, Meyers, & Sinha, 2004; Gosselin & Schyns, 2003; Hansen, Thompson, Hess, & Ellemberg, 2010; Smith, Gosselin, & Schyns, 2012; Liu et al., 2014), 稱為自上而下調(diào)節(jié)。而近期的一些研究發(fā)現(xiàn), 面孔空想性錯視也受到如性別等個體因素的影響。通過對面孔空想性錯視的研究可以了解大腦如何識別面孔, 以及如何整合自下而上與自上而下信息并作出判斷的心理與神經(jīng)機(jī)制。

2 面孔空想性錯視現(xiàn)象的影響因素

2.1 自下而上因素

以前的研究者認(rèn)為, 是否將一個視覺刺激判斷為面孔, 首先取決于刺激本身的物理特征。例如Costen, Parker和Craw (1996)的實(shí)驗(yàn)中使用不同清晰度的面孔要求被試進(jìn)行再認(rèn), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試的識別正確率隨著圖像的清晰度提高而提高。在最近的一項(xiàng)行為實(shí)驗(yàn)中(Pavlova, Scheffler, & Sokolov, 2015), 研究者用食物與盤子組成類似面孔的圖形, 從完全不像面孔到非常像面孔, 分成10個級別。依次向被試展示并要求被試報告看到了什么, 隨著圖像越來越接近面孔, 被試也更多地報告發(fā)現(xiàn)了面孔。

除行為實(shí)驗(yàn)外, 也有大量實(shí)驗(yàn)使用ERP技術(shù), 通過分析面孔特異性成分N170, 檢測被試是否將刺激判斷為面孔。研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)面孔刺激出現(xiàn)后約170 ms, 會在枕顳區(qū)引發(fā)一個負(fù)成分, 稱為N170, 它體現(xiàn)了面孔結(jié)構(gòu)信息處理的早期階段(Bentin, Allison, Puce, Perez, & Mccarthy, 1996; Rossion et al., 2000)。不僅僅是呈現(xiàn)真實(shí)面孔可以引發(fā)該成分(Batty & Taylor, 2003; Pourtois, Schwartz, Seghier, Lazeyras, & Vuilleumier, 2005; W. Luo, Feng, He, Wang, & Y. J. Luo, 2010), 即使是卡通面孔或情緒符號(Churches, Nicholls, Thiessen, Kohler, & Keage, 2014; Krombholz, Schaefer, & Boucsein, 2007; Schindler, Zell, Botsch, & Kissler, 2017),甚至是有類似面孔結(jié)構(gòu)的日常物體(Proverbio & Galli, 2016), 只要被試將刺激判斷為面孔都能觀測到該成分, 因此可以認(rèn)為N170是將刺激判斷為面孔的神經(jīng)標(biāo)志。以往研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)面孔刺激加入噪聲或相位亂置(gradual phase-scrambling)后, 引發(fā)的N170波幅明顯降低, 這說明自下而上信息的減弱影響了面孔加工過程(Jemel et al., 2003; Tanskanen et al., 2007; Németh, Kovács, Vakli, Kovács, & Zimmer, 2014)。而之后的研究發(fā)現(xiàn), N170的波幅能反映出刺激“像面孔”的程度。例如Gajewski和Stoerig (2011)的研究中由人類面孔引發(fā)的N170波幅明顯大于動物面孔, 而猴子面孔引發(fā)的波幅也大于狗的面孔。有研究使用京劇臉譜作為材料, 也發(fā)現(xiàn)人類臉譜引發(fā)的N170波幅大于動物臉譜(Liu et al., 2016; S. Luo, W. Luo, He, Chen, & Y. Luo, 2013)。為了探究能引發(fā)面孔判斷的刺激特征, 在Paras和Webster(2013)的研究中, 使用隨機(jī)噪聲圖片要求被試檢測其中是否存在面孔, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在沿中軸線左右對稱的隨機(jī)噪聲圖片中檢測出的面孔遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于不對稱圖片, 被試檢測出的面孔都集中在中軸線上, 并且只能檢測出正立面孔。除此以外, 刺激中是否存在“眼睛”至關(guān)重要。當(dāng)刺激中存在與周圍亮度或顏色差異明顯并左右對稱的斑點(diǎn)時, 會被視為眼睛, 隨后自動尋找類似面孔特征的斑點(diǎn), 并從整體上將周圍隨機(jī)噪音“捕獲”為面孔。通常眼睛意味著另一個個體, 而這種對眼睛或類似眼睛結(jié)構(gòu)的敏感反映了對隱藏的其它個體的快速檢測, 因此在隨機(jī)圖像中檢測面孔與檢測物體可能具有不同的意義。

