面部识别的理论概述

王海静（西北师范大学教育学院学前教育系，甘肃兰州，730070）

王志丹（西北师范大学教育学院心理系，甘肃兰州，730070）

面部识别的理论概述

王海静（西北师范大学教育学院学前教育系，甘肃兰州，730070）

王志丹（西北师范大学教育学院心理系，甘肃兰州，730070）

目前关于面部识别能力的发展理论仍处于争论之中，其中具有代表性的两种理论分别是面部特有知觉发展理论和一般认知发展理论。在此对这两种理论进行了详细论述。同时，介绍目前面部识别领域中两个主要的认知模型，分别是布鲁斯—杨的面孔识别认知模型和伯顿与布鲁斯的交互激活与竞争模型。未来的研究仍将围绕着面部知觉的数量或质量随着年龄增加是否有变化而进行。

面部识别；整体加工；结构编码

通过人的面部特征去再认的能力，也就是对于面部区别性特征的视觉加工能力是人类社会相互作用的基础。人们对于面部识别能力的发展一直有着浓厚的兴趣，尤其是关于儿童的知觉能力何时才能达到成人水平这个问题更是认知心理学所关注的重点。尽管所有的实验研究都显示出在儿童早期的面部识别能力从童年期到青春期一直在持续地快速发展，但最近的一些研究得出了新的结论。儿童在实验环境中对面部记忆的再认能力会显著的提高，大约经过5年时间也就是在青春期晚期达到成人水平。这不仅仅是记忆现象，在进行知觉面部差异的任务中，5岁儿童和成人几乎表现出了同样的水平。在这里我们要说明的问题是为什么这种延迟发展会在儿童执行任务中发生。从文献中，我们确定了两个基本的理论，第一是面部特殊知觉理论，学者们认为一个非常重要的因素是持续不断发展的面部特殊知觉机制；第二是认知的一般发展理论，认为在儿童早期面部知觉能力就已经成熟，在以后任务执行中所有的发展都反应在全面认知机制的提高上，例如视觉注意、外显记忆能力等等。我们所感兴趣的是面部识别的认知机制，这里介绍了两种理论，分别是布鲁斯-杨面孔识别认知模型和交互激活与竞争模型。

一、面部识别的发展理论

（一）面部特有知觉发展理论

尽管我们承认婴儿早期知觉的发展，但是面部特有知觉发展理论者认为面部知觉本身的发展要持续到儿童期晚期，这是因为对于面部经验的不断延伸所导致的。面部编码能力的持续提高直接源于在知觉任务（如面部识别）中能力的提高以及记忆的提高，例如，对于新面孔提供了更多的有利编码的因素，或在与干扰物比较时能提取得更准确。

关于面部知觉本质的变化，有三种不同的观点［1］。一种观点认为是因为在整体/构造加工过程中的进步（因此被称作整体加工过程）。关于这种面部识别的“特殊”方式的准确本质还不能全部明了，但是以下两个方面已经被研究者广泛认可：（a）对于整个面部信息具有很强的知觉整合；（b）当面部空间特征偏离基本的一级结构时，将以“二级”方式进行加工（例如，两眼，高于鼻子，高于嘴）。另一种理论认为知觉整合和对空间信息的编码是两个相互独立的部分。第三种理论提出针对所有的面部信息包括空间信息具有专门的整合表征系统。重要的是，后两种理论都赞同整体加工在刺激物倒置时更敏感。

对于成人而言，整体加工与几个标准范式相联系。面部产生不成比例的倒转时将影响再认记忆［2，3］。如果物体在学习和测验时都倒置，那么关于这种物体的记忆将比在垂直条件下的记忆要差，但是倒置效应对面部（25%减量）比对其他许多种类的物体的影响更大。权威的假设认为这种现象的发生是因为整体加工操作只适用于垂直的面部，研究支持了这样的结论——当使一个人的脸的上半部分和另一个人的脸的下半部分结合在一起时，这种组合的影响将使其知觉为一个“新人”，并且比在不组合的条件下去认出上半部分的脸更困难。在整体—部分效应中的孤立的条件下对于面部部分的记忆（比尔德鼻子与约翰的鼻子）比与原来整个面部有联系（比尔德鼻子在比尔的脸上与约翰的鼻子在比尔的脸上）的条件下的记忆更差。在部分与整体这两个变量间，对于面部的部分（比尔的鼻子）记忆，当在整个面部空间改变（比尔的鼻子在比尔的德脸上而眼睛分的更开）的条件下比在未改变整个面部空间的条件下的记忆更差，这个结论与大多数其他证实在具有准确空间的垂直面部下具有更好的敏感性的研究相一致。在垂直面部上产生的整体效应在面部倒置、合成脸和其他物体包括房子、车、狗出现时，不论是新手还是内行，都会消失或者减少。

