卡通面孔与真实面孔识别的ERP比较研究

2023年12月20日发(作者：大众两厢车型)

卡通面孔与真实面孔识别的ERP比较研究

王玲;王静梅;王军利;卢英俊

【摘 要】To observe different neural mechanisms revealed by features of

N170, VPP and LPP during real face (RF) and cartoon face (CF) recognition,

27 subjects were asked to finish face recognition tasks with four kinds of

stimuli while EEG was recorded. The amplitudes of NI70, VPP and LPP of

faces were larger than those of cars, while the latency of N170 of faces was

shorter than that of cars; the amplitudes of N170 and LPP of real pictures

were larger than those of cartoon pictures, while the N170 latency of real

pictures was shorter than that of cartoon pictures; the amplitude of N170

showed right hemisphere dominance in face recognition; the latencies of

N170 and VPP showed that it took shorter time tor temale subjects to

recognize faces than the males do; the latency of N170 of CF was

significantly longer than that of RF, the average amplitudes of LPP (350-450 ms) in occipital and temporal region of RF were larger than those of

CF. CF processing showed lateralization phenomenon, mainly in the right

occipital and right parietal regions, but RF processing mainly in the

bilateral parietal region. There is no significant difference in processing

strength between RF and CF during the early structural encoding stage of

face recognition,while RF shows a small advantage in speed; the ERP

difference between RF and CF is significant during the late stage of face

processing in occipital and temporal regions. There is right hemisphere

dominance during the late stage of CF processing.%为探究卡通面孔

（cartoon face，CF）与真实面孔（real face，RF）加工的神经机制差异，使用四种图片进行面孔识别任务，以面孔加工相关的ERP成分N170、VPP和LPP为研究指标．对27名大学生进行ERP实验。结果显示，面孔图片N170，VPP与LPP波幅均显著高于汽车图片，N170潜伏期短于后者；真实图片N170与LPP波幅显著高于卡通图片，N170潜伏期显著短于后者；N170存在右半球强度优势；女性N170和VPP潜伏期均短于男性。RF的N170潜伏期显著短于CF，RF的LPP（350～450ms）平均波幅在枕区和颞区显著大于CF；CF晚期加工表现出偏侧化，主要在右侧顶枕区，而RF加工主要在双侧顶枕区。得出结论：在早期结构编码阶段，RF与CF加工强度无差异，RF速度略有优势；在晚期加工阶段，RF在枕区与颞区存在加工强度优势；CF晚期加工显示右半球偏侧化。

【期刊名称】《心理研究》

【年(卷),期】2012(005)005

【总页数】10页(P19-28)

【关键词】卡通面孔;面孔识别;ERP;N170;VPP;LPP

【作 者】王玲;王静梅;王军利;卢英俊

【作者单位】浙江师范大学杭州幼儿师范学院发展认知神经科学实验室,杭州310012;浙江师范大学杭州幼儿师范学院发展认知神经科学实验室,杭州310012;浙江师范大学杭州幼儿师范学院发展认知神经科学实验室,杭州310012;浙江师范大学杭州幼儿师范学院发展认知神经科学实验室,杭州310012

【正文语种】中 文

【中图分类】B842.1

1 引言

面孔所携带的复杂、多维的视觉信息不仅包括个人信息，还含有社会交流信息，因而在人类社会生活中起着重要作用。及时而准确的面孔识别是保持社会生存，完成各种社会活动所必须的基本能力。人类在面孔识别方面，具有较高的技能，如能察觉出面孔的细微差别，依靠不完整的面孔信息判断出面孔的性别等。Morton研究发现，出生仅30分钟的婴儿就偏爱关注面孔刺激，似乎说明面孔知觉能力是先天的［1］。而病人Adam由于出生一天时双侧枕叶和颞枕区梗塞而造成严重的面孔失认则进一步说明，可能存在先天的面孔特异性神经基础［2］。脑损伤病人功能的双重分离研究为面孔和物体识别是两个独立的功能模块提供了有力的证据：如对面孔失认病人呈现各种物体组成的面孔，病人可以单独辨别出各个物体，却无法感知整体为一个面孔，物体失认病人则相反［3］。脑成像技术的发展为研究面孔加工的神经机制提供了有力支持。如fMRI研究发现，与一般物体相比，识别面孔时大脑梭状回区的激活程度更高，故称其为梭状回面孔区（FFA），是用来专门进行面孔加工的［4］。但Gauthier等人提出了专家系统说，认为大脑面孔反应区对面孔的反应最强是因为，人类是识别面孔的专家，并非是对面孔加工的特异性导致的［5］。

