心理想象对意识知觉的功能影响



1. 文献

Pearson, J., Clifford, C. W., & Tong, F. (2008). The functional impact of mental imagery on conscious perception. Current Biology, 18(13), 982-986. https://doi.org/10.1016/j.cub.2008.05.048

2. 背景

设计了一种新颖的范式,通过测量心理想象对后续知觉的影响,来隔离心理想象的phenomenal(非凡/现象的/从感官认识到)内容。

2.1 综述

实验利用了双眼竞争的双稳态现象, 在这种现象中,每只眼睛呈现出相互冲突的视觉图案,导致视觉皮层中的竞争性相互作用,使得只有一个单眼图案在感知中独占优势[11,12]。我们假设视觉想象对意识感知的影响可能在这些双稳态感知条件下得以揭示。具体而言,想象可能会改变竞争性视觉互动的平衡,从而有利于想象的图案。 竞争显示由左眼显示的绿色垂直光栅和右眼显示的红色水平光栅组成。我们调整了两种刺激的相对强度,以最大程度地减少观察者可能已经存在的任何眼部偏见(请参见在线提供的补充实验程序)。在实验1中,竞争显示每10.75 s短暂显示一次,观察者报告在每次展示后,这两种图案中的哪一种显得占主导地位(图1A)。在被动观看的条件下,如果以前的试验中相同的图案似乎占主导地位,观察者更有可能感知到给定的图案(图1B,灰色条)。相信在连续的展示中这种竞争优势的持久性(即知觉稳定)反映了一种感觉记忆的自动形成,这种感觉记忆可以以促进的方式使随后的感知产生偏差[13,14]。在这里,被动观察过程中的知觉稳定水平为80%,与先前的研究一致[13-16]。

为调查想象的影响,要求观察者想象一下在展示之间的空白干涉期间的两种竞争图案之一,即占主导地位的图案或在之前的竞争展示中被抑制的图案。相对于被动观看,以前占优势的图案的想象导致较高的感知稳定性(图1B,白条),而先前抑制后的图案的想象导致的感知稳定性低得多(图1B,黑条)。因此,想象偏向于随后的感知,有利于想象的图案。这些促进作用在单个观察者中是可靠的(图S1)。对照实验证实,无经验(naive)的观察者仅在竞争性展示中显示了这些想象效果,而在模拟竞争性展示的catch-trial展示中则没有显示这些想象效果(图S2)。这表明想象的促进作用本质上是感知性的,并且不太可能反映出决策偏见(decisional bias)。 在随后的实验中,我们研究了想象的这些效果是否可以被模仿,通过查看淡淡的图案(实验2),通过较长时间的想象(实验3)增强,由于明亮的背景(实验4)的存在而受到削弱,以及是否通过改变方向或视网膜位置被干扰(实验5)。对于实验2-4,观察者报告了哪种图案在每次竞争中都占主导地位,在这之后然后向他们展示或指示他们想象刚刚被压制的图案,以便可以确定其对随后竞争的稳定性的影响。如果知觉稳定性显著下降到低于被动观看黑屏时发现的水平(80%),则表明偏向于先前抑制的图案。 (? 如果知觉稳定性没有下降,表明先前是占主导的;如果知觉稳定性下降但是没有下降到低于被动观察,可能是先前占主导,差异不显著) 实验5使用了不同的设计;在每个试验中随机选择观察或想象的图案,并测量其对随后竞争知觉的影响。如果观看或想象的图案在下一次竞争展示中占主导地位的时间超过50%,则表明存在感知上的便利。

3. 实验

3.1 实验一

在实验1中,竞争显示每10.75 s短暂显示一次,观察者报告在每次展示后,这两种图案中的哪一种显得占主导地位(图1A)。 (插入图片1 ) 图1.心理想象对随后的竞争的感知优势的影响 (A)视觉刺激和事件发生的时间。每10.75 s出现一次竞争展示,观察者报告说,两种竞争图案中的哪一种似乎占主导地位。在每个展示后的10 s空白间隔内,指示观察者要么被动地保持固定注视,要么想象在先前的竞争展示中占主导地位或被抑制的图案。 (B)结果表明,在连续的竞争展示中的感知稳定性(N = 7)。在被动观看期间,观察者倾向于在连续展示中感知相同的图案(感知稳定性为80%,chance level为50%)。想象导致感知稳定性发生显著变化(F = 21.3,p <0.0005)。相比于被动观看,以前占优势的图案的想象,导致更高的感知稳定性(t = 1.9; p = 0.10),而先前被抑制图案的想象,导致的感知稳定性显著降低(t = 4.5; p <0.005) )。误差棒:±1 SEM。