2.2 自上而下因素

2.2.1 內(nèi)部面孔模板

近些年來, 對面孔自上而下加工過程的研究發(fā)現(xiàn), 是否做出面孔判斷, 取決于刺激可以與記憶中“什么是面孔”模板的匹配。在過去大量面孔相關(guān)研究中, 之所以可以快速識別面孔, 是由于被試對什么是面孔早已有大量經(jīng)驗(yàn)。有研究發(fā)現(xiàn)兒童觀看面孔時也可以產(chǎn)生與成人類似的N170成分(Kuenfner, de Heering, Jacques, Palmero-Soler & Rossion, 2009), 而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn), 先天性失明的兒童在2歲到14歲間接受手術(shù)恢復(fù)視力后, 識別面孔的能力受到損害, 并且沒有觀測到面孔特異性N170波幅(R?der, Ley, Shenoy, Kekunnaya, & Bottari, 2013)。該研究認(rèn)為, 特定對象的快速識別(例如面孔), 不是由于擁有高特異性的神經(jīng)環(huán)路導(dǎo)致, 而是由于早期視覺經(jīng)驗(yàn)的積累。Churches等人(2014)的研究進(jìn)一步證明了面孔判斷不僅取決于刺激本身, 更取決于刺激是否與記憶中的面孔匹配。該研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常在網(wǎng)絡(luò)交流中被作為表情的符號:-)可以誘發(fā)N170波形, 但與之相似卻沒有被當(dāng)做表情的符號(-:卻沒有誘發(fā)相似波形。不僅是長期經(jīng)驗(yàn), 臨時獲得的經(jīng)驗(yàn)也會引發(fā)面孔反應(yīng), 例如在Bentin, Sagiv, Mecklinger, Friederici和von Cramon (2002)的研究中, 單獨(dú)向被試呈現(xiàn)兩個左右對稱的點(diǎn)并沒有引發(fā)面孔判斷和面孔相關(guān)ERP成分, 若先呈現(xiàn)一個抽象面孔, 而這兩個點(diǎn)正好作為面孔的眼睛出現(xiàn), 隨后單獨(dú)呈現(xiàn)這兩點(diǎn)就會引發(fā)N170面孔特異性成分, 這說明相關(guān)背景提供了一個可與當(dāng)前刺激進(jìn)行匹配的面孔模板, 因此被試可以將兩個孤立的點(diǎn)解釋為眼睛, 并誘發(fā)面孔反應(yīng)。N170波幅的增加反映了對工作記憶中面孔信息的提取。

