立体视觉中的定向机制：个体差异研究视角

《Vision Research》：Orientation mechanisms in stereoscopic vision: an individual differences approach

视差各向异性与方向选择性通道的个体差异分析

　　本研究旨在探讨立体视觉系统中是否存在与方向选择性相关的立体通道，通过分析个体差异的方法，研究了不同方向和空间频率对立体感知阈值的影响。研究团队对37名受试者进行了实验，使用了由动态随机点立体图构成的正弦立体波纹，这些波纹的空间频率为0.1、0.4和0.8周期每度（cpd），方向范围从0°到90°，每隔15°设置一个方向。实验结果显示，0.1 cpd的立体阈值表现出显著的方向依赖性，从90°（水平方向）到0°（垂直方向）的阈值逐渐增加，这种各向异性在其他空间频率下有所减弱。这些发现支持了立体视觉中存在方向选择性通道的假设，即立体信息的处理可能涉及多个独立的方向通道。

立体视觉系统通常通过测量其对正弦立体波纹的反应来评估。这些波纹由随机点立体图构成，能够形成周期性的深度变化。通过测量不同空间频率下的立体阈值，可以构建出立体敏感度函数（DSF），该函数呈现出倒置的U型曲线，与亮度波纹的对比敏感度函数相似。DSF在低空间频率时表现出较高的敏感度，而在高空间频率时敏感度下降。这种模式表明，立体视觉可能涉及多个独立的空间频率通道。此外，立体视觉中的方向选择性通道也被提出，这些通道在处理不同方向的立体信息时表现出不同的敏感性。

研究中提到，立体视觉的各向异性可能与视觉系统中空间和方向选择性通道的相互作用有关。例如，在低空间频率下，水平方向的立体波纹比垂直方向的更容易被检测到，这可能与视觉系统中对水平方向的处理更为敏感有关。这种现象在视觉刺激中也有所体现，比如在平坦表面上，对水平旋转表面的敏感性高于对垂直旋转表面的敏感性。随着年龄的增长，这种各向异性可能会增强，但随着年龄增长又会减弱，这可能反映了视觉经验对立体处理的影响，以及神经系统的成熟和衰老过程。

在实验方法方面，研究使用了Matlab和Psychophysics Toolbox进行数据处理和分析。实验中使用的刺激包括正弦立体波纹，这些波纹通过动态随机点立体图生成，每个波纹的显示方式确保了对立体信息的准确测量。受试者通过二选一的实验任务（2iFC）来判断立体波纹出现在哪个间隔中，这种方法能够有效测量立体感知阈值。为了验证个体差异分析的可靠性，研究还进行了测试-再测的重复实验，结果显示各空间频率下的立体阈值在不同测试之间具有较高的相关性，表明实验结果具有较高的可信度。

数据分析部分采用了主成分分析（PCA）和因子分析等统计方法，以识别不同方向和空间频率下立体阈值的共同因素。结果表明，不同方向的立体阈值存在一定的相关性，尤其是相近方向的立体阈值更为相似。这表明，立体视觉中可能存在多个方向选择性通道，这些通道对特定方向的立体信息更为敏感。PCA和因子分析的结果进一步支持了这一结论，即在低空间频率下，立体阈值的各向异性更为显著，而在高空间频率下则有所减弱。这些分析方法不仅揭示了立体视觉中方向选择性通道的存在，还提供了这些通道之间相互作用的证据。

研究中还发现，不同空间频率下的立体阈值表现出不同的模式。例如，在0.1 cpd的空间频率下，垂直方向的立体阈值显著高于水平方向，而在0.4和0.8 cpd的空间频率下，这种差异相对较小。这可能与立体视觉中方向选择性通道的带宽有关，即在低空间频率下，方向选择性通道的带宽较窄，导致对垂直方向的立体信息处理更为困难。而在高空间频率下，带宽较宽，因此对不同方向的立体信息处理差异较小。

此外，研究还探讨了立体视觉中方向选择性通道的可能神经基础。一些研究认为，这些通道可能与视觉皮层中的特定神经元有关，这些神经元对深度变化的方向和空间频率具有选择性。例如，外侧膝状体（IT）和中颞区（MT）的神经元可能对深度变化的方向和空间频率有特定的响应，这种响应的差异可能导致垂直方向的立体信息处理不如水平方向敏感。因此，未来的研究可以进一步探讨这些神经机制，以更好地理解立体视觉中的方向选择性通道。

本研究的结果为立体视觉中方向选择性通道的存在提供了新的证据，同时也为未来的研究方向提供了启示。通过更精细的方向采样，可以进一步验证这些通道的数量和特性。此外，研究还强调了个体差异分析在揭示视觉系统结构和功能方面的重要性，这种方法能够提供比传统心理物理学方法更为深入的见解。研究团队希望这些发现能够为理解立体视觉的神经基础和处理机制提供新的视角，并为未来的视觉科学研究提供参考。