Tuesday, August 28, 2007

Extrahippocampal Contributions to Age Differences in Human Spatial Navigation (Moffat et al, 2007)

本篇同樣在探討navigation的年齡差異,還有使用VE與cognitive test的結果關聯性,但比較特別的是討論到hippocampus與extrahippocampus等結構之間的整合或個別功能對於navigation能力的貢獻。和2002年同樣使用vMWM,程序內容也大致相同,另外也用MRI來測量許多腦區的體積,以及各種認知測驗(可分為speed of processing, working memory, spatial memory, executive control四大功能)。

我覺得比較特別或有疑惑的有以下幾點:
1. 因為本群老人受試者高血壓 (H/T) 罹患比率高(47.22%),所以特別將H/T老人與無H/T老人做比較,發現H/T老人在本研究所關注的所有腦區體積都比較小,而且他們的vMWM表現也比較差(尚未達顯著差異,但有此傾向)。不過他們沒有提到把H/T老人排除掉後,無H/T老人與年輕人的比較為何。但是看來H/T在此佔一項很重要的角色,如果H/T會導致老人大部分的腦區體積減少,那是不是很多老化所造成的功能退化都跟它有關呢?它的影響比例又有多少呢?(PS.我國65歲以上高血壓盛行率為56.6%)(
國民健康局)
2. 從MRI來看,lateral prefrontal cortex gray matter, prefrontal white matter& caudate nucleus等的體積與navigation skill有正相關,反而是hippocampus的體積與老人的表現沒有相關(但跟年輕人的表現還是有相關)。所以說navigation skill是由許多區域貢獻而成,除了spatial memory, working memory還有executive function, processing speed等功能。可是hippocampus的結果比較出乎意料之外,因為這跟以往動物研究結果有出入,而且為何會有年輕人跟老年人的差異?作者有提出兩組人所使用策略不同的假設:年輕的會使用place strategy(hippocampus),但老年的則使用response strategy(extra hippocampus),但是似乎還是不能解釋……

3.還有一點,還記得在2002年那篇文章有提到perceputual/motor能力的影響,是利用visible platform評估,在這篇也是利用同樣的方法,當時有提到這個trial放在最後做可能會因前面的練習而導致差異降低,但是現在這篇好似也是放在最後才做,不知道為什麼沒有挪到learning trials之前做呢?

Vorberg (2003) Different time courses for visual perception and action priming

在上一篇摘要的文章中(Minelli,2007),曾說過有許多研究做出被mask的刺激,仍可以對之後的判斷有影響,這篇的研究為其中之一。此研究的目的在於探討對primer意識知覺是否能影響prime的效果,以及如果改變prime的可視性(visibility),其priming的影響是否有差別。

實驗一:
刺激呈現的方式為先出現一個prime(有方向的箭頭),再出現mask(也是有方向箭頭,但比較大)。操弄的變項是prime和mask的箭頭方向是否一致,還有prime和mask的SOA實驗分為五個部分,總體來說,作業為辨識mask的方向是什麼,測其反應時間;還有辨識prime的方向是什麼,測其正確率。結果發現方向一致的trial,辨識mask方向的反應時間較短,支持的確有priming的效果。但辨識prime方向的正確率,和隨機亂猜沒有差別。這個實驗支持即使無法正確知覺prime,仍可以有priming。

實驗二:
進一步操弄prime出的時間(14 ms,42 ms)還有mask出現的時間(14 ms,42ms),其它操弄一樣。結果發現短的prime在SOA長時辨識比較好,但長的prime在SOA短時辨識比較好。而在這樣不同mask效果的time course中,都能看到一樣的priming time course,也就是容不容易看到prime都有priming的效果。另外在長的prime的情況下,prime的辨識正確率和辨識mask方向(priming效果)有一部分的效果是相反的(double dissociation)。即辨識 prime的正確率下降,但 priming的效果卻上升。這個結果支持了知覺並不會影響action priming,這兩者有某種程度是獨立的。

這篇研究的做出的結果很清楚,作者選的兩個task使實驗結果可以看到double dissociation的現象,這是很聰明的。厲害的是,作者進一步提出了一個model來解釋priming effect,這個model是改進Hanes and Schall (1996)的neural accumulator model,而且可以可以正確fit行為的資料。我覺得這個研究比較不好的地方是實驗程序可能太瑣碎,一個實驗就分成五個部分,而且每個部分有些task會重複做,這樣的話可能有練習效果。

加上上一篇摘要priming的文章,可以感覺到似乎很武斷的東西(不需要有意義,例如方塊)也可以造成priming。這樣的話,如果給受試者看到的是動作影片,priming的效果也許有機會更強吧。

Monday, August 27, 2007

Minelli (2007) Lateralized readiness potential elicited by undetected visual stimuli

在這篇研究之前,已有許多研究指出,被mask的刺激,仍可以對之後的判斷有影響(Schlaghecken, 2002其中的review寫了很多,例如看到向左的箭頭,之後判斷向左的箭頭會比較快)。這類的paradigm,在看到mask之後的刺激要下判斷,並要做答(要針對刺激做反應)。但有一個問題是比較少被問到的,即如果有的刺激沒被看到,而且也不需要對它做反應的話,此刺激是否還可trigger動作。

為了探討這個問題,Minelli採用lateralized readiness potential(LRP)作為依變項來了解不被看到又不需做反應的刺激是否能激發動作。LRP是在準備執行一個動作的時候,在primary motor cortex 會激發的電波,而且如果是左手要做動作,則在右腦會有LRP。

實驗過程為先看到一個warning signal,之後看到刺激,刺激是一個方塊,其亮度可能和背景很像,以致無法與背景分清楚。因此實驗的獨變項是這個方塊的亮度(高於threshold很多,略高於threshold,等於threshold,低於threshold)。受試者的作業為如果覺得自己有看到方塊,就按鍵。實驗的依變項為按鍵的反應時間和LRP。此實驗優點在於有catch trial(control組)即只有warning而無方塊,這是為了避免受試者隨便亂按。而catch trial的LRP也可以和非catch trial的LRP比較作為控制。

結果發現,亮度比較高的方塊,其偵測的速度比較快。而在LRP的部分,最重要的發現為:低亮度但無反應的方塊其LRP會比catch trial還大。這個發現可以支持沒被看到,而且也不需要對它做反應的刺激,乃可trigger動作(但據此實驗的結果,其LRP是比需要反應的刺激還小)。

這個實驗比較容易有爭議的地方是warning signal,受試者不需對warning signal做反應,但有可能是warning signal在沒有反應的 trial中引起微小的LRP。Minelli的解釋是他們又做了沒有warning signal但其它過程一樣的實驗,結果有沒有warning signal,其LRP沒有差異。因此也許這個paradigm一開始就不要用warning signal會比較清楚。

基本上這個實驗還是很漂亮的,它用看不見又不用反應的刺激與沒有刺激(當然沒反應)的LRP相減,結果發現看不見又不用反應的刺激仍能造成顯著的LRP。但為什麼我們即使不需要對一個刺激反應,還是會被它激發動作呢?這樣不會造成系統的負擔嗎?這也許是個值得探討的問題。還有看不見又不用反應的刺激,如何造成LRP,也可進一步用其它造影技術來探討其詳細的pathway。