為了得到做出判斷時面孔的內(nèi)部表征, 一些研究使用了圖片分類技術(shù)(CI, classification image), 這類研究要求被試從隨機(jī)噪音圖片中檢測是否存在面孔, 并且根據(jù)被試反應(yīng)將圖片分類, 并將有面孔與無面孔兩類圖片分別疊加, 最后用有面孔圖片減去無面孔圖片并將得到的圖片進(jìn)行濾波, 得到的差異圖上會出現(xiàn)類似面孔的結(jié)構(gòu)(Gosselin & Schyns, 2003; Hansen et al., 2010; Smith et al., 2012; Liu et al., 2014)。與之前研究中N170波幅受刺激特征調(diào)節(jié)相對應(yīng), 在Hansen等人(2010)的研究中要求被試從純噪音圖片中檢測面孔, 并報告作出面孔判斷的確信程度, 從一定存在面孔到完全看不到面孔共分為4個水平, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試確信程度越高時N170波幅越大。Smith等人(2012)的研究使用相同的范式, 當(dāng)被試完成一半數(shù)量圖片的判斷后, 使用CI技術(shù)得到每個被試的內(nèi)部面孔表征圖片。在被試判斷另一半噪音圖片時, 發(fā)現(xiàn)噪音圖片的頻譜結(jié)構(gòu)越接近被試的內(nèi)部面孔表征圖片, 該圖片誘發(fā)的神經(jīng)活動就越強(qiáng)。值得注意的是, 神經(jīng)活動是否增強(qiáng)僅僅取決于當(dāng)前刺激的頻譜特征與被試本人內(nèi)部面孔表征圖片的頻譜特征是否相似, 而刺激與其他被試的內(nèi)部面孔表征圖片相似程度并不造成影響。這進(jìn)一步說明面孔判斷取決于當(dāng)前刺激與被試記憶中面孔模板的匹配程度。

2.2.2 面孔背景與期待

對面孔的期待以及面孔相關(guān)信息的啟動也會誘發(fā)被試做出面孔判斷。Cox等人(2004)的研究使用fMRI技術(shù)發(fā)現(xiàn)面孔相關(guān)背景會導(dǎo)致被試將當(dāng)前模糊的刺激視為面孔。當(dāng)被試看到一個橢圓形物體呈現(xiàn)在肩膀上時, 位于枕顳皮層的梭狀回面孔識別區(qū)(FFA)有明顯激活, 而單獨(dú)呈現(xiàn)相同物體則不會導(dǎo)致FFA激活。這可能是由于相關(guān)背景信息使被試將當(dāng)前的橢圓形物體視為面孔導(dǎo)致的。之后的研究檢驗(yàn)了面孔啟動的作用, Ge, Wang, Mccleery和Kang (2006)的研究使用面孔文字雙關(guān)圖作為材料, 以是否發(fā)生面孔倒置效應(yīng)來判斷是否將刺激視為面孔加工。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在面孔啟動條件下, 被試更傾向于將雙關(guān)圖感知為面孔, 并且產(chǎn)生了面孔倒置效應(yīng), 在字母啟動條件下更傾向于將雙關(guān)圖感知為字母,沒有產(chǎn)生倒置效應(yīng)。該研究認(rèn)為, 面孔啟動激活了特定的面孔加工系統(tǒng), 因此對之后出現(xiàn)的刺激中包含的面孔信息優(yōu)先加工。在最近一項(xiàng)研究中(Lu, Zhang, & Liang, 2017), 要求被試在觀看隨機(jī)噪音圖片之前想象面孔或房子, 然后分別判斷隨機(jī)噪聲圖片中面孔的性別或房子的樓層。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在想象面孔的條件下判斷性別時, 引發(fā)了比房子條件下更大的頂葉正電位(VPP)。VPP是在面孔呈現(xiàn)160~200 ms后在頂葉觀測到的正電位, 該成分在過去的研究中被認(rèn)為與N170類似, 也有研究認(rèn)為兩者反映不同的神經(jīng)機(jī)制(Saavedra, Olivares, & Iglesias, 2012)。在該研究中面孔想象僅影響VPP卻未影響N170, 因此VPP反映了面孔的心理意向?qū)Ξ?dāng)前知覺的增強(qiáng)。而以往一些研究發(fā)現(xiàn)由面孔引發(fā)的VPP大于非面孔物體(Rossion & Jacques, 2008; Itier & Taylor, 2004), 并且類似面孔的物體也會引發(fā)VPP, 但小于真實(shí)面孔(Proverbio & Galli, 2016)。而在該研究中, 并沒有發(fā)現(xiàn)N170的差異, 因此認(rèn)為VPP反映了自上而下的調(diào)節(jié)作用。

