异族面孔识别的电位效应

蔡秋菊^1,2,3,4，张 烨^1,2,3

(1.杭州师范大学心理科学研究院，浙江 杭州 311121；2.浙江省认知障碍评估技术研究重点实验室，浙江 杭州 311121；3.杭州师范大学认知与脑疾病研究中心，浙江 杭州 311121；4.岭南师范学院教育科学学院，广东 湛江 524048)

摘 要： 为研究异族效应的认知机制，采用快速流刺激范式，让中国被试对本族面孔和异族面孔进行种族分类判断，记录被试在观看面孔时诱发的识别电位的潜伏期和波幅变化.结果在行为和ERP上均观察到了显著的种族效应：在行为上，被试对异族面孔的判断显著快于本族面孔，对正立面孔的判断显著快于倒置面孔；在脑电上，中国面孔诱发的RP波幅比高加索的更大.研究表明，面孔种族分类在RP阶段已经完成，由于知觉经验上的差别，二者在加工深度上不同.识别电位作为视觉加工的指标可用来揭示异族效应的神经机制.

关键词： 事件相关电位；面孔异族效应；识别电位；快速流刺激

0 引言

面孔是人类社会交往中重要的视觉刺激，从中很容易辨别出与社会类别相关的信息(如性别、种族、年龄).面孔中的种族信息为人们区分不同群体、辨认本族成员提供了主要线索.面孔知觉的行为研究结果显示，个体识别他族面孔比识别本族面孔更困难.这一现象称为异族效应(other-race effect)^[1-2].

我想，只要林强信给我们抛光熟手，无论他怎么指责，甚至拍桌大骂，我也会做到骂不还口，打不还手。然而，我想错了，林强信压根就没有提那些陈芝麻烂谷子，只是一个劲地和我叙旧，说他一直赏识我，说我是个难得的人才，说我为大发厂作了贡献，功不可没。说到动情时，唏嘘不已。又说虽然你挖了大发厂的熟手和订单，但我能理解，人在江湖，各为其主嘛。我趁机说了一大摞好话，表达了自己的歉意和诚意。

从上述工程案例分析，可以看出加大方案优化力度对控制工程造价起着重要作用，因此可研阶段既要落实推荐厂址方案的外部建厂条件，也要做好厂址的总体规划方案。

有3种理论就面孔的异族效应作出解释.接触学说(contact hypothesis)认为，在实际生活中，个体接触更多的是本族人，因此对辨别本族面孔有长期的经验，这使得个体对本族和异族面孔的知觉经验不同，进而导致区分两类面孔的能力差异^[3-5].社会认知学说(social cognitive theory)的观点是，个体对面孔的辨别能力受到态度、动机等因素的影响，无种族偏见或偏见较少的人，异族面孔的辨别能力较好；反之，则对异族面孔的辨别能力较差^[6-9].社会分类学说(social categorical hypothesis)认为，与本种族面孔相比较，异族面孔有更明显的种族特征，比如鼻梁高而突出，个体倾向于将具有这些特征的面孔归于一组^[10-11].

3种理论都有各自的数据支持，但结果之间有较大的差异，缺乏一致性.结合事件相关电位(event-related potential, ERP)技术探讨种族面孔的加工机制可能为理论研究提供新的研究实证.识别电位 (recognition potential, RP)是人们在看到面孔或其它可识别刺激时在枕颞叶观测到的脑电反应，峰潜伏期在200～250 ms左右^[12-15].相对其它刺激，面孔RP出现得较早，在200 ms左右.研究表明，RP可能与面孔的结构编码或分析有关^[12].由于采用快速流刺激范式(rapid stream stimulation, RSS：无意义刺激与目标刺激以200～250 ms的速度快速交替呈现，刺激之间没有时间间隔)，RP比传统刺激呈现方式诱发的脑电反应有更高的脑电信噪比^[13].与其他成分相比，RP与认知因素间的相关性更高.但是，到目前为止，尚没有研究采用RP作为指标探讨异族效应发生的机制.不同类别的刺激在识别电位上有不同的表现.Ito等研究发现，被试对面孔的社会类别信息的注意发生在150 ms后^[14].而种族效应发生在200～250 ms的时间窗口，表现为辨认本族面孔比辨认外族面孔诱发更大的脑电反应^[15].这个研究结果与RP能够区分不同刺激的特性具有一致性.因此，采用RP来探讨异族效应是可行的.