Predicting point-light actions in real-time

Mirror system有很多可能功能,其中之一是對他人動作的預測。許多研究指出,在action perception時,motor system有預測的功能,例如,當受試者只是即將要觀測一可預測且仍未被執行的動作時,motor system就會激發(Kilner et al.,2004; Haueisen and Knosche, 2001)。為了解自身身體狀態,visuomotor control很重要,但是,視覺的sensory signals在傳達身體訊息過程中相當麻煩,受器轉換能量、神經傳導以及中央處理,需要耗費一點時間,如此對於評估身體狀態,sensory information並不是最佳方式;如此,若是可以對動作有所預測,如此便可以解決sensory signals在傳達身體訊息時造成的時間延遲,以便可以即時(real-time)對他人動作予以模擬(simulation)。對於自身動作控制需要即時預測模式(real-time forward models)(e.g., Wolpert and Flanagan, 2001),但預測他人動作時,即時預測模式亦會出現嗎?便是此研究想探討的重點。
受試者先凝視fixation point,之後會出現一連串由point-light actions組成的真人動畫(例如,打保齡球),之後螢幕會被遮蔽一段時間,出現一靜止的動作畫面(亦是point-light actions),要求受試者判斷是之前呈現的動畫的動作延續亦或是不同動作。根據real-time prediction hypothesis,內在地動作模擬和實際的動作幾乎是同步的,即使無法看見動作,但只要此動作可以預測,便可以繼續進行內在地動作模擬。因此,在實驗過程中,操弄2變項,一是螢幕被遮蔽的時間(occluder time : 100、400、700 ms),另一是之前動畫的最後一幕到需要判斷的靜止動作畫面的時間(movement gap : 100、400、700 ms),在動作為延續的嘗試中,在遮蔽過程中仍會繼續進行動作模擬,因此訊息會不斷更新(updated internal model),倘若在某一時間點上,更新的訊息和出現要判斷的靜止動作畫面的訊息相似,對於判斷是否為延續動作的正確性或反應時間應該都是表現最佳的,作者預測當occluder time和movement gap的時間操弄一致時,正是不斷更新的動作訊息和出現要判斷的靜止動作畫面的訊息最相似的時候(亦即100-100、400-400、700-700 ms),作業表現最佳。至於正確答案為不同動作的嘗試,因為動作不斷變化的緣故,多增加預測上的疑慮,所以資料不分析,只著重在正確答案為動作為延續的嘗試。
共有4個實驗,實驗一、二幾乎相同,只是實驗二的各種動作動畫數量更多,各動畫呈現時間差異更大,但結果相似。在錯誤率中,發現當occluder time和movement gap的時間差(0、300、600 ms)越小時,錯誤率最小,且時間差有主要效果;更進一步分析,occluder time和movement gap有交互作用,亦即在occluder time和movement gap的時間一致時(100-100、400-400、700-700 ms)的錯誤率最小;以上符合real-time prediction hypothesis的假設結果,亦即預測他人動作時是即時模擬(real-time simulation),即使動作被遮蔽。實驗二的反應時間結果和錯誤率相似,但是,實驗一的反應時間結果沒有符合預測,友時間差的主要效果,但當進一步分析時,交互作用不顯著。反應時間的結果並不穩定,但推斷是因為occluder time的時間不斷在改變,事實上,反應時間對於時間預測的不確定性是非常敏感的(關於此點,會在實驗四探討)。
實驗三中,過程和以上皆相似,除了所有畫面的呈現皆改為inverted actions,過去研究發現action perception在mirror system的激發和專業知識有關(Calvo-Merino et al., 2005; Casile and Ciese, 2006)。inverted actions是一般人都不熟悉的,因此inverted actions會導致real-time prediction出現問題。在錯誤率中,雖然有時間差的主要效果,但是occluder time和movement gap沒有交互作用,亦即即使occluder time和movement gap的時間一致,錯誤率卻高,且並非最佳表現;顯示real-time prediction確實因為不熟悉的動作的狀態而失效。在反應時間中,時間差的效果以及occluder time和movement gap的交互作用皆沒有顯著,在一次顯示real-time prediction失靈。
實驗四中,作者有感於實驗一、二在反應時間上結果的不穩定性,此外,皆發現occluder time在最短(100 ms)時,其反應時間皆為最長,亦即foreperiod effect,即使實驗二的結果似乎符合預期,但難保foreperiod effect不會是confounding之一;因此,將occluder time分開測量,亦即每一個block的occluder time皆相同,以減少時間不確定性造成反應時間的不穩定,其他過程皆一樣。錯誤率的結果仍舊符合real-time prediction,至於反應時間亦符合real-time prediction,且foreperiod effect不見了,顯示反應時間的結果應該是real-time prediction造成的。
只是real-time effect只專屬於人類的biological motion嗎?另一方面,真的需要motor system嗎?亦即是否perceptual real-time processes足以預測他人動作。此外,在實驗三的部份,由於作業難度較其他高,因此,到底是因為real-time effect完全失效,亦或是只是比較難real-time simulation而已,效果比較小,還是受試者根本就認不出來,連要simulation都無法,倘若告知受試者是反過來的動作,仍無法進行real-time simulation嗎?因為重點在於預測,倘若認不出來是什麼動作,既然無法預測,自然也不可能simulation,畢竟對於受試者而言,只是一堆亂點而已?

Sunday, August 26, 2007

不要只是翻譯摘要

各位目前貼上這個部落格的文章大部份都還停留在摘要的階段
設立這個部落格的目的,雖然有督促大家唸書和介紹文章的用意
但是更重要的是各個寫作者自己的看法和心得
請大家不要只是把摘要翻成中文
你自己的看法是什麼?
這篇文章和你先前唸的其他文章有什麼關係?
這篇文章的實驗有什麼優缺點?
這篇文章提到什麼概念是你以前不知道現在搞清楚了?
有沒有相關的文章或連結可供參考?

建議大家開始朝這些方向去寫作

Motor activation prior to observation of a predicted movement

過去的研究認為mirror system是一個自動化地被動的對於動作辨識(action recognition)作反應。然而,在現實生活中,我們應該會在對他人動作反應前,對他人可能的動作做預測。
共有3個實驗,第一個實驗,要求受試者(皆為右力者)看螢幕上的畫面,有一隻他人的右手和一個有顏色的物體,此手可能以egocentric (1P)或是allocentric (3P) perspective展現,此外,藉由物體的顏色可以預測畫面中的手有無後續動作,如果物體是綠色,則接下來畫面中手(物體出現後的1.5秒)會去抓此物體(Movement Observation condition),但若是物體為紅色,則接下來畫面中手仍維持不動(No-Movement Observation condition),並記錄每一次嘗試的readiness potential (RP),此為觀察他人動作時的motor preparation的電生理指標;主要藉由對物體顏色知覺造成的運動預測,倘若即將到來的動作是可以預測的,則RP會在即將要觀察的動作真正被執行(即手抓物體)之前反應增加。由於實驗過程中幾乎不需要受試者做些什麼,為了避免受試者分心,每一個嘗試出現的手的姿勢可能會稍有不同,要求受試者在每一個block結束後回答在No-Movement Observation condition下,是否有看到並記得手勢的不同樣子。
第二個實驗,為Prediction Control condition,已知在一個可預測的刺激出現之前,會有一negative-going potential產生,此condition是為了區別和觀察的動作有關(Prediction Control condition)以及和刺激可預測性本身有關(Movement Observation condition)的negative-going potential。受試者一樣看螢幕上的畫面,有一隻他人的右手和一個黃色的物體,但此手只會以egocentric (1P) perspective展現,物體出現後的1.5秒,物體會變成藍或紫色,但畫面中的手仍維持不動,作業要求只需要受試者記下看到多少個紫色或藍色物體。第三個實驗,為Movement Action condition,當一連串物體的畫面呈現時,若是察覺到同一物體依序連續出現2次,則要求受試者執行按鍵的動作。
結果發現,只有egocentric (1P) perspective下的Movement Observation condition和Movement Action condition的RP效果相互比較,沒有顯著差異,且皆在左邊的sensorimotor cortex(相對應於右手)有大量激發。更進一步,不論是egocentric (1P)或是allocentric (3P) perspective的Movement Observation condition 或是No-Movement Observation condition,只有有無動作有主要效果,觀點以及交互作用皆沒有效果,顯示不論1P或3P,RP只在Movement Observation condition有發生,亦即對動作有預測力時,RP會在動作真正發生之前在左邊的sensorimotor cortex產生。簡言之,對於一個即將到來卻仍未發生的可預測性動作的訊息,即可以激發受試者的motor system,也就是mirror system扮演一個預期他人動作的角色,相較於過去被動的角色,反而更有主動反應的意味,且由於只是對訊息做預測,可以避免真的用實際行為去反應的窘境。此外,RP除了是motor preparation的指標,甚至可能和motor prediction有關。