3.2 实验二 弱视觉刺激类似于想象的效果

在实验2中,我们研究了在间歇性竞争展示之间,被动查看单个物理图案的后果。每次竞争展示之后不久,观察者就会看到他们报告的被压制了的图案,会看到4s的时间(图2A),并测量了这种图案对随后的竞争感知的影响。 我们假设想象可能模仿了弱视觉刺激的效果,因此在参数上改变了这种干涉刺激(intervening stimulus)的强度。 (?什么是弱视觉刺激的效果,为什么这么说?) 当干涉图案显示在相当低的亮度水平时,对应于竞争性刺激强度的40%, (这个竞争刺激强度指的是:之前占主导的刺激强度吗?) 感知稳定性会被严重破坏/干扰(图2B)。刺激亮度的进一步降低导致更弱的破坏/干扰效果,最终达到被动观察空白的水平屏幕(即0%亮度)的水平。操纵刺激对比获得了相似的结果(图2C和2D),表明事先查看:低亮度或低对比度的图案,可以促进在竞争过程中对该图案的后续感知。

鉴于介入图案的展现与随后的对抗展现之间存在3 s的间隔,弱视觉刺激的促进作用无法用即时的感官交互来解释[17]。而且,这些促进作用不能用神经适应或疲劳来解释,因为先适应强视觉图案已知,会减弱神经反应[18]和随后在双眼竞争中的优势[17、19、20]。取而代之的是,被动观察弱的物理图案,似乎会导致形成特定的感知轨迹,这有助于在竞争中的稍后时间促进对相同的图案的感知。经过强烈的视觉刺激后,然而,这种感知痕迹可能被神经适应的抵消作用所掩蔽(masked)。在以下实验中,我们将想象与被动观察微弱的视觉图案直接进行了比较(显示为竞争图案强度的40%)。 (插入图片2) Figure 2. Effects of Weak Visual Stimuli on Subsequent Dominance in Rivalry 弱视觉刺激对随后出现的竞争优势的影响 (A)每10.75 s出现一次竞争展示。在竞争展示之间的4 s期间内,展示了一种干涉刺激,其中包括在先前的竞争展示中被压制的定向图案(oriented pattern)。干涉刺激的亮度因试验块而异。 (B)在连续竞争展示中的感知稳定性,根据干涉刺激的亮度的函数进行绘制(N = 5)。在适度的亮度水平(相当于竞争图案平均亮度的40%)时,干涉刺激最有效地破坏/干扰了感知稳定性。请注意,较低的感知稳定性表明:竞争优势偏向于干涉图案。 (C)与(A)中相同的实验设计,但在平均亮度背景上显示了亮度定义的Gabor光栅。 (D)连续竞争表现中的感知稳定性,绘制为对比度的函数(N = 5)。对比值是相对于竞争图案的完全对比所报告的,是70%的迈克尔逊对比(Michelson)。误差棒为±1 SEM。

3.3 实验三 想象和弱刺激随时间积累的促进作用

想象在多大程度上类似于弱视觉刺激,都可能导致短期感知痕迹的形成? 我们认为,如果这些短期促进作用是由生理痕迹的形成引起的,则该痕迹的强度应随想象或直接刺激时间的延长而增加。 同样,如果短期痕迹确实是感官的,并且不依赖于主动维护[21],则一旦形成,这种痕迹应持续存在。即使观察者必须参加另一项视觉任务,痕迹也能维持短暂的时间。 (插入图片3) 实验3的设计如下:每次竞争展示后,观察者观察或想象到以前被抑制的图案,持续时间为1-15 s(图3A)。接下来,他们执行具有挑战性的辩别任务(discrimination task),识别在5秒钟内在fixation处快速呈现的字母(表现准确度为70%正确),直到出现以下竞争显示为止:我们设计了字母任务,以防止主动维持想象的图案,从而使我们能够确定在此延迟时间内是否可以被动地维持潜在痕迹(underlying trace)。 较长时间查看物理图案(physical pattern)会导致较低的知觉稳定性(图3B,知觉条件),表明增强了促进作用并累积(build-up)了潜在知觉痕迹的强度。(对照实验表明,当观察者被动观察空白屏幕可变的持续时间时,感知稳定性没有变化。)更长的想象时间也导致了更强的促进作用(图3B,虚线),而且,这些效应在强度上,可与通过观察物理图形时获得的相媲美。结果表明,长时间的心理想象会导致逐渐积累知觉的痕迹,就像弱感知的影响一样。形成此痕迹后,当观察者积极从事另一项视觉任务时,它可能会持续很短的时间。

