112 年 國立政治大學心理學系碩士班實驗與發展組《知覺與生理心理學》

本題主要探討認知神經科學中知覺研究的發展脈絡，特別是從模組觀念到神經網絡觀念的轉變，並要求以視覺為例說明現今大腦知覺處理的理解。

核心概念：

1. 模組觀念 (Modular View)：此觀點認為大腦的知覺系統是由許多相對獨立、專門化的「模組」組成。每個模組負責處理特定類型的資訊（例如，視覺系統中可能有專門處理顏色、形狀、運動的模組）。資訊在模組之間依序傳遞，最終形成知覺。
2. 神經網絡觀念 (Neural Network View)：此觀點強調大腦知覺處理的分布式、交互連接的特性。資訊的處理不是線性地在獨立模組間傳遞，而是透過大量神經元之間複雜的相互連接和動態互動來實現。這種網絡可以包含前饋（feedforward）、反饋（feedback）和側向抑制（lateral inhibition）等機制。

不變與改變：

• 不變 (Invariant)：
  • 資訊處理的層次性與專門化：無論是模組觀念還是神經網絡，都承認大腦在處理知覺訊息時存在某種程度的資訊專門化和層次性。例如，視覺訊息會從視網膜經過視神經傳遞到視覺皮質的初級區域（V1），再往更高階的區域（如腹側流處理「什麼」物體，背側流處理「哪裡/如何」）進行處理。這種專業化的處理路徑或區域在不同模型中都有體現。
  • 大腦是知覺的基礎：兩者都認為知覺是神經系統活動的結果，需要依賴大腦的生理結構和運作。
• 改變 (Changed)：
  • 處理的線性 vs. 分布式/網絡化：模組觀念傾向於將知覺處理視為一個相對線性的流程，資訊從一個模組流向另一個。而神經網絡觀念則強調處理的分布式和高度交互性，資訊可以在網絡內同時、多向地傳播，並且存在大量的並行處理和反饋迴路。
  • 單一功能的專門模組 vs. 網絡中的動態功能：早期模組觀念常將特定功能（如臉部辨識）與單一、固定的腦區或模組連結。

本題旨在探討保護色在靜態與動態情境下的視覺感知差異，並連結到知覺組織、運動知覺和注意力等核心概念。

核心概念：

1. 知覺組織 (Perceptual Organization)：指大腦如何將零散的感官訊息組織成有意義的整體。常用來解釋靜態物體的感知，例如格式塔原則（接近律、相似律、封閉律、連續律等）。
2. 運動知覺 (Motion Perception)：指大腦如何偵測和解釋物體的移動。這涉及對時間序列視覺訊息的處理，以及偵測物體位置的變化。
3. 注意力 (Attention)：指選擇性地專注於某些刺激而忽略其他刺激的能力。注意力可以影響我們對特定訊息的感知強度和加工深度。

保護色在靜態與動態情況的差異：

• 靜態情況 (Static Condition)：
  • 知覺組織原理：在靜態時，保護色動物的顏色和紋理會與周圍環境（如樹葉、樹皮）產生高度的相似性（相似律）。這使得牠們的邊緣模糊，難以與背景區分開來，從而融入環境。大腦傾向於將牠們視為背景的一部分，而不是一個獨立的物體。
  • 注意力：如果沒有預期或特別的線索，觀察者可能不會將注意力集中在這些區域，即使動物在那裡，也難以被注意到。

本題聚焦於Gibson生態心理學中的核心概念——不變訊息（invariant information），並要求解釋其定義、重要性，以及在空間距離和運動知覺中的具體表現。

核心概念：

• 生態取向 (Ecological Approach)：由James J. Gibson提出，強調直接感知（direct perception）而非內在表徵。主張感官系統直接從環境中獲取訊息，無需複雜的認知加工或心理建構。
• 不變訊息 (Invariant Information)：指在環境中，不隨觀察者運動或視點改變而改變的、能夠提供關於環境結構或物體性質的穩定訊息。這些訊息存在於感官輸入的結構中。