Actor’s and observer’s primary motor cortices stabilize similarly after seen or heard motor actions

作者想確認自己執行動作和觀察他人動作、甚至是利用聽來了解動作之間,大腦活動有一定的相似程度,利用MEG測量sensorimotor cortex的振動活動(oscillatory MEG activity)。共有4種狀況,為受試者內設計,一為受試者自己打鼓且聽得到打鼓聲,二為受試者自己打鼓但聽不到打鼓聲(因為同時放出雜訊遮蔽打鼓聲),三是看他人打鼓,四是只聽打鼓聲。共有兩種振動頻率被引發,一是10Hz,藉由過去研究推論來自primary somatosensory cortex (S1),另一是20Hz,藉由過去研究推論來自primary motor cortex (M1)。
在M1引發的20Hz,有執行動作的2組和觀察組皆在動作開始前有suppression的現象(亦即M1處於激發狀態),且在動作開始後皆有stabilization的現象(亦即M1回復原始狀態,或稱此現象為rebound),只是觀察組這2種現象的效果量較小一點,顯示不論執行或是觀察動作,M1皆會激發,符合過去研究的發現,且再次支持執行和觀察動作在大腦機制的相似性;雖然聽動作聲音組沒有suppression的現象,但卻有stabilization的現象。簡言之,這個結果確認不論是自己執行動作和觀察他人動作、甚至是利用聽來了解動作,在M1的stabilization現象上,不論是rebound set或是rebound peak的時間點上皆非常相似,顯示自己執行動作和觀察他人動作、甚至是利用聽來了解動作之間,大腦活動有一定的相似程度,亦即第一人稱觀點(1P)和第三人稱觀點(3P)在大腦活動的相似性。
在S1引發的10 Hz,基本上和M1引發的結果相類似,不論哪一組都有suppression和stabilization的現象,雖然stabilization的效果很小,最重要的是,在從suppression狀態下回復到baseline的狀態(亦即rebound),執行動作組明顯比觀察組和聽聲音組慢,這個時間差可能顯示執行動作才擁有的本體感覺訊號輸入所要的時間,而這結果似乎可以解決一直以來mirror-neuron system (MNS)所存在的問題,亦即如何區他人和自己(the sense of agency),亦即有無本體感覺訊號回饋對於區分他人和自己,似乎相當重要。

Saturday, August 25, 2007

A possible role for primary motor cortex during action observation

不論是觀察、想像或是準備等任何方式要表徵一動作時,會激發motor program以便執行相同的動作。Mirror neuron system (MNS)似乎正是action understanding的主因;然而,即使MNS似乎解決了如何解碼(decode)他人動作背後的意圖(intention),卻是基於觀察某一動作和執行相同動作時,MNS激發的方式皆相同;這時又產生一個問題,亦即agency attribution,也就是說,如何區分是他人在做動作還是自己在做動作(誰是觀察者,誰是執行者),如果MNS在觀察以及執行動作時的激發方式皆相同的話。Caetano et al.(2007)的實驗似乎可以提供可能的解答,利用MEG紀錄人類腦部的振動活動(oscillatory activity)之調控,共有三種狀況,執行動作(即受試者自己打鼓)、觀察動作(受試者觀察他人打鼓)以及聽動作(聽打鼓的聲音)。第一個發現,雖然不論在哪一種狀況下,都會在primary somatosensory cortex引發約10 Hz的振動頻率,但相較於觀察和聽動作的狀況,執行動作的狀況的振動時間多持續了600 ms,這樣的差異可能可以歸咎於真正執行動作時才會有的本體感覺訊號(proprioceptive signal),有無本體感覺訊號以至於影響到大腦活動在10 Hz時的持續時間,或許是解開agency attribution的可能原因之一。
至於另一項發現,不論哪種狀況下,在movements被執行之後的同時,大腦活動在約20 Hz時的振幅會變大,亦再次驗證了mirror neurons對於觀察和執行動作都會有反應。只是,有趣的是,Caetano et al.根據過去文獻認為20 Hz的振動頻率訊號源自於primary motor cortex (M1),Kohler et al. (2002)卻認為是源自於ventral premotor area F5,這兩種不同的爭議其最大問題在於ventral premotor area F5總是被當作在MNS中擁有mirror neurons的特性的區域,但M1卻幾乎不曾被當作是MNS的一部份;既然如此,不論在觀察或執行動作時,大腦活動在約20 Hz時的M1激發的意義為何?事實上,相當多文獻都已經證實M1在觀察動作時會激發,那麼,為何M1要在觀察動作時激發呢?如果M1不是MNS的一份子。作者提出兩種可能的解釋,一是M1對於觀察動作是沒有任何功能性的影響,只是因為大腦皮質和皮質之間連結(cortical-cortical connections)交互作用所導致,亦即M1之所以在觀察動作時會激發,只是因為F5也正在同時運作。另一種解釋則是M1對於觀察動作是有功能性的影響,不單只是F5的效果;過去文獻已經指出在動作執行時,M1和F5在編碼(code)此動作的型態是不同的,因為F5和外來基準架構有關(extrinsic reference framework),例如物體位置和執行動作的手的相對關係;M1和內部架構有關(intrinsic framework),例如肌肉和關節運作的位置與手(指)如何調整(shape)適當姿勢來抓取物體間的關係。而這樣M1和F5在編碼動作的狀態不同,卻又彼此相互影響,亦即兩種對於動作不同訊息的編碼和訊息交流,對於了解一被觀察之動作的意圖皆相當重要,是否意味著M1有可能也是MNS的一部份。

Friday, August 24, 2007

Hemispheric Specialization and Interaction

Hemispheric Specialization
In Verbal and Spatial issue, the evidence of hemispheric specialization comes from Gazzaniga, 1979, who studies split- brain patients. He found out that right- handed patients are capable of solving visuospacial tasks with their left hand (right hemisphere), but not with their right hand (left hemisphere), and the opposite occurs with verbal tasks. Hence, this study provided strong evidence for right hemisphere spatial specialization, and left hemisphere for language process.
There is still another hemispheric specialization called production and monitoring. This model was tasted by comparing PFC activity during recall and recognition tasks (Cabeza, Locantore, & Anderson, 2003). The recall task here is a kind of semantically guided production processes mediated by the left PFC,and this production processes are more critical for recall than recognition; Whereas monitoring processes mediated by the right PFC are responsible for evaluating external and internal information, which are what recognition tasks asked to do.
Hemispheric Interaction
When it comes to how hemispheres interact to each other, three models are applied:insulation, inhibition and cooperation. The evidence of hemispheric insulation comes from Cherbuin and Brinkman, 2005. They claimed that” the division of relevant inputs in the across visual field hemispheric interaction condition appears to decrease the interference caused by changing hemispheric activation patterns, which is consistent with past finding related to dual task interference(Merola & Liederman.1990)”. As to the inhibition view, M ller-Oehring et al.(2007)found that “corpus callosum mediates lateralized local-global processes by inhibition of task-irrelevant information under selective attention conditions”. At the last, cooperation model, Patel and Hellige(2006) concluded that” By collaborating with each other, the two hemispheres together can provide more computational power than either hemisphere can provide by itself”. However, I rather believe that there isn’t such clear distinction between three models, because hemispheric interaction would be affected by task load, domain hemisphere, gender and attention allocation et al.. And we can't use only one model explaining the hemispheric interaction in all kinds of tasks and conditions. Thus, although there are evidences to support three models, especially bilateral advantage, we can’t conclude any one of them is the absolute model. Instead, we can say that when two hemispheres act simultaneously, corpus callosum would change it’s function depends on tasks and conditions.

