身體姿勢識別倒置效應量的連續性變化*

陶維東 陶曉麗

(湖州師范學院教師教育學院，湖州 313000)

1 前言

自然界物體種類繁多，各種類型的物體，其識別時加工方式是否一樣？這是物體識別研究領域中最基礎的問題之一。幾十年來，大量研究往往采用一個最基本的操作范式：倒置呈現，并通過對比各種刺激材料識別時是否產生倒置效應(Yin，1969)來推斷被試識別各個刺激材料時所采用的加工方式。與普通物體識別相比，面孔倒置呈現后被試的識別成績顯著下降的現象稱為倒置效應。倒置效應的存在使得眾多研究者認為，面孔識別與普通物體識別的加工方式并非相同，面孔加工存在特異性(Byatt，Rhodes，Michie，& Puce，2001；Campbell et al.，2001；Henke，Schweinberger，Grigo，Klos，& Sommer，1998；Itier，Latinus，& Taylor，2006)。

然而，近年來，此研究領域進一步深入，盡管實驗任務仍然是采用經典的倒置范式，但研究者在實驗材料的控制、被試的選擇等方面對混淆變量作了進一步控制或消除，取得了許多新的成果，使面孔特異性加工理論受到了挑戰。比如倒置效應陸續出現在被試識別人身體姿勢的靜態圖片時(Reed et al.，2007；Reed，McGoldrick，Shackelford，& Fidopiastis，2004；Reed，Stone，Bozova，& Tanaka，2003；Reed，Stone，Grubb，& McGoldrick，2006；Stekelenburg & de Gelder，2004；Tao，Zeng，& Sun，2014)、識別身體姿勢的運動光點圖時(Troje & Westhoff，2006)(Buelthoff，Buelthoff，& Sinha，1998；Husk，Bennett，& Sekuler，2007)、養狗的專家識別狗的圖片時(Diamond & Carey，1986；Robbins & McKone，2007)，以及經過專門訓練的Greebles識別專家識別Greeble時(Ashworth，Vuong，Rossion，& Tarr，2008；Gauthier，Williams，Tarr，& Tanaka，1998；Gauthier & Tarr，1997；Vuong，Peissig，Harrison，& Tarr，2005)，甚至經過專門訓練的被試識別房子時(Husk et al.，2007)。這些研究結果表明普通物體識別也可以像面孔識別一樣達到專家識別水平(Bukach，Gauthier，& Tarr，2006；McKone，Kanwisher，& Duchaine，2007)。

亦有研究探討面孔識別中的倒置效應是量變還是質變(Rossion，2008)。Tao等人(2014)研究發現身體姿勢識別倒置效應大小存在逐漸變化。然而，以往研究并沒有探討身體加工方式是質變還是量變。因而，此研究兩個實驗的主要目的在于：(1)利用可能身體姿勢、不可能身體姿勢和碎片身體姿勢作為實驗材料，探討直立狀態的身體姿勢與倒置狀態的身體姿勢識別加工成績是否存在連續性變化，即是否可以擬合成線性關系。(2)在本實驗條件下，單獨抽取直立狀態身體姿勢和倒置狀態身體姿勢識別時的結果進行分析，觀察在本實驗條件下是否出現身體姿勢識別倒置效應，以此來驗證和拓展Tao等(2014)研究結果。

2 實驗一

2.1 方法

2.1.1 被試

40名某大學各專業在校本科生，(男20人，女20人)，平均年齡20.6歲，所有被試均未參加過類似實驗，身體健康，右利手，視力或矯正視力正常。所有參加實驗的被試均獲得少量報酬(10元/每人)。

2.1.2 刺激材料

實驗材料同Tao等(2014)，可能身體姿勢10張圖片和不可能身體姿勢各10張圖片，在平面內每個身體姿勢以30°為增幅，形成12個角度的身體姿勢圖片(0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°，210°，240°，270°，300°，330°)。實驗顯示器為17英寸，分辨率為1024×768像素，刷新率為100Hz。圖片大小400×300像素，但所有的直立狀態和倒置狀態的身體高度約240像素左右，形成的視角小于5°。