不變訊息的定義與重要性：

• 定義：不變訊息是指在感官輸入（特別是光學陣列，optical array）的結構中，能夠穩定地、持續地存在的訊息。即使觀察者在環境中移動，這些訊息的某些特性仍然保持不變，或以可預測的方式變化，從而提供了關於環境結構、物體性質、自身運動的可靠資訊。
• 重要性：
  1. 直接感知：不變訊息是Gibson生態取向的基石。它主張我們可以直接感知外界，因為環境中存在直接可獲取的、穩定的訊息，無需依賴內在的心理模型或表徵。
  2. 穩定性與可靠性：這些訊息在不斷變化的感官輸入中保持穩定，使得我們能夠持續、可靠地感知世界，即使在移動中也能維持對環境結構的理解。
  3. 避免計算與表徵：如果訊息是直接存在於光學結構中，那麼大腦就不需要進行複雜的計算來推斷距離、大小或運動，從而節省了認知資源。

在空間距離知覺方面的不變訊息：

• 紋理梯度 (Texture Gradient)：這是最經典的例子。在一個平面上，物體的紋理（如草地上的草、地磚上的紋理）在視網膜上的密度會隨著距離的增加而增加（變得越來越小、越來越密集），而紋理單元之間的角度也會變得更銳利。這個「梯度」的變化模式是穩定的，不隨觀察者移動而改變其「梯度」的性質，只會改變觀察者在梯度上的位置。

本題探討高強度噪音對聽覺造成的永久性損傷，並要求根據聽覺機制的現代理論，指出受損部位及支持的音高知覺理論。

核心概念：

1. 聽覺系統的部位：包括外耳、中耳、內耳（耳蝸、聽神經等）以及聽覺皮質。
2. 音高知覺理論 (Pitch Perception Theories)：
   • 頻率理論 (Frequency Theory / Temporal Theory)：認為音高與聲音振動的頻率直接相關，透過聽神經傳遞的「發火頻率」（firing rate）或「相位鎖定」（phase locking）來決定。
   • 共鳴理論 (Place Theory / Tonotopic Theory)：認為音高是由聲音在耳蝸基底膜（basilar membrane）上引起振動的位置決定的。基底膜的不同區域對不同頻率的聲音最敏感，這個位置訊息會傳遞到大腦。
   • 複合理論 (Volley Theory)：是頻率理論的擴展，解釋了高頻聲音的感知，認為是多個神經元協同發火，形成一個「神經衝動的蜂鳴群」（volley），其發火頻率接近聲波頻率。
   • 兩度空間理論 (Two-State Theory)：認為音高感知同時依賴於基底膜的振動位置和神經衝動的發火頻率。

損傷部位與支持的理論：

1. 最可能的損傷部位：
   • 耳蝸 (Cochlea) 中的毛細胞 (Hair Cells)，特別是內毛細胞 (Inner Hair Cells, IHCs) 或外毛細胞 (Outer Hair Cells, OHCs)。
   • 在高強度噪音下，耳蝸內的毛細胞，尤其是外毛細胞，是極易受損的結構。外毛細胞具有調節基底膜敏感性和選擇性的功能，它們的損傷會導致聽力下降，特別是對特定頻率的聽力損失。

本題旨在探討顏色知覺的相關現象，特別是在不同光照條件下以及不同材質物品之間的顏色感知。這涉及到視覺系統如何處理顏色訊息，以及顏色恆常性等概念。

核心概念：

• 顏色知覺 (Color Perception)：由光線的波長、眼睛感光細胞（視錐細胞）的響應，以及大腦對這些訊號的解釋所共同決定。
• 光照條件 (Illumination Conditions)：光源的顏色（色溫）、強度會影響進入眼睛的光線。
• 顏色恆常性 (Color Constancy)：即使在不同光照條件下，我們仍然能感知到物體的顏色大致保持不變的能力。
• 視覺適應 (Visual Adaptation)：眼睛對不同光照強度或顏色進行調整的能力。
• 視覺系統的顏色處理：涉及視錐細胞（S, M, L錐，分別對藍、綠、紅光敏感）的響應，以及後續的神經處理。

