[科普中國(guó)]-聽(tīng)覺(jué)信息傳遞模式

簡(jiǎn)介

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)把人腦的認(rèn)知加工過(guò)程看做是一種信息加工過(guò)程。關(guān)于這一過(guò)程，有一個(gè)被廣為接受的基本假設(shè)：信息加工過(guò)程在時(shí)間維度上可以劃分為不同的加工階段。這些加工階段通常由感覺(jué)登記、刺激識(shí)別、反應(yīng)選擇、反應(yīng)準(zhǔn)備和反應(yīng)執(zhí)行等組成。作為這一假設(shè)的重要推論：各個(gè)加工階段之間在時(shí)間上是一種前后相繼的模式，也得到了研究者的普遍認(rèn)可。例如，在正常的認(rèn)知加工過(guò)程中，只有先完成刺激識(shí)別階段才會(huì)有相應(yīng)的反應(yīng)執(zhí)行階段，二者在時(shí)間維度上不能先后顛倒。由于研究手段的限制，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)研究者都無(wú)法直接研究階段間的時(shí)間關(guān)系，而只能通過(guò)間接方式進(jìn)行推測(cè)。這種情況不僅阻礙了認(rèn)知理論的發(fā)展還導(dǎo)致了矛盾的研究結(jié)果和兩種截然相反的理論假設(shè)。隨著電生理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)“前后兩個(gè)階段之間信息是如何傳遞的”進(jìn)行直接觀察已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，近年來(lái)的相關(guān)研究已經(jīng)層出不窮。

信息傳遞理論到目前為止，研究者已經(jīng)提出了兩種針?shù)h相對(duì)的信息傳遞理論，而且均不同程度上獲得了實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持。它們分別是離散型信息傳遞假設(shè)和連續(xù)型信息傳遞假設(shè)。離散型假設(shè)認(rèn)為信息只有在前一個(gè)階段加工完畢后才能被傳遞到下一個(gè)階段。前后兩個(gè)階段之間的關(guān)系是離散的，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的重疊，如下圖。根據(jù)離散型假設(shè)，反應(yīng)階段只有獲得了刺激的全部信息后才開(kāi)始加工，所以這種理論模型具有準(zhǔn)確性優(yōu)勢(shì)。然而，自然界中的刺激經(jīng)常包含很多存在加工速度差異的特征信息（現(xiàn)在我們已經(jīng)知道特征信息的加工速度是由其心理感受性來(lái)決定的），那么整個(gè)認(rèn)知過(guò)程的加工時(shí)間就是由最慢的特征信息決定的。顯然這不是一種最快的加工模式，盡管有著最好的加工準(zhǔn)確性。不難看出，這種假設(shè)源自于“人腦加工機(jī)制類似于電腦加工”的隱喻。這種隱喻假設(shè)認(rèn)知過(guò)程是由功能明確的腦區(qū)按照固定的步驟來(lái)進(jìn)行加工的。

與此相反，連續(xù)型假設(shè)認(rèn)為認(rèn)知加工過(guò)程如同流淌中的水流一樣，階段間沒(méi)有明顯的時(shí)間界限。換句話說(shuō)，連續(xù)型假設(shè)允許某個(gè)刺激的部分信息（先加工完畢的那部分信息）先行傳遞到后續(xù)加工階段。例如，上圖中特征A可以不必等特征B被加工完畢就先行傳遞到反應(yīng)階段，使得反應(yīng)階段可以提早開(kāi)始。也就是識(shí)別階段和反應(yīng)階段可以發(fā)生重疊從而節(jié)約時(shí)間，因此這種理論模型具有速度優(yōu)勢(shì)。但是，由于反應(yīng)階段可能是基于“部分信息”而非離散型假設(shè)的“完整信息”，準(zhǔn)確性可能會(huì)不足，所以是一種速度與準(zhǔn)確性權(quán)衡模式。

聽(tīng)覺(jué)信息傳遞的連續(xù)性盡管以階段內(nèi)為研究對(duì)象的行為和電生理證據(jù)表明聽(tīng)覺(jué)信息加工過(guò)程也是符合階段論假設(shè)。即在時(shí)間維度上也分為感覺(jué)登記、刺激識(shí)別、反應(yīng)選擇、反應(yīng)準(zhǔn)備和反應(yīng)執(zhí)行階段。但是來(lái)自功能磁共振研究表明，各個(gè)加工階段是不同大腦功能網(wǎng)絡(luò)完成，而非某個(gè)特異性腦區(qū)。例如，聽(tīng)覺(jué)信息的感覺(jué)登記和識(shí)別主要是在以顳葉為核心的聽(tīng)覺(jué)網(wǎng)絡(luò)中完成的，而反應(yīng)選擇則涉及到背外側(cè)前額葉為核心的認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)，反應(yīng)準(zhǔn)備和執(zhí)行則是由中央后回和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)為核心的運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。而且這些網(wǎng)絡(luò)之間又彼此交叉，緊密關(guān)聯(lián)。因此，通過(guò)這些研究我們?nèi)匀粺o(wú)法得出認(rèn)知加工過(guò)程不同階段間的時(shí)間關(guān)系。

