报告人：Prof. David Melcher

整理人：贾建荣

审核人：罗欢

知觉是连续的还是离散的？

       关于知觉是连续的还是离散的，早期的科学家就进行过类似的思考。William James（1890）认为意识不能分割为独立的单元，意识是连续的“流”。然而另一位科学家Karl Ernst Von Baer（1862）则认为感觉过程并不是连续的，是由一系列独立的“时刻”联结而成。早期的物理学家和心理学家也试图去测量这个感觉或者身体运动的速率，发现大概是1/6秒，最快1/10秒。这些思考揭示了主观感觉可能由独立离散的“时刻”联结而成，它的速率可能与动物的感觉信息加工和运动的速度相关。

大脑对于感觉信息的分割和整合

       客观世界的感觉信息输入是连续的，然而这些连续的输入受到大脑信息处理自上而下的影响。注意、预期和动机等因素都可以将连续的感觉输入进行分割，成为离散的信息组块。神经系统的反馈性加工与上述自上而下因素的交互影响，也会使得信息加工离散地发生在特定的时间上。近年来出现了很多关于知觉信息离散加工的研究。这些研究发现知觉信息加工存在一定的周期，并且这个周期与大脑内生的神经振荡密切相关，也有一些研究认为，知觉信息加工的周期与感知运动信息采样（例如眼动）的节律紧密相关。

       感觉信息的输入虽然是连续的，但是知觉系统会将一定时间内的信息整合起来。例如，当两个刺激先后出现的时间间隔小于40毫秒时，人的知觉系统会认为这两个刺激是同时出现的。在前掩蔽和后掩蔽实验中，当掩蔽刺激与目标刺激的时间间隔小于100毫秒时，人会将掩蔽刺激和目标刺激整合成一个刺激进行加工。还有一些类似的现象，比如似动，当两个位置的刺激以一定节律交替出现时，人会知觉到只有一个刺激在两个位置之间移动。这种知觉系统对感觉输入在时间上的整合不仅发生在视觉信息加工中，在语言听觉信息加工中也是如此。

研究的问题：

       1）离散的知觉过程（信息分割和信息整合）是否依赖于刺激呈现之前的大脑状态？2）刺激出现前的神经振荡相位是否决定信息的分割和整合？3）信息的分割和整合是由单一的神经振荡节律（主控制节律，例如Alpha节律）决定的还是由多个神经振荡节律共同决定（多层次理论）？4）哪一个大脑区域或者网络与知觉的时间节律相关？Melcher教授组用两个研究来回答这些问题。

刺激出现前的神经振荡相位影响信息的分割和整合

       在第一个研究中(Ronconi, Oosterhof, Bonmassar, & Melcher, 2017)，Melcher教授组在双闪融合（Two-flash fusion）和似动（Apparent motion）两种条件下通过调节两个闪光光点之间的SOA使被试产生双稳态知觉。在双闪融合条件下，被试在接近一半的试次中知觉到一个闪光，这种试次表示被试对两个闪光进行了整合。而在另一半试次中知觉到两次闪光，在这种试次中被试对两次闪光信息进行了分割。在似动条件下，被试在一半试次中知觉到一个光点向上移动，对于两个光点的信息进行了整合。在另一半试次中，被试知觉到两个光点交替呈现，对于两个光点的信息进行了分割。

       Melcher教授组以刺激出现前的脑电活动的相位信息为特征向量，使用机器学习算法来解码被试在上述两种条件下知觉到一个光点还是两个光点。结果发现，在两种条件下，都是右侧后顶叶的电极能够解码被试的知觉选择。在双闪融合条件下，在第一个刺激呈现前的Alpha频段的相位能够解码知觉结果。在似动条件下，第一个刺激出现前的Theta频段的相位能够解码知觉结果。

       本研究的结果说明，不同任务的行为选择依赖于刺激呈现前的大脑神经振荡相位。不同行为任务的信息时间整合窗口依赖于不同频率的神经振荡，不存在统一的主控制节律。

通过Entrain神经振荡来调节知觉信息分割和整合

       在第二个研究中(Ronconi & Melcher, 2017)，Melcher教授组使用视听觉刺激来Entrain不同频率的神经振荡，之后在不同的SOA上使用时间密集采样的方法呈现一个双闪刺激，以此来考察Entrainment之后视知觉信息整合是否依赖于Entrain出来的神经振荡相位。

       他们的第一个实验中，在两组被试上分别Entrain出11.5赫兹和8.5赫兹的神经振荡。结果发现，在Entrainment之后的双闪刺激中，被试的知觉结果（单个光点还是两个光点）在时间上呈现振荡属性，并且振荡的频率依赖于前面的Entrainment频率。这说明Entrainment确实能够改变被试的神经振荡，从而影响被试对于接下来的视觉信息的时间整合。

       为了避免被试间比较带来的其他混淆因素（实验条件的差异可能是被试本身的差异），在第二个实验中Melcher教授组在同一组被试上Entrain了四种频率的神经振荡，分别是一个Theta振荡（6.5赫兹）和两个Alpha振荡（8.5和11.5赫兹）以及一个Beta振荡（14.5赫兹）。结果发现，Theta和Alpha频段的Entrainment能够影响之后的视知觉信息整合。Beta频段的Entrainment不能影响之后的视知觉信息整合。

       总结这些研究结果发现，视知觉存在多个节律，并不是由单一的节律决定的。视知觉的节律与特定的神经振荡相关，并且可以通过Entrain这些神经振荡的节律来调节视知觉的节律。这些发现证明了大脑的时间动态信息加工在知觉、注意和行为中的重要性。

       在讲座的最后，Melcher教授与在场的师生进行了热烈的讨论。

参考文献：

Ronconi, L., & Melcher, D. (2017). The Role of Oscillatory Phase in Determining the Temporal Organization of Perception: Evidence from Sensory Entrainment. The Journal of Neuroscience, 37(44), 10636–10644. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1704-17.2017

Ronconi, L., Oosterhof, N. N., Bonmassar, C., & Melcher, D. (2017). Multiple oscillatory rhythms determine the temporal organization of perception. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(51), 13435–13440. https://doi.org/10.1073/pnas.1714522114