闪光滞后效应并非知觉延迟差异所致，本文主要内容关键词为：知觉论文,闪光论文,效应论文,差异论文，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。
中图分类号：B842 文献标识码：A 文章编号：1006-0320（2010）-01-0003-09
1 引言
有研究表明人的视觉系统是由许多功能特异化的模块组成的，这些模块各司其职，分别加工颜色、形状、运动信息等刺激属性。各个模块加工信息的速度并不相同，导致各模块从信息输入到产生知觉输出之间的知觉延迟不同，由此产生了一个问题：视觉系统如何整合来自不同模块的信息以形成对外部事件的正确表征呢？例如，交警判断一辆车是否闯红灯，需要知道红灯亮起时车辆是否越过停车线。若红灯亮起时，车辆的位置恰好在线上，那么交警将知觉到什么呢？由于颜色和位置信息是由知觉延迟不同的模块分别加工的，那么他的知觉是否取决于参与加工的不同模块的知觉延迟？与上述问题相关的一个著名现象是闪光滞后效应（flash- lag effect, FLE）。该效应是指在与运动物体相同的位置上呈现闪光（flash），知觉上闪光滞后于运动物体的视错觉（Nijhawan,1994; Whitney,2002）。
为了解释闪光滞后效应，研究者提出了延迟差异理论。该理论认为视觉系统加工运动物体的速度快于加工闪光的速度，因此当闪光到达“知觉终点”（perceptual end point）时，运动物体已经运动到了一个新的位置（Whithey & Cavanagh,2000; Whitney & Murakami,1998）。延迟差异理论的核心假设认为视觉系统是一个在线式（online）的系统，只要视觉刺激到达意识神经节（neural correlate of consciousness,NCC），就能产生意识。按照这一观点，若不同模块的信息同时到达神经节，那么视觉系统将把这些信息整合到同一主观时刻。因此该理论认为信息的时间整合取决于视觉刺激的知觉延迟。
为了检验延迟差异理论的核心假设，Eagleman设计了一个时序判断实验（Eagleman & Sejnowski,2000b）：在一运动物体停止运动的时刻前后呈现闪光刺激，要求被试判断闪光发生在物体运动停止之前或是之后。按照延迟差异理论，若闪光和运动停止同时发生，那么被试应当报告运动物体停止在先，因为运动物体的加工速度更快。然而实际上，被试却能正确报告二者的时序。因此，Eagleman反对用延迟差异解释闪光滞后效应，并提出了后测理论（postdiction model）。该理论认为运动物体的位置知觉是通过将一段时间窗内的位置信息进行整合得到的，闪光的出现重置了时间窗，导致更多闪光出现之后的位置信息被整合到了位置计算中，这使知觉到的运动物体位置领先于实际位置，因而闪光看起来滞后于运动物体（Eagleman & Sejnowski,2000a）。
然而，Eagleman的研究并未使有关闪光滞后效应机制的争论终止。Krekelberg与Lappe指出，Eagleman的实验中未能观察到闪光滞后效应可能是因为觉察闪光出现的知觉延迟与觉察运动停止的知觉延迟相等（Krekelberg & Lappe,2001; Krekelberg & Lappe,2002）。但这并不意味着加工闪光的速度与加工运动物体位置的速度相同。因此，被试能准确判断闪光与运动停止时序先后的结果与延迟差异理论并不矛盾。他们提出，检验延迟差异理论更好的方法是在运动物体突现或物体运动过程中进行实验，而不是在运动停止的条件下进行。笔者认为，一种可行的方法是在传统的闪光滞后实验范式下，选择两个知觉延迟不同的视觉事件（A和B）替代闪光，要求被试报告A事件或B事件发生时，运动物体的位置。若A的知觉延迟比B的知觉延迟长，那么按照延迟差异理论，A的知觉滞后量应大于B的知觉滞后量，因为A事件与运动物体的延迟差异较B事件更大。
