从视觉知觉与行为的分离看行为的计划一控制模型，本文主要内容关键词为：知觉论文,模型论文,视觉论文,计划论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
视觉引导的运动(如抓握行为)很早就引起了心理学家们的注意。但是，对控制行为的 视觉的研究却很少。近20年来，以临床和神经生理方面的发现为开始，以引入错觉实验 范式为突破口的，新的视觉运动研究成为热点。人们起初在临床病例上发现了视觉知觉 与视觉引导的行为之间存在分离现象。例如，有的病人丧失了知觉辨认能力但其抓握行 为却非常正常[1]，而有的病人知觉辨认能力正常可抓握行为失常[2]。神经心理学家认 为这种分离是视觉的双通路造成的：从V1区投射至颞下皮层的“腹侧知觉系统”负责目 标的视觉辨认，而从VI区投射至顶后皮层的“背侧视觉运动系统”则与物体的空间定位 有关[3]。Goodale和Milner发展了两个视觉系统理论，提出腹侧系统负责对物体形状进 行加工，背侧系统的作用则在于调节指向目标的行为的视觉运动转换[4]。这种视觉对 物体的知觉与对行为的控制分属于两个不同的中枢系统的情况即称为视觉知觉与行为的 分离现象。
近年来，在正常人身上使用错觉实验范式使知觉与行为分离现象的研究更进一步。错 觉实验中同时包含知觉任务和行为任务，可以利用其结果对知觉和行为的关系进行推论 同时也可以从行为水平上验证认知神经科学研究的结果。从这个角度看，错觉研究范式 是十分重要的一种方法。一般错觉范式的研究都发现，背景导致的视觉错觉(context-
in-duced optical illusions)对视觉运动的影响小于其对视觉知觉的影响。但是对上 述现象的理论解释却是众说纷纭，莫衷一是。这些理论中有些肯定上述分离现象是存在 的，而另一些则认为这种分离实际上并非真实存在而是实验要求造成的。
2 知觉与行为分离现象的3种解释
对临床和一些错觉实验中发现的分离现象，第一种理论解释持“知觉—行为”
(perception-action)存在分离的观点。它认为，知觉与行为的分离导致错觉对知觉和 行为的影响程度存在差异。1995年，Aglioti等利用三维铁钦纳错觉进行了研究，结果 发现：最大抓握孔径与目标圆盘的实际大小相关，即使被试在主观上认为目标大小相同 (而实际是不同的)，但客观测量的最大抓握孔径仍显示出差异。这一结果支持知觉与行 为存在分离的观点[5]。1998年，Haffenden和Goodale将Aglioti等的实验进行了改进， 结果仍支持知觉与行为相分离的结论[6]。Carey(2001)系统地回顾了错觉与行为关系的 若干研究，结论认为错觉影响知觉而不影响行为，即知觉—行为分离是存在的[7]。
第二种理论解释强调任务要求(task demands)所产生的效应，认为由于知觉任务和行 为任务的要求不同，所以错觉对知觉和行为的影响不同。Bruno(2001)不赞同视觉与行 为分离的观点。他认为：给被试的“行为”任务一般要求使用绝对参考系，即这些任务 需要的视觉信息是集中于目标而不考虑视觉背景的，因此行为不受错觉的影响；相反， 对“知觉”任务的加工过程一般依赖易受错觉影响的背景性视觉信息[8]。Vishton等(1 999)的4个实验表明，如果鼓励被试使用相对参照系，则错觉也可以影响行为[9]。
Smeets和Brenner(2001)认为，错觉是否影响任务的执行并不取决于任务是知觉任务的 还是行为任务，而是取决于任务中要求使用的目标物的空间属性，而这些空间属性的表 征方式的不一致造成了知觉和行为受错觉影响的不一致[10]。
第三种理论解释称“共同表征模型”(common-representation model)。Franz等(2000 ，2001)坚信没有证据能证明知觉与行为是分离的，并间接地提出了共同表征模型[11， 12]。共同表征模型认为，视觉知觉和视觉指导的行为使用一个共同的视觉表征，这个 共同表征受到错觉的影响；错觉影响行为的效应较小是错觉研究所使用的方法导致的结 果，这些方法常常低估错觉对行为的影响，高估错觉对知觉的影响。Pavani等(1999)也 持同样的观点[13]。
