Name: 如何创建和使用双眼竞争 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-11-10T17:10:00.000+00:00
Duration: 14 min 34 s
Description: 学习使用红蓝眼镜、镜面立体镜和棱镜护目镜创建双眼竞争刺激的方法，用于研究视觉意识和知觉选择。本视频介绍多种简便技术及其优缺点，帮助研究者选择合适的实验方案。

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作者得到国际脑研究基金会博士后奖学金（DC）；博士培训资助项目 T90 DA 022763（MA）；美国国立卫生研究院资助项目 R01-EY017699 和美国国家科学基金会资助项目 BCS-0633281（SK）的支持。作者感谢 Randolph Blake 提出的有益评论。

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<li>Rees, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroimaging+of+visual+awareness+in+patients+and+normal+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Op.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Neuroimaging of visual awareness in patients and normal subjects.</a> Curr. Op. Neurobiol. 11, 150-156 (2001).</li>
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<li>Bahrami, B., Carmel, D., Walsh, V., Rees, G., Lavie, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+attention+can+modulate+unconscious+orientation+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Perception%22%5BJournal%5D)">Spatial attention can modulate unconscious orientation processing.</a> Perception. 37, 1520-1528 (2008).</li>
<li>Carmel, D., Walsh, V., Lavie, N., Rees, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Right+parietal+TMS+shortens+dominance+durations+in+binocular+rivalry%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Right parietal TMS shortens dominance durations in binocular rivalry.</a> Current Biology. , Forthcoming Forthcoming.</li>
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<li>Tong, F., Nakayama, K., Vaughn, J. T., Kanwisher, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Binocular+rivalry+and+visual+awareness+in+human+extrastriate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Binocular rivalry and visual awareness in human extrastriate cortex.</a> Neuron. 21, 753-759 (1998).</li>
<li>Kovacs, I., Papathomas, T. V., Ming, Y., Feher, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((When+the+brain+changes+its+mind%3A+interocular+grouping+during+binocular+rivalry%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">When the brain changes its mind: interocular grouping during binocular rivalry.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93, 15508-15511 (1996).</li>
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<li>Cowey, A., Stoerig, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+neurobiology+of+blindsight%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The neurobiology of blindsight.</a> Trends Neurosci. 14, 140-145 (1991).</li>
<li>Nasrallah, M., Carmel, D., Lavie, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Murder+she+wrote%3A+enhanced+sensitivity+to+negative+word+valence%5BTitle%5D)+AND+%22Emotion%22%5BJournal%5D)">Murder she wrote: enhanced sensitivity to negative word valence.</a> Emotion. 9, 609-618 (2009).</li>
<li>Persaud, N., McLeod, P., Cowey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Post-decision+wagering+objectively+measures+awareness%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Post-decision wagering objectively measures awareness.</a> Nat Neurosci. 10, 257-261 (2007).</li>
<li>Tsuchiya, N., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+flash+suppression+reduces+negative+afterimages%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Continuous flash suppression reduces negative afterimages.</a> Nat. Neurosci. 8, 1096-1101 (2005).</li>
<li>Bahrami, B., Lavie, N., Rees, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Attentional+Load+Modulates+Responses+of+Human+Primary+Visual+Cortex+to+Invisible+Stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Attentional Load Modulates Responses of Human Primary Visual Cortex to Invisible Stimuli.</a> Curr. Biol. 17, 509-513 (2007).</li>
<li>Wilson, H. R., Blake, R., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+travelling+waves+in+visual+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Dynamics of travelling waves in visual perception.</a> Nature. 412, 907-910 (2001).</li>
<li>Meng, M., Tong, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+attention+selectively+bias+bistable+perception%3F+Differences+between+binocular+rivalry+and+ambiguous+figures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vision%22%5BJournal%5D)">Can attention selectively bias bistable perception? Differences between binocular rivalry and ambiguous figures.</a> Journal of Vision. 4, 539-551 (2004).</li>
</ol>

无利益冲突声明。

我们已经描述了双眼竞争的性质、产生它的几种方法，以及使用它时必须考虑的因素。正如引言中详细所述，恰当地使用双眼竞争使得研究者能够通过实验来探讨意识、知觉选择和无意识加工的神经机制（或相关脑区）。然而，要正确开展此类研究，必须注意一些问题，例如维持稳定辐辏的重要性；如果研究无意识加工，则必须使用可能产生完全抑制的视觉刺激显示方式。
在选择用于产生竞争的方法时，必须考虑每种方法的优缺点。例如，如果需要使用多色刺激材料，则使用红蓝眼镜毫无意义；但另一方面，这种方法可能是最易于在磁共振成像（MRI）扫描仪中使用的方法。同样，镜像立体镜是一种非常可靠的确保不同图像落在对应视网膜位置的方法；但每位观察者均需单独调整，且将立体镜安装到MRI扫描仪中存在技术困难，这可能使该方法在某些研究中不具吸引力。
最后，为了采用适当的因变量测量方法，了解双眼竞争体验的特征非常重要。当研究问题涉及无意识加工时，必须独立验证参与者确实没有意识到被抑制的图像。当研究关注实验操纵如何影响主导和抑制持续时间时，相比于仅分析平均值或中位数等集中趋势指标，考察持续时间的（伽马分布形状的）分布特征可能提供更深入的见解；同时，明确观察者经历的是 abrupt（ sharp）还是渐进（piecemeal 或 wave-like）的主导转换过程也至关重要。
我们希望有意采用这一有趣现象的研究人员会发现本介绍有所帮助。