按照上述逻辑，笔者选择在持续运动条件下，用“突现”（onset）和“消失”（offset）分别替代闪光滞后范式中的闪光。之所以选择“突现”和“消失”是因为两者可能存在不同的知觉延迟，“突现”的知觉延迟可能比“消失”的知觉延迟短。一个客体突然出现在视野中可能意味着捕食者的出现，也可能意味着猎物的出现，无论哪种情况都需要迅速做出反应。实际上，已有研究表明“突现”能捕获注意，并利化反应（Yantis & Hillstrom,1994; Yantis & Jonides,1984）。而客体的消失则相对不那么重要，目标消失通常并不需要快速反应。因此，“消失”捕获注意较“突现”捕获注意更弱（Boot,Kramer,& Peterson,2005; Brockmole & Henderson,2005）。换言之，“突现”比“消失”具有更高的优先级。因此可以推测视觉系统知觉“突现”的速度要快于知觉“消失”的速度。
本研究通过三个实验，对延迟差异理论进行检验。实验一采用时序判断任务测量“突现”与“消失”的知觉延迟。实验二以“突现”和“消失”分别替代闪光，测量“突现”与“消失”相对于运动物体的知觉滞后量，并通过比较两实验的结果，检验延迟差异理论。实验三则进一步检验实验二的结果是否由位置不确定性或客体定位误差所致。
2 实验一
根据延迟差异理论的在线式加工假设，对于两个同时发生的事件，知觉为先发生的事件知觉延迟较小。因此本实验采用时序判断范式测量“突现”和“消失”的知觉延迟。我们以颜色变化事件作为比较对象，要求被试判断“突现”或“消失”与颜色变化的时间先后顺序，从而获得“突现”和“消失”相对于颜色变化的知觉延迟。本实验之所以不直接测量“突现”和“消失”的相对延迟，是因为同时呈现“突现”和“消失”会导致似动现象发生，干扰时序判断任务。
2.1 研究方法
2.1.1 被试
12名被试参与了本实验。被试的视力（或矫正视力）与色觉均正常。
2.1.2 实验装置
实验刺激在SAMSUNG SyncMaster 997MB显示器（19英寸）上呈现。显示器分辨率800×600像素，刷新率100Hz，被试视距57cm。实验在暗室环境中进行。
2.1.3 刺激
显示器背景颜色为灰色（x＝0.2221，y＝0.3059，Y＝60.71 cd／m[2]）。颜色变化事件中，先呈现一个圆环，外径1.5°视角，环的宽度为0.35°视角；环的颜色由红色（x＝0.8525，y＝0.3358，Y＝41.72 cd／m[2]）变为绿色（x＝0.2860，y＝0.5940，Y＝119.20 cd／m[2]），或由绿色变为红色。“突现”事件为一个白色（x＝0.2438，y＝0.3780，Y＝554.70 cd／m[2]）小圆的呈现，“消失”事件为白色小圆的消失，小圆直径0.8°视角，与圆环内径相等。注视点是一个边长为0.3°视角的红色（x＝0.7301，y＝0.2364，Y＝29.73 cd／m[2]）正方形，距离“突现”或“消失”发生位置的距离为2°视角。
2.1.4 实验设计与程序
本实验采用2（事件类型：“突现”与“消失”）×7（呈现时刻：－120ms，－80ms，－40ms，0ms，40ms，80ms，120ms）的被试内设计。实验流程如图1所示。
（a）“突现”条件：圆环先呈现约1000ms（800～1200ms之间变化），随后圆环的颜色发生变化（由红变绿或由绿变红）。颜色变化前后，一白色小圆出现在圆环中央。（b）“消失”条件：试次开始时，同时呈现圆环和白色小圆；颜色变化前后，小圆消失。
图1 实验一流程示意图
实验按事件类型分为“突现”条件和“消失”条件两个区组。在“突现”条件下，先在屏幕中央呈现一个红色（或绿色）的圆环，大约1000ms（800～1200ms不等）后环的颜色突然变为绿色（或红色）。颜色改变前后，圆环中央出现一个白色小圆（“突现”事件）。“突现”事件发生在颜色变化前后的七种不同时刻：－120ms，－80ms，－40ms，0ms，40ms，80ms，120ms，负值表示颜色变化发生在“突现”事件之前。“消失”条件除以“消失”事件替代“突现”事件外，流程与“突现”条件相同：白色小圆先与圆环一起出现，然后在圆环颜色改变前后消失。区组顺序在被试间平衡。七种时刻各进行40次试验，每个区组各280次，共560次。