2.2.3 個體差異

雖然已經(jīng)有大量關(guān)于面孔空想性錯視影響因素的研究, 但是大多都只關(guān)注早期知覺階段。最近研究發(fā)現(xiàn)是否將刺激判斷為面孔也受到情緒狀態(tài)與性別差異的影響。之前有研究發(fā)現(xiàn)女性在抽象面孔檢測任務(wù)中表現(xiàn)優(yōu)于男性, 例如, Mcbain, Norton和Chen (2009)的研究中要求被試判斷抽象面孔或樹出現(xiàn)的位置, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)女性可以更快更準(zhǔn)確地對面孔做出反應(yīng), 但隨著刺激呈現(xiàn)時間的增加, 性別差異逐漸減小并消失。該研究認(rèn)為這反映了女性對刺激強(qiáng)度較弱的面孔信息比男性更加敏感。而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn), 女性也更傾向于將“像面孔”的物體判斷為面孔。Pavlova等人(2015)的研究要求被試觀察一組從完全不像面孔到非常像面孔逐漸變化的圖片(均由食物和盤子組成的類似Arcimboldo風(fēng)格的面孔), 要求被試報告看到了什么。結(jié)果發(fā)現(xiàn)女性更早地報告看到面孔, 并且在整體上報告更多的面孔。在之后的研究中(Pavlova, Mayer, Hosl, & Sokolov, 2016), 要求被試給刺激的像面孔程度與刺激的可愛程度評分, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅對女性被試而言, 像面孔程度與可愛程度呈正相關(guān)。研究者懷疑女性更加傾向于發(fā)現(xiàn)面孔, 因此, 會將與面孔有微小相似的物體判斷為面孔。隨后有實(shí)驗(yàn)對該現(xiàn)象以及現(xiàn)象背后的神經(jīng)機(jī)制展開了進(jìn)一步探索(Proverbio & Galli, 2016), 該實(shí)驗(yàn)中要求被試給類似面孔的日常物體像面孔的程度打分(例如, 像面孔的包), 發(fā)現(xiàn)女性打分明顯高于男性, 之后向另一批被試(與之前參與評分的被試同質(zhì))分別呈現(xiàn)真實(shí)面孔, 類似面孔的物體, 以及日常物體。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 女性被試由類似面孔物體引發(fā)的VPP波幅與真實(shí)面孔引起的波幅沒有差異, 但都明顯高于日常物體引發(fā)的波幅; 男性被試由真實(shí)面孔引起的VPP波幅明顯高于類似面孔物體, 并且類似面孔物體引發(fā)的VPP波幅高于日常物體。研究者認(rèn)為這反映了女性更高的面孔反應(yīng)傾向(Pavlova et al., 2015), 并且女性相比于男性更大的VPP可能反映了女性受到更多自上而下調(diào)節(jié), 例如更傾向?qū)⒋碳は胂鬄槊婵?Lu et al., 2017), 這為之前的研究提供了支持。Proverbio和Galli (2016)用SwLORETA源重建發(fā)現(xiàn), 在呈現(xiàn)類似面孔物體時, 女性與男性相比更多的激活處理社會信息與情緒相關(guān)腦區(qū), 該研究認(rèn)為這反映了女性將類似面孔物體想象為真實(shí)面孔, 并且自動進(jìn)行表情判斷。之前也有研究發(fā)現(xiàn)女性對社會性刺激更加敏感(Proverbio, Zani, & Adorni, 2008; Alaerts, Nackaerts, Meyns, Swinnen, & Wenderoth, 2011), 并且在表情判斷任務(wù)中優(yōu)于男性(Hall & Matsumoto, 2004; Mcclure, 2000; Thompson & Voyer, 2014), 支持了該研究的結(jié)論。但上述研究中所呈現(xiàn)的刺激都或多或少包含著與面孔類似的結(jié)構(gòu), 類似面孔物體明顯比一般物體提供了更多自下而上面孔信息。因此, 女性更容易將刺激判斷為面孔是由于女性可以檢測到更微弱的類似面孔結(jié)構(gòu)信息, 還是由于女性更傾向于將刺激想象為面孔, 換句話說, 該現(xiàn)象的性別差異存在于對信息的自下而上提取中, 還是存在于自上而下的調(diào)節(jié)中, 這依然存在爭議。

