探索自上而下视觉过程对运动行为影响的方法

本实验的总体目标是利用三维深度倒置错觉，建立一种方法，以阐明自上而下的视觉过程对运动动作的作用。该目标通过两个步骤实现：首先构建一种装置，呈现强烈的三维反向透视刺激，使受试者在不同知觉状态下执行伸手动作；第二步是设置运动捕捉系统，记录参与者与该刺激之间的交互过程。

第三步是创建一个平台，使参与者能够在没有实时视觉校正或触觉反馈的情况下，伸手至其最后感知到的刺激目标位置。最后一步是分析前伸运动数据以及非指令性的手臂回缩运动，以构建在此情境下视觉运动行为的综合模型。最终，通过本范式提供的运动学评估，结果可展示不同感知状态下伸手动力学的变化。

与利用空心面具错觉等现有方法相比，该技术的主要优势在于，相应的刺激能够在垂直状态和错觉感知状态下，实现接近90度的最大表面取向差异。这种新方法有助于回答感知科学领域中的关键问题，并推动建立更加客观的心理科学体系，发展超越人类语言自我报告或按键反应的新技术。两种假设的截然不同的预测，即运动控制系统是否受到错觉的影响，使我们能够检验这一假设。

今天由我们实验室的研究助理 Jay Val、CD pathak 和 R Sadik 演示该实验步骤。首先构建一个可在滑轨上移动的平台，平台尺寸为 65 厘米 × 55 厘米，滑轨长度为 55 厘米。各种刺激物将放置在该平台上。

刺激材料必须呈现在受试者坐姿时的眼睛水平位置，因此应将轨道固定在适当的高度。平台应配备可伸缩的弹簧装置。将该装置连接至电路板，以同步受试者座椅后方的各种事件。

设置灯具以均匀照亮平台。将灯具连接到参与者座椅扶手下方的同一电路板上。固定一个开关盒，确保参与者抬手时能轻松按压。

将开关连接到电路板上的电路板。将输出引脚连接到微控制器的引脚，以激活刺激。当参与者伸手按压触发盒时，平台应缩回，同时灯光应熄灭。

使用 MATLAB 控制微控制器以记录试验序列，并指示实验人员每个试验所需的观察条件。现在构建正确的透视刺激，并构建反向透视刺激。尽管中央建筑物看起来是凸面的，但在两种刺激中，其物理结构在中线右侧实际上是凹面的。

连接一个红色平面圆盘。使用每个矩形面板构建两个训练刺激。用红色圆盘表示中间建筑物的一个孤立的右侧表面。

一个面板用于反向透视刺激，另一个面板用于正常透视刺激。首先，使用随机点立体视觉测试来检测参与者的立体视觉。同时确定其优势眼。

接下来，设置由14个电磁传感器和运动追踪软件组成的动作捕捉系统，采样频率为240赫兹。使用运动绑带将其中12个传感器放置于受试者身上，分别固定在头部、躯干、双侧肩部、上臂、前臂，以及操作开关的手的食指和拇指上。

将另外两个传感器放置在红色圆盘后方两个刺激物的背面。受试者在测试前不应看到这些刺激物。除用于照亮刺激平台的灯具外，关闭所有其他灯光。

调暗所有计算机屏幕，并将其朝向远离实验装置的方向。向受试者说明实验流程以及他们将如何触发开关盒。演示受试者应仅在平台可见时抓取平台。

现在，对一个刺激进行一次练习试验。仅发送一块带有杆子的黑板用于悬挂物体。要求参与者伸手去够杆子，然后将手移回休息位置。

以受试者感到舒适的节奏重复此操作三次。使用两个训练刺激开始启动试验。每次试验后，让受试者闭上眼睛，以免看到刺激物被调换。

软件将随机设置每个刺激呈现四次的顺序。现在开始实验试验。这些试验包括三种条件。

第一种情况是在错觉感知下观察反转的图像；第二种情况是在垂直感知下观察反向视角；第三种情况则是正确的视角。

首先呈现反转视角的刺激，并询问参与者是否能够稳定中间建筑物凸出的错觉感知。如果参与者无法稳定该错觉，可使用散焦镜片作用于非优势眼；若需要使用镜片，则在每次回顾性错觉试验中均应使用。其余试验的顺序应随机化。

每种条件下共呈现12次试验， resulting in 36次实验性试验。试验总次数为47次，其中包括练习训练和实验性试验。

在每次试验中，针对回溯性错觉试验和正确视角试验，均需给出口头指示，指导参与者将中间的建筑物视为向前凸出；在垂直试验中，指导参与者将中间的建筑物视为向内凹陷远离。务必在参与者的知觉稳定后，才要求其伸手进行操作。

该实验方案最关键的步骤是确保受试者在整个试验过程中始终保持错觉感知或垂直感知。我们允许受试者花费足够时间以达到这一状态，若存在任何疑问，则重复该次试验。威尔克λ（Wilkes Lambda）检验统计量是用于分析的指标之一。

一名代表性受试者的手部运动路径数据显示，在垂直知觉（绿色）和错觉知觉（蓝色）条件下，其手部运动轨迹存在显著差异。在非指令性回撤动作中，手部路径曲率在垂直知觉与错觉知觉条件下的差异同样明显。

比较正向垂直透视与反向垂直透视时，数据显示在前伸到达距离和手部回缩动作方面均存在预期的显著差异，相关统计学分析的详细内容见正文方案。在考察手部接近刺激物时的方向时，反向垂直透视刺激条件下的手部接近向量（绿色）与其他两种刺激条件存在差异。手部的接近向量。

各方向的运动模式极为相似。一旦掌握，若操作正确，该技术可在大约一小时内完成。在进行该操作时，必须牢记持续记录手臂的完整运动过程，包括向前伸手朝向目标的动作以及随后手部的自然回缩动作。

该阶梯在开发完成后无需任何指令即可自动运行。该技术可为神经科学领域的研究人员探索典型发育人群和病理人群中的自上而下控制与感觉运动处理之间的关系提供新的途径。