总之，研究者们围绕视觉错觉是如何影响视觉指导的行为展开了众多研究，从这些研 究中推论视觉知觉和视觉行为的关系。第一种解释是一种知觉和行为的二分法，肯定独 立系统的存在，并且认为知觉—行为的分离与两个视觉系统是相对应的。这种二分法有 过于简化之嫌。而后两种解释否定独立系统的存在，认为对物体的知觉与对行为的控制 是由相同的视觉系统来完成的。它们强调视觉加工的完整性，并用任务需求的差异或研 究方法的偏斜来解释分离现象。因此，是否存在视觉与行为的分离以及如何解释这种分 离，争论依然存在。Glover等在前人实验结果和自己实验的基础上，提出了新的行为的 计划—控制模型(planning-control model)。
3 行为的计划—控制模型
对指向目标的行为的研究中，很重要的一种观点就是行为的两成分模型(two-
component model)。计划—控制模型就是两成分模型的一种。两成分模型最早可以追溯 到Woodworth的“两阶段运动单元”(two-phase motor unit)的观点[14]。Woodworth认 为较慢的动作由“最初冲动”(initial impulse)阶段和“当前控制”(current contro l)阶段组成。第一阶段在于快速接近目标，第二阶段则是调整精确性。较快的动作中只 包含第一个阶段，因此其精确性比较慢的动作要差。Meyer等(1988)提出了一个随机最 优化子动作模型(A stochastic optimized-submovement model)来解释快速瞄准动作的 持续时间与精确性的权衡。根据这个模型，对特定目标区域的瞄准动作包含一个初级子 动作(primary submovement)和一个可选择的次级校正子动作(optional secondary
corrective submovement)[15]。根据以上两个模型即可看出，行为的两成分模型是从 行为的速度—精确性权衡出发而建立的。整个行为执行的时间越短，用于调整精确性的 时间也就越短，也就是当前控制的时间就越短，使得行为的精确性越差。而随着进一步 的发展，两成分模型强调的重点由时间因素转移到了与行为有关的视觉表征上来了。
在Glover等人之前，Desmurget和Grafton(2000)就已经提出了计划控制模型的雏形。 他们认为行为开始前有一个行为计划，这个计划在执行中并不是不变的，而是由内部反 馈回路不断地更新。快速伸手运动中可以使用反馈策略，控制手的运动[16]。Glover和 Dixon在前人研究和自己实验结果的基础上，提出了新的计划—控制模型[17—21]。新 模型的最主要特点是进一步假设计划阶段和行为阶段具有独立的加工模块，每个模块使 用不同的视觉表征。该模型认为，对知觉与行为的分离可以更精确地描述为知觉与在线 控制(on-line control)的分离。
Glover和Dixon认为，伸手和抓握过程中对运动的计划产生于运动开始之前。计划有一 个独立的视觉表征，这个视觉表征包含了目标周围的背景，并对目标和视觉背景之间关 系进行编码。计划必须包含对目标周围背景的表征，这不仅是从潜在物体中选择目标所 必需的，而且可据此避免目标以外的物体所形成的干扰，以选择合适的运动轨道。因此 ，当背景会诱发视觉错觉时可导致计划阶段产生错误。对伸手的计划涉及将当前视觉信 息与以往相似背景下对相似目标的伸手经验的对比。这种经验可使计划系统适应视觉扭 曲，即使这种扭曲仅仅是错觉。计划一旦形成，就会向控制模块发出一个复本。
