第25屆歐洲視知覺會議

葉素玲

台大心理系

本文標題 :
David Marr的深遠影響
 大腦造影(Brain imaging)
意識
 視覺藝術與視知覺
 運動知覺與其他歷程(如形狀知覺、眼動、與注意力)的關連
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 此次與會展出之研究成果

歐洲視知覺會議(European Conference on Visual Perception, ECVP) 每年在歐洲的不同國家舉行，今年（西元2002年， 8月25-29日）選在蘇格蘭的工業重鎮格拉斯哥(Glasgow)舉行，共計有570篇論文發表，皆可於重要的視覺期刊 ”Perception” 增刊 (http://www.perceptionweb.com/ecvp02/)中查詢得到。往年議程的安排都會因地制宜，挑選與舉辦地有著地緣關係的重要人物舉辦座談、紀念會、或特別演講，今年也不例外，分別有David Marr經典之作「視覺」一書出版20年後的座談、發明立體鏡的Charles Wheatstone誕辰200年紀念座談、以及一年一度的開幕晚場演講由Michael Morgan擔綱（Marr、Wheatstone、與Morgan三者皆為英國人）。五天的議程中，除了第一天的座談會與大會開幕演講之外，其餘四天都排滿了早上及下午各兩場兩個平行進行的座談會與口頭報告，以及兩邊平行進行的壁報展。內容涵蓋了幾乎所有視知覺的重要議題，例如亮度與對比、色彩、運動、立體、眼動、物體與臉孔辨識、注意力與意識等。以下摘錄筆者認為今年議程中較特殊的部分。

David Marr的深遠影響

今年在開幕演講之前便先有一整個下午的特別演講，主題是紀念二十年前英年早逝的視覺科學家David Marr (1945 - 1980)。首先由Marr的嫡傳弟子Shimon Ullman做開場白介紹，接著分別由計算視覺與神經生理研究方面與Marr密切相關的幾位重要人物，應大會之邀請做特別演講。Marr是視覺科學領域重要的前瞻性人物，他的重要著作「視覺」（Vision）一書出版於1982年，至今20年來對視知覺領域影響深遠，可稱是認知科學最重要的著作之一。他在三十多歲時因血癌過世，此書則在他過世後兩年方出版。因發現DNA雙螺旋槳結構而獲諾貝爾獎的Francis Crick在他「驚異的假說」一書中也盛讚Marr的高瞻遠矚，且認為若非Marr英年早逝，應能對視覺科學做出更多的貢獻。在「視覺」一書中，Marr自承：由於一些突發事件（猜測應是知悉已不久於人世），使得此書的寫作比他預想的早了幾年。雖然如此，此書的幾個要點不僅在當時相當創新，在今日看來也還是歷久彌新，在視覺領域中幾乎是人人必讀的經典之作。事實上，Marr在理論層次的影響還擴及其他認知科學的領域，成為目前大家的共同語言之一。

Marr指出理論應區分解釋與分析的三個層次，分別是計算理論（computational theory）、算則(algorithm)、與實行（implementation）。以視覺為例，computational theory指的是視覺的理論層次描述，例如提出視覺的目的或功能是在於辨識物體；algorithm則是描述如何達成辨識物體的機制或程序，而implementation則是如何在硬體（生理）層次上落實。完整的理論應該包括這三個層次的探討，而釐清這三個層次可讓不同陣營的對談可對應於特定的層次，不致流於在不同層次的討論上各說各話。Marr結合了計算視覺與神經生理，一方面強調計算視覺研究不能只停留在抽象的運算層次，還必需考量硬體（視覺生理）的配合，另一方面也使得神經生理學家在用探針搜尋單一細胞對視覺刺激的反應之時，也必需有一套完整的理論，作為所有探討軟體與硬體的前導。

自Marr之後，視覺科學的研究發展迅速，使得大家對視覺消息處理的歷程已有較清楚的瞭解，因此也發現Marr的視覺理論有其不夠充分與不正確之處。例如座談會中便有幾位學者分別就生態演化、計算視覺與神經生理方面指出Marr理論的不周延之處，然而，無可否認的，若Marr能多活二十年（也僅是五十多歲啊！），以他的聰明睿智，必不會固守其原先理論（理論本應隨著實徵資料而修正），更何況整本書是在他自知尚未完全成熟的情況下不得不提早寫就的。筆者認為，持平而論，Marr的貢獻在於：提出的三個分析的層次、結合視覺計算理論與生理紀錄、以及在強調生態環境與視覺系統的限制下，提出一個足以在人工視覺與生理研究都可檢驗的具體架構的嘗試。而這些貢獻在視覺科學領域所造成的深遠影響，絕非枝節的內容差異可推翻的。