<table><tbody><tr><td>镜像立体镜</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>棱镜护目镜</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>红-蓝或红-绿赛璐珞护目镜</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>计算机显示器（可选）</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

如何创建和使用双眼竞争

How to Create and Use Binocular Rivalry

我们的每只眼睛通常看到周围世界略有不同的图像。大脑能够将这两个图像合成为一个连贯统一的感知。然而，当两只眼睛接收到彼此差异足够大的图像时，会出现一种有趣的现象：大脑并不会将这两个图像融合为一个统一的意识感知，而是产生一种感知交替的模式，其中一个图像占据主导并被意识到，而另一个图像则被抑制；这种主导状态在两个图像之间交替出现，通常每几秒钟轮换一次。这种感知现象被称为双眼竞争。由于对每只眼睛输入的视觉刺激保持不变，却能引起视觉意识和感知的交替变化，因此双眼竞争被认为是在人类和动物模型中研究感知选择与意识的有用范式。要产生双眼竞争刺激，只需使每只眼睛在相同感知位置上看到不同的图像即可。实现这一目标的方法有多种，但初涉该领域的研究者往往不确定哪种方法最适合自己特定的研究需求。本文旨在介绍几种经济且简便的方法来创建和使用双眼竞争范式。我们将详细描述这些无需昂贵专用设备的方法，并说明每种方法的优缺点。所介绍的方法包括使用红-蓝眼镜、镜面立体镜以及棱镜眼镜。

当双眼在同一位置接收到不同图像时，会发生双眼竞争：其中一个图像占主导地位，而另一个图像被抑制，且主导状态会周期性交替。双眼竞争可用于研究知觉选择和视觉意识。本文介绍了几种创建和使用双眼竞争刺激的简便方法。

