人脑时间信息处理的性别差异研究

杨菁菁，李奇，李修军

（长春理工大学计算机科学技术学院，长春 130022）

人脑时间信息处理的性别差异研究

杨菁菁，李奇，李修军

（长春理工大学计算机科学技术学院，长春 130022）

视听觉信息融合特性的研究是脑信息学的重要研究内容之一，同时大脑的性别差异近年来也倍受关注。通过行为学实验技术探索不同性别之间视听觉信息融合特性的差异。实验设计了单独的视觉刺激、单独的听觉刺激和具有不同时间间隔的视听觉刺激，要求被试者对这三种刺激类型的靶刺激进行判断。结果表明只有听觉刺激优先提示或同时提示条件下才有整合作用的发生，男性比女性的整合作用时间晚但反应强。

时间信息处理；性别差异；视听觉信息融合

人脑是超级信息处理系统，可以高速整合来自多感官通道的信息。例如当人们使用电脑时，他们必须看着电脑屏幕，听着音箱的声音、敲打键盘的声音，触摸鼠标或键盘。来自不同感觉器官的信息会有效的形成统一、稳定的知觉信息，这种现象被称为多感觉整合［1-2］。时间信息是影响人脑视听觉通道信息整合的主要因素。当视觉刺激比听觉刺激早50～100ms提示时更容易引起错觉［3］。一些研究者认为视听觉信息的处理存在时间窗，即视听觉刺激提示的时间不一致，在±250ms范围内仍然能被认为是同一事件，从而形成视听觉整合作用［4-5］。性别作为影响人类认知行为的重要因素，已经成为脑科学研究的热门话题，性别差异专指男性群体和女性群体之间某种稳定的差异，是群体水平上的比较［6］。当视听觉信息不同步时，男性和女性大脑信息的处理会有怎样的不同，它的神经机制尚不明确。本文选择男性、女性两测试组，设计了单独视觉刺激、单独听觉刺激和具有不同时间间隔的视听觉刺激，要求被试者对这三种刺激类型的靶刺激进行判断，对人脑时间信息处理的性别差异进行研究。

1 实验方法

1.1 被试者

14名志愿者参与了本次实验，其中男性7人，女性7人，均为长春理工大学在读本科生，年龄在20～24周岁。被试听力正常，视力或者矫正视力正常，皆为右利手，身心健康，对所有被试者在实验前进行了实验相关说明，要求被试者注意力集中，发现靶刺激后尽快而且准确地进行按键反应。

1.2 实验材料

实验刺激由视觉刺激（V）、听觉刺激（A）和视听觉刺激（AV）组成。每种刺激类型都包括标准刺激和靶刺激。单独视觉标准刺激由白色水平方波光栅组成，视角3°，提示时间105ms（图1）。单独听觉标准刺激，1600Hz纯音，声强65dB，时间长度105ms（包括10ms渐强和渐弱）。视听觉标准刺激由单独听觉标准刺激和单独视觉标准刺激组成，视听觉刺激根据时间间隔（SOA）不同分为5种，SOA分别为-100ms、-50ms、0ms、50ms和100ms。“-”表示听觉刺激呈现在视觉刺激前。“SOA=0ms”表示视觉刺激和听觉刺激同时呈现。视觉刺激通过17寸显示器提示，听觉刺激通过显示器左右两侧的音箱提示。

单独视觉靶刺激和听觉靶刺激与单独视觉标准刺激和听觉标准刺激相似，只是刺激提示中间出现间断，使被试者感觉视觉刺激发生了闪烁，听觉刺激出现“嘀-嘀”间断感。视听觉靶刺激由单独听觉靶刺激和单独视觉靶刺激组成。

图1 实验装置示意图

1.3 实验过程

实验在一个隔音的电磁屏蔽暗室中进行。视觉图片通过17寸显示器提示，被试者与屏幕距离130cm，下巴放在下颌托上。每次实验开始时，先在屏幕中央呈现一个注视点“+”2000ms，注视点消失后随机呈现空屏800～1200ms，接着视觉、听觉、视听觉刺激随机呈现。被试者的任务是对所有的靶刺激按鼠标左键，记录被试者的反应时间及正确率。每种刺激类型包括20%的靶刺激。

1.4 数据采集与分析

刺激提示采用Presentation软件（Version 0.71）来呈现。实验记录了每种刺激类型的反应时间和正确率，并通过SPSS进行了重复测量方差分析（Repeated measure ANOVA）。

为了调查双通道刺激的促进性，是否源于整合作用，本实验采用独立竞争模型来分析。这一模型采用反应时间的累积分布函数（cumulative distribution functions CDFs）对每种实验刺激的反应时间进行统计分析。以10ms为间隔，计算从刺激提示后240ms至840ms每个时间段的反应时间概率。标准竞争模型为：［P（A）+P（V）］-［P（A）×P（V）］［7］。然后把SOA分别为-100ms、-50ms、0ms、50ms和100ms的5种不同时间间隔的双通道刺激累积分布函数与标准竞争模型相减，如果差大于零，说明视听通道发生了整合作用。

2 结果分析

反应时间是从刺激提示开始到被试者按键所用的时间，单位为毫秒（ms），按照男性、女性和7种刺激类型分别统计求出平均反应时间（图2），A100V表示听觉比视觉刺激早100毫秒提示，AV表示视听觉刺激同时提示。经过统计分析发现男女生之间对各种类型的平均反应时间没有差异［F（1，6）= 0.040，p=0.847］，各种刺激类型间差异显著［F（1，6）=21.440，p=0.004］，五种类型的双通道刺激的反应时间明显比单独通道短，视听觉刺激同时提示时反应时间最短。性别和刺激类型间没有发现交互作用［F（1，6）=0.426，p=0.857］。