Wednesday, August 22, 2007

Jiang (2007). Processing of invisible stimuli

熟悉的刺激材料在binocular rivalry中比較容易在dominant的狀態,這個現象通常認為是由於熟悉的刺激在dominant狀態時它比較容易處理。但在被抑制的情況下,較熟悉的刺激材料是否處理的情況也有不同呢?此研究想要探討,在continuous flash suppresssion中,熟悉的刺激材料是否能比較快從抑制中變為dominant狀態。
實驗一:
左右其中一眼會看到動態的干擾(mondrian), 另一眼則看到正立的臉(熟悉)或是倒立的臉(不熟悉)呈現在四個象限之一。一開始的時候,臉的對比是0,會在1秒內漸漸增加到100,之後對比就不再改變。受試者要做的判斷為,判斷臉是出現在左邊還是右邊(不管第幾象限)。實驗的依變項為RT,只取答對的trial,但反應幾乎全都是正確的。但對不同刺激材料也許本來就會有不同辨識速度,為避免這樣的confound,也採用控制組,即左右眼都看到mondrian,而臉會放在mondrian的其中一象限,受試者只要看到臉就做反應,以測量RT。結果發現在實驗組,正立臉比倒立臉還快從抑制的情況下達到dominant。而控制組的正立臉並沒有比倒立臉的反應還快。因此此實驗的結果支持對正立臉會在suppresion情況下有助益。
實驗二:
找來中文使用者,英文使用者,還有西伯來文使用者。因此對中文使用者而言,熟悉的材料就是中文,不熟悉的是英文和西伯來文,實驗的情況與實驗一同,但只用中文和西伯來文做刺激材料。同樣也有控制組來比較單純中文和西伯來文的辨識時間。在實驗組,結果發現刺激語言和受試者群體有顯著交互作用,即中文使用者看中文能比較快從抑制變為dominant,西伯來文使用者看西伯來文能比較快從抑制變為dominant,而英文使用者與西伯來文使用者有類似結果。而且在控制組,辨識中文和西伯來文在三種語言使用者情況下都沒顯著。結果依然支持熟悉的材料會在suppresion情況下有助益。

這兩個實驗結果都支持熟悉的材料在suppression的情況下也許處理的機制有不同。而臉部的inversion effect通常認為是在fusifor face area(FFA)被處理的,而文字是在visual word-form area(VWFA)被處理的。因此有可能CFS抑制效果的神經機制是在FFA和VWFA之後,但根據此篇的研究,這些論點只能算是推測而已。

Tsuchiya(2006). Depth of interocular suppression associated with continuous flash suppression, flash suppresiion, and binocular rivalry

當雙眼呈現不同的刺激時,只有一眼的刺激會意識地被知覺到。雙眼呈現不同的刺激有binocular rivalry (BR)、flash suppression(FS)、continuous flash suppression(CFS)三種派典。在這個研究中,作者用probe detection task探討binocular rivalry、flash suppression、continuous flash suppression抑制的強度。並想了解continuous flash suppression背後的機制,是否只是比較強版本的binocular rivalry。
實驗一:
比較BR、FS和CFS對probe(在此研究為灰色光柵)的抑制程度多高。受試者的左右眼其中一眼會呈現一個灰色的光柵,另一眼則呈現灰色Mondrain。在此情況下,Mondrain會抑制光柵的知覺,。在確定受試者看不到光柵的情況下,叫受試者按鍵,此時光柵的上半部或下半部對比會變強500ms,之後再變回來。受試者的作業是去判斷是光柵的上半部還是下半部對比變強(2AFC)。之後根據二下一上的階梯法算判斷光柵的threshould(對比強度),結果發現使用CFS的paradigm,其threshould會比使用binocular rivalry (BR)高很多,這表示CFS對probe的抑制比較強。
實驗二:
想了解FS和BR何者對probe抑制比較強,也同時探討抑制的效果是否隨著flash和probe的時間差(SOA,即probe出現時間減flash出現時間 )有不同。還可探討用FS加BR同時抑制,效果是否更強(FS和BR的抑制效果可加總嗎?)。結果發現在只有FS的情況下,SOA為150ms時抑制效果最好。而且發現FS加BR的抑制效果,在SOA為100以下時,不會比單獨的FS抑制效果還好。但在SOA為100以上時,FS+BR的抑制效果會比單獨的FS或BR的抑制還強。
實驗三:
想了解CFS的較高抑制強度可否用連績好幾個FS cooperate來解釋,還有這個關係的time course(SOA)。此實驗呈現連續呈現一到五次FS,SOA(probe出現時間減flash出現時間 )為-200到200。結果發現連續呈現五次FS的效果相當於CFS的效果,而一次FS到四次FS的效果並沒有差異。

這個實驗的重要發現為,CFS的確有較強的抑制效果。但是這樣的效果,並無法用FS和BR抑制的總合來解釋,而可以用累積好幾個FS抑制的效果來解釋。

Monday, August 20, 2007

An interference effect of observed biological movement on action

動作和知覺的關係,在mirror neurons的神經生理證據之下獲得證實,亦即原本和執行動作相關的腦區,在觀察相同動作時亦會被激發,似乎觀察運動和執行運動之間有一定程度的關連性,過去研究發現在觀察一個不同於自己正準備要做的手部運動或抓取動作時,受試者的手指要起動動作之反應時間明顯變慢;因此,如果運動系統正準備執行某一觀察的動作,當執行動作和觀察動作明顯不同時,是否此不一致的觀察動作會對受試者正要執行的動作造成干擾,此即為本研究的探討問題與假設。
此一實驗為2×2×2的完全受試者內設計,第一個變項是受試者本身的手部運動是水平移動或垂直移動,第二變項則是要被觀察動作的執行者是人還是機器人執行動作,最後一個變項,受試者和被觀察動作的執行者,雙方的動作是一致或是不一致;此設計想看當受試者執行某一動作,和正在觀察動作是一致或不一致時,對受試者執行動作有何影響。另外有baseline condition,受試者只需執行動作,並不需要觀看任何其他動作,以便和上述的experimental conditions做比較。依變項則為受試者和被觀察動作的執行者,雙方動作的差異性程度。三變項皆有主要效果,然而,只有一致性和被觀察動作的執行者屬性有交互作用,且交互作用的原因應該是來自於當被觀察動作的執行者是人,且雙方動作不一致時,所造成的兩者之間動作差異性較其他3種狀況要大,亦即干擾受試者執行動作的程度最大;且在相依t-test時,也明顯比baseline condition的差異性要大,其他3種狀況和baseline condition的差異性則無任何顯差異。
但是,注意力的分配(attentional demands)或是作業困難度(task complexity)是否也有可能是導致此結果的原因,事實上,即使機器人所執行的動作和受試者不一致,卻未發現雙方動作有顯著差異,顯示以上兩種可能原因都可被剔除。顯示動作的一致性,而且是biological motion(由人所執行的動作),才是造成干擾的原因;此外,也在在顯示處在biological和nonbiological movements的神經機制應該是不同的。然而,到底是biological motion的哪一成分(ex. 運動速率、身體姿態、身體各部位特徵)才會引發此干擾效應,又或者nonbiological movements缺少哪一成分以至於無法引發此干擾效應,此結果是無法回答的。
至於神經機制方面,過去研究發現superior temporal sulcus (STS)只在觀看biological movements時會激發,在執行時卻不會,因此剔除STS參與干擾的可能性;premotor和parietal cortex在觀察或執行時皆會激發,倘若是因為觀察和執行動作有共同機制,premotor或parietal cortex為此機制的地點可能性很大;此外,過去研究也發現premotor cortex指對單純手執行運動有反應,卻不對工具所執行的相同運動反應,再次顯示premotor cortex可能是可以解釋干擾效果為何只針對於觀察他人和自己動作不一致的情況。

