前　　言
Perceptual Learning: How Experience Shapes Visual Perception
我們從1997年開(kāi)始進(jìn)行知覺(jué)學(xué)習(xí)的研究。當(dāng)時(shí)，只有少數(shù)幾個(gè)研究人員關(guān)注這個(gè)課題。從那時(shí)起，這個(gè)領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)生變化，這本書(shū)講述了我們對(duì)現(xiàn)象和理論的了解。這種轉(zhuǎn)變的發(fā)生歸因于大量積極的研究人員做出了巨大的貢獻(xiàn)，從心理學(xué)家對(duì)現(xiàn)象學(xué)的深入研究到有見(jiàn)地的建模和生理學(xué)。
在20世紀(jì)90年代末，我們正在研究人類觀察者的新模型，即知覺(jué)模板模型（PTM）。我們的目的是利用這個(gè)模型來(lái)了解視覺(jué)知覺(jué)如何依賴信號(hào)模式和兩種噪聲—外部刺激的噪聲和內(nèi)部感官響應(yīng)的可變性。我們也有興趣使用此模型來(lái)區(qū)分視覺(jué)注意力對(duì)人類知覺(jué)（“觀察者”）的影響，從而區(qū)分出濾除刺激中的外部噪聲而導(dǎo)致的增強(qiáng)或放大信號(hào)刺激本身帶來(lái)的不便—之前難以捉摸的機(jī)制可以通過(guò)外部噪聲方法輕松地區(qū)分開(kāi)來(lái)。
在某個(gè)時(shí)候，我們意識(shí)到相同的分析同樣很好地適用于一個(gè)重要領(lǐng)域的性能提升，即知覺(jué)學(xué)習(xí)。據(jù)報(bào)道，從19世紀(jì)90年代末實(shí)驗(yàn)性心理學(xué)研究開(kāi)始以來(lái)，實(shí)踐就有所改善，并作為Eleanor Gibson對(duì)兒童早期知覺(jué)發(fā)展的興趣的一部分在20世紀(jì)50年代被普及。經(jīng)驗(yàn)在成年人的知覺(jué)任務(wù)執(zhí)行中的作用已在許多任務(wù)領(lǐng)域得到了證明，包括敏銳度、運(yùn)動(dòng)和立體視覺(jué)。視覺(jué)知覺(jué)領(lǐng)域中一些優(yōu)秀的心理物理學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始研究學(xué)習(xí)，并且有些時(shí)候?qū)W習(xí)是針對(duì)任務(wù)或刺激的某些方面的特異性。
然后，在20世紀(jì)90年代末，許多科學(xué)家（Avi Karni、Dov Sagi、Merav Ahissar、Shaul Hochstein、Aniek Schoups、Robert Sekuler等人）的杰出工作證明了一種非常奇怪的特異性形式。在視網(wǎng)膜上某個(gè)位置進(jìn)行的一項(xiàng)任務(wù)中所學(xué)到的改進(jìn)有時(shí)無(wú)法轉(zhuǎn)移到視野中的新位置。真的！這些發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致許多研究人員將視力的經(jīng)驗(yàn)依賴的性能變化歸因于早期視覺(jué)皮層的可塑性，長(zhǎng)期以來(lái)人們一直認(rèn)為大腦皮層在發(fā)育初期是穩(wěn)定的。很快，最杰出的知覺(jué)學(xué)習(xí)理論涉及早期視網(wǎng)膜視覺(jué)皮層感覺(jué)調(diào)節(jié)的可塑性改變。在其他方式的類似報(bào)道的支持下，一系列重要的研究（Rufin Vogel、Guy Orban、Geoff Ghose、John Maunsell、Charles Gilbert、Joshua Gold、Wu Li等人）開(kāi)始探索（知覺(jué)）學(xué)習(xí)如何在視覺(jué)編碼的最早期影響細(xì)胞反應(yīng)的特性。在視覺(jué)皮層中，學(xué)習(xí)是多久開(kāi)始的？我們一直是這些生理學(xué)研究的追隨者。
我們對(duì)知覺(jué)學(xué)習(xí)的第一項(xiàng)研究是使用外部噪聲方法和PTM模型對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的分析。從一開(kāi)始，我們就懷疑知覺(jué)學(xué)習(xí)主導(dǎo)的重調(diào)諧理論可能只是其中的一部分。為了影響行為，還必須將感官信息與決策聯(lián)系起來(lái)。如果感覺(jué)系統(tǒng)對(duì)刺激進(jìn)行編碼，則還需要對(duì)這一證據(jù)進(jìn)行解碼。即使在早期階段，我們也發(fā)展了另一種重加權(quán)理論，其中改變感官信息在決策中的加權(quán)方式（改變的讀數(shù)）可能是學(xué)習(xí)的主要方式。如果早期的視覺(jué)區(qū)域是感官信息的編碼器，那么大腦還需要解碼器來(lái)解釋編碼的信息，并且這些解碼器也必須是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵�；�于此見(jiàn)解，我們發(fā)展了一種重加權(quán)（讀出）理論，其中許多早期視覺(jué)通道中的證據(jù)確定了如何通過(guò)重加權(quán)來(lái)更改決策。那是在1998年。直到后來(lái)，我們才意識(shí)到Mollon和Danilova分別發(fā)展了相同的理論構(gòu)想。