此外, 一些人格因素也會影響空想性錯視的出現(xiàn)頻率。例如Whitson和Galinsky (2008)的研究發(fā)現(xiàn)控制感的缺失會導(dǎo)致被試更多地從隨機(jī)噪音中檢測出面孔和其它有意義的物體。Partos, Cropper和Rawlings (2016)的研究發(fā)現(xiàn)人格的精神分裂維度也與空想性錯視有關(guān)。與精神分裂維度得分較低的被試相比, 得分高的被試會在隨機(jī)噪音圖片中檢測到更多的面孔, 并在開放式反應(yīng)中檢測出更多有意義的圖案。這種差異可能是由不同的自上而下調(diào)節(jié)導(dǎo)致的。

面孔作為一種包含豐富社會信息的刺激, 快速檢測面孔也意味著社會交流的能力, 而自閉癥患者通常有社會信息加工缺陷。有研究將自閉癥譜系障礙(ASD)患者與正常的同齡被試對類似面孔物體的加工過程進(jìn)行了對比(Akechi, Kikuchi, Tojo, Osanai, & Hasegawa, 2014), 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在對刺激類似面孔程度評分上兩者沒有差異, 并且均發(fā)現(xiàn)類似面孔物體引發(fā)的N170波幅大于普通物體, 但在不同的任務(wù)要求下(判斷類似面孔程度, 或判斷刺激形狀是圓形還是方形), 兩種被試由類似面孔物體引起的N170波幅有明顯差異。對于正常被試來說, 面孔判斷任務(wù)中類似面孔物體引發(fā)的N170波幅明顯大于形狀判斷任務(wù), 但對于自閉癥被試沒有發(fā)現(xiàn)任務(wù)要求的調(diào)節(jié)作用。由此可認(rèn)為, 自閉癥被試與正常被試使用相同的神經(jīng)回路處理類似面孔信息, 也有相似的面孔判斷標(biāo)準(zhǔn), 但正常被試更多地受到自上而下信息調(diào)節(jié), 對面孔的預(yù)期會促進(jìn)之后的加工過程。此外有研究發(fā)現(xiàn), 面對由食物和盤子組成的類似面孔圖案時, 自閉癥患者與威廉綜合征患者相比正常被試更少的報告發(fā)現(xiàn)面孔(Pavlova, Heiz, Sokolov, & Barisnikov, 2016; Pavlova et al., 2017)。由此可以懷疑, 社會信息加工缺陷導(dǎo)致被試缺乏發(fā)現(xiàn)面孔的動機(jī), 因此當(dāng)任務(wù)要求與檢測面孔無關(guān)時不會自發(fā)的檢測出面孔, 而正常被試無論任務(wù)是否要求都在自發(fā)的檢測面孔或類面孔結(jié)構(gòu)。值得注意的是, 面孔失認(rèn)癥患者也能產(chǎn)生面孔空想性錯視, 盡管他們對真實(shí)面孔存在加工缺陷。研究發(fā)現(xiàn), 與正常被試相比失認(rèn)癥患者缺乏自下而上的加工, 但當(dāng)患者報告從噪音中發(fā)現(xiàn)了面孔時, 右側(cè)FFA明顯激活, 這說明自上而下調(diào)節(jié)依然存在(Righart, Andersson, Schwartz, Mayer, & Vuilleumier, 2010)。