圖1 實驗一可能身體姿勢和不可能身體姿勢(直立條件)

2.1.3 實驗設計

本實驗設計采用2(刺激對：相同刺激對，不相同刺激對)×2(圖片類別：可能身體姿勢，不可能身體姿勢)×12(旋轉角度：從0°開始，以30°為增幅，12個角度)設計。實驗共分4組，每組試驗中，每個條件只重復一次，即48個Trials，每組內身體姿勢呈現順序和圖片類別都是完全隨機呈現。在每組試驗中有一半相同刺激對，一半不相同刺激對。每組之間有2分鐘休息。正式數據分析時，只分析相同刺激對數據，反應時取正確反應數據(去除三個標準差之外)。同時，根據身體姿勢偏離直立狀態的程度將將數據合并，形成2(圖片類別：100%可能實現的姿勢，0%可能實現的姿勢)×7旋轉角度(0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°)設計。

2.1.4 實驗程序

圖2 實驗流程圖

在每一次試驗中，首先呈現一個黑色“+”字注視點200ms(背景色為：RGB(140，132，127))，隨后呈現第一個刺激250ms，呈現完第一個刺激后有1000ms的空屏(空屏背景顏色RGB(140，132，127))，然后，再呈現第二個刺激，第二個刺激呈現時間是直到被試反應后才消失，最后呈現等待下一次刺激呈現提示1000ms，如圖2所示。如果先后呈現的的兩個身體姿勢完全相同，被試右手食指按小鍵盤中的“1”鍵，如果呈現的兩個身體姿勢不同，被試右手中指按小鍵盤中的“2”鍵。要求被試嚴格按照指導語進行操作，并在保證正確的前提下，盡快做出反應。程序自動記錄被試的反應時和錯誤率。正式試驗前有八次練習試驗。整個試驗大約需要45分鐘。

2.2 實驗結果

2.2.1 錯誤率

圖3 可能身體姿勢(虛線)與不可能身體姿勢(實線)識別錯誤率與刺激對偏離直立狀態角度均存在顯著的線性關系

對旋轉角度與錯誤率進行相關分析，結果發現在可能身體姿勢條件條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數為r=0.192(p=0.001)，在不可能身體姿勢條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數為r=0.139(p=0.020)。將各個旋轉角度條件下的所有被試平均錯誤率與旋轉角度進行線性擬合，結果發現在可能身體姿勢條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數為r=0.888(p=0.008)。復相關系數為R2=0.789。一元線性方程顯著性檢驗顯示此線性方程達顯著性水平，(F(1，5)=18.667，p=0.008)。形成的一元線性方程是y=0.000553x+0.017967，回歸系數顯著性檢驗發現回歸系數達顯著性水平(p=0.008)。與此同時，發現在不可能身體姿勢條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數r=0.891(p=0.007)，復相關系數R2=0.794，一元線性方程顯著性檢驗顯示此線性方程達顯著性水平，(F(1，5)=19.303，p=0.007)。形成的一元線性方程是y=0.000277x+0.033899，回歸系數顯著性檢驗發現回歸系數達顯著性水平(p=0.007)，如圖3所示。

只抽取兩個角度(0°和180°)的數據，分別對可能身體姿勢條件下和不可能身體姿勢條件下直立狀態(0°)和倒置狀態(180°)的錯誤率進行t檢驗，結果顯示在可能身體姿勢條件下，直立狀態身體姿勢識別錯誤率(0.0333)顯著小于倒置狀態身體姿勢識別錯誤率(0.1375)，兩者差異顯著(t(39)=-2.712，p=0.010)。然而，在不可能身體姿勢條件下，直立狀態身體姿勢錯誤率(0.0375)雖然也小于倒置狀態身體姿勢的錯誤率(0.0750)，但兩者差異不顯著(t(39)=-1.290，p=0.205)。

