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心理所研究表明嗅觉信息可调控视觉时间加工
作者: 中国科学院行为科学重点实验室 周雯研究组 ║ 日期: 2017/04/10 

  人们对世界的感知是由一系列的知觉“快照(snapshots)”构建的。快照就像是按下照相机快门的瞬间,这种瞬时数据的影像在时间维度上依次展开,带给人们连续的主观时间体验。快照的形成与神经系统的知觉采样过程有关,不同的感知觉系统有着迥异的采样频率。以视觉为例,人们一般能看清频率在20赫兹以下的不同颜色色块的交替闪烁,当闪烁频率加快后知觉就会渐变为一个稳定的融合的色块。换言之,视知觉对彩色客体的采样率在20赫兹左右。嗅觉的采样受制于呼吸,相较之下非常缓慢,一般仅为约0.5赫兹。在脑内,来自不同通道、有着不同时间分辨率的感知觉信息最终被整合为统一的感知觉表征,跨感觉通道的信息在此过程中交互影响。那么,跨通道信息在交互整合过程中是如何在时间维度上相互协调的?时间精度粗糙的气味信息会影响视知觉采样率,进而改变人们对视觉客体的时间体验吗? 

  心理所周雯研究组采用行为实验和脑电(EEG)技术对上述问题展开了研究。实验中,受试者观看先后呈现的两个快速闪烁的红绿刺激序列,其中一个序列包含苹果或者香蕉的图形,交替闪烁的刺激图形配色相反;另一个则为相应的颜色块(图1A)。受试者判断在哪个序列中可以看到物体图形。由于所用红绿颜色在主观亮度上进行了匹配,当闪烁频率在受试者的阈限附近时,受试者只能在部分试次中看到图形,而在其他试次中,看到的是融合的橙色块。在完成视觉任务的同时,受试者闻取类似苹果或者香蕉的气味。实验结果显示(图1B),嗅觉信息可以促进一致(相对于不一致)的图形在阈限附近闪烁时的可视度,提高受试者的判断成绩,并提升相应的闪光融合阈限。相应的控制实验结果显示,上述效应并不是自上而下的认知控制或语义启动造成的。 

  

  1.A2AFC物体探测任务示意图。(B)闪光融合阈限附近受试者的成绩(左)以及拟合的心理物理曲线和估计的闪光融合阈限(右)。 

    

  接下去的实验采用类似范式并记录脑电信号以考察气味调制视觉客体采样的神经基础。对脑电信号的时频分析显示(图2),嗅觉和视觉信息的一致(相对于不一致)增强了视觉图形呈现后大约150-300毫秒间与刺激的闪烁频率相对应的神经震荡活动,其分布范围主要在右侧颞叶这一与物体表征紧密相关的脑区。 

  

  2.A)嗅视一致效应(一致与不一致条件下的差值)的头皮地形分布。(BT8/TP8/P8电极平均后的时频结果图。(C)对T8/TP8/P8平均时频结果的二维高斯拟合。(D)嗅视一致效应的溯源结果图。 

    

  客体表征相关的神经信号强度被认为是大脑推断相应时距的依据。由气味带来的颞叶客体信号的增强是否伴随个体对该客体主观时长的改变?随后的实验采用了时长比较的任务;受试者观看先后呈现的苹果和香蕉的图片,并判断哪一个呈现的时间更长(图3A)。其中一个图片为标准刺激,呈现500毫秒;另一个为比较刺激,呈现300-700毫秒。受试者在完成时间任务的同时闻取类似苹果或者香蕉的气味。实验结果显示(图3B),嗅觉信息可以调节时间加工所对应的心理物理曲线,增加了一致(相对于不一致)的视觉图形的主观时长,并且这种时间“膨胀”效应并不是由自上而下的认知控制或语义启动导致的。 

  

  3.A)时长比较任务的示意图。(B)时间任务成绩对应的心理物理曲线(左和中)以及估计的主观相等点(右)。 

    

  这项研究清楚地表明,嗅觉信息可以在客体表征一致性的基础上调节视觉的采样和主观时间知觉,从而为我们了解多感知觉通道信息交互整合的时间机制及其神经基础提供了新的参考。同时,该项研究的结果也进一步揭示人们的时间感知可能在很大程度上受相应神经能量的调控,如同物理的时空受到物质能量的扭曲一样。 

  该研究获国家自然科学基金委项目(3142202331100735)、中科院战略性先导专项(XDB02030006XDB02010003),以及中科院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SMC030)的资助。研究结果已在线发表于Cerebral Cortex 

    

  论文信息:Zhou, B., Feng, G., Chen, W., & Zhou, W. (2017). Olfaction Warps Visual Time Perception. Cerebral Cortex, 1-11. DOI:https://doi.org/10.1093/cercor/bhx068 

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