直到幾年后，在天才博士后Alex Petrov的幫助下，我們開(kāi)始研究知覺(jué)學(xué)習(xí)的多通道模型，即增強(qiáng)型Hebbian重加權(quán)模型（AHRM）。該模型建立在20世紀(jì)90年代的視覺(jué)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型（Tomaso Poggio、Shimon Edelman、Manfred Fahle、Michael Herzog等人）的基礎(chǔ)上，并利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最近的重大發(fā)展。我們將此模型加入具有生理啟發(fā)性的信號(hào)處理前端。為了檢查兩種主要學(xué)習(xí)理論（重調(diào)諧和重加權(quán)）做出相反預(yù)測(cè)的情況下的特異性，實(shí)驗(yàn)也變得更加復(fù)雜。隨后證明了這種純粹的重加權(quán)模型可以解決視覺(jué)知覺(jué)學(xué)習(xí)中的許多主要現(xiàn)象。憑借另一位才華橫溢的博士后Jiajuan Liu和研究生Pam Jeter的深入研究工作，AHRM于2013年得到擴(kuò)展，形成了綜合重加權(quán)理論（IRT）。該理論解釋了某些形式的遷移是如何發(fā)生的。反過(guò)來(lái)，此模型已被其他研究人員（Aaron Seitz、Peggy Seriès等人）以非常巧妙的方式進(jìn)行了修改和推廣。這就是我們?cè)诘?章講述的知覺(jué)學(xué)習(xí)模型的故事。
在過(guò)去的20年中，知覺(jué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了重大的變化。如今，有許多研究對(duì)知覺(jué)學(xué)習(xí)的特異性提出了挑戰(zhàn)（Cong Yu等人）�，F(xiàn)在，關(guān)于重加權(quán)或讀出在學(xué)習(xí)中的作用的想法，已成為T(mén)akeo Watanabe等人的集成模型的重要組成部分，這些模型將知覺(jué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域置于人腦成像的更廣泛的考慮范圍內(nèi)。除了我們自己的模型外，其他模型在提出的學(xué)習(xí)中使用或推進(jìn)了我們提出的多級(jí)重加權(quán)原則。同時(shí)，得益于Dennis Levi、Krystel Huxlin、John Anderson、Chang-Bing、Uri Polat、Robert Hess、Ben Thompson等人的工作，學(xué)習(xí)研究已經(jīng)越來(lái)越多地走向從教育到視覺(jué)修復(fù)的大量實(shí)際應(yīng)用。
到21世紀(jì)10年代中期，似乎需要對(duì)該領(lǐng)域的最新發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)的探索。我們開(kāi)始對(duì)有時(shí)互不相關(guān)的知覺(jué)學(xué)習(xí)文獻(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。我們的目標(biāo)是評(píng)估各種理論狀態(tài)，了解生理學(xué)發(fā)現(xiàn)的含義，并指出可能的富有成果的研究方向。這本書(shū)是我們努力的結(jié)果。它適用于知覺(jué)學(xué)習(xí)的研究人員以及其他相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家。我們?cè)噲D在多個(gè)層面上討論知覺(jué)學(xué)習(xí)，希望做到透徹而簡(jiǎn)潔，內(nèi)容全面而不是詳盡無(wú)遺。
多年以來(lái)，在知覺(jué)學(xué)習(xí)中，許多杰出科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展以及我們?cè)谕�等領(lǐng)域的工作。除了閱讀論文和參加會(huì)議演講外，我們也從參加“國(guó)際知覺(jué)學(xué)習(xí)研討會(huì)”中受益良多，這是一個(gè)較小的組織，每?jī)赡暾匍_(kāi)一次會(huì)議，討論令人興奮的新想法和新方法。我們確實(shí)從這些公開(kāi)交流中受益。在知覺(jué)學(xué)習(xí)研究中一件令人驚奇的事情是，雖然參與者的理論分歧很大，但該領(lǐng)域一直保持合議，參與者合作并致力于共同推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展。
現(xiàn)在，許多個(gè)人和實(shí)驗(yàn)室的主要貢獻(xiàn)已將知覺(jué)學(xué)習(xí)確立為一個(gè)主要領(lǐng)域，并廣泛認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)和可塑性在人類適應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，在對(duì)知覺(jué)機(jī)制的任何研究中都必須考慮這一點(diǎn)。
由于各種原因，我們花費(fèi)很多年寫(xiě)了這本書(shū)。在此期間，我們得到了許多同事、朋友和家人的大力支持，在此深表感謝。