对于儿童而言，一个早期发展理论认为整体加工最早在10个月左右就出现了。最近的一些研究提出［1］，在儿童早期，整体加工的一些方面就已经成熟，但是其余的关于面部经验的扩充方面将持续发展直至青春期。并且明确提出关于整体加工的哪些方面将发展，包括Carey和Diamond的“神秘因素”，及Mondloch et al提出的对于面部特征空间的敏感性。

关于面部特有知觉发展理论的第二种说法——“面部空间”也将得到发展，它也被命名为多纬度的空间。空间编码的自然属性将区分不同的脸，每一个个体是一个点，且中心是通常的面部。面部空间已经用来解释若干成人面部识别的特性，比如典型与特色脸效应、漫画讽刺效应、对有吸引力脸的偏好和适应余波［4］。同时，其他种类的效应——比起个体专有种类的识别更差，这经常被解释为面部空间维度被调整以适应最经常被看到的面部类型，导致对其他种类的面部困难的产生和混淆错误。

关于发展，大部分面部空间理论的一个关键的假设是面部空间的纬度是有经验所决定的，并且在一生中持续的调整。理论上，提出儿童也许比成人更少的使用纬度，或者儿童的面部空间被少数家人模式所占据，所以影响了面部知觉的功能。面部空间维度也对已经呈现过的一系列面部的快速反应提出质疑，另一种可能与年龄相关的改变就是儿童的面部空间也许对儿童的面部更适应，而成人的面部空间也许对成人的面部更适应，假设在不同年龄组对于对最近出现每一脸的类型的识别之间存在差别。

关于面部特有知觉发展理论的第三种说法是对于新颖面部的知觉编码能力的发展。Carey提出“儿童早期不会像成人那样熟练地对新遇到的面部形成表征”。因此，即使儿童早期的整体加工和面部空间编码和成人相似，在早期儿童身上的衰减也许会在对出现过一次的面部进行编码这样困难的任务中出现。

总之，面部特有知觉发展理论认为5岁儿童和成人在面部识别任务中的提高主要是由于面部知觉系统内部的改变（尽管它不能完全地否认从一般认知发展那里所得到的支持）。儿童面部知觉能力的发展可能源于这些改变：整体加工的方面、面部空间和对新颖面部的知觉编码。

（二）一般认知发展理论

我们将要提到的第二种理论是一般认知发展理论。此理论认为4-5岁甚至更早在面部识别任务中的提高是完全由于一般认知因素的发展［5，6］。以此任务为例，可能包括以下因素：记忆能力；针对任务使用策略的能力；集中于任务且避免分心的能力；缩小在视觉注意上的集中；早期的视觉加工能力以便作出区别对排列在一起的（标尺敏锐）和一般神经过程影响反应的时间（视觉尽早投射到面部识别区域的速度，神经反应速度）。所有的这些因素在整个童年期都会不断改进，并且大多数的改进将持续到青春期。重要的是，一般认知发展理论主张对于面部的知觉编码能力完全是由于早期的成熟。在试验中得出的所有后来的发展都可以解释为其他因素的发展。Crookes和McKone的最新研究支持了这种理论［7］，他们将人脸和狗相匹配，假设如果从5岁到成人期间整体加工过程是发展的话，那么随着年龄的增长对于人脸记忆的准确率应该比对狗的记忆增长要快。但是，结果却表明对人脸的记忆准确率和对狗的记忆的增长速率之间不存在差异，支持了这种增长是一般认知因素发展的结果。同样，如果整体加工过程是发展的话，成人对于人脸的倒置效应与对狗的倒置效应之间的差异应该大于儿童。但是，这种结果也没有被发现，而表明了7岁的儿童已经表现出了对于人脸的倒置效应，这种效应比对于狗的倒置效应要大的多，同时这种差异没有随着年龄的增长而改变。对于人脸的倒置效应也没有随着年龄的增长而改变，这种结果也强烈地支持了面部感知整体加工的所有方面在早期就已经成熟。

二、面部识别的认知理论模型

认知心理学家提出了很多面孔识别的认知模型，试图解释熟悉的面孔是如何被识别的，陌生面孔是如何成为熟悉面孔的。

（一）布鲁斯—杨面孔识别认知模型及交互激活与竞争模型

目前影响较大的模型是布鲁斯—杨（Bruce-Young）于1986年提出来的面孔认知模型［8］。该模型认为，无论陌生面孔还是非陌生面孔，皆首先进行结构编码（第一阶段），然后陌生面孔和非陌生面孔分别进入两条独立的通道进行加工（第二阶段），第一条通道进行视觉加工（陌生面孔的加工），第二条通道进行面孔再认（非陌生面孔的加工）。两条通道的输出结果都进入认知系统，对信息整合、决策。

