第三章 知觉和模式识别
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Hale Waihona Puke Baidu
知觉信息加工过程
觉察（detection): 发现事物的存在，而不知道 它是什么;类似与感觉 分辨(discrimination): 把一个事物或其属性与另 一个事物或其属性区别开来。 确认(identification): 人们利用已有的知识经验 和当前获得的信息，确定知觉的对象是什么。
视觉刺激80ms，其中开始呈现后40ms 给听觉呈现H或S，听觉刺激持续300ms， 要求判定听到的是哪个字母，按键记录 反应时。整个实验中，被试始终注意视 觉刺激（视、听有40ms的重叠）。 听觉刺激与视觉刺激整体的字母有3种关 系：一致、无关、冲突； 听觉刺激与视觉刺激局部的字母有3种关 系：一致、无关、冲突；
知识经验在知觉中的作用
知觉是一种主动的和富有选择性的构造过 程。也就是说，在已贮存的知识经验的 参与下，知觉将感觉信息组织成有意义 的对象，并把握刺激的意义。 心理学中早已发现的许多事实都说明了知 识经验在知觉中的作用，如斑点图，言 语对知觉的影响等。
Warren(1970年)的音素恢复实验
让被试分别听一个不同的句子，其中有某个字 母缺失。 It was found that the *eel was on the axle. It was found that the *eel was on the shoe. It was found that the *eel was on the orange. It was found that the *eel was on the table. *表示该位置的字母告缺失。 被试通常将有缺失的字母听成有意义的词。 (wheel-车轮; heel-足跟; peel-果皮; meal-饭菜)
大字母识别 快于小字母；
3种关系条 件下，大字 母识别反应 时无显著差 异；小字母 的识别有差 异，其中冲 突条件下最 慢。
知觉加工的总体特征优先
总体特征知觉先于局部特征被知觉，知觉过程 开始于总体组织，然后才开始对局部特征的分 析。 当人有意识看总体特征时，知觉加工不受局部 特征影响，但当人注意看局部特征时，知觉加 工受总体特征影响，否则无法解释小字母识别 在冲突条件下最长。
三 整体加工和局部加工
自然界中的许多物体 是以等级结构的形式 组成。 人类的知觉系统如何 加工等级结构的物体， 是长期以来研究争论 的热点。
Navon(1977)开创性 地采用等级刺激的范 式来研究人类的等级 加工过程。
整体加工和局部加工
Navon(1977) ：听觉的字母识别作业
实验程序
知觉加工过程的脑机制
——来自认知神经科学的证据
视觉加工有两个主要的功能：一是目标知觉，即它是 什么？二是空间知觉，即它在哪里？
神经心理学和认知神经科学的研究表明，大脑中存在 两个独立的知觉加工系统：
what通路从枕叶初级视皮层向颞叶下行,主要负责加工 视觉刺激的颜色、形状和特性（即刺激的身份或刺激 是什么）。 where通路则从枕叶初级视觉皮层向顶叶上行，主要 负责位置和运动信息的加工。
自下而上的加工：直接知觉范式
强调知觉只具有直接性质的特点，否认已有知 识经验的作用。以Gibson为代表。 Gibson认为，自然界的刺激是完整的，人完全 可以利用这些信息直接产生与作用于感官的刺 激相对应的知觉经验，根本不需要在过去经验 基础上形成假设并进行考验。 强调个体在所处环境中的运动对知觉的影响。 Gibson(1979)把他的理论称为生态学理论 (ecological approach) 。
模板说存在的证据
Phillips(1974)让被试判断两个先后呈现棋局 模式的异同，两个模式的空间关系有两种情况 （1）重叠：两个模式在同一位臵上出现；（2） 位移：第二个模式相对于第一个模式做水平方 向的位移。