Barbara Dosher說(shuō)：“經(jīng)過(guò)23年的合作，我仍然很高興與我的合著者和朋友Zhong-Lin Lu談?wù)摽茖W(xué)。加州大學(xué)爾灣分校認(rèn)知科學(xué)系富有創(chuàng)造力的環(huán)境，以及聰明、熱切的同事為本書(shū)的編寫(xiě)工作做出了重要貢獻(xiàn)。我還要感謝實(shí)驗(yàn)室（記憶注意力知覺(jué)實(shí)驗(yàn)室）的應(yīng)屆畢業(yè)生和博士后所做的重大貢獻(xiàn)，其中包括Pam Jeter、Alex Petrov、Wilson Chu、Shiau-Hua Liu、Nate Blair、Richard Hetley、Emelien Tlapale，以及許多本科生和助教，包括Anchit Roy，他協(xié)助提供了本書(shū)的一些圖表。我的研究生導(dǎo)師Wayne Wickelgren的理論構(gòu)想仍然鼓舞著我。我還要感謝將我引入視覺(jué)科學(xué)領(lǐng)域的同事和朋友：Norma Graham、George Sperling和Eileen Kowler。通過(guò)與知覺(jué)學(xué)習(xí)和注意力社區(qū)中的許多同事的交談，這項(xiàng)研究得到了完善。朋友和家人提供了樂(lè)趣、支持和幫助。特別感謝我的朋友Kristi、Liz、David和Eileen，感謝我的姐姐Cathie、retreat小組以及其他許多人的支持。在此特別對(duì)我的兒子Joshua Sperling表示衷心的感謝，他的支持、理智探索和評(píng)論使本書(shū)的最后階段有了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。我還要感謝包括麻省理工學(xué)院出版社在內(nèi)的所有相關(guān)人員的耐心，因?yàn)樵擁?xiàng)目的延期比預(yù)期要長(zhǎng)，部分原因是應(yīng)我年邁生病的母親Anne Dosher的要求。她畢生的求知欲、對(duì)社區(qū)的奉獻(xiàn)精神和交友的天賦，樹(shù)立了令人欽佩的榜樣。”
Zhong-Lin Lu說(shuō)：“這本書(shū)的出版是我們20多年合作的一個(gè)重要里程碑。這也是許多新的、令人激動(dòng)的聯(lián)合研究項(xiàng)目的開(kāi)始。非常感謝Barbara給我與她合作的機(jī)會(huì)。非常感謝我的妻子Wei Sun、我的兒子James和我的女兒Mae。沒(méi)有他們的理解和支持，這本書(shū)是不可能完成的。我從博士生導(dǎo)師Samuel J. Williamson和Lloyd Kaufman以及我的博士后導(dǎo)師George Sperling那里學(xué)到了很多，他們的科學(xué)精神至今仍激勵(lì)著我。我想借此機(jī)會(huì)感謝腦過(guò)程實(shí)驗(yàn)室（LOBES）的成員（最初他們?cè)谀霞又荽髮W(xué)，然后在俄亥俄州立大學(xué)，現(xiàn)在在紐約大學(xué)和上海紐約大學(xué)），包括Luis A. Lesmes、Wilson Chu、Simon Jeon、Debbie Dao、Jiajuan Liu、Chang-Bing Huang、Xiangrui Li、Gui Xue、Miao Wei、Fang Hou、Jongsoo Kim、 Carlos Cabrera、Zhicheng Lin、Yukai Zhao、Pan Zhang和 Pengjing Xu，感謝他們對(duì)研究項(xiàng)目做出的貢獻(xiàn)。還要感謝C. Shawn Green、Daphne Bavelier、Alex Pouget、Tianmiao Hua和Jinrong Li在知覺(jué)學(xué)習(xí)方面與我合作，并感謝國(guó)際知覺(jué)學(xué)習(xí)研討會(huì)的組織者Cong Yu、Dov Sagi、Takeo Watanabe、Merav Ahissar、Uri Polat、Shaul Hochstein、Yuka Sasaki、Mitsuo Kawato、Michael Herzog、Miguel Eckstein、Aaron Seitz和Michael Silverman，他們?yōu)槲覀兲峁┝俗鳛檠芯可鐓^(qū)聚集在一起的機(jī)會(huì)。我還要感謝同事Irving Biederman、Adrian Raine、Antonio Damasio、Hanna Damasio、Michel Baudry、Judith Hirsh、James Todd、Roger Ratcliff、Brandon Turner、Deyue Yu、Alex Petrov、Tony Movshon、Paul Glimcher、Marisa Carrasco、Joanna Waley-Cohen和Anqi Qian，以及我多年來(lái)的朋友Patrick Suppes、Bosco Tjan、Stephen Madigan和Richard F. Thompson。”
這些年來(lái)，我們?cè)谥�覺(jué)學(xué)習(xí)方面的實(shí)驗(yàn)和理論工作得到了美國(guó)國(guó)家心理健康研究所和美國(guó)國(guó)家眼科研究所的資助。感謝它們的支持。

Barbara Dosher，爾灣
Zhong- Lin Lu，都柏林和紐約
2019年8月