Sunday, August 19, 2007

Passive Storage and Active Manioulation in Visuo-spatial Working Memory: Futher Evidence From the Study of Age Differences

本實驗從不同Working Memory Tasks(WMT)反應差異,檢驗消極的儲存(Passive Storage)和積極操弄(Active Manipulation)和工作記憶的關係,特別是利用老人在這WMT的表現退化,說明這兩類操弄的區別,以及Active tasks 對老人退化的工作記憶能力測量的敏感性。Vecchi(1998)的盲人研究顯示:盲人在Passive WMT的表現和正常人類似,但是在Active WMT的表現則顯著差於常人,顯示Passive-Active tasks的分離,以及Active tasks需要更多的工作記憶資源。而老人在工作記憶的退化則被利用來檢視Passive-Active tasks的差異的證據。本實驗使用八個不同的tasks來檢驗三組年齡平均為22、66、76的受試者,tasks包含 空間同時刺激、空間序列刺激、視覺影像刺激以及verbal的刺激,四種刺激都包含Passive 和Active兩類,因此共八種tasks,同時,tasks的難度會逐漸增加,最後紀錄受試者的工作記憶廣度。
Passive的空間同時刺激task是指呈現一個分成幾個方塊矩陣圖形兩秒,其中有幾個方塊是黑色的,受試者必須記下圖案,受試者接著馬上被要求在一個空白的矩陣上指出黑色方塊的位置。最後受試者所能正確回憶最多的方塊位置,即是此tasks要記錄的WM廣度。Passive的空間序列刺激task是指呈現九個隨機排列的積木,並要受試者照之前呈現的位置序列重新排列積木,而所能正確排出的最常序列即為序列的WM廣度。Passive的視覺影像task指的是一次呈現不同的圖形與其不同顏色,例如簡單的level只有一個綠色圈圈,更上一層level可能包含一個藍色的雲下面有一個紅色三角形,以此類推,受試者所能達到的level代表結合顏色和形狀表徵的WM廣度。Active的空間同時刺激task和Passive task的程序相同,但是在最後的反應階段把反應的矩陣倒反過來,使受試者必須倒轉心中的圖像以指出正確的黑色方塊位置。Active的空間序列刺激task要求受試者心中想像一個矩陣,並要受試者從左下角落的方塊為起點,再給予指令(左、右、前、後轉),難度會隨著矩陣變大以及指令增長而增加。Active的視覺影像task指呈現固定長度(15×15 cm)的拼圖(拼成的圖案是沒有生命且熟悉的物體,如書桌)給受試者,每片拼圖都是大小相等的方塊,加以編號後打亂順序呈現(使之看起來非完整圖像),受試者要做的是在刺激呈現過後,在一張反應紙(有幾個格子視拼圖數量而定)填上正確的拼圖編號,使之成為一個完整的圖片。而Passive的verbal task是由實驗者唸出雙音節的詞,再由受試者覆頌,所能覆頌出的最多數量的詞即為此task的WM廣度;Active的verbal task則要求受試者分析一句由實驗者報告的句子,受試者必須在句子報告完後盡速決定它是否符合邏輯,緊接著報告剛才聽到的句子的最後一個字。
實驗結果支持passive和active 操弄在WM上的分離(distinction),並且認為active task對退化的老人WM的測量有相當的敏感性(可以看出隨年齡改變產生的WM顯著差異)。結合到Baddeley的WM model,Baddeley認為老人的記憶問題是源自於WM內特殊的中央執行系統損傷,這種損傷會降低處理的速度。而作者認為active task所用到的WM資源除了中央執行成分,也有包含其他週邊的成分,當task需要active的程度越多,由個體決定中央執行成分所參與的比例也愈大,所以WM中有分離的active成分(domain specific),例如visuo-spatial和verbal有不同的active成分。這個說法與之前的研究(盲人)一致,較低的active working memory容量會限制visuo-spatial的成分。
最後,這個研究結果著重的是老化在active tasks上的表現,雖說大部分的tasks表現都可以顯著的隨年齡升高而下降,但active verbal task的表現在老人組間則沒有顯著差異,作者歸因於地板效應,認為tasks對老人來說太難,但除了tasks的因素以外,我認為verbal能力的退化本來就不顯著,因為老人的visuo-spatial能力退化的比verbal能力多(Arenberg, 1978),而且作者也沒有提出老人的verbal active和passive task分離的證據。所以passive和active task的差異似乎只在老人的visuo-spatial 能力上,而非全部的WM都是如此。是否和作者提到的WM model相關,例如visuo-spatial比verbal task還需要involve更多的中央執行成分,所以在中央執行系統受損的老人來說,更可以顯示其執行active成分時的差異?

