眼球追随对早期视觉加工的强化效应：P通路机制和注意机制

In order to understand vision, we cannot ignore the fact that our eyes are constantly moving, which provides serious challenges to the visual system. Previous studies have revealed various negative effects of eye movements on visual processing, such as the well-known visual suppression at the time of saccadic eye movements. In contrast, recent studies have found that smooth pursuit eye movements enhance visual sensitivity (Schütz et al., 2008) and increase neural responses (Chen et al., 2017) to colored stimuli. As color is processed mostly by the parvocellular pathway in early visual processing, researchers have hypothesized that smooth pursuit is capable of boosting the parvocellular pathway. Evidence for this hypothesis, however, is relatively lacking. The present research proposal aims to gain a better understanding of the mechanisms underlying the enhancement effect by smooth pursuit. The proposed studies are as follows: 1) we will manipulate the characteristics of visual stimulations to have various kinds of stimuli that selectively activate the parvocellular pathway, and record eye movements and EEGs simultaneously, in order to test that whether the brain responses in the parvocellular pathway are enhanced by smooth pursuit; 2) we will investigate whether attention is able to modulate the enhancement effect, in order to test whether the enhancement occurs automatically or through a controlled processing. The results would reveal the cognitive and neural mechanisms underlying the enhancement effect of smooth pursuit on early visual processing, which helps for a better understanding of the relationship between eye movements and perception.

视觉是人类感知觉的重要通道，为了真正理解人类的视觉加工，研究的关键之一是要探究眼动对视觉的影响。许多研究发现，眼动会对视觉造成负面干扰；然而，近年来眼球追随的相关研究却发现，眼球追随能促进视觉系统对颜色刺激的加工。由于在早期视觉过程中，颜色的加工主要通过视觉P通路进行，因此，研究者猜想，眼球追随能够强化视觉P通路。但是，该假设的研究证据依然不足。本项目力求深入探究眼球追随对早期视觉作用的认知和神经机制，研究内容包括：1）通过操纵视觉刺激的刺激特征，采用多种类型的、能特异激活P通路的视觉刺激，并同步记录眼动和脑电，从而考察追随能否增强P通路的神经活动；2）通过操纵被试的注意，探究注意对追随强化效应的调节作用，从而考察追随的强化效应是自动化加工还是控制加工。本项目研究结果将揭示眼球追随对早期视觉的作用机制，有助于促进理解眼动与知觉的相互作用，表明两者互相适应和优化的关系。

视觉是人类感知觉的重要通道，传统的视觉研究都要求被试进行稳定的注视，力图排除眼动带来的干扰。但是，日常生活中，眼动时时刻刻都在进行，为了真正理解人类的视觉加工，有必要深入探究眼动对视觉加工的影响。早期视觉加工通过不同的通路进行（M、P、K通路），本项目旨在利用脑电稳态视觉诱发电位（SSVEP）和眼动的同步记录，探究早期视觉通路及眼球运动（尤其是眼球追随运动）对早期视觉的调节效应。首先，我们系统性操纵刺激的颜色属性、时间频率和空间频率等参数，确定了可以特异性激发Ｍ、Ｐ、Ｋ通路SSVEP神经活动的视觉刺激，具体而言，M通路的理想刺激为高时间频率、中等空间频率（30Hz、2c/deg）的黑白刺激， P通路的理想刺激为中等时间频率、低空间频率（15Hz、0.2c/deg）的红绿刺激， K通路的理想刺激为低时间频率、中等空间频率（3Hz、1c/deg）的黄蓝刺激。其次，在眼球追随运动对早期视觉加工的强化作用方面，有了进一步的结果，基于空间频率和时间频率的操纵，我们同样观察到眼球追随对P通路刺激诱发SSVEP的强化效应，支持眼球追随可以强化早期视觉P通路的理论假设。最后，通过考察多类型的眼动对知觉加工的影响，多角度揭示了眼动和视觉的交互作用，利用SSVEP和眼动同步记录，我们发现眨眼对视觉加工产生了短暂的抑制效应，另外，我们也考察了眼跳对M和P通路加工的影响，结果发现，眼跳对M和P通路的神经活动均有相当的抑制效应，挑战了领域内主流的理论。本项目的发现，主要有两方面的科学意义：1）明确了可以特异激活不同视觉加工通路的SSVEP刺激，为后续基础研究和临床应用奠定实验方法基础；2）证明眼动对视觉加工产生的强烈影响并揭示其可能的作用机制，对于理解日常情况下的视觉加工有重要的理论意义。