结果：当两个模式呈现的时间间隔短于300毫 秒时，重叠条件的正确率高于位移条件，但是 当时间间隔长于600毫秒时，出现相反的结果. 这说明，在视觉储存的时间内，两个模式的空 间重叠是有利于识别的，也就是说模板匹配在 模式识别中是起作用的。
条形码分为4个部分：
1-3位：国家代码（由国际上分配，690--695都是 中国的代码）； 4-8位：生产厂商代码，由厂商申请，国家分配； 9-12位：厂内商品代码，由厂商自行确定；
第13位：校验码，依据一定的算法，由前面12位 数字计算而得到。
对模板说的质疑
按照模板说的基本观点，为了识别特定 的模式，必须事先在记忆中存入与之对 应的模板。如果两个模板在外形、大小 和方位等方面必须匹配才能得到识别的 话，就需要在人的记忆中储存不可计数 的模板，这显然不现实，也与人识别物 体时表现出的高度灵活性不一致。
一 自上而下的加工
知觉依赖于感知的主体即知觉者。 知觉者对事物的需要、兴趣和爱好，一般知识 经验，或对活动的预先准备状态和期待，在一 定程度上影响到知觉的过程和结果。
这种加工叫自上而下加工(top-down processing) 或概念驱动加工（concept-driven processing)。
整合上述两种对立的知觉加工理论
自上而下和自下而上加工对知觉的重要性取 决于不同因素的影响。 在良好的知觉条件下，知觉主要是自下而上 的加工；不良知觉条件下，知觉主要是自上 而下的加工。Gibson强调的是良好条件下的 知觉，Gregory强调的是不良条件下的知觉。 自下而上的加工和自上而下的加工二者结合 而形成完整的知觉过程，或者说，知觉信息 是现实刺激信息与过去的知识经验信息相互 作用的结果。
二 自下而上的加工
知觉依赖于直接作用于感官的刺激物的 特性，对这些特性的加工叫自下而上加 工(bottom-up processing) 或数据驱动加 工(data-driven processing)。
颜色和明度知觉依赖于光的波长与振幅； 音调和音响知觉依赖于声波的频率与声压的水 平； 形状知觉依赖于物体的原始特征和线条朝向； 知觉字母首先确认字母的特征，如水平线、垂 直线等。
Haxby(1994)的PET脑功能成像研究
实验一，从两张面部图片中选择与靶图片相匹配的图 片(物体识别任务) 实验二,从两个由一个点和两条线组成的图形中选择一 个由靶图形旋转而来的图片（空间任务） 实验结果： 1、两个实验中枕叶皮层均有显著激活，表明视觉加 工皮层的参与； 2、实验一导致颞叶中下部显著激活；而实验二导致 顶叶皮层的显著激活。
对模板说的修改
鉴于上面提出的质疑，有人模板匹配模 型进行了修改，提出了一个预加工 (Preprocessing)过程。 即在模式识别的初级阶段，预加工将刺 激的大小、方位、外形等加以调整使之 标准化。这样就可以减少模板的数量。
对模板匹配说的评价
能解释人的某些模式识别现象，但缺乏 灵活性，人必须事先存储相应的模板， 才能识别一个模式。即使附加了预加工 过程，这些模板的数量仍是巨大的。 模板说不能完全解释人的模式识别过程， 只能充当识别过程中的一个方面或一个 环节。
第二讲 知觉与模式识别
一、知觉的基本过程 二、模式识别
知觉的概念
人们通过感官得到了外部世界的信息，这些信息经过头 脑的加工（综合与解释），产生对事物整体的认识，就 是知觉。 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属 性的反映，它得到的信息，主要是滞留在感觉器官的感 受器上的、未经整合的各种具体信息； 知觉是有组织的信息，它是确定人所接受到的刺激信息 并给予它们意义和诠释信息的过程。 一般来说，知觉在感觉之后，但常常是重叠在一起，知 觉的发生需要依赖人的感觉，也需要依赖于自己过去的 知识和经验。
结果 1 字母判断与视空间判断相比，显示出 强烈的的左侧一侧化激活，包括标准语 言区（比如，左侧布罗卡区）；
视空间判断与字母判断相比，显示出在 右侧顶叶皮层的一侧化激活
疑问？