2.2.2 反應時間

圖4 可能身體姿勢(虛線)與不可能身體姿勢(實線)識別反應與刺激對偏離直立狀態角度均存在顯著的線性關系

對旋轉角度與反應時結果進行相關分析，結果發現在可能身體姿勢條件條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數為r=0.159(p=0.008)，在不可能身體姿勢條件下，旋轉角度與反應時相關系數為r=0.072(p=0.228)。在可能身體姿勢條件下旋轉角度與識別反應時存在著顯著的相關關系。而在不可能身體姿勢識別條件下，旋轉角度與識別反應時相關系數未達顯著性。

將各個旋轉角度條件下的所有被試平均反應時與旋轉角度進行線性擬合，結果發現在可能身體姿勢條件下，旋轉角度與反應時的相關系數為r=0.958，對相關系數進行顯著性檢驗，發現達到了顯著性水平(p=0.001)。復相關系數為R2=0.918。一元線性方程顯著性檢驗顯示達到顯著性水平，表明在可能身體姿勢條件下，身體姿勢旋轉角度與反應時存在顯著的線性關系，(F(1，5)=56.21，p=0.001)。形成的一元線性方程是y=0.612498x+602.968967，回歸系數顯著性檢驗結果達顯著性水平(p=0.001)。與此同時，在不可能身體姿勢條件下，旋轉角度與反應時相關系數為r=0.780，對相關系數進行顯著性檢驗，發現達到顯著性水平(p=0.038)。復相關系數為R2=0.609，一元線性方程顯著性檢驗顯示結果顯著，表明在不可能身體姿勢條件下，身體姿勢旋轉角度與反應時存在顯著的線性關系，(F(1，5)=7.786，p=0.038)。形成的一元線性方程是y=0.302719x+639.617134，回歸系數顯著性檢驗達顯著性水平(p=0.038)，如圖4所示。

只抽取兩個角度(0°和180°)的數據，分別對可能身體姿勢條件下和不可能身體姿勢條件下直立狀態身體姿勢識別反應時(0°)和倒置狀態身體姿勢識別反應時(180°)進行t檢驗，結果顯示：在可能身體姿勢條件下，直立狀態身體姿勢識別反應時(592.56ms)顯著小于倒置狀態身體姿勢識別反應時(716.74ms)，兩者差異顯著(t(39)=-3.496，p=0.001)。在不可能身體姿勢條件下，直立狀態身體姿勢識別反應時(640.73)也小于倒置狀態身體姿勢識別反應時(745.24)，兩者差異接近顯著(t(39)=-1.978，p=0.055)。

2.3 討論

實驗一結果發現被試識別錯誤率和反應時隨著身體姿勢偏離標準角度的增加而逐步降低，經一元線性擬合發現兩者存在顯著的線性關系。從而表明在身體姿勢識別加工過程中，整體布局加工是一種量上的變化。實驗一還發現可能身體姿勢的斜率大于不可能身體姿勢斜率，而可能身體姿勢的截距小于不可能身體姿勢截距，不管是在錯誤率上還是反應時上，均表現這個趨勢。截距可能反映出被試對直立狀態身體姿勢熟悉度高于不可能身體姿勢熟悉度，斜率反映對整體布局加工破壞程度。

單獨抽取可能身體姿勢和不可能身體姿勢0°和180°條件下的數據進行分析，在反應時上，可能身體姿勢和不可能身體姿勢均出現了顯著的倒置效應，在錯誤率上可能身體姿勢出現了顯著的倒置效應，而不可能身體姿勢沒有出現顯著的倒置效應。在本實驗條件下，也重復出了Reed等(2003，2006)和Tao(2013，2014)的實驗結果。此結果再次表明身體姿勢識別與面孔識別一樣，也是專家識別，整體布局加工并非特異于面孔識別，普通物體也存在著專家識別現象。

整體可能身體姿勢識別不管在錯誤率上還是在反應時上均出現顯著的倒置效應，且被試可能身體姿勢的識別成績隨著身體姿勢偏離標準角度的程度而呈現線性變化趨勢，表現出倒置效應逐漸變小。這個結果的穩定性如何？是否依賴于整體布局加工？尚無法得知。基于此，實驗二分別采用整體可能身體姿勢和碎片身體姿勢作為實驗材料，進一步驗證和拓展實驗一結果。