(1) 黃昏時分光線太弱，為何難以分辨橙色？

• 核心原因：視覺系統在低光照條件下的感光細胞響應模式改變。
• 解釋：
  1. 視錐細胞的閾值：顏色知覺主要依賴於視錐細胞（cone cells）的活動。視錐細胞在光照充足的條件下（日間、室內明亮）工作良好，能區分不同波長的光。然而，在低光照條件下（如黃昏），視錐細胞的活動受到限制，甚至可能無法被有效激活。
  2. 視桿細胞的主導：在低光照下，負責暗視覺（scotopic vision）的視桿細胞（rod cells）變得更為主導。視桿細胞對光線非常敏感，但它們不區分顏色，只提供黑白或灰度的訊息。
  3. 顏色資訊的丟失：由於視錐細胞的活動不足，大腦接收到的關於物體反射不同波長光線的差異性訊息大大減少。因此，即使衣服是橙色的（反射黃綠色和紅色的光），在光線不足以充分激活相應的視錐細胞時，大腦也無法準確判斷其反射光譜的構成，進而難以分辨出具體的顏色，只能感知到深淺不一的灰色或模糊的色調。
  4. 「辨色力」下降：這實際上是人類視覺系統在光線不足時，為了最大化光線的感知能力而犧牲了顏色辨識能力的一種適應。

(2) 黃色燈光下仍能區辨顏色，此為何種視覺現象？視覺系統如何辦到？

• 視覺現象：顏色恆常性 (Color Constancy)。
• 視覺系統如何辦到：
  1. 大腦的「顏色校準」：顏色恆常性並非直接由眼睛的感光細胞獨立完成，而是大腦對視覺訊息進行複雜的「校準」和「推斷」的結果。
  2. 考慮光源的顏色：儘管黃色燈光（通常波長較長，偏紅黃）與自然光（波長分布較廣）不同，大腦會「知道」或「推斷」當前的光源是黃色的。

本題為選擇題，考查神經元（neurons）的基本功能和特性。

核心概念：

• 神經元 (Neuron)：神經系統的基本結構和功能單位，負責傳遞神經衝動。
• 神經膠質細胞 (Glial Cells)：神經系統中的支持細胞，提供營養、保護和絕緣等功能。
• 神經衝動 (Neural Impulse / Action Potential)：神經元通過電化學信號傳遞訊息的方式。
• 神經 (Nerve)：由多個神經纖維（軸突）捆綁而成的結構，通常有結締組織包裹。

選項分析：

• a. support and nourish glial cells.
  • 神經膠質細胞（如星狀細胞、少突膠質細胞）是支持神經元的，而不是神經元支持神經膠質細胞。這個選項是錯誤的。

本題為選擇題，考查神經元之間溝通的結構。

核心概念：

• 突觸 (Synapse)：神經元之間或神經元與其他細胞（如肌肉細胞、腺體細胞）之間形成的功能性接觸點，是神經訊號傳遞的主要場所。
• 核 (Nucleus)：細胞內含有遺傳物質的結構。
• 連接點 (Junction)：一個較廣泛的詞，指兩個結構的連接處，但在神經科學中，突觸是更精確的術語。
• 神經傳導物質 (Neurotransmitter)：突觸前神經元釋放的化學信號，用於在突觸間傳遞訊息。

選項分析：

• a. nucleus
  • 細胞核是細胞內的一個結構，與神經傳遞的間隙無關。這個選項是錯誤的。
• b. junction

本題為選擇題，考查動作電位（action potential）的特性。

核心概念：

• 動作電位 (Action Potential)：神經元或肌肉細胞膜上產生的短暫、快速的電位變化，是神經訊號傳遞的基礎。
• 全有或全無法則 (All-or-None Law)：動作電位的產生遵循此法則，即當刺激達到閾值時，就會產生一個固定幅度和持續時間的動作電位，無論刺激強度如何；如果刺激未達閾值，則不產生動作電位。
• 軸突 (Axon)：神經元的一部分，負責傳導動作電位。
• 閾值 (Threshold)：產生動作電位所需的最小刺激強度。
• 鈉離子 (Sodium Ion, $Na^+$)：動作電位去極化階段的關鍵離子。

選項分析：

• a. is the same regardless of where on the neuron it is sampled.
  • 根據「全有或全無法則」，一旦動作電位被觸發，其幅度（strength）和持續時間在軸突上是相對恆定的，不會因為在軸突的不同位置記錄而改變。換句話說，一旦產生，它就是一個「標準化」的事件。這個選項是正確的。
• b. varies according to the length of the axon.