上述分析没能弄清的问题是：决定某一 侧半球加工特定信息的神经机制是什么？ 由于刺激中同时包含字母和视空间信息， 这需要被试主要关注和加工对当前任务 有意义的信息，而抑制对其他信息的加 工。
听觉辨别反应 时依赖于听觉 刺激与视觉 刺激的整体 的一致关系； 而听觉辨别反 应时在3种局 部的一致关系 下并无显著差 异。
视觉的字母识别作业
视觉刺激材料同前； 每次只呈现一个刺激； 两组实验：注意整体（要求被试指出所 看到的大字母是H还是S）；注意局部 （要求被试指出所看到的小字母是H还是 S） 实验过程：先注视光点，呈现刺激40ms， 呈现掩蔽刺激，要求尽快作出判定，且 尽可能保证准确。
Warren(1974)声音异同判断实验：当两 个声音刺激的持续时间严格匹配时，声 音高低的异同判断成绩要优于持续时间 不一致的情况。
实践应用证据：用模板技术制作一些特 殊的数字，用于支票的银行帐户、信用 卡、提款卡等的编号。计算机可以成功 的作出识别。 这些实验结果说明，模板说在一定的条 件下可以解释人们的模式识别。
整体加工和局部加工主要针对刺激
的物理特征而言；
自上而下的加工与自下而上的加工更多
针对意义特征而言。
第二节 模式识别
什么叫做模式？
模式是指有若干元素或成分按一定关系 形成的某种刺激结构，也可以说模式是刺 激的组合。
比如：几个线段组成一个字母或图形， 几个笔画组成一个汉字、一个人头像，几 个音素组成一个音节等。
什么叫模式识别？
定义：当人能确认他所知觉的某个模式是什么， 并与其他模式区分开来，这就是模式识别。
模式识别也就是指当人们把接收到的有关客观 事物或人的刺激信息，与他在大脑里已有的知 识结构进行比较和匹配，从而辨别和确定该刺 激信息意义的过程。
存在各种感觉通道的模式识别：视觉的、听觉 的、触觉的、味觉的、和嗅觉的模式识别。
理解在知觉中的作用：用过去的知识经验，对知 觉对象作出某种解释，使它具有一定的意义。
12 A 13 14 C
知觉的假设考验说
强调过去经验作用的知觉理论：知觉是 一个包含假设考验的构造过程，过去的 知识经验总是以假设、期望或图式的形 式在知觉中起作用。 知觉是一个积极的(active)和构建的 (constructive) 过程；
Stephan 等(2003) 经典的fMRI研究
实验材料：由德语名词（每个单词包含4个字 母）组成，其中第2或第3个字母是红色 实验任务：1 字母判断任务：被试需要忽略红 色字母的位置，通过按钮判断单词中是否包含 目标字母“A”。 2 视空间判断任务：被试需 要忽略词语中跟语言相关的特性，判断红色字 母在中心位置的左侧或右侧。
功能连通分析
当ACC与其他脑区的联结通过PPIs进行分析时， 发现了显著的半球间功能分离：
左侧ACC在进行字母判断时，与左侧IFG（一 个重要的语言区）的联结特异性增加； 而右侧ACC在进行视空间判断任务时，与右侧 顶叶（参与了空间判断）的联结特异性增强。
没有其他脑区显示出跟左侧或右侧ACC显著的 任务-决定的功能联结性变化。
模式识别的作用
模式识别是人的一种基本的认知能力或 智能，在人的各种活动中都有重要的作 用。 若能将模式识别赋予计算机（机器识 别），则将具有重要作用，此即人工智 能的一个重要研究领域。
有关模式识别的理论假说
模板匹配模型 原型匹配模型 特征分析模型
模板匹配模型
理论：在人的长时记忆中储存着各式各样的过去在生活 中形成的外部模式的袖珍复本，这些袖珍副本被称为 模板（Template)。 当刺激作用于人的感官时，刺激信息得到编码并与各 种模板进行比较，哪一个模板与刺激有最佳的匹配， 就把该刺激确认为与那个模板相同，从而得到识别。
知觉并不是由刺激输入直接引起的，而是所呈 现刺激与内部假设、期望、知识以及动机和情 绪因素交互作用的终极产品。
知觉有时可受到不正确的假设和期望的影响。 因而，知觉也会发生错误。
Gregory(1972)宣称知觉是一个构建过程， 即利用从一些来自感觉器官的不稳定的 数据片段和来自记忆的零碎信息去构建 针对某一目标的知觉。 因而，提供给感觉器官的时常是不正确 的信息，被用作关于外部环境的推理和 假设的基础。