其次，对于面孔识别的加工是基于面孔结构的编码还是面孔特征的编码也存在争议。一般观点认为，面孔识别是整体的、结构性的，物体识别是部分的、具体的。面孔倒置效应和撒切尔错觉似乎为此提供了支持［6］。Bruce和Young的面孔识别模型从信息加工流的角度指出，面孔识别的早期加工是整体性的，即认为面孔识别首先是对整体面孔结构的编码，随后才是面孔视觉特征信息加工、表情识别与面孔语言分析等［7］。而Haxby等人则从神经基础角度提出了面孔知觉的神经系统模型。该模型包括核心系统和外围系统：核心系统负责面孔的视觉分析，由枕下回

（负责面孔特征的早期知觉）、颞上沟（负责面孔的可变信息）和外侧梭状回（负责面孔的不变信息）组成。外围系统包括顶内沟、听觉皮层、杏仁核、脑岛、边缘系统和前颞叶，它们也参与面孔识别，但更多的是与核心系统联合，从面孔中提取出有意义的信息［8］。我们推测，枕下回负责的面孔早期加工可能是整体性的，而其后的腹侧与背侧通路加工则是特征性的。

此外，不同类型面孔之间加工机制的差异研究也有助于更深理解人类面孔认知的脑机制。目前，除了每日接触到的大量真实面孔外，卡通片的普及给大众尤其是儿童带来了巨大的影响。关于儿童对卡通片的自主关注与加工情况，尤其是对卡通片核心的卡通人物面孔的注意与加工机制也逐渐引起了研究者的注意。如Hoptman通过合成表情图片研究不同利手的个体对真实面孔和卡通面孔加工的注意偏好，没有发现真实面孔与卡通面孔之间存在差异［9］。Chen等人研究适应夸张的卡通面孔是否会影响对真实面孔的知觉发现，适应了日本动画中眼睛异常大的卡通面孔后，会更偏好大眼睛的真实面孔。它表明，存在对所有类型面孔加工的共同机制［10］。Tong等人利用fMRI研究发现，不论是对猫脸、卡通面孔还是人类面孔，FFA加工程度都相同。它提示，FFA对广泛类别的面孔反应无差别［11］。Miyahara在亚斯伯格症儿童与正常儿童对面孔表情加工差异的研究中，也没有发现卡通面孔与真实面孔加工存在差异［12］。以上研究似乎显示，真实人类面孔与卡通人类面孔存在共同的面孔加工脑机制。

然而也有研究显示，人类对卡通面孔与真实面孔的加工，可能存在着脑区与加工机制的差异。如Rosset等人以真实面孔、人类卡通面孔和非人类卡通面孔研究自闭症（ASD）儿童与正常儿童对面孔表情加工策略的异同，结果显示，ASD儿童对卡通面孔使用结构策略，但对真实面孔使用局部策略，而正常发展儿童使用结构策略加工所有面孔［13］。Rosset进一步研究发现，正常儿童分辨正立真实面孔的准确率高于倒置真实面孔，而对卡通面孔的加工不会发生该倒置效应；相反，

ASD儿童加工真实面孔时不存在倒置效应。这提示，正常儿童对不同类型面孔（真实vs.卡通）的整体结构性加工存在差异［14］。上述研究从行为学的角度讨论了儿童加工卡通面孔与真实面孔的差异，而韩世辉等人则通过fMRI研究发现，正常儿童观看虚拟现实中的卡通角色时，与观看真实人物一样会激活内侧前额叶皮层（MPFC），而成人只有在观看真实人物时才会激活该区域［15］。MPFC脑区的功能是推测和理解他人在当前场景下的心理活动，即涉及心理理论。该结果提示儿童对卡通人物进行了与真实人物相似的脑加工，但成人的脑却将真实人物与卡通人物进行了显著区分。由于面孔是人物类型区分的主要特征区，可以推测，成人对真实面孔与卡通面孔加工的脑机制存在显著差异。

究竟面孔类型（真实vs.卡通）如何影响面孔加工，且大脑在加工真实面孔与卡通面孔时，是否存在着加工方式、加工速度和强度等方面的差异还不得而知。由于事件相关电位（ERP）具有很高的时间分辨率优势，已被广泛应用于面孔加工的研究中，而目前国内外尚未有以ERP为手段来研究真实面孔与卡通面孔加工机制差异的报道，因此，通过ERP技术探索真实面孔与卡通面孔加工的脑机制差异，具有明显的理论价值。