Thursday, August 16, 2007

Self and other in the human motor system

觀察他人動作時,會促進(facilitate)相同的動作的腦區;因此,Classical mirror-matching theories認為mirror matching是一種某人動作表徵的衍生,一可能是「他人像我」(the other is like the self),觀察他人動作會部份激發自己本身相對應動作的腦區,此時,motor facilitation在觀察他人動作或是自己動作時都會發生,但對觀察自己動作的效果較強,二可能是「我像你」(me like you),自己動作的表徵是來自他人動作的表徵,motor facilitation在觀察他人動作的效果較強;另一種較新的看法則是motor facilitation在觀察他人動作或是自己動作時都是相同的(亦即shared representation),主要是肌肉運動的(motoric)表徵的不同。以上三種看法雖稍有不同,但都是強調他人動作的表徵一定和自己動作的表徵相似。然而,現實生活中,人們是不會混淆自己和他人的表徵,可以清楚將動作歸類於他人或自己;此外,對於自身身體的感受經歷在很多面向上都會不同於他人的身體感受經歷。
作者想強調自身與他人的區別,亦即表徵他人和自己應該是不同的,雖然最好的方式是直接比較觀察他人和自身的大腦皮層的激發,不過,觀察自身和他人動作在感覺動作(sensorimotor)的脈絡以及社交觀點就已經都不相同;所以,作者採用rubber-hand illusion的方式操弄受試者如何歸類一隻手為自己或他人來檢視對動作觀察的影響,亦即比較以為是自己或他人的手的動作的皮質表徵,或是說比較將一動作刺激歸類為自身產出或他人表現在動作促進效果(action facilitation effects)的差異。
作者操弄兩個變項,一是利用rubber-hand illusion操弄某一材料刺激(亦即實驗者的手)歸屬為自己或他人,過程為將受試者的右手藏起來,呈現的是某一實驗者的右手,用兩把小刷子同步(synchronous)或不同步(asynchronous)刺激受試者的手和實驗者的手,過去的研究發現同步刺激會使受試者以為實驗的手為自己的手,不同步刺激則不會錯認,另一變項是實驗者的手有無動作與否,來看在right first-dorsal interosseus(FDI,掌骨的肌肉)和right abductor digiti minimi(ADM,手掌尺骨邊緣的肌肉,和動作觀察無關)的motor-evoked potential(MEP)的振幅或是促進比率(MEP facilitation ratio,和baseline相較的比率)。對ADM而言,沒有任何效果顯著;至於FDI,有交互作用,在asynchronous condition中,有動作相較於沒動作的facilitation ratio較高,然而,在synchronous condition中,沒有動作相較於有動作的facilitation ratio較高;顯示當觀察一被歸類為他人做動作的手時,有助於促進受試者本身的運動系統的反應,但是,當觀察一被歸類為自己做動作的手時,卻是抑制受試者本身的運動系統的反應。此結果反駁了「我像你」、「他人像我」以及shared representation的論點,反而支持在primary motor cortex中有agent-specific representation的觀點。
然而,在synchronous condition中,之所以沒有動作相較於有動作的facilitation ratio較高,亦即缺乏對自身動作的動作促進,這種出乎意料的結果,是因為視覺和本體感覺回饋的不相襯(mismatch)或是intersensory conflict造成的?受試者認為是自己的手在做動作,但實際上受試者的手是沒有動作的,缺乏運動感覺的回饋。事實上,intersensory conflict不應該會影響cortical excitability,問卷和本體感覺測量也呈現觀察自身動作的intersensory conflict的效果應該很小,最後,其他研究顯示conflict和前額葉有關,因此,缺乏對自身動作的動作促進不能單純歸因為conflict造成的;作者反而支持觀察自身動作是一種cortical suppression的功能性反應。簡言之,觀察他人動作會促進運動系統,觀察自己動作反而是抑制動作系統,這樣的結果在在顯示他人和自己的表徵之不同。

Wednesday, August 15, 2007

Effects of Age on Virtual Environment Place Navigation and Allocentric Cognitive Mapping (Moffat,2002)

本研究目的乃是要探究老化對於(1) Virtual Environment Place Navigation以及(2) Allocentric Cognitive Mapping兩種能力之影響。與前回介紹的Age difference in the human spatial navigation system. Moffat et al (2006)為同一群作者,本篇發表時間較早,所使用的實驗工具是利用virtual Morris water maze(vMWM)。利用MWM來研究老鼠hippocampus對於navigation能力的重要性文獻眾多,且也發現老化會對hippocampus中的place cell的反應產生影響,使老化動物空間學習能力變差,但應用在人類身上的文獻在此之前較少。
幾個重要的發現如下:(1)在六次嘗試中,老年組在每一次嘗試中所需的移動距離都比年輕組長;但隨著嘗試次數增加,兩組人所需的移動距離都有下降。(2)在probe trial中,年輕組在含有平台之象限中徘徊的距離佔總移動距離的比例顯著地高於中年組和老年組;年輕組跨越平台所在位置的次數也顯著地大於中年組和老年組。(3)在allocentric cognitive mapping方面,當只給予room-geometric cue時,老年組自繪平台與實際平台距離顯著地大於年輕組,但若在給予object cue或是object + room-geometric cue的情況下則無顯著差異。
(1)即使是在第一次嘗試時,老年組在找到平台前所移動的距離就比年輕組長,研究者認為可能是因老年組比較沒有從練習時學到平台隱藏位置的特點,或是他們的spatial search strategy較差所致,我想這能不能算是spatial working memory比較差?(2)cognitive mapping與vMWM的表現看來是一致的,因此研究者推測cognitive mapping能力變差可能導致spatial navigation能力下降。(3)關於cue的使用方面,文獻指出老鼠的hippocampus受損會影響其使用distal cue的能力,但卻不影響其使用proximal cue的能力,這或許可以類推到老年組的表現上。

10 Years of Illusions

約十年前,一個使用Ebbinghaus illusion研究peak grip aperture的實驗大大影響人們對於視覺訊息如何影響人類行為的看法(Aglioti, Desouza & Goodale1, 1995)。這個實驗的結果有四個簡單的解讀:
一、選擇目標位置是一個知覺歷程(ventral)。
二、這個歷程顯然受到錯覺的影響。
三、Peak grip aperture是測量動作處理物體大小的良好方法。
四、這個方法不受到錯覺的影響。
作者回顧十年來的文獻,認為其中三點的真實性是令人存疑的。
其後的研究結果顯示peak grip aperture會受到知覺效果的影響,最後一個解讀似乎沒有根據。
關於第三個解讀,有人認為物體大小的資訊甚至無法用來控制抓取的動作(Smeet & brenner, 1999)。而且只有在物體本身不會從其他地方影響到grip aperture的情況下,peak grip aperture才能被用來量測Ebbinghaus illusion的效果;例如物體旁邊的flanker,如果他們被視為障礙物的話,它們將會影響到grip aperture。這也可以解釋flanker和target之間的距離在抓取以及大小估計上會有不同的效果。事實上較大的peak grip aperture發生在抓取物體的早期,這支持障礙物假設,發生在抓取的晚期是由於物體較大的關係,發生在早期是由於物體較難抓取(由於障礙物的關係)。別的研究顯示將flanker轉向將會影響到手部的指向,也支持flanker是一種障礙物的假設。這些證據顯示第三個詮釋的基礎也不穩固。
最近的行為研究對於dorsal stream牽涉到目標選擇提供了令人信服的證據,因此可以推側目標選擇是和動作控制是整合在一起的,而非分離的知覺歷程。這使得第一個解讀也讓人存疑。
雖然十年來的研究顯示四點中有三點是有問題的,但是這不能下結論拒絕two-visual-systems假說。在兩個種作業都受到錯覺影響的情況下,我們可以說錯覺在視覺處理分流之前就已經產生作用(Dyde & Milner, 2002)。另一個說法是用來分析的方法並不全然是一個量測動作的方式,它還受到了知覺的影響(Carey, 2001),因為不能提供足夠的證據來拒絕這個假設。
一般人可能會認為分析所有錯覺的知覺動作研究可以用來測試two-visual-systems假說,然而有些研究顯示錯覺效果在動作上面更明顯,有些則是在知覺上較明顯;而且,這些事後分析會有幾種偏誤,最嚴重的就是沒有人會視一種只出現動作效果但沒有知覺效果的刺激為錯覺,它們被視為干擾物。它們的知覺效果大部分沒有正式的考慮過,而是被視為不存在(反之則它們就變成一種錯覺)。第二,為了研究錯覺的效果,一般人會確保知覺效果儘可能的強大。在ebbinghaus illusion中,flanker和目標物的大小越接近則效果越強,實驗者通常使用thin chips來代替通常抓取實驗中會使用的圓柱。如果一個人認為兩種task使用的表徵相同則沒有問題,但如果是不同的,則會發生偏誤。
大部分宣稱支持two-visual-systems假說的錯覺實驗也可以解讀為反對此假說(reviewed by Smeets et al., 2002)。而且,此假說的立論點,病人D.F.的行為缺陷,也不完全遵循知覺與動作的分界,而是取決於需要的是egocentric還是allocentric的資訊(Schenk, 2005)。這個實驗的結果和Smeet et al. 's (2002)的陳述相同 “錯覺影響一個作業的執行與其說是因為作業不同的屬性(動作或知覺),不如說是作業本身的空間特性。”

Tuesday, August 14, 2007

Distractor objects affect fingers’ angular distances but not fingers’shaping during grasping

