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恒河猴面部感知错觉

2018年11月21日 浏览量: 评论(0) 来源:Current Biology, Volume 27, Issue 16, 21 August 2017, Pages 2505-2509.e2 作者:李晓菲译 责任编辑:admin
摘要:人类和非人类灵长类动物的面部感知快速准确。在人脑中,视觉处理区域的网络是专门面向面部的。虽然人脸处理是灵长类视觉系统的一个优先事项,但人脸检测并不可靠。脸部错觉症是指在无生命的物体上感知脸部特征的令人信服的错觉,例如月球表面的虚幻脸部。虽然面部错觉通常由人类经历,但它在其他物种中的存在是未知的。在视觉偏好任务中,猴子观察人类观察者诱发面孔错觉的物体的照片的时间比观察不诱发幻觉的类似物体的照片的时间长。
摘要:人类和非人类灵长类动物的面部感知快速准确。在人脑中,视觉处理区域的网络是专门面向面部的。虽然人脸处理是灵长类视觉系统的一个优先事项,但人脸检测并不可靠。脸部错觉症是指在无生命的物体上感知脸部特征的令人信服的错觉,例如月球表面的虚幻脸部。虽然面部错觉通常由人类经历,但它在其他物种中的存在是未知的。在视觉偏好任务中,猴子观察人类观察者诱发面孔错觉的物体的照片的时间比观察不诱发幻觉的类似物体的照片的时间长。对眼球运动的研究显示,猴子把虚幻的面部内部特征固定在一个与他们观察面部照片的方式一致的模式中。例如,错觉狂可能是人类感知抽象能力的产物,或者是由于经常接触卡通片和插图而导致的,这些卡通片和插图将无生命的物体拟人化。相反,我们的结果表明,对无生命物体的虚幻面部特征的感知是由我们与其他物种所共有的广泛调谐的面部检测机制驱动的。
 
关键词:面孔感知  脸部识别  视觉偏好  猴子行为  眼球运动
 
结果和讨论:为了评估恒河猴是否面部错觉狂,我们聚焦于人类观察者判断的虚幻面孔自然发生的例子。我们收集了15张来自公共领域的无生命物体(例如,食物、器具和工具)的照片,这些物体被展示来促进对虚幻面孔的感知,另外还有15张等同物体的照片,这些物体没有被感知为包含虚幻面孔。 我们通过收集十个观察者的行为评分,确认了独立的人类观察者在每个刺激中要么察觉到一张虚幻的面孔,要么察觉不到一张虚幻的面孔。我们测试了猴子是否在诱发人类面部偏瘫的刺激中感知到虚幻的面部结构,使用已建立的范例,该范例已被成功地用于测量非语言受试者的面部检测,包括人类婴儿和恒河猴。在自由观看的视觉偏好任务中,我们给猴子呈现了一对刺激物,并测量了它们观察每个刺激物的时间。. 众所周知,人类和猴子面部看起来比其他刺激物长。因此,如果猴子在与人类相同的物体中感知到虚幻的脸部结构,那么它们应该花更长的时间观察包含虚幻脸部的物体,而不是观察不包含虚幻脸部的类似物体。第二个相关的测量是固定在实验刺激物上的位置,因为猴子和人在自由观察条件下对真实面部的内部特征都做了不成比例的固定次数。因此,如果猴子感知到虚幻的面孔,它们的固定模式应该集中在这些图像的虚幻的“眼睛”和“嘴”区域。我们记录了五只恒河猴在电脑屏幕上接受一对刺激时的眼球运动。在每一个可能的配对中,我们将45个刺激中的每一个呈现相等的次数。行为测量观察时间(LT)表示为动物花费在探索每个视觉刺激上的时间与总呈现时间(5s)的比例。与以前的工作一致,受试者花更多的时间看猴子脸而不是物体。重要的是,与没有虚幻面孔的匹配对象相比,受试者还表现出对具有虚幻面孔的对象的外观偏好。有趣的是,猴子花了更长的时间看那些有着鬼脸的物体,而不是猴子脸。这可能反映了对虚幻面孔的不寻常和出乎意料的性质的反应,也可能反映了对维持同种异体面孔长时间固定的厌恶,这种效应在恒河猴中经常观察到,但未被很好地理解。对第一固定数据的分析产生相同的结果模式;与匹配的对象或猴子脸相比,猴子将初始目光可靠地指向包含虚幻脸的对象。综合起来,这些结果揭示了人类对刺激的清晰观察偏好,这些刺激使人们感知到虚幻的面部结构。
 