知觉信息加工过程
觉察（detection): 发现事物的存在，而不知道 它是什么;类似与感觉 分辨(discrimination): 把一个事物或其属性与另 一个事物或其属性区别开来。 确认(identification): 人们利用已有的知识经验 和当前获得的信息，确定知觉的对象是什么。
视觉刺激80ms，其中开始呈现后40ms 给听觉呈现H或S，听觉刺激持续300ms， 要求判定听到的是哪个字母，按键记录 反应时。整个实验中，被试始终注意视 觉刺激（视、听有40ms的重叠）。 听觉刺激与视觉刺激整体的字母有3种关 系：一致、无关、冲突； 听觉刺激与视觉刺激局部的字母有3种关 系：一致、无关、冲突；
知识经验在知觉中的作用
知觉是一种主动的和富有选择性的构造过 程。也就是说，在已贮存的知识经验的 参与下，知觉将感觉信息组织成有意义 的对象，并把握刺激的意义。 心理学中早已发现的许多事实都说明了知 识经验在知觉中的作用，如斑点图，言 语对知觉的影响等。
Warren(1970年)的音素恢复实验
让被试分别听一个不同的句子，其中有某个字 母缺失。 It was found that the *eel was on the axle. It was found that the *eel was on the shoe. It was found that the *eel was on the orange. It was found that the *eel was on the table. *表示该位置的字母告缺失。 被试通常将有缺失的字母听成有意义的词。 (wheel-车轮; heel-足跟; peel-果皮; meal-饭菜)
大字母识别 快于小字母；
3种关系条 件下，大字 母识别反应 时无显著差 异；小字母 的识别有差 异，其中冲 突条件下最 慢。
知觉加工的总体特征优先
总体特征知觉先于局部特征被知觉，知觉过程 开始于总体组织，然后才开始对局部特征的分 析。 当人有意识看总体特征时，知觉加工不受局部 特征影响，但当人注意看局部特征时，知觉加 工受总体特征影响，否则无法解释小字母识别 在冲突条件下最长。
三 整体加工和局部加工
自然界中的许多物体 是以等级结构的形式 组成。 人类的知觉系统如何 加工等级结构的物体， 是长期以来研究争论 的热点。
Navon(1977)开创性 地采用等级刺激的范 式来研究人类的等级 加工过程。
整体加工和局部加工
Navon(1977) ：听觉的字母识别作业
实验程序
知觉加工过程的脑机制
——来自认知神经科学的证据
视觉加工有两个主要的功能：一是目标知觉，即它是 什么？二是空间知觉，即它在哪里？
神经心理学和认知神经科学的研究表明，大脑中存在 两个独立的知觉加工系统：
what通路从枕叶初级视皮层向颞叶下行,主要负责加工 视觉刺激的颜色、形状和特性（即刺激的身份或刺激 是什么）。 where通路则从枕叶初级视觉皮层向顶叶上行，主要 负责位置和运动信息的加工。
自下而上的加工：直接知觉范式
强调知觉只具有直接性质的特点，否认已有知 识经验的作用。以Gibson为代表。 Gibson认为，自然界的刺激是完整的，人完全 可以利用这些信息直接产生与作用于感官的刺 激相对应的知觉经验，根本不需要在过去经验 基础上形成假设并进行考验。 强调个体在所处环境中的运动对知觉的影响。 Gibson(1979)把他的理论称为生态学理论 (ecological approach) 。
模板说存在的证据
Phillips(1974)让被试判断两个先后呈现棋局 模式的异同，两个模式的空间关系有两种情况 （1）重叠：两个模式在同一位臵上出现；（2） 位移：第二个模式相对于第一个模式做水平方 向的位移。
结果：当两个模式呈现的时间间隔短于300毫 秒时，重叠条件的正确率高于位移条件，但是 当时间间隔长于600毫秒时，出现相反的结果. 这说明，在视觉储存的时间内，两个模式的空 间重叠是有利于识别的，也就是说模板匹配在 模式识别中是起作用的。