对反应时进行方差分析，结果显示，种族主效应显著(F _{(1, 10)} = 10.346，p = 0.009，η _p ²=0.508)，方向的主效应显著(F _{(1, 10)}= 24.429，p = 0.001，η _p ²=0.710)，种族和方向交互作用不显著(F _{(1, 10)}=0.148，p =0.708).结果说明，被试对他族面孔(高加索面孔)和正立面孔的判断更快.

表1 对不同理论解说下种族面孔RP波幅和潜伏期的预测

Tab.1 The prediction of RP amplitude and potential under different theories

模糊决策采用 Mamdani推理法进行，现以XOZ平面上的偏移量与偏移变化量为例进行介绍。基于上文制定好的模糊控制规则，令偏移εXOZ=Ai,偏移改变量ΔεXOZ=Bj，液压缸压力差ΔPXOZ1=Cij(其中， i、j=1、2、…、7，i、j分别为模糊控制规则的行、列数)，则总的模糊关系R可由49个模糊关系按下式计算得到：

(1)厅堂里的传统花卉繁华不复。厅堂摆花中的传统花卉逐渐被商业花卉取代，一方面，传统花卉使用种类的总量偏少；另一方面，在旅游淡季时摆花应用的传统花卉大幅缩减。

1 研究方法

1.1 被试

脑电数据采用EEGlab-ERPlab工具包分析.首先对脑电数据预处理：导入电极分布、滤波带通为0.1～40 Hz、去眼电.在叠加时自动剔除波幅±100 μV的伪迹.离线自动矫正眼动伪迹.最后叠加得出相应的ERP.剔除5个无效数据，有11名被试的脑电数据用于统计分析.行为数据及ERP波幅值和潜伏期使用SPSS17.0软件进行重复测量方差分析，p 值采用Greenhouse-Geisser法进行校正.

本研究采用RSS范式重新考察了面孔种族加工的认知神经机制.研究中采用中国面孔和高加索面孔(均有正立和倒置两种呈现方式)，让中国被试对面孔进行种族分类判断.对中国被试来说，高加索面孔就是异族面孔.根据上述3种理论，笔者推测：在行为上，接触学说预期，识别本族面孔比识别异族面孔更容易，因此反应时更短，正确率更高；社会认知学说预期，当偏见不存在时，对异族面孔和对本族面孔的识别没有明显差异；社会分类学说预期，识别异族面孔均快于本族面孔.在脑电反应上，本研究对识别电位的波幅和潜伏期的预测见表1所示.

1.2 实验材料

根据前人对面孔的ERP分析，P7和P8两个电极点更接近面孔特异区域^[16-18]，因此本研究选取这两个电极点来对RP的波幅值和潜伏期进行统计分析.由图3可知，RP的峰潜伏期出现在150～250 ms的时间窗口.从这一窗口提取RP的最大波幅值和峰潜伏期，不同条件下RP的平均波幅和潜伏期见表3.

图1 目标刺激图片样例

Fig.1 Sample of face targets

图2 背景刺激样例

Fig.2 Sample of the background stimuli

1.3 实验程序

实验由练习和正式实验两个部分组成.首先，在屏幕中央呈现1 000 ms注视点“*”，随后出现5～7个背景刺激，背景刺激之间会随机出现一张面孔图片.背景刺激和目标刺激(面孔图片)都以每张250 ms的速度呈现.当看到面孔刺激时，被试尽可能又快又准地判断出现的是中国面孔还是高加索面孔，如果出现的是中国面孔，按数字键“1”，高加索面孔按数字键“2”.对无意义的背景刺激不需按键.实验仪器自动记录被试的反应时和正确率.

1.4 脑电记录与分析

剔除提前反应小于或等于200 ms和过长反应大于或等于1 000 ms的数据以及错误的按键反应时.对不同条件下的正确率和反应时(表2)分别进行2(种族：高加索、中国)× 2(方向：正立、倒置)重复测量方差分析.

16名被试均为某师范大学的在校学生，年龄18～24岁(M =20，SD =2).所有被试均自我报告为右利手，无精神疾病史，无视力问题.被试报告很少接触外国人或观看欧美影视剧.

2 结果

2.1 行为结果

表2 面孔种族判断任务中被试的反应时和正确率

Tab.2 RT and ACC in the racial categorization task

脑电记录仪器采用德国Electrical Geodesics, Inc.(EGI)生产的32导事件相关电位记录系统.每个电极点的电阻降低到5 Ω以下，线上采样频率为250 Hz.

