图像记忆

图像记忆是视觉感觉记忆寄存器，负责储存快速衰减的视觉资讯，也是视觉记忆系统的元件之一，其它元件还包括视觉短期记忆（VSTM）和长期记忆（LTM）。图像记忆是极短（小于1秒）、预分类（pre-categorical）、高容量的记忆储存，在短时间内提供完整连贯的视知觉表征，从而促成视觉短期记忆。图像记忆有助于解释像是改变视盲现象以及跳视期间的连续性经验现象。图像记忆不再被视为单个实体，而是至少有两个不同元件。包括斯珀林的部分报告范式以及现代技术在内的经典实验，则持续为感官记忆的储存性质带来洞见。

## 概述

历史上已有许多人观察到，在物体偏移后，会出现持续的生理图像。这个现象最早出自于亚里士多德的记载，他认为后像与梦的体验有关。在18世纪和19世纪，研究人员观察到，若快速移动柴火棍，柴火棍末端的余烬会产生光迹，进而引发他们的兴趣并开始对这种现象进行实证研究，而这现象后来被称为视觉暂留。在20世纪，由于假设视觉暂留在视觉短期记忆中，对视觉资讯有着预分类表征的作用，因此视觉暂留在记忆中扮演的角色引起了相当大的关注。1960年，为了确认视觉感官记忆是否存在，以及确认容量和持续时间等特征，乔治·斯珀林进行了经典的部分报告实验。1967年，奈瑟（Ulric Neisser）将这种迅速衰减的记忆储存称为图像记忆。在斯珀林实验过后约20年，在视觉感官记忆中，浮现两个独立元件的概念，即“视觉暂留”（visual persistence）和“资讯暂留”（informational persistence）。斯珀林的实验主要测试了刺激的资讯暂留，而其他如Coltheart则进行了视觉暂留的直接测试。1978年，Di Lollo提出了一种视觉感官记忆的双态模型。尽管历史上一直存在争议，但目前明确将图像记忆区分为视觉暂留和资讯暂留，这两种暂留性质的测试方法不同，并具有根本不同的属性。资讯暂留是图像记忆的基础，作为预分类感官储存，被认为是视觉短期记忆的关键因素。类似的储存区还有声音的临时仓库。

## 元件

图像记忆的两个主要元件是视觉暂留和资讯暂留。视觉暂留为由感觉系统创建的物理图像之中相对简短的（150ms）预分类视觉表征，为个人观察和感知的“快照”。资讯暂留则是更持久的记忆储存器，其将视觉图像编码后的版本表示为后分类资讯（post-categorical information），为大脑接收及处理之后的“原始数据”。还可以考虑第三个元件“神经暂留”（neural persistence），指的是“视觉系统的身体活动和记录”。神经暂留通常以神经科学技术如EEG和fMRI为代表。

### 视觉暂留

视觉暂留是在物理偏移之后视觉图像仍然存在的显著印象，这可以被认为是神经暂留的副产物。对于刺激的物理参数，视觉暂留比对资讯暂留更敏感，这反映在其两个关键属性：

- 视觉暂留的持续时间与刺激持续时间成负相关。这意味着物理刺激的呈现时间越长，视觉图像在记忆中衰减得越快。
- 视觉暂留的持续时间与刺激亮度成负相关。当刺激的光度或亮度增加时，视觉暂留的持续时间会减少。由于神经系统的参与，视觉暂留高度依赖于光感受器的生理机能和视觉皮层中不同细胞类型的激活。这种可见表征会受到遮蔽效应的影响，也就是说，在刺激消退期间或刺激消退之后，借由呈现干扰，这会立即妨碍对刺激的回想。

为了得知视觉暂留的持续时间，已经使用不同的技术进行尝试。刺激持续时间技术是其中之一，在实验开始的同时会呈现探测刺激（听觉的“咔嚓声”），并在独立试验中以视觉显示的消退来呈现，其差异代表视觉储存的持续时间，大约是100-200毫秒。而其他技术像是现象连续性及移动狭缝技术，则估计视觉暂留时间为300毫秒。在第一个范式中，图像会不连续地呈现，在图像演示之间夹杂空白时段。如果暂留时间够短，那么参与者将感知到连续图像。同理，移动狭缝技术也是基于参与者对连续图像的观察，但只会使图像的“狭缝”的部分闪烁，而非整个图像刺激。当狭缝以正确的速度闪烁时，参与者仍可以看到完整的图像。

