聽覺信息傳遞模式

簡介

認知神經科學把人腦的認知加工過程看做是一種信息加工過程。關於這一過程，有一個被廣為接受的基本假設：信息加工過程在時間維度上可以劃分為不同的加工階段。這些加工階段通常由感覺登記、刺激識別、反應選擇、反應準備和反應執行等組成。作為這一假設的重要推論：各個加工階段之間在時間上是一種前後相繼的模式，也得到了研究者的普遍認可。例如，在正常的認知加工過程中，只有先完成刺激識別階段才會有相應的反應執行階段，二者在時間維度上不能先後顛倒。由於研究手段的限制，在很長一段時間內研究者都無法直接研究階段間的時間關係，而只能通過間接方式進行推測。這種情況不僅阻礙了認知理論的發展還導致了矛盾的研究結果和兩種截然相反的理論假設。隨著電生理技術的發展，對“前後兩個階段之間信息是如何傳遞的”進行直接觀察已經成為現實，近年來的相關研究已經層出不窮。

信息傳遞理論

到目前為止，研究者已經提出了兩種針鋒相對的信息傳遞理論，而且均不同程度上獲得了實驗證據的支持。它們分別是離散型信息傳遞假設和連續型信息傳遞假設。離散型假設認為信息只有在前一個階段加工完畢後才能被傳遞到下一個階段。前後兩個階段之間的關係是離散的，不會出現時間上的重疊，如下圖。根據離散型假設，反應階段只有獲得了刺激的全部信息後才開始加工，所以這種理論模型具有準確性優勢。然而，自然界中的刺激經常包含很多存在加工速度差異的特徵信息（現在我們已經知道特徵信息的加工速度是由其心理感受性來決定的），那么整個認知過程的加工時間就是由最慢的特徵信息決定的。顯然這不是一種最快的加工模式，儘管有著最好的加工準確性。不難看出，這種假設源自於“人腦加工機制類似於電腦加工”的隱喻。這種隱喻假設認知過程是由功能明確的腦區按照固定的步驟來進行加工的。

與此相反，連續型假設認為認知加工過程如同流淌中的水流一樣，階段間沒有明顯的時間界限。換句話說，連續型假設允許某個刺激的部分信息（先加工完畢的那部分信息）先行傳遞到後續加工階段。例如，上圖中特徵A可以不必等特徵B被加工完畢就先行傳遞到反應階段，使得反應階段可以提早開始。也就是識別階段和反應階段可以發生重疊從而節約時間，因此這種理論模型具有速度優勢。但是，由於反應階段可能是基於“部分信息”而非離散型假設的“完整信息”，準確性可能會不足，所以是一種速度與準確性權衡模式。

聽覺信息傳遞的連續性

儘管以階段內為研究對象的行為和電生理證據表明聽覺信息加工過程也是符合階段論假設。即在時間維度上也分為感覺登記、刺激識別、反應選擇、反應準備和反應執行階段。但是來自功能磁共振研究表明，各個加工階段是不同大腦功能網路完成，而非某個特異性腦區。例如，聽覺信息的感覺登記和識別主要是在以顳葉為核心的聽覺網路中完成的，而反應選擇則涉及到背外側前額葉為核心的認知控制網路，反應準備和執行則是由中央後回和輔助運動區為核心的運動網路。而且這些網路之間又彼此交叉，緊密關聯。因此，通過這些研究我們仍然無法得出認知加工過程不同階段間的時間關係。

單側化運動準備電位(Lateralized Readiness Potential, LRP)的開發利用為這一問題的回答提供了契機。LRP是一種既具有高時間分辨特點又與運動準備階段密切相關的腦電成分。研究者可以藉助LRP來觀察反應準備階段是否有部分信息傳遞來鑑別兩種理論假設（通常信息傳遞的過程可能只有幾十毫秒）。最後，研究者發現當刺激特徵信息之間存在加工速度差異時，刺激識別和反應準備兩個階段之間出現了部分信息傳遞現象，因此支持了連續型假設而排斥了離散性假設。

聽覺信息傳遞靈活性

當研究者發現聽覺信息的傳遞模式具有連續性時，另一個重要的問題就浮現而來。那就是，這種連續型傳遞方式是否有維持條件？如果有，維持條件又是什麼？最近的研究表明其答案是肯定的，而且維持條件並不是刺激的物理屬性（例如聽覺刺激的音調、音強、音高等），而是人腦對這些刺激的心理感受性，是一種心理屬性。換句話說，人腦在加工具有感受性差異的刺激時，就會採用連續型信息傳遞模式。這種機制使得信息傳遞過程不是機械固定在某種不可改變的物理屬性上（導致一種固定的加工模式），而是固定在可被經驗、學習、環境和任務要求等所改變的心理屬性上（導致一種可以改變的加工模式），為認知過程根據不同情境或條件進行靈活調節提供了基礎，是一種靈活性的體現。

聽覺信息傳遞的可塑性與理論矛盾的調和

聽覺信息傳遞的連續性是以刺激特徵間心理感受性存在差異作為維持條件的，而心理感受性又能通過學習、經驗和任務要求等改變。那么當這種維持條件消失時，也就是當刺激信息之間沒有感受性差異時，信息傳遞模式又是什麼樣的呢。

帶著這樣的疑問，gong 等（2013）通過一個重複學習範式逐漸消除了特徵間的感受性差異，最後令兩個聽覺特徵具有了相同的心理感受性。研究者發現隨著感受性差異的縮小，聽覺信息的傳遞模式逐漸從連續型向離散型轉變，最後當差異消失時其傳遞模式已經不再是連續型，取而代之的是離散型信息傳遞模式。需要指出的是，由於此時的刺激特徵都具有較快的加工速度以及後續加工階段獲得的又是完整信息，所以這是一種速度與準確性並舉的模式而非前面提到的準確性優勢模式。

總之，這一研究結果調和了兩種針鋒相對的信息傳遞理論。即，連續型模式是刺激特徵之間存在感受性差異時的信息傳遞模式。這在自然界中可能是一種普遍現象，尤其是面對陌生刺激時。因為聽覺信息的傳遞速度是非常快的，當加工效率不足時權衡模式也許是非常必要的。而離散型是刺激特徵之間沒有感受性差異時的傳遞模式，兼具速度與準確性，這種情況一般發生在有意學習或訓練之後。例如長期的音樂訓練可以賦予音樂家同時加工大量聽覺信息的能力。這可能與其信息傳遞模式已經從連續型轉變為離散型有關。