婴儿是如何学会看东西的?——根据达夫妮·莫伊雷尔教授在婴幼儿发展与托育国际学术会议上的报告整理

达夫妮·莫伊雷尔

(麦克马斯特大学,加拿大 哈密尔顿 L8S 4L8)

新生儿每隔一段时间会睁开眼睛,他们能看见东西但是视力很差。直到青春期,儿童视力才与成年人相近。那么,在此过程中他们是否在学习看东西,又是如何实现的呢?通过与出生时视力正常儿童的比较,研究者发现患白内障儿童由于早期的视觉剥夺,他们的视敏度、面孔知觉和面孔识别能力下降。可见,视觉的发展依赖于经验,如果缺少外界输入的视觉信息,视觉将难以发展。文章基于视敏度、面孔知觉和面孔识别这3种视觉能力,对婴幼儿的视觉发展、视觉剥夺对视觉发展的影响作一概述。

1 婴幼儿视觉发展

1.1 视敏度的发展 由于婴儿无法像成人一样测量,于是研究者采用与成年人视敏度测试相同的逻辑。婴儿喜欢看在浅灰色上有条纹图案的东西,当看到条纹卡片时,婴儿的视线会朝条纹方向移动。在测试中,从非常粗的条纹开始,逐渐越来越细。观察员在观察室通过小窗观察婴儿的眼睛,发现:条纹细到某一程度时,婴儿开始表现得很随意,不再看条纹。此时条纹的粗细就代表着婴儿视敏度的发展水平,当一个人可以区分更小的条纹时他的视敏度更高。

如图1所示,一个视力正常的成年人视敏度值小于1,儿童在7岁左右达到这个值。假设研究者试图让婴儿阅读,线条必须很大,宽度大约是7岁儿童和成年人的40倍。在最初的六个月,婴儿视敏度有快速的改善,然后是一个非常缓慢的改善,直到七岁。这告诉我们,让孩子在3岁前阅读没有什么意义,因为视敏度没有充分发展,他们只能看清平均每页上有三个字母的书。总之,出生时的婴儿对宽条纹有反应,视敏度有一个很长的发展阶段,一直到7岁视敏度都在提高。

图1 视力正常人群的视敏度发展趋势Figure 1 Visual acuity trends in people with normal vision

1.2 面孔知觉的发展 面孔知觉是更高层次的视觉能力,对新生儿来说很有挑战性。新生儿抬头看母亲时,在30 cm之处只能看到一个外部轮廓,以及轮廓内部存在的一些变化;如果母亲移动到60 cm处,面孔将变成一团模糊的影子;120 cm时面孔就像个斑点。由于新生儿的视敏度很差,所以当抬头看一张脸的时候,他们只扫描外部的轮廓,注视点通常在下巴或发际线上[1]。面孔被展示一分钟的过程中,婴儿基本上只是看着下巴[2]。婴儿的周边视力也很差,只能看到被盯着看的那部分脸,就像用望远镜看面孔,只发现了很小的一部分。然而,尽管视敏度和周边视力差,与元素被颠倒的图案相比,刚出生的婴儿会花更长的时间看这样一个简单的图案——包含了脸部的元素(模拟两只眼睛和嘴巴)的图案。所以,面孔对刚出生的婴儿有某种吸引力。

研究人员一直在研究是什么吸引了新生儿对面孔的注意力。结果发现,顶部比重大(top heaviness)的图案对新生儿来说很有吸引力。比如,他们存在对T的显著偏好,但当T被倒过来时,偏好消失了。研究者做了一个有趣的实验,实验a中第1种情况(图2左一)符合顶部比重更大的原则,而在另一种情况下,眼睛和嘴巴上下倒置(图2左二),违反顶部比重更大的原则,结果发现婴儿偏好第一种情况。实验b中第1种情况(图2右二)五官正确排列,而在另一种情况五官排列是混乱的(图2右一),但依旧符合顶部比重更大的原则。这两者对新生儿而言是相同的,不存在某种偏好,婴儿并不关心哪个更像脸。因此,新生儿还不能意识到面孔是如何排列的。也就是说,婴儿对顶部比重大的图案的偏爱,使他们偏好面孔,研究者称之为先兆面部知觉(precursor face perception)。直到3～4月大的时候,婴儿才开始注意到面孔是否被正确排列。

图2 实验材料示例Figure 2 Examples of experimental material

1.3 面孔识别的发展 婴儿能分辨母亲的脸吗?婴儿能区分两个陌生人吗?由于婴儿存在先兆面孔知觉,使得婴儿长时间盯着母亲的脸——顶部重的图案。研究发现,只需要盯着母亲的脸看3个小时,就足以对母亲的脸产生偏好,且这种偏好将持续存在[3]。在对3个月大的婴儿做的一项研究中,研究者给婴儿看母亲的脸,还有一张陌生人的脸;这些面孔会持续呈现,直到婴儿不想看为止。实验中,婴儿花了一分多钟看母亲,但在大约50秒内便失去了对陌生人的兴趣。