2.2.4 情緒影響

在類似面孔物體被判斷為面孔的過程中, 物體的“表情”也會影響判斷, 有研究發(fā)現(xiàn)被試對類似面孔物體像面孔程度的評分與對該物體表情強(qiáng)度的評分成正相關(guān)(Ichikawa, Kanazawa, & Yamaguchi, 2011)。并且有研究發(fā)現(xiàn), 被試情緒狀態(tài)會導(dǎo)致被試做出更多面孔判斷(Epley, Akalis, Waytz, & Cacioppo, 2008), 該研究中受恐懼啟動的被試對抽象線條產(chǎn)生了更多面孔判斷, 研究者認(rèn)為恐懼情緒調(diào)節(jié)了被試的內(nèi)部反應(yīng)偏好, 這可能由于, 在恐懼情境中漏報的代價遠(yuǎn)高于虛報的代價。考慮到面孔與一般物體的差異, 恐懼情緒的影響是否只作用于面孔錯覺還有待驗(yàn)證。另一項(xiàng)研究使用信號檢測范式發(fā)現(xiàn), 焦慮情緒狀態(tài)會增強(qiáng)被試對面孔的檢測敏感性, 但并沒有改變反應(yīng)傾向(Cataldo & Cohen, 2015)。并發(fā)現(xiàn), 這種影響僅僅作用于面孔, 沒有作用于非社會性刺激(房子)。因此可以懷疑恐懼情緒狀態(tài)也僅僅作用于具有威脅或社會性的刺激, 例如面孔, 并且和焦慮的影響可能有所不同。但情緒狀態(tài)是否提供了一種試圖發(fā)現(xiàn)面孔的動機(jī)依然存在爭議, 對刺激中的情緒信息的提取如何影響面孔判斷過程以及該影響的神經(jīng)機(jī)制也有待探索。