本實驗最主要的目標是在觀察以手就物時的手型,會否受到與目標物相同或或是不同干擾物的影響。受試者戴上特殊的手套來記錄手部的參數,被要求以自己感到舒適的速度抓取眼前的目標物。目標物有concave及convex兩種形狀,實驗情況有三種,只有目標物存在,目標物與同樣形狀的干擾物,目標物與不同形狀的干擾物(concave/convex以及convex/concave兩種組合)。
實驗結果顯示干擾物的存在會造成可以量測的干擾,干擾物會延長reaching的時間;而不管干擾物有無出現,幾乎不會影響到決定手形的手指關節角度(除了中指和小指手指根部的關節以外);而各手指間的角度,在一開始不會有差異,直到動作時間的30%到70%之間,無干擾物的情況下,會比有干擾物的情況下來得大,而在70%到90%的時間中,無干擾物的情況下,角度小於有干擾物的情況。
和其他手指比較之下,拇指對干擾物的出現是很敏感的。這可能是因為拇指在抓取的動作特別重要,而且是在抓取過程中,視覺導引的重要指標,當目標物和干擾物同時出現時,觸發了兩種不同路徑的計畫,繼而互相干擾,而影響到拇指這個視覺導引的重要部位。另一個可能的解釋是考量到拇指可能會觸碰到干擾物這個障礙,使得它的屈伸受到限制。在有干擾物的情況下,較長的reaching time,和拇指的屈伸情況,似乎支持這種障礙物的解釋。
假設我們的手回應干擾物的方式可能是我們如何分析干擾物的指標。我們認為如果是以分析物體體積的方式,則主要影響手部張開的大小;如果是以一個分析整體形狀的方式,則主要影響到個別手指的關節屈伸情況。根據實驗結果,似乎是較偏向分析體積大小的方式。作者把此種現象延伸解釋為,visual guided action會處理較相關的目標特性,如目標物的大小,而忽略較不相關的,如目標物的形狀。
其他一系列實驗都顯示手型可能因干擾物的出現段受到影響,但是大部分的實驗都探討到拇指和食指之間的距離,這個實驗同時考量到其他各個手指以及他們之間的abduction angle,大大延伸了這類實驗的複雜度和廣度。

Friday, August 3, 2007

Rizzolatti_2004_The mirror neuron system

Mirror neurons最早是被發現在猴子premotor cortex中的F5 (Di Pellegrino et al. 1992),其特性為在觀察別人做一個動作以及自己做同樣動作時,都會激發它們。這篇review的著重在 1.mirror neuron基本的特性還有在理解動作的角色。 2.人類的mirror system的基本特性 3. 人類mirror system在action imitation的角色。 4. mirror system在語言演化中可能的重要性。

1. Mirror neuron有generalization的特性,即同一個細胞可以對類似的動作有反應。例如在猴子身上會對人類抓取有反應的細胞,對猴子抓取也會有反應。Mirror neuron可以依照會它們會反應的visual aciton和它們表徵的motor responses之間的一致性,來區分成strictly congruent(一致性高)和broadly congruent neurons(一致性低)。在猴子的F5除了有對手部運動敏感的mirror neuron,也有對嘴部運動敏感的mirror neuron。此外,在superior temporal sulcus(STS)還有area 7b (PF,rostral part of inferior parietal lobule)也有看到別人動作會有激發的細。可見下圖。由於STS的細胞缺乏motor的特性,目前認為mirror neuron的迴路主要是在PF和ventral premotor cortex。










2. 有許多證據支持在人類身上也有mirror system。最早在1954年,Gastaut用EEG發現mu rhythm在受試者做動作時還有觀察動作時都有發生。人的mirror system和猴子稍有不同,在猴子身上要goal-directed actions才能激發mirror neuron,但是人的mirror system也能對不及物的動作有激發。人的mirror system主要的所在是rostral part of the inferior parietal lobule,lower part of the precentral gyrus還有posterior part of the inferior frontal gyrus。一個有趣的問題是別的物種的動作是否也由mirror system來理解?Buccino et al. (2004)的研究認為辨認同種和異種的動作可能是由不同機制來完成。

3. 有許多研究在探討imitation的問題,Iacoboni (1999)的實驗採用observation-execution(模仿)和observation-only兩種情境,在observation-execution的情況下,受試者會看到手指在動,而且自己要跟著動,在observation-only的情境下,只要看手指動就好。結果發現在模仿的情境下,left pars opercularis of the IFG,the right anterior parietal region,the right parietal operculum以及右側STS會有比較高的激發。這個結果可看到一些不是mirror system的部分也有激發,可能的解釋 為模仿的需求會產生行動的sensory copies。後來的研究另外支持Broca's area在模仿動作也有重要性(Koski et al.2002)。

4. 手勢和手勢的意義之間的關係,相較於語音和語音的意義之間的關係更為密切。如果語言的演化與mirror system有關係,在演化過程中,必須要把有意義的手勢和轉換成一個語音。如果這個假設為真,手勢和語言就可能共享部分的神經機制。Gentilucci et al. (2001)讓受試者發音(例如唸GU, GA),在發音的同時要抓物體。他發現當受試者抓較大物體的時候,嘴脣張開的程度也較大。另外Gentilucci (2003)發現在觀察別人抓較大的物體時,發音的音量還有嘴脣張開的程度也會受影響。這些研究支持手勢和口語可能有共同表徵。

Grasping objects by their handles:a necessary interaction between cognition and action