图2 平均反应时间结果图

正确率是被试者对每种靶刺激做出正确判断的次数占总次数的比例，图3显示了男女两组被试者对各种刺激的反应正确率。经过统计分析发现只有女性对视觉刺激的反应正确率高于男性（p=0.017），总体男女生之间对各种类型的平均反应正确率没有差异［F（1，6）=3.784，p=0.100］，各种刺激类型间差异显著［F（1，6）=18.168，p=0.005］，五种类型的双通道刺激的正确率明显比单独通道高。性别和刺激类型间没有发现交互作用［F（1，6）=1.477，p= 0.214］。

从反应时间和正确率结果来看，即使双通道视听觉刺激存在时间差，在±100ms范围内仍然能够促进视听觉刺激的判断，使被试者的反应更快更准确。这与先前的研究结果一致，多通道刺激会减少判断的不确定性［8］。

图3 正确率结果图

图4 独立竞争模型分析结果图

图4显示的是独立竞争模型分析结果，男女两组在A100V、A50V和AV条件下的累积分布函数与标准竞争模型具有显著差别，即听觉刺激先提示和视听觉同时提示的条件下，有多感觉的整合作用发生，而视觉在先的情况下没有诱发多感觉整合。男性对AV条件的促进作用显著，时间范围是320ms到460ms，峰值在370ms（14.8%），而女性对AV条件的促进作用时间范围是300ms到460ms，峰值在390ms（11.0%）。在A100V条件下促进作用的时间范围：男性330ms到420ms，峰值370ms（12.4%），女性310ms到410ms，峰值350ms（10.1%）。在A50V条件下促进作用的时间范围：男性310ms到400ms，峰值350ms（6.0%），女性300ms到400ms，峰值350ms（8.6%）。

通过对反应时间进行累积分布分析，发现整合作用发生的时间范围男性比女性晚10ms，但作用比女性强，这可能源于男性对视觉刺激判断的正确率比女性低，刺激信息越难判断，整合效果越强［9］。

3 结论

本实验目的在于研究不同性别之间视听觉时间信息融合特性的差异。即使双通道视听觉刺激存在时间差，在±100ms范围内仍然促进视听觉刺激的判断。反应时间累积分布分析发现，只有听觉刺激优先提示或同时提示时视听通道发生了整合作用，视听觉刺激优先的条件下没有整合作用。整合作用发生的时间范围男性比女性要晚，但是作用比女性强。

［1］Li Qi，Wu Jinglong，Touge Tetsuo.Audiovisual interaction enhances auditory detection in late stage：anevent-relatedpotentialstudy［J］.Neuroreport，2010，21（3）：173-178.

［2］李奇，杨菁菁，武岩，等.视听觉信息整合脑机制研究［M］.北京：国防工业出版社，2014.

［3］SarahE.Donohue，KennethC.Roberts，Tineke Grent-’t-Jong，et al.The cross-modal spread of attention reveals differential constraints for the temporal and spatial linking of visual and auditory stimulus events［J］.The Journal of Neuroscience，2011，31（22）：7982-7990.

［4］Charles Spence，Sarah Squire.Multisensory integration：maintaining dispatch the perception of synchrony［J］.Current Biology，2003（13）：519-521.

［5］Yang Jingjing.The effects of temporal information on audiovisual integration［D］.Japan：Okayama Univercity，2014.

［6］杨天亮，辛斐，雷旭.人类大脑结构和功能的性别差异：来自脑成像研究的证据［J］.心理科学进展，2015，23（4）：571-581.

［7］JinglongWu，WeipingYang，YulinGao，etal. Age-related multisensory integration elicited by peripherally presented audiovisual stimuli［J］.NeuroReport，2012（23）：616-620.

［8］Lippert M，Logothetis NK，Kayser C.Improvement of visual contrast detection by a simultaneous sound［J］.Brain research，2007（1173）：102-109.

［9］Daniel Senkowski，Dave Saint-Amour，Marion Höfle，etal.Multisensoryinteractionsinearlyevoked brain activity follow the principle of inverse effectiveness［J］.NeuroImage，2011（56）：2200-2208.

Gender Differences in Temporal Information Processing in Human Brain

YANG Jingjing，LI Qi，LI Xiujun
（School of Computer Science and Technology，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022）

Audiovisual information fusion is one of important contents in research of brain information.Recently，increased emphasis has been placed on the investigation of gender differences in the human brain.This work investigated the difference of audiovisual information fusion between different genders by behavioral experiments.Unimodal visual stimuli，unimodal auditory stimuli，and multimodal audiovisual stimuli were contained in this work.The multimodal audiovisual stimulus consisted of both unimodal A and unimodal V stimuli onset asynchrony.The participants both attend to the auditory and visual modal，and press the mouse when the target stimuli were presented.The results showed that the integration of the male was more than that of the female，but the effect was stronger than that of the female.

temporal information processing；gender differences；audiovisual information fusion

Q983+.5

A

1672-9870（2016）06-0119-03

2016-09-15

吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目（2015-68）

杨菁菁（1979-），女，博士，助理研究员，E-mail：yangjingjing@cust.edu.cn