大腦造影(Brain imaging)

功能性大腦造影是近十年來認知科學蓬勃發展的一個領域，對於記憶、語言與思考等高層次的認知歷程而言，可因造影而找到對應的大腦區域。在視覺領域，由於視覺歷程主要為大腦細胞對刺激的處理，而諸多神經生理的研究針對不同的大腦區域做對單一細胞的電生理紀錄時，已獲知許多由下往上歷程（bottom-up process）的細節，甚至對於大腦視覺皮質各區負責哪些刺激的關鍵處理有著具體的成果。因此，在九零年代初期，當功能性磁振造影(functional MRI)技術剛開始興起時，視覺電生理學者普遍的態度是覺得此技術過於粗糙，因為只能由造影得知大腦某幾區（或某一區）在有機體正在做特定視覺處理時有較高的活動，然而比起視覺電生理所記錄的即時單一細胞活動，功能性磁振造影能獲知的消息量，無論在空間解析度與時間解析度方面，都比單一細胞紀錄粗糙的多。

因此，早期的大腦造影技術多半是以視覺生理已有的資料為準則，以便藉以確認這些新發展的造影技術是沒問題的。例如已知大多數的中顳葉（Medial Temporal, MT）細胞處理視覺中刺激有關運動的訊息，則若讓受試者看一些運動的刺激，大腦造影應該顯示在MT處有活動，否則儀器或資料的讀取就有問題。待確認各方面都沒問題之後，則可進一步轉而研究其他無法用單一細胞記錄而知的心智歷程。由於動物實驗才能作單一細胞的記錄，而以動物為實驗對象，通常便無法探討語言與思考等高階的認知活動，所以高階的認知歷程便成為大腦造影較能伸展的舞台。正因這類特質（在視知覺領域，大腦造影多半只能確認單細胞實驗的結果），過去在歐洲視知覺會議中並無特別令人矚目的大腦造影研究。

然而，隨著大腦造影技術的發展以及結合各項技術的聚合方式，例如結合空間解析度稍高的fMRI與時間解析度高的腦波紀錄如MEG與ERP等，今年的大腦造影研究有一些令人刮目相看的成果。有幾篇研究已經跳脫了過去只能做確認單細胞記錄的工作，進一步以令人激賞的巧妙設計與邏輯推論，利用大腦造影在不同情況下所得的資料之比較，來回答神經細胞間的連結(neural circuit)與機制等問題，並企圖回答單細胞記錄所無法回答的問題，例如比較視覺皮質第一區與第二區的細胞之可能神經網路連結。由此可見，儀器設備的昂貴精良與否雖然重要，更重要的是優良的研究人才。依此趨勢，大腦造影技術應用於視知覺領域可望有更進一步的突破發展，讓我們拭目以待。

意識

與大腦造影研究者的強烈企圖心相同地，今年在人類意識方面的研究也看到令人驚訝的進展。特別值得一提的是，與Francis Crick合作研究人類意識多年的加州理工學院學者C. Koch的一篇報告。他與醫生們合作，在癲癇病人做電極植入手術以便記錄癲癇發作部位時，紀錄病人大腦MT區域的單一細胞對真實或想像的視覺刺激之反應。由於這是首遭用人類做單一細胞記錄，因此雖然被排在第四天，整個會議廳卻坐滿了人（一般而言，觀眾人數是與會議進行天數成反比的）。他採用意識研究中重要的實驗派典，記錄了千個以上的單一細胞，發現這些細胞對特定類別的刺激有反應，例如對人臉有較高的反應。有趣的是，有一些細胞只對前美國總統柯林頓的照片有強烈的反應（柯林頓細胞？！）。若令病人想像一些畫面，則所得的細胞反應與呈現真實的圖片相同，但若病人沒有意識到這些刺激的存在，則細胞反應下降，可見這些細胞負責主觀意識察覺得到的知覺。以Koch報告時所呈現的壯志雄心，可預期的是，日後將有更多後續研究朝相同的方向進行。以科學方法研究人類意識的議題進展到人類單細胞的層次，一方面讓人對科學研究的力量與速度產生一股敬畏之心，然而另一方面，就像是複製羊到複製人的進程一般，科學研究的無邊無界，也不禁令人戒慎恐懼了起來。