动作开始一段时间后，就进入了在线控制阶段。为了获得快速和精确的校正，在线控 制过程也使用独立的视觉表征。控制模块使用独立的视觉表征在线地监视和调整伸手行 为，其信息来源于传出的神经复本、视觉反馈和本体感觉的反馈以及控制模块独自的视 觉信息等3个方面。关键的是，Glover和Dixon假设控制模块依据的视觉信息大部分独立 于导致错觉的背景，或者说，控制模块的视觉表征仅仅集中于目标物本身及其与效应器 的关系。例如，控制模块可能使用关于目标距离和方向的信息，计算这种信息时不考虑 背景的视觉信息。上述独立性使得个体能在线校正错觉对行为的许多影响。Glover和
Dixon同时假设控制模块对目标的表征限于它的空间特征，如大小、形状和方向，即控 制模块只能校正行为中与目标的空间特征有关的方面(如伸手的幅度和手的形状)。与此 相反，控制模块不能加工目标的非空间特征，如质量、脆性和温度，因此不能够校正行 为中与目标的非空间特征有关的方面，如抓握目标时的用力大小(依赖于质量、质地和 硬度)。此外，当控制模块的3个信息源中的一个或多个缺失时，控制模块校正运动的能 力会受到影响。如果从视觉刺激消失到行为开始间隔2秒或更多时间，那么错觉对行为 的影响将不能被在线校正，因为控制模块的视觉表征会在间隔时间中衰退掉。
简单地说，在计划—控制模型中，行为是有计划的，其计划依赖于与背景有关的视觉 表征，即受错觉影响的视觉表征。在行为执行过程中，与目标的空间特征有关的错误可 以通过不依赖背景的视觉表征、动作计划的传出复本和本体感觉的反馈获得在线校正。 因此，与目标空间特征有关的行为成分在很大程度上不受错觉的影响，也就是说，错觉 导致的错误被在线校正了。不过，依赖于目标非空间属性的行为部分不能被控制模块校 正，因此会产生较大的错觉效应。
4 计划—控制模型的实验验证
在错觉的行为研究中，一般使用指向动作的精确度或最大抓握孔径作为伸手和抓握的 指标。但是，早在1984年Jeannerod就指出，最大抓握孔径发生在动作持续期的70%时间 点上[22]。其他实验也表明，最大抓握孔径发生在动作持续期的65%～75%时间段。而指 向的精确性一般在手指动作结束或使用指针进行的指向行为结束后才予以评价。因此， 研究者很难观察到在线控制对错觉影响的校正过程，而只得到一个校正后的结果。如果 对行为作连续的测量，则可以发现：在运动的早期，错觉的影响非常大；但随着运动的 进行，其影响将不断减小，当手触及到目标时，错觉所产生的影响已几乎消失。这称为 “动态错觉效应”(dynamic illusion effects)。
Glover和Dixon(2001)通过两个实验，揭示了动态错觉效应的存在，并验证了计划—控 制模型[17]。实验材料是倾斜错觉(图1)。中间是木棒，左侧的背景栅格相对于被试矢 状面呈顺时针10°( + 10°)倾斜，右侧的背景栅格相对于被试矢状面呈逆时针10°( - 10°)倾斜。这个错觉是：当木棒在0°时，栅格是 + 10°时木棒好像朝逆时针偏，栅 格是 - 10°时木棒好像朝顺时针偏。实验中将木棒和背景栅格放在桌子上，被试坐在 桌子旁，其面前放置双向玻璃镜。实验一包含“调整任务”和“姿势选择任务”两项任 务。在调整任务中，木棒从 - 25°到 + 25°变化，以5°为步长，没有0°的情况；栅 格是 + 10°和 - 10°两种情况。调整任务要求被试将十种角度的木棒调整到主观上的 0°，测量和记录木棒实际的角度。在姿势选择任务中，被试手部呈外展(左)和内转(右 )两种姿势(图2)。木棒角度从 + 5°变化到 + 35°，5°为步长；栅格还是 + 10°和 - 10°两种情况。实验开始后，开灯呈现刺激2秒后被试可以伸手抓握，抓握轨迹的前 三分之二被遮挡。记录在不同的栅格角度和木棒角度情况下被试抓握木棒时手的姿势。 结果发现，调整任务中，木棒调整的角度明显受背景栅格的影响，产生了错觉效应；在 姿势选择任务中，选择哪种姿势抓握木棒受到错觉的影响。这些结果表明动作开始前是 有计划的，且该计划依赖于周围背景的视觉表征。实验二中的材料和设备与实验一相同 ，也有调整和伸手抓握两项任务。在伸手抓握任务中只让被试用手部外展姿势，用仪器 记录抓握过程中拇指、食指以及手腕处的运动轨迹。结果发现存在动态错觉效应，即抓 握开始时错觉影响大，随着过程进行，错误效应逐渐减小；但反应时和整个动作时间不 受错觉的影响。两项实验的结果均符合计划—控制模型的假设。