与面孔识别相关的ERP成分主要有N170、VPP、N250等。N170是颞枕区，出现的潜伏期约为170ms的负波，与面孔特征的结构分析有关，且与年龄、种族、熟悉度等因素无关。N170代表面孔识别的特异性，与Bruce和Young的面孔识别认知模型的结构编码过程相关［16］。当被动注视物体与面孔时，倒置面孔引起颞部N170更高的波幅和更长的潜伏期，而倒置物体则不会如此［17］。Ishizu等人也发现，分裂和倒置面孔的N170波幅和潜伏期比正常面孔的大，而不同布置的物体却不会引发N170的改变 ［18］。而Churches等人也发现，与不像面孔的物体相比，类似面孔的物体会影响N170波幅［19］。此外，Eimer发现，缺少内部特征或没有外部特征的面孔都导致了N170幅度的降低与潜伏期延迟，

这说明了它不只是对内部特征敏感。他认为N170与结构编码的晚期成分有关，代表了大脑生成整体的面孔结构表征，以应用于继后的面孔识别加工［20］。N170对面孔敏感的成分已基本被接受，但它对面孔的特异性还存在着争议。如彭小虎等人曾将去除了外部特征的面孔作为刺激，结果未观察到N170出现［21］。还有研究者提出面孔识别的专家论来反驳N170的特异性［22］。根据以往的研究，另一个面孔诱发的成分VPP（在头皮前部和顶部出现的潜伏期约为154ms左右的正波）也被认为与面孔早期认知过程相关。有研究者认为VPP和N170是同一个大脑发生源的 “两面”，VPP可能是 N170在额区的极性反转 ［23］。 此外，更高水平的分类加工与一些ERP晚期成分有关。其中，一般认为，晚期正电位LPP（late positive potential）主要反映与记忆［24］及情绪［25］加工等有关的高级认知功能。有研究表明，有吸引力的面孔可以在目标刺激呈现后诱发出顶中区一个更大的晚正成分［26］，甚至当注视自己心爱的人面孔的时候，比注视有吸引力的人、朋友和陌生人诱发出一个增强的LPP［27］。

因此，本研究采用N170、VPP和LPP等ERP成分，考察卡通面孔与真实面孔的加工在神经机制上是否存在差异，并验证ERP早期成分 （N170和VPP）是否具有面孔的特异性和敏感性。研究假设为：（1）因卡通面孔与真实面孔的面孔结构相仿，故假设在面孔识别的早期结构性编码阶段，卡通面孔与真实面孔诱发的

N170和VPP不存在差异；（2）因面孔加工的晚期阶段涉及面孔的精细加工，假设卡通面孔与真实面孔诱发的LPP存在显著差异；（3）卡通面孔与真实面孔诱发N170和VPP的波幅都显著高于物体，而潜伏期则都短于物体。

2 方法

2．1 被试

随机选取浙江师范大学非动画专业大学生27名，其中女生13名，男生14名，被试年龄21．24±1．48岁。所有被试均为右利手，从未参加过心理学实验，视

力或矫正视力正常，无色盲，无精神病史。

2．2 实验材料

采用四种图片刺激：真实儿童面孔、卡通人类面孔、真实汽车和卡通汽车，各50张。真实儿童面孔照片采集自大班儿童（平均年龄约6岁），卡通人类面孔从高清卡通DVD中截屏获取，汽车图片均来自网络。其中真实儿童面孔和卡通人类面孔角度为正面，中性表情。因正面视角的汽车与面孔有着某种程度的类似结构，如汽车大灯类似眼睛，汽车排气孔／车标类似鼻子，因此汽车图片均采用非正面视角。面孔占画布面积的90%以上，面部无明显的附属物（如眼镜、胡子、蝴蝶结等），居中显示，所有图片背景统一为白色。经Adobe Photoshop CS4软件处理后达到分辨率、明暗、对比度等一致，垂直视角10．96°。示意图片参见图1。

图1 面孔识别任务的实验材料（从左至右：真实面孔、卡通面孔、真实汽车、卡通汽车）

2．3 实验任务

实验要求被试判断图片为面孔还是汽车图片，正式实验前先进行练习。反应键在被试间进行左右手交叉平衡设计。200张图片随机呈现，每次呈现一张，呈现时间为1000ms，若被试在1000ms内做出判断，则图片消失，呈现白屏直至下一张图片出现，若被试未能在1000ms内做出判断，图片自动消失呈现白屏直至下一张图片出现。刺激间隔ISI在1400～1600ms之间随机。实验分为两个block（每个包含100张图片），中间休息5分钟。

