时空整合的心理和脑机制研究

Object recognition in cluttered scenes requires the integration of discrete image fragments to global shape contours. Previous work has focused on the spatial integration of local elements into global shape contours. However, little is known about the integration of local elements in space and time when objects move behind occluders, known as slit-viewing. In the proposed project, we will apply the contour slit-viewing paradigm, combining psychophysics and high-resolution fMRI to investigate the psychophysical and neural mechanisms of contour integration under slit-viewing. In particular, we will quantify the integration ability of the slit-viewing perception and investigate the effect of Gestalt rules on spatiotemporal integration (task 1); measure the characteristics of the time window for spatiotemporal integration (task 2); use high-resolution fMRI plus brain decoding algorithms to examine the information processing of spatiotemporal integration (task 3). This work will offer new insights into the brain mechanisms regarding the spatiotemporal integration of contour components over space and time, concerning assembly of visible objects with images stored in short-term memory.

从复杂的外界世界将有用信息提取并整合是人类视觉系统的重要能力，在人们日常生产和生活中发挥了重要的作用。之前大量的研究关注于视觉信息在空间维度上或时间维度上的整合，而对时间和空间相结合的时空整合知之甚少。本项目使用孔径知觉下轮廓整合的实验范式，利用严格控制的心理物理学实验和高分辨率的核磁功能成像作为主要研究手段，结合机器学习大脑解码的分析技术，对人类视觉系统在孔径视觉下时空整合的格式塔原则（研究一）、时空整合的时间窗口大小和影响因素（研究二）以及时空整合的神经机制（研究三）进行系统的研究，从而全面理解人类在孔径视觉下的时间和空间整合能力以及背后的神经机制。研究将会加深对时空两大信息维度相互作用和协同工作机理的理解，从系统的角度理解知觉整合的过程。

我们的大脑能够把外界世界中离散的信息整合成一个整体，这一过程被定义为知觉整合。之前大量的研究针对空间或时间单个维度信息上的整合。相对而言，对涉及到时间和空间两个维度的信息加工知之甚少。在这个项目中，我们进行了一系列的心理物理学和核磁共振的脑成像研究。我们的研究发现，在孔径视觉条件下，人类的视觉系统仍然能够很好地检测到共线性的轮廓刺激。孔径视觉条件下和全视野条件下的轮廓整合都遵循格式塔的良好连续的原则。进一步的功能磁共振成像实验表明，与全视野的空间知觉整合不同，孔径视觉下整合涉及到背侧和腹侧的高级视觉区域，以及负责视觉记忆的顶叶区域。这些结果表明初级视觉皮层中细胞长时程的水平连接并不是形成轮廓整合的必要条件。孔径视觉下的轮廓整合涉及到和全视野下知觉整合不同的神经机制。这个研究为建立人类知觉统一的整合模型提供了新的理论框架。