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学术研究

知觉领域的感觉衰减效应

 日期:2021-04-06    来源:中国社会科学网-中国社会科学报

  在日常生活中,我们有时会有这样的体验:当某些身体部位被别人触碰时会产生痒感并引人发笑,而自己触碰时这种感觉会削减很多。该现象在科学领域被称为感觉衰减(Sensory Attenuation),是人类在长期的生物进化过程中形成的一种适应机制。感觉衰减效应也被认为是知觉中的重要原则,用以潜在地调节各种重要功能。比如,感觉衰减可以作为中介来区分自我引起的感知刺激和外部因素引起的感知刺激,以最大限度地保护个体免于外部刺激的伤害。但在一些精神障碍群体中(尤其是精神分裂症患者),由于缺乏感觉衰减,个体倾向于将自己发出的行为认为是由别人发起的,而无法对相应的行为进行正确的自我归因,从而导致精神病性症状的出现。

  感觉衰减的心理学研究。感觉衰减是指与外界刺激所诱发的感觉结果相比,自生行为(self-generated action)引发的感觉结果产生较弱的神经反应,在主观感知层面报告程度较弱的强度体验。1971年,韦斯克兰茨(Lawrence Weiskrantz)等人的研究发现,在实验中分别由主试或被试自己向脚底施加同等强度的触觉刺激时,被试所体验到的痒感程度存在差异。具体而言,与外部(即主试)施加的触觉刺激相比,由被试自己施加刺激时其体验到的痒感程度更低,知觉敏感性更差。此外,被试自己抓住主试的手向其脚底施加触觉刺激时,体验到的痒感虽然没有主试独立施加时那般强烈,但也没有像自我施加时一样感觉平平。研究者们认为,之所以会产生这种现象,可能是因为感觉衰减效应的存在。

  感觉衰减既包括感知层面知觉强度的衰减,也包括神经层面皮质反应的减弱。感觉衰减的程度,可以通过比较自主动作所引发的感觉结果和外部刺激引发的感觉结果的主观知觉强度,进行定量化测量。当某个动作由自我发出时,由于神经系统中传出副本的存在,个体可以预测其动作所产生的感觉结果。正是这种预测作用导致个体所体验到的感知强度降低,即出现感觉衰减现象。这解释了为什么由别人触碰我们的某些身体部位时会产生痒感并引人发笑,而自己触碰时这种感觉会减弱很多。

  力匹配任务(Force-matching task)是研究触觉通道中感觉衰减的经典实验范式,其实验仪器为力致动器。力致动器由一个连接在扭矩马达上的杠杆组成,扭矩马达则由计算机控制,而杠杆末端的传感器用来测量施加在被试手指的力。实验要求被试在两种条件下匹配先前力致动器施加在被试左手食指上的目标力。在手指(主动)条件下,被试用左手食指直接向杠杆施加力,按压右手食指;在滑块(被动)条件下,被试通过滑动控制扭矩马达的线性电位计来间接向右手食指施加力。结果发现,被试的手在主动条件下会给右手食指施加更大的力。相比之下,当个体将力间接地与线性电位计相匹配时,被试体验到的感知强度则是准确的。

  后来,有研究者也在听觉通道发现了感觉衰减现象,其实验范式为听觉动作结果(auditory action-effect)的感觉衰减。实验要求被试在两种条件下判断标准音与比较音哪一个更响亮。标准音是由被试主动按键触发或计算机呈现,比较音则是由计算机生成。在操作条件下,被试主动按键后会出现一个标准音,比较音则出现在随机时间间隔(800—1200ms)之后。而在观察条件下,标准音由计算机生成。结果显示,被试认为被动(计算机)呈现的音要比主动按键触发的音更加响亮。换句话说,在操作条件下,被试出现了感觉衰减效应。

  感觉衰减的脑科学研究。哈格德(Patrick Haggard)和惠特福德(Ben Whitford)认为,辅助运动区(SMA)是运动系统的主要大脑结构,没有辅助运动区的存在,感觉衰减不会发生。弗里德(Itzhak Fried)等人和哈格德等人分别使用经颅磁刺激,在动作开始前破坏被试辅助运动区的大脑活动进行实验。结果表明,无论刺激是由自我生成还是外部对象引起,辅助运动区的单脉冲经颅磁刺激(single-pulse TMS)均破坏了感觉衰减。