3.4 实验三 想象和基于特征的注意的差异效应

在实验3中,我们还测试了基于特征的注意力的促进作用,发现这种特征在某种程度上可以调节竞争感知[22-25]。通过基于特征的注意,我们指的是一项能力,这项能力是有选择地参与占据一个公共空间区域的多个重叠特征之一的能力。在竞争展示之间,两种竞争的物理总和,以稳定的复合格子形式呈现给两只眼睛(请参见图3A,底部),并指示观察者注意其中一种图案。初步实验显示注意力的促进作用(图S3)。与实验1中的想象效果相似。 对于实验3,展示了1到15 s的格子刺激,随后进行了区分字母的任务和随后的对抗展示。经过执行此任务的1 s后,基于特征的注意力的促进作用就充分发挥了作用(图3B),不同于想象和视觉刺激较弱的渐进积累。(unlike the gradual build-up found for imagery and weak visual stimulation)注意偏向竞争所需时间的这种差异表明,想象效果可以与基于特征的注意区分开。

我们还探讨了对背景亮度的操纵是否可能揭示想象的自顶向下效果与注意之间的差异。在早期的试点研究中,一些观察者报告在查看照亮的背景时,难以形成生动的心理想象,因此我们改用深色背景。 然而,在实验4中,我们在被试执行想象或基于特征的注意力任务时,有目的地操纵了背景的亮度。背景亮度设置为竞争图案的平均值的0、25、50或100%,在单独的试验块上。

基于特征的注意可能会严重破坏/干扰所有亮度级别的感知稳定性,而各条件之间没有可靠的差异(图4)。相比之下,在较高的亮度水平下,想象在破坏/干扰竞争方面变得不太有效,因此在100%亮度条件下的感知稳定性,与被动观察的控制条件并无不同(t = 0.34; p = 0.76)。假设被试尝试在不同的背景亮度变化中执行相同的想象任务,一致亮度的背景造成的这种干扰,意味着这些偏差效应可归因于想象本身,而不是任务说明的其他方面。 (插入图片4) 图4.背景亮度对于想象和基于特征的注意的扰乱效果的影响 观察者要么想像,要么致力于以前的竞争展示中被压制的图案(N = 4),并且背景的亮度在不同的试验块之间变化。 在较高的亮度水平下,想象的偏差效应被破坏/干扰(F = 5.2,p <0.05),因此与基于特征的注意力的偏差效应(ANOVA交互效应,F = 5.55,p <0.05;条件F = 16.8的效应,p<0.05)有显著差异。相比之下,当观察者在竞争展示之间被动地观看空白屏幕(实心圆)或格子刺激(实心三角形)时,竞争的感知稳定性仍然很高,而与背景亮度水平无关。 因此,仅亮度水平的变化不会影响竞争感知的稳定性。 误差棒代表±SEM。