条形码分为4个部分：
1-3位：国家代码（由国际上分配，690--695都是 中国的代码）； 4-8位：生产厂商代码，由厂商申请，国家分配； 9-12位：厂内商品代码，由厂商自行确定；
第13位：校验码，依据一定的算法，由前面12位 数字计算而得到。
对模板说的质疑
按照模板说的基本观点，为了识别特定 的模式，必须事先在记忆中存入与之对 应的模板。如果两个模板在外形、大小 和方位等方面必须匹配才能得到识别的 话，就需要在人的记忆中储存不可计数 的模板，这显然不现实，也与人识别物 体时表现出的高度灵活性不一致。
一 自上而下的加工
知觉依赖于感知的主体即知觉者。 知觉者对事物的需要、兴趣和爱好，一般知识 经验，或对活动的预先准备状态和期待，在一 定程度上影响到知觉的过程和结果。
这种加工叫自上而下加工(top-down processing) 或概念驱动加工（concept-driven processing)。
整合上述两种对立的知觉加工理论
自上而下和自下而上加工对知觉的重要性取 决于不同因素的影响。 在良好的知觉条件下，知觉主要是自下而上 的加工；不良知觉条件下，知觉主要是自上 而下的加工。Gibson强调的是良好条件下的 知觉，Gregory强调的是不良条件下的知觉。 自下而上的加工和自上而下的加工二者结合 而形成完整的知觉过程，或者说，知觉信息 是现实刺激信息与过去的知识经验信息相互 作用的结果。
二 自下而上的加工
知觉依赖于直接作用于感官的刺激物的 特性，对这些特性的加工叫自下而上加 工(bottom-up processing) 或数据驱动加 工(data-driven processing)。
颜色和明度知觉依赖于光的波长与振幅； 音调和音响知觉依赖于声波的频率与声压的水 平； 形状知觉依赖于物体的原始特征和线条朝向； 知觉字母首先确认字母的特征，如水平线、垂 直线等。
Haxby(1994)的PET脑功能成像研究
实验一，从两张面部图片中选择与靶图片相匹配的图 片(物体识别任务) 实验二,从两个由一个点和两条线组成的图形中选择一 个由靶图形旋转而来的图片（空间任务） 实验结果： 1、两个实验中枕叶皮层均有显著激活，表明视觉加 工皮层的参与； 2、实验一导致颞叶中下部显著激活；而实验二导致 顶叶皮层的显著激活。
对模板说的修改
鉴于上面提出的质疑，有人模板匹配模 型进行了修改，提出了一个预加工 (Preprocessing)过程。 即在模式识别的初级阶段，预加工将刺 激的大小、方位、外形等加以调整使之 标准化。这样就可以减少模板的数量。
对模板匹配说的评价
能解释人的某些模式识别现象，但缺乏 灵活性，人必须事先存储相应的模板， 才能识别一个模式。即使附加了预加工 过程，这些模板的数量仍是巨大的。 模板说不能完全解释人的模式识别过程， 只能充当识别过程中的一个方面或一个 环节。
第二讲 知觉与模式识别
一、知觉的基本过程 二、模式识别
知觉的概念
人们通过感官得到了外部世界的信息，这些信息经过头 脑的加工（综合与解释），产生对事物整体的认识，就 是知觉。 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属 性的反映，它得到的信息，主要是滞留在感觉器官的感 受器上的、未经整合的各种具体信息； 知觉是有组织的信息，它是确定人所接受到的刺激信息 并给予它们意义和诠释信息的过程。 一般来说，知觉在感觉之后，但常常是重叠在一起，知 觉的发生需要依赖人的感觉，也需要依赖于自己过去的 知识和经验。
结果 1 字母判断与视空间判断相比，显示出 强烈的的左侧一侧化激活，包括标准语 言区（比如，左侧布罗卡区）；
视空间判断与字母判断相比，显示出在 右侧顶叶皮层的一侧化激活
疑问？
上述分析没能弄清的问题是：决定某一 侧半球加工特定信息的神经机制是什么？ 由于刺激中同时包含字母和视空间信息， 这需要被试主要关注和加工对当前任务 有意义的信息，而抑制对其他信息的加 工。