3 實驗二

3.1 方法

3.1.1 被試

14名某大學各專業在校本科生，(男2人，女12人)，平均年齡19.3歲，所有被試均未參加過類似實驗，身體健康，右利手，視力或矯正視力正常。所有參加實驗的被試均獲得少量報酬(5元/每人)。

3.1.2 刺激材料

正式實驗材料由整體可能身體姿勢和碎片可能身體姿勢圖片各10張組成，整體身體姿勢同實驗一中的可能身體姿勢，碎片身體姿勢在整體可能身體姿勢上制作，同Tao(2014)研究中碎片身體姿勢，見圖5。

3.1.3 實驗設計

本實驗設計采用2(刺激對：相同刺激對，不相同刺激對)×2(圖片類型：整體身體姿勢，碎片身體姿勢)×12(旋轉角度：從0°開始，以30°為增加步調)設計。實驗共分3組，每組試驗中，每個條件只重復兩次，即96個Trials，每組內，相同刺激對和不同刺激對、整體身體姿勢和碎片身體姿勢，身體姿勢呈現角度都完全隨機。每組之間有2分鐘休息。正式試驗前12次練習。整個實驗約需35分鐘。正式數據分析時，只分析相同刺激對數據，取正確反應反應時數據(去除三個標準差之外的數據)。

3.1.4 實驗程序

同實驗一

3.2 實驗結果

3.2.1 錯誤率

圖6 整體身體姿勢(虛線)識別錯誤率與刺激對偏離直立狀態角度存在顯著的線性關系，而碎片身體姿勢識別錯誤率(實線)與刺激對偏離直立狀態角度卻不存在顯著的線性關系

對旋轉角度與錯誤率結果進行相關分析，結果發現在整體身體姿勢識別條件下，旋轉角度與錯誤率的相關系數為r=0.323(p=0.001)，旋轉角度與識別錯誤率存在著顯著的相關關系。而在碎片身體姿勢識別條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數為r=0.015(p=0.887)，旋轉角度與識別錯誤率不存在著顯著的相關關系。

將各個旋轉角度條件下的所有被試平均錯誤率與旋轉角度進行線性擬合，結果發現在整體身體姿勢條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數為r=0.96，對相關系數進行顯著性檢驗，發現達到顯著性水平(p=0.001)，復相關系數為R2=0.922。一元線性方程顯著性檢驗結果達到顯著性水平，表明在整體身體姿勢條件下，身體姿勢旋轉角度與錯誤率存在顯著的線性關系，(F(1，5)=59.321，p=0.001)。形成的一元線性方程是y=0.000439x+ 014881，回歸系數檢驗達顯著性水平(p=0.001)。與此同時，發現在碎片身體姿勢識別條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數r=0.135，對相關系數進行顯著性檢驗，發現未達到顯著性水平(p=0.773)，復相關系數R2=0.018，一元線性方程顯著性檢驗結果顯示未達到顯著性水平，表明在碎片身體姿勢識別條件下，身體姿勢旋轉角度與錯誤率不存在顯著的線性關系，(F(1，5)=0.092p=0.773)。如圖6所示。

只抽取兩個角度(0°和180°)的數據，分別對整體身體姿勢條件下和碎片身體姿勢條件下直立狀態(0°)和倒置狀態(180°)的錯誤率進行t檢驗，結果顯示在整體身體姿勢條件下，直立狀態整體身體姿勢識別錯誤率(0.012)小于倒置狀態整體身體姿勢識別錯誤率(0.095)，兩者差異接近顯著(t(13)=-1.989，p=0.068)。然而，在碎片身體姿勢條件下，直立狀態身體姿勢錯誤率(0.0714)小于倒置狀態身體姿勢的錯誤率(0.0833)，但兩者差異不顯著(t(13)=-0.249，p=0.907)。

