面孔识别研究中的眼动聚光灯扩展技术

引言

面孔加工是社会动物诸如人类的一种基本能力。尽管这个领域的研究数量庞大，但这种关键的生物技能中所包含的加工的确切本质和特征还是一个有待讨论的问题。由不同作者提出的理论解释的差异的一个潜在的原因，可能是由于当前学界对于面孔加工的本质存在分歧，即在面孔识别过程中究竟使用整体/构形加工模式还是特征加工模式。

最近，McKone将整体/构形加工定义为“一种对于面孔内部全部特征信息的特殊知觉加工形式”并承认“这种面孔加工方式的确切模式还不清楚”。现在有一些作者也提出了相似的观点。说明如果面孔识别的加工过程中包含的准确本质并没有被正式定义，同时所有替代性解释没有适当地被排除，那么特殊的实验情况或被试群体参与整体、构形或特征加工的特定任务的结果将可能造成加工策略的误导。为了解决这个问题，Miellet等运用了聚光灯扩展技术来隔离面孔加工过程中眼睛对信息积极的收集。通过隔离视觉信息进入面孔系统，以及获取这些信息的策略，我们至少可以使干扰因素降到最低，使面孔加工起作用。这种方法可能会促进加工信息更好地被理解并提取代表性面孔信息。

面孔识别

面孔会产生一种既特别又很普遍的视觉刺激，在日常生活中，面孔是人们识别他人身份信息最直观的标志。面孔中包含有大量的信息，通过面孔人们可以对他人的性别、年龄、情绪、社会地位等很多非语言信息有所了解与判断。人的一生要处理成千上万的面孔信息，因此要能够对面孔信息进行迅速、有效的加工，才能更好地适应社会。

面孔识别是一项基本的认知能力，即面孔识别有特殊的大脑加工过程，拥有着与非面孔物体不同的识别加工过程，心理学者们对这一观点已达成共识。有研究表明，人类自出生以来就具备了区分面孔与非面孔物体的能力，具体就体现在婴儿对面孔刺激的关注远远超过了对其他物体的关注。

聚光灯扩展技术

聚光灯扩展（Expanding Spotlight）技术是面孔识别研究较为新颖的技术，是Sébastien Mielle等人基于其团队提出的 Blindspot 技术和 Spotlight 技术在早先研究中的局限而提出的一种新型技术。Expanding Spotlight 是指在中性刺激模版（来自所有实验刺激）上围绕点呈现一个2°的高斯光阑后以1°/25 ms的速度平滑扩展光阑面积直至刺激完全显示。使用 Expanding Spotlight 技术时，通常需要操作者指定模版与实验刺激之间特征的对应关系。我们称 Expanding Spotlight为聚光灯扩展。在结合Expanding Spotlight技术对面孔识别的研究中，该技术将不同面孔集合起来集成中性面孔（average face template），然后通过电脑以类似于电影的方式在模板上显示由一个逐渐扩展的光阑呈现，如图1所示。

聚光灯扩展技术在面孔识别相关研究中的应用，将使人类面孔识别过程中所需的信息更加完整地显现出来，在中性面孔上不同区域的注视时间将使得该区域目标面孔信息逐漸增加。这种技术的运用将对人类在面孔识别中所需的信息进一步精确到面孔信息某一点的某个半径范围内，在探索人类面孔识别过程以及策略的同时，将为人工智能领域的面部识别模拟提供新的思路和途径。

面孔识别的研究进展

自达尔文时代起，人们就开始对面孔的知觉规律进行研究，揭示了表情的跨文化一致性。20世纪70年代，Ekman 和 Frisen 系统地研究了人脸基本表情的文化普遍性，提出面部表情编码系统（FACS），用44个运动单元来描述人脸表情变化，并从解剖学角度提出了6种基本的面部表情。20世纪80年代，Bruce和Young基于大量的行为实验、日常观察以及临床结果提出了经典的面孔识别功能模型。自此，面孔识别成为认知科学研究领域中的热点问题之一。

目前，面孔识别的研究主要包括面孔识别中特征和结构信息的作用规律、本族偏向以及儿童面孔识别发展规律等三个方面。对特征和结构信息的作用规律的研究形成了面孔识别的整体说、专家系统说、认知模型和交互激活竞争模型等主要理论和模型。

面孔识别研究中的一个重要问题是我们对面孔进行识别时，是如何加工的？是基于面孔的局部的成分特征，还是基于面孔的整体结构。至今，大部分研究结果支持的是面孔识别是基于面孔的整体结构。在面孔认知研究中，目前主要存在三种理论，即特征说、结构说和整体说。

特征说认为面孔加工过程主要对特征信息进行加工，特征信息是指面孔上相对独立的器官，如眼睛、鼻子、嘴巴等。

结构说认为面孔加工过程除了特征信息加工之外，更主要是结构信息的加工，结构信息是指面孔上特征之间的空间关系及版面布局信息。面孔认知研究中一直存在着局部和整体加工方式之争。Leder等人认为，面孔主要以局部特征信息进行加工，整体面孔只不过是各特征的简单总和。而且这些特征信息在面孔加工过程中具有不同的相对重要性，从大到小依次为内轮廓、外轮廓、眼部、嘴巴和鼻子。很显然，特征说支持的是面孔的局部加工方式。

Gelder等人把结构加工等同于整体加工。然而，Leder等人则认为在面孔加工过程中起关键作用的是特征之间的空间关系，而不是整体模板。如有人考察了局部结构信息（两眼间的距离）在正向和倒置面孔中的作用，发现局部结构信息在面孔加工中起着关键作用，而无须进行整体加工。

随着ERPs技术和fMRI技术在心理学领域的广泛应用，结合面孔识别的眼动行为实验研究结果，深入探讨面孔识别模式背后的认知神经机制，将是今后面孔识别模式相关研究和人工智能领域应用中十分关键的一部分。

参考文献：

[1]Mckone， E. Holistic processing for faces operates over a wide range of sizes but is strongest at identification rather than conversational distances[J]. Journal of Vision， 2009 （2）： 268-283.

[3]Richler Jennifer J，Palmeri Thomas J，Gauthier Isabel. Meanings， mechanisms， and measures of holistic processing.[J]. Frontiers in psychology，2012，3.

[4]Piepers D W ， Robbins R A . A Review and Clarification of the Terms “holistic”， “configural” and “relational” in the Face Perception Literature[J]. Frontiers in Psychology， 2012， 3（559）：559.

[5]Sébastien， Miellet， LucaVizioli， Lingnan， He. Mapping face recognition information use across cultures[J]. Fontiers in PSYCHOLOGY， 2013（4）： 1-12.

[6]Morton， J， Johnson， M， H. CONSPEC and CONLERN： A Two-Process Theory of Infant Face Recognition[J]. Psychological Review， 1991， 98（2）： 164-181.

[7]Bruce.V， Young， A.. Understanding face recognition[J]. British Journal of Psychology， 1986（77）： 305-327.

[8]Leder， H， Bruce， V. When inverted faces are recognized：The role of configural information in face recognition[J]. Journal of Experimental Psychology， 2000， 53（2）： 513-536.

[9]Gelder， B， Rouw， R. Paradoxical configuration effects for faces and objects in prosopagnosia[J]. Neuropsychologia， 2000 （38）： 1271-1279.

作者簡介：高嘉成（1993—），男，汉族，新疆人，助教，硕士研究生，新疆师范大学心理学院，研究方向：认知与人格发展研究。