第一阶段：结构编码。包括：静态的图形编码（面孔的亮度、质地、斑点及发型等）；动态的图像编码（较抽象的视觉表征，如表情、姿势和头的仰角等）。

第二阶段：第一条通道——视觉加工通道（陌生面孔的加工）。该模型认为，陌生面孔的加工的视觉加工通道包括以下两种：视觉直接加工（性别、年龄和种族）和表情分析。模型表明，表情分析与视觉直接加工一样，属于第一通道，与面孔再认通道分离。总之，这些证据支持了表情分析与面孔再认属于不同的功能模块，但不支持面孔表情加工是结构编码的结果，表情加工和视觉加工可能是更早出现或与结构编码同时进行的。

第二条通道——面孔再认通道（非陌生面孔的加工）。该模型认为，对非陌生面孔的加工过程是：首先根据前阶段面孔结构编码输出的信息，作出“这是我认识的面孔”的判断，然后激活其个体特征，最后才能通过加工得到名字信息。

布鲁斯—杨面孔识别认知模型既得到了相关实验的印证，如博贝什的实验支持了表情分析与面孔再认的分离，有些实验证明陌生面孔和非陌生面孔的加工机制不同，帕勒等实验支持名字加工相对独立的模型观点的。同时，又得到质疑，如行为实验证明，对表情的加工在无意识状态下进行，不需要注意的参与，不需要意识努力，加工是自动的；ERP实验（Pizzagalli，etal，1999）也证明，表情加工不是结构编码的结果，而是更早出现或与之并行；有些事实不支持“名字只有通过个体特征信息才能被加工”的观点，例如有的遗忘症患者对著名面孔和名字的正确匹配高达88%，但不能回忆起这些面孔的任何个人信息。

（二）交互激活与竞争模型

伯顿和布鲁斯对上述布鲁斯—杨模型进行了修正，提出了交互激活与竞争模型［9］。该模型认为，面孔识别单位和名字识别单位分别保存面孔和名字的信息，它们是并行的，不是布鲁斯—杨模型的串行关系。它们都可以激活个体特征，具有交互与竞争机活的关系。个体特征存储在语义信息单位。来自言语的识别信息（言语的识别单位）可以激活名字识别单元，也可以直接激活语义识别单元。

三、研究展望

如果对于一般因素的研究问题一旦解决，关于面部知觉发展的理论将获得突破性的进展。为了解决这个问题，研究者首先需要知道面部识别是否在年龄上有任何性质上的改变，或者是否有任何数量的改变。面部特有知觉发展理论将会得到关于面部知觉的数量或质量随着年龄不断增加的证据的支持。相反，一般认知发展理论则预测没有数量和质量上的改变。

［1］ Aylward，E.H.，Park，J.E.，Field，K.M.，Parsons，A.C.，&Richards，T.L.Brain activation during face perception:Evidence of a developmental change［J］.Journal of Cognitive Neuroscience，2005，17（2）:308-319.

［2］ Marta.Picozzi，Viola.Macchi，Cassia，Chiara.Turati，&Elena.Vescovo.The effect of inversion on 3-to 5-year-olds'recognition of face and nonface visual objects［J］.Journal of Experimental Child Psychology，2009（102）:487-502.

［3］ McKone，E.Face and object recognition:How do they differ?V.Coltheart（Ed.）［M］//Tutorials in visual cognition.HoveUK:Psychology.（in press）.

［4］ Macchi.Cassia，V.，Picozzi，M.，Kuefner，D.，Bricolo，E.&Turati，C.Holistc processing for faces and cars in preschool-aged children and adults:Evidence from the composite effect［J］.Developmental Science，2009，12（2）:236-248.

［5］ Jan-Pieter，Teunisseac，&Beatrice de Gelderb.Face processing in adolescents withautisticdisorder:The inversionandcompositeeffects［J］.Brain and Cognition，2003（52）:285-294.

［6］ Robbins，R.，&McKone，E.No face-like processing for objectsofexpertise in three behavioural tasks［J］.Cognition，2007，103（1）:34-79.

［7］ Kate Crookes，&Elinor McKone.Early maturity of face recognition:No childhood development of holistic processing，novel face encoding，or face-space［J］.Cognition，2009（111）：219-247.

［8］ 魏景汉，阎克乐.认知神经科学基础［M］.北京：人民教育出版社，2008:379-383.

［9］ 艾森克，基恩.认知心理学［M］.高定国，肖晓云，译.上海：华东师范大学出版社，2003:156-170.

Theoretical Overview of the Facial Recognition

WANG Hai-jing，WANG Zhi-dan

The theories about the development of facial recognition are still disputable now.Two of the most important theories are the face-specific perceptual development theory and the general cognitive development theory，which have been elaborated exhaustively in this paper.And meanwhile，this paper introduces two main cognitive models in the facial recognition realm，including the facial recognition cognitive model of Bruce-Young and the interactive and competitive model of Burton and Bruce.The future researches will focus on whether there is a change of the quality or the quantity in facial recognition with the development of age.

facial recognition； holistic processing； structure coding

G40-06

A

王海静（1984-），女，硕士，研究方向为学前儿童心理发展与教育。