被试任务是在保持注视点不变的同时，判断颜色变化与“突现”事件或“消失”事件的时间先后顺序。注视点随机呈现在圆环的左侧或右侧。本实验采用累积正态分布函数对被试的反应数据进行最大似然拟合，取判断颜色变化先发生的概率为50％的呈现时刻为主观相等点，即当“突现”或“消失”在该时刻呈现时，被试知觉到“突现”或“消失”事件与颜色变化同时发生，由此可获得“突现”事件或“消失”事件与颜色变化的相对知觉延迟。
2.2 结果和讨论
“消失”条件的主观相等点为－0.7ms，“突现”条件的主观相等点为－18.4ms，即若颜色变化比“消失”事件提前0.7ms，被试将二者知觉为同时发生；若颜色变化比“突现”事件提前18.4ms，被试将二者知觉为同时发生。配对t检验表明两种条件的主观相等点差异显著（t[,（11）]＝2.71，p＜0.05）。假设延迟差异理论成立，视觉系统是在线式的，那么该结果表明“突现”的知觉延迟小于“消失”的知觉延迟。
3 实验二
实验一的结果表明“突现”的知觉速度比“消失”的知觉速度快。若采用“突现”和“消失”代替闪光，那么按照延迟差异理论，“突现”产生的知觉滞后应比“消失”产生的知觉滞后小。实验二将对此做出检验。
实验二中，我们对Eagleman的实验范式（Eagleman & Sejnowski,2000a）稍作修改：一个圆环做圆周运动一段时间后，闪光（或“突现”、“消失”）在圆环的运动轨迹上呈现，要求被试判断闪光（或“突现”、“消失”）与运动圆环的相对位置关系。通过比较“突现”与“消失”的知觉滞后，我们就可检验延迟差异理论。
3.1 研究方法
3.1.1 被试
6名被试参与了本实验。被试的视力（或矫正视力）与色觉均正常。
3.1.2 刺激
显示器背景为灰色。运动物体为一绿色圆环，环的大小与实验一相同。圆环运动轨迹为圆形，其半径为4.9°视角，运动的线速度为每秒15.3°。实验二的“闪光”、“突现”或“消失”刺激与实验一相同，均为半径0.8°视角的小圆。注视点是一个边长为0.3°视角的红色正方形，距离“突现”或“消失”发生位置2°视角。
3.1.3 流程
本实验采用3（事件类型：“闪光”条件、“突现”条件和“消失”条件）×7（呈现时刻：－60ms，－40ms，－20ms，0ms，20ms，40ms，60ms）的被试内设计。实验流程如图2所示。
每个试次中，圆环先出现在屏幕一侧，做圆周运动。当圆环运动到屏幕对侧时，发生“闪光”、“突现”或“消失”事件。
图2 实验二流程示意图
实验按事件类型分为“闪光”条件、“突现”条件和“消失”条件三个区组。“闪光”条件下，圆环出现在屏幕一侧，随机沿顺时针或逆时针方向做圆周运动。当环运动到屏幕另一侧时，闪光出现在同侧运动轨迹的直径处（即钟面上“3点”或“9点”的位置），呈现时间为20ms。闪光出现的时间点有七种：－60ms，_－40ms，－20ms，0ms，20ms，40ms，60ms，负值表示闪光出现在圆环到达运动轨迹中点之前。闪光结束后，环继续运动。为了降低可预测性对实验的影响（Eagleman & Sejnowski,2000c），圆环的整体运动轨迹在垂直方向上下0.5°视角范围内随机变化，同时圆环运动的起始位置在运动轨迹的左右端点上下18°圆心角范围内随机变化（Shen,Zhou,Gao,Liang,& Shui,2007）。被试的任务是报告闪光出现于圆环上方还是下方。“突现”条件和“消失”条件的流程大致相同，但“突现”条件下，白色小圆出现后就不再消失；而“消失”条件下，在试次开始时就呈现白色小圆，当环运动到屏幕另一侧时小圆消失。“突现”和“消失”发生的时间、位置均与“闪光”条件中闪光出现的时间、位置相同。被试的任务是报告“突现”或“消失”发生时，小圆位于圆环上方还是下方。区组条件的先后顺序采用被试间平衡。七种时刻下各进行30次试验，每个区组各210次，共630次。
被试反应数据的处理方法与实验一相同，应用累积正态分布函数进行拟合，取判断小圆位于圆环之上的概率为50％的闪光呈现时刻为主观相等点，即当闪光在该时刻呈现时，被试知觉到小圆与圆环位置相等。由此可知小圆被知觉为与圆环位置相同所需的提前时间，从而获得“闪光”、“突现”和“消失”相对于运动物体的知觉滞后。
3.2 结果和讨论