听觉辨别反应 时依赖于听觉 刺激与视觉 刺激的整体 的一致关系； 而听觉辨别反 应时在3种局 部的一致关系 下并无显著差 异。
视觉的字母识别作业
视觉刺激材料同前； 每次只呈现一个刺激； 两组实验：注意整体（要求被试指出所 看到的大字母是H还是S）；注意局部 （要求被试指出所看到的小字母是H还是 S） 实验过程：先注视光点，呈现刺激40ms， 呈现掩蔽刺激，要求尽快作出判定，且 尽可能保证准确。
Warren(1974)声音异同判断实验：当两 个声音刺激的持续时间严格匹配时，声 音高低的异同判断成绩要优于持续时间 不一致的情况。
实践应用证据：用模板技术制作一些特 殊的数字，用于支票的银行帐户、信用 卡、提款卡等的编号。计算机可以成功 的作出识别。 这些实验结果说明，模板说在一定的条 件下可以解释人们的模式识别。
整体加工和局部加工主要针对刺激
的物理特征而言；
自上而下的加工与自下而上的加工更多
针对意义特征而言。
第二节 模式识别
什么叫做模式？
模式是指有若干元素或成分按一定关系 形成的某种刺激结构，也可以说模式是刺 激的组合。
比如：几个线段组成一个字母或图形， 几个笔画组成一个汉字、一个人头像，几 个音素组成一个音节等。
什么叫模式识别？
定义：当人能确认他所知觉的某个模式是什么， 并与其他模式区分开来，这就是模式识别。
模式识别也就是指当人们把接收到的有关客观 事物或人的刺激信息，与他在大脑里已有的知 识结构进行比较和匹配，从而辨别和确定该刺 激信息意义的过程。
存在各种感觉通道的模式识别：视觉的、听觉 的、触觉的、味觉的、和嗅觉的模式识别。
理解在知觉中的作用：用过去的知识经验，对知 觉对象作出某种解释，使它具有一定的意义。
12 A 13 14 C
知觉的假设考验说
强调过去经验作用的知觉理论：知觉是 一个包含假设考验的构造过程，过去的 知识经验总是以假设、期望或图式的形 式在知觉中起作用。 知觉是一个积极的(active)和构建的 (constructive) 过程；
Stephan 等(2003) 经典的fMRI研究
实验材料：由德语名词（每个单词包含4个字 母）组成，其中第2或第3个字母是红色 实验任务：1 字母判断任务：被试需要忽略红 色字母的位置，通过按钮判断单词中是否包含 目标字母“A”。 2 视空间判断任务：被试需 要忽略词语中跟语言相关的特性，判断红色字 母在中心位置的左侧或右侧。
功能连通分析
当ACC与其他脑区的联结通过PPIs进行分析时， 发现了显著的半球间功能分离：
左侧ACC在进行字母判断时，与左侧IFG（一 个重要的语言区）的联结特异性增加； 而右侧ACC在进行视空间判断任务时，与右侧 顶叶（参与了空间判断）的联结特异性增强。
没有其他脑区显示出跟左侧或右侧ACC显著的 任务-决定的功能联结性变化。
模式识别的作用
模式识别是人的一种基本的认知能力或 智能，在人的各种活动中都有重要的作 用。 若能将模式识别赋予计算机（机器识 别），则将具有重要作用，此即人工智 能的一个重要研究领域。
有关模式识别的理论假说
模板匹配模型 原型匹配模型 特征分析模型
模板匹配模型
理论：在人的长时记忆中储存着各式各样的过去在生活 中形成的外部模式的袖珍复本，这些袖珍副本被称为 模板（Template)。 当刺激作用于人的感官时，刺激信息得到编码并与各 种模板进行比较，哪一个模板与刺激有最佳的匹配， 就把该刺激确认为与那个模板相同，从而得到识别。
知觉并不是由刺激输入直接引起的，而是所呈 现刺激与内部假设、期望、知识以及动机和情 绪因素交互作用的终极产品。
知觉有时可受到不正确的假设和期望的影响。 因而，知觉也会发生错误。
Gregory(1972)宣称知觉是一个构建过程， 即利用从一些来自感觉器官的不稳定的 数据片段和来自记忆的零碎信息去构建 针对某一目标的知觉。 因而，提供给感觉器官的时常是不正确 的信息，被用作关于外部环境的推理和 假设的基础。