Glover和Dixon(2001)的另一项实验在实验材料、设备和实验过程上与上述实验二基本 相同，只是增加了对被试有无视觉参与的控制。有视觉参与的情境是与上述实验二相同 ；而无视觉参与的情境是，呈现刺激2秒后熄灯使被试看不到木棒和手部动作，然后再 让被试进行伸手抓握木棒。实验中也记录被试手部动作轨迹。结果发现：在伸手过程的 早期错觉对手的方向的影响很大，但这一影响随手逐渐接近目标而变小；无论被试在伸 手过程中有无手和目标的视觉，这种结果都存在[19]。这些结果与计划—控制模型的预 测是一致的。
以上两个研究均发现了动态错觉效应，可以推论行为的计划阶段受错觉的影响，在线 控制阶段不受错觉的影响而且可以校正错觉的影响。在线控制阶段是利用何种信息校正 错觉的影响呢?一些研究中控制被试在抓握过程中的视觉，得出了一些重要结论。
Glover和Dixon利用类似的技术对艾宾浩斯大小比较错觉(见图3，也称铁钦纳圆圈错觉 )进行了研究[21]。结果发现在抓握过程中无论有无视觉参与都存在动态错觉效应，从 而支持了本体感觉和传出神经复本是调整的重要信息的观点。
Gentilucci等(1996)将Müller-Lyer错觉图形和控制图形沿被试的矢状面放置(如图4) ，让被试完成从起点(S点)到远顶点的指向动作。实验条件分为4种：全视觉、无视觉反 馈、无视觉0秒延迟和无视觉5秒延迟。全视觉条件是动作开始前和执行中被试都能看到 刺激和手部动作。无视觉反馈条件是动作执行中被试只能看到刺激，而看不到手部动作 。无视觉0秒延迟是刺激呈现后关灯使被试看不到刺激和手部动作，并且立即开始指向 动作。无视觉5秒延迟是关灯后5秒才开始指向动作。实验结果发现，指向动作在4种实 验条件下均受到错觉的影响。错觉影响按全视觉条件、无视觉反馈条件、无视觉0秒延 迟条件和无视觉5秒延迟顺序增大[23]。这一结果与先前一些实验所说的错觉对动作没 有影响存在较大差别。产生这种现象的原因可能是动作开始前被试可以自由的观察刺激 5秒，形成了很完整的计划，后面的在线控制过程不能完全地校正计划阶段的错觉效应 。而在无视觉5秒延迟条件下可能是传出神经复本已经衰退掉，而且没有视觉反馈，所 以错觉效应最大。
Westwood等(2000)在研究中采用了闭环(有视觉)、开环(无视觉)无延迟和开环5秒延迟 三种控制条件，也进行了运动学测量[24]。他们观察到，Müller-Lyer错觉对运动的前 半段的影响大于后半段，体现在对最大抓握速度和最大手腕速度的影响大于对最大抓握 孔径的影响。在另一项同样使用Müller-Lyer错觉的类似研究中，Westwood等(2001)让 被试在全视觉、开环无延迟、开环短延迟及开环2秒延迟等4种条件下求进行抓握，并在 全视觉条件下用手估计大小。实验发现达到最大抓握孔径的时间出现在抓握过程的71% 左右，错觉对运动的前半段的影响大于后半段，手的大小估计和抓握均受到错觉影响； 4种条件下抓握动作均受错觉影响，而且影响大小逐步增大[25]。这一结果与
Gentilucci等(1996)的实验相似，也与计划—控制模型的预测相符。
在最近的一项研究中，Heath等(2004)让被试先预览Müller-Lyer错觉图并形成一个对 错觉图主干线段的稳定的抓握孔径(相当于手的估计)，然后分别在开环和闭环条件伸手 抓握[26]。Heath等将实验数据按时间进程进行分析，结果发现时间对抓握孔径有显著 的影响：错觉效应随时间不断减小，而且开环条件下的错觉效应大于闭环条件下的错觉 效应。Heath等的实验发现的动态错觉效应直接支持了计划—控制模型。