为了进一步评估猴子对具有虚幻面孔的物体的外观偏好是否反映了和我们相似的错觉狂的经历,我们检查了它们的眼睛注视模式。我们将每个刺激物分成121个大小相等的方形盒子(高度和宽度均为1°),并统计所有试验中针对45个刺激物每个的分布。对于每个受试者,我们创建一个二维密度图,归一化到最大固定次数,并在所有五个受试者中平均这些固定次数。密度图突出了猴子经常注视猴子脸和虚幻脸的“眼睛”和“嘴”区域,这一发现与人类观察真实脸部的凝视行为一致。在这些区域的高密度的固定明确区分了虚幻的面孔和匹配的对象刺激,这引起更多可变的固定模式。此外,固定物的空间分布显示猴脸和虚幻脸刺激的受试者之间的刺激特异性相关高于匹配对象。
 
我们使用机器学习分类来测试我们是否可以从固定图中系统地预测物体中的虚幻面的存在。在固定地图上,使用带轭的左一范例输出分类器训练线性支持向量机,用于观察具有虚幻脸的对象与匹配对象。对于每个受试者,分类器都能够从原始注视密度图中预测受试者是在看错觉的对象还是内容匹配的对象。结果显示,猴子朝向虚幻面孔的眼球运动模式与匹配的非面孔对象之间存在一致的差异。总的来说,我们的结果提供了强有力的证据,恒河猴自发地感知无生命物体上的虚幻面孔。这种观察提出了抽象的基本问题:是什么促使灵长类视觉系统检测任何特定的物体或图案作为“脸”?人脸检测可以说是人脸感知的最基本的过程,因为系统在进行后续的社会判断之前需要知道人脸的存在。在非人灵长类动物中,几乎所有的面部处理研究都集中在个体识别机制上,例如,提供反转效应、规范编码、整体处理和知觉狭窄的证明。少数明确研究人脸检测的研究主要使用从一组严格控制的人脸刺激中抽取的“真实”人脸的照片,从而最小化低级视觉特征的贡献。本研究中的新方法是特别利用当低级视觉特征被伪装地布置在脸型配置中时出现的假阳性。在人类和非人灵长类中,面部错觉狂的一个关键因素是对其他特征与真实面部明显不一致的刺激有足够的容忍度来检测面部。与面部本身不同的是,引起幻觉的图像在视觉特征上是可变的。恒河猴自然地在这组不同的图像中检测人脸,没有关于最佳面部类别(即,同种或人脸)或用于比较的理想非面部类别的实验假设。在人脸和卡通人脸上训练的人工视觉系统中的人脸检测算法可以类似地检测由人类观察者判断的面部错觉的例子。面部错觉经验并不局限于人类。相反,这种错觉的根本原因很可能是人类和恒河猴共同存在的。符合两个物种的面部处理系统之间的同源性。众所周知,人类和恒河猴在颞下皮质的视觉脑区都有一个复杂的网络,该网络对脸部有优先反应。在这些区域的脑活动的扰动已经显示出影响两个物种的面部刺激行为,包括人脸检测,这被认为是通过模板匹配实现的。虽然脸部模板的精确性质尚待发现,但有证据表明,校准可在出生后继续。从这个角度来看,人们可能期望在人脸检测中物种间存在较大差异。. 然而,对无生命物体中虚幻的面部结构的自发和持续感知表明,人类和猴子的面部检测系统都被广泛地调谐以检测对视觉特性变化的高度容忍的面部特征。两个物种都能够容易地感知无生命物体中错误的脸部结构,这突出了社会动物优先检测其环境中的脸部的生物学优势。
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