2．4 脑电记录参数

Neuroscan 32导系统记录脑电，脑电采样率为1000Hz，DC 采样，带宽：0－70Hz。 以双侧乳突平均为参考，前额接地，同时在两眼外侧记录水平眼电（HEOG）和左眼上下记录垂直眼电（VEOG），电极与皮肤接触阻抗小于5KΩ。使用Scan 4．3软件对EEG数据进行离线分析。EOG信号相关法去除眼电伪迹，

分析时程选取－200～1000ms，将波幅大于±80μV的视为伪迹而剔除。对EEG进行波形叠加平均，每种条件下平均叠加50次，最后30Hz低通滤波。

2．5 数据采集与分析

为考查N170成分，采用2（图片来源：卡通、真实）×2（图片类型：面孔、汽车）×2（左右半球：T5、T6）×2（被试性别：男、女）的实验设计；为考查VPP成分，采用 2（图片来源：卡通、真实）×2（图片类型：面孔、汽车）×2（被试性别：男、女）的实验设计；考查LPP 成分，采用 2（图片来源：卡通、真实）×2（图片类型：面孔、汽车）×3（偏侧化：左侧、中央、右侧）×3（脑区：中央区、顶区、枕区）×2（被试性别：男、女）的实验设计。组间自变量为被试性别，组内自变量是不同刺激类型、不同图片来源、左右半球以及不同脑区等，因变量是被试反应时和正确率，N170与VPP的波幅、潜伏期以及LPP平均波幅。参考以往研究，32导脑电记录选取颞枕区的T5、T6电极分析N170成分［28，29］，选取 PZ、P3、P4、CZ、C3、C4、OZ、O1、O2 电极分析LPP［30］。考虑到面孔加工主要在颞区，且面孔的精细加工涉及梭状回［31］，故增加选取

T5、T6电极分析LPP，而且因颞区中点电位无法记录，故T5、T6电极不能与上述分析LPP的电极共同进行重复测量方差分析，对其单独进行2（图片来源：卡通、真实）×2（图片类型：面孔、汽车）×2（左右半球：T5、T6）×2（被试性别：男、女）的重复测量方差分析。中央区选取 CZ电极分析 VPP［32］。方差分析的 p值采用Greenhouse Geisser法校正。

3 结果

3．1 真实面孔与卡通面孔加工差异的行为学比较

对被试的反应时与正确率进行重复测量方差分析，结果显示，对真实图片的反应显著快于卡通图片，F（1，25）＝60．378，p＜0．01。 简单效应分析表明，对真实面孔（479．225±57．082ms）的反应显著快于卡通面孔

（494．870±59．450ms），F（1，26）＝23．78，p＜0．001。对真实汽车的反应快于卡通汽车，F（1，26）＝9．28，p＜0．001。其他反应时与正确率的主效应与交互作用均不显著。

3．2 双侧乳突平均参考下N170分析结果

N170波幅：真实图片诱发的N170波幅显著大于卡通图片，F（1，20）＝8．936，p＜0．01。 T5 的 N170 波幅显著小于 T6，F（1，20）＝5．833，p＜0．05。图片来源与半球的交互作用非常显著，F（1，20）＝10．230，p＜0．05。简单效应分析表明：对于真实图片，T5与T6的差异非常显著，F（1，21）＝9．40，p＜0．001。 在 T6 电极上，卡通与真实的差异非常显著，F （1，21）＝12．16，p＜0．001。其它的主效应和交互效应均不显著。

N170潜伏期：卡通图片诱发的N170潜伏期显著长于真实图片，F（1，20）＝17．768，p＜0．001。 图片类型与半球的交互作用显著，F （1，20）＝13．041，p＜0．01。组间效应显著，F （1，20）＝11．988，p＜0．01，女性的N170潜伏期显著短于男性。其它的主效应和交互效应均不显著。

由于N170采自颞枕区的T5和T6电极，而该电极位置临近参考电极，使原本微弱的N170波幅（例：面孔诱发的 N170 平均波幅为－3．394μV）容易被基线波动所干扰，从而影响了N170的准确记录。已有的绝大多数研究认为N170是面孔特异性成分，而上述结果未得到一致结论。赵仑认为，以鼻尖参考得到的面孔刺激诱发的N170显著高于双侧乳突平均参考的N170［33］。为排除可能因双侧乳突平均参考所导致的误差，并参考前人的参考电极转换方法［28］，故通过离线转换为平均参考后，再分析N170的波幅与潜伏期，结果详见3．3。

3．3 平均参考条件下N170分析结果

N170 波幅：面孔图片诱发的 N170 波幅（－8．537±0．793μV）显著大于汽车图片（－6．611±0．743μV），F（1，23）＝52．418，p＜0．001。 图片来