3.5 实验五 想象的方向性

最后,我们通过探测方向的影响来研究想象的视觉特异性,这种性质在早期的视觉区域得到了强烈的体现[26,27]。我们假设,如果心理想象可以激活方向选择神经元,并导致方向选择轨迹的形成,那么只有当想象的方向与竞争图案之一的物理方向(physical orientation)紧密匹配时,才应促进后续的感知。 实验5引入了随机试验设计。在每个试验中,随机确定要观察或想象的光栅,并测量其对随后竞争优势的影响(图5A)。对于想象任务,随机提示指示在4 s内想象绿色垂直光栅还是红色水平光栅。在感知条件下,提出了一个实际的光栅来代替想象任务。接下来,提出了正交竞争图案(orthogonal rivalry patterns),它们都旋转了-45°,-22.5°,0°,+ 22.5°或+45°,在任何给定的试次中。如果在超过50%的试验中,竞争感知偏向于以前看到或想象的图案,则表明存在感知上的促进作用。 (插入图5) 图5.竞争感知的定向特定偏见 (一)实验设计和刺激。在想象条件下,观察者被随机提示以想象垂直的绿色或水平的红色光栅,然后在7秒钟后出现两个直角的竞争图案(orthogonal rivaling patterns)。在每次试验中,竞争显示旋转-45,-22.5,0,+ 22.5或+45°。两种图案始终旋转相同的量,从而保持正交性/正交状态(orthogonality)。在感知条件下,显示垂直绿色光栅或水平红色光栅4 s,然后延迟3 s,然后显示竞争展示,是在5个可能的角度之一中显示的。 (B)竞争优势最明显地偏向于以前看到或想象的图案,具有相同方向的竞争展示(N = 5,数据由提示光栅和竞争测试图案之间的角度差排序)。方差分析显示想象方向偏向(F = 4.4,p <0.05)和感知(F = 6.2,p <0.005)的可靠影响,而在这些条件之间没有统计学差异(p = 0.66)。误差棒为 ±SEM。

4. 讨论

这项研究表明,心理想象的单集(single episodes)可以对意识知觉的结果产生强大的功能影响。想象和感知都导致形成视觉上特定的短期痕迹,这可能会以精确的方式使随后对歧义刺激的感知产生偏差。这些发现很重要,因为它们暗示了一种潜在的机制,通过这种机制,自上而下的期望,或对以前经历的回忆可能会影响感知本身。

我们的发现为基于感知的想象理论提供了有力的支持[1]。关于心理想象在去除后是否可以提供一个真实的刺激表现,证据不一[29-31]。有利于想象感知性的研究发现,心理想象的主动维护有时会干扰知觉[32-34]或以刺激特定的方式促进知觉[35、36]。由于想象和感知任务是在先前的研究中同时执行的,因此潜在的担忧是想象任务可能会改变被试参加测试刺激的方式。如果是这样,那么在心理想象中观察到的知觉效果,可能反映了相互作用的意外结果/副作用(byproduct),即在在注意力和传入的感觉信号之间的副作用[6,35–38]。 我们的研究通过及时分离想象和感知任务来解决这些问题,从而使被试在没有任何传入的感觉信号的情况下执行想象。此外,我们发现了新颖的证据,表明基于特征的注意的影响可以与想象区别开来。

这项研究还揭示了不同形式的自上而下的影响如何在竞争过程中改变知觉竞争的平衡[11,12]。双眼竞争在很大程度上受到低水平刺激操作的影响[39],但也可能因基于特征的注意而有所偏重/有所片面(biased)[22-25]。在这里,我们发现了新的证据,即心理想象的自上而下的影响可能会使竞争中的知觉竞争产生偏差,这表明内源性产生的活动也可能在解决知觉歧义(perceptual ambiguity)中发挥作用。

哪种类型的记忆可能支持这些知觉促进作用?较长的想象或感知时间会导致更强的促进效果,当被试执行另一个视觉任务时,这种效果可能持续数秒。因此,这种知觉轨迹的持续时间远远超出了图像记忆(iconic memory)的持续时间,图像记忆仅持续几百毫秒[40]。这种记忆的分级和自动性质也不同于工作记忆的传统描述,后者涉及离散项(discrete items)的全或无编码,及其对防止记忆衰减的有效维护[21]。取而代之的是,这种短期的感知促进作用类似于感觉登记(perceptual priming)的作用[41],这可能相当特定于先前看到的刺激的特征和位置[17、42-44]。令人惊讶的是,“感觉登记”通过简单地想象以前的感知经验,就可以在没有知觉的情况下被引出。

5. 补充 iconic memory

Iconic memory is the visual sensory memory (SM) register pertaining to the visual domain and a fast-decaying store of visual information. It is a component of the visual memory system which also includes visual short-term memory (VSTM) and long-term memory (LTM). Iconic memory is described as a very brief (<1000 ms), pre-categorical, high capacity memory store. It contributes to VSTM by providing a coherent representation of our entire visual perception for a very brief period of time. Iconic memory assists in accounting for phenomena such as change blindness and continuity of experience during saccades. Iconic memory is no longer thought of as a single entity but instead, is composed of at least two distinctive components. Classic experiments including Sperling's partial report paradigm as well as modern techniques continue to provide insight into the nature of this SM store.

图1