基于双眼竞争范式与EEG的视觉信息处理相关实验研究

发布时间：2017-05-15 07:04

  本文关键词：基于双眼竞争范式与EEG的视觉信息处理相关实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通常情况下,我们两只眼睛看到的图像略有不同。大脑将投射入眼的信息整合创建一个单一、连贯,立体呈现的视觉场景。但若每只眼睛观看不可调和的不同图像,那又会发生什么?这样的刺激会引起什么样的视觉感知经历?许多人的直觉是,大脑仍然会试图融合两幅图像或简单地选择其中之一。然而,真实情况是双眼感觉图像在交替变换,一只眼睛的图像处于意识支配状态,此时投射到另一只眼的图像受到抑制,随后支配的知觉与受抑制的知觉发生周期性交替。这就是所谓的双眼竞争。双眼竞争被认为是一种研究视觉知觉选择和视觉意识形成机理的重要范式,其具有基本稳定的输入(每只眼睛相同的图像一直呈现)和交替变化的知觉。双眼竞争可以用来研究以下问题:1、大脑的视觉感觉处理:在什么视觉处理层次处理视觉相关知觉。2、感觉选择:大脑如何解决不同刺激之间的竞争,并选择把其中的一个带入意识。3、无意识加工:受抑制的图像的哪些特征在无意识下仍然可以得到加工,这一过程是否受其它感觉通道的影响。双眼竞争的研究内容主要包括外源性刺激的物理特征与外源性事件对视觉感知的影响,以及受试者内在因素对双眼竞争下视觉感知的调节。双眼竞争早期研究主要以受试者感觉的主观报告作为指标,误差较大。近来双眼竞争与EEG、f MRI等技术的结合从神经生理层面极大拓展了对双眼竞争的认识。而限制EEG在双眼竞争中广泛应用的因素是难以通过EEG信号对感知交替变换进行有效区分。稳态视觉诱发电位(SSVEP)是一种与视觉感官刺激相关的电位,当受试者受到一个固定频率的视觉刺激的时候,在大脑的视觉皮层相关区域能记录到一个连续、并且与刺激频率相似的响应电信号,这个诱发电位被称为稳态视觉诱发电位。利用SSVEP在EEG信号里为不同图片特定频率标记,可以作为双眼竞争感知变换的客观指标。连续闪烁抑制是一种不平衡的双眼竞争范式,可以制造稳定的无意识过程。突破-连续闪烁抑制(b-CFS)范式通过连续提升受抑制图片对比度,从而使图片突破抑制,进入到视觉感知当中。这一过程可以用于大脑高级认知功能的无意识加工研究。高级认知功能包括数学计算、人脸识别以及文字语义处理等。目前,对词语语义的无意识加工机理以及其他感官能否对这一过程产生影响仍有争议。基于上述分析,本课题首先进行了SSVEP平台的搭建及针对不同受试者闪烁敏感频率的初步筛查,在此基础之上开展基于SSVEP系统的双眼竞争下面孔感知状态的客观评价及其与梭状回相关性分析,进一步利用不平衡的双眼竞争——连续闪烁抑制范式,来研究无意识下语义加工的高级认知过程,以及无意识下的跨感官通道相互影响。本文的主要研究内容分为以下三个部分:第一部分:稳态视觉诱发电位(SSVEP)实验平台的搭建为了将SSVEP与双眼竞争范式结合,以SSVEP作为双眼眼竞争图片刺激识别的“标签”,初步搭建了SSVEP实验系统。连接生物电放大器、电极帽、LED显示屏幕、计算机搭建了硬件系统,不同频率闪烁刺激通过C++编写的刺激呈现软件控制LED屏幕实现,界面主程序完成波形读取显示,阻抗检测和实验进程控制,数据存储等功能。在此基础上,对受试者进行了敏感刺激频率的筛选,验证了搭建系统在SSVEP应用中的可行性与可靠性,筛选出SSVEP敏感受试者,并观察受试者的敏感频率分布,为下一步结合双眼竞争的实验打下基础。第二部分:基于双眼竞争范式与EEG的面孔视觉感知状态评价及其与梭状回脑电活动相关性分析本部分实验利用了之前搭建的SSVEP平台。为了客观评价双眼竞争(BR)的交替状态并分析梭状回与视觉皮质的相关性。6名受试者进行双眼竞争实验,受试者一只眼呈现8.57Hz闪烁的平静表情面孔图片,另一只眼分别呈现12Hz、15Hz闪烁的恐惧表情面孔图片并记录EEG信号。两个不同频率闪烁的刺激诱发稳态视觉诱发电位(SSVEP),通过短时傅里叶变换的时频分析方法,解析面孔刺激中双眼竞争的持续时间和交替频率,比较两侧梭状回面孔识别区(FFA)与视觉皮质的相关系数。数据表明双眼竞争下左眼观看平静表情面孔的时长平均411.6±73.8ms,右眼观看恐惧表情面孔的时长平均547.6±126.7ms,交替频率2.11±0.28Hz,左侧FFA比右侧FFA相对恐惧表情面孔的加工更敏感,两侧FFA对恐惧表情面孔的加工没有频率差异。以上结果说明,SSVEP能够作为双眼竞争中优势态感知的频率标记,对双眼竞争下视觉感知进行客观评价。BR和SSVEP结合的方法可用于视觉感知神经机制的研究。下一部份的工作将对双眼竞争下的语义无意识加工进行研究。第三部分:双眼竞争范式下语义无意识加工的视觉高级功能研究形状触觉和温度触觉对文字语义的无意识加工影响语义处理是一种高级认知功能,利用连续闪烁抑制范式(CFS)研究无意识下的语义处理以及形状触觉和温度触觉对语义认知的影响。实验1通过2(字体状态)×2(形状触觉)的被试内设计考察4种条件下汉字‘手机’的突破抑制时间;实验2通过2(不同字体)×2(温度触觉)的被试内设计考察4种条件下汉字的突破抑制时间,在两个实验中受试者看到汉字后尽可能准确迅速的按键盘。两因素方差分析均未发现实验1和实验2中的主效应对反应时间、交互作用之间具有统计意义,在无意识下观看词语的反应时间没有差别,形状触觉和温度触觉对汉字的无意识加工没有影响。研究支持在无意识下语义信息无法得到加工的观点,形状触觉和温度触觉对无意识下视觉的跨通道作用可能不发生在高阶处理阶段。考虑到可能是由于行为学本身精度不够高不能充分反映生理的细微变化或者是语义高级信息的无意识本身就不存在,下一步实验中使用高时间精度的EEG研究语义无意识加工。基于事件相关电位N400成分的文字语义无意识加工研究在无意识状态下,对文字相关视觉刺激是否进行语义加工仍存在很大争议。为了弄清楚这个问题,本实验使用事件相关电位(ERPs)中的N400成分来评判是否发生文字相关视觉刺激的语义加工。N400成分是目标词与所在语境不匹配时大脑电信号的敏感指标。在连续闪烁抑制范式下,受试者判断启动词和目标词之间的相关性同时记录ERPs。行为学结果趋近于随机水平,表明这种实验范式制造了严格的无意识状态。在受试者无意识状态下,比较语义相关组和语义不相关组的N400成分的幅值,两者没有统计学差异。这些结果表明,在无意识状态下,没有发生文字语义加工这一高级认知过程。本实验从N400成分的角度得出的实验结果支持高级语义信息不存在无意识加工的观点。鉴于目前这个结论一直存在成立与否两方面的证据,对于这个结论我们保持审慎的态度,这需要进一步的研究,结合多种技术手段从不同的角度互相印证。
【关键词】：双眼竞争 稳态视觉诱发电位 语义识别 N400 连续闪烁抑制
【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R339.1
【目录】：