3.2.2 反應時間

圖7 識別整體身體姿勢(虛線)的反應時與刺激對偏離直立狀態的角度存在顯著的線性關系，而識別碎片身體姿勢(實線)的反應時與刺激對偏離直立狀態的角度卻不存在顯著的線性關系

對旋轉角度與反應時結果進行相關分析，結果發現在整體身體姿勢識別條件下，旋轉角度與反應時相關系數為r=0.236(p=0.019)，旋轉角度與識別反應時存在著顯著的相關關系。在碎片身體姿勢識別條件下，旋轉角度與反應時相關系數為r=0.026(p=0.803)。旋轉角度與識別反應時不存在顯著的相關關系。

將各個旋轉角度條件下的所有被試平均反應時與旋轉角度進行線性擬合，結果發現在整體身體姿勢條件下，旋轉角度與反應時的相關系數為r=0.863，對相關系數進行顯著性檢驗，發現達到顯著性水平(p=0.012)，復相關系數為R2=0.745。一元線性方程顯著性檢驗結果達到顯著性水平，表明在整體身體姿勢條件下，身體姿勢旋轉角度與反應時存在顯著的線性關系，(F(1，5)=14.605，p=0.012)。形成的一元線性方程是y=0.792x+ 729.858，回歸系數檢驗達極其顯著性水平(p<0.001)。與此同時，發現在碎片身體姿勢條件下，旋轉角度與錯誤率相關系數r=0.268，對相關系數進行顯著性檢驗，發現未達顯著性水平(p=0.562)，復相關系數R2=0.072，一元線性方程顯著性檢驗結果顯示未達到顯著性水平，表明在碎片身體姿勢識別條件下，身體姿勢旋轉角度與反應時不存在顯著的線性關系，(F(1，5)=0.386p=0.562)。如圖7所示。

只抽取兩個角度(0°和180°)的數據，分別對整體身體姿勢條件下和碎片身體姿勢條件下直立狀態身體姿勢識別反應時(0°)和倒置狀態身體姿勢識別反應時(180°)進行t檢驗，結果顯示：在整體身體姿勢條件下，直立狀態整體身體姿勢識別反應時(699.98ms)顯著小于倒置狀態整體身體姿勢識別反應時(838.11ms)，兩者差異顯著(t(13)=-3.900，p=0.002)。在碎片身體姿勢條件下，直立狀態碎片身體姿勢識別反應時(823.39)也小于倒置狀態碎片身體姿勢識別反應時(844.38)，兩者差異未達顯著性水平(t(13)=-0.386，p=0.706)。

3.3 討論

實驗二整體身體姿勢識別重復出了實驗一的結果，再次支持了身體姿勢識別加工過程中，倒置效應是一種量上的變化。不僅如此，在碎片身體姿勢識別條件下，結果并沒有發現被試的識別成績隨著先后呈現的兩個身體姿勢刺激對偏離直立狀態(標準角度)程度的增加而逐漸降低。這個結果表明被試身體姿勢識別成績隨著身體姿勢偏離直立狀態(標準角度)程度的增加而逐漸降低的趨勢依賴于整體布局加工。

單獨抽取整體身體姿勢和和碎片身體姿勢中的0°條件和180°條件的成績進行分析。在反應時和錯誤率上，整體身體姿勢識別均出現了顯著的倒置效應。此結果與以往身體姿勢識別研究的結果一致(Bosbach，Knoblich，Reed，Cole，& Prinz，2006；Reed，Stone，Bozova，& Tanaka，2003；Stekelenburg & de Gelder，2004；Tao & Sun，2013；Tao，Zeng，& Sun，2014；Yovel，Pelc，& Lubetzky，2010)。然而，碎片身體姿勢識別，不管是在反應時上還是在錯誤率上，均未出現顯著的倒置效應。從而表明，被試對整體身體姿勢的識別是采用整體布局的加工方式，然而在碎片身體姿勢識別條件下，被試采用特征偵察方式完成任務。

