無意識的立體視覺

——心理所發現三維生物運動知覺整合了不可辨別的雙眼深度信息

　　站在奧體公園，你為鳥巢復雜而精巧的立體結構由衷贊嘆。球場上，你揮拍準確無誤地擊向迎面飛來的羽毛球。用雙眼感知立體空間和三維物體似乎是再自然不過的事，然而對于視覺科學家來說，闡明其中的機制不啻為一個難題。 

　　立體視覺的復雜性很大程度上源于物理世界的第三個維度被壓縮在沒有縱深的視網膜上，而視覺系統需要依賴深度線索實現二維信息的三維重建。雙眼視差是一種天然而強有力的深度線索。成人的雙眼間隔大約60mm的水平距離，因此同一光源在雙眼視網膜上呈像的位置總是存在著細微的差別。通常情況下，視覺系統可以利用這種差別準確地計算深度信息并獲得相應的立體知覺。而現實中，對熟悉的三維物體的知覺還受到自上而下的調控，甚至出現戲劇性的深度知覺反轉效應。最有名的例子莫過于“空心面具錯覺”：當觀察一個空心面具的背面，大多人會將實際上凹陷的、非正常的臉知覺為突出的、正常的臉，即出現立體知覺和物理刺激的顯著分離。 

　　在深度知覺反轉現象中，觀察者無法辨別由雙眼視差提供的明確的三維朝向信息，比如呈現的是面具正面還是反面。然而根據以往研究結果，即使在物理深度信息不可覺察的情況下，位于初級視皮層的雙眼神經元仍會對雙眼視差進行加工，所得到的信號可以調控無意識的眼動。重要而未知的問題是，這些意識下的雙眼深度信息能否參與較高級水平的視覺加工？尤其是，它們能否對三維物體知覺產生影響？ 

　　在近期發表的一項研究中，心理所腦與認知科學國家重點實驗室的王瑩助理研究員和蔣毅研究員對上述問題進行了考察，并發現了意識下的雙眼深度信息自動影響三維物體視覺加工的證據。研究者采用雙眼分視的方法在觀察者的左右兩眼呈現具有一定視差的光點生物運動序列（圖1A），從而使得視覺刺激具有明確的三維朝向，即在一半的情況下面朝觀察者，另一半情況下背對觀察者。前人發現，普通人群對生物運動的三維朝向具有“面朝觀察者偏向”，然而這種知覺偏向性存在很大的個體差異（參見報道：你我眼中的生物運動緣何不同）。利用這種差異，研究者篩選了兩組人群，控制組可以準確知覺兩種條件下生物運動的三維朝向，而實驗組由于存在太強的偏向性總是將背對自己的生物運動也知覺為朝向自己，即發生深度知覺反轉，且無法意識兩種朝向刺激的差異，雖然他們的深度知覺本身并無異常（圖1B, 1C）。對于實驗組來說，由雙眼視差線索提供的生物運動三維朝向信息是無法辨別的，因而如果他們對生物運動的知覺——在與深度無關的方面——仍然受到這些信息的影響，且效果與控制組類似，則說明三維生物運動的視覺加工自動整合了雙眼深度信息，并且這個過程與意識上的立體知覺無關。 

圖1 三維生物運動序列的雙眼分視呈現（A）及兩組觀察者的知覺（B, C） 

　　為檢驗上述假設，研究者設計了兩個與三維朝向判斷無關的生物運動知覺任務。二維行走方向辨別任務要求觀察者迫選生物運動的行走方向相對于屏幕法線是略微偏左還是略微偏右（圖2A），探測任務要求觀察者判斷運動的噪音點中是否包含一個正立的生物運動刺激（圖3A）。兩個任務的結果一致發現，不論是實驗組還是控制組，對面朝自己的生物運動的知覺均優于對背對自己的刺激的知覺，且實驗組的效應并不比控制組小（圖2B，3B）。因此，雙眼視差提供的三維朝向信息被自動用于三維生物運動的知覺加工，且這一過程與觀察者對雙眼深度信息的主觀意識無關。 

圖2 生物運動二維行走方向辨別任務示意圖（A）及結果（B） 

圖3 生物運動探測任務實驗材料示意圖（A，實驗中不顯示藍線）及結果（B） 

　　這項研究表明，雙眼深度信息對視知覺的貢獻和它所引起的意識層面的立體視覺表征是可以相互分離的。具體地說，不能辨別的雙眼視差線索仍然可以自動調節三維物體知覺，而且這種作用可以發生在相對高級的視覺加工階段，而不局限于前人報告的對無意識眼動的控制。以生物運動加工為例，相應的過程可能發生在形狀、運動以及深度相互整合的顳葉腦區。另外值得注意的是，該研究發現的與生物運動三維朝向相關的知覺不對稱性可能與生物運動信息的社會性意義有關。雖然以往的立體視覺研究大多使用無意義和不熟悉的人工刺激，引入生物運動或類似的有生態效度的材料將有助于研究者在未來考察雙眼視差線索和其他深度線索的視覺整合，以及闡明自上而下和自下而上的加工機制在立體視覺中的交互方式。 

　　該研究得到國家重點基礎研究發展計劃（2011CB711000）、科技部科技支撐計劃項目（2012BAI36B00）、中科院戰略性先導專項（XDB02010003）及國家自然科學基金（31100733 , 31070903）資助。 

論文信息： 

Wang, Y., & Jiang, Y. (2014).Integration of 3D structure from disparity into biological motion perception independent of depth awareness. PLoS ONE, 9(2), e89238. [link]