我们的每只眼睛通常看到周围世界的图像略有不同。大脑可以将这两个图像合成为单一连贯的……

我们的每只眼睛通常看到的是略有不同的图像，大脑会将这两个图像融合成一个单一且连贯的视觉表征。然而，当两只眼睛接收到彼此差异足够大的图像时，就会出现一种感知交替的模式：其中一个图像占据主导地位并被意识到，而另一个图像则被抑制。这两个图像之间的主导地位通常每几秒钟交替一次。这种感知现象被称为双眼竞争。为了产生双眼竞争刺激，需向每只眼睛呈现位于相同感知位置但不同的图像。本视频介绍了几种低成本且简单易行的方法，用于创建和使用双眼竞争。您好，我是大卫·卡梅尔（David Carmel），纽约大学心理学系的博士后研究员。您好，我是迈克·阿尔卡（Mike Arca），普林斯顿大学心理学系的研究生。在本视频中，我们将介绍几种经济且简单的方法来创建和使用双眼竞争。由于对每只眼睛输入的刺激保持不变，却会引起视觉感知的交替变化，因此双眼竞争被认为在人类和动物模型中均有助于研究知觉选择和意识。尽管存在多种创建双眼竞争的方法，但该领域的初学者往往不确定哪种方法最适合自己特定的研究需求。我们的目标是阐述最常用方法的优缺点。现在就开始吧。双眼竞争可以通过向每只眼睛在对应的视网膜位置呈现无法调和的不同图像来诱发，而不是呈现一个单一的融合图像。观察者通常会看到一种感知交替的模式，其中每只眼睛的图像会在一段时间内占据主导地位，进入意识感知，而另一只眼睛的图像则被抑制。优势期与抑制期以短暂的混合感知为间隔而周期性交替。双眼竞争可用于探讨若干重要问题，例如：在视觉加工层级的哪些阶段，神经活动与意识体验相关？大脑如何解决刺激之间的竞争，并选择将哪一个刺激带入意识？哪些原本被意识所抑制的图像特征仍可被加工处理，以及此类加工如何影响行为？有多种简单方法可用于创建双眼竞争显示。本视频概述了其中最常用的方法，包括每种方法的优势与局限性。在介绍具体方法之前，我们必须先解决双眼竞争实验中维持稳定注视的问题。在进入创建竞争的具体方法之前，有必要提及“稳定注视”这一问题，这是接下来所有方法中都必须考虑的关键因素。正常情况下，我们的眼睛会转动或产生注视运动，使得相同的注视图像落在两个视网膜中央凹上。然而，双眼融像的成功依赖于每只眼睛看到相同的事物。如果每只眼睛被呈现完全不同的图像，双眼融像将受到干扰，因为大脑将缺乏足够的信息来确定正确的融像角度。这可能会破坏双眼竞争，因为两个图像可能不会落在视网膜的对应位置上。因此，除了不同的图像外，显示内容还应包含双眼共有的相同元素。这能使双眼在图像的竞争性成分之间存在差异的情况下，仍保持稳定的凝视。通常，用于稳定的相同元素包括位于竞争性图像中央的注视点以及环绕图像的边框。框架可以是均匀的或带有纹理的，并且可以具有任意形状，只要双眼中的框架相同即可。水平方向的眼球运动不相关的情况比垂直方向更常见。因此，可以在每幅图像的两侧使用带有纹理的条形，以替代完整的框架。最后，在某些研究中，边框可能是不希望出现的。例如，如果实验要求刺激呈现在均匀的背景上，则可以使用NUNUs线或位于刺激更外侧的图像，例如靶心环。现在让我们来看看如何诱导双眼竞争。在这里，我们将回顾三种经济实惠且操作简便的方案，包括红蓝眼镜、镜面立体镜以及棱镜眼镜。使用色差眼镜（如红蓝或红绿眼镜）是一种广受研究人员青睐的方法，因其实施起来最为简便且成本最低，仅需一副可在许多玩具店购得的赛璐珞眼镜即可。本实验中，我们将使用红蓝眼镜，通过准备一幅仅由显示器的蓝色电子枪呈现的图像，以及另一幅在屏幕相同位置仅由红色电子枪呈现的图像来实现设置。每种镜片仅允许通过其中一幅图像，从而使两幅不同的图像分别投射到双眼视网膜的对应位置，进而引发视觉竞争。这两幅图像应包含相同的信息，例如一个框架或注视点，以确保稳定的视觉融合。这些相同的元素应使用两种镜片均能透过的颜色，例如黑色或白色。需要注意的是，该技术与色觉无关。使用颜色 merely 是为了将两幅图像分别分离至每只眼睛。即使对于色觉异常的观察者，这种方法也应有效。使用红蓝眼镜的优势包括设备成本非常低廉，且刺激材料非常易于准备。红蓝眼镜可轻松与所有神经影像学方法（包括磁共振成像）结合使用。此外，红蓝眼镜无需固定头部，也无需为每位观察者单独调节观察设备。其缺点在于每幅图像只能包含单一颜色的色调，因此无法呈现彩色刺激。这些镜片并不完美，因此总会存在一定程度的串扰，每只眼睛都会看到另一只眼睛图像的一部分。这导致无法断言被抑制的图像完全未被看见。通过使用多个滤光片可以减少串扰现象。例如，佩戴两副护目镜，一副叠在另一副之上，最终的红蓝护目镜与大多数当前的眼动仪配合使用效果不佳。现在我们继续介绍镜面立体镜方法。通过镜子可以轻松地为观察者的每只眼睛呈现不同的图像。首先，准备两幅具有部分相同元素的不同图像，并将它们并排显示在显示器上。可使用一个简易的镜像立体镜，其构造仅需四面镜子及用于固定镜子位置的支架即可。将两面镜子分别置于每只眼睛附近，并与该眼的视线成45度角，同时使用下颌托以稳定观察者头部的位置。在前两个镜子的每一侧再放置一个镜子，使其以45度角朝向刺激物，从而使每个图像落在每只眼睛的相应位置上。此时，不相同的图像应相互竞争。