視覺藝術與視知覺

這個主題是今年較新的嘗試，由大會特意安排一兩場的研討會，邀請視覺研究者、哲學家、心理學家等由不同的角度來探討視覺藝術與視覺研究之間的關係。將視覺研究延伸至視覺藝術領域是這幾年的趨勢，而這股趨勢隨著視覺研究大將Zeki出版「腦內藝術館」一書，以及Consciousness期刊有兩期專刊而更興盛。一些過去相當硬調的研究者竟也加入此行列，甚至在著名的期刊Nature發表以視覺研究角度剖析藝術作品中的視覺效果。因此這個領域隱然將成為一門未來的顯學之態。茲摘錄幾場印象深刻的受邀演講如下。

研討會首先由Nicholas Wade做開場白。他不僅做視覺研究，近年來更費心於視覺研究的歷史，最近出了一本新書，名為 ”The natural history of vision”，大會的另一場紀念發明立體鏡的Wheatstone之研討會也是由他開場介紹Wheatstone的生平事蹟。他以各種旁徵博引的範例說明以下的論證：知覺現象是科學家與藝術家共同的語言，然而兩者卻以背道而馳的方向對待知覺現象。科學家們簡化現象，以達科學研究的目的，而藝術家們繁化現象，以達審美與愉悅的效果。儘管如此，兩者仍能藉由知覺現象此一共同語言而互相影響（這個結論與其說是對過去歷史的陳述，不如說是對未來發展的期許）。

然而維吉尼亞大學心理學系的Kubovy教授，卻以「視覺引發的樂趣」 (“visually driven pleasure”)為題，論證以科學方法研究視覺藝術是不可能的。他認為藝術可引發因審美而致的趣味感，而此趣味感的來源主要在於事後回想事件本身所引起的情緒感受。由於具有「事後回想」與「主觀情緒感受」兩種特質，因此為個人所特有，無法視為一普同原則而採科學方法研究之。相對於Kubovy的悲觀，其他幾位視覺科學家們卻分別以視覺科學常用的典範來研究繪畫作品，如繪畫中的透視法與月亮錯覺、歐普藝術中的動態感來源、以及測量美感經驗的閾限值等等。利物浦大學的Latto教授並分析許多受人歡迎的繪畫作品，發現應有所謂的「審美基本元素」如水平線與垂直線，而這些審美基本元素必須有內在視覺系統的對應特性（如視覺皮質細胞中對水平線與垂直線有特殊反應者居多）方能引起美感經驗等等。

運動知覺與其他歷程(如形狀知覺、眼動、與注意力)的關連

與往年相同的，運動知覺是視知覺研究的大宗，有幾場研討會與演講，包括局部運動、整體運動、運動模型、與複雜運動等各種類別。今年較特殊的是，除了對純粹運動知覺的探討之外，還有許多研究擴及運動知覺與其他歷程的關係，例如與眼動之間的關係。早在十九世紀末，著名的Helmholtz 便已對「視覺系統如何從刺激在網膜上影像的移動以及觀察者的眼動這兩者之間的關係，來推知究竟外界刺激是否有移動」這點做了清楚的理論推導與實驗驗證，然而更精細的區分卻要到本世紀才得以彰顯。例如此次大會中有幾篇研究顯示，平滑式動眼(smooth pursuit)可幫助對平面上整體運動刺激的偵測，但兩眼聚合對焦作用卻對在深度方向運動的刺激之偵測毫無幫助等等。

此外，注意力與運動知覺之間的關係，過去多屬較高階的心理學會議的範圍，但目前有些視覺研究者也將注意力的影響納入他們的運動知覺模型中，較令人矚目的是留美華人南加大教授呂宗霖與加大Irvine分校的George Sperling所提出，三階段運動系統模型中的第三階段：由注意力所影響的運動知覺，以及哈佛大學的Patrick Cavanagh所提出的注意力追蹤所導致的運動知覺（今年更擴及與眼動的關連）。他們的兩場演講被大會安排在一前一後連續進行，看似針鋒相對的論點，私底下分別與他們討論，卻得到「其實沒多大差別」的結論。無論細部的理論差異是否關鍵，可以確認的是，運動知覺與形狀知覺、眼動、立體知覺與注意力等其他歷程都有著密切的關連。當然，研究者早已知道這些都有關連，但只有當單純的運動知覺歷程達到足夠的累積成果，以及當代的技術足以處理複雜的歷程之後，這些複雜歷程的探討才成為可能。

Li, J.L., Hu, C., & Yeh, S.L. (2002). The cue validity and compatibility effects of the irrelevant onset distractor, Perception (suppl.), 31, 78c.

Li, J.L., & Yeh, S.L. (2002). Attentional capture without display-wide attentional setting: evidence from inattentional blindness, Perception (suppl.), 31, 79a.

Hsu, L.C., & Yeh, S.L. (2002). On the novelty of 'motion-induced blindness, Perception (suppl.), 31, 42a.