本題為選擇題，考查自主神經系統（autonomic nervous system, ANS）的定義和功能。

核心概念：

• 自主神經系統 (Autonomic Nervous System, ANS)：神經系統的一部分，負責調節身體的非自主功能，包括心跳、呼吸、消化、體溫、血壓等。它又分為交感神經系統 (sympathetic nervous system) 和副交感神經系統 (parasympathetic nervous system)。
• 體神經系統 (Somatic Nervous System)：神經系統的一部分，負責控制骨骼肌的運動，是自主運動（voluntary movement）。
• 中樞神經系統 (Central Nervous System, CNS)：包括大腦和脊髓。
• 周邊神經系統 (Peripheral Nervous System, PNS)：包括所有在中樞神經系統以外的神經。自主神經系統和體神經系統都屬於周邊神經系統。

選項分析：

• a. involved in the unconscious regulation of internal organs and glands.
  • 這是自主神經系統的經典定義。

本題為選擇題，考查神經系統與內分泌系統之間的關係。

核心概念：

• 神經系統 (Nervous System)：通過電化學訊號（神經衝動）快速傳遞訊息，主要負責即時反應和協調。
• 內分泌系統 (Endocrine System)：通過激素（化學信號）在血液中緩慢傳遞訊息，主要負責調節長期的生理過程，如生長、代謝、生殖等。
• 化學信使 (Chemical Messengers)：神經傳導物質（neurotransmitters）和激素（hormones）都是化學信號，用於在細胞間傳遞訊息。

選項分析：

• a. The activity of the two systems counteract each other; the nervous system tries to maintain the individual in a state of calm, while the endocrine system tries to maintain the individual in a state of arousal.
  • 這是一個過於簡化的描述，並且不完全正確。雖然交感神經系統（神經系統的一部分）與喚醒（arousal）有關，而副交感神經系統（神經系統的另一部分）與放鬆（calm）有關，但內分泌系統的功能非常廣泛，既有促進喚醒的激素（如腎上腺素），也有調節穩態、促進生長的激素。兩者之間更多是協調和整合，而非簡單的對抗。這個選項是錯誤的。

本題為選擇題，考查在面對突發威脅情境時，神經系統的哪個部分負責引發生理上的「戰鬥或逃跑」(fight-or-flight)反應。

核心概念：

• 自主神經系統 (Autonomic Nervous System, ANS)：負責調節內臟器官和腺體的不自主功能。
• 交感神經系統 (Sympathetic Nervous System)：自主神經系統的一部分，負責在緊急情況下（如壓力、威脅）動員身體資源，引發「戰鬥或逃跑」反應。其生理表現包括心跳加速、呼吸加快、瞳孔放大、消化減緩等。
• 副交感神經系統 (Parasympathetic Nervous System)：自主神經系統的另一部分，負責在平靜狀態下促進身體的休息、消化和能量儲存，通常與「休息或消化」(rest-and-digest)反應有關。
• 中樞神經系統 (Central Nervous System, CNS)：包括大腦和脊髓，是訊息處理和決策中心。
• 體神經系統 (Somatic Nervous System)：控制隨意運動。

本題為選擇題，考查大腦皮質中運動皮質（motor cortex）的相對大小與執行不同任務的關係。

核心概念：

• 運動皮質 (Motor Cortex)：位於大腦額葉後部，負責規劃、控制和執行隨意運動。運動皮質的表徵是體現的（somatotopic），即身體的不同部位在運動皮質中有相對應的區域，且這些區域的大小與該部位的精細運動控制需求成正比。
• 精細運動 (Fine Motor Skills)：需要高度協調、精確度和靈活性的運動，通常涉及小肌肉群，如手指、手腕。
• 粗大運動 (Gross Motor Skills)：涉及大肌肉群、較少精確度要求的運動，如行走、跑步、跳躍。