長久以來,許多研究一直認為認知(cognition)和動作(action)的系統是分開的,亦即支持知覺經驗(phenomenal experience)和視覺動作行為(visuomotor bahavior)的表徵是不同的。例如,有些腦傷病人無法區辨不同大小的物體,卻可以用符合物體大小的方式抓取物體(Goodale, Milner, Jakobson, & Carey, 1991),或是剛好相反,可以區辨物體,卻無法抓取物體(Jakobson, Archibald, Carey, & Goodale, 1991);甚至對一般人而言,亦是如此,例如,只用看的來判斷坡度,往往跨大坡度,但若實際行動(例如,用手接觸坡面)感受坡度,通常可以正確判斷坡度。
然而,也有研究顯示認知是可以影響行動的。視覺失認症(visual form agnosia)病人D.F.,可以輕易正確抓取物體,但是,當動作不是直接對物體反應(例如,用手去評估物體的邊長),動作反應往往有所偏誤(Goodale et al., 1991),此外,D.F.可以依照明亮度產生的邊界將信件投入不同方向的細長投遞縫口,卻無法依照格式塔法的邊界知覺法則(例如,相似性,接近性)來正確投遞信封,顯示單純視覺動作系統(visuomotor system)是不可能用更精細的知覺線索來導引動作,必須有認知系統的介入來運作這些較細膩的知覺法則;即使動作是直接對物體反應,不論是病人或正常人,只要目標物出現和開始執行動作間的時間故意被延遲一會兒短暫時間,亦會造成知覺上的偏誤(Bridgeman, Peery, & Anand, 1997; Creem & Proffitt, 1998; Goodale, Jakobson, & Keillor, 1994)。
此篇研究,作者希望即使動作是直接對物體反應、目標物出現和開始執行動作間的時間沒有任何延遲的狀況下,也可以看到認知對動作的影響,亦即動作和認知之間是有交互作用的,不是完全獨立的系統。作者的推測是這樣的,沒有認知系統介入的視覺動作作業,受試者就可以輕易抓取物體,但倘若要牽涉抓取方式適不適當(例如,抓取有手把的工具(hand tools)的視覺動作作業),應該是會牽涉到認知系統中的語意處理(semantic processing),因為必須藉由認知系統來傳遞工具如何功能性地使用或抓取的訊息給運動系統(motor system)。所以利用dual task,倘若認知系統被secondary task給佔用,此時做primary task(視覺動作抓取作業)時,無法順利提取和處理物體的功能性使用訊息,來看secondary task是否會干擾和影響適當地抓取物體方式的正確性,當然,前提是作者已經確認在無任何指導之下,受試者都可以適當地抓取有手把的工具(亦即抓取手把)。
實驗一
操弄不同類型的task conditions(受試者間設計)以及工具的放置方位(受試者內設計)為獨變項。依變項為抓取方式的正確率,如果只是用手單純觸碰抓取手把或其他部位,亦即不適當的抓取方式,則都是錯的反應(Figure 1. Bottom),必須抓取方式有如在使用,亦即適當的抓取方式,才是正確的反應(Figure 1. Top)。第一種是semantic dual-task condition,亦即除了手的抓取作業,讓受試者同時進行字彙語意關聯配對作業(paired-associates distractor task),在此condition正式施測前,要求受試者記住30對字彙(例如,芹菜-洋梨、松鼠-大象),正式進行施測時,讓受試者聽到配對字彙中其中一個字彙,並要求受試者正確回答另一配對字。其次是spatial dual-task condition,亦即除了手的抓取作業,讓受試者同時進行spatial imagery distractor task,要求受試者對印刷體字母的角度(corner)做分類,如果字母的上方或下方有角度,說“yes”(例如,L),如果字母到處都有角度,說“no”(例如,E)。最後,是控制組,亦即只有手的抓取作業,沒有其他干擾作業。至於工具的放置方位(orientation),基本上工具的手把都是在最遠離受試者臉部的位置,只是工具是完全垂直於受試者,或是向左或向右45度的方位擺放。對於右手力者而言,垂直方位是neutral,向右45度方位是towards,向左45度方位是away。
進行task condition(semantic dual task, spatial dual task, control task)和方位(towards, away, neutral)的2-way ANOVA。方位有main effect,且不論task condition為何,towards的正確率最高,再來是neutral以及away;最重要的是task condition有main effect,semantic task正確率最低,控制組正確率最高,且semantic condition和control condition有顯著差異,但spatial condition和control condition沒有顯著差異。這意味著在semantic task時,因為認知系統被佔用最嚴重,以致於運動系統得到關於工具功能性使用的訊息最糟,所以表現最糟,而spatial task表現只下降一點點,所以顯示工具功能性使用的訊息之干擾主因確實是semantic condition造成的。task condition和方位有交互作用,顯示在control condition,沒有特別方位的抓取喜好,但在spatial task和semantic task時,都有towards方位的抓取喜好,可能是因為towards方位較利於生物力學(biomechanics)。
雖然實驗一中,task condition的main effect似乎成功驗證認知對於動作的影響,但是,semantic condition的作業困難度似乎高於spatial condition又或者是受試者對於semantic task較花心力去進行,以致於semantic condition的表現差於spatial condition,而非工具功能性使用的訊息之干擾主要是semantic processing造成的。因此進行實驗二,當primary task純粹是視覺空間運動作業(visuospatial motor task),確定完全不牽涉語意成份,來看semantic task和spatial condition對視覺空間運動作業的影響。
實驗二
除了primary task不一樣,其他都和實驗一相同。視覺空間運動作業為追蹤作業(pursuit- tracking task),螢幕上有一個一直移動的十字游標,受試者必須用滑鼠點擊游標即完成作業。三個變項為task condition(control vs. dual task)、性別、dual task type(spatial vs. semantic)混合因子設計ANOVA,task condition為受試者內設計,性別和dual task type為受試者間設計。task condition和dual task type皆有main effect;task condition和dual task type有交互作用,在semantic dual task時,semantic dual task condition和control task condition的表現無顯著差異,但是,在spatial dual task時,spatial dual task condition和control task condition兩組表現有顯著差異,也就是說視覺空間運動作業只被spatial dual task影響,而沒被semantic dual task影響,恰巧和實驗一結果相反,抓取作業只受到semantic dual task,而沒被spatial dual task影響,意味著確實抓取作業包含semantic component,且只被semantic dual task影響,確定了抓取作業的表現差異是因為semantic component造成的,而非作業難度,因為不包含semantic component的視覺空間運動作業並未被semantic dual task影響,只受到同樣含有spatial component的spatial dual task影響。
此外,為了更確定實驗結果的可靠性,做了實驗一和二(primary tasks)在dual tasks上的統計分析,亦即primary task(grasping task vs. visuospatial motor task)和secondary task(spatial vs. semantic)受試者間設計的ANOVA,確定實驗結果不是因為primary task本身作業型態不同造成的差異,只有secondary task有main effect,不管primary task,spatial task表現都比semantic task好,實驗差異並非primary task作業型態不同造成,亦即對semantic task而言,兩種primary tasks表現無差異,對spatial task而言亦是。確切發現double dissociation,亦即grasping task只受semantic dual task影響,visuospatial motor task只受spatial dual task影響;確立semantic task對grasping task的特定影響,代表認知(語意)系統對於引導動作表現適當性之重要性。
實驗三
實驗二證實實驗一在semantic dual task和spatial dual task的表現差異不是干擾作業困難度造成的;但是,實驗一的paired-associates distractor task不只牽涉語意,還含有記憶困難度(difficult memory component),作者認為有必要確認semantic task的干擾來源以本質。除了primary task改變,其餘和實驗一相同。有三種不同的dual tasks,一是free-association task,受試者不需記憶任何字串,只是在施測時,受試者會聽到一個字,必須再說出任一個字隨意配對即可;另一個是nonsense syllable paired-associates task,和實驗一的paired-associates distractor task相似,但是,是以nonsense syllable組成字串配對(例如,ZIJ-KIJ,YEF-VEF);最後是articulatory suppression distractor task,實驗過程中只要不段喊“la”即可。以上三種dual tasks相對於實驗一的paired-associates distractor task,在認知資源的loading上都比較小。
進行4種task conditions(control, free-association, nonsense syllable paired-associates, articulatory suppression)一因子ANOVA;task condition有main effect,free-association或nonsense syllable paired-associates相較於control task,有顯著差異,但articulatory suppression卻沒有。進行task condition(free-association, nonsense syllable paired-associates, articulatory suppression)和方位(towards, away, neutral)混合設計ANOVA;只有方位有main effect,不論哪一種dual task,towards正確率顯著大於neutral,而neutral正確率顯著大於away。
三種dual tasks相對於實驗一的paired-associates distractor task,在認知資源的loading上都比較小,所以,free-association task較單純和語意提取有關(easy-semantic task),顯示只有語意提取即可以造成干擾;nonsense syllable paired-associates task在語意的關係上較小,因為是無意義字串,但是,仍需記憶字串配對,所以在記憶提取上還是有一定的困難度在(difficult paired associates task with a reduced semantic component),但顯然,記憶提取對於動作反應的干擾效果有一定影響,作者認為記憶提取作業干擾了適當抓取物體之語意訊息的提取和處理,而非作業困難度;至於articulatory suppression一向被認為影響語音訊息,和LTM的語意處裡或提取無關(easy, nonsemantic, non-memory-retrival task),確實在實驗中對抓取適當性沒有影響。實驗三確立了語意記憶訊息的提取和處裡對於如何適當抓取工具而言,皆相當重要。
總結,即使沒有認知系統,受試者仍可以有效抓取工具,但是,卻是不適當的方式,因此,提取和處理工具語意訊息的認知系統對於動作執行的適當性是非常重要的。