4 總討論

此研究主要探討面孔的類似物即身體姿勢的識別，所產生出的倒置效應是否存在量的延續。此研究兩個實驗結果一致發現：整體可能身體姿勢與整體不可能身體姿勢的識別，其旋轉角度與識別成績之間存在顯著的相關關系，均可擬合成線性關系，表現出隨著身體姿勢偏離直立狀態角度的增加，被試識別成績呈現逐漸下降的趨勢，此結果支持了身體姿勢識別倒置效應是量的延續。實驗二發現碎片身體姿勢識別時則不存在隨著碎片姿勢偏離直立狀態角度的增加，被試識別成績呈現逐漸下降的趨勢，也不存在倒置效應，從而表明身體姿勢識別的倒置效應在量的延續上依賴于整體布局加工。這個結果得到了面孔識別領域研究結果支持，如Sekuler等(2004)研究發現倒置操作后，面孔再認加工并非是性質上的改變，僅僅是加工方式在量上的變化，即使面孔倒置后，面孔識別也有整體布局加工成分的參與。這說明倒置操縱后，兩種加工方式并非完全對立，而是依據的主要信息不同，辨別時所賦予的權重也不同(Sekuler et al.，2004)。

兩個實驗分別抽取了可能身體姿勢和不可能身體姿勢中的兩個條件，即0°(直立狀態)和180°(倒置狀態)進行分析。結果發現可能身體姿勢和不可能身體姿勢識別均存在倒置效應。此結果中可能身體姿勢識別倒置效應與Reed等(2003，2006)的研究結果相一致。從而表明身體姿勢識別是整體布局加工。其產生的原因是身體姿勢本身的層次性(Structural hierarchy of body parts)。并且身體姿勢識別中的倒置效應主要由組成身體姿勢的各元素之間的相對位置信息和身體姿勢模板這兩類信息所引起(Reed et al.，2006；Yovel et al.，2010)。實驗二的結果也支持此結論。在實驗二中，碎片身體姿勢識別不存在倒置效應。此結果與Tao等(2014)研究結果一致。這是由于在碎片身體姿勢中，四肢的位置關系被打亂，因而被試無法利用整體信息和四肢的相對位置信息，因此只能采用部分加工方式完成實驗任務，從而在結果中表現出碎片身體姿勢的識別未出現倒置效應。

在物體識別研究領域，多數研究者將重點放在物體識別加工方式的對立上，而沒有從一個整體的角度來研究物體識別的加工方式。即過去的研究只比較直立狀態與倒置狀態，從而得出面孔識別倒置效應是質的變化這一結論。但是直立狀態與倒置狀態是兩個極端值，沒有從連續的角度來進行研究。Rossion(2008)研究發現，在面孔識別中，面孔偏離直立狀態的角度與識別成績之間存在線性關系，從而表明面孔識別的倒置效應并非質的變化。此研究利用面孔物體的類似物身體姿勢作為實驗材料進行研究，其結果支持物體識別倒置效應應是量的延續，并非質的飛躍這一結論。

然而，這個研究結果僅從行為學層次上揭示了身體姿勢識別中倒置效應是量的延續，目前從腦成像角度直接比較身體姿勢倒置效應與面孔倒置效應較少，未來可就此作進一步研究。此外，此研究只操縱了12個角度，未來研究可進一步系統操縱更多角度來繼續探討物體識別倒置效應是量變還是質變。

5 結論

以偏離直立狀態角度為變量，對總平均數據進行線性擬合，結果發現整體可能身體姿勢識別與不可能身體姿勢識別均出現了顯著的線性關系，然而，碎片身體姿勢識別卻沒有出現此現象。此結果表明身體姿勢識別中倒置效應是量的延續，并且這種量的延續依賴于整體布局加工。單獨抽取0°(直立狀態身體姿勢)和180°(倒置狀態身體姿勢)的數據進行分析，生理機制上可能的身體姿勢和生理機制上不可能的身體姿勢均出現了顯著的倒置效應，而碎片身體姿勢卻沒有出現倒置效應。