#### 神经基础

底层的视觉暂留是视觉感觉路径的神经暂留，长期视觉表征始于视网膜中感光受体的激活。已经发现到，视杆细胞和视锥细胞中激活持续时间超过物理刺激的消退时间，而视杆系统比锥体系统持续更久。参与维持视觉图像的其他细胞还包括M和P视网膜神经节细胞（retinal ganglion cells）。M细胞（暂态细胞）仅在刺激开始和刺激消退期间有活性，而P细胞（持续细胞）在刺激开始、持续及消退期间，皆表现出持续性的活性。目前已经在负责处理视觉资讯的枕叶初级视觉皮层（V1）中发现视觉图像的皮层暂留性。

### 资讯暂留

在物理刺激消退后，资讯暂留代表仍持续存在的刺激资讯。虽然它本质上是视觉的，但不可见。斯珀林实验是对资讯暂留的一项测试。刺激持续时间是影响资讯持续时间的关键因素，随着刺激持续时间的增加，视觉码的持续时间也会增加。资讯暂留所代表的非可视的成分表示为，图像的抽象特征及空间位置。由于资讯暂留的性质与视觉暂留不同，因此不受遮蔽效应的影响。图像记忆的这一元件的特征表明，资讯暂留对后分类记忆储存起着关键作用，使得视觉短期记忆可以进行资讯访问以整顿记忆。

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#### 神经基础

尽管与视觉暂留相比，关于资讯暂留的神经表征的研究较少，但新的电生理学技术已经开始揭示相关的皮层区域。与视觉暂留不同的是，资讯暂留被认为依赖于视觉皮层之外的更高级视觉区域。前侧颞上沟（STS）是腹侧流的一部分，发现在猕猴的图像记忆任务中会被激活，而这个大脑区域与物体再认和物体识别有关。图像记忆在变化检测中的作用与枕中回（MOG）的激活有关，已发现MOG激活持续时间约2000ms，这表明图像记忆的持续时间可能比目前所认为的还要长。图像记忆还受到基因和大脑中产生的蛋白质之影响。脑源性神经营养因子（BDNF）是神经生长因子中的神经营养因子家族的一部分。已经证明具有编码BDNF的BDNF基因突变的个体具有缩短的、不太稳定的资讯暂留。

## 任务

图像记忆为大脑提供了平滑的视觉资讯流，可以透过视觉短期记忆在较长时间内提取出来，以便整顿成更加稳定的形式。图像记忆的其中一个关键作用是对我们的视觉环境进行变化检测，这有助于我们感知运动

### 时间整合

图像记忆能够沿着连续的图像流，整合视觉资讯。例如在观看电影时，在初级视觉皮层中，新刺激不会擦除先前刺激的资讯，反而会包含最近刺激的反应以及之前刺激的等量资讯。这种one-back记忆可能是图像记忆和遮蔽效应中整合处理的主要基板，而具体结果取决于两个后续分量图像（“图标”），仅在隔离（遮蔽）时或叠加（整合）时才有意义。

### 改变视盲

图像记忆中的简短表征被认为，在检测视觉场景变化的能力中起著关键作用。“改变视盲”现象让我们深入了解了图像记忆储存的本质及其在视觉中的作用。“改变视盲”指的是，当两个场景之间相隔着一个非常短的空白间隔或刺激间间隔（ISI）时，我们无法在两个场景之间检测到差异。因此，视盲可以被定义为图像记忆的轻微失误。如果场景在没有ISI的情况下呈现，这种变化就很容易被检测到。据认为，场景在图像记忆中的详细记忆储存会被每个ISI擦除，使得记忆无法触接，因此降低了在连续场景之间进行比较的能力。

### 眼球跳视运动

已有研究表明，在眼球跳视运动期间，图像记忆在提供连续性体验方面发挥了作用。这些快速眼球运动约30毫秒发生一次，每次注视持续约300毫秒。然而，跳视之间的资讯记忆在很大程度上依赖于视觉短期记忆，而不是图像记忆。人们认为，储存在图像记忆中的资讯在跳视时实际上会被删除，而不是有助于跨跳记忆。在眨眼时也会发生类似的现象，有意无意的眨眼都会破坏图像记忆中的资讯。