在大多数情况下，使用市售的几种立体镜之一较为方便。每位观察者的眼睛都略有不同，因此在将观察者置于显示器前时，可能需要调整镜子的角度以获得稳定的视觉单像。使用镜像立体镜时，必须确保每只眼睛只能看到其对应的图像，并且该图像仅在与另一只眼图像相竞争的位置被感知。在许多情况下，每只眼睛的视线可能会部分看到另一只眼对应的图像。为阻断这一不期望的视线路径，可放置一个隔板。例如，将一张硬纸板从体视镜的中线（位于观察者双眼之间）延伸至显示区域的中心，使其能够遮挡每只眼对另一侧视觉刺激的视线。另一个可能出现的问题是，每只眼睛可能会看到本应由其接收的图像出现两次：一次通过反射镜看到，另一次则直接看到。这将导致每个刺激在竞争发生位置的旁边额外出现一个图像。为避免此现象，需调整图像位置与观察者距屏幕距离之间的关系。为了在实验开始前完成这些调整，应准备一幅仅显示两幅图像中相同部分的图片，用于在呈现竞争刺激前为每位观察者校准立体镜。使用镜像立体镜的优点在于，独立的图像可用于色度刺激。图像完全分离，不会相互串扰。刺激材料的准备简便易行。任何两张并排呈现的图片都可以形成对比。最后，立体镜可与眼动追踪技术结合使用。其缺点包括：立体镜仅能呈现相对较小的刺激，因为每张图像只能使用半个视野来呈现。立体镜难以在 MRI 扫描仪中使用，因为这要求立体镜的所有部件均为非磁性材料，同时该装置还需整合扫描仪中通常用于观察刺激的反射镜所具有的额外倾斜角度。此外，立体镜还需要对头部进行固定，并针对每位观察者 individually 进行个性化调节。现在让我们来看看如何使用棱镜护目镜。棱镜护目镜法是一种使用护目镜的立体镜技术的变体，其中透镜采用棱镜而非反射镜。与使用反射镜的立体镜类似，立体图像并排显示在显示器上。棱镜透镜可从任何商业光学供应商处购得，同时可配备塑料镜架。每个棱镜都会使光线发生偏折，从而使位于侧面的物体看起来似乎在正前方。两个方向相反的棱镜所起的作用与镜子相同。那么，使用立体镜时，它们是否会产生一种错觉，使实际上并排的两幅图像看起来在空间上重叠？请注意，使用棱镜护目镜时，仍需要使用隔板，因为每只眼睛可以看到另一只眼睛的图像。然而，由于每只眼睛的图像仅对应一条视线，因此无需调整显示器的距离和大小。棱镜护目镜的优缺点与镜面立体镜相似，但存在一个主要区别。使用棱镜护目镜在 MRI 扫描仪中非常方便，因为它们可以由塑料制成，且比镜面立体镜更紧凑。现在让我们了解如何确保被抑制图像的完全抑制，以回答有关抑制图像处理的研究问题。在双眼竞争实验中，一种强烈的竞争形式被称为连续闪现抑制，简称 CFS，最适合用于创建 CFS 刺激。向一只眼睛呈现对比度相对较低的图像，该图像将被抑制。向另一只眼睛呈现高对比度、快速变化的图像。这将是实现最大效果的主要CFS掩模。CFS掩模的变化频率应在10至20赫兹之间。当使用镜像立体镜或棱镜护目镜时，可通过本视频前面描述的所有竞争方法诱导CFS。由许多小型彩色元素组成的CFS掩模非常有效。然而，当使用红蓝眼镜时，由灰度元素组成的CFS掩模也同样有效。CFS掩模可以由多个颜色完全相同的元素组成。如果您通过红蓝眼镜观看此视频，由于视频经过压缩以最大程度实现完全抑制，您可能会看到大量串色现象。在实验开始前，调整被抑制图像的对比度。交替过程中，主导图像与被抑制图像之间的转换通常较为缓慢，这意味着大部分观察时间将处于混合相位。混合相的具体形式因观察者和不同刺激而异。此处展示了两种常见的混合相形式。第一种是碎片化竞争，在该相中，混合相可以表现为抑制图像通过在刺激上逐渐增多的优势斑块，逐步转变为优势图像。其次，混合相位也可能通过优势波在图像上扫过而产生。为了诱导这种优势波，可在被抑制图像的特定部分引入对比度增量。双眼竞争的交替以随机且相互独立的时间间隔发生。这意味着上一次主导间隔的持续时间无法预测下一次主导间隔的持续时间。如果将主导持续时间划分为等宽的时间区间，则表示每种长度的主导持续时间出现次数的直方图通常可用一种称为伽马函数的偏态分布进行良好拟合。实验操控对持续时间和竞争倾向的影响通常会体现在每种条件下最适配的伽马函数的形状上。尽管会出现多种不同的主导持续时间，但这些持续时间的概率可能会受到操控因素（例如两幅图像）的影响。低层次特征会影响其主导期和抑制期的相对持续时间。例如，如果两幅图像在对比度上存在差异，对比度较高的图像将具有更长的主导持续时间，从而产生中位数更大的最佳拟合伽马分布。此外，不同的观察者可能对同一组刺激产生不同的伽马分布。在实验中，可以将伽马函数的参数作为因变量使用，但这些参数与分布形态之间的关系并不直观易懂。因此，采用一种更易获取的集中趋势度量可能更为有用。然而，由于伽马分布可能具有高度偏态，结果的代表性指标通常采用中位数而非均值。使用非高斯分布的中位数还意味着，除非数据点数量足够多，否则应选择非参数的相关统计检验方法。在本视频中，我们介绍了双眼竞争的性质、产生该现象的多种方法，以及使用这一现象时必须考虑的因素。希望我们的介绍能帮助您更好地应用这一引人入胜的现象。

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