源主效应边缘显著，F（1，23）＝4．128，p＝0．054，真实图片波幅大于卡通图片波幅。右半球波幅（－8．334±．860μV）显著高于左半球（－6．814±0．805μV），F（1，23）＝4．756，p＜0．05。图片类型与图片来源交互作用显著，F（1，23）＝19．114，p＜0．001。 简单效应分析表明：卡通面孔（－8．848±3．968μV）与真实面孔（－8．274±4．035μV）差异不显著，F（1，24）＝3．45，p＝0．076，参见表 1；卡通汽车诱发的波幅显著小于真实汽车，F （1，24）＝27．67，p＜0．001。图片来源与性别的交互作用显著，F

（1，23）＝4．592，p＜0．05。简单效应分析表明：在男性，真实图片诱发的波幅显著大于卡通图片，F （1，23）＝8．38，p＜0．01。半球、图片来源与图片类型的交互作用显著，F（1，23）＝5．984，p＜0．05。 简单效应分析表明：在 T5 电极上，卡通面孔诱发的波幅显著大于卡通汽车，F（1，24）＝23．84，p＜0．001；真实面孔诱发的波幅显著高于真实汽车，F（1，24）＝10．37，p＜0．01。 在 T6 电极上，卡通面孔诱发的波幅显著大于卡通汽车，F （1，24）＝41．89，p＜0．001。

N170潜伏期：面孔图片诱发的N170潜伏期（157．418±1．677ms） 显 著 短

于 汽 车 （159．763 ±1．837ms），F （1，23）＝5．095，p＜0．05。 真实图片诱发的N170 潜伏期显著短于卡通图片，F （1，23）＝10．694，p＜0．01。简单效应分析显示，真实面孔与卡通面孔差异显著（详见表 1），F（1，24）＝14．53，p＜0．001。真实面孔与真实汽车差异显著 F（1，24）＝8．42，p＜0．01。组间效应显著，F（1，23）＝14．459，p＜0．01，男性潜伏期长于女性潜伏期。

表1 真实面孔与卡通面孔诱发ERP成分（N170，VPP）的平均潜伏期和平均波幅156.20±12.38 amplitude（μV）cartoon face latency（ms）average

mastoids reference Average reference VPP（CZ）N170（T5） N170（T6）

N170（T5） N170（T6）real face cartoon face real face cartoon face real

face cartoon face real face cartoon face real face 163.50±13.94

167.46±12.16 159.92±14.33 163.80±13.44 155.88±1.94 158.28±1.93

155.98±2.02 159.53±1.85 154.76±11.96-2.63±2.19-2.56±2.25-4.39±3.56-4.26±3.35-7.49±3.92-7.93±4.16-9.06±4.90-9.77±4.59 10.92±6.11

11.36±6.42

3．4 VPP 分析结果

VPP波幅：面孔图片诱发的VPP波幅（11．130±1．245μV）显著高于汽车图片（7．842±1．051μV），F（1，23）＝42．063，p＜0．001，参见图 2（左）。

VPP 潜伏期：组间差异显著，F（1，23）＝5．864，p＜0．05，即男性图片诱发的 VPP 潜伏期（162．833±3．415ms）显著长于女性（151．365±3．281ms），参见图2（右）。真实面孔与真实汽车差异边缘显著F（1，24）＝4．20，p＝0．051。 其它的主效应和交互效应均不显著。

图2 面孔与汽车的VPP总平均图（左）和男生与女生的VPP总平均图（右）

3．5 LPP 分析结果

根据每个被试各电极上的ERP波形 （参见图3），同时参考所有被试平均反应时，其值为 489．424ms，选取350～450ms为LPP分析时段，该时间段所记录到的LPP波形仍处于面孔识别的加工阶段。LPP平均波幅的方差分析结果如下：

真实图片诱发的LPP平均波幅显著大于卡通图片，F（1，23）＝11．84，p＜0．01。 其中，枕区与颞区的真实面孔诱发的LPP平均波幅显著高于卡通面孔。面孔图片诱发的 LPP 平均波幅（7．684±0．793μV）显著大于汽车图片（4．837±0．531μV），F（1，23）＝32．21，p＜0．001。 脑区差异也显著，F（2，46）＝9．478，p＜0．001，事后检验表明，顶区诱发的平均波幅（8．155±4．249μV）显著大于中央区（5．117±4．666μV），p＜0．05，同

