《Brain and Cognition》：Task modulation of visual category selectivity at physical and conceptual levels: An ERP study
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本研究通过操纵振幅谱(AS)信息和任务相关性，采用事件相关电位(ERP)技术探讨了视觉物体分类中自上而下任务需求与自下而上图像特征的交互作用。研究发现P1成分的类别选择性仅存在于具备完整AS信息且任务相关时，表明早期加工依赖低层级物理特征；而P2/N2成分的类别差异不受AS信息影响但受任务调控，反映了高层级类别表征。该研究为理解视觉分类中不同加工阶段的动态交互提供了电生理证据。
当我们看到一只猫或一辆汽车时，大脑是如何迅速识别它们属于不同类别的？这个看似简单的过程涉及复杂的神经机制。视觉感知源于自下而上的感觉输入和自上而下的任务驱动预期之间的动态交互。然而，长期以来研究者们争论不休：视觉ERP中观察到的类别差异究竟反映了低层级图像特征（如振幅谱）的差异，还是真正的高层级类别表征？
以往fMRI研究显示，高级视觉区域确实存在对动物、人造物体等类别的特异性表征，且这些表征受到选择性注意的调节。EEG研究则发现动物与非动物类别在N1成分(130-200毫秒)上存在差异，甚至有研究报道在更早的P1成分(70-120毫秒)就出现类别分离。但问题在于，这些电生理差异可能源于不同类别刺激在低层级物理特征上的系统性差异，而非真正的类别加工。特别是振幅谱(AS)这一物理特征——它反映图像在空间频率上的能量分布——已被证明在动物、人脸、自然场景等类别间存在显著差异。
为厘清这一争议，兰卡斯特大学的Szilvia Linnert团队在《Brain and Cognition》上发表了创新性研究。他们巧妙设计了双任务范式，让参与者观看带有"X"或"O"字母的动物和车辆图片，这些图片的振幅谱信息要么保持完整，要么被均衡化。一组参与者执行类别相关任务（区分动物/车辆），另一组执行类别无关任务（区分X/O）。通过比较不同条件下ERP成分的差异，研究者得以剖析任务需求与低层级特征在视觉加工不同阶段的各自贡献。
研究采用128导脑电记录系统，通过线性混合效应模型和置换检验等统计方法，重点分析了早期视觉成分(P1、N1)和中期成分(P2、N2)。实验严格控制了刺激的物理属性，使用SHINE工具箱对图像的亮度和振幅谱进行匹配，确保任何观察到的效应不能归因于这些低层级变量的差异。
3.1. 行为结果
反应时数据分析显示，无论是类别相关还是无关任务，参与者对完整AS图像的反应都显著快于均衡化AS图像。在类别相关任务中，对车辆的反应快于动物，且存在类别、刺激类型和任务的三重交互作用。准确率方面，两组任务均表现优异(约97%)，且d'值和判断标准无显著差异，表明任务难度匹配良好。
3.2. 电生理结果
3.2.1. 置换检验分析
头皮分布图显示，动物-车辆ERP差异在75-275毫秒间出现，其时间和空间分布因任务和刺激类型而异。在类别相关任务中，完整AS图像在75毫秒就出现早期中线差异，而均衡化AS图像的差异出现较晚(约100毫秒)。精细时程分析表明，任务调控在不同阶段表现不同：早期阶段(70-90毫秒)，类别差异仅出现在类别相关任务中的完整AS图像上；而在后期阶段(180毫秒后)，类别相关任务中的差异更为明显。
3.2.2. 平均振幅分析
P1成分(70-90毫秒)：发现刺激类型、类别和任务的三重交互作用。进一步分析显示，仅当AS信息完整且任务需要类别区分时，才出现显著的动物-车辆差异，表明早期类别选择性依赖于低层级AS信息并受任务需求调控。
N1成分(100-160毫秒)：刺激类型与类别存在显著交互。完整AS图像中动物引发更负振幅，而均衡化AS图像中模式相反，表明N1阶段的类别差异受到AS信息的显著影响。
P2/N2成分(190-290毫秒)：在枕叶和颞叶区域均观察到类别与任务的交互作用。类别相关任务中动物-车辆差异显著大于无关任务，且这种调控不受AS信息影响，表明后期加工阶段反映的是更高层级的类别表征过程。
研究结论表明，视觉类别选择性的ERP表现具有明显的阶段特异性：早期成分(P1)的类别敏感性依赖于低层级AS信息且需要任务相关的自上而下调控；而后期成分(P2/N2)的类别差异则独立于AS信息，反映相对稳定的高层级类别表征，但仍受任务需求的调节。
值得注意的是，即使在不要求明确分类的X/O任务中，也出现了动物-车辆的ERP差异，说明类别加工具有一定程度的自动化特性。但任务需求显著调制了这些差异的幅度和半球分布：在X/O任务中，类别差异主要出现在右半球，可能与左半球参与字母处理有关；而在类别相关任务中，差异分布更为双侧化。
这些发现为理解视觉分类的神经时间动力学提供了重要见解。早期AS驱动的差异可能反映初始感觉证据的编码，而后期AS无关的差异则可能体现类别层级证据的积累。两者之间的极性反转和缺乏持续性的现象提示，早期感觉证据并非直接传递给后期加工阶段，而是在不同阶段间存在复杂的转换或整合过程。这支持了视觉分类是一个动态过程的观点，其中自下而上和自上而下信号在不同时间窗口以不同方式交互，共同促成最终的行为输出。
该研究的创新之处在于直接操纵了类别信息的相关性（而非仅改变反应方式），从而清晰揭示了任务需求对不同加工阶段的特异性影响。这不仅解决了长期以来关于早期ERP类别差异本质的争议，也为理解视觉系统中层级加工的动态交互提供了新的电生理证据。未来研究可进一步探索这些阶段特异性调制如何影响行为输出，以及在不同类型的视觉类别中这些模式是否具有普遍性。