  此外,为了研究体感皮层和小脑参与调节自我产生的触觉的假设,布莱克莫尔(Sarah-Jayne Blakemore)等人使用功能性磁共振成像来检查自我和外部生成的触觉刺激的神经基础。结果发现,感觉衰减可能由体感皮层和前扣带回皮层调节,这些区域受自我生成的触觉刺激的激活程度低于外部生成的相同刺激的激活程度。当个体经历外部生成的触觉刺激时,次级体感皮层和前扣带回的活动增加。相比之下,右侧小脑前部皮层通过产生触觉刺激的自生运动而被选择性激活,此外,通过外部生成的触觉刺激也能被显著激活。这表明,小脑根据其特定的感觉结果在动作之间进行区分。当动作的实际感觉反馈与预测的感觉反馈相匹配时,小脑的活动会减少。换句话说,小脑的作用之一是将刺激的预期反应与实际反应进行比较。如果这两种反应相匹配,小脑会启动一种机制来抑制刺激的效果,最终结果是体感皮层的活动减弱,随之而来的是对自我生成运动感觉结果的衰减。

  比较器模型(Comparator Model)或称前向模型,是最早用来解释感觉衰减的模型。比较器模型用来模拟外部世界和运动系统的各个方面,以捕捉动作及其结果之间的因果关系,根据运动命令(motor command)预测动作的感觉结果。具体而言,运动命令的传出副本(efference copy)可以预测正在进行的动作行为的感觉结果,然后将这一预测与来自动作的实际感觉反馈(actual sensory feedback)进行比较。由于自生行为的感觉结果可以在运动命令的基础上被正确地预测(即预测感觉反馈和实际感觉反馈之间几乎没有差异或差异不显著),这种精确的预测可用于减弱自生行为感觉结果的强度,即造成感觉衰减。相反,外部生成的感觉与任何传出副本均不相关,因此无法通过比较器模型进行预测。

  感觉衰减研究的应用。在临床方面,谢尔吉尔(Sukhi Shergill)等人的研究表明,精神分裂症患者的自我监控可能存在功能障碍,具体表现在感觉预测的缺陷,这种缺陷会导致感觉衰减机制的失效。而布莱克莫尔、林德纳(Axel Lindner)等人则认为,精神分裂症患者在感觉预测中的缺陷是控制妄想等精神病性症状出现的原因。此外,谢尔吉尔等人的研究也表明,病患表现出的衰减程度与精神病药物(氯丙嗪类药物)之间没有明显相关,而是个体稳定、类似特质的特征。据此,我们可以推论,感觉衰减机制的失效或许可以作为识别精神分裂症障碍的生理表征。

  未来,我们在临床治疗中可以利用成像技术追踪其预测缺陷对应的神经机制,从而对精神病患者的研究进行补充。同时,在精神分裂症患者的康复治疗中,除目前使用的药物治疗和心理治疗外,更需要对患者辅助运动区和小脑进行外部干预。我们可以通过针灸、电刺激小脑等干预方法,使精神分裂症患者的小脑准确预测动作结果,从而对行为进行正确归因,使控制妄想和幻觉等精神病性症状得到改善。

  在行为训练方面,虽然感觉衰减可以帮助个体突出外部世界的显著事件,增强人类检测外部环境变化的能力,但这种能力仅限于自生行为的感觉结果。在未来的研究中,我们可以通过训练预测感觉反馈,使个体在一些特定情境中准确预测外部刺激引发的感觉结果,使自生行为和外部引起行为的感觉结果有同等强度的衰减。具体而言,对于特定行为,可以通过4周或更长时间的工作记忆训练来提高个体对特定事件结果的准确预测率。而在以工作记忆为方式的训练中,个体便会在反复的信息搜索过程中保留信息的特征,然后通过工作记忆的再知、再认,使这种信息识别模式记录在个体的脑海中。当个体以后遇到类似的刺激时,便可以准确预测动作的感觉结果,从而引起感觉衰减。

  此外,当前人工智能的迅速发展深刻改变着人类的生产生活方式和社会的发展模式。类脑研究作为人工智能由“弱”向“强”发展的重要突破口,已成为科技发展和产业创新的前沿阵地。未来的类脑智能机器人要在具备基本脑认知功能的基础上兼备自主感,可能需要具备与感觉衰减神经机制相对应的脑区,及时对行动进行归因,区分自生刺激和外部刺激,这或许能够提高机器人的智能程度,形成多模态感知与类人思维。

  (作者单位:西北师范大学心理学院)