她躲进路边的草丛。她看到英俊逼人的秦川和性感迷人的艾莉。秦川轻揽着艾莉的腰，艾莉花枝乱颤。突然秦川往这边扫一眼，艾莉心中一惊，手抖，花瓶跌落地上。

教师节来了，我轻轻拈起笔，可又重重放不下，我发自内心地想写点东西，向我的老师发出问候和祝福，向关怀我成长的老师们表达自己的感恩。

对正确率进行方差分析,结果显示，种族的主效应不显著(F _{(1, 10)}=2.622，p =0.134)，方向的主效应显著(F _{(1, 10)}=17.128，p =0.002，η _p ²=0.631)，种族和方向的交互作用不显著(F _{(1, 10)}=2.44，p =0.147).这说明，被试在判断中国面孔和高加索面孔上相当，他们对正立面孔判断的准确性显著好于倒置面孔.

2.2 ERP数据结果

研究的实验材料包括10张亚洲面孔(5张男性面孔)和10张高加索面孔(5张男性面孔).所有面孔均为中性表情，以避免面孔表情干扰实验结果的解释.面孔图片中的头发、耳朵、眼镜、痣等线索均通过Photoshop进行处理.图片物理属性如大小、空间频率、对比度和亮度等均相同.所有面孔均为灰阶、椭圆形.倒置面孔为同一面孔图片旋转180°所得.面孔刺激共有4种：正立中国面孔、倒置中国面孔、正立高加索面孔和倒置高加索面孔(图1).除此之外，将所有面孔刺激的内部特征提取出来，通过随机组合的方式构成无意义背景刺激(图2).

图3 种族判断任务下不同条件面孔的RP效应

Fig.3 RP responses to different conditions in the racial categorization task

表3 种族判断任务中被试的RP波幅和潜伏期

Tab.3 RP amplitude and latency in the racial categorization task

分别对被试的RP波幅和潜伏期进行2(种族：高加索、中国)× 2 (方向：正立、倒置)× 2(半球：P7、P8)三因素重复测量方差分析.结果发现，在RP波幅上，种族主效应显著(F _{(1, 10)}=12.94，p = 0.005，η _p ²=0.564)，半球主效应显著(F _{(1, 10)}=5.57，p =0.04，η _p ²=0.358)，方向主效应不显著，种族×方向交互作用不显著.在RP潜伏期上，方向主效应显著(F _{(1, 10)}=17.67，p =0.002，η _p ²=0.639)，种族主效应、电极主效应、二者交互作用均不显著.这些结果说明，被试对高加索面孔的波幅显著小于中国面孔.

由于面孔加工具有大脑偏侧化的问题，研究中对P7和P8这两个电极点分别进行2(种族)× 2(方向)的方差分析.结果发现，在波幅上，P7和P8电极点的种族主效应都显著(P7:F _{(1, 10)}=8.04,p =0.018,η _p ²=0.466;P8:F _(1,10)=8.45,p =0.016,η _p ²=0.458)，P8电极点有显著的方向主效应(F _(1,10)=6.22,p =0.021,η _p ²=0.287).在潜伏期上，P7和P8的方向主效应均达到统计显著(P7:F _(1,10)=18.69,p =0.002,η _p ²=0.651;P8:F _(1,10)=11.92,p =0.006,η _p ²=0.544).在大脑的左右半球，中国面孔的RP波幅均大于高加索面孔的RP波幅；对于中国面孔和高加索面孔，正立面孔的RP潜伏期均快于倒置面孔的RP潜伏期.

3 讨论

本研究采用RSS范式研究中国被试对本族面孔和异族面孔的识别电位效应，以探讨面孔异族效应的加工机制.行为和脑电结果均显示明显的种族效应.行为结果显示，中国被试判断高加索面孔显著快于中国面孔，判断正立面孔显著快于倒置面孔.这与前人的研究结果^[19-22]一致.脑电结果显示，中国面孔诱发的RP波幅比高加索的更大，而两类面孔的RP潜伏期相当；面孔RP波幅的方向主效应出现在右半球，正立面孔比倒置面孔的RP潜伏期更短.

Caharel等采用种族分类任务探讨高加索人对本族面孔、亚洲面孔和非洲面孔的识别时发现，被试判断非洲面孔比亚洲面孔更快，且判断两类异族面孔均比高加索面孔快^[20].这一研究和本研究的结果均与社会分类学说的预期一致.相对本族面孔，高加索面孔由于具有明显的不同于本族面孔的特征，为人们区分本族和异族面孔提供了优势，因此判断速度更快.