3 面孔空想性錯視的神經(jīng)機(jī)制

大量證據(jù)表明, 大腦中存在專門負(fù)責(zé)加工面孔信息的神經(jīng)環(huán)路。一些區(qū)域在加工面孔信息時有更大的激活, 除了之前提到的位于顳葉皮層的“梭狀回面孔區(qū)”(fusiform face area, FFA)以外, 還有位于枕葉的“枕葉面孔區(qū)”(occipital face area, OFA), 以及額下回(inferior frontal gyrus, IFG) (Kanwisher & Yovel, 2006)。以往研究發(fā)現(xiàn), FFA不僅被真實(shí)面孔激活, 對面孔的期待和想象也會激活該區(qū)域(Esterman & Yantis, 2010; Cox et al., 2004), 即使在完全沒有視覺信息輸入時, FFA也可以被純粹的自上而下信息激活(Mechelli, Price, Friston, & Ishai, 2004; O'Craven, & Kanwisher, 2000; Nestor, Vettel, & Tarr, 2013)。因此可以認(rèn)為FFA的激活源于自上而下信息與自下而上信息的整合。Mechelli等人利用動態(tài)因果模型(dynamic causal modeling, DCM)對FFA如何整合自上而下與自下而上信息進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)被試想象面孔時, 從前額葉皮層(prefrontal cortex, PFC)到FFA的連接增強(qiáng)了, 從而增強(qiáng)了FFA的激活程度; 而被試觀看真實(shí)面孔時, 從枕葉面孔區(qū)到FFA的連接增強(qiáng)了, 這反映了視覺信息的傳遞過程。Bar等人(2006)的研究也發(fā)現(xiàn)了自上而下信息對視覺感知的影響, 當(dāng)被試對模糊刺激做出判斷時, 眶額皮層(orbitofrontal cortex, OFC)先于枕葉區(qū)激活。并且在之后的研究中發(fā)現(xiàn), 對模糊信息(例如, 純噪音圖像)做出面孔判斷時也引發(fā)了額葉區(qū)的激活(Liu et al., 2014; Smith et al., 2012; Proverbio & Galli, 2016), 這反映了自上而下信息對感覺輸入的調(diào)節(jié)。在Zhang等人(2008)實(shí)驗(yàn)中, 使用fMRI成像技術(shù)發(fā)現(xiàn), 當(dāng)被試將純噪音圖片判斷為有面孔時, FFA以及IFG的激活程度遠(yuǎn)大于將圖片判斷為無面孔時, 并且FFA的激活程度與IFG激活程度正相關(guān), 因此認(rèn)為這反映了一條自上而下的神經(jīng)通路, 但該實(shí)驗(yàn)中OFA未表現(xiàn)出差異, 因此可以推測OFA敏感于視覺輸入而非高級信息。然而Liu等人(2010)發(fā)現(xiàn)被試在經(jīng)歷字母錯覺時也引起了FFA的激活, 其它激活區(qū)域(例如眶額皮層)也與Zhang等人(2008)的實(shí)驗(yàn)中面孔錯覺激活區(qū)域高度一致。為區(qū)分面孔與字母錯覺的差異, 在Liu (2014)等人的研究中, 要求被試分別從噪音中檢測面孔與字母。與檢測字母相比, 檢測出面孔時右側(cè)梭狀回面孔區(qū)(rFFA), 以及前額葉皮層(PFC), 雙側(cè)額下回(IFG), 額中回(MFG), 右側(cè)腦島區(qū)有更大激活, 但OFA沒有差別。除此以外, Proverbio和Galli (2016)的研究發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)類似面孔物體時, 與男性相比, 女性右顳上溝(rSTS), 后扣帶回皮層(PCC), 眶額皮層(OFC)激活程度更大。以往研究中發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域與情緒處理有關(guān), 尤其是OFC與STS, 深度參與面孔情緒加工(Xiu, Geiger, & Klaver, 2015; Lahnakoski et al., 2012; Candidi, Stienen, Aglioti, & de Gelder, 2015), 并且調(diào)節(jié)了杏仁核與海馬之間的連接(A. P. Smith, Stephan, Rugg, & Dolan, 2006), 也受面孔吸引力影響(Pegors, Kable, Chatterjee, & Epstein, 2015)。Proverbio和Galli (2016)認(rèn)為, FFA的激活中有一部分來自杏仁核, 這反映了對面孔所包含的社會信息與動機(jī)意義的編碼, 增強(qiáng)了對刺激的注意與知覺分析。由上述研究可以發(fā)現(xiàn)一個復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：FFA既接收來自O(shè)FA提取的刺激中的面孔信息, 也接收來自PFC等高級區(qū)域的調(diào)節(jié)信息, 而個體本身的情緒狀態(tài)與刺激中的情緒信息又會通過杏仁核等情緒加工區(qū)域作用于FFA, 以增強(qiáng)對刺激的注意與知覺分析, 調(diào)節(jié)判斷標(biāo)準(zhǔn), 并且這兩種情緒的影響可能存在神經(jīng)機(jī)制上的差異, 刺激中情緒信息是否影響面孔加工過程, 取決于情緒信息是否得到足夠提取與加工, 這更像是一個自下而上的過程。最后, FFA將得到的自下而上信息與自上而下信息進(jìn)行整合, 然后作出面孔判斷。

4 評述和展望

綜上所述, 面孔空想性錯視是一種常見卻又復(fù)雜的現(xiàn)象。是否將刺激判斷為面孔不僅受到刺激的清晰度、是否對稱、是否存在類似眼睛的結(jié)構(gòu), 以及與真實(shí)面孔相似程度的影響, 也取決于被試記憶中是否存在可以與當(dāng)前刺激匹配的“面孔模板”, 這又會受到長期與臨時經(jīng)驗(yàn)的調(diào)節(jié)。當(dāng)刺激中不存在, 或僅存在微小的面孔信息時, 對面孔的期待與想象會以自上而下的方式影響視覺信息的提取, 使個體從有限的視覺信息中尋找可以被整合為面孔的特征; 隨著刺激中包含的面孔信息不斷累積, 當(dāng)達(dá)到某個閾限時個體做出面孔判斷, 而該閾值受到自上而下信息調(diào)節(jié)。通過對該現(xiàn)象的研究可以更深入地理解面孔加工以及自上而下信息與自下而上信息的整合過程。另一方面, 通過對個體差異的研究, 對比正常個體與社會性信息加工缺陷個體的行為與神經(jīng)機(jī)制上的差異, 可以為臨床病理研究中的一些幻覺機(jī)制的研究提供啟示。此外, 對面孔空想性錯視的研究成果也可以被廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域, 例如有研究發(fā)現(xiàn)將物體視為面孔會增強(qiáng)對該物體的加工, 并產(chǎn)生注視線索效應(yīng)(Takahashi & Watanabe, 2013, 2015), 這具有重要的實(shí)際意義。

