中央凹反馈对周边低水平刺激朝向辨别的干扰作用

《Heliyon》：Foveal masking impairs orientation discrimination of peripheral low-level stimuli

本研究针对视觉系统中非视网膜拓扑反馈机制——中央凹反馈假说，通过三个实验探讨其是否适用于低水平刺激、是否特异性参与形状辨别任务以及是否专属于小细胞通路。研究人员采用Gabor斑块作为周边刺激，结合动态中央掩蔽技术，发现中央凹掩蔽在特定时间窗口（182毫秒）干扰周边朝向辨别，且该效应与视觉通路（大细胞/小细胞）无关，但仅出现在形状相关任务中。结果表明中央凹反馈广泛参与形状分析，深化了对中心与周边视觉交互机制的理解。

　　

人类视觉系统中，中央（中央凹）与周边视觉在生理结构和功能上存在显著差异。传统观点认为视觉信息处理遵循严格的视网膜拓扑映射原则，但近年研究发现中央与周边视觉存在复杂交互。中央凹反馈假说提出，周边物体的形状和颜色信息会反馈至中央凹皮层进行精细加工。然而，这一机制是否适用于低水平刺激、是否特异性参与形状辨别、以及是否依赖于特定视觉通路（如小细胞通路）尚不明确。

为探究这些问题，研究人员在《Heliyon》上发表了系列实验。研究采用心理物理学方法，通过呈现周边Gabor斑块（一种由高斯函数调制的正弦光栅）和中央动态彩色掩蔽，系统分析中央凹掩蔽对周边刺激辨别的影响。实验通过精确控制刺激呈现时间（SOA）和空间频率，分离大细胞（M）和小细胞（P）通路的贡献，并比较朝向辨别与对比度辨别任务的差异。

研究主要技术方法包括：1）在线及实验室环境下的心理物理学实验，采用jsPsych和PsychoPy平台控制刺激呈现；2）眼动追踪技术确保注视点稳定；3）基于d'（辨别力指数）的信号检测论数据分析；4）混合效应模型分析掩蔽时间效应。实验招募多组健康志愿者，通过严格的排除标准（如d' < 0.7）保证数据质量。

实验1：中央凹掩蔽对低水平刺激朝向辨别的影响

通过31个SOA（0-500毫秒）精细采样，发现中央凹掩蔽对周边Gabor斑块朝向辨别产生非线性干扰。五阶多项式模型拟合最佳，掩蔽效应在182毫秒SOA时最显著（d'下降0.4）。结果表明中央凹反馈也适用于低水平刺激，且其时间动态与复杂刺激不同（如既往研究报道的94毫秒峰值），可能源于任务难度或刺激特性的差异。

实验2a：大细胞与小细胞通路在朝向辨别中的角色

通过操纵Gabor空间频率（1 cpd激活M通路，7 cpd激活P通路），发现中央凹掩蔽在63毫秒SOA时干扰朝向辨别（d'下降0.27），但效应不受通路条件影响（最佳模型仅含SOA因子）。表明中央凹反馈与视觉通路类型无关，特异性参与形状分析任务。

实验2b：对比度辨别任务中的掩蔽效应

在对比度辨别任务中，中央凹掩蔽未显示显著效应（模型无主效应或交互作用）。M条件掩蔽效应峰值在0毫秒（早期注意干扰），P条件在47毫秒，但变化微弱（d'下降0.11-0.22）。说明中央凹反馈可能不参与非形状类任务，或受掩蔽特性（如空间频率）调节。

讨论与结论

本研究首次证实中央凹反馈参与低水平刺激（Gabor斑块）的周边朝向辨别，扩展了该机制的应用范围。反馈时间窗口（182毫秒）晚于复杂刺激，可能反映任务需求或刺激相似性的影响。实验表明中央凹反馈具有任务特异性（形状辨别而非对比度辨别），但非通路特异性（独立于M/P通路）。局限性包括在线实验的注视点控制不足，以及掩蔽特性（如空间频率）可能调节效应。未来需探索非形状任务中反馈的存在条件，及掩蔽参数的优化。

结果支持“草图板假说”——中央凹皮层作为周边信息的临时加工缓冲区，仅在任务相关时被招募。这一发现深化了对视觉系统层级交互的理解，为临床视觉缺陷（如周边视野障碍）的干预提供新思路。