## 发展

图像记忆从出生起，便随着主要和次要视觉系统而持续发展。到6个月大时，婴儿的图像记忆的能力便接近了成年人。5岁时，儿童已经发展出成人所具有的无限容量的图像记忆能力。资讯暂留时间从5岁时的大约200毫秒，增加到成人（大于11岁）的1000毫秒的渐近水平。随着年龄的增长，视觉暂留会略有衰减。将20岁出头的人与60岁晚期的人进行比较，可以观察到大约有20毫秒的减少。人的一生中有可能发生轻度认知功能障碍（MCIs），因而产生如情景记忆中的错误（关于人、地方及其背景的自传体记忆），以及由于海马回及联合皮质区损伤导致的工作记忆中的错误（STM的活跃处理成分）。情节记忆是一个人可以讨论的自传事件。目前已经发现，MCIs患者的图像记忆能力和持续时间都有所下降。MCIs患者的图像记忆障碍可被用于预测更严重的缺陷的发展，如阿尔茨海默病和失智症。

## 斯珀林的部分报告法

1960年，斯珀林首先成为使用部分报告范式来研究VSTM的二分模型的人。在斯珀林于1960年的最初实验中，观察人员在短暂时间内（50毫秒）会看到一个由3x3或3x4个字母及数字组成的阵列，作为速示视觉刺激：

`P Y F G`

`V J S A`

`D H B U`

受试者根据刺激消退后的线索去回忆，引导受试者回忆最初显示的某一行字母。记忆表现会在两种情况下作比较：全部报告和部分报告。

### 全部报告

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全部报告条件要求参与者尽可能地回忆最初显示的元素所在的位置。参与者通常能够从十二个字符中回忆三到五个字符（大约35％）。这表明全部报告受到容量为4到5个项目的记忆系统限制。

### 部分报告

部分报告条件要求参与者使用线索回忆，并从视觉显示中，识别出一部分的字符。在刺激消退之后，以不同时间间隔（约50ms）发出的音调作为线索。音调的频率（高、中、低）表示要报告显示器中的哪组字符。由于参与者不知道哪一行会被回忆，因此部分报告条件中的表现，可以被视为对观察者全部显示记忆的随机抽样。这种类型的抽样显示，在刺激消退之后，参与者可以在给定行中回忆大多数字母（12个字母中的9个），表明整个视觉显示中有75％可以被记忆所触接，使原本从全部报告试验得出的图像记忆假设容量获得大幅度增长。

## 部分报告法的变化

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### 视觉线索

在斯珀林的部分报告法中一个小变化，会产生类似的结果，那就是改用“视觉条标记”而不是“听觉音调”作为提取线索。在此修改中，会于50毫秒内向参与者展示两行8个字母的视觉显示。探针是一种视觉条，放置在字母位置的上方或下方，与阵列消退同时发生。当参与者被要求回忆指定的字母时，平均准确率为65%。

### 时间差异

透过改变显示消退量和听觉线索（提示音）之间的时间间隔，斯珀林可以估计出感觉记忆的时间过程。斯珀林偏离了最初的程序，从刺激消退后立即呈现音调，变成到150、500或1000毫秒后才呈现。使用这种技术，刺激显示的初始记忆在显示消退后会迅速衰减。在刺激消退后约1000毫秒，部分报告和整个报告条件下的回忆率并没有差异。总体而言，使用部分报告的实验，为显示消退后大约持续1000毫秒的快速衰减的感觉痕迹提供了证据。

#### 圆形提示和遮蔽

遮蔽效应是透过在字母周围画一个圆圈作为回忆的线索来识别的。当圆圈出现在视觉刺激开始之前，或与刺激消退同时出现时，回忆与“使用条形或音调时候”配对。然而，如果在刺激消退100毫秒后，用一个圆圈作为线索，那么回忆的准确性就会下降。随着圆圈显示延迟的增加，准确性又再次提高。这种现像是后向对比遮蔽的一个例子。当刺激消退后立即显示随机线之类的图像时，也会观察到遮蔽。