與一般物體相比, 面孔中包含大量社會性信息, 這可能導(dǎo)致了面孔空想性錯視與其他物體空想性錯視的差異, 情緒狀態(tài)對二者的影響也會有所不同。但在以往研究中, 比較社會性信息加工優(yōu)勢, 以及情緒對面孔與其他物體空想性錯視時, 并未使用專家物體, 因此面孔空想性錯視是由于對面孔豐富的加工經(jīng)驗(yàn), 還是由于面孔的社會性, 依然有待驗(yàn)證。相比男性, 女性更容易產(chǎn)生面孔錯覺, 并認(rèn)為類似面孔的刺激更加具有吸引力。由于以往研究中發(fā)現(xiàn)不同性別只存在VPP的差異, 但VPP反映自上而下與自下而上信息的整合, 因此不能判斷性別差異究竟存在于自上而下還是自下而上過程中?？赡苡捎谂愿鼉A向于將刺激想象為面孔, 也可能由于女性對刺激中包含的情緒信息(例如, 類面孔物體的“表情”)更加敏感, 或者由于女性傾向于將刺激視為同類個體并進(jìn)行自動的情緒判斷。而對情緒信息的加工引起的相關(guān)腦區(qū)激活又反過來促進(jìn)對當(dāng)前刺激的感知, 并調(diào)節(jié)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。以后的研究可以對上述幾種猜想進(jìn)行檢驗(yàn)。

另一方面, 雖然已有研究對空想性錯視中自上而下調(diào)節(jié)的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行探索, 但該問題依然留有爭議。雖然可以認(rèn)為VPP反映了自上而下與自下而上信息的整合, 但由自上而下調(diào)節(jié)引起的波幅增益是否有一部分來源于情緒信息加工, 還缺乏足夠的證據(jù)支持。并且N170也不僅反映自下而上加工, 也受任務(wù)類型調(diào)節(jié), 由此可以推測N170中也包含一部分自上而下加工。或者, 在刺激中存在面孔信息的情況下, 由于面孔判斷任務(wù)會導(dǎo)致被試更加注意面孔信息, 因此視覺皮層獲取了更多面孔信息并傳遞給FFA, 而N170增強(qiáng)則反映了這種信號傳遞量的增加, 這種推測還有待驗(yàn)證。今后的研究可以致力于探究不同類型的自上而下調(diào)節(jié)在面孔空想性錯視中的作用與相應(yīng)的神經(jīng)機(jī)制。

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Face pareidolia and its neural mechanism

WANG Hao; YANG Zhigang

(College of Education, Hebei University, Baoding 071002 China)

Face pareidolia refers to the compelling illusion of perceiving facial features on inanimate objects, such as an illusory face on the moon surface. Both top-down and bottom-up factors can modulate the occurrence of face pareidolia. In recent years, many studies using behavioral, brain imaging, as well as EEG techniques have been devoted to investigating its influential factors. It was found that the occurrence of face pareidolia depends on whether the stimuli contain face-like structures, whether the internal face template can match the current stimulus, and whether or not there are face related backgrounds. It was also influenced by individual differences and observers’ emotional states. Brain imaging studies suggest that information from the frontal and occipital vision regions can be infused at the fusiform face area (FFA) when experiencing face pareidolia. Future research should focus on exploring the behavioral and neural mechanisms of individual differences in face pareidolia, as well as the interactions and neural mechanisms between different types of top-down modulation.

face pareidolia; top-down processing; bottom-up processing; face processing

10.3724/SP.J.1042.2018.01952

2017-11-29

楊志剛, E-mail: yangzg.psy@gmail.com

B842