错觉实验范式的研究验证了计划—控制模型，一些研究语义对动作影响的实验也可以 用计划—控制模型去解释。Glover和Dixon(2002)让被试抓握侧面刻着“LARGE”或“
SMALL”的三棱柱型木块。实验开始后，桌上的灯亮，让被试能看到三棱柱侧面的字，3 00ms后呈现一个声音信号让被试开始伸手用拇指和食指抓握木块。记录被试抓握过程中 手的轨迹。结果发现：语义对伸手过程有影响且该影响主要出现在早期，即看到“
LARGE”后被试的抓握孔径会相对较大，而看到“SMALL”后抓握孔径会相对较小；但随 着手接近目标木块，这种语义影响的效应不断减小[27]。这一结果表明语义对抓握行为 计划的影响大于对在线控制的影响，从而印证了行为的计划—控制模型。在另一项研究 中，Glover等(2004)将单词换成了“APPLE”等隐含“大”的意思的单词或“GRAPE”等 隐含“小”的意思的单词，实验呈现方式略有改变。结果发现：被试看到“APPLE”等 词后抓握孔径大于看到“GRAPE”等词后的抓握孔径；随着目标的逐渐接近，也发生了 对语义影响的在线校正，也即在抓握的早期语义影响较大，随后逐渐减小[28]。显然， 这也与计划—控制模型相一致。
5 评价和展望
对于知觉与行为的视觉分离，许多研究者进行了大量的研究，也提出了不少理论解释 。其中，计划—控制模型比较合理。但是，也存在一些需要进一步解释的问题。
第一，将行为分为计划阶段和控制阶段已获得较多的支持，在此基础上以各自独立的 视觉表征去解释视觉系统在知觉与行为上的分离也有实验依据。其他研究者因为采用了 不同的指标，没有从时间上去考虑，无法发现动态错觉效应，因而作出了不同的解释。 但是，正如Milner和Dyde(2003)指出的那样，将研究停留在探讨某一错觉对行为的影响 效应是不够的，弄清错觉效应在脑区的定位(即机制问题)非常重要的[29]。计划模块和 控制模块可能定位于不同的脑区，那么是否与Goodale和Milne的两个视觉系统理论相一 致呢?因此，应在神经生理学和认知神经科学领域对这种分离进行更深入的研究。
第二，计划—控制模型可很好地解释许多实验事实，如Aglioti等和Gentilucci等的实 验。其实，支持知觉—行为模型的实验结果大部分也可以通过计划—控制模型来解释。 但是，Glover和Dixon也承认，知觉—行为模型经过一些扩展后，同样可以解释动态错 觉效应。假设知觉模块和行为模块有交互作用，且这一交互作用发生在计划阶段向控制 阶段的转换期，知觉模块用于动作计划，行为模块用于对动作的控制，则就可以说明动 态错觉效应的产生。所以，以后的研究需进一步排除其他模型解释的可能性，或者探索 综合几个模型来共同解释分离现象的可能性。此外，还应从理论上对分离现象作更深入 的探讨，如行为和知觉的定义问题以及各种任务能否真正代表知觉和行为的问题等。
第三，Glover和Dixon的研究在倾斜错觉和艾宾浩斯错觉上发现了动态错觉效应，支持 了计划—控制模型。Heath等使用Müller-Lyer错觉也得到了支持动态错觉效应的结果 。那么，其他的错觉对行为知觉和行为的影响是否也是这样?比如，Ponzo错觉和Dolboe f错觉等对知觉和行为的影响中能否发现动态错觉效应?如果不是这样，计划—控制模型 是否还能解释所获得的实验结果?这些也需要进一步的实验验证。
第四，计划—控制模型是在视错觉实验的基础上提出的，而且提取的指标多是被试身 体不动的情况下拇指、食指手腕的参数。如果将视觉换成其他感觉通道，如听觉、触觉 ，是否存在其他感觉在知觉和行为上的分离?再扩展开，在正常的非错觉情景中，整个 身体都可以活动的情况下，运动的计划和控制又是怎样的呢，肢体的其他部分的运动情 况又会是怎样的呢?比如行走中用多个手指去抓握物体，运动过程计划和控制是在手部 和其他肢体上是如何表现的呢?希望以后的研究能给出合理的解释。