選項分析：

• a. riding a horse
  • 騎馬涉及平衡、協調大腿、核心和手臂的運動，但主要依賴於較大的肌肉群和整體身體的協調，相對來說精細度要求不如書寫。

本題為選擇題，考查觸覺和壓力等體感訊息（somatosensory information）在大腦皮質中的處理區域。

核心概念：

• 大腦皮質分葉 (Cerebral Lobes)：大腦皮質分為額葉（frontal lobe）、頂葉（parietal lobe）、顳葉（temporal lobe）和枕葉（occipital lobe），各有不同的主要功能。
• 體感覺皮質 (Somatosensory Cortex)：位於頂葉後部的初級體感覺皮質（primary somatosensory cortex, S1），負責接收和處理來自皮膚、肌肉、關節等處的觸覺、壓力、溫度、疼痛等感覺訊息。
• 額葉 (Frontal Lobe)：主要與高級認知功能（如規劃、決策、運動控制）有關。

本題為選擇題，考查網狀結構（reticular formation）的功能。

核心概念：

• 網狀結構 (Reticular Formation)：位於腦幹（包括延腦、腦橋和中腦）的深部，是一個由神經元組成的複雜網絡。
• 覺醒與警覺性 (Arousal and Alertness)：網狀結構的激活對於維持大腦的覺醒狀態至關重要。它接收來自各種感覺通路的訊息，並將其傳遞到大腦皮質，影響我們的警覺水平。
• 感覺過濾 (Sensory Filtering)：網狀結構能夠過濾掉不重要的感覺訊息，使我們能專注於重要的刺激。
• 邊緣系統 (Limbic System)：與情緒、記憶、動機等有關的腦區網絡（包括杏仁核、海馬迴、下視丘等），網狀結構並非其核心組成部分。
• 反射 (Reflexes)：雖然網狀結構參與調節一些反射（如呼吸、心血管反射），但它本身不「產生」所有反射；許多反射由脊髓或腦幹的其他特定區域直接控制。

選項分析：

• a. sorts out sensory information and influences levels of alertness.

本題為選擇題，考查大腦中最主要的抑制性神經傳導物質。

核心概念：

• 神經傳導物質 (Neurotransmitter)：化學信號，用於在神經元之間傳遞訊息。
• 興奮性神經傳導物質 (Excitatory Neurotransmitter)：促進下游神經元產生動作電位的神經傳導物質，如麩胺酸。
• 抑制性神經傳導物質 (Inhibitory Neurotransmitter)：抑制下游神經元產生動作電位的神經傳導物質，如GABA和甘胺酸。
• 麩胺酸 (Glutamate)：大腦中最主要的興奮性神經傳導物質。
• 血清素 (Serotonin)：參與情緒、睡眠、食慾等多種功能，既有興奮性作用，也有抑制性作用，但不是「主要」的抑制性傳導物質。

赫布規則（Hebbian Rule），又稱赫布學習定律（Hebb's Law）或「同時興奮，同時連結」（neurons that fire together, wire together），是神經科學中一個重要的學習和記憶原理。

核心概念：

• 學習與突觸可塑性 (Learning and Synaptic Plasticity)：赫布規則解釋了突觸連接強度如何隨著經驗而改變，這是學習和記憶的基礎。
• 神經元之間的協同活動 (Co-activation of Neurons)：當兩個神經元（或一個突觸前神經元和一個突觸後神經元）在時間上接近地同時被激活時，它們之間的突觸連接會得到加強。

生態效度（Ecological Validity）是心理學研究中一個重要的概念，特別是在實驗設計和結果解釋時。它指的是一項研究的結果在真實世界（或自然環境）中的適用性、代表性或類比程度。

核心概念：

• 研究設計 (Research Design)：實驗室研究與自然情境研究的對比。
• 外部效度 (External Validity)：指研究結果可以推廣到實驗室之外的總體（population）或情境（setting）的程度。生態效度是外部效度的一個重要面向。
• 真實世界 (Real World)：指人們實際生活、工作和互動的自然環境，與高度控制的實驗室環境相對。