该图表示“闪光”、“突现”和“消失”三种条件下知觉滞后的平均值，误差条表示标准误。
图3 实验二的结果图
“闪光”、“突现”和“消失”相对于运动物体的知觉滞后量如图3所示，分别为15.6ms、29.8ms和15.3ms。单因素重复测量方差分析表明，视觉事件的主效应显著，
＝39.59，p＜0.01。多重均值比较发现“突现”条件的知觉滞后量显著大于“闪光”条件（p＜0.01）和“消失”条件（p＜0.01），且后二者之间不存在显著差异（p＝0.92）。
实验一的结果是“突现”的加工速度快于“消失”，那么按照延迟差异理论，实验二中“突现”的知觉滞后应小于“消失”的知觉滞后，但实际结果却相反。一种可能的解释认为该结果是由“突现”和“消失”的可预测性差异引起的。有研究表明，视觉事件的不可预测性会增大闪光滞后量（Eagleman & Sejnowski,2000c）。本实验中“消失”条件下，消失事件发生之前白色小圆始终呈现在屏幕上，此时小圆的位置是可预测的；而“突现”条件下，小圆出现的位置却无法预知。因此这可能是“突现”的知觉滞后量更大的原因。另一种可能的解释认为该结果是由视觉事件定位误差的差异引起的。已有研究表明视觉系统会对运动物体周围的闪光产生定位错误（Whitney and Cavanagh,2000），闪光滞后效应实验中也存在该现象（Eagleman & Sejnowski,2007）。也许正是由于“闪光”、“突现”和“消失”在运动物体影响下的定位误差不同，才导致了本实验的结果。为了排除上述两种解释，我们在实验三中控制了可预测性和定位误差。
4 实验三
本实验中，我们使用线索指示“闪光”、“突现”、“消失”事件发生的位置，使三种条件下刺激的可预测性相等。此外，由于线索明确指示了小球的位置，被试就能消除运动事件定位误差的影响。若实验结果仍与实验二相似，那么就能排除“可预测性解释”和“定位误差解释”。
4.1 研究方法
4.1.1 被试
与实验二相同。
4.1.2 刺激和程序
实验三的刺激和程序与实验二大致相同，只是在“闪光”（或“突现”、“消失”）的两边呈现两个小圆，以指示视觉事件将发生的位置。实验过程中，线索圆始终存在，其与目标圆的距离为0.5°视角。
实验三的流程与实验二基本相同，只是在“闪光”（或“突现”、“消失”）的两边呈现两个小圆，指示视觉事件发生的位置。
图4 实验三的流程
4.2 结果和讨论
该图表示“闪光”、“突现”和“消失”三种条件下知觉滞后的平均值，误差条表示标准误。
图5 实验三的结果图
“闪光”、“突现”和“消失”相对于运动物体的知觉滞后量如图5所示，分别为13.5ms、37.1ms和15.7ms。单因素重复测量方差分析表明，视觉事件的主效应显著，＝18.99，p＜0.01。多重均值比较发现“突现”条件的知觉滞后量显著大于“闪光”条件（p＜0.01）和“消失”条件（p＜0.01），且后二者之间不存在显著差异（P＝0.54）。实验二与实验三取得了一致的结果，表明不能用可预测性差异、定位误差差异解释该结果。
5 总讨论
本研究关注的问题是闪光滞后效应中的时间整合是否取决于视觉事件的知觉延迟。实验一发现，若颜色变化比“突现”早18.4ms呈现，被试将二者知觉为同时发生；而若颜色变化与“消失”同时呈现，二者被知觉为同时发生。根据延迟差异理论，该结果表明“突现”的知觉延迟比“消失”短，那么“突现”产生的知觉滞后应比“消失”产生的知觉滞后小。然而与该预测相反，实验二发现“突现”的知觉滞后显著大于“消失”。实验三进一步排除了以“突现”和“消失”两种条件下的位置不确定性对这一结果进行解释的可能性。因此，延迟差异理论无法解释上述结果。
研究者们对Eagleman实验（Eagleman & Sejnowski,2000b）的最大质疑是他仅做了运动物体停止条件下的实验，该条件下并不存在闪光滞后效应，这一结果可被解释为觉察运动停止的知觉延迟与觉察闪光的知觉延迟相等。为了进一步检验延迟差异理论，我们遵循Krekelberg的建议，在持续运动条件下进行实验。Eagleman直接测量闪光与运动物体之间的闪光延迟差异，而我们则选择了两个加工速度不同的视觉事件替代闪光，采用经典的闪光滞后范式进行实验。这一方法能避免Eagleman实验的不足，却同样得到了不支持延迟差异理论的证据。