时顶区显著大于枕区（5．1545±3．808μV），p＜0．05。

图片来源与性别的交互作用显著，F（1，23）＝6．679，p＜0．05，简单效应分析表明：在男性，真实图片诱发的 LPP 平均波幅显著大于卡通图片，F （1，23）＝18．96，p＜0．001。 脑区与图片来源交互作用显著，F（2，46）＝7．475，p＜0．01。 简单效应分析表明：顶区上卡通图片诱发的平均波幅显著小于真实图片，F（1，24）＝6．05，p＜0．05；枕区也是如此，F（1，24）＝28．87，p＜0．001。 偏侧化与图片来源的交互作用显著，F （2，46）＝7．166，p＜0．01。简单效应分析表明：在中央区，真实图片诱发的平均波幅显著高于卡通图片，F （1，24）＝13．07，p＜0．01；在左侧（F（1，24）＝11．54，p＜0．01）和右侧（F（1，24）＝5．15，p＜0．05）也是如此。

脑区、图片来源与性别的交互作用也显著，F（2，46）＝11．748，p＜0．001。

简单效应分析表明：在男性，中央区上的真实图片诱发的波幅显著大于卡通图片，F（1，23）＝13．88，p＜0．01；在顶区（F（1，23）＝17．30，p＜0．001）和枕区（F（1，23）＝17．16，p＜0．001）也是如此。 在女性，只有在枕区存在这种差异，F（1，23）＝11．01，p＜0．01。脑区、图片类型与图片来源的交互作用也显著，F（2，46）＝10．223，p＜0．001。 在中央区真实汽车诱发的波幅显著大于卡通汽车，F（1，24）＝6．60，p＜0．05；在顶区（F（1，24）＝4．89，p＜0．05）和枕区（F（1，24）＝7．43，p＜0．05）也如此。此外，在枕区，真实面孔诱发的波幅显著大于卡通面孔，F（1，24）＝33．54，p＜0．001。

T5、T6电极处LPP分析结果：面孔图片诱发的平均波幅 （5．598±0．528μV）

显著大于汽车图片（4．751±0．428μV），F（1，23）＝8．119，p＜0．01。

真实图片诱发的平均波幅显著大于卡通图片，F（1，23）＝7．307，p＜0．05。

图片类型与图片来源交互作用显著，F（1，23）＝5．779，p＜0．05。 简单效

应分析表明，真实面孔（6．211±2．716μV）诱发的平均波幅显著大于卡通面孔（4．967±2．742μV），F（1，24）＝13．55，p＜0．01，参见图 3。 真实面孔诱发的平均波幅（6．211±2．716μV）大于真实汽车（4．672±2．103μV），F（1，24）＝13．36，p＜0．01。

脑电地形图分析显示（图4），对卡通面孔与真实面孔的脑加工模式差异显著。其中，卡通面孔加工表现出明显的偏侧化，主要在右侧顶枕区，而对真实面孔的加工主要在双侧顶枕区。

图3 卡通面孔与真实面孔的LPP总平均图

图4 卡通面孔与真实面孔识别的脑电地形图

4 讨论

4．1 面孔识别的特异性与参考电极选取

面孔图片诱发的N170和VPP的波幅均显著高于汽车图片，且面孔图片诱发的N170潜伏期显著短于汽车图片，真实面孔与真实汽车VPP潜伏期差异也达边缘显著，显示了N170与VPP的面孔特异性。尽管LPP不是面孔特异性成分，但在其所代表的晚期加工阶段，面孔相比汽车也存在加工强度优势。在双侧乳突平均参考条件下所得之N170对面孔与物体的差异不敏感，通过离线分析转换为平均参考后的N170表现出显著的面孔特异性。通常情况下，双侧乳突平均参考是ERP记录最好的选择［34］；但如前所述，双侧乳突平均参考条件下记录N170的幅度较低，容易受基线波动所干扰，转换为平均参考后可以明显改善N170结果。而Luck指出，平均参考可能使波形严重失真，但在电极足够多的情况下，平均电极参考也是很好的办法。此外，他指出，远离大脑的看起来非常好的鼻尖参考，其实并不比其他部位更中性，且在鼻尖上放置电极会使人烦乱，也存在一定的缺陷

［34］。故此建议，在今后面孔相关的ERP研究中，需要根据所需获取的成分来选取鼻尖、下巴（多用于儿童实验）作为参考，或选取双侧乳突平均参考记录并将

其转换为平均参考，有助于更准确、稳定地记录到 N170［33，34］。

4．2 真实图片与卡通图片加工差异

从行为学指标来看，真实图片的识别速度显著快于卡通图片，差约13ms。真实图片所诱发N170波幅和LPP平均波幅均显著大于卡通图片；真实图片N170潜伏期显著小于卡通图片。对结果深入分析显示，在早期加工阶段，真实面孔与卡通面孔加工强度并不存在差异，真实图片与卡通图片加工强度的差异主要来源于汽车图片。推测在早期面孔结构编码阶段，真实面孔与卡通面孔的整体结构基本相似，故它们的加工强度不存在差异。