事情也可能发生逆转。如果研究者先呈现母亲的面孔,婴儿一开始很感兴趣,但当研究者一次又一次呈现母亲面孔时,婴儿逐渐丧失了兴趣。不断地呈现直到婴儿习惯,直到看的时间减少了至少一半;这时呈现一个新的图片,一张陌生人的面孔,婴儿能分辨出区别,并感到这张新面孔很有趣(图3)。他们会露出微笑,看得时间也更久。在这个实验中,由于母亲的照片被反复呈现,照片已经不再有趣了,而陌生人的照片则更有趣。但在与母亲短暂接触之后婴儿就能认出她的脸。如果研究者一遍又一遍地呈现陌生人1,然后切换到陌生人2,同样的情况也会发生。

图3 婴儿对母亲的面孔偏好和习惯化Figure 3 Maternal face preference and habituation in infants

实验说明,3个月的婴儿已经能够分辨母亲,也能区分两个陌生人。这种能力在此后会继续发展。研究者让婴儿区分两张非常相似的面孔,它们的区别只在于嘴在下巴上方的位置以及两眼之间的距离。研究者让一个小婴儿区分这两张面孔,他们完全失败了。事实上,这种能力直到12岁左右才会发展。

2 视觉剥夺对视觉发展的影响

2.1 对视敏度发展的影响 患有白内障的孩子在出生后的几个月里失去了看世界的机会,由于婴儿最初几个月里睡得很久,视觉缺席了几个月也许并不重要。患有白内障的孩子第一次戴上眼镜的那一天(通常在出生后的一周到9个月之间),他们就可以看见世界了。图1呈现了正常的视敏度发育轨迹,患白内障的孩子刚恢复视觉时,他们的视敏度与刚出生的婴儿一样;当他们看不见时,视敏度没有任何提升。这意味着正常的孩子出现的这种视敏度的快速发展是由经验驱动的,当你错过这个世界时,这种发展就不能发生了。

但是,神经系统已经准备好恢复了,当一岁时,他们会达到正常范围[4]。这意味着孩子在九个月大时接受治疗,他的视敏度发展将陡然上升。更早接受治疗的孩子,发展则相对平缓。也就是说,神经系统在时刻准备着,期待视觉经验的到来,并在一年内达到应有的水平。他们发展到两岁的时候还是正常的,两岁之后发展停止了。所以患有白内障的孩子在成年后也依旧只有两岁孩子的视力,这是永久性的缺陷。在生命第一年发生的事阻碍了两岁以后的发育,研究者称之为睡眠者效应[5]。最初的剥夺改变了神经系统,所以在2～18岁本应该发生的事不再发生。视力在出生后的迅速发展取决于经验,如果剥夺了经验,将会有永久性的缺陷。

2.2 对面孔知觉发展的影响 为了测试面部感知,研究者使用了黑白轮廓的“穆尼面孔”,包含正常的穆尼面孔和混乱的穆尼面孔,要求被试加以分辨。研究者以成年患者为实验组,正常成人为对照组,在测试中两组在准确率和反应时上没有差别。见图4。

图4 穆尼面孔实验的行为实验结果Figure 4 Behavioral results in the Mooney face experiment

当观察大脑视觉反应区的事件相关电位时,研究者发现两组对正常面孔比混乱面孔的反应更大,有更大的偏斜(deflection)。与对照组相比,实验组整体的波幅更大,他们似乎需要更多的大脑资源来达到和对照组一样的水平(图5)。从波幅大小(P100-N170 amplification)和视觉剥夺持续时间的函数中可以看出,被剥夺的时间越长,能够进行面部识别的神经基础就越不正常[6]。所以行为上观察到的面部感知是正常的,但在神经水平上,实验组达到同样的水平需要更多的大脑活动。

图5 穆尼面孔实验的脑电结果Figure 5 EEG results in the Mooney face experiment

2.3 对面孔识别发展的影响 为了探究视觉剥夺对婴幼儿面孔识别发展的影响,研究者进行了另一项实验。研究中再一次以成年患者为实验组,正常成人为对照组,要求他们完成一项难度较大的测试:呈现非常相似的5张面孔,当它们正放时,尚可看出区别;当它们被倒过来时,难以区分。对患者进行测试时,他们反应的准确率高于50%,但低于正常成人,见图6。患者的反应时间更长,且很多时候得到的答案是错误的[7]。研究者做了另一个测试,让两组去辨认中国的名人面孔,实验组的准确率很低,他们表现得很差,近乎脸盲。因此,视觉剥夺后,面孔识别也会受到影响。

图6 面孔识别实验的行为实验结果Figure 6 Behavioral results in the face recognition experiment