此外，
认为Eagleman的实验并不能否定延迟差异理论，原因是时序判断任务与客体位置知觉任务的神经基础不同，因此这两种任务的知觉延迟不同（,Patel,Bedell,& Camuz,2004）。我们认为并没有直接证据表明上述两种任务的知觉速度不同。而且在本研究的实验三中，由于视觉事件发生的位置是固定的且有良好的线索指示，被试甚至不需要加工视觉事件的位置。在这种情况下，任务仅涉及对视觉事件时序信息的加工，而非对空间信息的加工。因此视觉事件的加工速度应与实验一相似。然而实验三的结果却表明闪光滞后的延迟与知觉速度并没有直接联系。
尽管修正后的延迟差异理论认为知觉延迟并非固定的，会随着刺激参数（如亮度）的变化而改变（ et al.,2004; Patel,,Bedell,& Sampath,2000），然而要解释本研究的结果，必须假设视觉系统对“突现”事件的加工速度会由于某一客体经过而显著加快（或者假设“消失”事件的加工速度会由于某一客体经过而显著减慢），该假设似乎难以令人信服。
除了延迟差异理论，其他一些模型也未能很好地解释本实验的结果。这些模型包括外推模型（extrapolation model）和运动偏移模型（motion bias model）。他们认为闪光滞后效应反映了知觉延迟的补偿机制，从而间接地将闪光滞后效应与知觉速度联系在一起。外推模型认为视觉系统会根据客体先前的运动轨迹进行外插推算，预测“当前”位置，以补偿知觉延迟（Baldo & Klein,1995）；而运动偏移模型则认为是通过更新原有信息进行补偿的（Eagleman & Sejnowski,2007）。从补偿知觉延迟这一目标来看，闪光滞后效应的大小应由运动物体的加工速度决定，而与同时发生的其他视觉事件无关。然而本实验的结果却与之矛盾：发生的视觉事件本身的性质显著地影响了延迟效应的大小。
另有一些不涉及知觉延迟的模型可以更好地解释我们的结果，例如后测模型（postdiction model）与采样模型（sampling model）。后测模型认为闪光重置了运动位置整合的时间窗，导致更多闪光发生之后的运动信息被整合到计算中，使计算得到的运动物体位置更靠后（Eagleman & Sejnowski,2000a）。而且，Eagleman认为重置后时间窗的大小和位置会随着闪光显著性的变化而改变，显著性越大，时间窗越靠后（Eagleman & Sejnowski,2002）。由于“突现”事件比“闪光”或“消失”事件更显著，根据后测理论，“突现”将导致视觉系统更多地依赖新收集到的信息，从而产生更大的知觉延迟。该预测与本研究结果一致。采样模型则认为，当判断闪光与运动物体的相关位置时，视觉系统选择于某一时刻对运动物体的位置进行采样，启动采样过程所消耗的时间导致被选择的时刻滞后于闪光发生时刻（Brenner & Smeets,2000）。如果启动时间受到引发采样过程的视觉事件的影响，那么“突现”这种较为显著的事件就可能导致采样启动需要更长时间，从而使采得的运动物体位置更靠后。可见，本研究结果不支持延迟差异理论及其他涉及知觉延迟的假设，而支持后测模型与采样模型，但是这两种理论何者为闪光滞后效应机制的合理解释尚需进一步实验验证。
综上所述，我们认为时间整合并不是机械的在线式加工过程，它在很大程度上取决于视觉事件的性质和知觉背景。由于知觉延迟是由视觉系统本身的结构所决定的，其大小与外部世界无关，因此知觉延迟并不能提供关于外界事件的信息；那么受知觉延迟影响的在线式加工所产生的结果就不能如实反映各个事件的时间先后顺序。因此，为了能正确感知外部世界的事件顺序，视觉系统不应以在线方式进行加工。只有利用事件本身的性质及其与其他事件的关系等线索去克服知觉延迟的影响，才能做出正确的时间整合，从而知觉到与客观世界相一致的事件顺序。
6 结论
本研究获得以下主要结果：“突现”的加工速度显著快于“消失”，而“突现”的知觉滞后大于“消失”。上述结果与基于延迟差异理论的结果预测相矛盾。因此，闪光滞后效应并非知觉延迟差异所致，延迟差异理论不成立。