4．3 真实面孔与卡通面孔加工差异

Tong等以真实面孔、卡通面孔、倒置的卡通面孔与物体为刺激，利用fMRI扫描发现，FFA对它们的加工强度没有差异［11］。这可能是由于fMRI的时间分辨率较低（s级）所致，导致其无法检测到真实面孔与卡通面孔脑加工的差异。而本研究中所采用的ERP技术，因其高时间分辨率的优势（ms级），使得真实面孔与卡通面孔加工的差异 （主要在晚期350～450ms左右）能被检测到。

真实面孔与卡通面孔在早期加工阶段的N170和VPP波幅的差异。VPP在潜伏期上没有差异，但N170的潜伏期显示，真实面孔的加工速度似乎优于卡通面孔。在面孔的晚期加工阶段，在枕区和颞区，真实面孔的LPP平均波幅均显著大于卡通面孔。这说明在早期结构编码阶段，真实面孔与卡通面孔加工强度无差异，但对真实面孔的结构编码可能略快于卡通面孔（约3ms）；在晚期加工阶段，在枕区和颞区对真实面孔的加工强于卡通面孔。分析其原因，可能在于：虽在角色、年龄等因素上，卡通面孔的设计添加了各种夸张元素，甚至在五官的比例、肤色等方面均明显区别于真实面孔，但卡通面孔基本结构依然与真实面孔保持一致，它们的差异主要体现在五官的大小、颜色等具体细节上。所以在早期面孔结构编码阶段，真实面孔与卡通面孔的加工强度（体现在N170与VPP波幅上）无差异。而真实面

孔的加工速度略快于卡通面孔，则可能因为真实面孔对成人的意义更重要。另外，根据Bruce－Young模型，面孔认知的第一阶段为面孔结构编码阶段，而后进行表情分析、面孔语言分析、面孔视觉特征分析与面孔身份识别等加工，所以晚期成分的差异体现了对卡通面孔与真实面孔的精细信息加工的差异。在对面孔特征进行编码后，进入后继视觉处理单元，对面孔的精细特征进行分析。卡通面孔与真实面孔在ERP晚期成分LPP平均波幅上的差异可能反映了对面孔的五官、肤色等精细信息进行加工的差异，而且成人对真实面孔的细节特征加工投入了更多的心理资源。实验结果与Bruce－Young模型吻合较好。总体而言，面孔加工是整体加工先于特征加工，粗略信息加工先于精细加工。

目前普遍认为，P300／LPP与被试使用的心理资源相关，如Donchin提出背景更新理论模型以解释P300／LPP的心理机制。面对一个新刺激，主体需要判断该刺激对自己的意义从而决定对其进行整合的程度，并形成新的表征［35］。在研究中发现，成人对卡通面孔与真实面孔的加工，在ERP晚成分LPP幅度上存在显著的差异。真实面孔诱发的LPP平均波幅显著高于卡通面孔，这提示，成人对真实面孔的加工比卡通面孔调动了更多的注意与工作记忆；另一方面，也反映了成人的脑似乎更加关注真实面孔。例如，韩世辉等应用fMRI研究发现，儿童观看卡通人物与真实人物时都激活了与心理理论相关的脑区MPFC，但成人只在观看真实人物时激活MPFC，这显示成人在观看卡通时未能置身其中“感同身受”［15］。这种对卡通人物与真实人物加工的差异，也同样体现在ERP晚成分LPP的平均波幅上。由于脑成像研究显示，儿童对卡通面孔和真实面孔加工机制接近，故此推测，儿童在卡通面孔与真实面孔加工中的LPP平均波幅的差异可能并不如成人那样显著。进一步设计ERP实验，研究儿童卡通面孔和真实面孔加工的差异，有助于更好地理解人类对不同类型面孔加工发展性变化背后的脑机制。