与行为反应时结果不同的是，RP的潜伏期在异族和本族面孔间没有差异.针对行为和脑电潜伏期不同的可能解释是：行为判断反应时受到任务的影响较大，而脑电潜伏期反映了分类判断反应前两类种族面孔加工的过程.Ito等指出，ERP至少能够反映4种不同的信息加工：面孔的结构加工(约170 ms，N170)、社会信息的加工(约250 ms)、类别评价偏向(500 ms左右)和外显的社会类别判断^[15].两类面孔RP潜伏期的相似表明被试对两类面孔社会信息加工的速度是相当的.值得关注的是，本研究发现中国被试在看到本族面孔时诱发的RP波幅比看到高加索时的RP更强.这一结果与Senholzi等^[23]的研究结果一致.Senholzi等发现，当要求被试注意面孔的种族特性时，反映面孔结构加工的N170表现出对本族面孔比对异族面孔反应更强的特点.Luo等的研究结果表明，RP对面孔的反应敏感性与N170类似^[24].RSS范式可能延迟了正常的N170反应.本研究的RP本族面孔效应一方面说明被试在RP阶段已经完成了社会类别的区别，即异族和本族的区分；另一方面说明，被试对本族面孔给予更多的注意，加工程度更深.个体对本族面孔的加工因经验的积累使得反应提高，从而使个体能够根据任务需求对本族面孔进行专家化的加工^[25].一些研究指出，专家化使得个体在加工本族面孔时采用构形加工的方式，而对异族面孔采用特征加工的方式^[26-27].这些研究假设：当面孔倒置时，本族面孔由于存在更强的构形加工从而使得它比异族面孔受到更强的削弱.尽管如此，本研究的结果显示，倒置的本族面孔和异族面孔的RP反应强度没有明显差异.这一发现说明两类面孔在加工方式上并没有差异，这与构形加工假设相矛盾.严璘璘采用眼动技术考察了个体在观察本族和异族面孔时的眼动模式，发现在知觉两种面孔时，个体关注的本族和异族面部特征是不同的^[28].这说明，个体在加工本族和异族面孔时采用的均是特征加工方式.当两类刺激均采用特征加工的方式进行种族分类时，可以理解为什么分类速度在RP阶段没有差异.由此看来，本研究中RP波幅的本族面孔效应可能是由经验或不同熟悉度产生的对不同族类面孔特征注意程度的差别引起的.

4 结论

本研究结果表明，中国被试判断高加索面孔显著快于中国面孔，中国面孔诱发的RP波幅更大.面孔种族分类在RP阶段已经完成，由于知觉经验上的差别，二者在加工深度上不同.

对面孔本/异族效应的解释需要综合3类学说的观点.个体在加工不同种族面孔时可能受到多种因素的影响，相关研究应考察个体对面孔的内隐态度、熟悉程度以及事后报告判断时所采用的加工策略.

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The Potential Effect of Other-race Recognition

CAI Qiuju^1,2,3,4, ZHANG Ye^1,2,3

(1.Institutes of Psychological Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China；2.Zhejiang Key Laboratory for Research in Assessment of Cognitive Impairments, Hangzhou 311121, China；3.Center for Cognition and Brain Disorders, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China；4.School of Educational Sciences, Lingnan Normal University, Zhanjiang 524048, China)

Abstract : The current study adapted the rapid stream stimulation (RSS)paradigm to exam the cognitive mechanism of other-race effect.The recognition potential were recorded when the subjects viewed Chinese faces and other faces.It revealed significant other-race effect in behaviors and ERPS.Behavioral data showed that the Chinese subjects judging the Caucasian faces was significantly faster than the Chinese faces, judging the upright faces significantly faster than the inverted faces.ERP results revealed the RP amplitude induced by Chinese face was larger than Caucasus faces.The results indicated that racial face categorization had been finished in the RP phase.Differences in perceived experience may result in different processing depth of perceiving own-race and other-race faces.RP would be an index to reflect the neural mechanism of other-race effect.

Key words : event-related potential; other-race effect; recognition potential; rapid stream stimulation

中图分类号: B842.1

文献标志码: A

文章编号: 1674-232X(2019)06-0586-06

收稿日期： 2019-01-19

修回日期： 2019-06-11

基金项目： 浙江省自然科学基金项目(LY18C090010)．

通信作者： 张 烨(1982—)，女，讲师，博士，主要从事视觉认知研究.E-mail:zhangye.lucia@gmail.com

doi: 10.3969/j.issn.1674-232X.2019.06.005

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