單側(cè)化運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備電位(Lateralized Readiness Potential, LRP)的開(kāi)發(fā)利用為這一問(wèn)題的回答提供了契機(jī)。LRP是一種既具有高時(shí)間分辨特點(diǎn)又與運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備階段密切相關(guān)的腦電成分。研究者可以借助LRP來(lái)觀察反應(yīng)準(zhǔn)備階段是否有部分信息傳遞來(lái)鑒別兩種理論假設(shè)（通常信息傳遞的過(guò)程可能只有幾十毫秒）。最后，研究者發(fā)現(xiàn)當(dāng)刺激特征信息之間存在加工速度差異時(shí)，刺激識(shí)別和反應(yīng)準(zhǔn)備兩個(gè)階段之間出現(xiàn)了部分信息傳遞現(xiàn)象，因此支持了連續(xù)型假設(shè)而排斥了離散性假設(shè)。

聽(tīng)覺(jué)信息傳遞靈活性當(dāng)研究者發(fā)現(xiàn)聽(tīng)覺(jué)信息的傳遞模式具有連續(xù)性時(shí)，另一個(gè)重要的問(wèn)題就浮現(xiàn)而來(lái)。那就是，這種連續(xù)型傳遞方式是否有維持條件？如果有，維持條件又是什么？最近的研究表明其答案是肯定的，而且維持條件并不是刺激的物理屬性（例如聽(tīng)覺(jué)刺激的音調(diào)、音強(qiáng)、音高等），而是人腦對(duì)這些刺激的心理感受性，是一種心理屬性。換句話說(shuō)，人腦在加工具有感受性差異的刺激時(shí)，就會(huì)采用連續(xù)型信息傳遞模式。這種機(jī)制使得信息傳遞過(guò)程不是機(jī)械固定在某種不可改變的物理屬性上（導(dǎo)致一種固定的加工模式），而是固定在可被經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)、環(huán)境和任務(wù)要求等所改變的心理屬性上（導(dǎo)致一種可以改變的加工模式），為認(rèn)知過(guò)程根據(jù)不同情境或條件進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)提供了基礎(chǔ)，是一種靈活性的體現(xiàn)。

聽(tīng)覺(jué)信息傳遞的可塑性與理論矛盾的調(diào)和聽(tīng)覺(jué)信息傳遞的連續(xù)性是以刺激特征間心理感受性存在差異作為維持條件的，而心理感受性又能通過(guò)學(xué)習(xí)、經(jīng)驗(yàn)和任務(wù)要求等改變。那么當(dāng)這種維持條件消失時(shí)，也就是當(dāng)刺激信息之間沒(méi)有感受性差異時(shí)，信息傳遞模式又是什么樣的呢。

帶著這樣的疑問(wèn)，gong 等（2013）通過(guò)一個(gè)重復(fù)學(xué)習(xí)范式逐漸消除了特征間的感受性差異，最后令兩個(gè)聽(tīng)覺(jué)特征具有了相同的心理感受性。研究者發(fā)現(xiàn)隨著感受性差異的縮小，聽(tīng)覺(jué)信息的傳遞模式逐漸從連續(xù)型向離散型轉(zhuǎn)變，最后當(dāng)差異消失時(shí)其傳遞模式已經(jīng)不再是連續(xù)型，取而代之的是離散型信息傳遞模式。需要指出的是，由于此時(shí)的刺激特征都具有較快的加工速度以及后續(xù)加工階段獲得的又是完整信息，所以這是一種速度與準(zhǔn)確性并舉的模式而非前面提到的準(zhǔn)確性優(yōu)勢(shì)模式。

總之，這一研究結(jié)果調(diào)和了兩種針?shù)h相對(duì)的信息傳遞理論。即，連續(xù)型模式是刺激特征之間存在感受性差異時(shí)的信息傳遞模式。這在自然界中可能是一種普遍現(xiàn)象，尤其是面對(duì)陌生刺激時(shí)。因?yàn)槁?tīng)覺(jué)信息的傳遞速度是非?？斓模?dāng)加工效率不足時(shí)權(quán)衡模式也許是非常必要的。而離散型是刺激特征之間沒(méi)有感受性差異時(shí)的傳遞模式，兼具速度與準(zhǔn)確性，這種情況一般發(fā)生在有意學(xué)習(xí)或訓(xùn)練之后。例如長(zhǎng)期的音樂(lè)訓(xùn)練可以賦予音樂(lè)家同時(shí)加工大量聽(tīng)覺(jué)信息的能力。這可能與其信息傳遞模式已經(jīng)從連續(xù)型轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散型有關(guān)。