• 缩略词表5-6
• 中文摘要6-9
• 英文摘要9-13
• 前言13-19
• 第一部分：稳态视觉诱发电位(SSVEP)实验平台的搭建19-27
• 材料与方法19-22
• 1. 硬件的选用与连接19-20
• 2. 软件系统的设计与开发20-21
• 3. 受试者敏感SSVEP诱发频率的筛选21-22
• 结果22-24
• 1. SSVEP硬件系统的实现22
• 2. 软件系统的实现22-23
• 3. 系统验证与SSVEP诱发频率的筛选23-24
• 讨论24-27
• 第二部分：基于双眼竞争范式与EEG的面孔视觉感知状态评价及其与梭状回脑电活动相关性分析27-35
• 材料与方法28-29
• 1. 受试者28
• 2. 刺激呈现28
• 3. 数据获取28-29
• 4. SSVEP数据分析29
• 5. 相关性分析29
• 结果29-32
• 1. SSVEP的时频分析29-30
• 2. 双眼竞争指标的客观评价30-32
• 3. SSVEP信号与FFA局部场电位的相关性分析32
• 讨论32-35
• 第三部分：双眼竞争范式下语义无意识加工的视觉高级功能研究35-50
• 实验一：形状触觉和温度触觉对语义的无意识加工影响35-45
• 实验 136-40
• 方法36-38
• 1. 受试者36
• 2. 实验设计36-37
• 3. 仪器设备37
• 4. 实验方法37-38
• 5. 实验流程38
• 结果与分析38-39
• 讨论39-40
• 实验 240-43
• 方法40-41
• 1. 受试者40
• 2. 实验设计40
• 3. 仪器设备40
• 4. 实验方法40
• 5. 实验流程40-41
• 结果41-42
• 讨论42-43
• 总讨论43-45
• 实验二：基于事件相关电位N400 成分的文字语义无意识加工研究45-50
• 材料和方法45-46
• 1. 受试者45
• 2. 设备45
• 3. 电生理记录和分析45-46
• 4. 刺激和试验过程46
• 结果46-48
• 讨论48-50
• 结论50-51
• 参考文献51-55
• 中文综述55-65
• 参考文献62-65
• 个人简历65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张雅静;宾光宇;高小榕;;双眼竞争平均交替速率的客观检测[J];清华大学学报(自然科学版);2008年06期

  本文关键词：基于双眼竞争范式与EEG的视觉信息处理相关实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：367062