解釋：
一項研究如果具有高度的生態效度，意味著其研究方法和實驗條件盡可能地模擬真實世界的情況。例如：

性聯遺傳特徵（Sex-linked Traits）是指由位於性染色體（X染色體或Y染色體）上的基因所決定的遺傳特徵。

核心概念：

• 性染色體 (Sex Chromosomes)：人類有兩種性染色體：X染色體和Y染色體。女性通常是XX，男性通常是XY。
• 基因 (Gene)：DNA的一段，攜帶遺傳訊息。
• 顯性與隱性 (Dominant and Recessive)：決定性狀表現的基因型與表現型的關係。
• 遺傳 (Inheritance)：基因從親代傳遞給子代的過程。

解釋：

1. X連鎖遺傳 (X-linked Inheritance)：這是最常見的性聯遺傳形式。
   • 如果一個基因位於X染色體上，那麼它在男性（XY）和女性（XX）中的表達方式會有所不同。

電生理學（Electrophysiology）是研究生物體（特別是神經系統和肌肉）的電活動的科學。

核心概念：

• 電活動 (Electrical Activity)：細胞膜內外的離子濃度差異產生的電位差，以及這些電位差的變化，如靜息電位、動作電位。
• 離子通道 (Ion Channels)：細胞膜上允許特定離子通過的蛋白質結構。
• 神經傳導 (Neural Conduction)：神經衝動（動作電位）在神經纖維上的傳播。
• 突觸傳導 (Synaptic Transmission)：神經傳導物質釋放引起的突觸後電位變化。

解釋：
電生理學利用各種技術來測量和記錄生物體的電活動，例如：

1. 膜電位記錄 (Membrane Potential Recording)：使用微電極（microelectrodes）插入細胞內或附著於細胞膜表面，記錄細胞靜息電位和動作電位的變化。

杏仁核（Amygdala）是大腦邊緣系統（limbic system）中的一個重要結構，在情緒處理、記憶形成、恐懼學習等方面扮演著關鍵角色。

1. 解剖位置 (Anatomical Location)：

• 杏仁核位於大腦顳葉（temporal lobe）的前部，緊鄰海馬迴（hippocampus）的內側。
• 它由一系列相互連接的核團組成，通常被認為包含至少13個不同的核。
• 左右大腦各有一個杏仁核。

2. 臨床症狀 (Clinical Symptoms)：
杏仁核的損傷或功能異常會導致一系列臨床表現，主要與情緒和行為有關：

• 情緒調節障礙：
  • 恐懼反應異常：可能表現為恐懼感減弱或消失（難以產生恐懼反應），或者對某些刺激產生過度的、不恰當的恐懼反應。
  • 情緒鈍化 (Affective Flattening)：情緒表達和感受能力下降，變得冷漠。
  • 攻擊性增強：損傷可能導致衝動控制能力下降，增加攻擊性和敵對行為。
• 記憶障礙：
  • 情緒記憶的形成受損：特別是與恐懼相關的記憶（fear conditioning）難以形成或提取。
  • 情緒對記憶的影響減弱：正常情況下，情緒化的事件更容易被記住，杏仁核損傷會削弱這種效應。
• 社會認知障礙：
  • 面孔識別困難：特別是難以識別和理解他人的情緒表情，尤其是恐懼或威脅的面孔。
  • 社交互動困難：難以理解社交線索，影響人際交往。
• 其他：例如，在某些情況下可能出現的「烏鴉症候群」（Klüver-Bucy syndrome）的某些症狀，如對各種刺激（包括危險的）都表現出過度的探索行為和性行為。

3. 認知功能與實驗例證 (Cognitive Functions and Experimental Examples)：

杏仁核的主要認知功能包括：

• 情緒處理，特別是恐懼和威脅的識別與反應：
  • 實驗例證：
    • 條件恐懼實驗 (Fear Conditioning)：在動物實驗中，研究者將一個中性刺激（如聲音，CS）與一個負面刺激（如電擊，US）配對呈現。動物會學會在聽到聲音時預期電擊並表現出恐懼反應（如凍結）。如果損傷了杏仁核，動物就無法學會這種聯結，聽到聲音也不會表現出恐懼。