其次，本研究发现，卡通面孔与真实面孔诱发的LPP差异脑区主要是颞叶与枕叶。

有研究发现黑白线的卡通面孔编码强烈地激发了外侧枕叶皮层和颞叶梭状回的面孔敏感区［36］。Goffaux等人通过脑成像技术发现，在加工面孔信息的早期阶段，与面孔加工相关的区域均对粗糙的低频信息进行了加工。而对面孔高频空间信息的晚期加工集中在颞叶双侧梭状回及右侧枕叶面孔区［31］。这提示，前述LPP数据所反映出来的真实面孔与卡通面孔加工强度的差异，应源自枕区和颞区对面孔特征进行晚期精细加工的差异。该结果也与Haxby的面孔知觉神经系统模型相吻合。Haxby指出，面孔加工核心系统的枕颞区主要负责面孔的视觉分析。面孔可变方面的表征，如眼睛凝视、表情与唇部运动等，更多地是由位于颞上沟的面孔反应区负责；不变方面的表征更多地是由位于颞叶梭状回的面孔反应区负责［37］。综上所述我们推测，位于腹侧视觉通路的颞叶梭状回和枕叶视觉区，是对卡通面孔与真实面孔的精细特征进行加工与区分的主要脑区。

另外，参考卡通面孔与真实面孔加工LPP（350～450ms）的脑电地形图（图4），可发现卡通面孔加工表现出明显的偏侧化，主要在右侧顶枕区，而真实面孔的加工主要在双侧顶枕区。已有大量研究发现，大脑两半球在功能上的不对称性使得大脑半球在某些方向成为优势半球。例如左半球是语言优势半球，右半球是图形优势半球。具体来说，右半球主要涉及形象思维，如空间定位、图像识别与艺术欣赏等，又被形容为“艺术脑”［38］。而卡通形象的设计往往运用夸张的五官和绚丽的色彩来塑造具有艺术美感的面孔图像，故此推测对卡通面孔加工的右半球偏侧化，可能源自被试对卡通面孔图像与色彩的欣赏而诱导的大脑右半球加工。也就是说，经过了面孔结构编码的早期阶段，在晚期阶段卡通面孔似乎作为不同于真实面孔的一幅艺术肖像被加工与欣赏，从而表现出卡通面孔加工的偏侧化。

4．4 面孔加工的半球优势与性别差异

面孔识别的右半球加工强度优势得到证实，T6电极的N170波幅显著高于T5，但右半球加工速度的优势未得到证实。有研究认为面孔识别存在强度与速度的右半球

优势［39，40］。但也有研究者认为右半球在加工时间上迟于左半球［41］，因此关于加工速度的结论似乎尚未达成一致。

结果显示，女性面孔识别加工的VPP和N170潜伏期均显著快于男性；N170，VPP与LPP波幅幅值也高于男性，虽差异未达显著。有研究表明，从3岁开始，女性识别表情的能力就优于男性 ［42］。由Bruce和Young的面孔识别的信息加工模型可知，表情分析在早期面孔结构编码之后。而参考本实验结果，性别差异在早期的面孔结构编码中已经得到体现，即女性对面孔识别更为敏感与迅速，与以往研究结论一致［43］。N170波幅显示，男性被试的真实图片加工强度高于卡通图片，女性则不存在这种差异。在晚期加工过程中，在中央区、顶区和枕区，男性均表现出对真实图片加工强度的优势，女性则只在枕区体现这种差异。其缘由可能在于：有研究者指出，女性在观看动画片时，主要集中在卡通形象的外貌衣着与心理行为上，而成年男性则更关注卡通形象的成长经历，女性感性思维明显优于理性思维［44］。真实面孔具现实性与真实感，而卡通面孔更具虚拟性与幻想性，这或许是导致男性在面孔识别过程中对真实面孔的加工要强于卡通面孔的缘故。相较男性而言，女性在面孔识别任务中对真实面孔与卡通面孔加工的差异较不显著，表现出类似儿童的特点［15］。

5 结论与展望

本研究在国内外首次对面孔识别加工中的真实面孔与卡通面孔进行ERP比较研究，考查了N170、VPP和LPP这3种成分，得出以下结论：N170和VPP是面孔识别的特异性成分；卡通面孔与真实面孔在面孔结构编码阶段加工强度不存在差异，但真实面孔加工速度略快于卡通面孔；在晚期加工阶段，枕区和颞区的真实面孔加工强度显著高于卡通面孔；卡通面孔加工表现出明显的右半球偏侧化；面孔识别存在右半球加工强度优势；女性面孔识别具加工速度优势。在面孔加工的ERP研究中，需根据实验需要谨慎地选择参考电极。最后，在本研究的基础上，还可以对真

实面孔与卡通面孔表情识别的差异、真实面孔与卡通面孔再认的差异、真实面孔与卡通面孔吸引力评价的差异，以及儿童与成人对卡通面孔加工机制的差异等方面进一步深入研究，这必将有助于系统性地理解人类对卡通面孔加工的脑机制。

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